基于三菱PLC的投币式洗衣机系统-毕业论文

南京化工职业技术学院南京化工职业技术学院 毕业论文设计毕业论文设计 题目：基于三菱PLC的投币式洗衣机系统 姓姓名：名： 所在系部：所在系部： 班级名称：班级名称： 学学号：号： 指导老师：指导老师： 2012年年12月月 南京化工职业技术学院毕业设计（论文） I 目录 摘要.III 第一章 绪论.1 1.1 设计选题背景. 1 1.2 选题的目的与意义 1 1.3 论文的主要内容.2 第二章 可编程控制器.3 2.1 PLC 的产生. 3 2.2 PLC 的基本结构. 3 2.2.1 PLC 的硬件结构.3 2.2.2 PLC 软件系统.5 2.3 PLC 的分类.5 2.4 PLC 的工作原理.6 2.5 PLC 的特点及应用.6 2.5.1 PLC 特点.6 2.5.2 PLC 应用.7 2.6 PLC 的基本指令. 9 2.7 PLC 的设计内容及原则. 10 2.7.1 PLC 控制系统设计的基本内容.10 2.7.2 在设计 PLC 控制系统时，应遵循以下基本原则.10 第三章 系统硬件设计.11 3.1 PLC 的选择. 11 3.1.1 FX2N 系列的 PLC11 3.1.2 FX2N-48MR 介绍.11 3.2 投币式全自动洗衣机的工作原理.错误！未定义书签。错误！未定义书签。 3.2.1 投币式全自动洗衣机的工作流程图见下图3.2所示错误！未定义书签。错误！未定义书签。 3.2.2 投币式全自动洗衣机的构成13 3.3 主要器件的选择.13 3.4 系统主接线图.14 南京化工职业技术学院毕业设计（论文） II 第四章 控制程序设计.15 4.1 控制要求15 4.2 I/O 分配表. 15 4.3 计时器、计数器说明.16 4.4 PLC 接线图错误！未定义书签。错误！未定义书签。 4.5 梯形图.18 4.6 梯形图控制说明.22 第五章 系统调试.26 5.1 硬件调试.26 5.1.1 静态调试.26 5.1.2 动态调试.26 5.2 软件调试.27 5.3 对本系统的调试错误！未定义书签。错误！未定义书签。 结论.28 参考文献29 致谢30 附件 指令表31 南京化工职业技术学院毕业设计（论文） III 摘要 洗衣机的问世大大减轻了人们的负担，节省了宝贵的时间和精力。并且随着科技的 发展,洗衣机也在不断改进和创新。而今投币式全自动洗衣机已经出现。由于现在社会 生活节奏的加快, 24小时不间断营业无人值守的自助经营模式因其自主、自助、便利的 特性,正被越来越多的人所接受。因此它被越来越多的广大消费者所接受。尤其在校园、 军营、工厂等洗涤条件有限、人口集中居住场所,投币式全自动洗衣机具有非常广阔的 应用前景。 为了满足公共场合自助洗衣需要，全自动洗衣机又有投币式、感应式、IC 卡式等； 从控制系统分，有集成电路控制、单片机控制和 PLC 控制、模糊控制等。单片机以其控 制功能强、环境适应性好、开发方便、体积小、价格适中等优点在家用电器上得到日益 广泛的应用。但是它也有不少的缺点：指令系统复杂，编程难度大且控制系统的硬件要 求多种电路保护装置；而基于 PLC 控制的全自动洗衣机具有编程简单、实现功能齐全、 外围电路简单、时间计算精确以及可维护方便等一系列优点。只是它的价格比单片机昂 贵的多，比较适合温度过高、震动和冲击过强等工业环境，在家用电器控制中应用并不 广泛。 目前市场上的全自动洗衣机也多采用单片机控制。 本文选用 PLC 来控制是从探究、 学习的角度出发的，对 PLC 在工业洗衣机中的应用也具有重要参考价值。 该毕业设计将利用三菱公司的FX2N系列的PLC，设计了一个简单的投币式全自动洗衣机控制 系统。并对可编程序控制器（PLC）和PLC控制系统的基本知识，包括PLC的定义、特点、分类、技 术指标、基本结构、工作原理、硬件知识及PLC控制系统等相关知识进行介绍。 关键词:PLC；洗衣机；自助投币 南京化工职业技术学院毕业设计（论文） 1 第一章 绪论 1.1 设计选题背景 传统的洗衣机采用继电器控制的优点是装置结构简单、价格便宜、抗干扰 能力强。但是，这也是随之带来的一些问题，如绝大多数控制继电器都是长 期磨损和疲劳工作条件下进行的，容易损坏，而且继电器的触点容易产生电 弧，甚至会熔在一起产生误操作，引起严重的后果。在全负荷运载的情况下， 大的继电器将产生大量的热及噪声，同时也消耗了大量的电能。并且继电器 控制系统必须是手工接线、安装，如果有简单的改动，也需要花费大量时间 及人力和物力去改制、安装和调试。这种电路接线多，只适用于小型的控制 电路。 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。传统洗衣机基于电器的控制，已经不能满足人们对其自动化程度的要求了。 洗衣机要更好地满足人们的需求，必须借助于自动化技术的发展。自动化技术的飞速发 展，使得洗衣机由最初的半自动式发展到现在的全自动式，并正在向智能化洗衣机方向 发展。 本论文主要着重于投币式全自动洗衣机的控制，要求洗衣机能在投入一元 后能实现进水、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。 1.2 选题的目的与意义 （1）掌握三菱 FX2N 系列 PLC 的原理、性能、使用特点和方法，提高运用 PLC 梯形图 对系统进行编程的能力。 （2）本课题的研究可以使本人更好地掌握基于 PLC 控制系统的分析与设计方法，培养 创新意识和理论联系实际的学风，提高自动化家电产品研发素质，增强针对实际应用进 行控制系统设计的能力。 （3） 采用 PLC 控制开发的周期短，开发成本低，可以直接用于工业现场控制。 PLC 控制具有实时性、信号处理时间短、速度快、更能满足各个领域大、中、 南京化工职业技术学院毕业设计（论文） 2 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。 1.3 论文的主要内容 （1）概要阐述课题来源、研究现状及研究意义。 （2）简要论述PLC的产生和发展，介绍PLC的工作原理及控制系统的设计方法、原则。 （3）对基于PLC投币式洗衣机的控制系统进行设计，主要包括控制要求、PLC选型、硬 件接线、控制程序设计。 南京化工职业技术学院毕业设计（论文） 3 第二章 可编程控制器 2.1 PLC 的产生 1969 年美国数字设备公司 （DEC） ， 研制出了世界上第一台可编程控制 （Programmable Logic Controller, 简称 PLC） ，在美国通用汽车公司的生产线上试用成功，并取得了满意 效果，可编程控制器由此诞生。 早期的可编程控制器主要由分立元件和中小规模集成电路组成， 只具有逻辑运算功 能。20 世纪 70 年代中期，微处理器及其他大规模集成电路芯片成为其核心部件，是其 具有自我诊断功能，可靠性、性价比有很大突破。到 20 世纪 80 年代，可编程控制器采 用微处理器（CPU） 、只读存储器、随机存储器或是单片机作为其核心，处理速度大大 提高，功能更强体积又小。90 年代末，PLC 几乎完全计算机化，各种智能模块不断开 发出来，使其不断扩展着它在各类工业控制过程中的作用。 PLC 一直在飞速发展中，因此一直没有比较明确的定义。1987 年，国际电工委员 会（IEC）对 PLC 做出的定义如下： “可编程序控制器是一种数字运算操作的电子系统， 专为工业环境而设计。它采用了可编程序的存储器，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的指令， 并通过数字式和模拟式的输入和输出， 控制各种机械和生产过程。而有关的外围设备，都应按照易于与工业系统联成一体，易 于扩充其功能的原则设计。 ”定义强调了 PLC 直接应用于工业环境；是“数字运算操作 的电子系统” ，即计算机；是用软件方式来实现“可编程”的。 2.2 PLC 的基本结构 PLC 实质上是一种工业控制用的专用计算机。从结构上分，PLC 分为固定式和组 合式（模块式）两种，这里介绍一般 PLC 的结构。 2.2.1 PLC 的硬件结构 通用型 PLC 的硬件基本结构主要由中央处理单元 CPU、存储器、输入/输出（I/O） 模块、电源及编程器组成。 （1）中央处理单元 CPU 南京化工职业技术学院毕业设计（论文） 4 PLC 的 CPU 与通用微机的 CPU 一样，是 PLC 的核心部分，它按 PLC 中系统程序 赋予的功能，接收并存储从编程器键入的用户程序和数据；用扫描方式查询现场输入装 置的各种信号状态或数据，并存入输入过程状态寄存器或数据寄存器中；诊断电源及 PLC 内部电路工作状态和编程过程中的语法错误等；在 PLC 进入运行状态后，从存储 器逐条读取用户程序，经过命令解释后，按指令规定的任务产生相应的控制信号，去启 闭有关的控制电路；分时、分渠道地去执行数据的存取、传送、组合、比较和变换等动 作，完成用户程序中规定的逻辑运算或算术运算等任务；根据运算结果，更新有关标志 位的状态和输出状态寄存器的内容， 再由输出状态寄存器的位状态或数据寄存器的有关 内容实现输出控制、制表打印、数据通信等功能。以上这些都是在 CPU 的控制下完成 的。PLC 常用的 CPU 主要采用通用微处理器、单片机或双极型位片式微处理器。 （2）存储器 存储器（简称内存），用来存储数据或程序。它包括随机存取存储器（RAM）和只 读存储器（ROM）等。 PLC 配有系统程序存储器和用户程序存储器，分别用以存储系统程序和用户程序。 系统程序存储器用来存储监控程序、模块化应用功能子程序和各种系统参数等，一般使 用 ROM；用户程序存储器用作存放用户编制的梯形图等程序，一般使用 RAM，若程序 不经常修改，也可写入到 EPROM 中；存储器的容量以字节为单位。系统程序存储器的 内容不能由用户直接存取。因此一般在产品样本中所列的存储器型号和容量，均是指用 户程序存储器。 （3）输入/输出（I/O）模块 I/O 模块是 CPU 与现场 I/O 设备或其他外部设备之间的连接部件。PLC 提供了各种 操作电平和输出驱动能力的 I/O 模块供用户选用。I/O 模块要求具有抗干扰性能，并与 外界绝缘。因此，多数都采用光电隔离回路、消抖动回路、多级滤波等措施。I/O 模块 可以制成各种标准模块，根据输入、输出点数来增减和组合。I/O 模块还配有各种发光 二极管来指示各种运行状态。 （4）电源 PLC 配有开关式稳压电源的电源模块，用来对 PLC 的内部电路供电。 （5）编程器 编程器分简易型和智能型两种。简易型编程器只能在线编程，它通过一个专用接口 与 PLC 连接。智能型编程器即可在线编程又可离线编程，还以远离 PLC 插到现场控制 南京化工职业技术学院毕业设计（论文） 5 站的相应接口进行编程。智能型编程器有许多不同的应用程序软件包，功能齐全，适应 的编程语言和方法也较多。 2.2.2 PLC 软件系统 PLC 的软件系统是指 PLC 所使用的各种程序的集合。它包括系统程序和用户程序。 （1）系统程序 系统程序包括监控程序、编译程序及诊断程序等。监控程序又称为管理程序，主要 用于管理全机。 编译程序用来把程序语言翻译成机器语言。 诊断程序用来诊断机器故障。 系统程序由 PLC 生产厂家提供，并固化在 EPROM 中，用户不能直接存取，故也不需要 用户干预。 （2）用户程序 用户程序是用户根据现场控制的需要，用 PLC 的程序语言编制的应用程序，用以 实现各种控制要求。PLC 的编程语言有梯形图、指令表和顺序功能流程图三种。 2.3 PLC 的分类 (1）小型 PLC 连接开关量 I/O 模块、模拟量 I/O 模块以及其它各种特殊功能模块，能执行包括逻 辑运算、 计时、 计数、 算术运算、 数输入/输出点数在 128 点以下的 PLC 称为小型 PLC。 其特点是体积小、结构紧凑，它可以据处理和传送、通信联网以及各种应用指令。 ( 2 ) 中型 PLC 输入/输出点数在 128-512 点之间的 PLC 称为中型 PLC。 它除了具有小型机所能实现 在功能外，还具有强在的网络通信功能、更丰富的指令系统、更大的内存容量和更快的 扫描速度。 (3) 大型 PLC 输入/输出点数大于 512 的 PLC 称为大型 PLC。 它具有强大的软件硬件功能、 自诊断 功能、 通信联网功能， 它可以构成三级通信网， 实现工厂生产管理自动化。 另外大型 PLC 还可以采用三 CPU 构成表决式系统，使机器具有更高的可靠性。 南京化工职业技术学院毕业设计（论文） 6 2.4 PLC 的工作原理 PLC 是按照上电处理、扫描过程、出错处理这个顺序来运行的。当 PLC 处于正常 运行时，它将不断重复图扫描过程，不断循环地工作下去。如果对远程 I/O 特殊模块和 其他通信服务暂不考虑，这样扫描过程就只剩下“输入采样” 、 “程序执行”和“输出刷 行”三个阶段了。 （1）输入采样阶段 PLC 在输入采样阶段，首先扫描所有输入端子，并将各输入状态存入相对应的输入 映像寄存器中。此时，输入映像寄存器被刷新。接着，进入程序执行阶段，在程序执行 阶段和输出刷新阶段，输入映像寄存器与外界隔离，无论输入信号如何变化，其内容保 持不变，直到下一扫描周期的输入采样阶段，才重新写入输入端的新内容。所以一般来 说，输入信号的宽度要大于一个扫描周期，否则很可能造成信号的丢失。 （2）程序执行阶段 根据 PLC 梯形图程序扫描原则，一般来说，PLC 按先左后右、先上后下的步序逐 句扫描。但遇到程序跳转指令，则根据跳转条件是否满足来决定程序的跳转地址。当指 令中涉及输入、输出状态时，PLC 就从输入映像寄存器中“读入”对应输入端子状态， 从元件映像寄存器“读入”对应元件（ “软继电器” ）的当前状态。然后，进行相应的运 算，运算结果再存入元件映像寄存器中。对元件映像寄存器来说，每一个元件（ “软继 电器” ）的状态会随着程序执行过程而变化。 （3）输出刷新阶段 在所有指令执行完毕后，元件映像寄存器中所有输出继电器的状态（接通/断开）在 输出刷新阶段转存到输出锁存器中，通过一定方式输出，最后经过输出端子驱动外部负 载。 2.5 PLC 的特点及应用 2.5.1 PLC 特点 （1）编程简单，使用方便 梯形图是使用得最多的可编程序控制器的编程语言， 其符号与继电器电路原理图相 南京化工职业技术学院毕业设计（论文） 7 似。有继电器电路基础的电气技术人员只要很短的时间就可以熟悉梯形图语言，并用来 编制用户程序，梯形图语言形象直观，易学易懂， 。 （2）控制灵活，程序可变，具有很好的柔性 可编程序控制器产品采用模块化形式，配备有品种齐全的各种硬件装置供用户选 用，用户能灵活方便地进行系统配置，组成不同功能、不同规模的系统。可编程序控制 器用软件功能取代了继电器控制系统中大量的中间继电器、 时间继电器、 计数器等器件， 硬件配置确定后，可以通过修改用户程序，不用改变硬件，方便快速地适应工艺条件的 变化，具有很好的柔性。 （3）功能强，扩充方便，性能价格比高 可编程序控制器内有成百上千个可供用户使用的编程元件，有很强的逻辑判断、数 据处理、PID 调节和数据通信功能，可以实现非常复杂的控制功能。如果元件不够，只 要加上需要的扩展单元即可，扩充非常方便。与相同功能的继电器系统相比，具有很高 的性能价格比。 （4）控制系统设计及施工的工作量少，维修方便 可编程序控制器的配线与其它控制系统的配线比较少得多，故可以省下大量的配 线，减少大量的安装接线时间，开关柜体积缩小，节省大量的费用。可编程序控制器有 较强的带负载能力、可以直接驱动一般的电磁阀和交流接触器。一般可用接线端子连接 外部接线。可编程序控制器的故障率很低，且有完善的自诊断和显示功能，便于迅速地 排除故障。 （5）可靠性高，抗干扰能力强 可编程序控制器是为现场工作设计的，采取了一系列硬件和软件抗干扰措施，硬件 措施如屏蔽、滤波、电源调整与保护、隔离、后备电池等，例如，西门子公司 S7-200 系列 PLC 内部 EEPROM 中，储存用户原程序和预设值在一个较长时间段（190 小时） ， 所有中间数据可以通过一个超级电容器保持，如果选配电池模块，可以确保停电后中间 数据能保存 200 天。软件措施如故障检测、信息保护和恢复、警戒时钟，加强对程序的 检测和校验。从而提高了系统抗干扰能力，平均无故障时间达到数万小时以上，可以直 接用于有强烈干扰的工业生产现场， 可编程序控制器已被广大用户公认为最可靠的工业 控制设备之一。 2.5.2 PLC 应用 南京化工职业技术学院毕业设计（论文） 8 目前，可编程序控制器已经广泛地应用在各个工业部门。随着其性能价格比的不断 提高，应用范围还在不断扩大，主要有以下几个方面： （1）逻辑控制 可编程序控制器具有“与” 、 “或” 、 “非”等逻辑运算的能力，可以实现逻辑运算， 用触点和电路的串、并联，代替继电器进行组合逻辑控制，定时控制与顺序逻辑控制。 数字量逻辑控制可以用于单台设备，也可以用于自动生产线，其应用领域最为普及，包 括微电子、家电行业也有广泛的应用。 （2）运动控制 可编程序控制器使用专用的运动控制模块，或灵活运用指令，使运动控制与顺序控 制功能有机地结合在一起。随着变频器、电动机起动器的普遍使用，可编程序控制器可 以与变频器结合，运动控制功能更为强大，并广泛地用于各种机械，如金属切削机床、 装配机械、机器人、电梯等场合。 （3）过程控制 可编程序控制器可以接收温度、压力、流量等连续变化的模拟量，通过模拟量 I/0 模块，实现模拟量(Analog)和数字量(Digital)之间的 A/D 转换和 D/A 转换，并对被控模 拟量实行闭环 PID（比例-积分-微分）控制。现代的大中型可编程序控制器一般都有 PID 闭环控制功能，此功能已经广泛地应用于工业生产、加热炉、锅炉等设备，以及轻工、 化工、机械、冶金、电力、建材等行业。 （4）数据处理 可编程序控制器具有数学运算、数据传送、转换、排序和查表、位操作等功能，可以完 成数据的采集、分析和处理。这些数据可以是运算的中间参考值，也可以通过通信功能 传送到别的智能装置，或者将它们保存、打印。数据处理一般用于大型控制系统，如无 人柔性制造系统，也可以用于过程控制系统，如造纸、冶金、食品工业中的一些大型控 制系统。 （5）构建网络控制 可编程序控制器的通信包括主机与远程 I/0 之间的通信、多台可编程序控制器之间 的通信、可编程序控制器和其他智能控制设备(如计算机、变频器)之间的通信。可编程 序控制器与其他智能控制设备一起，可以组成“集中管理、分散控制”的分布式控制系 统。 南京化工职业技术学院毕业设计（论文） 9 当然，并非所有的可编程序控制器都具有上述功能，用户应根据系统的需要选择可 编程序控制器，这样既能完成控制任务，又可节省资金。 2.6 PLC 的基本指令 （1）LD/LDI指令：LD和LDI指令是连接在母线连接的触点，表示操作开始，LD是常开触 点，LDI是常闭触点。 （2） AND/ANI指令： AND和ANI指令是串联连接的触点， AND是常开触点， ANI是常闭触点。 （3）OR/ORI指令：OR和ORI指令是并联连接的触点，执行逻辑 “或” 的功能，OR是常 开触点，ORI是常闭触点。 （4）OUT指令：OUT指令执行逻辑输出的功能，条件成立时为ON，条件不成立时为OFF。 （5）ANB/ORB指令：ANB完成支路间的串联的功能，用于执行支路之间 “于”操作；ORB 完成支路间的并联的功能，用于执行支路之间 “或”操作。 （6）比较指令： CMP（Compare）的功能指令编号为FNC10，16位运算占7 个程序步，32 位运算占13个程序步。 （7）传送指令：MOV的功能号为FNC12，它是将源操作数的内容传送目标操作数。 （8）四则逻辑运算指令 二进制加法指令ADD ADD的功能号为FNC20，它是将源操作数S1和S2中的16 位二进制数相加，然后运算结果 传送到指定的目标操作数中。 二进制减指令SUB SUB的功能号为FNC21， 它是将源操作数S1和S2中的16位二进制数相减,然后运算结果传 送到指定的目标操作数中。 二进制乘法指令MUL MUL的功能号为FNC22，它是将源操作数S1和S2中的16 位二进制数相乘，然后运算结果 传送到指定的目标操作数为首地址的软元件中。 二进制除法指令DIV DIV的功能号为FNC22， 它是将源操作数S1和S2中的16位二进制数相除,然后运算结果传 送到指定的目标操作数D中，余数传送到D+1中。 南京化工职业技术学院毕业设计（论文） 10 2.7 PLC 的设计内容及原则 2.7.1 PLC 控制系统设计的基本内容 （1）选择用户输入设备(按钮、操作开关、限位开关、传感器等)、输出设备(继电 器、接触器、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)。 这些设备属于一般的电器元件，其选择的方法在其他有关书籍中已有介绍。 （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着重要的作用。选择 PLC，应包括机型的选择、容量的选 择、I/O 模块的选择、电源模块的选择等。 （3）分配 I/O 点，绘制 I/O 连接图。 （4）设计控制程序。包括设计梯形图、指令表(即程序清单)或控制系统流程图。 控制程序是控制整个系统工作的条件，是保证系统工作正常、安全、可靠的关键。控制 系统的设计必须经过反复调试、修改，直到满足要求为止。 （5）编制控制系统的技术文件。包括说明书、电器固件及电器元件明细表等。 2.7.2 在设计 PLC 控制系统时，应遵循以下基本原则 （1）最大限度地满足被控对象的控制要求。设计前，应深入现场进行调查研究， 搜集资料， 并与机械部分的设计人员和实际操作人员密切配合， 共同拟定电器控制方案， 协同解决设计中出现的各种问题。 （2）保证控制系统的安全、可靠。 （3）考虑到生产的发展和工艺的改进，在选择容量时，应适当留有裕量。 南京化工职业技术学院毕业设计（论文） 11 第三章 系统硬件设计 3.1 PLC的选择 本论文将选择型号为三菱FX2N-48MR的PLC。见下图3.1所示 图3.1 FX2N-48MR 3.1.1 FX2N系列的PLC FX2N系列的PLC是小型化，高速度，高性能和所有方便都是相当于FX系列PLC中最高 档次的超小形程序装置。除输入出16-25点的独立用途外，还可以适用于在多个基本组 件间的连接，模拟控制，定位控制等特殊用途，是一套可以满足多样化广泛需要的PLC。 系统配置既固定又灵活：在基本单元上连接扩展单元或扩展模块，可进行16-256点的 灵活输入输出组合。 备有可自由选择， 丰富的品种可选用16/32/48/64/80/128点的主机， 可以采用最小8点的扩展模块进行扩展。可根据电源及输出形式，自由选择。令人放心 的高性能程序容量：内置800步RAM（可输入注释）可使用存储盒，最大可扩充至16K步。 3.1.2 FX2N-48MR介绍 (1)灵活的配置 除了具有满足特殊需求的大量特殊模块外,6个基本单元中的每个单元可扩展至 256I/O。 (2)高速运算 南京化工职业技术学院毕业设计（论文） 12 基本指令:0.08us/指令,应用指令:1.52至几百us/指令。 (3)突出的寄存器容量 FX2N系列包括8K步内置RAM寄存器,用一个寄存器盒可扩展到16RAM或EEPROM。 (4)丰富的元件资源 3072点辅助继电器,256点计时器,235点计数器,8000数据储存器。 3.2 投币式全自动洗衣机的工作原理 3.2.1 投币式全自动洗衣机的工作流程图见下图3.2所示 开始 进水 洗衣 排水 脱水 结束 图3.2 全自动洗衣机工作流程图 洗衣机的工作流程由进水、洗衣、排水和脱水4个过程组成。全自动洗衣机中，这4个过 程可做到全自动依次运行，直至洗衣结束。 全自动洗衣机的进水、洗衣、排水和脱水是通过水位开关、电磁进水阀和电磁排水阀配合 进行控制，从而实现自动控制的。水位开关用来控制进水到洗衣机内高、低水位；电磁进水阀 起着通/断水源的作用。进水时，电磁进水阀打开，将水注入；排水时，电磁排水阀打开，将水 排出；洗衣时，洗涤电动机启动；脱水时，脱水桶启动。 南京化工职业技术学院毕业设计（论文） 13 3.2.2 投币式全自动洗衣机的构成 以波轮式洗衣机为例：波轮式全自动洗衣机主要由机械系统、控制系统、给排水系 统和支撑吊杆系统等组成，以一个电动机完成洗涤和脱水。波轮式投币洗衣机的洗衣桶 （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。外桶下部壁上装有 储气管，与水位传感器连接，控制水位高低。桶壁上部开有溢水孔，用于排出溢水和漂 洗时洗涤液泡迅速排出。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 机带动内桶甩干。投币器挂在洗衣机体侧面也可以挂在墙壁上，体积小，美观大方。通 过对投币总值进行判别就可以启动不同的洗涤程序（一元单脱水、两元快洗、三元标准 洗） 。投币器只识别一圆人民币硬币，其它游戏币或代用币无效，投入的无效币会自动 从退币口退出，还具备防吊币、 防钩功能。 3.3 主要器件的选择 （1）电动机 选择 YY104-180 型号单相电容运转式电动机，功率 180 瓦，额定电压 220V，转速 1350r/min，电流 1.7A。 （2）压力开关 压力开关采用高精度、高稳定性能的压力传感器和变送电路，再经专用 CPU 模块 化信号处理技术，实现对介质压力信号的检测、显示、报警和控制信号输出。压力开关 可以广泛用于石油、化工、冶金、电力、供水等领域中对各种气体、液体的表压、绝压 的测量控制，是工业现场理想的智能化测控仪表。 （3）投币器 投币器主要功能包括四个部分：一是用于产生高频方波的振荡电路，二是用于控制 真假币流向的电磁闸门，三是用于检测硬币投入过程的各个位置的光电传感器，最后就 南京化工职业技术学院毕业设计（论文） 14 是控制所有检测和控制的电路的集中控制单元。 （4）进、排水电磁阀 电磁阀是用电磁控制的工业设备，用在工业控制系统中调整介质的方向、流量、速 度和其他的参数。电磁阀是用电磁的效应进行控制，主要的控制方式由继电器控制。这 样， 电磁阀可以配合不同的电路来实现预期的控制， 而控制的精度和灵活性都能够保证。 电磁阀有很多种，不同的电磁阀在控制系统的不同位置发挥作用，最常用的是单向阀、 安全阀、方向控制阀、速度调节阀等。 （5）电磁离合器 电磁离合器靠线圈的通断电来控制离合器的接合与分离。电磁离合器可分为：干式 单片电磁离合器，干式多片电磁离合器，湿式多片电磁离合器，磁粉离合器，转差式电 磁离合器等。电磁离合器工作方式又可分为：通电结合和断电结合。 3.4 系统主接线图 系统主接线图见下图 3.3 所示(单相异步交流电机，1、2 为主绕组，3、4 为副绕组)： 图 3.3全自动洗衣机主电路接线图 南京化工职业技术学院毕业设计（论文） 15 第四章 控制程序设计 4.1 控制要求 投币式全自动洗衣机的控制要求描述如下: （1）通电状态，放入待洗衣服和洗衣粉并盖上洗衣盖子，洗涤过程若打开盖子， 则停止工作，盖上盖子继续工作。但是当在进行加水，排水时，不会停止。 （2）当投币总值 1 元时，进行单独脱水工作方式且其指示灯亮；当投币总值 2 元 时，进行快洗工作方式且其指示灯亮；当投币总值 3 元时，进行标准洗工作方式且其指 示灯亮。在投币数超过 2 个后，立即开始进水。 （3）若投币没满 3 个，合上盖子后，有 15 秒时间选择投币个数，否则 15 秒后开 始按投币个数自动选择工作方式，或按下启动按钮立即开始工作。若投币满 3 个，合上 盖子后，则立即工作。投币满 3 个或洗衣机工作时无法继续进行投币。 （4）洗涤时，电机正转 5 秒，然后反转 5 秒。如此算作 1 次，则快洗循环 60 次， 标准洗循环 100 次。 （5）开始漂洗，重复正反转过程，漂洗两遍，排空后高速脱水 120 秒。完成后报 警灯亮。如果打开盖子，则报警立即结束，否则 10 秒后自动结束。 （6）衣服完成后，复位进入下一轮洗衣准备。 4.2 I/O 分配表 (1) 输入元件分配表如下表 4-1 所示 表 4-1 输入元件分配 元件名称元件符号输入点编号 1 元投币接近开关SB1X0 盖子压力开关SQ1X1 手动启动开关SB2X2 低水位开关SQ2X2 高水位开关SQ3X3 南京化工职业技术学院毕业设计（论文） 16 (2) 输出元件分配表如下表 4-2 所示 表 4-2输出元件分配 元件名称元件符号输入点编号 投币箱开关KM1Y0 一元单脱KM2Y1 二元轻洗KM3Y2 三元标洗KM4Y3 电动机正转KM5Y4 电动机反转KM6Y5 进水开关KM7Y6 排水开关KM8Y7 报警指示HL1Y10 4.3 计时器、计数器说明 （1）计时器说明表如下表 4-3 所示 表 4-3 计时器说明 器件号设定值说明 T0150投第一个币计时 T1150 投第二个币计时 T2 50电动机正转计时 T350电动机反转计时 T4100报警计时 T250120脱水计时 （2）计数器说明表如下表 4-4 所示 表 4-4 计数器说明 器件号设定值说明 南京化工职业技术学院毕业设计（论文） 17 C01投币数一个 C12投币数二个 C2 3投币数三个 C360快洗计数 C4100标洗计数 C52开始进行第一次漂洗 C63开始进行第二次漂洗 C73开始脱水 4.4 PLC 接线图 PLC 外部接线图如下图 4.1 所示 图 4.1PLC 接线图 PLC FX2N 投币箱开关 单脱 快洗 标洗 正转 反转 进水 排水 报警 Y0 Y1 Y2 Y3 Y4 Y5 Y6 Y7 Y10 com X0 X1 X2 X3 X4 硬币计数 压力开关 启动开关 低水位开关 高水位开关 SB1 SQ1 SB2 SQ2 SQ3 KM1 KM2 KM3 KM4 KM5 KM6 KM7 KM8 HL4 com 24V FX2N- 48MR 南京化工职业技术学院毕业设计（论文） 18 4.5 梯形图 南京化工职业技术学院毕业设计（论文） 19 南京化工职业技术学院毕业设计（论文） 20 南京化工职业技术学院毕业设计（论文） 21 南京化工职业技术学院毕业设计（论文） 22 4.6 梯形图控制说明 投币一次，X000 闭合一次，C0，C1，C2 将分别计数。 南京化工职业技术学院毕业设计（论文） 23 在洗衣机工作时，或投币满 3 个投币箱开关闭合，无法再进行投币。 投币个数为一个，或二个时，合上盖子后等待时间 15 秒。 15 秒后确定工作方式，也可投币后手动确定。当投币个数是三的时，直接选择工作 方式。 南京化工职业技术学院毕业设计（论文） 24 一元单脱，或洗完排水后脱水，MO 带电，电动机高速正转 90 秒。进水完成后洗衣， 电动机正转 5 秒。 正转完成后，开始反正 5 秒。 反正 5 秒后计为一次，快洗 60 次，标洗 100 次。 第二次，或第三次进水完成计数。 投币数超过 2 个，或排水后开始进水，低水位开关 X003 断开。到达高水位开关时， X004 断开，进水停止。当漂洗 2 次后，排水完成后无法进水。 南京化工职业技术学院毕业设计（论文） 25 洗衣或漂洗完成后进行排水。排水时无法进水，进水时无法排水。C5，C6 防止漂洗 前进水后直接开始脱水。 脱水后报警，10 秒后结束，打开盖子报警也结束。 投币计数时不会相互冲突。 T3 使电动机能正转，反转循环；C5 使电动机第二次正反转循环进行第一次漂洗； C6 使电动机第三次正反转循环进行第二次漂洗。 报警结束后，或报警时打开盖子，全部复位。 南京化工职业技术学院毕业设计（论文） 26 第五章 系统调试 5.1 硬件调试 硬件调试是利用开发系统、基本测试仪器等，对用户系统硬件中存在的故障。硬件 调试可分为静态调试与动态调试两步进行。 5.1.1 静态调试 静态调试是在用户系统未工作时的一种硬件检测。 第一步：目测。检查外部的各种元件或者是电路是否有断点。 第二步：用万用表测试。先用万用表复核目测中有疑问的连接点，再检测各种电源 线与地线之间是否有短路现象。 第三步：加电检测。给 plc 加电，检测所有的端口和外部器件的电源端是否符合要 求的值 第四步：是联机检查。因为只有用可编程控制器开发系统才能完成对用户系统的调 试。 5.1.2 动态调试 动态调试是在用户系统工作的情况下发现和排除用户系统硬件中存在的器件内部 故障、器件连接逻辑错误等的一种硬件检查。动态调试的一般方法是由近及远、由分到 合。 由分到合是指首先按逻辑功能将用户系统硬件电路分为若干块，当调试电路时，与 该元件无关的 器件全部从用户系统中去掉，这样可以将故障范围限定在某个局部的电 路上。当各块电路无故障后，将各电路逐块加入系统中，在对各块电路功能及各电路间 可能存在的相互联系进行调试。由分到合的调试既告完成。 由近及远是将信号流经的各器件按照距离可编程控制器的逻辑距离进行由近及远 的分层，然后分层调试。调试时，仍采用去掉无关元件的方法，逐层调试下去，就会定 位故障元件了。 南京化工职业技术学院毕业设计（论文） 27 5.2 软件调试 软件调试是通过对拥护程序的汇编、连接、执行来发现程序中存在的语法错误与逻 辑错误并加以排除纠正的过程。程序后，编辑，查看程序是否有逻辑的错误。如果出现 故障，应返回编程环境，检查梯形图的错误并修改程序再进行调试，如此反复直到调试 成功。 5.3 对本系统的调试 由于条件有限，本系统程序仅仅利用了三菱PLC仿真软件GX-Simulator6-C进行了仿真调 试，在调试中遇到了好多问题，如： （1）脱水时打开盖子再次合上后无法继续工作，是因为没有选择具有时间积累作用的计时器； （2）在开始漂洗时，排水也开始，是因为当C3复位前的瞬间排水线路也通并自锁等。 在遇到问题后认真思考，不断调试修改，直至正确。 南京化工职业技术学院毕业设计（论文） 28 结论 通过一段时间的努力，终于完成了 PLC 对投币式全自动洗衣机的设计。在这个过程 中，使我学到了很多知识，积累了许多宝贵的经验，锻炼了自己的独立思考能力和实践 动手能力。进一步加深了解了 PLC 在实践当中的应用。熟悉了 PLC 硬件的工作原理，完 成了整个系统的模拟调试，通过对系统的不断修改和调试，基本上达到了预期的设计要 求。对三菱 PLC 的特点有了进一步的了解。 同时也对全自动洗衣机的控制系统有了深入的理解。 全自动洗衣机控制系统利用了 PLC 的特点，对按钮、电磁阀、开关等其他一些输入输出点设备进行控制，实现了洗衣 机洗衣过程的自动化。由于每遍的洗涤,排水,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,数量及油污的程度来编程。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 表其实用性。 南京化工职业技术学院毕业设计（论文） 29 参考文献 1 魏志精.可编程控制器应用基础电子工业出版社,2010. 2 张凤珊.电气控制及可编程序控制器.中国轻工业出版社,2009. 3 潘月琴.全自动洗衣机的维修北京科学技术出版社,2011. 4 廖常初.PLC基础及应用北京机械工业出版社,2010. 5 李国厚.PLC原理及应用设计.化学工业出版社,2011. 6 潘海燕.波轮式全自动洗衣机的单片控制.电子世界，2012. 7 王玉梅.全自动洗衣机的模糊控制系统.