优秀毕业设计毕业论文PLC课程设计全自动洗衣机

1、摘要随着社会经济的发展和科学技术水平的提高，许多领域实现全门动化成为必然的发展 趋势。洗衣机也不列外，它的生产极大的方便了人们的生活。全自动洗衣机综合运用 了大量力学、电学、光学等知识。自从全自动洗衣机诞生以来，其内部的电路控制 系统就不断的被改进。随着plc技术的迅速发展与普及，在多种多样的控制技术中，采 用plc控制系统的全自动洗衣机显得更加智能化。该课程设计介绍了可编程序控制器(plc)、三菱公司的fx2n系列的plc、全自动洗 衣机、以及plc控制全门动洗衣机系统。本次课程设计仅采用三菱公司的fx2n系列的 plc,通过顺序功能图采用步进指令设计梯形图，设计了一个简单的全自动洗衣机控制

2、 系统。关键词：plc； fx2n ；顺序功能图；梯形图；步进指令；目录摘要1可编程序控制器1.1 plc的概述1.2 plc的特点和可靠性1.3 plc的分类1.4 plc的发展及应用2三菱公司的fx2n系列2.1 fx2n系列的机械硬件2.2 fx2n系列plc的面板2.3 fx2n 系列 plc 的 i/o 点3全口动洗衣机3.1全自动洗衣机基本工作原理3.2全自动洗衣机的硬件设计 4全口动洗衣机的软件设计4.1 plc的i/o分配表4.2软件设计顺序功能图4.3中间继电器的设计分析5梯形图和指令表5.1梯形图5.2指令表6总结参考文献致谢引言plc是在工业自动化和办公自动化中广泛使用的

3、个人计算机。plc拥有众多控制设备 难以奇迹的优势，它凭借着编程方法简单易学、硕件配套齐全、用户使用方便、通用性 和实用性强、可靠性高以及抗干扰能力强等特点在工业部门的控制领域占有重要地位。该设计采用三菱公司的fx2n系列可编程控制器ofx2n系列在国内广泛使用，故我们在 这里有必要详细介绍三菱的fx2n系列可编程控制器(plc) o随着社会经济的发展和科学技术水平的提高，家庭电器全口动化成为必然的发展趋势。洗衣机也不列外，它的生产极大的方便了人们的生活。全自动洗衣机综合运用了大量力 学、电学、光学等知识。该设计为全自动洗衣机的plc控制，主要介绍了全自动洗衣机 的工作原理，控制系统的plc的

4、选型和资源的配置，控制系统程序设计与调试，控制系统plc程序。相信通过此次设计，我们能对plc有更加深刻的认识。1可编程程序控制器1. 1 plc的概述可编程序控制器(ptogrammabie logic contrgicoller,缩写plc)是以微处理器为 基础，综合计算机、通信、联网以及口动控制技术而开发的新一代工业控制装置。可编 程序控制器是随着技术的进步与现代社会生产方式的转变，为适应多品种小批量生产 的需要，生产发展起来的一种新型的工业控制装置°plc从问世以来，虽然至今还不到 40年，但曲于其具有通用灵活的控制性能，简单方便的使用性能，可以适应各种工业环 境的可靠性，因

5、此在工业自动化各领域取得了广泛的应用。有人将它与数控技术、 cad/cam技术工业机械人技术并称为现代工业自动化技术的四大支柱。可编程序控制器 在我国的发展与应用已有30多年的丿力史，现在它已经广泛应用于国民经济的各个工业 生产领域，成为捉高传统工业装备水平和技术能力的重要设备和强大支柱。1. 2 plc的特点和可靠性plc是传统的继电器技术和计算机技术相结合的产物，所以要工业控制方面，它具 有继电器或通用计算机所无法比拟的特点。(1) 应用灵活、使用方便模块化的plc设计，使用户能根据自己系统的大小、工艺 流程和控制要求等来选择自己所需要的plc模块并进行资源配置和plc编程。这样，控 制系

6、统就不需要大量的硬件装置，用户只需根据控制需要设计plc的硬件配置和i/o的 外部接线即可。(2) 面向控制过程的编程语言，容易掌握plc的编程语言采用继电器控制电路的梯 形图语言，清晰直观。虽然plc 是以微处理器为核心的控制装置，但是它不需要用户 冇很强的程序设计能力，只在用户具备一定的计算机软、硬件知识和电器控制方面的知 识即可。plc的高可靠性主要表现在硬件和软件两个方面：(1)在硬件方面，由于采用性能 优良的开关电源，并月对选用的器件进行严格的筛选，加上合理的系统结构，最后加固、 简化安装，因此plc具冇很强硕的抗振动冲击性能；无触点的半导体电路来完成大量的 开关动作，就不会出现继电

7、器系统中的器件老化、脱焊、触点电弧等问题；所有的输入 /输出接口都采用光电隔离措施，使外部电路和plc内部电路能有效的进行隔离；plc 模块式的结构，可以在其屮一个模块出现故障时迅速地判断出故障的模块并进行更换， 这样就能尽量的缩短系统的维修时间。(2)在软件方面，plc的监控定时器可用于监视执行用户程序的专用运行处理器 的延迟，保证在程序出现错谋和程序调试时，避免因程序错谋而出现死循环；当cpu、 电池、i/o 口、通信等出现异常时，plc的自诊断功能可以检测到这些错谋，并采取相 应的措施，以防止故障扩大；停电时，后电池和正常工作时一样，进行对用户程序及动 态数据的保护，确保信息不丢失。1.

8、 3 plc的分类(1) 小型plc连接开关量i/o模块、模拟量i/o模块以及其它各种特殊功能模块, 能执行包括逻辑运算、计吋、计数、算术运算等。输入/输出点数在128点以下的plc称 为小型plc。其特点是体积小、结构紧凑，它可以据处理和传送、通信联网以及各种应 用指令。(2) 屮型plc 输入/输出点数在128-512点z间的plc称为屮型plc。它除了具有 小型机所能实现在功能外，还具有强在的网络通信功能、更丰富的指令系统、更大的内 存容量和更快的扫描速度。(3) 大型plc 输入/输出点数大于512的plc称为大型plco它具有强大的软件硬 件功能、口诊断功能、通信联网功能，它可以构成

9、三级通信网，实现工厂生产管理口动 化。另外大型plc还可以采用三cpu构成表决式系统，使机器具有更高的可靠性。1.4 plc的发展及应用20世纪80年代以后，16位和32位微处理器应用于plc屮，使plc得到迅速发展。 plc不仅控制功能增强，同时可靠性提高，功耗、体积减小，成木降低，编程和故障检 测更加灵活方便，而且具有通信和联网、数据处理和图象显示等功能，使plc真正成 为具有逻辑控制、过程控制、运动控制、数据处理、联网通信等功能的名符其实的多功 能控制器。plc的初期由于其价格高于继电器控制装置，使得其应用受到限制。但最近十多年 来，plc的应用面越来越广，其主要原因是：一方面由于微处理

10、器芯片几有关元件的价 格大大下降，使得plc的成木下降；另一方面plc的功能大大增强，它也能解决复杂的 计算和通信问题。口前plc在国内外已广泛应用于钢铁、采矿、水泥、石油、化工、电 力、机械制造、汽车、装卸、造纸、纺织、环保和娱乐等行业。plc的应用范围通常可 分成以下5种类型：(1) 顺序控制(2) 运动控制(3) 过程控制(4) 数据处理(5) 通信网络2三菱公司的fx2n系列2.1 fx2n系列的机械硬件（1）机器的外部特征plc按结构形式不同，可分为整体式和模块式两类。整体 式plc是将电源、cpu、存储器、输入/输出单元等各个功能部件集中在一个机壳内， 具冇结构紧凑、体积小、价格低

11、的特点；模块式plc将各个功能部件做成独立模块， 如电源模块、cpu模块、i/o模块等，然后按需要进行组合。小型plc的i/o点数在256点以下，存储容量在8k步以内，具有逻辑运算、定时、 计数、移位、口诊断和监控等基本功能。fx2n系列小型plc其外形如图21所示。fx2n系列plc是fx系列中最高级的模 块，它拥有极高的速度、高级的功能、逻辑选件以及定位控制等特点，能满足从16到 256路输入/输岀多种应用的要求。一套plc系统的硬件一般由基本单元（包括cpu、存储器、输入/输出接口及内部电 源等）、i/o扩展模块、扩展单元、转换电缆接口、特殊适配器和特殊功能模块等外部 设备组成。图21

12、plc外形图2. 2 fx2n系列plc的面板fx2n系列plc的而板由三部分组成，即外部接线端子、指示部分和接口部分，各部 分的组成及功能如下。 fx2n外部接线端了外部接线端子包括plc电源（l、n）、输入用直流电源（24+、com）、输入端子 （x）、输出端子（y）和机器接地等。它们位于机器两侧可拆卸的端子板上，每个 端子均有对应的编号，主要用丁电源、输入信号和输岀信号的连接。 fx2n指示部分指示部分包括各输入输出点的状态指示、机器电源指示（power）、机器运行状 态指示（run）、用户程序存储器后备电池指示（batt.v）和程序错误或cpu错误 指示（prog-e、cpu-e）等,

13、用于反映i/o点和机器的状态。 fx2n接口部分主要包括编程器接口、存储器接口、扩展接口和特殊功能模块接口等。在机器面 板上，述设置了一个plc运行模式转换开关sw （run/stop） , run使机器处于运行状 态（run指示灯亮）；stop使机器处丁停止运行状态（run指示灯灭）。当机器处t stop 状态时，可进行用户程序的录入、编辑和修改。接口的作用是完成基木单元同编程器、 外部存储器、扩展单元和特殊功能模块的连接。在plc技术应用中会经常用到。2. 3 fx2n系列的i/o点fx2n的i/o点端子是plc与外部输入、输出设备连接的通道。输入端子（x）位于 机器的一侧，而输出端子（y

14、）位于机器的另一侧。i/o点的数量、类别随机器的型号不 同而不同，但i/o点数量相等及编号规则完全相同。fx2n系列plc的i/o点编号采用8 进制,即0000007、010017、020027,输入点前面加“x”,输出点前面加“y” ° 扩展单元和1/0扩展模块，其1/0点编号应紧接基本单元的1/0编号依次分配 编号。1/0点的作用是将1/0设备与plc进行连接，使plc与现场设备构成控制系统， 以便从现场通过输入设备（元件）得到信息（输入），或将经过处理后的控制命令通过输出设备（元件）送到现场（输岀）， 从而实现自动控制的目的。输入回路的连接如图2-2所示。输入冋路的实现是将co

15、m通过输入元件 （如按钮、转换开关、行程开关、继电 器的触点、传感器等）连接到对应的输图22输入回路的连接24v+comx0xix2x3x4x5x6xtplc入点上，再通过输入点x将信息送到plc内部。一旦某个输入元件状态发生变化，对应 输入继电器x的状态也就随之变化，plc在输入采样阶段即可获取这些信息。输出冋路就是plc的负载驱动冋路，输出冋路的连接如图3所示。通过输出点，将负载和负载电源连接成一个冋路，这样负载就由plc输出点的on/off进行控制，输 出点动作负载得到驱动。负载电源规格根据负载的需要和输出点的技术规格进行选择。图23输出回路的连接(1) i/o点的共com问题一般情况下

16、，每个i/o点应有两个端子，为了减少i/o端子的个数，plc内部已将其 中一个i/o继电器的端子与公共端com连接。输出端子一般采用每4个点共com连接, 如图23所示。(2) 输出点的技术规格不同的输出类别，有不同的技术规格。应根据负载的类别、大、负载电源的等级、响 应时间等选择不同类别的输出形式。(3) 多种负载和不同负载电源共存的处理在输出共用一个公共端了的范围内，必须用同一电压类型和同一电压等级；而不同 公共点组可使用不同屯压类型和屯压等级的负载，如图2-3所示。plc控制系统由硕件和软件两个部分组成，硕件部分：将输入元件通过输入点与plc 连接，将输岀元件通过输岀点与plc连接，构成

17、plc控制系统的硬件系统。软件部分： 即控制思想，用plc指令将控制思想转变为plc可接受的程序。为适应控制的需要，plc i/o具有不同的类别。其输入分直流输入和交流输入两种 形式；输出分继电器输出、可控硅输出和晶体管输出三种形式。继电器输出和可控硅输 出适用于大电流输出场合；晶体管输出、可控硅输出适用于快速、频繁动作的场合。相 同驱动能力，继电器输出形式价格较低。3全自动洗衣机3.1全自动洗衣机的基本工作原理全自动洗衣机是通过水位开关与电磁进水阀配合來控制进水、排水以及电机的 通断，从而实现自动控制的。电磁进水阀起着通、断水源的作用。当电磁线圈断 电时，移动铁芯在重力和弹簧力的作用下，紧紧

18、顶在橡胶膜片上，并将膜片的中 心小孔堵塞，这样阀门关闭，水流不通。当电磁线圈通电后，移动铁芯在磁力作 用下上移，离开膜片，并使膜片的中心小孔打开，于是膜片上方的水通过中心小 孔流入洗衣桶内。由于中心小孔的流通能力大于膜片两侧小孔的流通能力，膜片 上方压强迅速减小，膜片将在压力差的作用下上移，闭门开启，水流导通。进水时，通过电控系统把进水阀打开，经进水管将水注入机内，排水时，通过电控系 统使排水阀打开，将水又排到机外。洗衣机正转，反转由洗涤电机驱动波轮正反来实现, 此时脱水桶并不旋转。脱水时，通过电控系统将离合器合上，由洗涤电机带动桶转进行 甩干；高中低水位开关分别用来测高中低水位；启动按钮用来

19、启动洗衣机工作；空水位 按钮用来测空水位；进水、洗涤、排水、脱水及报警自动完成。3.2全自动洗衣机的硬件设计kmo、km1、km2、km3、km4、km5分别是输出继电器的常开按钮，主电路中运 用一台电机完成洗衣机的正转、反转、脱水工作，两个电磁阀分别在通电的情况下完成 向机内进水和向机外排水，另外用一个指示灯完成报警工作。plc是一种用作数字控制 的专用电子计算机，它根据用户给的指令，通过输入接口现场采样信息执行逻辑或数值 运算，再通过输出接口去控制各种执行机构动作。它主要由cpu、存储器、i/o接口模 板三部分。它是整体模块形式，由它作为洗衣机控制系统，在硬件设计上就相对简单点。 通过对结

20、构图的分析，可知全自动洗衣机的i/o点为14个，故选择抵挡的三菱fx2n 系列fx2n48mr,可以完全满足其要求，fx2n48mr有20个i/o,根据输入8个 和输出口 6个，总点数为14个，考虑留有适当余量，采用三菱fx2n-48mr型plc, 可满足设计要求。水（低水位 忖中水位 选高水位择km1 km2frasboz rxoywakm13jldsb1x5y2akm23dsb2x6y2w3km并y%4x7&sb3km4 3<sb4px4dac|220vc csl3comoxicomlsm .zx2y4ashdax3<jkm5com2fx2n48mr自动低水位中水位高水

21、位零水位电机正转控制3电机反转控制3进水电磁控制a排水电磁控制a报警装苴3脱水电磁阀控;图31全自动洗衣机外部接线图4全自动洗衣机的软件设计4.1 plc的i/o分配表全口动洗衣机有起/停按钮、高/中/低水位开关以及空、低、屮、高四个水位传感器, plc需要接受这8个输入开关信号；plc需要骡动进/排水电磁阀、脱水电磁阀、电动机 的正/反转接触器以及蜂鸣器，因此需要这6个输出信号端。其i/o接点分配如下表4 1所示。表41全自动洗衣机的i/o分配表输入继电器输出继电器功能作用名称地址功能作用名称地址启动sbox0正转km1y0低水位shxi反转km2y1中水位smx2进水km3y2高水位slx

22、3排水km4y3空水位传感器sb1x4脱水km5y5低水位传感器sb2x5报警lsy4中水位传感器sb3x6高水位传感器sb4x74.2软件设计顺序功能图全口动洗衣机的过程包描启动、进水、洗涤、排水和脱水等功能。在实现控制过程中, 各种采样信息都是通过控制屮心进行各种判断、比较和选择，再经信息线路反馈给洗衣 机各控制执行机构，决定洗衣机的工作状态。如下图4-1所示,plc在系统中是处中心位置，水位开关是plc的输入信号控制开关, 进水阀、排水阀和电机是洗衣机各种动作的执行机构。其屮进水阀和排水阀由plc给定 信号来决定其工作状态；电机的工作状态也由控制中心plc给定信号来决定的，而电机 的正反

23、转状态直接决定了洗衣机的洗涤状态和脱水状态。另外由于洗衣机工作过程是顺 序过程，所以利用plc机的控制系统是可行的。我们采用三菱公司独有的步进指令进行 梯形图的转换。图41全口动洗衣机的顺序功能图4.3中间继电器的设计分析根据而面的编号表盒系统结构图以及全门动洗衣机的plc控制系统程序工艺流程图可知，实现自动控制药设置7个计时器和2个计数器to暂停2st1正转30st2暂停2st3反转30st4暂停2st5脱水30st6报警3sco止反转洗涤5次c1-一清洗2 ；由丁我们在实验室没有这些设备，故传感器等设备是用实物来替代手动的开关，来实 现h动控制原理，可以做到人为的设置一些手动开关来实现h动

24、控制原理。5梯形图和指令表5.1梯形图23so xooo t丸ih31343739冗04x005hiii-s34345x004x005x006mliiii-加zrsisos12；zrsicocl；zrsito16；zrsi x000緬 5seiso；setsi；seis2seis3seis4(w02 3sei85；(002sets5(wb ® to w一血(10册m s6586?65-|stl70s773-|stlf77s880 th"1385|卜s988t汕92ook2q)set56；(woo(11k3o)sets7；(12k20)sets8；(w01)k30)sets9

25、；04k20)sets6；sets10；5. 2指令表0ldu80021zrstsos126zrstcocl11zrst10t616zrstydoo伽521setso23stlso24lduooo25setsi27stlsi28ld29set5?31ldx00232sets334ld)f00335set37stls238outy00239ld伽4dandw0541sets543stls3outyd0245ld颇邨andjj0054 了andto0648sets550stl51outyom52lo紀q453and)f0055and)?00655and)f00756sets558stls559ou

26、10k2062ld1063sets665stls666outyooo67oirrt1k3070ldt171sets773stls7刃okit2k2077ldt?78sets880sils881o'jy00182outt3k3085ld1386sets988sils989oirr14k2092lot493训co94sets696ldt497andco98setsiowosils101d1outydd3102ldi烦4103set511105stl511yq03107olftyq05w8out巧111lo15112制ci111seisi115ld巧116and(1117seis12kjo119sil51?120out121outisk30124ld125宣tsq127ret128ld59129olftcok5132l