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基于PLC的全自动洗衣机控制
摘要
可编程序控制器功能强大，可靠性高，应用面广，使用方便，在现代自动控制领域应用极其广泛。
现代的全自动化洗衣机只要选择好水位，打开水龙头，放入衣服、洗涤剂，接通操作开关，后面的全是洗衣机自动运行了。
因此，完全可以用可编程序控制器来智能化控制。
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，这样增加了硬件的复杂性，隐含了较高的故障率，无形地增加了维护成本费用。
在工业控制系统中广泛运用的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。
根据全自动洗衣机的工作原理，利用可编程控制器PLC来实现控制，说明了PLC控制的原理、特点及其控制洗衣机的特点。
关键词全自动洗衣机；PLC控制；步进顺控指令
ABSTRACT
ProgrammableLogicControllerispowerful,high-reliabilityapplicationsextensive,user-friendly,soitisextremelybroadapplicationsinthefieldofmodernautomaticcontrol.Nowgoodchoiceaslongasthefullyautomatedwashingmachinewaterlevel,openwater,intoclothing,detergent,connectedoperationswitches,automaticwashingmachinesarebehindtheoperation.Therefore,itisentirelypossiblefortheintelligentcontrolofaprogrammablecontroller.
Infullyautomaticwashingmachine,washingmachinewash,dehydrationprocessisthecontrolcenterforsinglecomputersystem.Asthefirstordersinglecomputerrelativelycomplexsystem,thepreparationofwashing,dehydrationprocessrelativelycomplex.Second,indesigningcontrolsystemshardware,avarietyofcircuitprotectiondevices,suchincreasedhardwarecomplexity,ahigherfailureratesimplythattheinvisibleincreaseinthemaintenancecosts.WidelyusedinindustrialcontrolsystemssinglecomputerovercometheshortcomingsofthePlc,whichistheoverallmoduleconcentrateddrivingcircuit,testingcircuitsandprotectioncircuitsandcommunicationsnetworkingfunctions.Thusintheuseofhardwarealsorelativelysimpletoimprovethereliabilityofthecontrolsystem,anditsprogramminglanguageisrelativelysimple.
Accordingtotheworkprincipleofthefull-automaticwashingmachine,thetextmakeuseoftheProgrammableLogicControllertocontrol,andexplaintheprinciple,methodandspecialfeaturesoftheplccontrol.
Keywords:
full-automaticwashingmachine；plccontrol；stepinstructionsciscontrol
目录
1绪论1
1.1课题概述1
1.2课题研究的目的与意义以及内容1
2硬件设计2
2.1洗衣机的介绍7
2.1.1洗衣机的工作原理2
2.1.2控制要求3
2.2控制系统框图3
2.3控制主电路4
2.4PLC控制系统设计5
2.4.1PLC的选型5
2.4.2FX2N功能介绍5
2.4.3I/O分配表5
2.4.4PLC接线图6
3系统软件设计7
3.1程序流程图7
3.2程序说明9
4系统仿真12
4.1编程软件的介绍12
4.2仿真结果13
5设计小结16
参考文献17
致谢18
附录一程序梯形图19
附录二程序清单21
1绪论
1.1课题概述
本次设计采用PLC控制开发的周期短，成本低，可以直接用于工业现场控制。
PLC控制满足各个领域大、中、小型工业控制项目，可靠性高，丰富的I/O卡件，质优价廉，性价比高，安装简单，维修方便，PLC控制能在高粉尘、高噪声、强电磁干扰和温度变化剧烈的环境下正常工作。
本设计以操作简单、使用可靠、维护修理方便作为主要设计方向。
1.2本课题研究的主要目的与意义以及内容
课题主要着重于全自动洗衣机的控制，要求洗衣机能实现进水、洗涤、排水、脱水、报警，所采用的控制方法操作简单、稳定可靠、维护与维修方便。
需研制易于操作的全自动洗衣机控制方法，系统采用PLC控制，主要包括电动机正反转控制、循环控制、进排水电磁阀控制、离合器控制、保护和联锁。
研究内容包括：
（1）对编写好的编译程序进行实际调试并仿真。
（2）系统设计。
包括硬件设计，PLC的选择，各硬件模块的介绍，软件设计，编程方法。
采用PLC控制比继电器控制好的多，我们采用PLC来控制。
（1）可靠性高，抗干扰能力强，高可靠性是电气控制设备的关键性能。
（2）配套齐全，功能完善，适用性强PLC发展到今天，可以用于各种规模的工业控制场合。
（3）易学易用，深受工程技术人员欢迎PLC作为通用工业控制计算机，是面向工矿企业的工控设备。
（4）系统的设计、建造工作量小，维护方便，容易改造。
（5）体积小，重量轻，能耗低，是实现机电一体化的理想控制设备。
2硬件设计
2.1洗衣机的介绍
2.1.1洗衣机的工作原理
以日常生活中最常见的波轮式全自动洗衣机为例，洗衣机的洗衣桶（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（甩水）用。
内桶的四周有很多小孔，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执行。
进水时，通过电控系统使进水阀打开，经进水管将水注入到外桶。
排水时，通过电控系统使排水阀打开，将水由外桶排出到机外。
洗涤正转、反转由洗涤电动机驱动波盘正、反转来实现，此时脱水桶并不旋转。
脱水时，通过电控系统将离合器合上，由洗涤电动机带动内桶正转进行甩干。
高、低水位开关分别用来检测高、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。
全自动洗衣机的实物示意图如下图1所示。
图1自动洗衣机示意图
2.1.2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。
2.2控制系统框图
此次设计根据全自动洗衣机的工作原理,洗衣机的工作流程由进水，洗衣，排水，和脱水四个过程组成。
在半自动洗衣机中，这四个过程分别用相应的按扭开关来控制。
利用可编程控制器PLC实现控制,用于说明PLC控制的原理方法,特点及工作特色。
此次全自动洗衣机控制系统设计利用了三菱FX2N系列PLC的特点,对按鈕,电磁阀,开关等其他一些输入/输出点进行控制,实现了洗衣机洗衣过程的自动化。
根据以上要求PLC的控制系统框图如下图2。
图2控制系统框图
2.3控制主电路
洗衣机PLC控制系统主电路图如图4所示。
图4主电路图
主电路的三相电源经隔离开关QS、主电路熔断器FU1、交流接触器KM1、KM2的主触头、热继电器FR的加热元件到三相异步电动机M构成主电路。
通过接触器线圈得电控制其主触点的接通，能实现电动机正反转。
该主电路既实现短路或过载保护。
保护器件的选择
（1）熔断器的选择：
包括熔断器类型、额定电压、熔断器额定电流、熔体额定电流的确定。
其中熔体电流的计算IFN≥（1.5～2.5）IN。
（2）热继电器的选择：
根据电动机的额定电流确定热继电器的型号及热元件的额定电流等级。
2.4PLC控制系统设计
2.4.1PLC的选型
由于三菱FX2N系列的PLC在小型控制系统中比较占有优势和市场，本次设计也是小型的控制系统，并且我们学习的也是三菱FX2N系列的PLC，所以我们采用我们熟悉的三菱FX2N系列的PLC来控制该系统。
（1）I/O选择：
在全自动洗衣机PLC控制系统中，我们只实现单机自动化，并只用到了6个输入点和7个输出点，用小型PLC即可。
（2）输出类型：
频率要求不高的情况下，我们采用继电器输出。
（3）控制功能的选择：
主要以开关量进行控制，所以我们采用低档的PLC既可以满足要求。
在设计中我们用到的PLC型号为
-32MR-001。
2.4.2FX2N功能介绍
FX2N系列是FX系列PLC家族中最先进的系列。
控制规模：
16~256点（基本单元：
16/32/48/64/80/128点）。
特点：
（1）集成型高性能。
CPU、电源、输入输出三位一体。
（2）高速运算。
基本指令：
0.08μs/指令。
（3）宽裕的存储器。
内置8000步RAM存贮器。
（4）丰富的软元件。
辅助继电器，计数器，定时器，数据寄存器。
2.4.3I/O分配表
洗衣机I/O分配表如表1所示。
表1I/O分配表
PLC输入端
所接外部输入器件
PLC输出入端
所接外部输出入器件
X0
启动按钮SB0
Y0
进水电磁阀YA1
X1
停止按钮SB1
Y1
排水电磁阀YA2
X2
低水位限位开关SQ0
Y2
电磁离合器YA3
X3
高水位限位开关SQ1
Y3
正转接触器KM1
X4
手动排水按钮SB2
Y4
反转接触器KM2
Y5
蜂鸣器HA
2.4.4PLC接线图
PLC接线图如图5所示，图5中的1、2标号与主电路的交流220V连接。
图5PLC接线图
3系统软件设计
3.1程序流程图
全自动洗衣机PLC控制程序流程图如图6所示。
图6程序流程图
3.2程序说明
本次设计步进指令允许使用双线圈，当步进节点条件满足时，某一状态被置位，当下一步的步进节点接通时，转移到下一步状态，同时自动复位上一状态，其中STL是步进节点指令，RET是步进返回指令。
系统处于初始状态，M8002是初始化脉冲，上电运行后产生，按下启动按钮X0，系统运行，打开进水电磁阀Y0，当系统的高水位限位开关X3检测到水满时，关闭进水电磁阀Y0并停止运行2秒。
如图7程序梯形图所示。
图7程序梯形图
当状态位S22置位时，定时器T1工作，接触器线圈Y3接通，洗衣机正转洗涤，定时器T1定时15秒到，S22状态自动复位的同时置位S23，洗衣机停止运行，定时器T2开始定时，定时器T2定时3秒到，自动复位状态S23的同时置位S24，,接触器Y4接通，定时器T3开始定时，洗衣机反转洗涤，反转洗涤15秒到，复位S24同时置位S25，洗衣机停止运行3秒。
如图8程序梯形图所示。
图8程序梯形图
状态位S26置位时，计数器C0开始计数的同时与计数器C0当前值做比较，当C0的值不等于3时，状态位S22置位,循环洗涤；当C0的值等于3时，计数器C0清零，状态位S26复位同时S27置位，排水电磁阀Y1打开并复位计数器C0,当低水位限位开关X2检测到水排空后，置位S28的同时复位S27。
如图9程序梯形图所示。
图9程序梯形图
状态位S28置位时，排水电磁阀Y1打开，离合器Y2合上，接触器Y3线圈得电，抱闸将洗涤电机轴和内桶抱紧，带动其内桶正转进行甩干，定时器T5定时10秒到，自动复位S28的同时置位S29，计数器C1开始计数的同时与计数器C1当前值做比较，当C1的值不等于3时，状态位S20置位,循环从进水开始的全部动作；当C1的值等于3时，状态位S29复位。
如图10程序梯形图所示。
图10程序梯形图
状态位S30置位时，蜂鸣器Y5进行洗完报警，计数器C1清零，为下次洗涤工作做好准备，计数器有记忆功能，所以每次比较完后要记得清零，蜂鸣器Y5报警10秒后结束全部过程，自动停机并返回初始状态。
如图11程序梯形图所示。
图11程序梯形图
当按下手动排水按钮X4，排水电磁阀Y1闭合，实现手动排水；当按下停止按钮X1,实现停止进水、排水、脱水及报警。
如图3.7程序梯形图所示。
图12程序梯形图
4系统仿真
4.1编程软件的介绍
本次设计采用三菱FXGPWIN和GX+Developer编程软件进行编程，该软件使用方便，梯形图与指令表互换。
打开FXGPWIN编程软件，新建时要根据PLC型号来选择，这样才能把你编的程序下载到PLC中调试时不会出错。
我选择的PLC型号为FX2N。
如图13所示。
图13PLC的选型
型号选择好后就弹出FXGPWIN编程软件的工作界面，如图14所示。
工作区中有两条竖直的母线，移动鼠标，在左母线右侧双击鼠标，这时通过选择工具条的触点、线圈、连线等就能把程序编完，如步进接点指令STL直接敲击键盘即可。
图14FXGPWIN编程软件的工作界面
4.2仿真结果
程序编好后，打开GX+Developer编程软件，工程---读取其它格式的文件---读取FXGP （WIN）格式文件，“驱动器/路径”就是选择你要打开的程序路径， “系统名”和“机器名”可以不理它，其主要是方便你以后查找使用该程序。
，在“文件选择”栏选择你要打开的内容。
“程序参数”是必选项了， 点击“执行”后你就可以打开你想要的了。
如图15所示。
图15系统初始状态
按下启动按扭X0,开始进水，进水电磁阀Y0打开，如图4.4所示。
水满时，高水位限位开关X3采集到信号后，停止进水，如图16所示。
图16进水
当洗衣机正反转洗涤时，如图17所示。
图17正反转洗涤
洗涤循环3次，排空后（水位下降到低位）开始脱水并继续排水。
如图18所示。
图18脱水
循环洗涤3次后，蜂鸣器Y5进行洗完报警，如图19所示。
图19蜂鸣器报警
5设计小结
经过一段时间的努力课程设计终于告别了一段落，自己对本次课程设计还算比较满意全自动洗衣机的功能都实现了，从绘制主理图，PLC控制电路图，使自己原来学的东西得到了巩固，好多原来本身就不是很懂的东西也得了进一步地方攻克，花时间去学好大一部分都解决了，不在有原来那一种恐惧感，也不在认为自己什么都做不好而心情不好，特别是在和同学一起讨论一些问题的时候，可以从中学到好多的东西，比如：
程序的调试，有些不知道用的软件的窗口现在会用了，不担加强了我对学习PLC的兴趣还增强自信心，不在认为毕业后找不到工作而自卑和闷闷不乐了，出去我也可以搞PLC，原来它并不是自己想的那么难学。
在就是硬件图，那更是收获大，学会了用AUTOCAD绘制电气图，也是课程设计的关键，要是这一步做不好的话，在好的程序没有硬件的正确接线也是不可以实现的，功能实现不了，就达不到我门想要的结果。
这时候我还会在拿出自己在这之前做的笔记好好的看一通直到弄懂为止，接着就是在GX-Developer中把梯形图画出来仿真，反复做些看是很简单却需要我门百分之百的耐心和信心的事情，在这当中我门也会有一些解不开的迷，呵呵，没办法只好找罗老师帮忙了，从罗老师那我们不管怎么样都可以得到一份满意的结果，有了老师的帮忙想不成功也是不可能的了，就这样一路下来我把课程设计做完了，我觉得我的课程设计做的很成功，也很完美了。
我国是个洗衣机生产和使用大国，现在城镇基本上已经普及，如何能制造出结构更为合理，设计更为简单的控制系统已成为当务之急。
PLC控制全自动洗衣机洗涤程序有独特之处。
首先，它是一个顺序控制系统程序；其次，洗涤、排水、脱水时间是由PLC内的计数器和定时器中K参数控制的，只要改变它的参数大小就可改变整个程序时间长短；第三，通过改变PLC的型号、可以根据衣物的质地、排水、数量及脏污程度来实现标准洗、强洗、快洗的多功能；第四，通过修改洗涤程序可实现进水洗涤、漂洗、排水、脱水的顺序控制，也可实现或洗涤、或漂洗、或脱水等单位控制；第五，在设计过程中，可以方便地加入相应的配套装置，如指示灯、蜂鸣器。
参考文献
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南通职业大学电子，2004
致谢
经过一个学期的电气控制与可编程器技术的学习，感谢罗老师对此次课程设计的精心指导。
罗老师的严谨作风的教学态度，让我受益匪浅，使我从中学到了不少知识和PLC编程技巧。
也增加了不少课外的知识。
再次感谢罗老师对我门的耐心教导,给我提供了大量数据资料和建议，告诉我应该注意的细节问题，细心的给我指出错误，修改任务书。
我还要感谢同学们在我完成论文的过程中给予我的帮助和鼓励。
附录一程序梯形图
附录二程序清单
1LDM8000
27OUTY004
53STLS29
2SETS0
28LDT3
54OUTC1K3
3STLS0
29SETS25
55LDIC1
4LDX000
30STLS25
56SETS20
5SETS20
31OUTT4K30
57LDC1
6STLS20
32LDT4
58SETS30
7OUTY000
33SETS26
59STLS30
8LDX0003
34STLS26
60OUTY005
9SETS21
35OUTC0K3
61OUTT6K100
10STLS21
36LDIC0
62LDT6
11OUTT0K20
37SETS22
63RSTC1
12LDT0
38LDC0
64SETS0
13SETS22
39SETS27
65RET
14STLS22
40STLS27
66END
15OUTT1K150
41LDIT5
16LDIY004
42OUTY001
17OUTY003
43LDX002
18LDT1
44SETS28
19SETS23
45STLS28
20STLS23
46OUTY002
21OUTT2K30
47OUTT5K100
22LDT2
48LDIY004
23SETS24
49OUTY003
24STLS24
50LDT5
25OUTT3K150
51RSTC0
26LDIY003
52SETS29
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