PLC-全自動洗衣機

1、?電氣控制與PLC應用?課程設計說明書 題 目：全自動洗衣機PLC控制學生姓名： 趙金 專 業(yè)： 機械電子工程 班 級： 1301 學 號： 1310740106 指導教師： 張峰 職稱 教師 完成時間： 2021-5-25 目錄一、緒論1 1.1、全自動洗衣機的應用現狀11.2、設計全自動洗衣機的意義1 1.3、全自動洗衣機主要實現功能1二、硬件電路的實現2 2.1 主控電路設計22.1.1 PLC簡介2 2.1.2 控制器I/O口分配表42.1.3 全自動洗衣機PLC控制的硬件圖52.2 單相異步電動機驅動控制電路設計5 2.3 報警電路設計72.4 進排水控制電路設計82.4.1 進水閥

2、閥門簡介8 2.4.2 進水閥門控制電路設計102.4.3 排水閥門簡介11 2.4.4 排水閥門控制電路設計122.5 水位檢測電路設計13三、軟件程序實現14 3.1 軟件開發(fā)環(huán)境簡介143.2 全自動洗衣機程序流程圖153.3全自動洗衣機功能梯形圖編程實現173.4 系統(tǒng)調試21 結束語23參考文獻24附錄26指令表清單：26河南理工大學課程設計說明書一、緒論1.1、全自動洗衣機的應用現狀目前洗衣機是一種耳熟能詳的家用電器，隨著科技的進步和人們生活質量的提高，以及人們對精神文明的高度追求，那么全自動洗衣機也揭開了面紗，現在做的比擬好的，國內有小天鵝、海爾、榮事達等等，國外有西門子，博世等

3、等。這些廠家所生產的全自動洗衣機還是比擬好的，但所謂物以稀為貴，所以相對來說價格還存在很大的異議。而人們追求的高質量生活，也就對這些不是很過問了，只要買來好用就可以了，所以目前市場上還是有很大的開展空間。1.2、設計全自動洗衣機的意義 全自動洗衣機以其固有的優(yōu)點還是贏得了很多的消費者的信賴，應用而生，它將是現在到未來的星星產品，所以有必要開發(fā)和改善現有的全自動洗衣機，應用最先進的科技技術 ，投入最少的資金。而目前隨著PLC價格下降，PLC的應用不斷普及，同時，PLC本身所具有的：可靠性高、抗干擾能力強、編程簡單、體積小、功耗低、便于維護等特點使得PLC成為工控領域的首選控制器，所以可以應用該產

4、品進行研發(fā)，從而到達洗衣機自動化控制，更多的贏得消費者的青睞。1.3、全自動洗衣機主要實現功能本篇論文所設計的全自動洗衣機的功能主要包括：自動洗滌，自動漂洗，自動脫水三個主要階段，同時可手控洗滌衣物。通過PLC具體實現過程為：1按下啟動按鈕及水位選擇開關，注水直到水位開關設定的水位，關閉進水閥。2關閉進水閥后延時2s，然后開始洗滌。3洗滌時，洗衣機滾筒首先正轉30s，停止2s，然后再反轉30s，停止2s4如此循環(huán)5次，總共320s后開始排水，水排空以后開始脫水，脫水時間為30s5第一次脫水完成后開始自動漂洗，重復25的步驟，一共清洗兩遍6清洗完成后，洗衣機報警3s提示洗衣完成并且自動停機7在自

5、動控制的過程中假設按下停車按扭，可進入手動控制過程，可手動排水不脫水和手動脫水。二、硬件電路的實現本篇論文所設計的全自動洗衣機所包含的硬件電路主要有：主控電路設計、單相異步電動機驅動控制電路設計、報警電路設計、進排水控制電路設計、水位檢測控制電路設計等。2.1 主控電路設計2.1.1 PLC簡介本文設計的全自動洗衣機所采用的控制器為三菱公司FX2n系列PLCFX2n-48MR-D?？删幊踢壿嬁刂破鱌rogrammable Logic Controller，PLC，它采用一類可編程的存儲器，用于其內部存儲程序，執(zhí)行邏輯運算、順序控制、定時、計數與算術操作等面向用戶的指令，并通過數字或模擬式輸入/

6、輸出控制各種類型的機械或生產過程。 可編程邏輯控制器實質是一種專用于工業(yè)控制的計算機，其硬件結構根本上與微型計算機相同，根本構成有：、電源可編程邏輯控制器的電源在整個系統(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，可編程邏輯控制器的制造商對電源的設計和制造也十分重視。一般交流電壓波動在+10%(+15%)范圍內，可以不采取其它措施而將PLC直接連接到交流電網上去、中央處理單元(CPU)中央處理單元(CPU)是可編程邏輯控制器的控制中樞。它按照可編程邏輯控制器系統(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據；檢查電源、存儲器、I/O以及警戒定時器的狀態(tài)

7、，并能診斷用戶程序中的語法錯誤。當可編程邏輯控制器投入運行時，首先它以掃描的方式接收現場各輸入裝置的狀態(tài)和數據，并分別存入I/O映象區(qū)，然后從用戶程序存儲器中逐條讀取用戶程序，經過命令解釋后按指令的規(guī)定執(zhí)行邏輯或算數運算的結果送入I/O映象區(qū)或數據存放器內。等所有的用戶程序執(zhí)行完畢之后，最后將I/O映象區(qū)的各輸出狀態(tài)或輸出存放器內的數據傳送到相應的輸出裝置，如此循環(huán)運行，直到停止運行。為了進一步提高可編程邏輯控制器的可靠性，近年來對大型可編程邏輯控制器還采用雙CPU構成冗余系統(tǒng)，或采用三CPU的表決式系統(tǒng)。這樣，即使某個CPU出現故障，整個系統(tǒng)仍能正常運行。、存儲器存儲器主要包括：系統(tǒng)程序存儲

8、器和用戶程序存儲器。存放系統(tǒng)軟件的存儲器稱為系統(tǒng)程序存儲器。存放應用軟件的存儲器稱為用戶程序存儲器。、輸入輸出接口電路輸入接口電路由光耦合電路和微機的輸入接口電路，作用是可編程邏輯控制器與現場控制的接口界面的輸入通道。輸出接口電路由輸出數據存放器、選通電路和中斷請求電路集成，作用可編程邏輯控制器通過現場輸出接口電路向現場的執(zhí)行部件輸出相應的控制信號。、功能模塊如計數、定時等功能模塊。、通信模塊主要用于PLC與其她控制器之間的通信，如SCI通信等?？删幊踢壿嬁刂破骶哂幸韵迈r明的特點：、系統(tǒng)構成靈活，擴展容易，以開關量控制為其特長；也能進行連續(xù)過程的PID回路控制；并能與上位機構成復雜的控制系統(tǒng)，

9、實現生產過程的綜合自動化。、使用方便，編程簡單，采用簡明的梯形圖、邏輯圖或語句表等編程語言，而無需計算機知識，因此系統(tǒng)開發(fā)周期短，現場調試容易。另外，可在線修改程序，改變控制方案而不拆動硬件。、能適應各種惡劣的運行環(huán)境，抗干擾能力強，可靠性強，遠高于其她各種機型。正是由于以上特點PLC被廣泛應用于個工程控制領域。FX2n-48MR-D型PLC屬于FX2n系列，具有48個I/O點數輸入24點，輸出24點的根本單元，繼電器輸出型，使用24V電源。2.1.2 控制器I/O口分配表表2.1 控制器I/O口分配表輸入輸出停止 X000啟動洗衣機Y000啟動 X001進水閥Y001高水位 X002正轉Y0

10、02中水位 X003反轉Y003低水位 X004排水Y004排空檢測 X005脫水Y005高水位檢測 X006報警Y006中水位檢測 X007低水位檢測 X010手動排水X011手動脫水X0122.1.3 全自動洗衣機PLC控制的硬件圖圖2.1全自動洗衣機PLC控制的硬件圖如圖2.1所示，按鍵S1-S11分別為不同信號信號輸入，COM口為公共接地端，Y000-Y006分別為不同控制信號輸出端，輸出控制信號控制執(zhí)行電路的工作狀態(tài)。2.2 單相異步電動機驅動控制電路設計單相異步電動機主要用于為洗衣機滾筒的轉動提供動力，電機驅動控制電路用于控制電機的啟停，正反轉等，保證全自動洗衣機的各項功能正常運行

11、。根據全自動洗衣機的功能設計出的單相異步電動機驅動控制電路如下：圖2.2 單相異步電動機驅動電路圖如圖2.2所示，KQ為刀開關，相當于洗衣機的插頭，FU1為熔斷器，可以保護電機不至于因工作異常導致電流過大而使電機燒毀。KM1、KM2分別為繼電器的動合觸點，分別控制電機的正反轉。電路的工作原理為：當KM1接通時，電容器串聯在啟動繞組繞組上，那么電流I相位約90°，設此時電動機正轉，當KM1斷開，KM2接通時，電容器從啟動繞組切斷到工作繞組中，那么電流I工作繞組超前啟動繞組相位約90°，從而實現了電動機的反轉，在該電路中實質上是主、副繞組相互交換來實現正反轉的，因此這種單相異步

12、電動機的工作繞組和啟動繞組必須是可以互換的。所以它的工作繞組、啟動繞組的線圈匝數線徑，所占槽位數都是應該完全相同的。圖2.3 單相異步電動機控制電路如圖2.3所示，控制電路工作電壓與PLC電源相同，其中R4為限流電阻，NPN型三極管PE8050在電路中用作開關管的功能，PE8050其耐壓值為30V，額定電流為1.5A，所以可在此電路中平安使用。此控制電路的工作必須在啟動信號為1的條件下，當正轉控制信號為1，反轉控制信號為0時，繼電器KM1線圈得電，驅動電路中繼電器KM1常開觸點KM1閉合，電機正轉。當正轉控制信號為0，反轉控制信號為1時，KM1線圈失電，動合觸點KM1斷開，繼電器KM2線圈得電

13、，驅動電路中，繼電器KM2的常開觸點閉合，電機反轉。啟動信號為0時，整個控制電路失電，繼電器KM1、KM2線圈失電，動合觸點斷開，電機停止，洗衣機停止工作。2.3 報警電路設計報警電路工作于洗衣機完成洗衣后，自動報警3s，告知洗衣完成。然后自動停機。圖2.4 報警電路電路圖如圖2.4所示，當報警控制信號為1時，蜂鳴器發(fā)聲報警。2.4 進排水控制電路設計2.4.1 進水閥閥門簡介本文所選擇的進水電磁閥為海鷹FCD3-4型單頭進水電磁閥。其控制簡單，使用方便，體積小，價格低，性能優(yōu)良。圖2.5 單頭進水電磁閥由圖2.5可知，該電磁閥的額定工作電壓為220V，額定工作電流26mA。圖2.6 海鷹FC

14、D3-4型單頭進水電磁閥內部結構圖進水閥的結構圖如圖2.6所示，未通電時，電磁線圈13無電流通過，動鐵芯7的橡膠堵頭6在復位彈簧8作用下，將閥門接盤5的中心孔D封閉。此時注入水經過濾網16流入進水腔B內，再經由閥門接盤5的平面孔A流八平衡腔E內，平衡腔E內的注入水不能外泄。由于注入的自來水有一定的水壓，而橡膠皮閥門4平衡腔E側的受壓面積大于其進水腔B的受壓面積，使作用于橡膠閥門4的E側壓大于B側壓力。因此橡膠閥門4在E側壓力的作用下緊緊地壓在閥體3出水通道C右端的閥座上，將出水通道C封閉，注入水不能流入C內，進水閥呈關閉狀態(tài)。接通電源后，電磁線圈13有交流電流流過，產生的磁力吸引鐵芯7和橡膠堵

15、頭6向右移動，閥門接盤5的中心孔D被翻開，平衡腔內的注入水從中心孔D流出。中心孔D的面積大于平衡孔A的面積E腔內的注入水從中心孔D流出的流量遠大于平衡孔A流入的流量，使E腔內水的壓力很快下降，橡膠閥門4在B側壓力大于E側壓力的作用下向右鼓起，進水閥呈開啟狀態(tài)，注入水從進水閥過濾網，經進水腔B和出水通道C流入盛水桶內，實現對洗衣機進水。到達設定水位后，水位監(jiān)測元件向微處理器輸入水位監(jiān)測信號，程控器對進水閥停止供電。進水閥閉合，停止進水，與此同時，電動機得到指令運行而進入洗滌程序。2.4.2 進水閥門控制電路設計圖2.7 進水閥門控制電路如圖2.7所示，當進水閥控制信號為1時，繼電器KM4線圈得電

16、，繼電器動合觸點閉合，進水電磁閥工作，當進水電磁閥控制信號為0時，繼電器線圈失電，動合觸點斷開，進水閥自動關閉，停止進水。2.4.3 排水閥門簡介本文設計所使用的排水閥為外排水式排水閥，外排水式即將排水閥設在洗衣桶之外。外排水式排水閥主要由牽引機構與閥門兩局部構成。圖2.8 排水閥牽引機構洗滌時，電磁閥不得電，銜鐵處在被拉出位置，排水閥關閉不流水，當有放水或兼有甩干程序時，電磁閥端子上得電，瞬間產生巨大的磁力，使銜鐵能很快被吸入，并將排水閥門翻開，開始排水。圖2.9 排水閥門機械結構外排水閥安裝于排水管的閥座上，排水管接在洗衣桶出水口上。排水閥的開啟和關閉由排水拉帶控制。在排水拉帶放松時，橡膠

17、閥在排水閥彈簧力的作用下壓緊在閥座上，依靠橡膠閥口的彈性變形起到封閉作用。當排水拉帶被拉起時，排水拉帶克服彈簧力，將橡膠閥拉起，水即從橡膠閥與閥座間的開口流出。橡膠閥另一端由排水閥蓋壓緊在閥座上而不能漏水。2.4.4 排水閥門控制電路設計圖2.10 排水閥門控制電路排水閥控制電路工作原理與圖2.7進水閥門控制電路原理相同，在此不再贅述。2.5 水位檢測電路設計圖2.11水位檢測電路設計如圖2.11所示，水位檢測電路的工作原理是通過桶內三個水位感應電極感應水位，當水位到達低水位感應電極時，低水位所接開關管導通，低水位輸出信號端輸出低電平，PLC捕捉電平后執(zhí)行相關程序，高水位與低水位工作原理相同。

18、通過各模塊電路的組合調試，由PLC控制的全制動洗衣機的硬件電路設計根本完成。三、軟件程序實現根據全自動洗衣機的功能要求，軟件設計主要完成以下功能：1按下啟動按鈕及水位選擇開關后，洗衣機啟動，并且開始注水，直到水位上升到開關設定的水位，關閉進水閥。2關閉進水閥后延時2s，然后自動開始洗滌。3洗滌時，洗衣機滾筒首先正轉30s，停止2s，然后再反轉30s，停止2s。4如此循環(huán)5次，總共320s后開始排水，水排空以后開始脫水，脫水時間為30s。5第一次脫水完成后開始自動漂洗，重復25的步驟，一共清洗兩遍。6清洗完成后，洗衣機報警3s提示洗衣完成并且自動停機。7在自動控制的過程中假設按下停車按扭，可進入

19、手動控制過程，手動控制主要包括可手動排水不脫水和手動脫水。3.1 軟件開發(fā)環(huán)境簡介本設計所使用的編程環(huán)境為三菱公司開發(fā)的PLC編程軟件GX Developer8.52。該軟件適用于Q、QnU、QS、QnA、AnS、AnA、FX等全系列可編程控制器。支持梯形圖、指令表、SFC、 ST及FB、Label語言程序設計，網絡參數設定，可進行程序的線上更改、監(jiān)控及調試，具有異地讀寫PLC程序功能。使用簡單，操作方便，是PLC編程人員比擬親賴的開發(fā)環(huán)境之一。圖3.1 GX Developer8.52啟動畫面圖3.2 GX Developer8.52工作界面3.2 全自動洗衣機程序流程圖水位選擇開始啟動進水

20、正轉30s是否已洗滌5次到達預設水位暫停2s暫停2s反轉30s暫停2s排水到達水位脫水30s是否反復洗滌3次報警3s停機是否是否是否手動排水手動排水是是否手動脫水手動脫水是圖3.3全自動洗衣機程序流程圖3.3全自動洗衣機功能梯形圖編程實現本設計所采用的編程方法主要為采用步進梯形指令構成步進梯形圖。步進梯形指令簡稱步進指令。三菱FX系列PLC有兩條步進指令：STL和RET，STL是步進開始指令，RET是步進結束之令。利用這兩條指令就可以很方便地對順序控制系統(tǒng)的功能圖進行編程。下面根據全自動洗衣機所需要實現的功能對梯形圖進行分析。特殊輔助繼電器M8002為初始化脈沖，僅在運行開始瞬間接通。此條指令

21、作用為在系統(tǒng)開始運行時激活初始狀態(tài)S0。X002為停止開關信號輸入端子，X012與X013分別為手動排水與手動脫水控制開關信號輸入端子，Y005、Y006分別表示排水與脫水控制信號輸出端子。此段梯形圖完成的功能為：在停車開關按下后根據X012、X013狀態(tài)分別實現手動排水與脫水。X001為啟動信號輸入端子，此段梯形圖完成狀態(tài)S0對應功能，即：在無停止信號的前提下，清零計數器C1計數器C1功能將在后面程序中具體說明，同時如果啟動開關按下，激活狀態(tài)S20。此段梯形圖為狀態(tài)S20所對應的功能，X003、X004、X005分別為高、低、中三個水位選擇開關信號輸入端子，X007、X010、X011分別為

22、高、中、低三種水位檢測狀態(tài)的信號輸入端子，Y002為進水控制信號輸出端子。此段梯形圖功能為：清零計數器C0(計數器C0功能將在后面程序中具體說明)，翻開進水閥，開始進水，同時根據設定的水位，檢測水位是否到達設定水位，如果到達那么激活狀態(tài)S21。此段梯形圖為狀態(tài)S21所對應的功能，主要完成關閉進水閥后延時2s的功能。延時時間到后激活狀態(tài)S22。定時器T0定時時間為2s。此段梯形圖為狀態(tài)S22所對應的功能，狀態(tài)S22主要完成啟動洗衣機滾桶，正轉30s，時間到達后，激活狀態(tài)S23。Y001為啟動信號輸出端子，Y003為洗衣機滾筒正轉控制信號輸出端子，定時器T1定時時間為30s。此段梯形圖為狀態(tài)S23

23、所對應的功能，主要完成洗衣機洗滌時，滾筒正轉30s完成后的停止轉動2s的功能。定時器T2定時時間為2s。此段梯形圖為狀態(tài)S24所對應的功能，狀態(tài)S24主要完成洗衣機滾筒反轉30s，時間到后，激活狀態(tài)S25的功能。Y004為洗衣機滾筒反轉控制信號輸出端子，定時器T3定時時間為30s。此段梯形圖為狀態(tài)S25所對應的功能，完成的主要功能為：洗衣機滾筒停轉2s，同時判斷洗滌過程是否已經進行了5次循環(huán)了，如果沒有，激活狀態(tài)S22，繼續(xù)循環(huán)執(zhí)行從狀態(tài)S20到狀態(tài)S25的程序，如果洗滌已經完成了5次循環(huán)過程了，激活狀態(tài)S26。定時器T4定時時間為2s，C0計數器用于記錄洗滌循環(huán)次數，每完成一次洗滌過程計數器

24、C0加1，設定值為5。此段梯形圖為狀態(tài)S26所對應的功能，該主要功能為：在完成5次洗滌之后，自動排水，排完水后激活狀態(tài)S27。Y005為排水控制信號輸出端子，X006為檢測排空信號輸入端子。此段梯形圖為狀態(tài)S27所對應的功能，狀態(tài)S27主要完成排完水后對衣物進行脫水30s，同時判斷是否對衣物已經清洗了兩遍，如果未到達兩遍，那么再次激活狀態(tài)S20，重復狀態(tài)S20到S27的程序，如果清洗次數到達兩遍后，激活狀態(tài)S28。Y006為脫水控制信號輸出端子，定時器T5的定時時間為脫水時間30s。計數器C1記錄清洗次數，設定值為3，因為第一次計數器加1并不是清洗過程，所以要完成兩次清洗，計數器C1的設定值應

25、設為3。此段梯形圖為狀態(tài)S28所對應的功能，此狀態(tài)對應的功能為：在完成上述所有洗滌過程后自動報警3s，然后回到初始狀態(tài)。Y007為報警控制信號輸出端子，定時器T6定時時間為報警時間3s。以上所有狀態(tài)工作的條件都是在停止開關未接通的情況下。只要停止開關一接通，那么結束自動控制過程，進入手動控制階段，手動控制主要包括可手動排水不脫水和手動脫水，根據手動輸入信號決定所完成的控制功能。3.4 系統(tǒng)調試連接好PLC，翻開軟件，選定適宜的通信端口。首先用軟件遠程使PLC停止工作，RUN燈熄滅。然后把編好的程序寫入PLC，再用軟件啟動PLC，發(fā)現PLC的RUN指示燈亮，程序運行時，按下啟動按鈕X001，置位

26、狀態(tài)存放器S20，控制進水閥開始進水。由外部跟定液位信號，比方選定高水位洗滌，那么閉合X003,過一會兒再閉合X007，相當于已到達高水位，從而置位S21，S20自動復位，關閉進水，同時啟動T0計時器暫停2s。計時完畢，T0常開點閉合，置位S22，洗衣機開始正轉，并開啟T1計時器計時30s。計時完畢，T1常開點閉合，置位S23，開啟暫停2s的T2計時器。計時完畢，T2常開點閉合，置位S24，控制電動機反轉，同時開啟T3計時器計時30s。計時完畢，T3常開點閉合，從而置位S25，開啟暫停2s計時器T4。計時到時，并啟動計時器C0，計數一次，同時返回S22，直到計數器計到5次時，即正反轉320s后

27、，置位S26，開始排水.當排空后，X011有信號，從而置位S27,啟動脫水，并保持排水，同時開啟T5計時器計時30s。計時到時，T5常開點閉合，C1計數一次，同時返回S20，直到C1計時3次時，即反復洗滌兩次后，C1常開點閉合，置位S28，開啟報警電路，揚聲器發(fā)出響聲提示洗衣完成，同時啟動T6計時器，控制報警聲3s后停止，之后返回到S0,程序停止。在每一步順序運行時，上一步的狀態(tài)存放器均自動復位。在程序運行中，閉合X2，各狀態(tài)存放器均無信號，通過選擇手動排水和手動脫水檔位，可實現手動排水和手動脫水功能。假設要實現輕柔洗功能，需添加X000作為輕柔洗檔位，把X001設為標準洗檔位，輕柔洗的過程可

28、以通過一些計時器把正反轉的時間設定的小一些。編程和上述根本類似。25結束語經過將近一周的全自動洗衣機PLC課程設計，讓我們收獲頗豐，不僅熟悉了全自動洗衣機的工作過程，同時了解到了其內部硬件電路的構成、每局部電路的設計等，還學會了PLC軟件開發(fā)環(huán)境的使用、各種編程指令的應用等。此次軟件編程使用的主要為步進指令。步進指令簡單，直觀，易于閱讀，使用它來控制洗衣機的工作過程，很是方便。通過此次課程設計的鍛煉，讓我們加深了對PLC的認識和理解，也知道了PLC應用于工業(yè)控制的優(yōu)點所在，更重要的是讓我們看到了自己知識的匱乏，也堅決了以后要不斷的學習，不斷的向身邊的人虛心請教，同時要借助于圖書館和網絡來擴充自

29、己的知識面的決心。也只有這樣，在以后的社會競爭中，自己才能有立足之地，才能有所作為。參考文獻1 董愛華. 可編程控制器原理及應用. 北京：中國電力出版社，20212 謝文輝,張志芳. PLC應用技術易讀通. 北京：中國電力出版社，20213 常曉玲. 電氣控制系統(tǒng)與可編程控制器. 北京：機械工業(yè)出版社，2021.24 賀哲榮,石帥軍. 流行PLC實用程序及設計三菱FX2系列. 西安：西安電子科技大學出版社，2006.35 夏路易,石宗義. 電路原理圖與電路板設計教程.北京：北京希望電子出版社，2002.66廖常初.PLC根底及應用.第2版. 北京.機械工業(yè)出版社.20077王兆晶.維修電工高級.北京.機械工業(yè)出版社.20078熊幸明.工廠電氣控制技術.北京.清華大學出版社.20059黃凈.電氣控制與可編程序控制