PLC课程设计 全自动洗衣机

2008届课程设计说明书

题 目

全自动洗衣机PLC控制

系 、 部： 电气与信息工程系 学生姓名： 指导教师： 职称 专 业： 自动化 班 级： 完成时间： 2010.10.30

摘 要

随着科学技术不断进步和社会飞速发展，洗衣机成为人民日常生活息息相关

的家用电器产品。洗衣机的全自动化、多功能化、智能化是其发展方向。与传统的系统相比较，洗衣机可靠性、节能性得到了提高。PLC控制不需要大量的活动部件和电子元器件，它的接线也大大减少，与此同时系统维修简单、维修时间缩短。

本文介绍了利用三菱FX2N系列PLC对全自动洗衣机控制系统总体控制,阐述了控制方案。实现全自动洗衣机控制系统总体控制有多种，可以采用早期的模拟电路、数字电路或模数混合电路。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，同时带动传统的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 作为核心控制器进行全自动洗衣机控制系统的设计，并且设计出了系统结构图、程序指令、梯形图以及输入输出端子的分配方案。同时根据全自动洗衣机控制系统总体控制要求和特点,确定PLC 的输入输出分配。

关键词 ：全自动洗衣机 PLC 控制

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目 录

摘 要.............................................................. 2 1 概论 ............................................................ 4

1.1 PLC的基本概念 ............................................. 4 1.2 PLC技术发展呈现新的动向 ................................... 4 1.3 全自动洗衣机 .............................................. 4 2 总体设计方案 ................................................... 6

2.1 全自动洗衣机的工作原理 ..................................... 6 2.2 控制要求 ................................................... 6 2.3 控制方式选择 ............................................... 7 3 主电路设计 ...................................................... 8 4 PLC控制系统设计................................................. 9

4.1 PLC型号选择 ............................................... 9 4.2 控制流程图 ................................................. 9 4.3 I/O口及定时器/计数器说明 ................................. 10 4.4 梯形图 .................................................... 11 4.5 参数计算 .................................................. 13 4.6 操作说明 .................................................. 14 5 设计小结 ....................................................... 16 参考文献........................................................... 17 致谢............................................................... 18

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1 概论

1.1 PLC的基本概念

可编程控制器(Programmable Controller)是计算机家族中的一员，是为工业控制应用而设计制造的。早期的可编程控制器称作可编程逻辑控制器(Programmable Logic Controller)，简称PLC，它主要用来代替继电器实现逻辑控制。随着技术的发展，这种装置的功能已经大大超过了逻辑控制的范围，因此，今天这种装置称作可编程控制器，简称PC。但是为了避免与个人计算机(Personal Computer)的简称混淆，所以将可编程控制器简称PLC。

1.2 PLC技术发展呈现新的动向

产品规模向大、小两个方向发展。大：I/O点数达14336点、32位为微处理器、多CPU并行工作、大容量存储器、扫描速度高速化。小：由整体结构向小型模块化结构发展，增加了配置的灵活性，降低了成本。PLC在闭环过程控制中应用日益广泛。新器件和模块不断推出高档的PLC除了主要采用CPU以提高处理速度外，还有带处理器的EPROM或RAM的智能I/O模块、高速计数模块、远程I/O模块等专用化模块。编程工具丰富多样，功能不断提高，编程语言趋向标准化 有各种简单或复杂的编程器及编程软件，采用梯形图、功能图、语句表等编程语言，亦有高档的PLC指令系统。发展容错技术 采用热备用或并行工作、多数表决的工作方式。追求软硬件的标准化。

1.3 全自动洗衣机

全自动洗衣机就是将洗衣的全过程(泡浸-洗涤-漂洗-脱水)预先设定好N个程序,洗衣时选择其中一个程序,打开水龙头和启动洗衣机开关后洗衣的全过程就会自动完成,洗衣完成时由蜂鸣器发出响声。

目前市场上出售的全自动洗衣机大体分为三类。

发明最早的是前置式侧开门滚筒式洗衣机，这种洗衣机是欧洲发明的，擅长洗涤真丝、棉毛等面料，不缠绕无磨损，在洗涤时保证衣物不受损害，而且有良好的加温措施。但也有它不好的一面，由于不缠绕无磨损洗涤方式等因素，这种洗衣机洗涤时间长、洗净度差、用水用电量大，是其它洗

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衣机的几倍，尤其是采用了不锈钢内筒，产生的噪音较大。这种洗衣机适用于生活水平较高，穿着大体以真丝、纯毛、棉毛之类较高档的面料为主，而且更换衣服较勤的家庭。

发明最晚的洗衣机是亚洲人发明的波轮上开门洗衣机。市场上有多种品牌，如“小天鹅”、“海棠”、“荣事达”等，这种洗衣机的特点是洗涤时间短，用水量小，洗净度高，是滚筒式的很多倍，由于内筒是塑料材料制成，噪音小，而且上开盖，能使洗涤液反复利用，价格也比较经济。这种洗衣机适用于居住在绿化较差，空气尘埃量较大，平均每2至3天换一次衣服的家庭，主要以洗净度为主，服装面料以化纤、腈纶为主。

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2 总体设计方案

2.1 全自动洗衣机的工作原理

洗衣机的应用现在比较普遍。全自动洗衣机的实物示意图如下图1所示。

进水口启动按钮停止按钮排水按钮控制器高水位开关内桶外桶低水位开关排水口波盘洗涤电机

图1 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停止进水、排水、脱水及报警。排水按钮用来实现手动排水。

2.2 控制要求

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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。

2.3 控制方式选择

家用洗衣机由家用220V电力拖动，用于PLC在电气控制控制中的运用较多，且稳定，能在恶劣的条件下运行，故选用PLC作为主控制单元。由于家用洗衣机功率较小，故可选用额定功率180W的电机拖动。

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3 主电路设计

图2 全自动洗衣机总电路图

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4 PLC控制系统设计

4.1 PLC型号选择

PLC是一种专用电子计算机，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。它主要由CPU、存储器、I/O接口模板三部分构成。它能适应各种恶劣的运行环境，抗干扰

能力强，可靠性强，可轻松应对潮湿环境。三菱FX2N---32MR有16个输入点，16

个输出点，通过对结构图的分析，可知全自动洗衣机控制程序较为简单，输入输出信息不多，考虑留有适当余量，采用三菱FX2N-32MR型PLC可满足设计要求。

4.2 控制流程图

图4 全自动洗衣机控制流程图

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4.3 I/O口及定时器/计数器说明

I/O口分配表：

类别 元件 SB1 SB2 输 SB3 入 SL1 SL2 YV1 KM1 输 出 YC1 KM3 Y4 Y5 表1 I/O分配表

端子号 X0 X1 X2 X3 X4 Y0 Y1 Y2 Y3 作用 启动按钮 停止按钮 排水按钮 高水位开关 低水位开关 进水电磁阀 电机正转接触器 电机反转接触器 排水电磁阀 脱水电磁离合器 报警蜂鸣器 KM2 YV2 定时器、计数器说明： 类别 器件号 定 时 器 计数器 T0 T1 T2 T3 T4 T5 T6 C0 C1 设定值 2S 15s 3s 15s 3s 10s 10s 3次 3次 作用 进水候暂停时间 正转洗涤计时 正洗暂停计时 反转洗涤计时 反洗暂停计时 脱水计时 洗完报警计时 正、反洗循环计数 脱水（大循环）计数 表2 定时器、计数器说明

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4.4 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

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参数计算

1.电机的选择

根据本次设计要求和实际生活情况，选择额定功率为180W的单相交流电机。 2.接触器的选择

交流接触器的选择主要考虑主触点的额度电流、额定电压、线圈电压等。主触点的额定电流In可根据下面的经验公式进行选择：

INPN10KUN3

为

式中IN为接触器主触点额定电流；K为比例系数，一般取11.4； PN额定电压一般按高于电路额定电压来确定。

所以，取K=1 IN18012200.82A

被控电动机额定功率；UN为被控电动机额定线电压。并且，交流接触器主触点

故选择接触器参数为：额定绝缘电压220V；额定发热电流6A。 3.热继电器的选择

根据电动机频繁换向启动的工作情况，按下式选取：

IR(1.151.5)IN

所以，IR1.50.821.23A

故主要技术参数为：脱扣等级10A；整定电流范围1-1.6A； 4.开关电源的选择

根据全自动洗衣机的设计要求，为保证安全，外部电器（包括电磁阀、蜂鸣器等）使用低电压直流电，为此选择开关电源的主要参数如下：

输入电压：220V 输出电压：24V 5.电磁阀的选择

根据设计要求，选择如下图所示的电磁阀，规格如下表所示。

图5 电磁阀

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品牌 德国CO-AX

型号 MK10

（bar） 供电电压 流量（m3/h） 压力范围2.5

0-40

表3 电磁阀规格 24V DC

6.熔断器的选择

根据单台异步电动机频繁变换转向，运用：IR(1.52.5IN) 其中

IN0.82A

所以 IR0.8221.64A 7.按钮的选择

全自动洗衣机的人机接口中有按钮，方便操作时也要保证安全，为此选择了施奈德品牌的低压凸头按钮，并且带有指示灯LED，供电电压为直流电24V。根据设计要求选择如下表4所示的开关和相应的数量。 按钮类别 启动按钮 停止按钮

完整型号 XB2-BW13B1C XB2-BW14B2C

模块型号(按钮头+触点基座)

ZB2BW13C+ZB2BWB31C ZB2BW14C+ZB2BWB42C ZB2BW14C+ZB2BWB41C ZB2BW15C+ZB2BWB51C ZB2BW15C+ZB2BWB51C ZB2BW16C+ZB2BWB61C

表4 按钮规格 备注 绿灯、常开 红灯、常闭 红灯、常开 黄灯、常开 黄灯、常开 蓝灯、常开

高水位按钮 XB2-BW14B1C 低水位按钮 XB2-BW15B1C 手动排水 手动脱水

XB2-BW15B1C XB2-BW16B1C

4.6 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，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

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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T6记时10秒后T6触点通，复位S20~S24,程序结束。

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5 设计小结

经过几周的奋战我的课程设计终于完成了。在没有做课程设计以前觉得课程

设计只是对这几年来所学知识的单纯总结，但是通过这次做课程设计发现自己的看法有点太片面。课程设计不仅是对前面所学知识的一种检验，而且也是对自己能力的一种提高。通过这次课程设计使我明白了自己原来知识还比较欠缺。自己要学习的东西还太多，以前老是觉得自己什么东西都会，什么东西都懂，有点眼高手低。通过这次课程设计，我才明白学习是一个长期积累的过程，在以后的工作、生活中都应该不断的学习，努力提高自己知识和综合素质。

在这次课程设计中也使我们的同学关系更进一步了，同学之间互相帮助，有什么不懂的大家在一起商量，听听不同的看法对我们更好的理解知识，所以在这里非常感谢帮助我的同学以及老师。总之，不管学会的还是学不会的的确觉得困难比较多，真是万事开头难，不知道如何入手。最后终于做完了有种如释重负的感觉。此外，还得出一个结论：知识必须通过应用才能实现其价值！有些东西以为学会了，但真正到用的时候才发现是两回事，所以我认为只有到真正会用的时候才是真的学会了。

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参考文献

[1] 史国生.电气与可编程控制器技术（三菱FX系列）.北京：化学工业出版社，第三版。

[2] 唐介.电机与拖动.北京：高等教育出版社，第二版。

[3] 张宪.电气制图与识图.北京：化学工业出版社。

[4] 潘月琴.全自动洗衣机的维修【M】．北京科学技术出版社,2004 [5] 廖常初.PLC基础及应用．北京：机械工业出版社,2003 [6] 李国厚.PLC原理及应用设计.化学工业出版社,2005

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致谢

通过课程设计，我深刻的体会到了实践和理论的区别与联系，让我明白怎么样才能把理论应用与实践，要这次实训中，我得到了锻炼，但是也感觉到了自己的不足，因此，我必须在剩下的的时间里对自己提高要求，让自己适应社会潮流，满足社会需要，所以我应该忠心的感谢学校给我们提供的这次课程设计的机会，让我在设计中体会到了我现在所处的位置和将来要达到的位置，同时也要感谢罗雪莲老师给我们的指导和同学给我的帮助，在这次课程设计中由于我们现在所学知识还不能满足实训的要求，所以我们在图书馆查阅了大量的资料，所以也应该感谢学校给我们提供了大量图书，和在图书馆的工作人员，一个人的想法总是有限的，所以要设计一个梯形图就需要和大家共同交流，多采取同学的意见，再此感谢他们的帮助。同时也应该感谢罗雪莲老师给了我们这此机会 ，让我们能更贴近实际的学习PLC知识，使编程能力得到更进一步的提升。

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