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1、Good is good, but better carries it.精益求精，善益求善。PLC课程设计全自动洗衣机-第一章：题目部分1.1课题内容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。1.2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）（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
2、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第二章：总体思路2.1全自动洗衣机控制系统的控制要求2.1.1全自动洗衣机的工作原理普通洗衣机的工作流程示意图如图2.1所示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。内桶的周围有许多小孔，使内桶和外桶的水流相通
3、，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2.1.2控制设备要求全自动洗衣机控制系统的要求是能实现“正常运行”和“强制运行
4、”两种控制方式。1.正常运行“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。2.强制停止“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）可用手动排水
5、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。2.2全自动洗衣机控制系统的PLC选型和资源配置2.2.1控制系统构成图1.控制系统图控制系统图如图2.2所示图2.2全自动洗衣机控制系统图2.PLC的选型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2.3FX2N-32MR0013.I/O模块的选择和I/O地址分配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
6、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PLC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。2.2.
7、2模块功能概述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
8、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
9、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，
10、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）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。2.3全自动洗衣机控制系统的电气控制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
11、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。第三章：电气设计部分如下图
12、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
13、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3.1电器元件的选择1.电机的选择根据本次设计要求和实际生活情况，选择如下表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）启动转矩（N.m）额定转矩(N.m)科圣YS104-1803805018013502812.742.接触器的选择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
14、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故选择施奈德的LC1-D0610M5C型交流接触器。其外形图如图3.3所示图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。3.热继电器的选择根据电动机频繁换向启动的工作情况，按下式选取：所以，故选取施奈德的LR2-D1306C型热继电器。外形图如下图3.4所示图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。4.开关电源的选择根据全
15、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%5.压力开关的选择根据设计要求，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604G32.07-24.482.07-
16、24.4815250根据设计要求，将压力设为20Kg。6.水位浮球开关的选择根据设计要求，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:DC1230V适用范围:0.1-2压力范围：0-5bar适用温度：0-50水位浮球开关安装示意图如下图3.8所示图3.8水位浮球开关安装示意图7.电磁阀的选择根据设计要求，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-AXMK102.50-4024VDC8.蜂鸣器的选择根据设计要求，选择如下图3.11所示的蜂
17、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）压电式蜂鸣器NFM1-22/LCAC/DC12708520【注】AC、DC电压的极限范围为0.85Ue1.1Ue9.熔断器的选择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500V690VCOSRT16-005001602120500.1-0.212【注】由于电机部分
18、、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。10.按钮的选择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+ZB2BWB41C红灯、常开中水位按钮XB2-
19、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、常开第四章：PLC设计部分4.1全自动洗衣机控制系统程序设计调试4.1.1编程软件编程软件采用三菱公司为其生产的PLC而设计的编程软件GXDeveloper。4.1.2程序的流程图、构成和相关设置1.流程图（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位停止进水计时2s正转洗
20、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图4.1正常运行流程图(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2.程序的构成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
21、，可以手动排水和脱水。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GXDeveloper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GXDeveloper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。4.2全自动洗衣机控制系统PLC程序4.2.1系统资源分配1.数字量输入部分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、
22、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2.数字量输出部分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
23、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3.定时器和计数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C0
24、5次正反洗循环计数C13次大循环计数4.PLCI/0硬件接线图根据全自动洗衣机控制系统的输入、输出地址分配和定时器、计时器分配以及所选PLC型号，PLCI/O硬件接线图如下图4.1所示。图4.1I/O硬件接线图4.3源程序1.辅助继电器在本程序中，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/LDX001ORM0ANIX002OUTM0/洗衣机水位与设定水位不一致辅助继电器/LDX003ANIX007LDX004ANIX010ORB
25、LDX005ANIX011ORBOUTM1/洗衣机水位与设定水位相一致辅助继电器/LDX003ANDX007LDX004ANDX010ORBLDX005ANDX011ORBOUTM2/停止自动洗衣辅助继电器/LDX002ORM3ANIX001OUTM32.进水在正常情况下，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/LDM0LDT5ANIC1ORBORY002ANDM1ANIX002ANIX014OU
26、TY002LDX014OUTY006LDY006RSTM0/进水到设定的水位后等待2s/LDM2ANIY005ANIY001ANIY004OUTT0K203.洗衣进水到设定水位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/LDT0LDIC0ANDT4ORBORY001ANIT1OUTY001OUTT1K300/洗涤电动机停2s/LDT1OUTT2K20/洗涤电动机反转30s/LDT2ORY004ANIT2OUTY004OUTT3K300/洗涤电动机停2s/LDT3OUTT4K204.排水洗衣过程完毕后，进入排水过程。水排空
27、后停止排水。它的助记符程序为：/洗衣小循环5次/LDY004OUTC0K5LDC0OUTY005/排水，直至水排空/LDC0ORY005ANIX002ANIX006LDM3ANDX012ORBOUTY0055.脱水水排空后，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/LDY005ORM4ANIY003OUTM4/脱水30s/LDX006ANDM4ORY003ANIT3ANIX002ORX013OUTY003OUTT5K3006.洗完报警洗衣大循环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
28、结束。它的助记符程序为：/洗衣大循环3次/LDY003OUTC1K3LDC1OUTY006/报警3s/LDY006ANIT6ANIX002OUTY006OUTY006OUTT6K30END4.4程序梯形图第五章：总结该系统采用PLC为控制核心结构合理、测试方法可靠，它具有较强的灵活性，提高了设备运行的可靠性，缩短产品开发周期，保证新产品各项技术开发的同步性，提高了劳动效率，达到了良好的经济效果。此外，PLC可以重复使用，降低了测试经费。它的灵活性、操作方便性也方便测试者随时输入、调试和修改控制程序。PLC又设有串行接口，方便地与计算机进行连接，组成测控系统，给系统的维护和使用带来了很大方便。通
29、过本系统的设计，对三菱FX2N系列PLC的特点有了深入的理解。全自动洗衣机控制系统利用了三菱FX2N系列PLC的特点，对按钮、电磁阀、开关等其他一些输入输出点进行控制，实现了洗衣机洗衣过程的自动化。该系统采用PLC为控制核心结构合理、测试方法可靠，它具有较强的灵活性，提高了设备运行的可靠性，缩短产品开发周期，保证新产品各项技术开发的同步性，提高了劳动效率，达到了良好的经济效果。此外，PLC可以重复使用，降低了测试经费。它的灵活性、操作方便性也方便测试者随时输入、调试和修改控制程序。PLC又设有串行接口，方便地与计算机进行连接，组成测控系统，给系统的维护和使用带来了很大方便。但与此同时，该系统还
30、有很多地方需要完善和进一步加强。例如，洗衣过程中有些衣物的洗涤对水温也有要求，这就需要添加个温度传感器，并把相应的程序添加进去；不同衣物洗涤时有不同的洗涤强度要求，这就要求全自动洗衣机在正常工作模式下有不同的工作模式，如“强洗”、“标准”、“轻洗”。随着现在人们生活的快节奏，对全自动洗衣机要求越来越高，有些高级白领和工作狂们就需要一台衣服放入洗衣机，设定参数后就能在一段时间后洗涤完毕，并且无需照看、添加洗衣粉，洗涤完毕就自动烘干，拿出来就可即穿的。这就需要对此进行软硬件进行改进和升级。经过这次课程设计我也学到了很多，不光是知识本身还有思维过程的锻炼。比如，在这次设计中我就发现自己的想法太片面，
31、缺乏开放性，在电器匹配上存在不匹配。我明白了学习是一个长期积累的过程，在以后的工作、生活中都应该不断的学习，努力提高自己知识和综合素质。参考文献1漆汉宏.PLC电气控制技术.北京：机械工业出版社，2006.122张宏林.PLC应用开发技术与工程实践（第二版）.北京：人民邮电出版社，2008.73巫莉，黄江峰，罗建君.电气控制与PLC应用.北京：中国电力出版社，2008.54洪志育.例说PLC.北京：人民邮电出版社，2006.65求是科技.PLC应用开发技术与工程实践.北京：人民邮电出版社，2005.16阮友德.电气控制与PLC实训教程.北京：人民邮电出版社，20067史国生.电气控制与可编程控制器技术.北京：化学工业出版社，20038马光.全自动洗衣机中的传感器J.家用电器，1999910-