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1、 电气工程学院 课 程 设 计 说 明 书 设计题目：全自动洗衣机 PLC 控制系统设计 系 别：电气工程及其自动化 年级专业：11 级应电 3 班 学 号：110103030143 学生姓名：刘浩 指导教师：郭忠南 阚志忠 魏艳君 王德玉 电气工程学院课程设计任务书 课程名称：电气控制与 PLC 课程设计 基层教学单位：电气工程及自动化系 指导教师：郭忠南等 学号 110103030143 学生姓名 刘浩（专业）班级 11 应电 3 班 设计题目 全自动洗衣机 PLC 控制系统设计 设 计 技 术 参 数 采用 PLC 构成全自动洗衣机 PLC 电气控制系统。控制要求查阅相关文献。设 计 要
2、 求 1)根据控制要求，进行电气控制系统硬件电路设计，包括 PLC 硬件配置电路。2)根据控制要求，编制 PLC 控制程序 3)按要求编写设计说明书并绘制 A1 幅面图纸一张。参 考 资 料 1、PLC 电气控制技术 漆汉宏主编 机械工业出版社 2008 2、图书馆各类期刊文献相关数据库 3、相关电气设计手册 周次 第一周 第二周 应 完 成 内 容 完成全部方案设计：周一、二：查、阅相关参考资料 周二至周五：方案设计 周六、日：设计方案完善 周一、二：完成设计说明书 周三、四：绘制 A1 设计图纸 周五：答辩考核 指导教 师签字 基层教学单位主任签字 说明：1、此表一式三份，系、学生各一份，
3、报送院教务科一份。2、学生那份任务书要求装订到课程设计报告前面。电气工程学院 教务科 燕 山 大 学 课 程 设 计 说 明 书 1 摘要 随着科学技术不断进步和社会飞速发展，洗衣机将不可避免地成为人民日常生活中及其重要的家用产品。它的存在是人民生活现代化和快速化同与日剧增的经济压力之间均衡的必需品。传统洗衣机基于电器的控制，已经不能满足人们对其自动化程度的要求了。洗衣机要更好地满足人们的要求，必须借助自动化技术的发展。自动化技术的飞速发展，使得洗衣机由最初的半自动化式发展到现在的全自动式，并正在向智能化洗衣机方向发展。本设计基于 PLC 电气控制技术对全自动洗衣机进行的功能实现，通过 PLC
4、 的逻辑部分对主电路的继电器线圈进行控制，实现慢速正反转清洗和高速脱水以及各方面的功能满足人们的需求。本文重点介绍了基于三菱 PLC 全自动洗衣机的设计思路和设计程序，设计程序采用步进梯形指令编写，有较强的逻辑性和易读性。此外，最后部分有关于此次设计的体会与看法。关键词 PLC 自动控制 全自动洗衣机 燕 山 大 学 课 程 设 计 说 明 书 2 目录 摘要.1 目录.2 第 1 章 绪论.3 1.1 设计背景.3 1.2 PLC 简介.3 1.2.1 PLC 的定义.3 1.2.2 PLC 的特点.3 第 2 章 全自动洗衣机 PLC 控制系统设计.4 2.1 全自动洗衣机的工作原理.4
5、2.2 全自动洗衣机的控制要求和工作流程.4 2.2.1 全自动洗衣机的控制要求.4 2.2.2 全自动洗衣机的工作流程图.5 2.3 全自动洗衣机的硬件设计.8 2.3.1 元器件的选择.8 2.3.2 电路设计.8 2.4 全自动洗衣机的软件设计.11 2.4.1 输入输出接口的分配.11 2.4.2 状态转移图.11 2.4.3 步进梯形图设计.14 第 3 章 总结.18 参考文献.19 燕 山 大 学 课 程 设 计 说 明 书 3 第 1 章 绪论 1.1 设计背景 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
6、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。全自动洗衣机的问世，就是为了能够自动完成洗涤，漂洗和脱水的转换，整个过程一气呵成，实现傻瓜化操作，除此之外还提供了手动控制部分，对于只需要脱水、排水的问题也有较好实现。利用 PLC 控制技术能够简单有条理的完成此设计，实现自动洗衣功能，使洗衣更加智能化。1.2 PLC 简介 1.2.1 PLC 的定义 可编程控制器（PLC）是一种数字运算操作的电子系统，专为在工业环境下应用而设计。它采用了可编程序的存储器，用来在其内部存储执行逻辑运算、顺序控制、定时、计数和算术运算等操作的指令，并通过数字式和模拟式的输入和输
7、出，控制各种类型机械的生产过程。可编程控制器及其有关外部设备，都按易于与工业控制系统连成一个整体，易于扩充其功能的原则设计。它是由三部分组成，即输入部分、逻辑部分、输出部分。逻辑部分是关键，它提供了各种逻辑部件，同时提供了组合这些逻辑部间的编程语言。PLC 将各种输入信号采入到 PLC 内部，之后根据编程语言所组合这些逻辑部件来执行的输出 1.2.2 PLC 的特点 1.可靠性高，抗扰能力强 燕 山 大 学 课 程 设 计 说 明 书 4 2.通用性强，使用方便 3.采用模块化结构，使系统组合灵活方便 4.编程语言简单、易学，使系统组合灵活方便 5.系统设计周期短 6.对生产工艺改变适应性强
8、7.安装简单、调试方便、维护工作量小 第 2 章 全自动洗衣机 PLC 控制系统设计 2.1 全自动洗衣机的工作原理 本全自动洗衣机为波轮式套筒洗衣机，由洗涤、脱水系统，进、排水系统，电动机传动系统，PLC 控制系统等部分组成。波轮式套筒洗衣机的工作原理：洗衣机的盛水桶和脱水桶是以同一轴心安放的。盛水桶外桶固定，作盛水用；内桶可以旋转，作脱水用。内桶上有很多小孔，使内外桶的水流相通。该洗衣机的进水和排水分别由进水电磁阀和排水电磁阀来控制。进水时，通过控制系统进水阀打开，经进水管将水注入到桶内。排水时，通过控制系统使排水阀打开，将水由外桶排出。洗涤正转、反转由洗涤电动机驱动波轮正、反转来实现，此
9、时脱水桶并不旋转。脱水时，通过控制系统将离合器合上，由电动机带动内桶高速正转进行甩干。启动按钮（开始洗涤按钮）启动洗衣机进行洗衣，手动脱水按钮用来直接选择脱水模式，手动排水按钮用来排水，手动停止按钮用来实现洗衣机的暂停和停止。2.2 全自动洗衣机的控制要求和工作流程 2.2.1 全自动洗衣机的控制要求 具体控制要求如下：（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 燕 山 大 学 课 程 设 计 说 明 书 5 （3）洗涤时，正转 20 秒，停 2 秒，然后反转 20 秒，停 2 秒（4）如此循环 5 次，后开始排水，排空后脱水 30 秒（5）开始
10、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）和手动脱水（不计数）（8）若在加水阶段重量超重，则停止进水，并报警。(9)若在脱水时打开盖子，则停止脱水。（10）当进水或洗衣时按下“手动停止”按扭，洗衣过程中止，即电机停转，进水电磁阀和排水电磁阀全部闭合；（11）当脱水时按下“手动停止”按扭，脱水过程中止，即电机停转；（12）当洗衣机处于开启状态时按下“手动脱水”按扭，可实现脱水，脱完后关机；按下“手动排水”按扭，可实现排水，排完关机。2.2.2 全自动洗衣机的工作流程图 燕 山 大 学 课 程 设 计 说 明 书 6 设定水位
11、按启动按钮 进水 水位到设定水位 停止进水 计时 2s 正转洗衣 计时 20s 反转洗衣 计时 20s 洗衣 5 次 开始 N Y N N Y Y Y Y Y N N N N 停止洗衣 计时 2s N 停止洗衣 计时 2s N 停止进水 停止按钮闭合 超重 手动脱水 手动排水 燕 山 大 学 课 程 设 计 说 明 书 7 排水水是否排完盖子闭合脱水计时30s是否自动脱水是否自动排水洗衣过程运行两次报警计时3s结束NYNYNYNYYNNYNY 图 1 全自动洗衣机工作流程图 燕 山 大 学 课 程 设 计 说 明 书 8 2.3 全自动洗衣机的硬件设计 2.3.1 元器件的选择（1）PLC 的
12、选择 本设计所用 PLC 采用日本三菱公司生产的 FX2N 系列机型中的 FX2N-48MR 型，此 PLC 有 24 个输入接口和 24 个输出接口，输出接口为继电器型。FX2N 系列是 FX系列 PLC 家族中最先进的系列，由于 FX2N 系列具备如下特点：最大范围的包容了标准特点，程式执行更快，全面补充了通信功能，适合世界各国不同的电源以及满足单个需要的大量特殊功能模块，拥有强大的灵活性和控制能力。（2）电动机的选择 本洗衣机的电动机选用了家用电器常用的单相电容运转式异步电动机。洗衣机设计容量为 3.6 公斤，故电机额定功率选为 180W；洗衣转速 175r/min，脱水转速1200r/
13、min。综上，选择 YY104-180 型单相电容运转式异步电动机，额定功率 180W，额定电压 220V，额定转速 1350r/min，额定电流 1.7A。（3）其他元器件参数见下表：文字符号 名称 数量 规格型号 备注 M 电动机 1 YY104-180 单相电容运转式异步电动机 SB1SB4 手动按钮 4 LAY37 分别控制开、关、手动脱排水 SB5 安全盖开关 1-开盖-打开，盒盖-闭合 KM1KM4 交流接触器 4 DJX-9 线圈电压：AC220V HL1 指示灯 1 AD16-22 LED 显示，AC220V YA1 进水电磁阀 1-线圈电压：AC220V，常闭 YA2 排水电
14、磁阀 1-线圈电压：AC220V，常开 FR 热继电器 1 JR16B-20/3-FU 熔断器 1 RT16-32X 熔体 2A FM 蜂鸣器 1-PLC 可编程序控制器 1 FX2N-48MR 继电器输出 表 1 元器件目录表 2.3.2 电路设计 主电路图设计如下：燕 山 大 学 课 程 设 计 说 明 书 9 KM1KM2FUQFKM3M3R3FRKM4 图 2 主电路图 图中 FU 为熔断器，用于主电路的短路保护。通过 KM3 和 KM4 的开闭使电位器串联燕 山 大 学 课 程 设 计 说 明 书 1 0 到电动机绕组上，从而得到两种转速。当 KM1 和 KM3 闭合时，电机低速正转
15、洗衣，当 KM2 和 KM3 闭合时，电机低速反转洗衣，当 KM1 和 KM4 闭合时，电机高速正转脱水。PLC 控制电路如下图：COMFX2N-48MRNLGNDX4COM220VCOMX0X2X1X3Y1Y0X6X5Y2Y6Y5Y4Y3Y7SB1X7X010X011X012X010SB2SQ4220HLSQ1SQ2SQ3SB3SB4SB5YA1KM1KM2KM3FMYA2KM4AC 图 3 PLC 控制电路图 燕 山 大 学 课 程 设 计 说 明 书 1 1 2.4 全自动洗衣机的软件设计 2.4.1 输入输出接口的分配 PLC 输入输出接口的分配使用情况如下表：输入 输出 输入端口 文
16、字符号 工位名称 输出端口 文字符号 工位名称 X001 SB1 启动按钮 Y001 L1 启动显示灯 X002 SB2 停止按钮 Y002 YA1 进水 X003 SQ1 高水位 Y003 KM1 正转 X004 SQ2 中水位 Y004 KM2 反转 X005 SQ3 低水位 Y005 KM3 低速 X006 SQ4 排空检测 Y006 FM 蜂鸣器 X007 SB3 手动脱水 Y007 YA2 排水 X010 SB4 手动排水 Y010 KM4 高速 X011 KP 超重检测 X012 SB5 安全盖开关 表 2 输入输出接口功能表 2.4.2 状态转移图 燕 山 大 学 课 程 设 计
17、 说 明 书 1 2 S0S27S28S21M8002X001X010X7S23S30S22S29X003X004X005SET Y001SET Y002X011X002S30RST Y002T1 T1X002Y003Y005T2 S30X002T2S24T3 S30X002S25Y004Y005T4 X002S30T4K20K200K20K200燕 山 大 学 课 程 设 计 说 明 书 1 3 S26RST C100Y007 X002T5 C100K20K5T5S30S23C100S27X002S30X6S28S30X010Y003Y010T6C101K300K2S30X002T6X007
18、S30S21S29C101T7Y6RST C101K30T7T7S30RST Y002RST C101RET 图 2 状态转移图 燕 山 大 学 课 程 设 计 说 明 书 1 4 2.4.3 步进梯形图设计（1）初始状态 (2)进水 （3）进水后等待 2s 燕 山 大 学 课 程 设 计 说 明 书 1 5 （4）正转低速开始洗衣 20s （5）停 2s （6）反转低速转 20s 燕 山 大 学 课 程 设 计 说 明 书 1 6 (7）停 2s，并计数 (8)排水 （9）脱水 30s 燕 山 大 学 课 程 设 计 说 明 书 1 7 （10）报警 3 秒 （11）结束洗衣并关机 燕 山
19、大 学 课 程 设 计 说 明 书 1 8 第 3 章 总结 这次 PLC 电气控制技术的课程设计时间很短，但是我受益很大。在这几天的忙碌中，我完成了全自动洗衣机设计的基本功能，也能在实验机上较好实现。之前，对于课本上所说的 PLC 的特点我只是粗略的感悟了一下，真正当自己去实现设计的时候才能领略它编程语言简单、易学；系统组合灵活方便；系统设计周期短；对生产工艺改变适应性强；安装简单、调试方便、维护工作量小这几个突出特点。本设计采用步进梯形指令，首先对设计要求分为几个状态，通过状态间的相互转移，状态的驱动处理以及每个状态的相继状态，能够清晰完整地实现设计要求。当然，对于实际使用的全自动洗衣机，
20、该设计还差一些功能，比如“漂洗”“轻柔”两种模式的切换在本设计中没能完成，自动添加洗衣粉的高级功能也没能体现。这次的设计中我也犯了很多低级错误，比如输入输出继电器编号，我习惯性的使用了十进制，好在程序有错误提示。可见，仅为了应试而掌握的课本知识，在实际使用时可能会出错，这就要求我们敢动手，肯动手。除此之外，我还发现自己的想法太片面，缺乏开放性，例如需要使用水位检测功能时,如果对实验箱上面的功能不了解时，可以寻求他法完成测试，例如用一个开关来模拟实现。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，知识是实践的基础，实践也是一个尤为重要的环节，是对知识的检验与升华，所以，我们也应走出课本，去使用知识！燕 山 大 学 课 程 设 计 说 明 书 1 9 参考文献 1 漆汉宏 PLC 电气控制技术 机械工业出版社 2008 2 三菱 FX2N 系列微型可编程控制器使用手册 3 QBT 4136-2010 家用和类似用途电动洗衣机用电动机技术要求