全自動洗衣機PLC 課程設計

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1、 09級課程設計說明書 全自動洗衣機PLC控制 系 、 部： 電氣與信息工程系 學生姓名： 指導教師： 羅雪蓮 職稱 教授 專 業(yè)： 自動化 班 級： 0903 完成時間： 2012年11月4日 摘 要 隨著人們生活水平的不斷提高，洗衣機已經作為一件必備實用的家用電器進入了千家萬戶。人們對洗衣機依賴性的加強也必然要求著洗衣機的各相性能得到同步加強，要求

2、著洗衣機適應各種不同使用環(huán)境的能力得到進一步提升。近年來，可編程控制器在我國的迅速發(fā)展，它所具有的功能性強、可靠性高、配制方法靈活等特點是其它控制器所無法匹敵的，因此，它被越來越廣泛的應用于各類工業(yè)控制領域并加快了向民眾生活進軍的步法。 本文講述的是如何利用 PLC 實現(xiàn)全自動洗衣機的控制，實現(xiàn)洗衣、清水、脫水的全自動控制。本文結合任務設計書的要求，以洗衣機為研究對象，采用了三菱公司 FX2n 系列可編程邏輯控制器作為洗衣機的控制器。對洗衣機的控制系統(tǒng)的總體功能進行了分析，闡述了可編程邏輯控制器的組成和工作原理。并提出了洗衣機硬件的各組成模塊及詳細的硬件模塊設計方案。本設計改善了洗衣機系統(tǒng)的

3、控制品質，并真正地達到了實時全自動控制的要求。 關鍵字： 洗衣機； 全自動； 可編程邏輯控制器； 控制 目 錄 1 緒 論 1 2 系統(tǒng)總方案設計 2 2.1設計要求 2 2.2工作原理 2 2.3 方案選擇 3 3 硬件電路設計 4 3.1主電路設計 4 3.2控制電路設計 5 3.2.1 PLC的選擇 5 3.2.2 I/O口及定時器/計數(shù)器說明 5 4 主要器件的選擇 7 4.1電動機的選擇 7 4.2 傳感器的選擇 7 5 軟件設計 8 5.1 編程軟件 8 5.2 控制流程圖 9 5.3 梯形圖 1

4、0 6 設計體會 12 參考文獻 13 致謝 14 1 緒 論 全自動洗衣機將洗衣的全過程泡浸、洗滌、漂洗、脫水預先設定好N個程序，洗衣時選擇其中一個程序，打開水龍頭和啟動洗衣機開關后洗衣的全過程就會自動完成，洗衣完成時由蜂鳴器發(fā)出響聲,而且洗衣機采用高分子聚合塑鋼材料作為外箱體，不怕水，不腐爛，永不生銹，耐碰撞，防漏電，機身輕便，易于搬動,還不占位,特意添加的抗老化劑，令外箱體歷久彌新。目前,目前市場上出售的全自動洗衣機大體分為三類,為前置式側開門滾筒式洗衣機、波輪上開門洗衣機與攪拌式洗衣機。 全自動洗衣機的發(fā)明是洗衣

5、機發(fā)明的一個 重大革命，設計人員設計的洗衣機程序使這款洗衣機更加智能化。它不僅大大節(jié)省了人力，而且還進一步擴大了機洗衣物的范圍。省去了手洗的麻煩和去干洗店的費用。使用全自動洗衣機洗衣時可以根據(jù)衣物質地、體積，在微電腦控制板上選擇水流的強弱、時間的長短以及水量的多少。所以洗衣機問世至今，自動洗衣機一直都受到消費者的偏愛。 可編程控制器(Programmable Controller)是計算機家族中的一員，是為工業(yè)控制應用而設計制造的。早期的可編程控制器稱作可編程邏輯控制器(Programmable Logic Controller)，簡稱PLC，它主要用來代替繼電器實現(xiàn)邏輯控制。隨著技術的發(fā)展

6、，這種裝置的功能已經大大超過了邏輯控制的范圍，本課題就怎樣利用PLC來控制全自動洗衣機進行了研究，對其中軟件設計、硬件設計等問題進行了分析和研究，實現(xiàn)了全自動洗衣機的正常運行和強制性停止功能。 2 系統(tǒng)總方案設計 設計要求 PLC投入運行，系統(tǒng)處于初始狀態(tài)，準備好啟動。 按下啟動按扭及水位選擇開關，開始進水，水滿(至高低水位)時停止進水,2秒后開始洗滌。洗滌時正轉15秒后暫停，暫停3秒后開始反轉洗滌，反轉洗滌15秒后暫停，暫停3秒。循環(huán)3次，總共180秒后開始排水，排空后（水降到低位）開始脫水并繼續(xù)排水。脫水10秒即完成一次從進水到脫水的工作循環(huán)過程。若完成了3次大

7、循環(huán)，則進行洗報警10秒結束全部過程，自動停機。 此外按排水按鈕可實現(xiàn)手動排水。 全自動洗衣機的進水和排水分別由進水電磁閥和排水電磁閥來執(zhí)行。進水時，通過電控系統(tǒng)使進水閥打開，經進水管將水注入到外桶。排水時，通過電控系統(tǒng)使排水閥打開，將水由外桶排出到機外。洗滌正轉、反轉由洗滌電動機驅動波盤正、反轉來實現(xiàn)，此時脫水桶并不旋轉。脫水時，通過電控系統(tǒng)將離合器合上，由洗滌電動機帶動內桶正轉進行甩干。高、低水位開關分別用來檢測高、低水位。啟動按鈕用來啟動洗衣機工作。停止按鈕用來實現(xiàn)手動停止進水、排水、脫水及報警。排水按鈕用來實現(xiàn)手動排水。全自動洗衣機的實物示意圖如下圖1所示。

8、 圖1 自動洗衣機示意圖 2.3 方案選擇 PLC是一種專用電子計算機，它根據(jù)用戶給的指令，通過輸入接口現(xiàn)場采樣信息執(zhí)行邏輯或數(shù)值運算，再通過輸出接口去控制各種執(zhí)行機構動作。它主要由CPU、存儲器、I/O接口模板三部分構成。它能適應各種惡劣的運行環(huán)境，抗干擾能力強，可靠性強，可輕松應對潮濕環(huán)境。用PLC控制的全自動洗衣機結構框圖如圖2所示 圖2 PLC控制的全自動洗衣機結構框圖 3 硬件電路設計 全自動洗衣機通過PLC來實現(xiàn)電動機的正反轉，并且實

9、現(xiàn)洗衣機按預先設置的程序自動執(zhí)行，完成洗衣。當需要手動排水與脫水時，可以強制止自動程序的運行，掏出自動切換到手動操作。 為防止全自動洗衣機在工作過程中，電路發(fā)生短路，損壞電動機和電路的各種電氣設備，因此在主電路中安裝了熔斷器，當電路出現(xiàn)短路故障時，能迅速、可靠的斷開電源。全自動洗衣機的電機容量較小，主電路中的熔斷器可同時作為控制電路的短路保護，所以在主電路中使用熔斷器就足夠了。PLC部分和開關電源那的熔斷器也是為了防止電路過電流，保護電路和電路中的電器元件。 全自動洗衣機在長時間工作下，為了防止電機繞組的溫升超過額定值而損壞，采用熱繼電器作為保護元件，與熔斷器搭配使用，可靠地保護電動機。

10、 人機接口部分的按鈕等都選擇低壓電器元件，保護操作者的安全。全自動洗衣機的PLC控制系統(tǒng)主接線路如圖3所示。 圖3 全自動洗衣機的PLC控制系統(tǒng)主接線路 3.2.1 PLC的選擇 三菱FX2N---32MR有16個輸入點，16個輸出點，通過對結構圖的分析，可知全自動洗衣機控制程序較為簡單，輸入輸出信息不多，考慮留有適當余量，采用三菱FX2N-32MR型PLC可滿足設計要求。 3.2.2 I/O口及定時器/計數(shù)器說明 I/O口分配表：如表1所示 表1 I/O分配表 類別 元件 端子號 作用 輸 入 SB1

11、 X0 啟動按鈕 SB2 X1 停止按鈕 SB3 X2 排水按鈕 SQ1 X3 高水位開關 SQ2 X4 低水位開關 輸 出 YA1 Y0 進水電磁閥線圈 KM1 Y1 電機正轉接觸器線圈 KM2 Y2 電機反轉接觸器線圈 YA2 Y3 排水電磁閥線圈 YA3 Y4 脫水電磁離合器線圈 FM Y5 報警蜂鳴器 定時器、計數(shù)器說明：如表2所示 表2 定時器、計數(shù)器說明 類別 器件號 設定值 作用 定 時 器 T0 2S 進水候暫停時間 T1 15s 正轉洗滌計時 T

12、2 3s 正洗暫停計時 T3 15s 反轉洗滌計時 T4 3s 反洗暫停計時 T5 10s 脫水計時 T6 10s 洗完報警計時 計數(shù)器 C0 3次 正、反洗循環(huán)計數(shù) C1 3次 脫水（大循環(huán)）計數(shù) PLC控制電路連線如圖4所示 圖4 PLC控制電路 4 主要器件的選擇 由于家庭提供的電源限制故選單相電容運轉式異步電動機。以3.6公斤全自動洗衣機為例，由于全

13、自動洗衣機的脫水桶直徑較大，這一偏心不能不考慮，所以計算時應以洗滌物可能產生前最大偏心為計算依據(jù)。脫水時電機功率比洗滌時要大，在確定電機功率時應以脫水時消耗的功率為依據(jù)，也就是說脫水時電機功率就是該洗衣機所確定的電機額定功率。由于在計算時一些因素如電機轉子的轉動慣量等沒考慮，造成一些偏差，所以3.6公斤全自動洗衣機電機額定功率選為180瓦。符合全自動洗衣機的功率范圍120W～250W。 故選擇YY104-180型號單相電容運轉式電動機，功率180瓦,額定電壓220V，轉速1350r/min，電流1.7A。 4.2 傳感器的選擇 對于PLC控制的洗衣機,要求水位的檢測必須是連續(xù)的,諧振

14、式水位傳感器是利用電磁諧振電路LC 作為傳感器的敏感元件,將被測物體的變化轉變?yōu)長C 參數(shù)的變化,最終以頻率參數(shù)輸出。其工作原理是將水位的高低通過導管轉換成一個測試內腔氣體變化的壓力,驅動內腔上方的一塊隔膜移動,帶動隔膜中心的磁芯在某線圈內移動,從而線圈電感發(fā)生變化。由此引起諧振電路的固有頻率隨水位變化。故常采用諧振式水位傳感器。 5 軟件設計 5.1 編程軟件 編程軟件采用三菱公司為其生產的PLC而設計的編程軟件版本。適用于Q、QnU、QS、QnA、AnS、AnA、FX等全系列可編程控制器。支持梯形圖、指令表、SFC、 ST及FB、Label語言程序設計，網絡參數(shù)設

15、定，可進行程序的線上更改、監(jiān)控及調試，具有異地讀寫PLC程序功能,結構化程序的編寫(分部程序設計)，可制作成標準化程序, 在其它同類系統(tǒng)中使用。 本軟件包適用于三菱（MITSUBISHI FA）FX0N/1N/1S/2N/2NC、AnS/AnA、MELSEC-全系列工控PLC系統(tǒng)的程序編制。 GX Developer的特點：?? 1. 軟件的共通化 GX Developer能夠制作Q系列，QnA系列，A系列（包括運動控制（SCPU））,FX系列的數(shù)據(jù),能夠轉換成GPPQ,GPPA格式的文檔。 此外，選擇FX系列的情況下，還能變換成FXGP(DOS),FXGP(WIN)格式的文檔。

16、 2. 利用Windows的優(yōu)越性，使操作性飛躍上升 3. 程序的標準化 4. 能夠簡單設定和其他站點的鏈接 5. 能夠用各種方法和可編程控制器CPU連接 6. 豐富的調試功能 如下圖5所示 圖 5 控制流程圖 5.3 梯形圖 工步介紹： s0 初始化 s20洗衣機進水 s21電動機正轉 s22電動機反轉 s23洗衣機脫水 s24報警

17、 6 設計體會 PLC技術是一門實踐性很強的專業(yè)課，PLC當今社會發(fā)展異常迅速，各生產廠家也推出了許多強大的新型PLC、各種特殊模塊和通信聯(lián)網器件，使可編程控制器成為集微機技術、自動化技術、通信技術于一體的通用工業(yè)控制裝置，成為實現(xiàn)工業(yè)自動化的一種強有力的工具，學好PLC對我們非常重要。 這次課程設計要求設計一個全自動洗衣機，經過兩個星期終于完成了，回顧起這次PLC課程設計，感慨頗多，也的確從中學到了許多知識，學會了怎樣把課本理論知識運動到實際中去。從開始得到老師給定課題后就著手準備，我查閱了很多的資料，并認真的閱讀這些與我的設計相關的資料，和同學們一起探討了。

18、在做設計時，我復習了很多專業(yè)課的知識，同時也發(fā)現(xiàn)了知識上存在的漏洞，這使得我的專業(yè)知識在得到了鞏固和提高。在這次設計中也遇到了很多困難，也出了很多小錯誤，但最終都解決了。此次課程設計鍛煉了自己的動手能力，提高了分析問題解決問題的能力。 課程設計不僅是對前面所學知識的一種檢驗，而且也是對自己能力的一種提高。這次課程設計使我明白了自己原來知識還比較欠缺，自己要學習的東西還太多，。通過這次課程設計，我才明白學習是一個長期積累的過程，在以后的工作、生活中都應該不斷的學習，努力提高自己知識和綜合素質。 參考文獻 [1]（三菱FX系列）第三版.北京：化學工業(yè)出版社，2010

19、 [2].北京：高等教育出版社，2003 [3].北京：化學工業(yè)出版社，2005 [4] 潘月琴.全自動洗衣機的維修【M】．北京：北京科學技術出版社,2004 [5] 廖常初.PLC基礎及應用．北京：機械工業(yè)出版社,2003 [6] 李國厚.PLC原理及應用設計.北京：化學工業(yè)出版社,2005 [7] 張鳳珊.電氣控制及可編程序控制器.北京：中國輕工業(yè)出版社,1998 [8] 劉子林.電機與電氣控制[M].北京:電子工業(yè)出版社,2003 [9] 程周.電氣控制與PLC原理及應用[M].北京:電子工業(yè)出版社,2003

20、 致 謝 由于本次是設計一個PLC控制系統(tǒng)，所以對其中的PLC的工作分析尤為重要，對指導老師提供的資料必須要吃透，這是關鍵。從查閱資料、提出問題，到慢慢一一解決問題，老師給了我很大的幫助。 在此要感謝我的指導老師羅老師對我悉心的指導，感謝老師給我的幫助。在設計過程中，我通過查閱大量有關資料，與同學交流經驗和自學，使自己學到了不少知識，也經歷了不少艱辛，但收獲同樣巨大。在整個設計中我懂得了許多東西，也培養(yǎng)了我獨立工作的能力，樹立了對自己工作能力的信心，相信會對今后的學習工作生活有非常重要的影響。