1、目 錄TOC o 1-9 h u HYPERLINK l _Toc704 一、題目部分 PAGEREF _Toc704 3 HYPERLINK l _Toc25739 1.1課題內容 PAGEREF _Toc25739 3 HYPERLINK l _Toc12486 1.2設計目標及參數 PAGEREF _Toc12486 3 HYPERLINK l _Toc19060 二、總體思路 PAGEREF _Toc19060 4 HYPERLINK l _Toc18621 2.1全自動洗衣機控制系統的控制要求 PAGEREF _Toc18621 4 HYPERLINK l _Toc22679 2.2

2、全自動洗衣機控制系統的PLC選型和資源配置 PAGEREF _Toc22679 5 HYPERLINK l _Toc729 2.3全自動洗衣機控制系統的電氣控制 PAGEREF _Toc729 8 HYPERLINK l _Toc18647 三、電氣設計部分 PAGEREF _Toc18647 9 HYPERLINK l _Toc29185 3.1電器元件的選擇 PAGEREF _Toc29185 10 HYPERLINK l _Toc26819 四、PLC設計及調試部分 PAGEREF _Toc26819 16 HYPERLINK l _Toc17068 4.1 全自動洗衣機控制系統程序設計

3、調試 PAGEREF _Toc17068 16 HYPERLINK l _Toc31637 4.2全自動洗衣機控制系統PLC程序 PAGEREF _Toc31637 20 HYPERLINK l _Toc14686 4.3源程序 PAGEREF _Toc14686 22 HYPERLINK l _Toc20777 五、總結 PAGEREF _Toc20777 30 HYPERLINK l _Toc13889 六、參考文獻 PAGEREF _Toc13889 30基于PLC的全自動洗衣機控制 摘要：隨著科學技術不斷進步和社會飛速發展，洗衣機成為人民日常生活息息相關的家用電器產品。洗衣機的全自動化

4、、多功能化、智能化是其發展方向。基于全自動洗衣機的應用日益廣泛，本次設計利用三菱公司生產的PLC控制全自動洗衣機，與傳統的繼電器邏輯控制系統相比較，洗衣機可靠性、節能性得到了提高。PLC控制不需要大量的活動部件和電子元器件，它的接線也大大減少，與此同時系統維修簡單、維修時間縮短。本文首先介紹了洗衣機的發展，然后重點介紹了洗衣機的設計，對程序流程圖及編程軟件進行了說明，最后對系統進行了仿真。本次設計采用步進順控指令編程，根據工藝要求編程簡單、可允許雙線圈使用，PLC采樣按鈕及限位開關外部輸入信號的變化，執行相應的程序，然后輸出控制電機正反轉及脫水處理。最后就本課題所做的工作進行了總結，并對進一步

5、的研究提出了自己的看法。本次設計的全自動洗衣機工藝要求有待改善，不可以單獨脫水及洗衣時間的設置；由于時間有限，沒做進一步的改善。基于全自動洗衣機在日常生活中廣泛運用，本設計具有廣泛的推廣價值。關鍵詞：全自動洗衣機；PLC控制；步進順控指令 一、題目部分根據設計參數和控制要求，設計一全自動洗衣機，畫出其運行框圖及梯形圖控制程序的編制，并畫出硬件接線圖。設計目標及參數（1） 按下啟動按扭及水位選擇開關，開始進水直到高（中、低）水位，關水（2）2秒后開始洗滌（3）洗滌時，正轉30秒，停2秒，然后反轉30秒，停2秒（4） 如此循環5次，總共320秒后開始排水，排空后脫水30秒（5） 開始清洗，重復（1

6、）（4），清洗兩遍（6） 清洗完成，報警3秒并自動停機（7） 若按下停車按扭，可手動排水（不脫水）和手動脫水（不計數）（8） 若重量超重，報警。循環時間超過，報警。1.3 課題要求 1. 根據課題的控制要求完成設計 2. 對傳感器選型并列出選型依據 3寫出程序流程圖及代碼 4. 完成課程設計說明書二、總體思路2.1.1 全自動洗衣機的工作原理洗衣機的工作流程由進水、洗衣、排水、脫水4個過程組成。在半自動洗衣機中，這4個過程分別用相應的按鈕開關來控制。全自動洗衣機中，這4個過程可做到全自動依次運行，直至洗衣結束。全自洗衣機的洗衣桶（外桶）和脫水桶（內桶）是以同一心安放的，內桶可以旋轉，作為脫水用

7、。內桶的周圍有許多小孔，使內桶和外桶的水流相通，洗衣機的進水和排水分別由進水電磁閥和排水電磁閥來執行。進水時通過控制系統將進水電磁閥打開，經進水管將水注入到外桶。排水時，通過控制系統將排水電磁閥打開，將水由外桶排到機外。洗滌正轉、反轉由洗滌電動機驅動波盤的正、反轉來實現，此時脫水桶并不旋轉。脫水時，控制系統將離合器合上，由洗滌電動機帶動內桶正轉進行甩干。高、中、低水位控制開關分別用來檢測高、中、低水位。啟動按鈕用來啟動洗衣機工作，停止按鈕用來實現手動停止進水、排水、脫水及報警。排水按鈕用來實現手動排水。開始進水洗衣排水脫水結束圖2.1 普通洗衣機的工作流程示意圖全自動洗衣機控制系統的要求是能實

8、現“正常運行”和“強制運行”兩種控制方式。“正常運行”方式具體控制要求如下：（1）將水位通過水位選擇開關設在合適的位置（高、中、低），按下“啟動”按鈕，開始進水，達到設定的水位（高、中、低）后，停止進水。（2）進水停止2s后開始洗衣。（3）洗衣時，正轉30s，停2s，然后反轉30s，停2s。（4）如此循環共5次，總共320s后開始排水，排空后脫水30s。（5）然后再進水，重復（1）（4）步，如此循環共2次。（6）洗衣過程完成，報警3s并自動停機。“強制停止”方式具體控制要求如下:（1）若按下“停止”按鈕，洗衣過程停止，即洗滌電機和脫水桶停止轉動、進水電磁閥和排水電磁閥全部閉合。（2）可用手動排

9、水開關和手動脫水開關進行手動排水和脫水。【注】“正常運行”和“強制停止”兩種模式的運行是一樣的。圖2.2 全自動洗衣機控制系統圖全自動洗衣機控制采用三菱公司的FX2N系列整體式PLC。根據設計要求，全自動洗衣機共有12個輸入點，6個輸出點，故選擇PLC的型號為FX2N-32MR001，如下圖2.3所示。圖2.3 FX2N-32MR001 開關量輸入模塊是用來接收現場輸入設備的開關信號，將信號轉換為PLC內部接受的低電壓信號，并實現PLC內、外信號的電氣隔離。選擇時主要應考慮以下幾個方面：1）輸入信號的類型及電壓等級2）輸入接線方式3）注意同時接通的輸入點數量4）輸入門檻電平開關量輸出模塊是將P

10、LC內部低電壓信號轉換成驅動外部輸出設備的開關信號，并實現PLC內外信號的電氣隔離。選擇時主要應考慮以下幾個方面：1）輸出方式2）輸出接線方式3）驅動能力4）注意同時接通的輸出點數量5)輸出的最大電流與負載類型、環境溫度等因素有關由于CPU模塊有16點數字量輸入，有16點數字量的輸出，所以不再需要輸入、輸出模塊。采用I/O分配采用自動分配方式，模塊上的輸入端子對應的輸入地址是X000X017，輸出端子對應的輸出地址是Y000Y017。FX2N系列PLC硬件組成與其他類型PLC基本相同，主體由三部分組成，主要包括中央處理器CPU、存儲系統和輸入、輸出接口。PLC的基本結構如圖1-1所示。系統電源

11、有些在CPU模塊內，也有單獨作為一個單元的，編程器一般看作PLC的外設。PLC內部采用總線結構，進行數據和指令的傳輸。外部的開關信號、模擬信號以及各種傳感器檢測信號作為PLC的輸入變量，它們經PLC的輸入端子進入PLC的輸入存儲器，收集和暫存被控對象實際運行的狀態信息和數據；經PLC內部運算與處理后，按被控對象實際動作要求產生輸出結果；輸出結果送到輸出端子作為輸出變量，驅動執行機構。PLC的各部分協調一致地實現對現場設備的控制。（1）中央處理器CPUCPU的主要作用是解釋并執行用戶及系統程序，通過運行用戶及系統程序完成所有控制、處理、通信以及所賦予的其它功能，控制整個系統協調一致地工作。常用的

12、CPU主要有通用微處理器、單片機和雙極型位片機。（2）存儲器模塊隨機存取存儲器RAM用于存儲PLC內部的輸入、輸出信息，并存儲內部繼電器（軟繼電器）、移位寄存器、數據寄存器、定時器計數器以及累加器等的工作狀態，還可存儲用戶正在調試和修改的程序以及各種暫存的數據、中間變量等。只讀存儲器ROM用于存儲系統程序。可擦除可編程序的只讀存儲器EPROM主要用來存放PLC的操作系統和監控程序，如果用戶程序已完全調試好，也可將程序固化在EPROM中。（3）輸入輸出模塊可編程序控制器是一種工業控制計算機系統，它的控制對象是工業生產過程，與DCS相似，它與工業生產過程的聯系也是通過輸入輸出接口模塊(I/O)實現

13、的。I/O模塊是可編程序控制器與生產過程相聯系的橋梁。PLC連接的過程變量按信號類型劃分可分為開關量（即數字量）、模擬量和脈沖量等，相應輸入輸出模塊可分為開關量輸入模塊、開關量輸出模塊、模擬量輸入模塊、模擬量輸出模塊和脈沖量輸入模塊等。（4）編程器編程器是PLC必不可少的重要外部設備。編程器將用戶所希望的功能通過編程語言送到PLC的用戶程序存儲器中。編程器不僅能對程序進行寫入、讀出、修改，還能對PLC的工作狀態進行監控，同時也是用戶與PLC之間進行人機對話的界面。隨著PLC的功能不斷增強，編程語言多樣化，編程已經可以在計算機上完成。CPU模塊采用三菱的FX2N32MR001（AC/DC/繼電器

14、）模塊，它控制著整個系統按照控制要求有條不紊地進行。同時由于該模塊采用交流220V供電，并且自帶16個數字量輸入點和16個數字量輸出點，完全能滿足全自動洗衣機控制系統的要求，所以不再需要另外的電源模塊、數字量輸入和輸出模塊。全自動洗衣機在工作過程中，需要靠電動機完成洗衣、清洗、脫水，在此過程中，還需要實現正反轉，電氣部分要在PLC程序控制下自動完成。電氣控制部分主要由電動機驅動波盤來實現正反轉，電動機在快速轉換過程中，電勢能能夠快速轉換，但是電機內部磁場和電勢不是同步轉換的，因此再設計過程中需要考慮電機有一個暫停的過程，以便電機可靠地轉換電勢方向下，否則直接影響洗衣機的洗滌和脫水程序。電機在正

15、反轉自動切換時要能保證高效、安全。全自動洗衣機通過排空檢測開關（SQ1）、高水位檢測開關（SQ2）、中水位檢測開關（SQ3）、低水位檢測開關（SQ4）來檢測水位高度的位置（檢測開關遇水就通：ON，離水就斷：OFF）。水位選擇有一個選擇按鈕來完成，水位浮球開關用來采樣水位信息，由于水位浮球開關是機械式的，通過通斷信號輸入PLC，由PLC 來控制進水閥和排水閥動作。三、電氣設計部分如下圖3.1為全自動洗衣機的PLC控制系統電路圖。通過PLC來實現電動機的正反轉，并且實現洗衣機按預先設置的程序自動執行，完成洗衣。當需要手動排水與脫水時，可強制止自動程序的運行，跳出自動切換到手動操作。為防止全自動洗衣

16、機在工作過程中，電路發生短路，損壞電動機和電路中的各種電氣設備，因此在主電路中安裝了熔斷器，當電路出現短路故障時，能迅速、可靠的斷開電源。全自動洗衣的電機容量較小，主電路中的熔斷器可同時作為控制電路的短路保護，所以在主電路中使用熔斷器就足夠了。PLC部分和開關電源那的熔斷器也是為了防止電路過電流，保護電路和電路中的電器元件。全自動洗衣機在無人問津的情況下可能長時間運行，為防止電機繞組的溫升超過額定值而損壞，采用熱繼電器作為保護元件，與熔斷器搭配使用，可靠地保護電動機。 人機接口部分的按鈕等都選擇低壓電器元件，保護操作者的安全。3.1 洗衣機的PLC控制電路根據本次設計要求和實際生活情況，選擇如

17、下表3.1中所示規格電動機：圖3.2 科圣牌電動機表3.1 電動機規格品牌型號電壓(V)頻率（Hz）功率（W）轉速（r/min）額定轉矩(N .m)科圣YS104-18038050180135028交流接觸器的選擇主要考慮主觸點的額度電流、額定電壓、線圈電壓等。主觸點的額定電流In可根據下面的經驗公式進行選擇： 式中為接觸器主觸點額定電流；K為比例系數，一般取11.4；為被控電動機額定功率；為被控電動機額定線電壓。并且，交流接觸器主觸點額定電壓一般按高于電路額定電壓來確定。所以，取K=1 圖3.3 交流接觸器其主要技術參數為：額定絕緣電壓220V； 額定發熱電流6A。根據電動機頻繁換向啟動的工

18、作情況，按下式選取：所以， 圖3.4 熱繼電器其主要技術參數為：脫扣等級10A； 整定電流范圍1-1.6A； 配合施奈德D06D38的交流繼電器使用。根據全自動洗衣機的設計要求，為保證安全，外部電器（包括電磁閥、蜂鳴器等）使用低電壓直流電，為此選擇了如下表3.2所示規格的開關電源，將交流電轉換為要求的直流電。圖3.5 開關電源表3.2 開關電源規格品牌型號輸出電壓（V）輸出電流（A）效率哈克特HTSP-320F-24240-1387%根據設計要求，全自動洗衣機需要對超重與否進行檢測，為此選擇如圖3.6所示的壓力開關，具體規格如下表3.3所示，用于檢測超重與否。圖3.6 壓力開關表3.3 壓力開

19、關的規格型號設定壓力范圍(KG)最大允許壓力(KG)最大允許電流(A)最大允許電壓(V)美國CCS壓力開關604G315250根據設計要求，將壓力設為20Kg。根據設計要求，選擇Daehansensor 品牌的DP-100S 水位浮球開關。圖3.7 水位浮球開關主要技術參數：供電電壓: DC12 30V 適用范圍 :壓力范圍 ：0-5 bar適用溫度：0-50圖3.8 水位浮球開關安裝示意圖根據設計要求，選擇如下圖所示的電磁閥，規格如下表所示。 圖3.9 電磁閥 圖3.10 示意圖表3.4 電磁閥規格品牌型號流量（）壓力范圍（bar）供電電壓德國CO-AXMK100-4024V DC根據設計要

20、求，選擇如下圖3.11所示的蜂鳴器，表3.5所示規格的壓電式蜂鳴器。圖3.11 蜂鳴器表3.5 壓電式蜂鳴器的規格類型型號額定電壓Ue(V)響度dB/10cm光亮度cd/ 額定電流（mA）壓電式 HYPERLINK :/ ycl37 /price/356-1.aspx t _blank 蜂鳴器NFM1-22/LCAC/DC127085 20 根據單臺異步電動機頻繁變換轉向，運用： 其中 所以 故選用CHOKUN品牌的RT16-20型號熔斷器。圖3.12 熔斷器表3.6 熔斷器主要技術參數型號額定電壓（V）額定電流（A）額定分段能力（KA）熔斷體額定耗散功率（W）底座熔斷體500V690VCOS

21、RT16-0050016021205012【注】由于電機部分、PLC部分、開關電源部分的額定電流都小于2A，所以都選擇額定電流為2A的熔斷體。全自動洗衣機的人機接口中有按鈕，方便操作時也要保證安全，為此選擇了施奈德品牌的低壓凸頭按鈕，并且帶有指示燈LED，供電電壓為直流電24V。根據設計要求選擇如下表3.6所示的開關和相應的數量。表3.6 按鈕規格按鈕類別完整型號模塊型號(按鈕頭+觸點基座)備注啟動按鈕XB2-BW13B1CZB2BW13C+ZB2BWB31C綠燈、常開停止按鈕XB2-BW14B2CZB2BW14C+ZB2BWB42C紅燈、常閉高水位按鈕XB2-BW14B1CZB2BW14C+

22、ZB2BWB41C紅燈、常開中水位按鈕XB2-BW16B1CZB2BW16C+ZB2BWB61C藍燈、常開低水位按鈕XB2-BW15B1CZB2BW15C+ZB2BWB51C黃燈、常開手動排水XB2-BW15B1CZB2BW15C+ZB2BWB51C黃燈、常開手動脫水XB2-BW16B1CZB2BW16C+ZB2BWB61C藍燈、常開四、PLC設計及調試部分4.1 全自動洗衣機控制系統程序設計調試編程軟件采用三菱公司為其生產的PLC而設計的編程軟件GX Developer。4.1.2程序的流程圖、構成和相關設置（1）正常運行流程圖正常運行流程圖如圖4.1所示。設定水位按啟動按鈕進水水位到設定水

23、位停止進水計時2s正轉洗衣計時30s反轉洗衣計時30s洗衣5次開始NYNNYYYYYNNNN停止洗衣計時2sN停止洗衣計時2sN停止進水停止按鈕閉合超重水是否排完脫水計時30s洗衣過程運行3次洗完報警計時3s結束超重報警YYYNNNN排水YY (2)強制運行流程圖強制運行流程圖如圖4.2所示。開始正常運行按停止按鈕洗滌電機和脫水桶停止轉動、進水和排水電磁閥閉合排水打開手動排水開關打開手動脫水開關脫水結束YYYNNN圖4.2 強制運行流程圖這個程序有自動方式和手動方式兩種。在自動方式下，PLC將運行已經設置好的程序和參數（適用于機械一切都正常工作的情況下）。在手動方式下是在緊急停止情況下，可以手

24、動排水和脫水。3.程序的下載、安裝和調試將各個輸入輸出端子和實際控制系統中的按鈕。所需控制設備正確連接，完成硬件的安裝。全自動洗衣機程序是由GX Developer軟件的指令完成，正常工作是程序存放在存儲卡中，若要修改程序，先將PLC設定在STOP狀態下，運行GX Developer編程軟件，打開全自動洗衣機程序，即可在線調試，也可用編程器進行調試。這個控制系統的輸入有啟動按鈕、停止按鈕、水位選擇開關（高水位、中水位、低水位）、手動排水、自動排水開關、高水位浮球開關、中水位浮球開關，低水位浮球開關、水排空浮球開關、壓力開關共12個。具體的輸入地址分配如表4.1所示。表4.1 輸入地址分配輸入地

25、址對應的元器件對應的外部設備X001SB1啟動按鈕X002SB2停止按鈕X003SB3高水位選擇開關X004SB4中水位選擇開關X005SB5低水位選擇開關X006SQ1水排空檢測開關X007SQ2高水位檢測開關X010SQ3中水位檢測開關X011SQ4低水位檢測開關X012SB6手動排水X013SB7手動脫水X014SP1壓力開關這個控制系統需要控制的外部設備有進水電磁閥、排水電磁閥、洗滌電動機、脫水桶、報警器共五個設備。但是由于洗滌電動機有正轉和反轉兩個狀態，分別都應正轉繼電器和反轉繼電器，所以輸出點有六個。具體的輸出地址分配如表4.2所示。表4.2 輸出地址分配輸出地址對應的元器件對應的

26、外部設備Y001YA1啟動洗衣機Y002YA2進水電磁閥Y003KM1洗滌電動機正轉繼電器及脫水Y004KM2洗滌電動機反轉繼電器Y005YA3排水電磁閥Y006YH報警器全自動洗衣機的控制系統中的工作時間和循環次數需要定時器和計數器來控制。具體定時器和計數器分配如表4.3所示。表4.3 定時器和計數器分配類別元器件號設定值作用定時器T02s進水后暫停時間T130s正轉洗滌計時T22s正轉暫停計時T330s反轉洗滌計時T42s反轉暫停計時T530s脫水計時T63s洗完報警計時計數器C05次正反洗循環計數C13次大循環計數4.PLC I/0硬件接線圖根據全自動洗衣機控制系統的輸入、輸出地址分配和

27、定時器、計時器分配以及所選PLC型號，PLC I/O硬件接線圖如下圖4.1所示。圖4.1 I/O硬件接線圖在本程序中，M0是按下啟動按鈕的輔助繼電器；M1是判斷洗衣機水位是否和設定水位不一致的輔助繼電器；M2是判斷洗衣機是否和設定水位一致的輔助繼電器；M3是停止自動洗衣機的輔助繼電器，它的助記符如下。/按下啟動按鈕，開始洗衣/LD X001OR M0ANI X002OUT M0/洗衣機水位與設定水位不一致輔助繼電器/LD X003ANI X007LD X004ANI X010ORBLD X005ANI X011ORBOUT M1/洗衣機水位與設定水位相一致輔助繼電器/LD X003AND X0

28、07LD X004AND X010ORBLD X005AND X011ORBOUT M2/停止自動洗衣輔助繼電器/LD X002OR M3ANI X001OUT M3在正常情況下，按下啟動按鈕或者脫水完畢，而且洗衣大循環未到三次時，開始進水，當水位達到設定水位后停止進水，等待2s后進入洗衣程序。在強制停止情況下，當停止按鈕按下時立即停止進水。它的助記符程序為：/進水到設定的水位，超重后報警，進水閥關閉，自動洗衣終止/LD M0LD T5ANI C1ORBOR Y002AND M1ANI X002ANI X014OUT Y002LD X014OUT Y006LD Y006RST M0/進水到設定

29、的水位后等待2s/LD M2ANI Y005ANI Y001ANI Y004OUT T0 K20進水到設定水位2s后，開始洗衣，先正轉30s，停止2s然后再反轉30s，停止2s這樣循環5次后進入排水過程。/洗滌電動機正轉30s/LD T0LDI C0AND T4ORBOR Y001ANI T1OUT Y001OUT T1 K300/洗滌電動機停2s/LD T1OUT T2 K20/洗滌電動機反轉30s/LD T2OR Y004ANI T2OUT Y004OUT T3 K300/洗滌電動機停2s/LD T3OUT T4 K20洗衣過程完畢后，進入排水過程。水排空后停止排水。它的助記符程序為：/洗

30、衣小循環5次/LD Y004OUT C0 K5LD C0OUT Y005/排水，直至水排空/LD C0OR Y005ANI X002ANI X006LD M3AND X012ORBOUT Y005水排空后，開始脫水，脫水30s后停止脫水。因為判斷水排空是否在排水完畢后，所以要用到水排完畢輔助繼電器。它的助記符程序如下：/排水完畢輔助繼電器/LD Y005OR M4ANI Y003OUT M4/脫水30s/LD X006AND M4OR Y003ANI T3ANI X002OR X013OUT Y003OUT T5 K300洗衣大循環3次后，開始洗完報警過程，3s后停止報警，這樣整個洗衣過程結束。它的助記符程序為：/洗衣大循環3次/LD Y003OUT C1 K3LD C1OUT Y006/報警3s/LD Y006ANI T6ANI X002OUT Y006OUT Y006OUT T6 K30END4.4 程序梯形圖五、總結 該系統采用