全自动洗衣机plc程序设计

1、机电传动控制课程设计说明书院系班级姓 名学 号指导老师 摘要随着人们生活水平的不断提高，洗衣机已经作为一件必备实用的家用电器进入了千家万户。人们对洗衣机依赖性的加强也必然要求着洗衣机的各相性能得到同步加强，要求着洗衣机适应各种不同使用环境的能力得到进一步提升。近年来，可编程控制器在我国的迅速发展，它所具有的功能性强、可靠性高、配制方法灵活等特点是其它控制器所无法匹敌的，因此，它被越来越广泛的应用于各类工业控制领域并加快了向民众生活进军的步法。本文讲述的是如何利用 PLC 实现全自动洗衣机的控制，实现洗衣、清水、脱水的全自动控制。本文结合 任务设计书的要求，以洗衣机为研究对象，采用了三菱公司 F

2、X2n 系列可编程逻辑控制器作为洗衣机的控制器。对洗衣机的控制系统的总体功能进行了分析，阐述了可编程逻辑控制器的组成和工作原理。并提出了洗衣机硬件的各组成模块及详细的硬件模块设计方案。本设计改善了洗衣机系统的控制品质，并真正地达到了实时全自动控制的要求。关键字： 洗衣机； 全自动； 可编程逻辑控制器； 控制目录一、绪论1 1.1、全自动洗衣机的应用现状11.2、设计全自动洗衣机的意义1 1.3、全自动洗衣机主要实现功能1二、硬件电路的实现2 2.1 主控电路设计22.1.1 PLC简介2 2.1.2 控制器I/O口分配表42.1.3 全自动洗衣机PLC控制的硬件图52.2 单相异步电动机驱动控

3、制电路设计5 2.3 报警电路设计72.4 进排水控制电路设计82.4.1 进水阀阀门简介8 2.4.2 进水阀门控制电路设计102.4.3 排水阀门简介11 2.4.4 排水阀门控制电路设计122.5 水位检测电路设计13三、软件程序实现14 3.1 软件开发环境简介143.2 全自动洗衣机程序流程图153.3全自动洗衣机功能梯形图编程实现173.4 系统调试21 结束语23参考文献24致谢25附录26指令表清单：26一、绪论1.1、全自动洗衣机的应用现状目前洗衣机是一种耳熟能详的家用电器，随着科技的进步和人们生活质量的提高，以及人们对精神文明的高度追求，那么全自动洗衣机也揭开了面纱，现在做

4、的比较好的，国内有小天鹅、海尔、荣事达等等，国外有西门子，博世等等。这些厂家所生产的全自动洗衣机还是比较好的，但所谓物以稀为贵，所以相对来说价格还存在很大的异议。而人们追求的高质量生活，也就对这些不是很过问了，只要买来好用就可以了，所以目前市场上还是有很大的发展空间。1.2、设计全自动洗衣机的意义 全自动洗衣机以其固有的优点还是赢得了很多的消费者的信赖，应用而生，它将是现在到未来的星星产品，所以有必要开发和改善现有的全自动洗衣机，应用最先进的科技技术 ，投入最少的资金。而目前随着PLC价格下降，PLC的应用不断普及，同时，PLC本身所具有的：可靠性高、抗干扰能力强、编程简单、体积小、功耗低、便

5、于维护等特点使得PLC成为工控领域的首选控制器，所以可以应用该产品进行研发，从而达到洗衣机自动化控制，更多的赢得消费者的青睐。1.3、全自动洗衣机主要实现功能本篇论文所设计的全自动洗衣机的功能主要包括：自动洗涤，自动漂洗，自动脱水三个主要阶段，同时可手控洗涤衣物。通过PLC具体实现过程为：（1）按下启动按钮及水位选择开关，注水直到水位开关设定的水位，关闭进水阀。（2）关闭进水阀后延时2s，然后开始洗涤。（3）洗涤时，洗衣机滚筒首先正转30s，停止2s，然后再反转30s，停止2s（4）如此循环5次，总共320s后开始排水，水排空以后开始脱水，脱水时间为30s（5）第一次脱水完成后开始自动漂洗，重

6、复（2）（5）的步骤，一共清洗两遍（6）清洗完成后，洗衣机报警3s提示洗衣完成并且自动停机（7）在自动控制的过程中若按下停车按扭，可进入手动控制过程，可手动排水（不脱水）和手动脱水。二、硬件电路的实现本篇论文所设计的全自动洗衣机所包含的硬件电路主要有：主控电路设计、单相异步电动机驱动控制电路设计、报警电路设计、进排水控制电路设计、水位检测控制电路设计等。2.1 主控电路设计2.1.1 PLC简介本文设计的全自动洗衣机所采用的控制器为三菱公司FX2n系列PLCFX2n-48MR-D。可编程逻辑控制器（Programmable Logic Controller，PLC），它采用一类可编程的存储器，

7、用于其内部存储程序，执行逻辑运算、顺序控制、定时、计数与算术操作等面向用户的指令，并通过数字或模拟式输入/输出控制各种类型的机械或生产过程。可编程逻辑控制器实质是一种专用于工业控制的计算机，其硬件结构基本上与微型计算机相同，基本构成有：、电源可编程逻辑控制器的电源在整个系统中起着十分重要的作用。如果没有一个良好的、可靠的电源系统是无法正常工作的，因此，可编程逻辑控制器的制造商对电源的设计和制造也十分重视。一般交流电压波动在+10%(+15%)范围内，可以不采取其它措施而将PLC直接连接到交流电网上去、中央处理单元(CPU)中央处理单元(CPU)是可编程逻辑控制器的控制中枢。它按照可编程逻辑控制

8、器系统程序赋予的功能接收并存储从编程器键入的用户程序和数据；检查电源、存储器、I/O以及警戒定时器的状态，并能诊断用户程序中的语法错误。当可编程逻辑控制器投入运行时，首先它以扫描的方式接收现场各输入装置的状态和数据，并分别存入I/O映象区，然后从用户程序存储器中逐条读取用户程序，经过命令解释后按指令的规定执行逻辑或算数运算的结果送入I/O映象区或数据寄存器内。等所有的用户程序执行完毕之后，最后将I/O映象区的各输出状态或输出寄存器内的数据传送到相应的输出装置，如此循环运行，直到停止运行。为了进一步提高可编程逻辑控制器的可靠性，近年来对大型可编程逻辑控制器还采用双CPU构成冗余系统，或采用三CP

9、U的表决式系统。这样，即使某个CPU出现故障，整个系统仍能正常运行。、存储器存储器主要包括：系统程序存储器和用户程序存储器。存放系统软件的存储器称为系统程序存储器。存放应用软件的存储器称为用户程序存储器。、输入输出接口电路输入接口电路由光耦合电路和微机的输入接口电路，作用是可编程逻辑控制器与现场控制的接口界面的输入通道。输出接口电路由输出数据寄存器、选通电路和中断请求电路集成，作用可编程逻辑控制器通过现场输出接口电路向现场的执行部件输出相应的控制信号。、功能模块如计数、定时等功能模块。、通信模块主要用于PLC与其她控制器之间的通信，如SCI通信等。可编程逻辑控制器具有以下鲜明的特点：、系统构成

10、灵活，扩展容易，以开关量控制为其特长；也能进行连续过程的PID回路控制；并能与上位机构成复杂的控制系统，实现生产过程的综合自动化。、使用方便，编程简单，采用简明的梯形图、逻辑图或语句表等编程语言，而无需计算机知识，因此系统开发周期短，现场调试容易。另外，可在线修改程序，改变控制方案而不拆动硬件。、能适应各种恶劣的运行环境，抗干扰能力强，可靠性强，远高于其她各种机型。正是由于以上特点PLC被广泛应用于个工程控制领域。FX2n-48MR-D型PLC属于FX2n系列，具有48个I/O点数（输入24点，输出24点）的基本单元，继电器输出型，使用24V电源。 控制器I/O口分配表表2.1 控制器I/O口

11、分配表输入输出停止 X000启动洗衣机Y000启动 X001进水阀Y001高水位 X002正转Y002中水位 X003反转Y003低水位 X004排水Y004排空检测 X005脱水Y005高水位检测 X006报警Y006中水位检测 X007低水位检测 X010手动排水X011手动脱水X012 全自动洗衣机PLC控制的硬件图图2.1全自动洗衣机PLC控制的硬件图如图2.1所示，按键S1-S11分别为不同信号信号输入，COM口为公共接地端，Y000-Y006分别为不同控制信号输出端，输出控制信号控制执行电路的工作状态。2.2 单相异步电动机驱动控制电路设计单相异步电动机主要用于为洗衣机滚筒的转动提

12、供动力，电机驱动控制电路用于控制电机的启停，正反转等，保证全自动洗衣机的各项功能正常运行。根据全自动洗衣机的功能设计出的单相异步电动机驱动控制电路如下：图2.2 单相异步电动机驱动电路图如图2.2所示，KQ为刀开关，相当于洗衣机的插头，FU1为熔断器，可以保护电机不至于因工作异常导致电流过大而使电机烧毁。KM1、KM2分别为继电器的动合触点，分别控制电机的正反转。电路的工作原理为：当KM1接通时，电容器串联在启动绕组绕组上，则电流I相位约90°，设此时电动机正转，当KM1断开，KM2接通时，电容器从启动绕组切断到工作绕组中，则电流I工作绕组超前启动绕组相位约90°，从而实现

13、了电动机的反转，在该电路中实质上是主、副绕组相互交换来实现正反转的，因此这种单相异步电动机的工作绕组和启动绕组必须是可以互换的。所以它的工作绕组、启动绕组的线圈匝数线径，所占槽位数都是应该完全相同的。图2.3 单相异步电动机控制电路如图2.3所示，控制电路工作电压与PLC电源相同，其中R4为限流电阻，NPN型三极管PE8050在电路中用作开关管的功能，PE8050其耐压值为30V，额定电流为1.5A，所以可在此电路中安全使用。此控制电路的工作必须在启动信号为1的条件下，当正转控制信号为1，反转控制信号为0时，继电器KM1线圈得电，驱动电路中继电器KM1常开触点KM1闭合，电机正转。当正转控制信

14、号为0，反转控制信号为1时，KM1线圈失电，动合触点KM1断开，继电器KM2线圈得电，驱动电路中，继电器KM2的常开触点闭合，电机反转。启动信号为0时，整个控制电路失电，继电器KM1、KM2线圈失电，动合触点断开，电机停止，洗衣机停止工作。2.3 报警电路设计报警电路工作于洗衣机完成洗衣后，自动报警3s，告知洗衣完成。然后自动停机。图2.4 报警电路电路图如图2.4所示，当报警控制信号为1时，蜂鸣器发声报警。2.4 进排水控制电路设计 进水阀阀门简介本文所选择的进水电磁阀为海鹰FCD3-4型单头进水电磁阀。其控制简单，使用方便，体积小，价格低，性能优良。图2.5 单头进水电磁阀由图2.5可知，

15、该电磁阀的额定工作电压为220V，额定工作电流26mA。图2.6 海鹰FCD3-4型单头进水电磁阀内部结构图进水阀的结构图如图2.6所示，未通电时，电磁线圈13无电流通过，动铁芯7的橡胶堵头6在复位弹簧8作用下，将阀门接盘5的中心孔D封闭。此时注入水经过滤网16流入进水腔B内，再经由阀门接盘5的平面孔A流八平衡腔E内，平衡腔E内的注入水不能外泄。由于注入的自来水有一定的水压，而橡胶皮阀门4平衡腔E侧的受压面积大于其进水腔B的受压面积，使作用于橡胶阀门4的E侧压大于B侧压力。因此橡胶阀门4在E侧压力的作用下紧紧地压在阀体3出水通道C右端的阀座上，将出水通道C封闭，注入水不能流入C内，进水阀呈关闭

16、状态。接通电源后，电磁线圈13有交流电流流过，产生的磁力吸引铁芯7和橡胶堵头6向右移动，阀门接盘5的中心孔D被打开，平衡腔内的注入水从中心孔D流出。中心孔D的面积大于平衡孔A的面积E腔内的注入水从中心孔D流出的流量远大于平衡孔A流入的流量，使E腔内水的压力很快下降，橡胶阀门4在B侧压力大于E侧压力的作用下向右鼓起，进水阀呈开启状态，注入水从进水阀过滤网，经进水腔B和出水通道C流入盛水桶内，实现对洗衣机进水。到达设定水位后，水位监测元件向微处理器输入水位监测信号，程控器对进水阀停止供电。进水阀闭合，停止进水，与此同时，电动机得到指令运行而进入洗涤程序。 进水阀门控制电路设计图2.7 进水阀门控制

17、电路如图2.7所示，当进水阀控制信号为1时，继电器KM4线圈得电，继电器动合触点闭合，进水电磁阀工作，当进水电磁阀控制信号为0时，继电器线圈失电，动合触点断开，进水阀自动关闭，停止进水。 排水阀门简介本文设计所使用的排水阀为外排水式排水阀，外排水式即将排水阀设在洗衣桶之外。外排水式排水阀主要由牵引机构与阀门两部分构成。图2.8 排水阀牵引机构洗涤时，电磁阀不得电，衔铁处在被拉出位置，排水阀关闭（不流水），当有放水或兼有甩干程序时，电磁阀端子上得电，瞬间产生巨大的磁力，使衔铁能很快被吸入，并将排水阀门打开，开始排水。图2.9 排水阀门机械结构外排水阀安装于排水管的阀座上，排水管接在洗衣桶出水口上

18、。排水阀的开启和关闭由排水拉带控制。在排水拉带放松时，橡胶阀在排水阀弹簧力的作用下压紧在阀座上，依靠橡胶阀口的弹性变形起到封闭作用。当排水拉带被拉起时，排水拉带克服弹簧力，将橡胶阀拉起，水即从橡胶阀与阀座间的开口流出。橡胶阀另一端由排水阀盖压紧在阀座上而不能漏水。 排水阀门控制电路设计图2.10 排水阀门控制电路排水阀控制电路工作原理与图2.7进水阀门控制电路原理相同，在此不再赘述。2.5 水位检测电路设计图2.11水位检测电路设计如图2.11所示，水位检测电路的工作原理是通过桶内三个水位感应电极感应水位，当水位到达低水位感应电极时，低水位所接开关管导通，低水位输出信号端输出低电平，PLC捕捉

19、电平后执行相关程序，高水位与低水位工作原理相同。通过各模块电路的组合调试，由PLC控制的全制动洗衣机的硬件电路设计基本完成。三、软件程序实现根据全自动洗衣机的功能要求，软件设计主要完成以下功能：（1）按下启动按钮及水位选择开关后，洗衣机启动，并且开始注水，直到水位上升到开关设定的水位，关闭进水阀。（2）关闭进水阀后延时2s，然后自动开始洗涤。（3）洗涤时，洗衣机滚筒首先正转30s，停止2s，然后再反转30s，停止2s。（4）如此循环5次，总共320s后开始排水，水排空以后开始脱水，脱水时间为30s。（5）第一次脱水完成后开始自动漂洗，重复（2）（5）的步骤，一共清洗两遍。（6）清洗完成后，洗衣

20、机报警3s提示洗衣完成并且自动停机。（7）在自动控制的过程中若按下停车按扭，可进入手动控制过程，手动控制主要包括可手动排水（不脱水）和手动脱水。3.1 软件开发环境简介本设计所使用的编程环境为三菱公司开发的PLC编程软件GX Developer8.52。该软件适用于Q、QnU、QS、QnA、AnS、AnA、FX等全系列可编程控制器。支持梯形图、指令表、SFC、 ST及FB、Label语言程序设计，网络参数设定，可进行程序的线上更改、监控及调试，具有异地读写PLC程序功能。使用简单，操作方便，是PLC编程人员比较亲赖的开发环境之一。3.2 全自动洗衣机程序流程图水位选择开始启动进水正转30s是否

21、已洗涤5次到达预设水位暂停2s暂停2s反转30s暂停2s排水到达水位脱水30s是否反复洗涤3次报警3s停机是否是否是否手动排水手动排水是是否手动脱水手动脱水是图3.3全自动洗衣机程序流程图3.3全自动洗衣机功能梯形图编程实现本设计所采用的编程方法主要为采用步进梯形指令构成步进梯形图。步进梯形指令简称步进指令。三菱FX系列PLC有两条步进指令：STL和RET，STL是步进开始指令，RET是步进结束之令。利用这两条指令就可以很方便地对顺序控制系统的功能图进行编程。指令表清单：0 LD M80021 SET S03 LD X0024 MPS5 AND X0126 OUT Y0057 MPP8 AND

22、 X0139 OUT Y00610 STL S011 LDI X00212 RST C114 AND X00115 SET S2017 STL S2018 LDI X00219 RST C021 OUT Y00222 MPS23 AND X00324 AND X00725 SET S2127 MRD28 AND X00429 AND X01030 SET S2132 MPP33 AND X00534 AND X01135 SET S2137 STL S2138 LDI X00239 OUT T0 K2042 AND T043 SET S2245 STL S2246 LDI X00247 OUT

23、 Y00148 OUT Y00349 OUT T1 K30052 AND T153 SET S2355 STL S2356 LDI X00257 OUT T2 K2060 AND T261 SET S2463 STL S2464 LDI X00265 OUT Y00166 OUT Y00467 OUT T3 K30070 AND T371 SET S2573 STL S2574 LDI X00275 OUT T4 K2078 AND T479 OUT C0 K582 MPS83 AND C084 SET S2686 MPP87 ANI C088 SET S2290 STL S2691 LDI

24、X00292 OUT Y00593 AND X00694 SET S2796 STL S2797 LDI X00298 OUT Y00199 OUT Y006100 OUT T5 K300103 AND T5104 OUT C1 K3107 MPS108 AND C1109 SET S28111 MPP112 ANI C1113 SET S20115 STL S28116 LDI X002117 OUT Y007118 OUT T6 K30121 AND T6122 SET S0124 END3.4 系统调试连接好PLC，打开软件，选定合适的通信端口。首先用软件远程使PLC停止工作，RUN灯熄

25、灭。然后把编好的程序写入PLC，再用软件启动PLC，发现PLC的RUN指示灯亮，程序运行时，按下启动按钮X001，置位状态寄存器S20，控制进水阀开始进水。由外部跟定液位信号，比如选定高水位洗涤，则闭合X003,过一会儿再闭合X007，相当于已达到高水位，从而置位S21，S20自动复位，关闭进水，同时启动T0计时器暂停2s。计时完毕，T0常开点闭合，置位S22，洗衣机开始正转，并开启T1计时器计时30s。计时完毕，T1常开点闭合，置位S23，开启暂停2s的T2计时器。计时完毕，T2常开点闭合，置位S24，控制电动机反转，同时开启T3计时器计时30s。计时完毕，T3常开点闭合，从而置位S25，开启暂停2s计时器T4。计时到时，并启动计时器C0，计数一次，同时返回S22，直到计数器计到5次时，即正反转320s后，置位S26，开始排水.当排空后，X011有信号，从而置位S27,启动脱水，并保持排水，同时开启T5计时器计时30s。计时到时，T5常开点闭合，C1计数一次，同时返回S20，直到C1计时3次时，即反复洗涤两次后，C1常开点闭合，置位S28，开启报警电路，扬声器发出响声提示洗衣完成，同时启动T6计时器，控制报警