全自动洗衣机PLC控制.docx
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全自动洗衣机PLC控制
2009级课程设计说明书模板
全自动洗衣机PLC控制
系、部：
电信系
学生姓名：
指导教师：
职称
专业：
自动化
班级：
完成时间：
摘要
PLC可编程序控制器：
PLC英文全称ProgrammableLogicController,中文全称为可编程逻辑控制器，定义是:
一种数字运算操作的电子系统，专为在工业环境应用而设计的。
它采用一类可编程的存储器，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.
该设计描述了全自动洗衣机控制系统的运作要求。
实现了洗衣机进水、洗涤、排水、脱水、报警到自动停机的循环过程。
设计了相应的系统软件，结合相应的硬件系统实现。
本文采用日本三菱公司生产的FX2N-48MR型PLC作为核心控制器进行全自动洗衣机控制系统的设计，并且设计出了系统结构图、程序指令、梯形图以及输入输出端子的分配方案。
同时根据全自动洗衣机控制系统总体控制要求和特点,确定PLC的输入输出分配,并进行现场调试
关键词：
全自动洗衣机控制；PLC；PLC程序设计
目录
第一章引言-1-
1.1设计背景描述-1-
第二章系统设计方案-3-
2.1系统功能描述-3-
2.2控制方式选择-3-
2.3系统控制要求-5-
2.4PLC控制系统设计的基本原则-6-
第三章硬件电路设计-7-
3.1PLC选型-7-
3.2I/O点分配-7-
3.3I/O接线图-8-
第四章软件设计-9-
4.1全自动洗衣机控制程序流程图-9-
4.2梯形图-10-
4.3梯形图分析-12-
第五章设计总结-13-
结束语-14-
参考文献-15-
第一章引言
1.1设计背景描述
古到今，洗衣服都是一项难于逃避的家务劳动，在洗衣机出现以前，这项劳动并不像田园诗描绘的那样充满乐趣、手搓、脚踩、棒击、冲刷、摔打。
这些不断重复的简单的体力劳动，留给人的感受常常是辛苦劳累。
现在，全自动洗衣机已经进入了千家万户之中，极大的方便了人们的日常生活，提高了人们的生活质量，使人们从那繁重的体力劳动中解脱出来。
PLC控制与继电器、单片机控制相比可靠性高，耗电少，适应性强，运行速度快，寿命长。
本文是基于三菱FX2N系列PLC的全自动洗衣机梯形图系统的设计，设计完善的全自动洗衣机控制系统，以满足控制要求，实现洗衣自动化的控制。
洗衣机的应用现在比较普遍。
全自动洗衣机的实物示意图如下图1.1所示。
图1.1自动洗衣机示意图
所谓全自动洗衣机，就是将洗衣的全过程（泡浸-洗涤-漂洗-脱水）预先设定好N个程序,洗衣时选择其中一个程序,打开水龙头和启动洗衣机开关后洗衣的全过程就会自动完成,洗衣完成时由扬声器发出响声。
本文是基于三菱FX2N系列PLC的全自动洗衣机梯形图系统的设计，设计完善的全自动洗衣机控制系统，以满足控制要求，实现洗衣自动化的控制。
第二章系统设计方案
2.1系统功能描述
全自动洗衣机的由内外桶、进水口、启动和停止按钮、控制器、进水按钮、水位开关、排水口和洗条电机组成。
洗衣桶（外桶）和脱水桶（内桶）是以同一中心安放的，外桶固定，作盛水用。
内桶可以旋转，作脱水（甩干）用。
内桶的四周有很多小孔，使内、外桶的水流相通。
系统结构框图如下：
全自动洗衣机的进水和排水分别有进水电磁阀和排水电磁阀来执行。
进水时，通过电控系统把进水阀打开，经进水管将水注人外桶，排水时，通过电控系统使排水阀打开，将水又外桶排到机外。
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，由洗涤电机带动内桶正转进行甩干；高低水位开关分别用来测高低水位；启动按钮用来启动洗衣机工作；停止按钮用来实现紧急工况下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。
2.2控制方式选择
家用洗衣机由家用220V电力拖动，由于PLC相比较于其他的控制技术有以下几个优点
1.实时性
（1）由于控制器产品设计和开发是基于控制为前提，信号处理时间短，速度快。
（2）基于信号处理和程序运行的速度，PLC经常用于处理工业控制装置的安全联锁保护
（3）更能满足各个领域大、中、小型工业控制项目。
2.高可靠性
（1）所有的I/O输入输出信号均采用光电隔离，使工业现场的外电路与控制器内部电路之间电气上隔离。
（2）各输入端均采用R-C滤波器，其滤波时间常数一般为10~20m
（3）各模块均采用屏蔽措施，以防止噪声干扰
（4）采用性能优良的开关电源。
（5）对采用的元器件进行严格的筛选。
（6）良好的自诊断功能，一旦电源或其他软，硬件发生异常情况，CPU立即采取有效措施，以防止故障扩大。
大型控制器还可以采用由双CPU构成冗余系统或有三CPU构成表决系统,以及实现电源模块冗余、IO模块冗余，使可靠性更进一步提高。
3.系统配置简单灵活
（1）控制器产品种类繁多，规模可分大、中、小等。
（2）I/O卡件种类丰富，可根据自控工程实现功能要求不同，而进行不同的配置
（3）满足控制工程需要前提下，I/O卡件可灵活组合。
4.丰富的I/O卡件
控制器针对不同的工业自控工程的现场信号，如：
交流或直流；开关量或模拟量；电压或电流；脉冲或电位；强电或弱电等,有相应的I/O模块与工业现场的器件或设备，如：
按钮、行程开关、接近开关、传感器及变送器、电磁线圈、控制阀等直接连接。
另外为了提高操作性能，它还有多种人-机对话的接口模块;为了组成工业局部网络，它还有多种通讯联网的接口模块，等等。
5.控制系统采用模块化结构
为了适应各种工业控制需要，除了单元式的小型控制器以外，绝大多数控制器均采用模块化结构。
控制器的各个部件，包括CPU，电源，I/O等均采用模块化设计，由机架及电缆将各模块连接起来，系统的规模和功能可根据用户的需要自行组合。
6.价格优势
质优价廉，性价比高。
7.安装简单，维修方便
可以在各种工业环境下直接运行。
使用时只需将现场的各种设备与PLC相应的I/O端相连接，即可投入运行。
各种模块上均有运行和故障指示装置，便于用户了解运行情况和查找故障。
由于采用模块化结构，因此一旦某模块发生故障，用户可以通过更换模块的方法，使系统迅速恢复运行。
由于PLC有以上优点且能在恶劣的条件下运行，故选用PLC作为主控制单元。
由于家用洗衣机功率较小，故可选用额定功率180W的电机拖动。
开发应用PLC的设计任务分为硬件和软件设计两部分。
顺序控制的编程步骤如下：
1.列出PLC输入输出点分配表。
2.根据系统控制要求画出顺序控制的状态流程图。
3.根据状态流程图编写出相应的梯形图。
4.调试程序。
2.3系统控制要求
PLC投入运行，系统处于初始状态，准备好启动。
（1）按下启动按扭及水位选择开关，开始进水，水满（即水位到达高低）时停止进水。
（2）2秒后开始洗涤。
（3）洗涤时，正转15秒后暂停，暂停3秒后开始反转洗涤，反转洗涤15秒后暂停，暂停3秒。
（4）如此循环3次后开始排水，排空后（水位下降到低位）开始脱水并继续排水。
脱水10秒即完成一次从进水到脱水的工作循环过程。
（5）若未完成3次大循环，则返回从进水开始的全部动作，进行下一次大循环；若完成了3次大循环，则进行洗完报警。
（6）报警10秒结束全部过程，自动停机。
（7）此外按排水按钮可实现手动排水；按停车按扭可停止进水、排水、脱水及报警。
2.4PLC控制系统设计的基本原则
任何一种控制系统都是为了实现被控对象的工艺要求，以提高生产效率和产品质量。
因此，在设计PLC控制系统时，应遵循以下基本原则：
1.充分发挥PLC的功能，最大限度地满足被控对象的控制要求，是设计PLC控制系统的首要前提，这也是设计中最重要的一条原则。
2.保证PLC控制系统能够长期安全、可靠、稳定运行，是设计控制系统的重要原则。
这就要求设计者在系统设计、元器件选择、软件编程上要全面考虑，以确保控制系统安全可靠。
例如：
应该保证PLC程序不仅在正常条件下运行，而且在非正常情况下（如突然掉电再上电、按钮按错等），也能正常工作。
3.在满足控制要求的前提下，一方面要注意不断地扩大工程的效益，另一方面也要注意不断地降低工程的成本。
这就要求设计者不仅应该使控制系统简单、经济，而且要使控制系统的使用和维护方便、成本低，不宜盲目追求自动化和高指标。
4.由于技术的不断发展，控制系统的要求也将会不断地提高，设计时要适当考虑到今后控制系统发展和完善的需要。
这就要求在选择PLC、输入/输出模块、I/O点数和内存容量时，要适当留有裕量，以满足今后生产的发展和工艺的改进。
第三章硬件电路设计
3.1PLC选型
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。
通过对结构图的分析，可知全自动洗衣机的I/O点不多，选择抵挡的三菱FX2N系列FX2N---32MR，可以完全满足其要求，FX2N---32MR有32个I/O，根据输入，输出口的总点数，考虑留有适当余量，采用三菱FX2N-32MR型PLC如图3.1所示，可满足设计要求。
如图3.1三菱FX2N-32MR实物
3.2I/O点分配
表1PLC的I/O分配表
输入
输出
元件
端口
作用
元件
端口
作用
SB1
X0
启动按钮
YV1
Y0
进水电磁阀
SB2
X1
停止按钮
KM1
Y1
电机正转接触器
SB3
X2
排水按钮
KM2
Y2
电机反转接触器
SL1
X3
高水位开关
YV2
Y3
排水电磁阀
SL2
X4
低水位开关
YC1
Y4
脱水电磁离合器
KM3
Y5
报警蜂鸣器
3.3I/O接线图
图3.3PLC的I/O接线图
第四章软件设计
4.1全自动洗衣机控制程序流程图
图4.1全自动洗衣机控制流程图
4.2梯形图
工步介绍：
s0初始化s20洗衣机进水s21电动机正转s22电动机反转
s23洗衣机脱水s24报警
4.3梯形图分析
按下启动按钮，X0为ON，进入工步S20，y0为ON，打开进水电磁阀。
当水位到达高水位时，X3为ON，M0自锁，同时断开进水电磁阀，同时T0为ON，记时2秒。
进入工步2，电动机正转，开始接通Y1（正向洗涤），并启动定时器T1。
15s后，T1触点动作，使Y1为OFF，停止正向洗涤，并启动定时器T2。
经过3s的暂停，T2触点为ON，进入工步S22.电动机反转，开始反向洗涤，并启动定时器T3。
反洗15s后，T3触点动作，使Y2（反转洗涤）为OFF，停止反向洗涤，并启动定时器T4。
经过3s的定时，T4动作，使计数器C0计一次时，同时判段记数次数若为3，并且X4（底水位）接通则进2工步S23,同时复位C0.若不为3则进入工步S21重新进行从正向洗涤开始到反向洗涤结束的小循环只到C0是3为止。
当C0满3且进入工步S23（脱水）后，边排水边脱水同时T5记时10秒，10秒后C1通记数一次若C1不为3则进入工步s20开始大循环，若C1是3则进入工步S24,开始报警接通Y5（报警）同时T6记时10秒后T6触点通，复位S20-S24,程序结束。
第五章设计总结
可编程控制器（PLC）技术是一门实践性很强的专业课，可编程控制器技术在当今社会发展异常迅速，各生产厂家也推出了许多强大的新型PLC、各种特殊模块和通信联网器件，使可编程控制器成为集微机技术、自动化技术、通信技术于一体的通用工业控制装置，成为实现工业自动化的一种强有力的工具。
在这次设计以前，我对PLC一点也不懂，对指令感觉好模糊，当我拿到课程设计任务书时，感觉把课题完整的做出来太难了，但后来通过在PLC实验室不断的调试程序以及老师的耐心指导，经过两周的时间，我终于把设计完成了，但由于是初次进行此类的设计，难免有些地方想得不够周到、详细，控制系统也存在着一定的缺陷，程序的设计不是很简便，PLC的I/O口接线图画得也不是很好,但看着自己的设计成果，心里也有一种成就感，即使自己所做的东西不够完美。
通过这次课程设计，我了解了PLC基本逻辑指令的应用，理解了区间比较指令的应用范围，熟悉了SFC编程的方法和技巧，知道怎样去设计一个PLC应用程序，也感觉得到了PLC在控制方面的巨大优势和潜力，同时也更增强了我学好PLC的决心和信心。
在这次课程设计的过程中，由于PLC编程软件存在一定的局限性,从而导致在把程序导入Word时发生了很大的困难,我们只能通过屏幕捕捉、图形剪切，最后才能完整的把所要求的程序写在Word里，如果有更好的编程软件,相信我们会把PLC学得更好,课程设计也会做得更有质量。
在此要感谢我的指导老师罗老师对我悉心的指导，感谢老师给我的帮助。
在设计过程中，我通过查阅大量有关资料，与同学交流经验和自学，并向老师请教等方式，使自己学到了不少知识，也经历了不少艰辛，但收获同样巨大。
在整个设计中我懂得了许多东西，也培养了我独立工作的能力，树立了对自己工作能力的信心，相信会对今后的学习工作生活有非常重要的影响。
而且大大提高了动手的能力，使我充分体会到了在创造过程中探索的艰难和成功时的喜悦。
虽然这个设计做的也不太好，但是在设计过程中所学到的东西是这次毕业设计的最大收获和财富，使我终身受益。
结束语
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。
参考文献
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化学工业出版社，
第三版。
[2]廖常初.PLC基础及应用．北京：
机械工业出版社,2003
[3]李国厚.PLC原理及应用设计.化学工业出版社,2005
[4]窦振中．PIC系列单片机应用设计与实例．北京：
北京航空航天大学出版社,1997
[5]三菱电机.FX1S、FX1N、FX2N、FX2NC编程手册.2005
[6]黄净.电气控制与可编程序控制器.北京.机械工业出版社.2004
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