plc在自动洗衣机上的应用论文学位论文.docx
《plc在自动洗衣机上的应用论文学位论文.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《plc在自动洗衣机上的应用论文学位论文.docx（33页珍藏版）》请在冰豆网上搜索。
plc在自动洗衣机上的应用论文学位论文
毕业论文
题目：
PLC在自动洗衣机中的应用
姓名杨生利学号0702210139
系（院）电子系班级电气自动化一班
指导教师李霞职称副教授
2010年6月1日
摘要
描述了全自动洗衣机控制系统的运作要求。
实现了洗衣机由进水、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，并通过三菱公司的F1系列的PLC仿真系统模拟出全自动洗衣机的运行过程。
此项设计对于提高学生的动手能力和帮助学生对一些理论知识的理解都具有积极的作用。
【Abstract】:
Havedescribedthatthefull-automaticwashingmachinecontrolsthesystematicoperationrequest.Havecometruethewashingmachinedrainsawaywaterfromwater-entering,cleansing,dehydration,givesanalarmtothecirculationprocessstoppingcalculationvoluntarily.Havedesignedcorrespondingsystemsoftware,havingputupfull-automaticwashingmachineoperationprocesscombiningwiththecorrespondinghardwaresystem,andthesimulatedPLCsystemimitatepassingtheF1ofMitsubishicompanyseries.Thisitemdesignsthattheabilityandunderstandinghelpingastudenttoalittletheoryknowledgeallhavetheactiveeffecttogettingtoworkimprovingastudent.
【关键词】：
PLC；洗衣机；全自动；程序控制
目录
第一章洗衣机类别６
1.1洗衣机的分类６
第二章洗衣机主要部件８
2.1洗衣机电机８
2.2定时器９
2.3进水电磁阀９
2.4排水电磁阀１０
2.5水位开关１２
2.6离合器１３
2.7熔断器１４
2.8蜂鸣器１５
2.9电容１６
第三章可编程序控制技术１７
3.1PLC的定义及特点１７
3.2PLC的应用和发展前景１７
3.3PLC的基本组成及工作原理１８
3.4PLC的编程语言２０
第四章三菱FX系列PLC简介２２
4.1FX系列PLC的特点２２
4.2FX2N系列PLC２３
4.3FX系列PLC内部资源２４
第五章PLC控制系统设计与应用２５
5.1PLC控制系统设计的基本原则２５
5.2PLC控制系统设计的基本内容２５
5.3PLC控制系统设计的一般步骤２５
第六章系统硬件设计２７
6.1系统硬件分析２７
6.2全自动洗衣机的控制系统的运作要求２７
6.3控制要求２８
6.4机型选择和编号分配２８
6.5输入输出地址及接线２９
6.6硬件接线图２９
第七章系统软件设计３０
7.1工艺流程分析３０
7.2梯形图３１
第八章结束语３３
第九章参考文献３４
绪论
可编程控制器是以计算机为核心的通用自动控制装置，它的功能强、可靠性极强、编程简单、使用方便、体积小。
现已广泛应用于工业控制的各个领域，它以微处理器为核心，用编写的程序进行逻辑控制、定时、记数和算术运算等，并通过数字量和模拟量的输入/输出来控制机械设备或生产过程。
该设计主要介绍了全自动洗衣机的工作原理、控制系统的PLC的造型和资源的配置、控制系统程序设计与调试、控制系统PLC程序。
根据全自动洗衣机的工作原理，利用可编程控制器PLC实现控制，说明了PLC控制的原理方法，特点及控制洗衣机的特色。
通过本系统的设计，对三菱的F1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的F1系列PLC的特点，对按钮、电磁阀、开关等其它一些输入/输出点进行控制，实现了洗衣机洗衣过程的自动化。
充分表现现代家电用品的个性。
在全自动洗衣机中，洗衣机洗涤、脱水程序是由以单片机为中心控制系统工作的。
首先由于单片机的指令系统相对复杂，编写洗涤、脱水程序相对复杂；其次，在设计控制系统硬件时，要有多种电路保护装置，如电流保护、电压保护、过载保护、过热保护以及欠压保护等等。
这样增加了硬件的复杂性，隐含较高的故障率，无形的增加了维修成本费用。
在工业控制系统中广泛应用的PLC能克服单片机的缺点，它是整体模块，集中了驱动电路、检测电路和保护电路以及通讯联网功能。
因此在运用中，硬件也相对简单，提高控制系统的可靠性。
另外它的编程语言也相对简单。
因此在该设计中采用了PLC来实现全自动洗衣机的工作过程。
第一章洗衣机类别
1.1洗衣机的分类
目前，我国洗衣机的分类方法主要有三种：
按自动化程度分类，按洗涤方式分类，
按结构方式分类。
1按自动化程度分类，洗衣机可分为普通型、半自动型、全自动型三大类。
目前大多是全自动型洗衣机，它是指洗涤、漂洗、脱水各个功能之间的转换全部不用手工操作而能自动进行的洗衣机。
这种洗衣机在选定的工作程序内由机电式程序控制器或微电脑程序控制器适时发出各种指令，自动完成各个执行机构的动作，使整个洗衣过程自动化。
2按结构方式分类，洗衣机可分为单桶、双桶、套桶三大类。
（1）单桶洗衣机。
单桶洗衣机自动化程度较低，多为简易型和普通型，少量的为半自动型。
其主要特点是占地面积小，价格便宜。
（2）双桶洗衣机。
双桶洗衣机实际上就是单桶洗衣机和脱水机的组合。
它的洗衣部分和甩干部分有各自的电动机和定时器。
双桶洗衣机功能齐全，使用方便，操作简单，省水，省电，价格适宜，品种多样。
目前，我国双桶波轮式洗衣机占主导地位。
双桶洗衣机。
脱水桶壁上设有许多小孔，甩干电动机高速运转，在强大的离心力作用下，衣物水分被甩出，并顺着排水管排出。
（3）套桶洗衣机。
该洗衣机的特点是内、外两个立式容器套装在同一个轴心上。
波轮式套桶洗衣机多为全自动型。
因其离心桶的外径小于盛水桶的内径，故将外桶和内桶套装在同一个轴心上，减少了占地面积。
其外桶作为盛水容器，内桶作为洗涤、漂洗、离心脱水用。
常见的波轮式套桶洗衣机是单电机的，洗涤及脱水工作由离合器控制。
洗涤时波轮转动而脱水桶不转，脱水是波轮与脱水桶一齐旋转。
3按洗涤方式分类，洗衣机可分为波轮式、滚筒式等
（1）波轮式洗衣机。
波轮式洗衣机是将洗涤衣物浸泡在水中，靠波轮正、反方向的交替转动或连续单方向的转动使衣物在水中不断翻滚，而达到洗净衣物的目的。
主要特点是：
洗涤能力强、洗涤时间短、结构简单、可调节水位、成本低、易维修、易操作。
（2）滚筒式洗衣机。
滚筒式洗衣机自动化程度高，洗涤性能好，容量大，质量高。
第二章洗衣机主要部件
2.1洗衣机电机
全自动洗衣机电机XD-180W
型号XD-180WXD-180WXD-135WXD-120W
额定电压220V220-240V220V220V
额定频率50HZ60HZ50HZ50HZ
额定转速1370137013701370
输出功率180W180W135W120W
额定电流1.75A1.75A1.25A1.10A
电容量13131010
噪音45454545
★性能特点：
起动转矩大、起动电流小、过载能力强、机械特性硬。
2.2定时器
定时器是普通型波轮式洗衣机中的关键部件之一。
它主要起两个作用：
一是控制洗涤电机和脱水电机运转时间的长短；二是控制电机按预定的程序自动地实现正反转、停转的时间。
普通型波轮式洗衣机，大多采用发条式定时器。
而许多大波轮新水流式洗衣机使用电动式定时器。
2.3进水电磁阀
进水电磁阀简称进水阀、注水阀。
在全自动洗衣机上，以内功用进水阀来实现自动注水和停止进水。
它和水位开关互相配合，对洗衣桶的水位高低进行自动控制。
2.3.1工作原理
进水阀是一种电磁阀，阀中心是铁心，铁心外为电磁线圈，线圈不通电时，在小弹簧的作用下铁心被压下，封住了橡胶阀上所装的塑料盘中间的泄压孔，这时书从加压针孔进入控制腔，使进水腔和控制腔的水压相等。
由于橡胶阀上部的受压面积大于下部的受压面积，所以橡胶阀被压紧在阀座上起到了封闭作用。
其封闭的可靠性是由铁心所受的压力决定的，贴心的下端与泄压孔接触，铁心的上端受压面积大于下端的受压面积，显然水的压力越大，铁心对泄压孔的封闭压力越大，封闭越可靠。
早水压力低时，阀的封闭性就差，所以对水压有个最低要求，不能低于0.3Mpa。
当线圈通电时，电磁力克服下弹簧的弹力将添心吸上，泄压孔打开，由于泄压孔大于加压针孔，控制腔内的水将很快流出，压力降低，进水腔为自来水压，橡胶阀的下部压力大于上部压力，即被下部的水压推开，阀即开启注水。
2.3.2主要性能参数
进水电磁阀的主要性能参数见表2-2-1和表2-2-2所示
表2-2-1进水阀的技术参数
额定电压、额定电流使用水水压范围密封性能温升绝缘电阻电气强度
频率（mA）温（0C）（Mpa）（Mpa）（0C）（欧姆）
220V、50Hz27+/-50—800.02—0.80.02—1〈75〉1002500V、1min
表2-2-2进水电磁阀的流量特性
进水压力（Mpa）0.020.10.30.8
流量（L/min）>3>8>13>25
2.4排水电磁阀
排水电磁阀是全自动洗衣机特有的电器部件。
它是一个受程控器控制的自动排水开关。
除了排水功能外，还控制着离合器的状态（洗涤或脱水）。
排水电磁阀由电磁铁和排水阀两部分组成，它们是相互独立的部件，两者用排水阀连接起来，在连接板的右端以开口销与电磁铁动铁心连接，而左端钩在排水阀的内弹簧上。
当电磁铁通电时，将动铁心往右拉，排水阀就呈打开状态。
此时盛水桶内的洗涤液便能通过水道和阀门，从排水口流出机外。
在连接板上还用螺栓固定着一个位置可调的定位套，在动铁心吸合的过程中，该定位套向右运动，拨动了离合器上的制动杆，为脱水做准备。
当电磁铁失电时，排水阀在自身弹簧作用下将铁心拉出，排水阀关闭，洗衣机停止排水。
同时，离合器上制动杆靠制动弹簧的作用恢复原位，为洗涤漂洗过程中波轮转动做好准备。
2.4.1电磁铁
电磁铁有两种交流和直流，电动式程控式（机械式）全自动洗衣机一般采用交流电磁铁，而微电脑程控器式（电脑式）全自动洗衣机一般采用直流电磁铁。
1．交流电磁铁
交流电磁铁的铁心和衔铁是由硅钢片叠压铆接而成的。
衔铁置于铁心之中。
在线圈通电后，铁心和衔铁同被磁化，相对的两个面上产生了异名磁极这种吸引力使衔铁向铁心运动，从而带动拉杆将阀打开。
虽然线圈中电流的方向不断发生变化，但由于铁心与衔铁的磁极同时变化，使它们之间出现的总是吸引力。
2．直流电磁铁
直流电磁铁具有吸引力大、体积小、噪音低和安全性能高等优点，它的线圈分成吸合线圈和保持线圈两组，由其内部的微动开关控制这两组线圈的工作。
线圈和铁心用环氧树脂灌装加固和密封。
2.4.2排水阀
排水阀装配于排水阀体之中，为弹簧将橡胶阀压在阀体的底部，使橡胶阀的环行密封环产生少量变形，保持水不从阀口泄露，橡胶阀的右端环行边被阀盖压紧。
排水阀杆嵌在橡胶阀上，与橡胶阀成为一体，装于排水阀拉杆内部的内弹簧与排水阀连接板连接，在排水阀关闭时，连接板抵在排水拉杆上，这时内弹簧的弹力对排水阀来说是内力，对排水阀不起作用。
排水时，电磁铁通电，动铁心被吸入，牵引排水阀连接板拉动内弹簧，同时连接板上的定位套推动制动杆使处于脱水状态。
只要连接板的左端一离开排水拉杆，内弹簧的拉力就不再是排水阀的内力，而变成了外力，它要与外弹簧的弹力和橡胶阀的弹力相平衡，当内弹力的拉力（即连接板的拉力）大于外弹簧的弹力时，外弹簧被压缩，带动橡胶阀向右移动，把阀拉离阀座，排水开始。
这些动作都是在电磁铁得电瞬间完成的。
因为内弹簧的刚度比外弹簧的刚度大，加上装配排水阀连接板时，内弹簧已有了一定的预紧力，因而在牵引排水过程中，内弹簧并不需要产生很大的拉伸变形，就可以使外弹簧有较大的弹性变形，也就是可以使橡胶阀向右移动较大的距离，从而保证足够的排水速度。
处于正常的排水阀开启量时橡胶阀左端与阀体平面的距离应不小于10mm。
阀体多有半透明塑料制成，从外部可以看到阀的开启量。
2.5水位开关
水位开关也叫压力开关，是一种气压式电触点开关。
它是利用洗衣桶内水位高低不同所产生的不同压力，来控制进水阀的开启和关闭。
此外，它还负责进水与洗涤之间的转换。
2.5.1工作原理
水位开关由三部分组成：
（1）压力传感部分由橡皮膜下部的气室组成；
（2）电气开关部分由中间的一组触点、簧片及开关小压簧组成；（3）压力控制部分包括上部的顶心、压力弹簧以及调整压力的凸轮、杠杆等。
水位开关的气室经过软管与洗衣机外桶连接起来。
平时，橡皮膜处于平衡状态，当水注进外桶后，水首先将贮气室封闭起来，一部分的空气来不及跑出而被封闭在贮气室里。
由于贮气室与水位开关的气室间用压力软管相连通，贮气室的压力也就与水位开关气室的压力相同，随着外桶中水位的上升，贮气室、压力软管和水位开关气室间的空气不断的被压缩，随之压强也成比例地上升，这样就把外桶中的水压转换成了空气压力，并作用在橡皮膜上。
当注水到了预定的水位时，气室内的压力也升高到一定值。
当它足以克服压力弹簧通过顶心作用加在动簧片上的力时，就推动动簧片向上移动。
当动簧片移动到预定位置后，开关下压簧将推动动簧片弯到另一个方向，从而使动簧片上的公共触点与常闭触点分离，而与常开触点接触，这样就向程控器发出了“水位已到”的信号，由程控器来控制进水电磁阀关闭，随即进入洗涤程序。
当完成个洗衣程序后，程控器向排水电磁铁发出信号，排水阀开启并排水。
随着水位的下降，气室内的压力也逐渐减小，在压力弹簧的作用下，顶心和橡皮膜逐渐下移，到了某有程度时动簧片又弯向上方，常开与常闭触点都恢复原位，等待下一个进水程序，此时水位开关虽然复位，但并不影响洗衣机继续排水。
旋转凸轮使杠杆上下移动，从而改变压力弹簧的压缩程度。
如果压力弹簧的压缩长度大，则压力大气室内的压力要高一些才能将动簧片推到预定位置，以次达到控制水位的目的。
2.5.2水位开关的主要技术参数如表2-2-5
表2-2-5水位开关的主要技术参数
配用程额定电压额定电流气密性接触电阻绝缘电阻电气强度
序控制器（V）（A）（kPa）（欧）（兆欧）（交流）
电动式程2503、1.5
序控制器
7.61min〈=0.03〉1002500V1min
微电脑式60.01
程序控制器
2.6离合器
减速离合器就是全自动洗衣机中完成降速并传递扭矩的部件。
2.6.1结构和工作原理
目前大多数洗衣机采用减速离合器。
它有4根轴
（1）洗涤输入轴；
（2）下半轴；（3）中半轴；（4）洗涤输出轴。
谈减速离合器的工作原理。
全自动洗衣机在洗涤、排水和脱水之间是自动转换的，这些转换由排水电磁阀和制动杆来控制。
当排水电磁铁吸合时，定位套就向上运动一段距离，使得制动杆克服制动弹簧的作用力被推向上方，制动弹簧的中心轴做逆时针方向转动，连接在制动杆另一端的刹车带被迫向下移动，与脱水轴上的刹车盘产生间隙，脱水轴因此失去控制，也就可以顺利的进行脱水转动了。
同时，制动杆将棘爪拨叉上的调节螺钉顶向上方，也就使拨叉克服弹簧的压力，饶弹簧的中心轴做顺时针方向转动，于是棘爪抬起，放松了对棘轮的限制，这样被棘轮扭转一个小角度的方丝离合簧杂自身弹力的作用下恢复原来的位置，抱紧离合套。
当大皮带在电动机的带动下顺时针旋转时，可以产生巨大的摩擦力，使离合套和下半轴（脱水轴）联为一体，脱水工作就可以顺利进行了。
2.6.2主要技术参数
减速离合器主要技术参数：
额定传动功率：
200W；额定洗涤力矩：
12.5N.m；
洗涤传动比：
5.2：
1；脱水传动比：
1：
1；
输出轴启动力矩：
〈0.45N.m；脱水轴正转启动力矩：
〈0.9N.m；
脱水轴正转制动力矩：
3—6N.m；脱水轴反转制动力矩：
〉15N.m；
制动杆开启力矩：
〈35N.m；脱水制动时间：
〈10s
2.7熔断器
熔断器是低压配电系统和电力拖动系统中起过载和短路保护作用的电器。
使用时，熔体串接于被保护的电路中，当流过熔断器的电流大于规定值时，以自身产生的热量使熔体熔断，从而自动切断电路，实现过载和短路保护。
熔断器具有结构简单、体积小、重量轻、使用维护方便、价格低廉、分断能力较高、限流能力良好等优点。
■适用范围
本产品适用于交流50HZ（60HZ）,额定电压380V，额定电流5A及以下的工业电气装置的配电设备中，作为线路过载或短路保护之用。
■型号及其含义
■主要技术参数
型号
额定电压
额定电流（A）
额定分断能力（kA）
熔断体额定耗散功率（W）
支持件重量（g）
熔断体重量（g）
支持件
熔断体
l1kA
COSφ
RT18-32
380V
32
2,4,6,8,10,12,16,20,25,32
63100
0.1~0.2
≤3
82
8
RT18-63
63
2,4,6,8,10,12,16,
20,25,32,40,50,63
≤5
206
20
RT18A-32
32
2,4,6,8,10,12,16,20,25,32
≤3
82
8
2.8蜂鸣器
2.9电容
特征：
1.长方形阻燃塑料外壳，焊片或引线结构引出
2.体积小，重量轻，具有良好的自愈性。
3.应用ZnAI边沿加厚蒸发工艺，电性能优良，可靠性高
4.耐冲击电流大，抗电强度高。
5.适用于50Hz/60Hz交流电动机的启动和运转，特别适用于电风扇等具有小型电机的电器上
主要参数：
容量范围：
0.4μF—50μF
电压范围：
250VAC—500VAC
容量偏差：
±5%，±10%，±15%
测试电压：
极间：
1.75倍额定电压，1min，50HZ，无永久击穿或电弧产生；极壳：
2倍额定电压+1000VAC，1min
绝缘电阻：
极间≥1000MΩμF.极壳≥3000MΩμF
第三章可编程序控制技术
3.1PLC的定义及特点
3.1.1PLC的定义
可编程序控制器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命令，并通过数字式、模拟式的输入和输出，控制各种类型的机械或生产过程。
可编程序控制器及其有关的外部设备，都应按易于与工业控制系统联成一个整体，易于扩充其功能的原则而设计。
3.1.2PLC的特点
PLC是综合继电器接触器控制的优点及计算机灵活、方便的优点而设计制造和发展的，这就使PLC具有许多其他控制器所无法相比的特点。
（1）可靠性高，抗干扰能力强
（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，便于掌握
（5）系统设计周期短
（6）对生产工艺改变适应性强
（7）安装简单、调试方便、维护工作量小
3.2PLC的应用和发展前景
3.2.1PLC的应用
PLC是以微处理器为核心，综合了计算机技术、自动控制技术和通信技术发展起来的一种通用的工业自动控制装置，它具有可靠性高、体积小、功能强、程序设计简单、灵活通用、维护方便等一系列的优点，因而在冶金、能源、化工、交通、电力等领域中有着广泛的应用，成为现代工业控制的三大支柱（PLC、机器人和CAD/CAM）之一。
3.2.2PLC的发展前景
为了适应市场的各方面的需求，各生产厂家对PLC不断进行改进，推出功能更强、结构更完善的新产品。
这些新产品总体来说，朝两个方向发展：
一个是向超小型、专用化和低价格的方向发展，以进行单机控制；另一个是向大型、高速、多功能和分布式全自动网络化方向发展，以适应现代化的大型工厂、企业自动化的需要。
3.3PLC的基本组成及工作原理
3.3.1PLC的基本组成
CPUU
输入模块
用户输入设备
EPROM
输出模块
用户输出设备
总线
外围设备
RAM
I/O接口
电源模块
通信接口
计算机或其他PLC
主机
图3—1PLC硬件系统结构框图
在图3—1中，PLC的主机由微处理器（CPU）、存储器（EPROM、RAM）、输入/输出模块、外设I/O接口、通信接口及电源组成。
对于整体式的PLC，这些部件都在同一个机壳内。
而对于模块式结构的PLC，各部件独立封装，称为模块，各模块通过机架和电缆连接在一起。
主机内的各个部分均通过电源总线、控制总线、地址总线和数据总线连接。
根据实际控制对象的需要配备一定的外部设备，可构成不同的PLC控制系统。
下面分别介绍PLC各组成部分及其作用：
（1）处理单元CPU）CPU是PLC的控制中枢，PLC在CPU的控制下有
条不紊的工作，从而实现对现场的各个设备进行控制。
CPU的具体作用如下：
1、接收、存储用户程序。
2、以扫描方式接收来自输入单元的数据和状态信息，并存入相应的数据存储区。
3、执行监控程序和用户程序。
4、响应外部设备的请求。
（2）存储器
可编程控制器有两种存储器，即系统存储器（EPROM）和用户存储器（RAM）。
系统存储器用来存放系统管理程序，用户不能访问和修改这部分存储器的内容。
用户存储器用来存放编制的应用程序和工作数据状态。
存放工作数据状态的用户存储器部分也称为数据存储区。
它包括输入、输出数据映像区，定时器/计数器预置数和当前的数据区，存放中间结果的缓冲区。
（3）输入/输出模块
PLC的控制对象是工业生产过程，实际生产过程中的信号电平是多种多样的，外部执行机构所需的电平也是各不相同的，而可编程控制器的CPU所处理的信号只能是标准电平，这样就需要有相应的I/O模块作为CPU与工业生产现场的桥梁，进行信号电平的转换。
3.3.2PLC的基本工作原理
PLC是一种存储程序的控制器。
用户根据某一对象的具体控制要求，编制好控制程序后，用编程器将程序键入到PLC的用户程序存储器中寄存。
PLC的控制功能就是通过运行用户程序来实现的。
PLC扫描工作方式主要分三个阶段：
输入采样、程序执行、输出刷新。
（1）输入采样PLC在开始执行程序之前，首先扫描输入端子，按顺序将所有输
入信号，读入到寄存输入状态的输入映像寄存器中，这个过程称为输入采样。
PLC
升级会员 