可编程控制器在全自动洗衣机中的应用.doc

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1、毕业设计（论文）毕 业 设 计 题目: 可编程控制器在全自动洗衣机中的应用姓 名 系 （部） 机电工程系专 业 机电一体化技术指导教师 2010年 5 月 16 日27可编程控制器在全自动洗衣机中的应用摘 要经过对洗衣机的研究，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，并且说明了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，对三菱公司的FX2N-24MR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公司的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，并实现了多台控制。由于每遍的洗涤，排

2、水，脱水的时间由PLC内计数器控制，所以只要改变计数器参数就可以改变时间。可以把上面设定的程序时间定下来，作为固定程序使用，也可以根据衣物的质地，数量及脏污的程度来编程。只要稍作改变，就可以设计出诸如要多洗多甩的牛仔类衣物，轻洗轻甩的羊毛类衣物以及通用的标准洗涤程序，充分表现现代家电用品的个性。本论文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。关键词

3、：PLC；洗衣机；全自动；程序控制器THE DESIGN OF THE CONTROL SYSTEM OF AUTOMATIC WASHING MACHINE BASED ON PLCABSTRACTAccording to the work principle of the full-automatic washer, make use of the programmable logical controller PLC realization control, explain the principle method of the PLC control, the special feat

4、ures of the characteristics and the control washer.According to the design of this system, had the thorough comprehension to the characteristics of the FX2N-24MR series PLC in Europe.The full-automatic washer control system made use of the characteristics of the FX2N-24MR series PLC in Europe, to th

5、e button, the electromagnetism valve, switch etc. a little bit other importation/ output to order to carry on the control, carry out the washer to do laundry the automation of the process, and carried out many pedestals control.Because each of rinse, drain, time that dehydrate from PLC inside count

6、the machine control, so as long as the change count the machine parameter and can change time.Can settle down procedure time that the top set, the conduct and actions fixs the procedure usage, also can according to the quality of the clothes, the degree of the quantity and dirt to weave the distance

7、.As long as make the change slightly, can design such as the cowboy clothes that want to wash much to jilt much, the wool clothes and in general use standards that wash lightly to jilt lightlies wash away dirt the procedure, expressing the character of the modern electrical appliance well.Key words:

8、 full-automatic washer ; PLC control; CX-Programmer目 录前 言1第一章 洗衣机类别21.1 洗衣机的分类2第二章 PLC控制系统设计与应用42.1 PLC的特点42.2 PLC的应用42.3 PLC控制系统设计的基本原则42.4 PLC控制系统设计的基本内容52.5 PLC控制系统设计的一般步骤52.6 PLC的发展前景6第三章、PLC机型选择和控制要求73.1 系统硬件分析73.2、 机型的选择73.3 控制要求8第四章 全自动洗衣机PLC控制94.1工艺要求及动作流程94.2主接线路如下图所示104.3设计功能顺序如下图 所示：124.4

9、、I/O口及定时器/计数器说明134.5 语句表144.6梯形图17第五章 操作说明20结 论21谢 词22参考文献23外文资料译文24前 言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

10、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PL

11、C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

12、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

13、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

14、。（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 PLC控制系统设计与应用2.1 PLC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。11 可靠性高，抗干扰能力强12 通用性强，使用方便13 采用模块化结构，使系统组合灵活方便14 编程语言简单、易学，便于掌握15 系统设计周期短16 对生产工艺改变适应性强17 安装简单、调试方便、维护工作量小 2.2 PLC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

15、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。2.3 PLC控制系统设计的基本原则 任何一种电气控制系统都是为了实现被控制对象（生产设备或生产过程）的工艺要求，以提高生产效率和产品质量。因此，在设计PLC控制系统时，应遵循以下基本原则： （1）最大限度的满足被控对象的控制要求 （2）在满足控制要求的前提下，力求使控制系统简单、经济、实用、维修方便。 （3）保证控制系统的安全、可靠。 （4）考虑到生产发展和工艺的改进，在选择PLC容量时，应适

16、当留有余地。2.4 PLC控制系统设计的基本内容 PLC控制系统是由PLC与用户输入、输出设备连接而成的。因此，PLC控制系统的基本内容包括如下几点： （1）选择用户输入设备（按钮、操作开关、限位开关和传感器等）、输出设备（继电器、接触器和信号灯等执行元件）以及由输出设备驱动的控制对象（电动机、电磁阀等）。 （2）PLC的选择。PLC是PLC控制系统的核心部件，正确选择PLC，对于保证整个控制系统的技术经济性能指标起重要作用。 （3）分配I/O点，绘制电气连接接口图，考虑必要的安全保护措施。 （4）设计控制程序。包括设计梯形图、程序清单或控制系统流程图。 （5）必要时还需设计控制台。 （6）编

17、制系统的技术文件，包括说明书、电气图及电气元件明细表等。2.5 PLC控制系统设计的一般步骤设计PLC控制系统的一般设计步骤如图2-1所示。图2-1 PLC控制系统的一般设计步骤2.6 PLC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、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。第三章、PLC机型选择和控制要求3.1 系统硬件分析全自动洗衣机的工作过程包括启动、进水、洗涤、排水和脱水等功能。在实

18、现控制过程中，各种采样信息都是通过控制中心进行各种判断、比较和选择，再经信息线路反馈给洗衣机各控制执行机构，决定洗衣机的工作状态。如图31所示，由PLC控制洗衣机各种动作典型的系统控制图： 进水阀 水位开关 PLC 电机正反转排水阀图31 系统结构图 由图1可知，PLC在系统中是处中心位置，水位开关是PLC的输入信号控制开关、进水阀、排水阀和电机是洗衣机各种动作的执行机构。其中进水阀和排水阀由PLC给定信号来决定其工作状态；电机的工作状态也由控制中心PLC给定信号来决定，而惦记的正反转状态直接决定了洗衣机的洗涤状态和脱水状态。另外由于洗衣机工作过程是顺序过程，所以利用PLC作为洗衣机的控制系统

19、是可行的。3.2、 机型的选择PLC是一种用作数字控制的专用电子计算机，它根据用户给的指令，通过输入接口现场采样信息执行逻辑或数值运算，再通过输出接口去控制各种执行机构动作。它和单片机一样，主要有CPU、存储器、I/O接口模板三部分。FX2N-24MR在CPU单元上设有硬件电路处理高速数字量I/O口，它是整体模块形式，因此由它作为洗衣机控制系统，在硬件设计上就相对简单点。通过对结构图的分析，可知全自动洗衣机的I/O点不多，选择FX2N-24MR，可以完全满足其要求。3.3 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

20、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，总共180秒后开始排水，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。第四章 全自动洗衣机PLC控制4.1工艺要求及动作流程洗衣机的应用现在比较普遍。全自动洗衣机的实

21、物示意图如下图1所示。 图41 自动洗衣机示意图全自动洗衣机的洗衣桶（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

22、停止进水、排水、脱水及报警。排水按钮用来实现手动排水。4.2主接线路如下图所示图42 主接线图图43 硬件连接线路4.3设计功能顺序如下图 所示： 图44 设计顺序功能图4.4、I/O口及定时器/计数器说明表41 I/O口分配表：定时器、计数器说明：表42 定时器、计数器说明类别器件号设定值作用定时器T02S进水候暂停时间T115s正转洗涤计时T23s正洗暂停计时T315s反转洗涤计时T43s反洗暂停计时T510s脱水计时T610s洗完报警计时计数器C03次正、反洗循环计数C13次脱水（大循环）计数4.5 语句表 0 LD M8002 1 SET S0 3 LD S0 4 MPS 5 AND

23、X001 6 RST S20 8 ZRST S23 S24 13 MPP 14 AND X000 15 SET S20 17 LD S20 18 OUT Y000 19 MPS 20 LD X003 21 OR M0 22 ANB 23 ANI T0 24 OUT T0 K20 27 OUT M0 28 MRD 29 AND X002 30 AND TO 31 MPP 32 AND TO 33 SET S21 35 LD S21 36 MPS 37 LDP X005 39 OR M1 40 ANB 41 ANI T1 42 OUT Y001 43 OUT M1 44 MRD 45 ANI M2

24、 46 OUT T1 K300 49 MRD 50 LD T1 51 OR M2 52 ANB 53 ANI T2 54 OUT T2 K30 57 OUT M2 58 MPP 59 AND T2 60 SET S22 62 LD S22 63 MPS 64 LDP X006 66 OR M3 67 ANB 68 ANI T3 69 OUT Y002 70 OUT M3 71 MRD 72 ANI M4 73 OUT T3 K300 76 MRD 77 AND X002 78 OUT Y003 79 MRD 80 LD T3 81 OR M4 82 ANB 83 ANI T4 84 OUT T

25、4 K30 87 OUT M4 88 MPP 89 AND T4 90 OUT C100 K5 93 MPS 94 AND C100 95 OUT Y003 96 AND X004 97 SET S23 99 RST C100101 MPP 102 ANI C100103 SET S21105 LD S23106 OUT Y004107 OUT Y003108 OUT T5 K150 111 MPS112 AND T5113 OUT C101 K3116 MRD 117 AND C101118 SET S24120 RST C101122 MPP123 ANI C101124 SET S201

26、26 LD S24127 OUT Y005128 OUT T6 K100131 AND T6 132 ZRST S0 S24137 END 4.6梯形图 工步介绍： s0 初始化 s20洗衣机进水s21电动机正转 s22电动机反转s23洗衣机脱水 s24报警图45 梯形图第五章 操作说明按下启动按钮，X0为ON，进入工步S20，y0为ON，打开进水电磁阀。当水位到达高水位时，X3为ON，M0自锁，同时断开进水电磁阀，同时T0为ON，记时2秒。进入工步2，电动机正转，开始接通Y1（正向洗涤），并启动定时器T1。15s后，T1触点动作，使Y1为OFF，停止正向洗涤，并启动定时器T2。经过3s的暂停

27、，T2触点为ON，进入工步S22.电动机反转，开始反向洗涤，并启动定时器T3。反洗15s后，T3触点动作，使Y2(反转洗涤)为OFF，停止反向洗涤，并启动定时器T4。经过3s的定时，T4动作，使计数器C100计一次时，同时判段记数次数若为3，并且X4（底水位）接通则进2工步S23, 同时复位C100.若不为3则进入工步S21重新进行从正向洗涤开始到反向洗涤结束的小循环只到 C100是3为止。当C100满3且进入工步S23（脱水）后，边排水边脱水同时 T5记时10秒，10秒后C101通记数一次若C101不为3则进入工步s20开始大循环，若C101是3则进入工步S24,开始报警接通Y5（报警）同时

28、T6记时10秒后T6触点通，复位S20S24,程序结束。结 论PLC控制洗衣机洗涤程序有独特程序。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以改变整个程序时间长短；第三，通过改变PLC的型号，可以根据认物的质地、数量和脏污程度来实现标准洗、强洗、快洗的多功能；第四，通过改变洗涤程序可实现进水洗涤、漂水、排水、脱水的顺序控制，也可实现或洗涤、或漂水、或脱水等单体控制；第五，在设计过程中，可以方便的加入相应的配套装置，如指示灯，蜂鸣器。通过衣裳的分析说明，可知全自动洗衣机的控制系统是有多种性的，即考虑它的结构和成本

29、，又考虑到它的各种最优控制系统均可运用。谢 词参考文献1 王春刚. 洗衣机的特点及原理. 北京：农村读物出版社，20022 俞国亮主编.PLC原理与应用（三菱FX系列）.北京：清华大学出版社， 2005.6（2007年6月重印）。3 谢克明、夏路易主编，可编程控制器原理与程序设计.北京: 电子工业出版社.4 吴存宏. 浅谈PLC在全自动洗衣机中运用.J家用电器科技，2004 5 余雷声.方宗达等编.电气控制与PLC应用. 北京：机械工业出版社，19966 邓则名. 电器与可编程序控制器应用技术. 北京：机械工业出版社，19987 蒋金周主编.全自动洗衣机的PC智能控制.8 王永华主编现代电气及

30、可编程控制技术北京航空航天大学. 2002.59 胡学林主编可编程控制器应用技术.高等教育出版社.2000。410 张运波. 工厂电气控制技术. 2001 11 田瑞庭. 可编程控制器应用技术 1994 12 曲非非. PLC应用技术200例 2003 13 常斗南. 可编程序控制器原理应用实验第2版 2002 14 Stephen, Philip Tu. Programmable Logic Controller (PLC) Tutorial, 2005外文资料译文PLCCentral Processing Unit (CPU) is the brain of a PLC controlle

31、r. CPU itself is usually one of the microcontrollers. Aforetime these were 8-bit microcontrollers such as 8051, and now these are 16-and 32-bit microcontrollers. Unspoken rule is that youll find mostly Hitachi and Fujicu microcontrollers in PLC controllers by Japanese makers, Siemens in European con

32、trollers, and Motorola microcontrollers in American ones. CPU also takes care of communication, interconnectedness among other parts of PLC controllers, program execution, memory operation, overseeing input and setting up of an output. PLC controllers have complex routines for memory checkup in orde

33、r to ensure that PLC memory was not damaged (memory checkup is done for safety reasons).Generally speaking, CPU unit makes a great number of check-ups of the PLC controller itself so eventual errors would be discovered early. You can simply look at any PLC controller and see that there are several i

34、ndicators in the form. of light diodes for error signalization. System memory (today mostly implemented in FLASH technology) is used by a PLC for a process control system. Aside form. this operating system it also contains a user program translated forma ladder diagram to a binary form. FLASH memory

35、 contents can be changed only in case where user program is being changed. PLC controllers were used earlier instead of PLASH memory and have had EPROM memory instead of FLASH memory which had to be erased with UV lamp and programmed on programmers. With the use of FLASH technology this process was

36、greatly shortened. Reprogramming a program memory is done through a serial cable in a program for application development. User memory is divided into blocks having special functions. Some parts of a memory are used for storing input and output status. The real status of an input is stored either as

37、 “1”or as “0”in a specific memory bit/ each input or output has one corresponding bit in memory. Other parts of memory are used to store variable contents for variables used in used program. For example, time value, or counter value would be stored in this part of the memory. PLC controller can be r

38、eprogrammed through a computer (usual way), but also through manual programmers (consoles). This practically means that each PLC controller can programmed through a computer if you have the software needed for programming. Todays transmission computers are ideal for reprogramming a PLC controller in

39、 factory itself. This is of great importance to industry. Once the system is corrected, it is also important to read the right program into a PLC again. It is also good to check from time to time whether program in a PLC has not changed. This helps to avoid hazardous situations in factory rooms (som

40、e automakers have established communication networks which regularly check programs in PLC controllers to ensure execution only of good programs). Almost every program for programming a PLC controller possesses various useful options such as: forced switching on and off of the system input/outputs (

41、I/O lines), program follow up in real time as well as documenting a diagram. This documenting is necessary to understand and define failures and malfunctions. Programmer can add remarks, names of input or output devices, and comments that can be useful when finding errors, or with system maintenance

42、. Adding comments and remarks enables any technician (and not just a person who developed the system) to understand a ladder diagram right away. Comments and remarks can even quote precisely part numbers if replacements would be needed. This would speed up a repair of any problems that come up due t

43、o bad parts. The old way was such that a person who developed a system had protection on the program, so nobody aside from this person could understand how it was done. Correctly documented ladder diagram allows any technician to understand thoroughly how system functions. Electrical supply is used

44、in bringing electrical energy to central processing unit. Most PLC controllers work either at 24 VDC or 220 VAC. On some PLC controllers youll find electrical supply as a separate module. Those are usually bigger PLC controllers, while small and medium series already contain the supply module. User has to determine how much current to take from I/O module to ensure that electrical supply provides approp