基于FX2N三菱PLC的全自动洗衣机控制系统.docx
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基于FX2N三菱PLC的全自动洗衣机控制系统
实训（论文）说明书
题目：
全自动洗衣机PLC控制系统
系别：
机电工程系
专业：
机械电子工程
学生：
学号：
指导教师：
职称：
摘要
本文主要介绍了基于三菱FX2N系列PLC的全自动洗衣机控制系统，包括总体设计思想、原理分析、电气设计等容,全面地阐述了设计方案。
实现全自动洗衣机的控制系统有多种，可以采用早期的模拟电路、数字电路或模数混合电路。
近年来随着科技的飞速发展，单片机、PLC的应用不断地走向深入，同时带动了传统控制检测技术的不断更新。
本文采用三菱公司生产的FX2N-24MR型PLC作为可编程控制器进行全自动洗衣机控制系统的设计，并且设计了系统结构图、工作流程图、电路原理图、程序梯形图、输入输出接口功能表以及元器件目录表等，同时对程序进行了GTDesinger2触摸屏软件的模拟调试，验证了本设计的可行性。
关键词：
PLC；PLC程序设计；可编程控制器；全自动洗衣机
Abstract
ThisarticlemainlyintroducedtheautomaticwashingmachinecontrolsystembasedonmitsubishiFX2NseriesPLC,includingtheoveralldesignidea,principleanalysis,electricaldesign,suchascontent,comprehensivelyexpoundsthedesignscheme.Torealizefullyautomaticwashingmachinecontrolsystemhasavarietyof,canadopttheearlieranalogcircuit,digitalcircuit,orhybridmodulus.Inrecentyears,withtherapiddevelopmentofscienceandtechnology,theapplicationofsingle-chipcomputer,PLCconstantlygoingdeeper,atthesametimethetraditionalcontroltesttechnologyconstantlyupdated.ThisarticleproducedbymitsubishiFX2N-24MrPLCprogrammablecontrollerasthefullyautomaticwashingmachinecontrolsystemdesign,anddesignthesystemstructure,workflowchart,circuitprinciplediagramandladderdiagramprogram,inputandoutputinterfacefunctiontableandcomponentssuchascatalogue,atthesametime,theprogramissimulateddebugging,verifythefeasibilityofthisdesign.
Keywords:
PLC；ThePLCprogramdesign；ProgrammableLogicController；Fullyautomaticwashingmachine
引言...........................................................1
1绪论........................................................1
1.1设计背景..............................................................1
1.2PLC简介..............................................................1
1.2.1PLC的定义..........................................................1
1.2.2PLC的特点..........................................................1
2全自动洗衣机的工作原理和控制要求............................2
2.1全自动洗衣机的结构和工作原理..........................................2
2.2全自动洗衣机的控制要求和工作流程......................................3
3全自动洗衣机的硬件设计.............................................4
3.1元器件的选择..........................................................5
3.2电路设计..............................................................5
4全自动洗衣机的软件设计.............................................6
4.1PLC的输入输出接口分配................................................6
4.2梯形图设计............................................................7
5GTDesigner3软件的仿真模拟................................10
5.1GTDesigner3触摸屏画面的设计........................................10
5.2PLC与GTDesinger3之间的通讯.........................................13
6总结......................................................13
辞..........................................................15
参考文献......................................................16
附录..........................................................17
引言
目前中国洗衣机市场正进入更新换代期，市场潜力巨大，人们对于洗衣机的要求也越来越高，目前的洗衣机主要有强弱洗涤功能、进排水系统故障自动诊断功能、暂停等七大功能，在许多方面还不能达到人们的需求。
这就要求设计者们有更高的专业和技术水平，能够提出更多好的建议和新的课题，将人们的需要变成现实，设计出更节能、功能更全面、更人性化的全自动洗衣机。
目前的洗衣机都没有实现全方面的兼容，大多洗衣的厂家都注重各自品牌的洗衣机的特长，突出一两个与别的洗衣机不同的个性化的功能，洗衣机的各项功能是PLC控制实现的，控制功能灵活，因此，设计出基于PLC全自动洗衣机控制电路系统具有很强的实用性。
本设计采用物美价廉的三菱PLC为控制核心,为保证洗衣机及人身安全,设计了蜂鸣报警电路。
功率驱动电路由可控硅实施对电动机,进水阀,排水阀的控制。
使全自动洗衣机能更加智能化,更加完善。
1绪论
1.1设计背景
从古至今，洗衣服都是一项难于逃避的家务劳动。
随着时代的进步，手摇洗衣机、蒸汽洗衣机、燃机洗衣机相继出现，到了20世纪末，电动洗衣机已走进千家万户，解放了人们的双手。
随着科技的迅速发展，微电脑控制的全自动洗衣机的出现引领了新的发展方向，使洗衣更加智能化。
全自动洗衣机的特点是能自动完成洗涤，漂洗和脱水的转换，整个过程不需要人工操作。
这类洗衣机均采用套筒式结构，其进水，排水都采用电磁阀，由程序控制器按人们预先设计好的程序不断发出指令，驱动各执行器件动作，整个洗衣过程自动完成。
1.2PLC简介
1.2.1PLC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，都应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。
总之，可编程控制器是一台专为工业环境而设计的计算机，它是将传统的计算机技术、继电器技术和通信技术相融合而发展起来的一种新型的控制装置。
在具体的国工业应用中，由于它不是针对某一具体的工业应用，因此它的硬件应根据实际需要来进行配置，其软件则根据控制要求进行编写。
1.2.2PLC的特点
（1）可靠性高。
PLC作为一种通用的工业控制器，对工作的环境要求较低，抗外部干扰能力强，平均无故障时间长。
（2）使用方便灵活。
PLC采用了基本单元扩展或者是模块化的结构形式，因此，输入/输出信号的数量、形式、驱动能力等都可以根据实际控制要求进行选择与确定，而且在需要时可以随时更换。
近年来，PLC的特殊模块增多，这些可以满足不同的控制要求，使PLC的使用更加灵活与多变。
（3）编程方法简单易学。
PLC的优越性主要体现在它采用了独特的、多种面向广大工程设计人员的编程语言，如指令表、梯形图、逻辑功能图、顺序功能图等，程序简洁明了，适合各类技术人员的传统习惯，即使是没有计算机知识的人员也很容易掌握。
（4）功能强，性价比高。
一台小型可编程控制器有成百上千个可供用户使用的编程元件。
有很强的功能，可以实现非常复杂的控制要求。
与相同功能的继电器系统相比，具有很高的性能价格比。
可编程控制器可以通过通信联网，实现分散控制，集中管理。
（5）维修方便。
可编程控制器的故障率很低，且有完善的自诊断和显示功能。
可编程控制器或外部的输入装置和执行机构发生故障时，可以根据可编程控制器上的发光二极管或编程器提供的信息迅速地查明故障原因，用更换模块的方法可以迅速地排除故障。
2全自动洗衣机的工作原理和控制要求
2.1全自动洗衣机的结构和工作原理
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。
其结构如下图2.1所示：
图2-1波轮式套筒洗衣机部结构图
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；桶可以旋转，作脱水用。
桶上有很多小孔，使外桶的水流相通。
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。
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，由电动机带动桶正转进行甩干。
洗涤水位浮球开关用来检测是否到达洗涤水位，水排空浮球开关用来检测水是否全部排出。
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
本全自动洗衣机要求能实现“自动控制”和“手动控制”两种控制方式。
1、自动控制：
（1）按下启动键，进行10秒时间的选择，若选择脱水，则进行脱水工作；否则10秒时间到，进水阀门打开，冼衣桶开始进水；
（2）水位到达上限，上限开关按下，则进水阀灯灭，表示水已经注满；冼衣波轮开始旋转，左转方向5秒，停2秒，右转方向5秒，再停2秒，周而复始循环运行3次，波轮停止转动，排水阀灯亮，开始排水；
（3）水位到达下限位，下限开关按下，甩干桶指示灯亮，甩干桶开始工作20秒；20秒后又开始进水，系统进行第二次清洗工作。
（4）两次洗涤完成，蜂鸣器响，5秒后整个冼衣过程自动停止；
（5）按下停止键，冼衣机停止工作；
其中：
系统能对水位进行实时监控，在洗衣过程中若水位低于上限位，则进水阀门自动打开进行补水。
2、手动控制：
在按下启动按钮时，若选择脱水，则排水阀门打开，开始脱水工作，20秒后蜂鸣器响，5秒后系统停止。
工作流程图2-2所示：
开始
脱水
洗涤/脱水？
进水
N
达到上限位？
Y
关闭进水阀
电机正转5s
停2s
电机反转5s
停2s
N
达到5次？
Y
排水
脱水
N
达到2次？
Y
蜂鸣器响5s
结束
图2-2工作流程图
3全自动洗衣机的硬件设计
3.1元器件的选择
（1）PLC的选择
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-24MR型，此PLC有12个输入接口和12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：
最大围的包容了标准特点，程序执行更快，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。
选择YY104-180型单相电容运转式异步电动机，额定功率360W，额定电压220V，额定转速1350r/min，额定电流1.7A。
3.2电路设计
主电路设计如下：
L
220V~
N
FU
Q
KM1KM2
FR
M电机
2~
图3-1主电路图
PLC控制电路设计如下：
图3-2PLC控制电路图
其中：
在主电路和控制电路中FU为熔断器，Q为单刀开关；KM1和KM2线圈分别控制电动机M的正反转；FR为热继电器，其作用是起电路的过载保护；F1和F2为高低水位的传感器，用于监控水位。
蜂鸣器用于洗衣结束报警。
4全自动洗衣机的软件设计
4.1PLC的输入输出接口分配
PLC的输入输出（I/O）接口分配如下：
表4-1PLC的输入输出接口分配表
输入
输出
输入端口
文字符号
工位名称
输出端口
文字符号
工位名称
X000
SB1
开始洗涤按钮
Y000
KM1
电机正转接触器
X001
SB2
手动停止按钮
Y001
KM2
电机反转接触器
X002
SB3
手动脱水按钮
Y004
L1
进水指示灯
X003
F1
高水位按钮
Y005
L2
排水指示灯
X005
F2
低水位按钮
Y006
PM
报警蜂鸣器
Y007
YA1
进水电磁阀
Y010
YA2
排水电磁阀
Y011
HL
脱水
4.2梯形图设计
（1）启动按钮X0和停止按钮X1
（2）启动后进入功能选择，倒计时10S，若在10S选择了脱水（X2）则跳至脱水步骤，否则在10S结束后开始正常洗涤
（3）10S后洗涤开始，Y7进水电磁阀打开，开始进水，当水位到达高水位时X3ON时开始正转洗涤。
正转洗涤5S暂停2S。
（4）正转暂停结束后开始反转洗涤，洗涤5S，暂停2秒。
（5）当正反转洗涤次数到达3次后开始排水（至低水位X5）、脱水（20S）。
（6）完成上述步骤后为一个循环（手动排水脱水不计），C1计数，当计满2次后报警5S，洗衣结束。
5GTDesigner3软件的仿真模拟
5.1GTDesigner3触摸屏画面的设计
（1）本次采用的是触摸屏画面软件GTDesigner3实现对全自动洗衣机的实时模拟监控。
根据要求对软件进行设置。
首先打开GTDesigner3新建工程，机种选择三菱电机的GT11系列的MELSEC-FX，其它选择默认，直到创建结束出现如图5-1的GTDesigner3的画面的基本构成。
图5-1GTDesigner3软件画面基本构成
（2）仿真模拟画面设计
图5-2首页显示
图5-3密码输入显示页
图5-4密码修改显示页
图5-5数据设置显示页
图5-6主画面显示页
5.2PLC与GTDesinger3之间的通讯
将编好的梯形图程序和触摸屏画面进行通讯，首先打开GTsimulator3仿真软件，选择与前面GTDesinger3一样的GT11系列模拟器。
进入文件选择，选择要模拟的程序，即编好的梯形图程序所保存的位置，然后打开设计好的工程，即触摸屏画面。
这样就可以对所编的程序进行实时的模拟仿真。
进行触摸屏画面的模拟可以检测所编程序的正确与否，这样可以实时的进行修改，最后达到所需的要求。
6总结
综上全文所述，本文对PLC及GTDesinger软件的工作原理、适用领域等作出了介绍，根据洗涤的要求采用PLC设计出了全自动洗衣机系统，并使用触摸屏仿真软件对整个洗涤过程的实时监控。
用GTDesinger3实现对洗涤系统的监控，更直观的展现出全自动洗衣机的洗涤过程，很好的解决了实验室设备的局限性。
在设计过程中，阅读了相关的资料和文献，学习到了很多的知识，在流程图的设计，梯形图的绘制，以及功能的拓展，软件的实用等方面都有了很大的进步。
弥补了之前学习时在这方面的短缺。
在实际设计过程中出现了不少问题，比如在刚开始设计的时候程序之间的输入与输出会出现相互矛盾而导致无常工作，随着深入的研究和资料的查阅慢慢的掌握了设计的原理和经验。
又比如在设计触摸屏画面的时候对于画面的布局、各个部分的设计都是经过多次修改才成功的，在设计水位流动动画中由于没有给液位软元件赋值而导致没有流动效果。
总之，经过这次的实训，我在理论课程的应用、程序的设计、画面的仿真等许多方面都得到了一定的经验。
辞
在整个系统设计的过程中，老师和同学给了我很大的帮助。
特别感指导老师以及同学们细心为我指导，给了我许多宝贵的意见，使得我能够顺利完成本次的实训。
本设计的完成是在我们的指导老师的细心指导下进行的。
在每次设计遇到问题时老师不辞辛苦的讲解才使得我的设计顺利的进行。
从设计的选题到资料的搜集直至最后设计的修改的整个过程中，花费了老师很多的宝贵时间和精力，在此向老师表示衷心地感！
导师严谨的治学态度，开拓进取的精神和高度的责任心都将使学生受益终生！
还要感我周围的几位同学，是你们在设计中和我一起探讨问题，并指出我设计上的误区，使我能及时的发现问题把设计顺利的进行下去，没有你们的帮助我不可能这样顺利地结稿，在此表示深深的意。
忠心的感所有在这次实训设计中帮过我的人。
参考文献
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中国电力，2013年
[2]程子华，小明.PLC原理与编程实例分析[M].第2版：
国防工业.2010年
[3]王阿根.PLC控制程序精编108例[M]..电子工业.2009年
[4]吕卫阳，徐昌荣.PLC工程应用实例解析[M]..中国电力.2007年
[5]周美兰，周封.PLC电气控制与组态设计[M].第1版：
科学.2003年
附录
附录一：
程序指令表
升级会员 