PLC课程设计全自动洗衣机1

1、目 录TOC o 1-9 h u HYPERLINK l _Toc704 一、题目部分 PAGEREF _Toc704 3 HYPERLINK l _Toc25739 1.1课题内容 PAGEREF _Toc25739 3 HYPERLINK l _Toc12486 1.2设计目标及参数 PAGEREF _Toc12486 3 HYPERLINK l _Toc19060 二、总体思路 PAGEREF _Toc19060 4 HYPERLINK l _Toc18621 2.1全自动洗衣机控制系统的控制要求 PAGEREF _Toc18621 4 HYPERLINK l _Toc22679 2.2

2、全自动洗衣机控制系统的PLC选型和资源配置 PAGEREF _Toc22679 5 HYPERLINK l _Toc729 2.3全自动洗衣机控制系统的电气控制 PAGEREF _Toc729 8 HYPERLINK l _Toc18647 三、电气设计部分 PAGEREF _Toc18647 9 HYPERLINK l _Toc29185 3.1电器元件的选择 PAGEREF _Toc29185 10 HYPERLINK l _Toc26819 四、PLC设计及调试部分 PAGEREF _Toc26819 16 HYPERLINK l _Toc17068 4.1 全自动洗衣机控制系统程序设计

3、调试 PAGEREF _Toc17068 16 HYPERLINK l _Toc31637 4.2全自动洗衣机控制系统PLC程序 PAGEREF _Toc31637 20 HYPERLINK l _Toc14686 4.3源程序 PAGEREF _Toc14686 22 HYPERLINK l _Toc20777 五、总结 PAGEREF _Toc20777 30 HYPERLINK l _Toc13889 六、参考文献 PAGEREF _Toc13889 30基于PLC的全自动洗衣机控制 摘要：随着科学技术不断进步和社会飞速发展，洗衣机成为人民日常生活息息相关的家用电器产品。洗衣机的全自动化

4、、多功能化、智能化是其发展方向。基于全自动洗衣机的应用日益广泛，本次设计利用三菱公司生产的PLC控制全自动洗衣机，与传统的继电器逻辑控制系统相比较，洗衣机可靠性、节能性得到了提高。PLC控制不需要大量的活动部件和电子元器件，它的接线也大大减少，与此同时系统维修简单、维修时间缩短。本文首先介绍了洗衣机的发展，然后重点介绍了洗衣机的设计，对程序流程图及编程软件进行了说明，最后对系统进行了仿真。本次设计采用步进顺控指令编程，根据工艺要求编程简单、可允许双线圈使用，PLC采样按钮及限位开关外部输入信号的变化，执行相应的程序，然后输出控制电机正反转及脱水处理。最后就本课题所做的工作进行了总结，并对进一步

5、的研究提出了自己的看法。本次设计的全自动洗衣机工艺要求有待改善，不可以单独脱水及洗衣时间的设置；由于时间有限，没做进一步的改善。基于全自动洗衣机在日常生活中广泛运用，本设计具有广泛的推广价值。关键词：全自动洗衣机；PLC控制；步进顺控指令 一、题目部分根据设计参数和控制要求，设计一全自动洗衣机，画出其运行框图及梯形图控制程序的编制，并画出硬件接线图。设计目标及参数（1） 按下启动按扭及水位选择开关，开始进水直到高（中、低）水位，关水（2）2秒后开始洗涤（3）洗涤时，正转30秒，停2秒，然后反转30秒，停2秒（4） 如此循环5次，总共320秒后开始排水，排空后脱水30秒（5） 开始清洗，重复（1

6、）（4），清洗两遍（6） 清洗完成，报警3秒并自动停机（7） 若按下停车按扭，可手动排水（不脱水）和手动脱水（不计数）（8） 若重量超重，报警。循环时间超过，报警。1.3 课题要求 1. 根据课题的控制要求完成设计 2. 对传感器选型并列出选型依据 3写出程序流程图及代码 4. 完成课程设计说明书二、总体思路2.1.1 全自动洗衣机的工作原理洗衣机的工作流程由进水、洗衣、排水、脱水4个过程组成。在半自动洗衣机中，这4个过程分别用相应的按钮开关来控制。全自动洗衣机中，这4个过程可做到全自动依次运行，直至洗衣结束。全自洗衣机的洗衣桶（外桶）和脱水桶（内桶）是以同一心安放的，内桶可以旋转，作为脱水用

7、。内桶的周围有许多小孔，使内桶和外桶的水流相通，洗衣机的进水和排水分别由进水电磁阀和排水电磁阀来执行。进水时通过控制系统将进水电磁阀打开，经进水管将水注入到外桶。排水时，通过控制系统将排水电磁阀打开，将水由外桶排到机外。洗涤正转、反转由洗涤电动机驱动波盘的正、反转来实现，此时脱水桶并不旋转。脱水时，控制系统将离合器合上，由洗涤电动机带动内桶正转进行甩干。高、中、低水位控制开关分别用来检测高、中、低水位。启动按钮用来启动洗衣机工作，停止按钮用来实现手动停止进水、排水、脱水及报警。排水按钮用来实现手动排水。开始进水洗衣排水脱水结束图2.1 普通洗衣机的工作流程示意图全自动洗衣机控制系统的要求是能实

8、现“正常运行”和“强制运行”两种控制方式。“正常运行”方式具体控制要求如下：（1）将水位通过水位选择开关设在合适的位置（高、中、低），按下“启动”按钮，开始进水，达到设定的水位（高、中、低）后，停止进水。（2）进水停止2s后开始洗衣。（3）洗衣时，正转30s，停2s，然后反转30s，停2s。（4）如此循环共5次，总共320s后开始排水，排空后脱水30s。（5）然后再进水，重复（1）（4）步，如此循环共2次。（6）洗衣过程完成，报警3s并自动停机。“强制停止”方式具体控制要求如下:（1）若按下“停止”按钮，洗衣过程停止，即洗涤电机和脱水桶停止转动、进水电磁阀和排水电磁阀全部闭合。（2）可用手动排

9、水开关和手动脱水开关进行手动排水和脱水。【注】“正常运行”和“强制停止”两种模式的运行是一样的。图2.2 全自动洗衣机控制系统图全自动洗衣机控制采用三菱公司的FX2N系列整体式PLC。根据设计要求，全自动洗衣机共有12个输入点，6个输出点，故选择PLC的型号为FX2N-32MR001，如下图2.3所示。图2.3 FX2N-32MR001 开关量输入模块是用来接收现场输入设备的开关信号，将信号转换为PLC内部接受的低电压信号，并实现PLC内、外信号的电气隔离。选择时主要应考虑以下几个方面：1）输入信号的类型及电压等级2）输入接线方式3）注意同时接通的输入点数量4）输入门槛电平开关量输出模块是将P

10、LC内部低电压信号转换成驱动外部输出设备的开关信号，并实现PLC内外信号的电气隔离。选择时主要应考虑以下几个方面：1）输出方式2）输出接线方式3）驱动能力4）注意同时接通的输出点数量5)输出的最大电流与负载类型、环境温度等因素有关由于CPU模块有16点数字量输入，有16点数字量的输出，所以不再需要输入、输出模块。采用I/O分配采用自动分配方式，模块上的输入端子对应的输入地址是X000X017，输出端子对应的输出地址是Y000Y017。FX2N系列PLC硬件组成与其他类型PLC基本相同，主体由三部分组成，主要包括中央处理器CPU、存储系统和输入、输出接口。PLC的基本结构如图1-1所示。系统电源

11、有些在CPU模块内，也有单独作为一个单元的，编程器一般看作PLC的外设。PLC内部采用总线结构，进行数据和指令的传输。外部的开关信号、模拟信号以及各种传感器检测信号作为PLC的输入变量，它们经PLC的输入端子进入PLC的输入存储器，收集和暂存被控对象实际运行的状态信息和数据；经PLC内部运算与处理后，按被控对象实际动作要求产生输出结果；输出结果送到输出端子作为输出变量，驱动执行机构。PLC的各部分协调一致地实现对现场设备的控制。（1）中央处理器CPUCPU的主要作用是解释并执行用户及系统程序，通过运行用户及系统程序完成所有控制、处理、通信以及所赋予的其它功能，控制整个系统协调一致地工作。常用的

12、CPU主要有通用微处理器、单片机和双极型位片机。（2）存储器模块随机存取存储器RAM用于存储PLC内部的输入、输出信息，并存储内部继电器（软继电器）、移位寄存器、数据寄存器、定时器计数器以及累加器等的工作状态，还可存储用户正在调试和修改的程序以及各种暂存的数据、中间变量等。只读存储器ROM用于存储系统程序。可擦除可编程序的只读存储器EPROM主要用来存放PLC的操作系统和监控程序，如果用户程序已完全调试好，也可将程序固化在EPROM中。（3）输入输出模块可编程序控制器是一种工业控制计算机系统，它的控制对象是工业生产过程，与DCS相似，它与工业生产过程的联系也是通过输入输出接口模块(I/O)实现

13、的。I/O模块是可编程序控制器与生产过程相联系的桥梁。PLC连接的过程变量按信号类型划分可分为开关量（即数字量）、模拟量和脉冲量等，相应输入输出模块可分为开关量输入模块、开关量输出模块、模拟量输入模块、模拟量输出模块和脉冲量输入模块等。（4）编程器编程器是PLC必不可少的重要外部设备。编程器将用户所希望的功能通过编程语言送到PLC的用户程序存储器中。编程器不仅能对程序进行写入、读出、修改，还能对PLC的工作状态进行监控，同时也是用户与PLC之间进行人机对话的界面。随着PLC的功能不断增强，编程语言多样化，编程已经可以在计算机上完成。CPU模块采用三菱的FX2N32MR001（AC/DC/继电器

14、）模块，它控制着整个系统按照控制要求有条不紊地进行。同时由于该模块采用交流220V供电，并且自带16个数字量输入点和16个数字量输出点，完全能满足全自动洗衣机控制系统的要求，所以不再需要另外的电源模块、数字量输入和输出模块。全自动洗衣机在工作过程中，需要靠电动机完成洗衣、清洗、脱水，在此过程中，还需要实现正反转，电气部分要在PLC程序控制下自动完成。电气控制部分主要由电动机驱动波盘来实现正反转，电动机在快速转换过程中，电势能能够快速转换，但是电机内部磁场和电势不是同步转换的，因此再设计过程中需要考虑电机有一个暂停的过程，以便电机可靠地转换电势方向下，否则直接影响洗衣机的洗涤和脱水程序。电机在正

15、反转自动切换时要能保证高效、安全。全自动洗衣机通过排空检测开关（SQ1）、高水位检测开关（SQ2）、中水位检测开关（SQ3）、低水位检测开关（SQ4）来检测水位高度的位置（检测开关遇水就通：ON，离水就断：OFF）。水位选择有一个选择按钮来完成，水位浮球开关用来采样水位信息，由于水位浮球开关是机械式的，通过通断信号输入PLC，由PLC 来控制进水阀和排水阀动作。三、电气设计部分如下图3.1为全自动洗衣机的PLC控制系统电路图。通过PLC来实现电动机的正反转，并且实现洗衣机按预先设置的程序自动执行，完成洗衣。当需要手动排水与脱水时，可强制止自动程序的运行，跳出自动切换到手动操作。为防止全自动洗衣

16、机在工作过程中，电路发生短路，损坏电动机和电路中的各种电气设备，因此在主电路中安装了熔断器，当电路出现短路故障时，能迅速、可靠的断开电源。全自动洗衣的电机容量较小，主电路中的熔断器可同时作为控制电路的短路保护，所以在主电路中使用熔断器就足够了。PLC部分和开关电源那的熔断器也是为了防止电路过电流，保护电路和电路中的电器元件。全自动洗衣机在无人问津的情况下可能长时间运行，为防止电机绕组的温升超过额定值而损坏，采用热继电器作为保护元件，与熔断器搭配使用，可靠地保护电动机。 人机接口部分的按钮等都选择低压电器元件，保护操作者的安全。3.1 洗衣机的PLC控制电路根据本次设计要求和实际生活情况，选择如

17、下表3.1中所示规格电动机：图3.2 科圣牌电动机表3.1 电动机规格品牌型号电压(V)频率（Hz）功率（W）转速（r/min）额定转矩(N .m)科圣YS104-18038050180135028交流接触器的选择主要考虑主触点的额度电流、额定电压、线圈电压等。主触点的额定电流In可根据下面的经验公式进行选择： 式中为接触器主触点额定电流；K为比例系数，一般取11.4；为被控电动机额定功率；为被控电动机额定线电压。并且，交流接触器主触点额定电压一般按高于电路额定电压来确定。所以，取K=1 图3.3 交流接触器其主要技术参数为：额定绝缘电压220V； 额定发热电流6A。根据电动机频繁换向启动的工

18、作情况，按下式选取：所以， 图3.4 热继电器其主要技术参数为：脱扣等级10A； 整定电流范围1-1.6A； 配合施奈德D06D38的交流继电器使用。根据全自动洗衣机的设计要求，为保证安全，外部电器（包括电磁阀、蜂鸣器等）使用低电压直流电，为此选择了如下表3.2所示规格的开关电源，将交流电转换为要求的直流电。图3.5 开关电源表3.2 开关电源规格品牌型号输出电压（V）输出电流（A）效率哈克特HTSP-320F-24240-1387%根据设计要求，全自动洗衣机需要对超重与否进行检测，为此选择如图3.6所示的压力开关，具体规格如下表3.3所示，用于检测超重与否。图3.6 压力开关表3.3 压力开

19、关的规格型号设定压力范围(KG)最大允许压力(KG)最大允许电流(A)最大允许电压(V)美国CCS压力开关604G315250根据设计要求，将压力设为20Kg。根据设计要求，选择Daehansensor 品牌的DP-100S 水位浮球开关。图3.7 水位浮球开关主要技术参数：供电电压: DC12 30V 适用范围 :压力范围 ：0-5 bar适用温度：0-50图3.8 水位浮球开关安装示意图根据设计要求，选择如下图所示的电磁阀，规格如下表所示。 图3.9 电磁阀 图3.10 示意图表3.4 电磁阀规格品牌型号流量（）压力范围（bar）供电电压德国CO-AXMK100-4024V DC根据设计要

20、求，选择如下图3.11所示的蜂鸣器，表3.5所示规格的压电式蜂鸣器。图3.11 蜂鸣器表3.5 压电式蜂鸣器的规格类型型号额定电压Ue(V)响度dB/10cm光亮度cd/ 额定电流（mA）压电式 HYPERLINK :/ ycl37 /price/356-1.aspx t _blank 蜂鸣器NFM1-22/LCAC/DC127085 20 根据单台异步电动机频繁变换转向，运用： 其中 所以 故选用CHOKUN品牌的RT16-20型号熔断器。图3.12 熔断器表3.6 熔断器主要技术参数型号额定电压（V）额定电流（A）额定分段能力（KA）熔断体额定耗散功率（W）底座熔断体500V690VCOS

21、RT16-0050016021205012【注】由于电机部分、PLC部分、开关电源部分的额定电流都小于2A，所以都选择额定电流为2A的熔断体。全自动洗衣机的人机接口中有按钮，方便操作时也要保证安全，为此选择了施奈德品牌的低压凸头按钮，并且带有指示灯LED，供电电压为直流电24V。根据设计要求选择如下表3.6所示的开关和相应的数量。表3.6 按钮规格按钮类别完整型号模块型号(按钮头+触点基座)备注启动按钮XB2-BW13B1CZB2BW13C+ZB2BWB31C绿灯、常开停止按钮XB2-BW14B2CZB2BW14C+ZB2BWB42C红灯、常闭高水位按钮XB2-BW14B1CZB2BW14C+

22、ZB2BWB41C红灯、常开中水位按钮XB2-BW16B1CZB2BW16C+ZB2BWB61C蓝灯、常开低水位按钮XB2-BW15B1CZB2BW15C+ZB2BWB51C黄灯、常开手动排水XB2-BW15B1CZB2BW15C+ZB2BWB51C黄灯、常开手动脱水XB2-BW16B1CZB2BW16C+ZB2BWB61C蓝灯、常开四、PLC设计及调试部分4.1 全自动洗衣机控制系统程序设计调试编程软件采用三菱公司为其生产的PLC而设计的编程软件GX Developer。4.1.2程序的流程图、构成和相关设置（1）正常运行流程图正常运行流程图如图4.1所示。设定水位按启动按钮进水水位到设定水

23、位停止进水计时2s正转洗衣计时30s反转洗衣计时30s洗衣5次开始NYNNYYYYYNNNN停止洗衣计时2sN停止洗衣计时2sN停止进水停止按钮闭合超重水是否排完脱水计时30s洗衣过程运行3次洗完报警计时3s结束超重报警YYYNNNN排水YY (2)强制运行流程图强制运行流程图如图4.2所示。开始正常运行按停止按钮洗涤电机和脱水桶停止转动、进水和排水电磁阀闭合排水打开手动排水开关打开手动脱水开关脱水结束YYYNNN图4.2 强制运行流程图这个程序有自动方式和手动方式两种。在自动方式下，PLC将运行已经设置好的程序和参数（适用于机械一切都正常工作的情况下）。在手动方式下是在紧急停止情况下，可以手

24、动排水和脱水。3.程序的下载、安装和调试将各个输入输出端子和实际控制系统中的按钮。所需控制设备正确连接，完成硬件的安装。全自动洗衣机程序是由GX Developer软件的指令完成，正常工作是程序存放在存储卡中，若要修改程序，先将PLC设定在STOP状态下，运行GX Developer编程软件，打开全自动洗衣机程序，即可在线调试，也可用编程器进行调试。这个控制系统的输入有启动按钮、停止按钮、水位选择开关（高水位、中水位、低水位）、手动排水、自动排水开关、高水位浮球开关、中水位浮球开关，低水位浮球开关、水排空浮球开关、压力开关共12个。具体的输入地址分配如表4.1所示。表4.1 输入地址分配输入地

25、址对应的元器件对应的外部设备X001SB1启动按钮X002SB2停止按钮X003SB3高水位选择开关X004SB4中水位选择开关X005SB5低水位选择开关X006SQ1水排空检测开关X007SQ2高水位检测开关X010SQ3中水位检测开关X011SQ4低水位检测开关X012SB6手动排水X013SB7手动脱水X014SP1压力开关这个控制系统需要控制的外部设备有进水电磁阀、排水电磁阀、洗涤电动机、脱水桶、报警器共五个设备。但是由于洗涤电动机有正转和反转两个状态，分别都应正转继电器和反转继电器，所以输出点有六个。具体的输出地址分配如表4.2所示。表4.2 输出地址分配输出地址对应的元器件对应的

26、外部设备Y001YA1启动洗衣机Y002YA2进水电磁阀Y003KM1洗涤电动机正转继电器及脱水Y004KM2洗涤电动机反转继电器Y005YA3排水电磁阀Y006YH报警器全自动洗衣机的控制系统中的工作时间和循环次数需要定时器和计数器来控制。具体定时器和计数器分配如表4.3所示。表4.3 定时器和计数器分配类别元器件号设定值作用定时器T02s进水后暂停时间T130s正转洗涤计时T22s正转暂停计时T330s反转洗涤计时T42s反转暂停计时T530s脱水计时T63s洗完报警计时计数器C05次正反洗循环计数C13次大循环计数4.PLC I/0硬件接线图根据全自动洗衣机控制系统的输入、输出地址分配和

27、定时器、计时器分配以及所选PLC型号，PLC I/O硬件接线图如下图4.1所示。图4.1 I/O硬件接线图在本程序中，M0是按下启动按钮的辅助继电器；M1是判断洗衣机水位是否和设定水位不一致的辅助继电器；M2是判断洗衣机是否和设定水位一致的辅助继电器；M3是停止自动洗衣机的辅助继电器，它的助记符如下。/按下启动按钮，开始洗衣/LD X001OR M0ANI X002OUT M0/洗衣机水位与设定水位不一致辅助继电器/LD X003ANI X007LD X004ANI X010ORBLD X005ANI X011ORBOUT M1/洗衣机水位与设定水位相一致辅助继电器/LD X003AND X0

28、07LD X004AND X010ORBLD X005AND X011ORBOUT M2/停止自动洗衣辅助继电器/LD X002OR M3ANI X001OUT M3在正常情况下，按下启动按钮或者脱水完毕，而且洗衣大循环未到三次时，开始进水，当水位达到设定水位后停止进水，等待2s后进入洗衣程序。在强制停止情况下，当停止按钮按下时立即停止进水。它的助记符程序为：/进水到设定的水位，超重后报警，进水阀关闭，自动洗衣终止/LD M0LD T5ANI C1ORBOR Y002AND M1ANI X002ANI X014OUT Y002LD X014OUT Y006LD Y006RST M0/进水到设定

29、的水位后等待2s/LD M2ANI Y005ANI Y001ANI Y004OUT T0 K20进水到设定水位2s后，开始洗衣，先正转30s，停止2s然后再反转30s，停止2s这样循环5次后进入排水过程。/洗涤电动机正转30s/LD T0LDI C0AND T4ORBOR Y001ANI T1OUT Y001OUT T1 K300/洗涤电动机停2s/LD T1OUT T2 K20/洗涤电动机反转30s/LD T2OR Y004ANI T2OUT Y004OUT T3 K300/洗涤电动机停2s/LD T3OUT T4 K20洗衣过程完毕后，进入排水过程。水排空后停止排水。它的助记符程序为：/洗

30、衣小循环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，开始脱水，脱水30s后停止脱水。因为判断水排空是否在排水完毕后，所以要用到水排完毕辅助继电器。它的助记符程序如下：/排水完毕辅助继电器/LD Y005OR M4ANI Y003OUT M4/脱水30s/LD X006AND M4OR Y003ANI T3ANI X002OR X013OUT Y003OUT T5 K300洗衣大循环3次后，开始洗完报警过程，3s后停止报警，这样整个洗衣过程结束。它的助记符程序为：/洗衣大循环3次/LD Y003OUT C1 K3LD C1OUT Y006/报警3s/LD Y006ANI T6ANI X002OUT Y006OUT Y006OUT T6 K30END4.4 程序梯形图五、总结 该系统采用