基于PLC全自動洗衣機控制系統(tǒng)設(shè)計

1、畢畢 業(yè)業(yè) 論論 文文 題目： 基于 PLC 在全自動洗衣機上的 控制系統(tǒng)設(shè)計 作者： XXX 學(xué)號： 09000000 院、系： 機電工程學(xué)院 專業(yè)班級： 港口物流設(shè)備與自動化控制 指導(dǎo)教師： XXX(校內(nèi)) XXX(校外） 2012 年 5 月 30 日 PLC在自動洗衣機上的設(shè)計 摘 要 實現(xiàn)全自動洗衣機控制系統(tǒng)的方法有很多種。有早期的模擬電路、數(shù)字電路或 模數(shù)混合電路，還有近代的單片機控制、PLC 控制。本文主要介紹了單片機控制和 PLC 控制，通過比較單片機和 PLC，最后將采用日本三菱公司生產(chǎn)的 FX2N 系 PLC 作 為控制核心對全自動洗衣機控制系統(tǒng)進行設(shè)計。并且設(shè)計出了系統(tǒng)結(jié)

2、構(gòu)圖、梯形圖 以及輸入輸出端子的分配方案。同時根據(jù)全自動洗衣機控制系統(tǒng)總體要求和特點， 確定 PLC 的輸入輸出分配，并進行現(xiàn)場調(diào)試。 關(guān)鍵詞關(guān)鍵詞：PLC 單片機 比較 控制系統(tǒng) ABSTRACT Realize full-automatic washing machine control system a variety of ways. Early analog circuits, digital circuit or module hybrid circuit, and modern single-chip microcomputer control, PLC control. Thi

3、s article mainly introduced the single chip microcomputer and PLC control, by comparing single-chip microcomputer and PLC, finally will adopt mitsubishi Japan production of PLC as control core FX2N of automatic washing machine control system design. And designed a system structure, ladder diagram an

4、d the scheme of the input and output terminals. Keywords：PLC SCM COMPARISON Control System 目錄目錄 摘 要 .I ABSTRACT .II 引言 .1 第一章 概述 .3 1.1 課題來源和背景.3 1.2 該課題的目的和意義.4 1.3 方案選擇.5 1.4 系統(tǒng)簡述.6 1.5 全自動洗衣機實物圖及動作、工作流程介紹 .6 1.5.1 全自動洗衣機的工作原理 .7 1.5.2 設(shè)備功能和工作流程介紹 .7 第二章 系統(tǒng)硬件設(shè)計 .8 2.1 控制系統(tǒng)圖 .8 2.2 PLC 選型 .8 2.1.1

5、PLC 簡介.8 2.1.2 PLC 的選型.10 2.2I/O 地址分配與接線圖 .11 2.3 電動機的選擇 .12 第三章 系統(tǒng)軟件設(shè)計 .13 3.1 全自動洗衣機的控制要求 .13 3.2 洗衣機工作流程圖.14 3.2 可編程控制器的基本指令 .15 3.3 梯形圖設(shè)計.20 第四章 軟硬件綜合調(diào)試 .23 4.1 模塊的安裝調(diào)試 .23 4.2 軟件編輯與調(diào)試 .23 4.3 程序整體分析 .23 4.4 接線圖 .24 結(jié) 語 .25 參考文獻 .26 致 謝 .27 附 錄 .28 引言 在洗衣機出現(xiàn)以前，對于許多人而言，洗衣服是一件十分辛苦的差事，人們可 以做的只是一些簡單

6、的重復(fù)勞動，這些單調(diào)枯燥的勞動讓人們感到厭煩。但是，當 第一臺洗衣機出現(xiàn)之后，人們的雙手被解放出來，洗衣也成為一項快樂的勞動。在 此讓我們回顧一下中國洗衣機的發(fā)展史。 第一臺全自動洗衣機，無錫小天鵝股份前身始建于1958年，中國第一臺全自動 洗衣機于1978年在小天鵝誕生，這臺全自動洗衣機的問世，徹底改變了人們的洗衣 方式。 單缸洗衣機的問世，1979年3月，我國第一臺單缸洗衣機在北京洗衣機廠（現(xiàn)并 入北京白菊電器集團）問世，命名為白蘭牌，型號為白蘭型13。 增加了甩干功能的雙缸洗衣機，1995年以后，洗衣機市場一直是單缸全自動洗 衣機稱霸天下。然而在洗衣機的功能、品牌都不斷發(fā)展的今天，仍有一

7、部分人對雙 缸洗衣機情有獨鐘。作為第二代改良洗衣機，雙缸洗衣機盡管增加了甩干功能，仍 然不能節(jié)省人力洗滌結(jié)束后，必須手動甩干功能，而且甩干常常不徹底、甩干 機常出故障等等。此外，雙缸洗衣機的洗衣桶空間有限，像秋冬穿著的厚重衣物不 好洗滌。 全自動波輪洗衣機的發(fā)明，與前兩種洗衣機相比，全自動洗衣機的發(fā)明是洗衣 機技術(shù)的一個重大革命，設(shè)計人員設(shè)計的洗衣程序使這款洗衣機更加智能化。它不 僅大大節(jié)省了人力，而且還進一步擴大了機洗衣物的范圍。羽絨服、羽絨被、面料 結(jié)實的棉服等等都可省去手洗的麻煩和送到洗衣店干洗的費用。使用全自動洗衣機 洗衣時可以根據(jù)衣物的質(zhì)地、體積，在微電腦控制板上選擇水流的強弱、時間

8、的長 短以及水量的多少。所以從問世至今，全自動波輪洗衣機一直都受到消費者的偏愛。 隨著先進科學(xué)技術(shù)發(fā)展.應(yīng)用于洗衣機上的技術(shù)越來越成熟，洗衣機的發(fā)展也越 來越快，將來的洗衣機主要主要朝以下幾個方面發(fā)展： （1）高度智能化； （2）健康化； （3）節(jié)水節(jié)能； （4）大容量和微型化； 本次設(shè)計主要采用 PLC 控制技術(shù)來設(shè)計全自動洗衣機控制系統(tǒng)，跟傳統(tǒng)的洗衣 機相比更具有智能，實時監(jiān)控，人性化的功能。本系統(tǒng)最大的優(yōu)點集中體現(xiàn)在：實 現(xiàn)功能齊全、外圍電路簡單、時間計算精確以及可維護方便等。具有可靠性高、安 全性好、開發(fā)價值高等一系列優(yōu)點。為了適應(yīng)時代在發(fā)展，誰掌握了技術(shù)，誰就能 夠在這激烈在經(jīng)濟競爭

9、中贏得勝利，就能夠為人類文明創(chuàng)造更多的財富和價值。 由于時間倉促，限于水平的有限，在資料的收集、取舍、分析、和歸納方面存 在著不足，我懇切老師們指正和提出寶貴的意見，以利于我以后的修改和補充。 第一章 概述 1.1 課題來源和背景課題來源和背景 機械洗衣最早見于 1851 年。那時，一位加利福尼亞淘金者兼木匠開了一間可以 稱得上是第一間洗衣房的洗衣場。但那時的洗衣機械根本就無法與今天可以洗幾百 磅的由電腦控制的洗衣機械相提并論。那間洗衣房的洗衣機可以洗 12 件襯衣，由 12 頭毛驢作動力。 1858 年，第一個洗衣機專利發(fā)給了匹茲堡的漢密爾頓斯密斯。漢密爾頓發(fā)明 的手動洗衣裝置通過轉(zhuǎn)動曲柄帶

10、動插在桶中的一根豎軸上的槳葉來洗衣。當著名的 商人威廉布菜克斯頓于 1874 年為他妻子設(shè)計了一個特別的生日禮物洗衣機時， 人類向前邁了一大步。之后，布菜克斯頓開始建造并銷售他設(shè)計的這種洗衣機，每 臺 2.5 美元。 到 1875 年，共發(fā)出 2000 多項洗衣機專利，雖然其中有許多并不管用。有的發(fā) 明每次只能洗 1 件衣服。 在 1900 年之前，大多數(shù)洗衣機由人力或畜力牽引。洗衣桶逐漸由木結(jié)構(gòu)變成金 屬結(jié)構(gòu)。然而，正是內(nèi)燃機和電機的發(fā)明改變了洗衣的發(fā)展歷史。 1910 年，第一臺電動洗衣機由阿爾華費詩設(shè)計并由芝加哥赫利機器公司制造。 這種洗衣機由一個木滾筒構(gòu)成。把衣服放入滾筒并滾于凈。滾筒

11、先向一個方向轉(zhuǎn) 8 圈，然后再反轉(zhuǎn)。 在過去的 150 年里，洗衣設(shè)備取得了巨大進步從在小溪里的石頭上敲打洗 衣到隧道洗衣機。雖然發(fā)生了很多的變化，有些東西卻沒變。二十一世紀初期隨著 先進科學(xué)技術(shù)發(fā)展.應(yīng)用于洗衣機上的技術(shù)越來越成熟，洗衣機的發(fā)展也越來越快， 越來越趨于高度智能化、健康化、節(jié)水節(jié)能、大容量和微型化，為我們節(jié)約很多時 間和人力，讓我們用更多的時間去做更多的事情，大大的提高了工作效率。 今天，正如和昨天一樣，我們不斷努力改善更好地去污、脫水和烘干而更少地 對織物造成損壞。才能讓社會更加進步。 1.2 該課題的目的和意義該課題的目的和意義 在數(shù)字技術(shù)風(fēng)行的今天，大多數(shù)的家用電器實現(xiàn)了

12、數(shù)字化控制。作為一個價廉 物美的微處理器，PLC 被廣泛應(yīng)用在各種數(shù)字系統(tǒng)中?；?PLC 的全自動洗衣機控 制系統(tǒng)是 PLC 應(yīng)用的一個典型例子。洗衣機是現(xiàn)代人必備的日常生活家電，它的發(fā) 明和應(yīng)用使人們的洗衣工作變得省時又省力，很好地緩解了人們在家務(wù)勞動方面的 壓力。而在家電市場競爭日益激烈和利潤下降的今天，各大家電生產(chǎn)廠商均致力于 開發(fā)出能滿足用戶各種要求的智能家電產(chǎn)品，并努力降低生產(chǎn)成本以增強競爭力。 作為家電市場中的重要成員，全自動洗衣機的市場競爭更是趨于白熾化。 對基于 PLC 的全自動洗衣機控制系統(tǒng)設(shè)計進行深入研究，可使我們掌握全自動 洗衣機這種重要家電的工作原理和控制系統(tǒng)，進一步

13、了解 PLC 在不同領(lǐng)域的應(yīng)用方 法，學(xué)會維修全自動洗衣機的基本技術(shù)，同時也為將來從事電子信息行業(yè)打下一定 基礎(chǔ)，所以本題課具有重大的意義。 自 19 世紀中葉，美國人史密斯研制出世界上首臺洗衣機至今，洗衣機的發(fā)展已 經(jīng)歷了一個多世紀。1910 年世界上第一臺電動洗衣機問世，標志著人類家務(wù)勞動自 動化的開始。1922 年世界上第一臺攪拌式洗衣機在美國誕生。1937 年世界上第一臺 全自動滾筒式洗衣機投放市場。1957 年三洋公司推出世界上第一臺渦流式波輪洗衣 機。從此，確立了攪拌式、滾筒式和波輪式三種工作方式洗衣機三足鼎立天下的局 面。20 世紀 60 年代以后，洗衣機在一些發(fā)達國家的普及率迅

14、速上升。70 年代，日 本生產(chǎn)出波輪式套桶全自動洗衣機。70 年代后期，日本又生產(chǎn)出微電腦控制型波輪 式套桶全自動洗衣機。80 年代后， “模糊控制”開始應(yīng)用于洗衣機，生產(chǎn)出智能型 模糊控制洗衣機，使洗衣機的功能更加完善，其洗衣程序更隨人意，其使用操作更 簡單化。 PLC 控制全自動洗衣機的編程語言容易掌握，是電控人員熟悉的梯形語言，使 用術(shù)語依然是“繼電器”一類術(shù)語，大部分與繼電器觸頭的連接相對應(yīng)，使電控人 員一目了然。PLC 控制使用簡單，他的 I/O 已經(jīng)做好，輸入輸出信號可直接連接， 非常方便，而輸出口具有一定驅(qū)動能力，PLC 是專門應(yīng)用手工業(yè)現(xiàn)場自動控制裝置， 再系統(tǒng)軟硬件上采用抗干

15、擾措施當工作程序需要改變時，只需改變 PLC 的內(nèi)部， 驚醒重新編程而無需對外圍進行重新改動。 1.3 方案選擇方案選擇 方案一 PLC系統(tǒng)特點 1）可靠性高，PLC作為一種通用的工業(yè)控制器，它必須能夠在各種不同的工作 環(huán)境中正常工作。對工作的環(huán)境要求較低，抗外部干擾能力強，平均無故障時間長。 2）使用方便靈活，PLC采用了基本單元擴展或者是模塊化的結(jié)構(gòu)形式，因此， 輸入/輸出信號的數(shù)量，形式，驅(qū)動能力等都可以根據(jù)實際控制要求進行選擇與確定， 而且在需要時可以隨時更換，近年來，PLC的特殊模塊增多這些可以滿足不同的控制 要求，使PLC的使用更加靈活與多變。 3）編程簡單，PLC的優(yōu)越性主要體現(xiàn)

16、在它采用了獨特的，多種面向廣大工程設(shè) 計人員的編程語言，如指令表，梯形圖，邏輯功能圖，順序功能圖等，程序簡潔， 明了適合各類技術(shù)人員的傳統(tǒng)習(xí)慣，即使是沒有計算機知識的人員也很統(tǒng)一掌握， 特別是梯形圖與邏輯功能圖，形象直觀，動態(tài)監(jiān)測效果逼真，且與計算機控制容易。 4）便于維修，由于PLC多采用了模塊化的結(jié)構(gòu)形式，所以發(fā)生故障時只需更換 所壞的模塊就可以讓系統(tǒng)繼續(xù)工作，大大減少了維修時間，能讓系統(tǒng)快速進入工作。 方案二 單片機系統(tǒng)特點 1）要求環(huán)境，單片機對環(huán)境的適應(yīng)能力較低，可靠性差。 2）編程和 PLC 相比難以學(xué)習(xí)，主要是單片機采用匯編語言或者是 C 語言，這些 高級語言和 PLC 語言相比

17、，難以學(xué)習(xí)。 3）功能單一只具有使用中所需要的功能。但是，它結(jié)構(gòu)簡單，處理速度快。 4）不便于維修，單片機如果發(fā)生故障是也難維修的，由于其十分精密所以維修 十分不便。 比較總結(jié)：通過以上的比較，我們不難發(fā)現(xiàn) PLC 與單片機相比較 PLC 有著絕對 的優(yōu)勢，無論是編程環(huán)節(jié)還是售后服務(wù)環(huán)節(jié) PLC 都是十分方便。雖然目前在價格上 單片機與 PLC 不可同日而語，但是隨著科技的發(fā)展，我相信 PLC 會逐漸取代單片機， 成為主流的自動洗衣機的控制系統(tǒng)核心的。所以本文將采用三菱 PLC 做為控制核心。 1.4 系統(tǒng)系統(tǒng)簡述簡述 全自動洗衣機采用PLC控制系統(tǒng)將大大提高工作效率，和適應(yīng)工作環(huán)境的能力。

18、在全自動洗衣機中，洗衣機洗滌、脫水程序是由單片機為中心控制系統(tǒng)工作的。首 先由于單片機的指令系統(tǒng)相對復(fù)雜，編寫洗滌、脫水程序相對復(fù)雜；其次，在設(shè)計 控制系統(tǒng)硬件時要有多種電路保護裝置，如電流保護、電壓保護、過載保護、過 熱保護及欠壓保護等等 這樣增加了硬件的復(fù)雜性，隱含較高的故障率無形地增加了 維修成本費用，在各種控制系統(tǒng)中廣泛運用的PLC能克服單片機的缺點。它是整體模 塊，集中了驅(qū)動電路、檢測電路和保護電路以及通訊聯(lián)網(wǎng)功能。因此在運用中，硬 件也相對簡單，提高控制系統(tǒng)的可靠性。另外它的編程語言也相對簡單。 1.5 全自動洗衣機實物圖及動作、工作流程介紹全自動洗衣機實物圖及動作、工作流程介紹

19、全自動洗衣機的實物示意圖如下圖 1-1 所示 圖 1-1 自動洗衣機示意圖 1.5.1 全自動洗衣機的工作原理 洗衣機的工作流程由進水，洗衣，排水和脫水 4 個過程組成。在半自動洗衣機 中，這 4 個過程分別用相應(yīng)的按鈕開關(guān)來控制。全自動洗衣機中，這 4 個過程可做 到全自動依次進行，直至洗衣結(jié)束。 自動洗衣機的進水，洗衣，排水和脫水是通過水位傳感器，電磁進水閥和電磁 排水閥配合進行控制，從而實現(xiàn)自動控制的。水位傳感器用來控制進水到洗衣機內(nèi) 高，中，低水位；電磁進水閥起著通/斷水源的作用。進水時，電磁進水閥打開，將 水注入；排水時，電磁排水閥打開，將水排出；洗衣時，洗滌電動機啟動；脫水時， 脫

20、水桶啟動。 1.5.2 設(shè)備功能和工作流程介紹 該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(zhí)行。進水時，通過 電控系統(tǒng)使進水閥打開，經(jīng)進水管將水注入到外桶。排水時，通過電控系統(tǒng)使排水 閥打開，將水由外桶排出到機外。洗滌正轉(zhuǎn)、反轉(zhuǎn)由洗滌電動機驅(qū)動波盤正、反轉(zhuǎn) 來實現(xiàn)，此時脫水桶并不旋轉(zhuǎn)。脫水時，通過電控系統(tǒng)將離合器合上，由洗滌電動 機帶動內(nèi)桶正轉(zhuǎn)進行甩干。高、低水位開關(guān)分別用來檢測高、低水位。啟動按鈕用 來啟動洗衣機工作。停止按鈕用來實現(xiàn)手動停止進水、排水、脫水及報警。排水按 鈕用來實現(xiàn)手動排水。PLC 投入運行，系統(tǒng)處于初始狀態(tài)，準備好啟動。 按下啟動 按扭及水位選擇開關(guān)，開始進水，水

21、滿(至高低水位)時停止進水,2S 后開始洗滌。 洗滌時正轉(zhuǎn) 30S 后暫停，暫停 2S 后開始反轉(zhuǎn)洗滌，反轉(zhuǎn)洗滌 30S 后暫停，暫停 2S。循環(huán) 5 次，總共 180S 后開始排水，排空后（水降到低位）開始脫水并繼續(xù)排 水。脫水 30S 即完成一次從進水到脫水的工作循環(huán)過程。若完成了 5 次大循環(huán)，則 進行洗報警 3S 結(jié)束全部過程，自動停機。 此外按排水按鈕可實現(xiàn)手動排水。 第二章 系統(tǒng)硬件設(shè)計 2.12.1 控制系統(tǒng)圖控制系統(tǒng)圖 控制系統(tǒng)如圖 2-1 所示。 P L C 脫水桶 洗滌電動機 電磁排水閥 電磁進水閥 水位檢測設(shè)備 水位選擇開關(guān)（高，中，低） 手動排水開關(guān) 停止按鈕 啟動按鈕

22、 圖 2-1 全自動洗衣機控制系統(tǒng)圖 2.22.2 PLCPLC 選型選型 2.1.1 PLC 簡介 可編程控制器（Programmable Controller）是計算機家族中的一員，是為工業(yè)控 制應(yīng)用而設(shè)計制造的。早期的可編程控制器稱作可編程邏輯控制器（Programmable Logic Controller） ，簡稱 PLC，它主要用來代替繼電器實現(xiàn)邏輯控制。隨著技術(shù)的發(fā) 展，這種裝置的功能已經(jīng)大大超過了邏輯控制的范圍，因此，今天這種裝置稱作可 編程控制器，簡稱 PC。但是為了避免與個人計算機（Personal Computer）的簡稱混 淆，所以將可編程控制器簡稱 PLC。 PLC

23、實質(zhì)是一種專用于工業(yè)控制的計算機，其硬件結(jié)構(gòu)基本上與微型計算機相 同，基本構(gòu)成為： a、電源 PLC 的電源在整個系統(tǒng)中起著十分重要的作用。如果沒有一個良好的、可靠的 電源系統(tǒng)是無法正常工作的，因此 PLC 的制造商對電源的設(shè)計和制造也十分重視。 一般交流電壓波動在+10%(+15%)范圍內(nèi)，可以不采取其它措施而將 PLC 直接連接 到交流電網(wǎng)上去。 b. 中央處理單元(CPU) 中央處理單元(CPU)是 PLC 的控制中樞。它按照 PLC 系統(tǒng)程序賦予的功能接收 并存儲從編程器鍵入的用戶程序和數(shù)據(jù)；檢查電源、存儲器、I/O 以及警戒定時器的 狀態(tài)，并能診斷用戶程序中的語法錯誤。 為了進一步提

24、高 PLC 的可靠性，近年來對大型 PLC 還采用雙 CPU 構(gòu)成冗余系 統(tǒng)，或采用三 CPU 的表決式系統(tǒng)。這樣，即使某個 CPU 出現(xiàn)故障，整個系統(tǒng)仍能 正常運行。 c、存儲器 存放系統(tǒng)軟件的存儲器稱為系統(tǒng)程序存儲器。 存放應(yīng)用軟件的存儲器稱為用戶程序存儲器。 d、輸入輸出接口電路 1、現(xiàn)場輸入接口電路由光耦合電路和微機的輸入接口電路，作用是 PLC 與現(xiàn) 場控制的接口界面的輸入通道。 2、現(xiàn)場輸出接口電路由輸出數(shù)據(jù)寄存器、選通電路和中斷請求電路集成，作用 PLC 通過現(xiàn)場輸出接口電路向現(xiàn)場的執(zhí)行部件輸出相應(yīng)的控制信號。 e、功能模塊 如計數(shù)、定位等功能模塊。 f、通信模塊 如以太網(wǎng)、RS

25、485、Profibus-DP 通訊模塊等。 PLC 的工作原理與計算機的工作原理基本是一致的，可以簡單地表述為在系統(tǒng) 程序的管理下，通過運行應(yīng)用程序完成用戶任務(wù)。但是 PLC 也有它自己的特點， PLC 在確定了工作任務(wù)，裝入了專用程序后成為一種專用機，它采用循環(huán)掃描工作 方式，系統(tǒng)工作任務(wù)管理及應(yīng)用程序執(zhí)行都是用循環(huán)掃描方式完成的。 輸入刷新階段 在輸入刷新階段，CPU 掃描全部輸入端口，讀取其狀態(tài)并寫入輸入狀態(tài)寄存器。 完成后關(guān)閉輸入端口，轉(zhuǎn)入程序執(zhí)行階段。 程序執(zhí)行階段 在程序執(zhí)行階段，根據(jù)用戶輸入的控制程序，從第一條開始逐條執(zhí)行，并將相 應(yīng)的邏輯運算結(jié)果存入對應(yīng)的內(nèi)部輔助寄存器和輸出

26、狀態(tài)寄存器。 輸出刷新階段 當所有指令執(zhí)行完畢后，將輸出狀態(tài)寄存器中的內(nèi)容，依次送到輸出鎖存電路， 并通過一定輸出方式輸出，驅(qū)動外部相應(yīng)執(zhí)行元件工作，這才形成 PLC 的實際輸出。 2.1.2 PLC 的選型 目前，自動售貨機的核心是單片機，可是一但輸出電壓不穩(wěn)定，單片機就容易 發(fā)熱造成爆裂，可靠性低等缺點，而 PLC 不但可以實現(xiàn)類似的控制功能，還具有性 能可靠、電壓使用范圍廣、靈活通用、易于編程、使用方便等特點，并且提高了自 動售貨機系統(tǒng)的穩(wěn)定性，能夠保證自動售貨機能夠長期穩(wěn)定運行；因此近年來在工 業(yè)自動控制、機電一體化、改造傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)等方面得到普遍應(yīng)用。所以，本文選擇 PLC 來控制自動售

27、貨機。 相對于西門子 PLC，西門子的功能比三菱的強大，但三菱 PLC 更適合用于小型 機，更穩(wěn)定更易上手。大型的設(shè)備趨向于西門子，價格昂貴，三菱的較便宜，小型 化。其主要特點如下： 1）體積小 FX1S、FX1N 和 FX2N 系列的 PLC 的高度為 90mm，深度為 75mm（FX1S 和 FX1N 系列）和 87mm（FX2N 和 FX2NC 系列） ，體積小的微型 PLC 適合在機電一 體化產(chǎn)品中使用。其內(nèi)置的 24V DC 電源可做輸入回路的電源和傳感器的電源。 2）先進美觀的外部結(jié)構(gòu) 三菱的 FX 系列 PLC 吸收了整體式和模塊式 PLC 的優(yōu)點，它的基本單元、擴展 單元和合擴

28、展模塊的高度和深度相同，寬度不同。它們之間用扁平電纜連接，緊密 拼裝后組成一個整齊的長方體。 3）靈活多變得系統(tǒng)配置 FX 系列 PLC 系統(tǒng)配置靈活，用戶除了可選不同的子系列外，還可以選用多種 基本單元，擴展單元和擴展模塊，組成不同 I/O 點和不同功能的控制系統(tǒng)，各種配 置都可以得到很高的性能價格比。FX 系列的配置就像模塊式 PLC 那樣靈活，因為 它的基本單元采用整體式結(jié)構(gòu)，友具有比模塊式 PLC 更高的性能價格比。 4）功能強，使用方便 FX 系列的體積雖小，卻具有很強的功能。其內(nèi)置告訴計數(shù)器，有輸入輸出刷新、 中斷、輸入濾波時間調(diào)整、恒定掃描時間等功能，有高速計數(shù)器的專用比較指令。

29、 其基本單元和擴展單元一般采用插接式的接線端子排，更換單元方便快捷。通過對 各輸入輸出信號的分析可知，全自動洗衣機系統(tǒng)共有 5 個數(shù)字量輸入和 6 個數(shù)字量 輸出，需 11 個 I/O 點。三菱 PLC 具有結(jié)構(gòu)靈活、傳輸質(zhì)量高、速度快、使用范圍 廣、低成本等優(yōu)點，考慮到留有余量的原則，可選擇三菱系列的 FX2N-16MR 的 PLC 作為主機。 2.2I/O 地址分配與接線圖地址分配與接線圖 根據(jù)洗衣機操作的工藝過程及對控制系統(tǒng)的要求，首先歸納本系統(tǒng)中所有輸入 信號和輸出信號；然后根據(jù) PLC 的輸入點和輸出點進行 I/O 地址分配，使每個輸入 信號對應(yīng) PLC 內(nèi)部的輸入繼電器，每個輸出信

30、號對應(yīng) PLC 內(nèi)部的輸出繼電器。PLC 洗衣機控制的 I/O 地址分配如表 2-1 所示。 表 2-1 I/O 分配表 I/O 口說明I/O 口說明 X0啟動按鈕Y0進水指示燈 X1停止按鈕Y1排水指示燈 X2上限按鈕Y2正攪拌指示燈 X3下限按鈕Y3反攪拌指示燈 X4手動排水按鈕Y4甩干桶指示燈 Y5蜂鳴器指示燈 牢記此分配表，將模塊上的 I/O 口按照下圖接線圖連接好，檢查無誤后，將軟 件程序下載到模塊中去，開啟電源，手動操作按照設(shè)計要求演示好洗衣機的各個功 能，修改程序直到將其能完善處理設(shè)計要求的各個功能。 2.3 電動機的選擇電動機的選擇 由于家庭提供的電源限制故選單相電容運轉(zhuǎn)式異步

31、電動機。以 3.6 公斤全自動 洗衣機為例，由于全自動洗衣機的脫水桶直徑較大，這一偏心不能不考慮，所以計 算時應(yīng)以洗滌物可能產(chǎn)生前最大偏心為計算依據(jù)。脫水時電機功率比洗滌時要大， 在確定電機功率時應(yīng)以脫水時消耗的功率為依據(jù)，也就是說脫水時電機功率就是該 洗衣機所確定的電機額定功率。由于在計算時一些因素如電機轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)動慣量等沒 考慮，造成一些偏差，所以 3.6 公斤全自動洗衣機電機額定功率選為 180 瓦。符合 全自動洗衣機的功率范圍 120W250W。 故選擇 YY104-180 型號單相電容運轉(zhuǎn)式電動機，功率 180 瓦,額定電壓 220V， 轉(zhuǎn)速 1350r/min，電流 1.7A。 第三

32、章 系統(tǒng)軟件設(shè)計 全自動洗衣機工作原理：全自動洗衣機的洗衣桶(外桶)和脫水桶(內(nèi)桶)是以同 一中心安放的。外桶固定，作盛水用。內(nèi)桶可以旋轉(zhuǎn)，作脫水(甩水)用。內(nèi)桶的四 周有很多小孔，使內(nèi)外桶的水流相通。該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(zhí)行。進水時，通過電動控制系統(tǒng)，使進水閥打開，經(jīng)進水管將水注 入到外桶。排水時，通過電控系統(tǒng)使排水閥打開，將水由外桶排出到機外。洗滌正 轉(zhuǎn)、反轉(zhuǎn)由洗滌電動機驅(qū)動波盤正、反轉(zhuǎn)來實現(xiàn)，此時脫水桶并不旋轉(zhuǎn)。脫水時， 通過電控系統(tǒng)將離合器合上，由洗滌電動機帶動內(nèi)桶正轉(zhuǎn)進行甩干。高、低水位開 關(guān)分別用來檢測高、低水位。啟動按鈕用來啟動洗衣機工作。停止按鈕

33、用來實現(xiàn)手 動停止進水、排水、脫水及報警。排水按鈕用來實現(xiàn)手動排水。 3.1 全自動洗衣機的控制要求全自動洗衣機的控制要求 1）PLC 投入運行，系統(tǒng)處于初始狀態(tài)準備好啟動； 2）啟動時開始進水； 3）水滿(上限位)時停止進水并開始洗滌正轉(zhuǎn)； 4）正轉(zhuǎn) 30s 后暫停； 5）暫停 2s 后開始洗滌反轉(zhuǎn)； 6）反轉(zhuǎn) 30s 后暫停； 7）暫停 2s 后，若正、反轉(zhuǎn)未滿 5 次時，返回從正洗開始的動作； 8）暫停 5s 后，若正、反洗滌滿 5 次時則開始排水； 9）水位下降到低水位時開始脫水井繼續(xù)排水； 10）脫水 30s 即完成一次從進水到排水的大循環(huán)過程； 11）若完成 2 次大循環(huán)，洗完報警

34、 3s 后自動停機； 12）可以按“停止”按鈕實現(xiàn)手動停止進水、排水、脫水及報警； 13）可以按“排水”按鈕實現(xiàn)手動排水 3.2 洗衣機工作流程圖洗衣機工作流程圖 圖 3-1 洗衣機工作流程圖 開始 設(shè)定水位 按下啟動按鈕 進水 水位到設(shè)定水位？ 停止進水 延時2s 電動機正轉(zhuǎn)洗衣 延時15秒 暫停3秒 電動機反轉(zhuǎn)洗衣 延時15秒 暫停3秒 洗衣3次 排水 水是否排完？ 脫水 延時10秒 洗衣過程運行3次？ 洗完報警 結(jié)束 Y Y Y N N Y Y N 3.2 可編程控制器的基本指令可編程控制器的基本指令 （1）自鎖電路 圖 3-2 自鎖電路梯形圖 1、編程：用編程器或編程軟件輸入程序，并檢

35、驗。 2、將 X0 鈕子開關(guān)合上，Y0 指示應(yīng)亮。 3、將 X0 開關(guān)斷開，Y0 指示燈扔保持亮。 4、將 X1 開關(guān)接通，Y0 指示燈滅。 圖 3-3 自鎖電路時序圖 （2）S/R 置位復(fù)位指令 圖 3-4 S/R 置位復(fù)位指令應(yīng)用梯形圖 1、編程：用編程器或編程軟件輸入程序、并檢驗。 2、合上 X1 號開關(guān)，觀察 Y0 指示燈。 3、斷開 X1 號開關(guān)，觀察 Y0 指示燈。 4、合上 X2 號開關(guān)，觀察 Y0 指示燈。 5、斷開 X2 號開關(guān)，觀察 Y0 指示燈。 圖 3-5 S/R 置位復(fù)位指令應(yīng)用時序圖 （3）PLS 脈沖指令 圖 3-6 PLS 脈沖指令應(yīng)用梯形圖 1、編程：用編程器

36、或編程軟件輸入程序，并檢查。 2、運用程序。 3、合上 X0 開關(guān)，觀察 Y0 指示燈。 4、斷開 X0 開關(guān)，觀察 Y0 指示燈。 5、合上 X1 開關(guān)，觀察 Y0 指示燈。 6、斷開 X1 開關(guān)，觀察 Y0 指示燈。 圖 3-7 PLS 脈沖指令應(yīng)用時序圖 （4）定時器指令與應(yīng)用 圖 3-8 定時器指令應(yīng)用梯形圖 1、編程：用編程器或編程軟件輸入程序，并檢驗。 2、合上 X0 開關(guān)，觀察 Y0、Y1 輸出的變化。 圖 3-9 定時器指令應(yīng)用時序圖 （5）振蕩器 圖 3-10 振蕩器梯形圖 1、輸入程序并檢驗，然后運行程序。 2、觀察 Y0 的變化。 3、閉合 X0 開關(guān)，觀察 Y0 的變化

37、，并監(jiān)控 T0、T1 的工作情況。 圖 3-11 振蕩器時序圖 （6）計數(shù)器指令與應(yīng)用 圖 3-12 計數(shù)器指令應(yīng)用梯形圖 1、編程輸入程序并檢驗，然后運行程序。 2、當 X0 開關(guān)斷/通一次，計數(shù)器現(xiàn)行值加 1。 3、當 X0 開關(guān)斷/通 5 次時，計數(shù)器現(xiàn)行值加 1。 4、當 X1 開關(guān)接通/斷開時，C0 復(fù)位，Y0 燈滅。 圖 3-13 計數(shù)器指令應(yīng)用時序圖 （7）步進指令 圖 3-14 步進指令梯形圖 1、編程：輸入程序，并檢驗。 2、運行程序，監(jiān)控 S0、S1 順序接通 X0-X3 開關(guān)，觀察 Y0、Y1 的發(fā)光指示。 3、X3 為關(guān)閉步進轉(zhuǎn)換指令。 3.3 梯形圖設(shè)計梯形圖設(shè)計 S

38、WOPCFXGPWINC 為一個應(yīng)用于 FX 系列可編程控制器的編程軟件，可以在 Windows98/ME/2000/XP 操作系統(tǒng)下進行梯形圖的編輯和指令表程序的編輯。微機與 PLC 的連接，可以用三菱公司的 SC08 型電纜線串接 SC09 型電纜線，SC08 的 9 針插頭接微機的 RS232 串行口，SC09 的圓形插頭接 PLC 的通訊口。 運行 SWOPCFXGPWINC 軟件。當選用語句表編程方式時，用鼠標點擊語句 表編輯區(qū)，其標題欄變?yōu)樗{色，成為當前工作區(qū)。用鍵盤輸入語句表程序，覆蓋工 作區(qū)的“NOP”語句，回車后自動換行，當使用語句表編程時，梯形圖編輯區(qū)立即將 程序自動轉(zhuǎn)換成

39、梯形圖，因此可以同時生成二個文件。當選用梯形圖編程方式時， 用鼠標點擊梯形圖編輯區(qū)，其標題欄變?yōu)樗{色，成為當前工作區(qū)。點擊菜單欄視圖 功能，將顯示梯形圖的繪圖工具。編輯梯形圖時，首先確定光標位置，在繪圖 工具欄內(nèi)點擊欲用的元件，此時出現(xiàn)一個對話框，輸入元件號后，元件圖形出現(xiàn)在 原光標位置。按照這種方法，逐一將元件加到梯形圖上。當梯形圖完成后，點擊工 具欄的轉(zhuǎn)換按鈕，可以將梯形圖轉(zhuǎn)換成語句表程序。梯形圖的單元設(shè)計如下: （1）按下啟動按鈕 SB1 時，S0 初始化。按下停止按鈕 SB2，采用區(qū)間復(fù)位 ZRST 指令使洗衣機停止工作。啟動和停止的梯形圖如圖 3-15 所示。 圖 3-15 啟動和停

40、止梯形圖 （2）按下啟動按鈕 SB1，狀態(tài)元件 S20 驅(qū)動進水電磁閥 YA1 輸出線圈 Y000，洗 衣機進水，按下 SB3 可以實現(xiàn)手動排水，水到達高水位時 SQ1 閉合，狀態(tài)元件 S21 驅(qū)動定時器 T0 延時 2S，狀態(tài)元件 S22 驅(qū)動接觸器 KM3 閉合，驅(qū)動輸出線圈 Y002 電 動機 M 正轉(zhuǎn)，開始洗滌。延時 15S，再暫停 3S 后，狀態(tài)元件 S24 驅(qū)動接觸器 KM4 閉 合，驅(qū)動輸出線圈 Y003 電動機 M 反轉(zhuǎn)。同樣洗滌 15S，在暫停 3S。通過計數(shù)器 C0 和定時器 T4 的控制，如此洗滌 3 次。洗衣機的洗滌梯形圖如圖 3-16 所示。 圖 3-16 洗衣機洗滌

41、梯形圖 （3）洗滌 3 次后，狀態(tài)元件 S26 驅(qū)動接觸器 KM3 閉合，驅(qū)動輸出線圈 Y002 電 動機 M 正轉(zhuǎn)，開始脫水。低水位開關(guān) SQ2，脫水離合器 YA3 驅(qū)動輸出線圈 Y004，通 過計數(shù)器 C1 計數(shù) 3 次，洗滌完成，狀態(tài)元件 S27 驅(qū)動線圈 Y005 報警 10S 結(jié)束整個 洗衣機的洗滌。脫水和報警結(jié)束梯形圖如圖 3-17 所示。 第四章 軟硬件綜合調(diào)試 4.1 模塊的安裝調(diào)試模塊的安裝調(diào)試 采用三菱 FX2N-48MR 微型可編程控制器為主機，配以 FX-GX/GPPW 編程環(huán)境，全 自動洗衣機仿真模塊及導(dǎo)線若干。 全自動洗衣機仿真模塊是采用彩燈的亮滅代表電磁閥的斷開雨

42、閉合，用開關(guān)和 指示燈代替高水位開關(guān)、低水位開關(guān)、啟動按鈕、停止按鈕和排水按鈕。 用導(dǎo)線連好主機模塊和單元模塊，連接時用不同顏色導(dǎo)線連接（+24V）直流電 源的正、負極。COM 端連接（+24V）電源的正極，在將編程電纜（適配器）的一端 接在電腦的 COM1 或 COM2 端，另一端插在 PLC 主機上的“信號讀入、寫出”端口。 安裝完畢后認真檢查是否有短路或接錯等問題。如果沒有錯誤再把 PLC 上的漏電保 護開關(guān)置于 OFF（關(guān)）位置，然后開啟實驗臺總電源。 4.2 軟件編輯與調(diào)試軟件編輯與調(diào)試 打開電腦選擇編程仿真軟件，點擊主菜單“工程”選擇下拉菜單中的“創(chuàng)建新 工程”條目，桌面顯示編輯文

43、件的狀態(tài)，對照全自動洗衣機梯形圖，把梯形圖編輯 到文件當中。當編輯完成后。鼠標左鍵單擊主菜單的“變換”，變換梯形圖完成以 后，屏幕底紋有灰色變?yōu)榘咨?然后進行 PLC 寫入和在線監(jiān)視。當程序?qū)懭刖幊淘O(shè)備后，需要雨主機進行連接 傳送，傳送前主機電源開關(guān)必須置于 ON（否則電腦死機，丟失文件）。而 PLC 主機 開關(guān)必須置于 OFF（否則程序不能寫入主機存儲器內(nèi)）。傳送成功后，將 PLC 于運 行開關(guān)置于 RUN，即可運行程序。 4.3 程序整體分析程序整體分析 當我們安裝好模塊編輯好程序后，按下啟動按鈕 X000，閉合高水位開關(guān)，仿真 模塊上的正轉(zhuǎn)指示燈亮。5 秒后熄滅。經(jīng)過一秒后反轉(zhuǎn)指示燈亮

44、 5 秒后熄滅。經(jīng)過 1 秒又開始正轉(zhuǎn)依次循環(huán) 50 次后，當正反洗滿 50 次時，排水電磁閥指示燈亮，按 下低水位開關(guān)排水電磁閥和脫水電磁離合器指示燈涼，脫水 10 后脫水指示燈滅，后 再按下高水位開關(guān)持續(xù)上述過程 3 次。當大循環(huán)滿三次是報警指示燈亮。然后按下 停止按鈕。整體洗滌過程結(jié)束。 通過觀察全自動洗衣機仿真模塊的工作狀態(tài)，我們發(fā)現(xiàn)只要改變程序中的計數(shù) 器的設(shè)定值就可以改變次數(shù)。 4.4 接線圖接線圖 將模塊上的 I/O 口按照接線圖連接好，檢查無誤后，將軟件程序下載到模塊中 去，開啟電源，手動操作按照設(shè)計要求演示好洗衣機的各個功能，修改程序直到將 其能完善處理設(shè)計要求的各個功能。

45、圖 4-1 模塊接線圖 結(jié) 語 隨著計算機技術(shù)的不斷發(fā)展，可編程序控制器的功能有了很大的提高，它不再 僅僅局限于完成順序邏輯控制功能。多數(shù)的可編程序控制器采用通用的高性能處理 器，在保證快速完成順序邏輯運算的前提下，普遍增加了回路調(diào)節(jié)功能，代數(shù)計算 功能等?？删幊绦蚩刂破骷航?jīng)成為工業(yè)控制的標準化設(shè)備，在工業(yè)企業(yè)中應(yīng)用相當 普遍，是自動化的三大技術(shù)支柱之一。 本文主要闡述全自動洗衣機 PLC 控制系統(tǒng)的設(shè)計，文中詳細介紹了系統(tǒng)的軟硬 件系統(tǒng)以及系統(tǒng)的設(shè)計方案，其中主要完成對軟件的設(shè)計。本系統(tǒng)軟件在實驗室 THSY-2 型 PLC 實驗裝置上進行了仿真，且實現(xiàn)了預(yù)想的效果。PLC 控制系統(tǒng)在工業(yè)

46、中有著廣泛的應(yīng)用，特別是在家電行業(yè)，各種新技術(shù)、新產(chǎn)品也會不斷的出現(xiàn)，由 于 PLC 成本等因素的影響，本論文的工作是對 PLC 控制系統(tǒng)在家電應(yīng)用中的一種探 索，對后續(xù)的開發(fā)和推廣應(yīng)用方面起了重要作用。 參考文獻 1 魏志精.可編程控制器應(yīng)用基礎(chǔ)【M】電子工業(yè)出版社,2003 2 周恩濤.可編程控制器原理及其在液壓系統(tǒng)中的應(yīng)用【M】機械工業(yè)出版社 3 潘月琴.全自動洗衣機的維修【M】北京科學(xué)技術(shù)出版社,2004 4 廖常初.PLC基礎(chǔ)及應(yīng)用北京：機械工業(yè)出版社,2003 5 李國厚.PLC原理及應(yīng)用設(shè)計.化學(xué)工業(yè)出版社,2005 6 潘海燕.波輪式全自動洗衣機的單片控制J.電子世界，2003

47、（3） 7 吳存宏.淺談PLC在全自動洗衣機中運用J.設(shè)計與開發(fā),1999 8 王玉梅.全自動洗衣機的模糊控制系統(tǒng)J.濰坊學(xué)院學(xué)報,2000 9 余劍生.基于模糊控制的智能洗衣機的程序控制系統(tǒng)J.廣東技術(shù)師范學(xué)院學(xué)報,2005 10 周德林.電腦的程序控制系統(tǒng).家用電器,2005 11 榮俊昌.全自動洗衣機原理與維修.高等教育出版社,1998 12 錢如竹.快修家用洗衣機.北京 ：人民郵電出版社,2003 13 邱士安.機電一體化技術(shù).西安電子科技大學(xué)出版社,1997 14 趙雅君家用電器中的自動控制系統(tǒng)M北京：中國輕工業(yè)出版社，1996 15 倪遠平模糊控制器的硬件電路實現(xiàn)J電工技術(shù),199

48、8 16 王俊普模糊集和及其應(yīng)用M上海：上?？茖W(xué)技術(shù)出版社,1983 17 倪遠平21世紀的核心技術(shù)模糊邏輯控制技術(shù)J電工技術(shù)，1998(4) 18 董儒胥.電工電子實訓(xùn)M.北京:高等教育出版社,2002. 19 竇振中PIC系列單片機應(yīng)用設(shè)計與實例北京：北京航空航天大學(xué)出版社,1997 20 張鳳珊.電氣控制及可編程序控制器.中國輕工業(yè)出版社,1998 致 謝 在兩個多月的畢業(yè)設(shè)計中，從選題、設(shè)計、撰寫到定稿，XX 老師給予了我很多 的建議和精心的指導(dǎo)，同時自己查閱有關(guān)資料和文獻（包括網(wǎng)上資料） ，終于完成了 學(xué)生公寓多臺全自動洗衣機 PLC 控制系統(tǒng)設(shè)計。在這里，我對 XX 老師表示深深的

49、謝 意和崇高的敬意！ 這次設(shè)計使自己學(xué)到了不少新的東西，不但對可編程控制器有了更深刻的認識 和理解，而且自己在編程和仿真分析技術(shù)方面也有了較大的提高。同時，這次設(shè)計 也使我看到了自己的許多不足之處，由于本人的能力有限，因此設(shè)計中有許多缺憾 和不足，在今后的學(xué)習(xí)和工作中會不斷學(xué)習(xí)以取得更好的成績。 附 錄 圖 5-1PLC 接線圖 內(nèi)部資料 僅供參考 9JWKffwvG#tYM*Jg&6a*CZ7H$dq8KqqfHVZFedswSyXTy#&QA9wkxFyeQ!djs#XuyUP2kNXpRWXmA&UE9aQGn8xp$R#͑GxGjqv$UE9wEwZ#QcUE%&qYpEh5p

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