燕山大学基于PLC全自动洗衣机.docx
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燕山大学基于PLC全自动洗衣机
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：
电气工程学院
年级专业：
学号：
学生姓名：
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
学生姓名
（专业）班级
11应电1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
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，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
摘要
可编程序控制器（PLC）是综合了计算机技术、自动控制技术和通信技术的一门新兴技术，是实现工业生产、科学研究以及其他各个领域自动化的重要手段之一，应用十分广泛，是现代工业控制的三大支柱之一。
可编程序控制器源于继电器-接触器控制，是电气控制技术的最新发展阶段，它们在理论和应用上一脉相承。
早期采用模拟电路、数字电路或模数混合电路实现全自动洗衣机的控制系统。
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。
本文采用日本三菱公司生产的FX2N-32MR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。
本文采用日本三菱公司生产的FX2N-32MR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，同时对程序进行了模拟调试，验证了本设计的可行性。
关键词 PLCPLC程序设计可编程控制器全自动洗衣机
2.4.3程序设计20
第1章绪论
1.1设计背景
王维诗《山居秋暝》中云，竹喧归浣女，莲动下渔舟。
道出了恬淡富雅的生活品行，然曾几何时，本是清新的唯美画面竟成为了一项负担，禁锢了古代妇人的双手，时至今日，无论男女都无法避免的这项家务劳动。
庆幸的是，社会在发展，人类在进步，科学在创新，当年的手摇洗衣机、蒸汽洗衣机、内燃机洗衣机早已被拍死在沙滩上，今天全自动洗衣机应运而生，承担了无数宅男宅女的辛勤期望，全自动洗衣机已由洗衣衍生出各种功能，更加的智能。
今天我所介绍的便是基于PLC控制的全自动洗衣机。
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。
在具体的国内工业应用中，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）编程简单。
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。
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。
其结构如下图所示：
图1波轮式套筒洗衣机内部结构图
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；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“自动运行”和“手动运行”两种控制方式。
1.自动运行
具体控制要求如下：
（1）按下“开始洗涤”按扭，开始进水，达到洗涤水位后，停止进水；
（2）进水停止3s后开始洗衣；
（3）洗衣时，正转7s，停3s，然后反转7s，停3s，依此循环；
（4）洗衣15min后开始排水，水排空后脱水5min；
（5）然后再进水，重复
（1）~（4）步，循环2次；
（6）洗衣完成后蜂鸣器报警10s并自动停机。
2.手动运行
具体控制要求如下：
（1）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；
此时若按下“开始洗涤”按钮，将继续洗衣；若按下“手动脱水”按钮，则进水电磁阀闭合，排水电磁阀打开，开始进行排水、脱水，最后停机。
（2）当脱水时按下“手动停止”按扭，脱水过程中止，即电机停转；
此时若按下“开始洗涤”按钮，将重新洗衣；若按下“手动脱水”按钮，则进水电磁阀闭合，排水电磁阀打开，开始进行排水、脱水，最后停机。
（3）当脱水时，若安全盖打开，则洗衣机暂停脱水，直到安全盖闭合再继续脱水，或者按“手动停止”按钮，使之停机。
自动运行过程如下图：
图2自动工作流程图
手动运行过程如下图：
图3手动工作流程图
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-32MR型，此PLC有16个输入接口和16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/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
SB1~SB3
手动按钮
3
LAY37
洗涤-绿色，停止-红色，脱水-蓝色
G1
安全盖开关
1
-------
开盖-打开，盒盖-闭合
F1
洗涤水位浮球开关
1
-------
常开
F2
水排空浮球开关
1
-------
常闭
KM1~KM4
交流接触器
4
DJX-9
线圈电压：
AC220V
L1、L2
指示灯
2
AD16-22
LED显示，AC220V
YA1
进水电磁阀
1
-------
线圈电压：
AC220V，常开
YA2
排水电磁阀
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
TC
隔离变压器
1
BK-100
电压比1:
1，AC220V
LH
电磁离合器
1
-------
常开
HA
报警电铃
1
-------
AC220V
PLC
可编程序控制器
1
FX2N-32MR
继电器输出
VD1~VD4
二极管
4
1N4001
耐压值50V
C
稳压电容
1
4007
680uf
表1元器件目录表
2.3.2电路设计
主电路图设计如上：
图中FU为熔断器，用于主电路的短路保护，FR为热继电器，用于电动机的过载保护。
通过FM3和FM4的开闭使电位器串联到电动机绕组上，从而得到两种转速。
当FM1和FM3闭合时，电机低速正转洗衣，当FM2和FM3闭合时，电机低速反转洗衣，当FM1和FM4闭合时，电机高速正转脱水。
PLC控制电路如下图：
图5PLC控制电路图
PLC供电回路采用隔离变压器TC1，以防止电源干扰。
4个二极管构成整流电路，由变压器TC2经变压得到24V交流电压，经过整流得到24V直流电，然后经过电容C稳压，最终给COM2口供电。
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
Y002
KM3
电机高速接触器
X003
F1
洗涤水位浮球开关
Y003
KM4
电机低速接触器
X004
F2
水排空浮球开关
Y004
L1
洗涤状态指示灯
X005
G1
安全盖开关
Y005
L2
脱水状态指示灯
X006
FR
电动机热保护开关
Y006
HA
报警电铃
Y010
YA1
进水电磁阀继电器
Y011
YA2
排水电磁阀继电器
Y012
LH
离合器继电器
表2输入输出接口功能表
2.4.2梯形图设计
（1）初始状态
（2）加水状态
（3）正转洗涤状态
（4）反转洗涤状态
（5）排水状态
（6）脱水状态
（7）安全盖保护状态
（8）洗涤次数计数状态
（9）电铃报警状态
2.4.3程序设计
0LDM8002
1SETS0
3STLS0
4LDX000
5SETS20
7RSTT251
9RSTC1
11LDX002
12ANDX005
13SETS23
15OUTC1K1
18STLS20
19LDIX003
20OUTY010
21LDX003
22SETS21
24LDX001
25SETS21
27STLS21
28OUTY004
29OUTT0K30
32OUTT1K100
35OUTT250K9000
38LDIY002
39OUTY003
40LDT0
41ANIY001
42OUTY000
43LDT1
44SETS22
46LDT250
47OUTS23
49LDX001
50ORX006
51SETS23
53STS22
54OUTY004
55OUTT2K30
58OUTT3K100
61OUTT250K9000
64LDIY002
65OUTY003
66LDT2
67ANIY000
68OUTY001
69LDT3
70SETS21
72LDT250
73SETS23
75LDX001
76ORY006
77SETS0
79STLS23
80RSTT250
82OUTY011
83ANDX004
84SETS24
86STLS24
87OUTY012
88OUTY011
89OUTY005
90OUTT4K30
93OUTT251K3000
96LDT4
97MPS
98ANIY003
99OUTY002
100MPP
101ANIY001
102OUTY000
103LDT251
104SETS26
106LDX001
107ORX006
108SETS0
110LDX005
111SETS25
113STLS25
114LDX005
115SETS24
117LDX001
118SETS0
120RST251
122STLS26
123OUTC0K2
126RSTT251
128SETS27
130STLS27
131LDIC0
132MPS
133ANIC1
134SETS20
136MPP
137ANDC1
138SETS28
140LDC0
141SETS28
143STLS28
144OUTT5K100
147RSTC0
149RSTC1
151LDIT7
152OUTT6K5
155LDT6
156OUTT7K5
159OUTY006
160LDT5
161SETS0
163RET
164END
第3章总结致谢
至此，课程设计已全部完成。
实践是检验真理的唯一标准。
通过这次课程设计，让我深刻的懂得了道理。
纸上谈兵终究仅仅停留在理论方面，它是脱离实际的。
这次的实战演习，让我发现了更多平时学习中的不足，也发现了各种问题，通过这些问题的讨论与解决，提高了自己分析问题和解决问题的能力。
这次的课程设计中通过GXDeveloper和Viso2003两个软件为载体，分别完成了PLC课程设计的仿真和硬件的设计，同时也加深了我对三菱FX2N系列PLC工作原理和使用方法的理解。
通过PLC实验箱的模拟，锻炼了我动手操作的原理。
在整个设计过程中，我不仅对课本上学到的知识有了更深的理解，也树立起了对待设计产品要精益求精的态度。
画电气原理图时，其中用到的符号一定要找到标准格式，相互电气连线有交叉时，一定按照规范制图，不能理所当然。
在遇到PLC端口不知该如何接线时，不仅要从书本上寻求例子，还要学会去三菱公司官网上查看PLC手册，因为所有的参考书籍只是对手册的讲解。
同时，这次PLC课程设计也加深了我和老师与同学们之间的交流，尤其是和我课题相同的XX同学的相互讨论让我受益匪浅。
最后还要感谢课程设计郭忠南、阚志忠、魏艳君和王德玉老师的细心指导。
在我最迷茫的时候，给我适时的指导，让我避免了不少的弯路，从而使这次课程设计圆满成功。
我深信，本次的课程设计将成为我未来职业岗位一块坚实的基石。
参考文献
[1]《PLC电气控制技术》漆汉宏主编机械工业出版社2012.4
[2]张桂香《电气MR控制与PLC应用》化学工业出版社2003
[3]吕景泉《可编程控制器技术教程》高等教育出版社2000
[4]三菱FX2N系列《微型可编程控制器使用手册》
[5]《QBT4136-2010家用和类似用途电动洗衣机用电动机技术要求》
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