毕业设计（论文）-基于PLC的全自动洗衣机控制系统的设计.doc

中北大学2015届毕业设计说明书毕业设计说明书基于PLC全自动洗衣机控制系统的设计学生姓名： 学号： 学 院： 计算机与控制工程学院 专 业： 电气工程及其自动化 指导教师： 2015 年 06 月基于PLC全自动洗衣机控制系统的设计摘要随着社会经济的发展和科学技术水平的提高，洗衣机越趋平民化，早已走进家家户户。近些年来，电器的自动化是一种趋势使然，而作为几大常用电气之一的洗衣机在全自动道路上逐步成熟完善。市场上全自动洗衣机品牌和款式繁多，功能都大同小异，价格和性能是消费者的重要参考指标。本文主要介绍围绕三菱FX1N系列的PLC基础上设计的全自动洗衣机系统，综合了软件和硬件，更直观展示了该设计的可实行性。此次设计是围绕PLC来设计全自动洗衣机的控制系统，用PLC做控制不仅寿命长、可靠性高、自动化程度高、运行速度快，而且书写程序方便，在设计上也有很高的灵活性。外接电路也清晰明朗，测试简单，方便维护。该设计利用三菱FX1N系列的40MT-001PLC的特点，通过I/O接口，对外接电路中的电气元件实现精细控制。再利用PLC内置的计数器、定时器和各类中间继电器，实现对电路的完美掌控。在三菱编程软件GX-WORKS2上多次调试和仿真后，确保程序的准确性，并设计了与其I/O接口对应的电路模拟盘，形象生动地展现该系统，实现了全自动洗衣机的预约、洗涤、脱水、暂停、童锁等实用功能。关键词：PLC；自动控制；定时；软件Design of the control system of the automatic washing machine based on PLCAbstractWith the development of social economy and the improvement of science and technology, washing machine more civilians, had walked into each and every family. In recent years, the automation of electrical appliances is a trend, and as one of the major electric washing machine in automatic road gradually mature and perfect. The market fully automatic washing machine brand and styles and different, the functions are similar, the price and performance is consumer is one of the important indexes. This paper mainly introduces the whole automatic washing machine system designed around the FX1N of MITSUBISHI PLC series, and it integrates software and hardware, and shows the implementation of the design.Around the PLC to build the system design of the automatic washing machine, not only has the advantages of long service life, high reliability, high degree of automation, speed fast, and the written procedures to facilitate, in the design also has very high flexibility. The external circuit is also clear and clear, the test is simple, convenient maintenance. The design of the SANLING FX PLC due to the characteristics of the N series, through the I/O interface, the electrical components of the external circuit to achieve fine control. PLC use of the built-in counters, timers and all kinds of intermediate relays, the perfect control of the circuit. In Mitsubishi programming software GX-WORKS2 repeatedly debugging and simulation and procedures to ensure the accuracy, and the design of the simulation of the corresponding I / O interface external circuit, image vividly show the system, realize the full automatic washing machines appointment, washing, dewatering, pause, child lock and practical function.Keyword: PLC; automatic control; timing; software2目 录1 绪论11.1 课题的研究背景11.2 洗衣机发展概况和现状21.3 课题研究的目的与意义21.4 本课题研究的主要内容32 概述42.1 PLC的控制特点42.2 控制系统框图42.3 控制系统对应设备及功能52.4控制系统原理53 外接电路的设计73.1 PLC的选择73.1.1 I/O点数统计73.1.2 I/O储存器容量的估算83.1.3 CPU功能与结构的选择83.2 PLC硬件系统器材计算和选择93.3 PLC硬件系统接线图之操作页面103.4 PLC硬件系统接线图之模拟页面103.5 PLC硬件系统接线图之电机与进、排水电磁阀113.6 PLC硬件系统接线图之汇总图124 软件的设计144.1 I/O分配表144.1.1 输入地址分配表144.1.2 内部元件地址分配表154.2 系统流程图184.2.1 全步骤运行流程图184.2.2 漂洗运行流程图214.2.3 脱水运行流程图225 系统仿真和程序运行分析235.1系统仿真235.1.1 仿真软件简介235.1.2 仿真操作简介245.2程序运行分析245.2.1 控制板程序分析245.2.2 暂停功能程序分析265.2.3 童锁功能程序分析276 模拟硬件连接297 总结与展望307.1总结307.2全自动洗衣机的展望31附录32参考文献38致谢39II1 绪论1.1 课题的研究背景本次设计基于PLC全自动洗衣机系统的控制，是根据目前市面上的全自动洗衣机控制系统为基础，利用三菱PLC展开设计。PLC具有编写程序简单、故障维护便捷、安装设计灵活、可靠性高、能在很多较为苛刻的环境下正常工作，是目前工业控制较为青眯的产品。使用中，对应的外接电路也相对简单，并且调试容易，无需大量的人工接线、安装，更可以提高控制系统设计的灵活性及控制系统的可靠性。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 洗衣机发展概况和现状从古到今，洗衣服都是一项难于逃避的家务劳动，在洗衣机出现以前，这项劳动并不像田园诗描绘的那样充满乐趣、手搓、脚踩、棒击、冲刷、摔打。这些不断重复的简单的体力劳动，留给人的感受常常是辛苦劳累。我国工业现代化发展较晚，洗衣机制造业也相对发展较晚，我国的洗衣机企业在1978年正式生产了家用的洗衣机。世界上第一台洗衣机最早出现在西方国家，时间是18世纪80年代，根据机械原理，手动操作机械设备进行洗衣动作，模仿人手洗衣的过程。1955年日本研制出新一代流行至今的波轮式洗衣机，这对洗衣机行业来说，是一个质的飞跃。随着我国洗衣机企业研发能力的不断增强，开发设计人员队伍不断壮大，如今，我国已经成为了生产洗衣机的大国，年产量约占世界的四分之一，是世界第一位。洗衣机的结构由洗衣桶、箱体、箱盖、电动机、传动部件、定时器及控制面板等组成。衣服在洗衣桶里，依靠装在洗衣桶底部的波轮正、反旋转，带动衣服上、下、左、右不停地反转，使衣物之间、衣物和桶壁之间，在水中进行柔地摩擦，在洗涤剂的作用下实现去污清洗。洗衣机洗衣的工作流程共六个步骤，分别是开始、进水、洗衣、漂洗、排水和脱水。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。全自动洗衣机其特点是能自动完成洗涤，漂洗和脱水的转换，整个过程不需要人工操作。这类洗衣机均采用套筒式结构，其进水，排水都采用电磁阀，由电气可编程控制器按人们预先设计好的程序不断发出指令，通过驱动PLC内部的输出线圈来执行各器件动作。全自动洗衣机从结构上分有波轮式、搅拌式、滚筒式。目前,国内市场上销售的大都是波轮式和滚筒式，供应最多的是波轮式洗衣机。波轮式洗衣机的特点是洗净率高,但对衣服的磨损很大,随着人们生活水平不断地提高，丝绸,毛料,羊毛等大量走进普通家庭,厂商又适时地推出了滚筒洗衣机,它最大的优点是磨损率小,但洗净率比波轮式低,价格高。洗衣机产品可以分三类：普通型、半自动型和全自动型。普通型和半自动型洗衣机，都需要人为参与操作，才能完成洗衣、甩干、排水全过程；而全自动洗衣机在整个洗涤、甩干、排水过程中，无需人为操作和监控。1.3 课题研究的目的与意义本次毕设主要中侧重于全自动洗衣机基于PLC的系统的设计，要求洗衣机的众多功能能在模拟电路沙盘上表现出来。实现进水、排水、洗涤、漂洗、脱水、报警等基础功能，在这基础上在增加对洗涤过程的多种模式，同时加入一些暂停、童锁等较为实用的功能。所采用的控制方法操作简单、稳定可靠、维护与维修方便。控制方法确定后投入生产要缩短控制系统的设计的时间、调试周期，且要降低成本。传统的洗衣机是采用继电器控制，该控制的的优点是成本低、元器件结构简单、抗干扰能力强。但同时也存在着一些无法克服的问题，全自动洗衣机属于家用日电器，长期的工作使得一些继电器不可避免地磨损，容易损坏，后期维护检测起来困难，间接地增加了后续服务费用，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。且继电器工作时，由于常闭和常开触点的不停切换，会发生一些噪音，而且也会产生大量的热，同时损耗了大量的电能。且继电器存在高故障率，一旦出错，还需要花大量的人力和时间去调试和整改。正好我们手上有一个三菱FX1N系列的PLC，所以我们采用PLC来设计全自动洗衣机的控制系统。围绕PLC作为系统设计基础，有以下优点： （1） PLC至今已有了40多年的发展和实践，其功能和性能已经有了很大的提高。已经形成了适用于各种大、中、小规模的系统设计之用的系列产品。（2） 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。PLC由于采用现代大规模集成电路技术，采用严格的生产工艺制造，内部电路采取了先进的抗干扰技术，具有很高的可靠性【1】。 （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，PLC用存储逻辑代替接线逻辑，大大减少了控制设备外部的接线，使控制系统设计及建造的周期大为缩短，同时维护也变得容易起来。更重要的是使同一设备经过改变程序改变生产过程成为可能。这很适合多品种、小批量的生产场合【2】。（5） 体积小，重量轻，能耗低，由于体积小很容易装入机械内部，是实现机电一体化的理想控制设备【3】。1.4 本课题研究的主要内容本设计需研制出功能完善、可靠性高、便于演示的全自动洗衣机控制系统软件和硬件的结合，该系统采用PLC控制，实现对进、排水电磁阀、小电机、蜂鸣器的控制。实现洗涤、漂洗、脱水过程以及标准、快速、羊毛三种模式。主要还包括通过对两组五脚继电器的控制，从而实现小电机的正反转，再配合相应的电磁阀工作实现各项洗衣过程。具体的研究包括：（1） 深入了解洗衣机的发展以及各项基础功能细节，熟练掌握三菱PLC对应的编程软件GX-WORKERS2。（2） 设计外接电路，对相应的元器件进行确定和购置。在程序设计方面，掌握三菱软件的编程技巧。（3） 对编写好的编译程序进行模拟仿真和调试。（4） 结合软件和硬件，调试和修改。 2 概 述2.1 PLC的控制特点PLC系统的特点： 1）可靠性高，PLC作为一种通用的工业控制器，它必须能够在各种不同的工作环境中正常工作。对工作的环境要求较低，抗外部干扰能力强，平均无故障时间长。 2）使用方便灵活，PLC采用了基本单元扩展或者是模块化的结构形式，因此，输入/输出信号的数量，形式，驱动能力等都可以根据实际控制要求进行选择与确定，而且在需要时可以随时更换，近年来，PLC的特殊模块增多这些可以满足不同的控制要求，使PLC的使用更加灵活与多变【4】。 3）编程简单，PLC的优越性主要体现在它采用了独特的，多种面向广大工程设计人员的编程语言，如指令表，梯形图，逻辑功能图，顺序功能图等，程序简洁，明了适合各类技术人员的传统习惯，即使是没有计算机知识的人员也很统一掌握，特别是梯形图与逻辑功能图，形象直观，动态监测效果逼真，且与计算机控制容易【5】。 典型的PLC控制系统的硬件组成框图如图1所示：电源输出接口输入接口 CPU 存储器通讯接口PLC内部设备图2-1 PLC控制系统的硬件组成框图2.2 控制系统框图 此次设计根据家用全自动洗衣机的工作过程, 洗衣机的工作流程由洗涤、漂洗、脱水三个环节组成。在半自动洗衣机中，这三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FX1N系列PLC的特点,对按钮,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【6】。 三菱FX1N指示灯报警装置 洗涤电机进排水电磁阀图2-2 控制系统框图2.3 控制系统对应设备及功能表2-3对应输入/输出设备 根据控制过程中的进水、排水、洗涤、漂洗、脱水、报警等控制要求，对控制所需的外部设备初步设计如表：对应的输入设备对应的输出设备电源按扭指示灯启动/暂停按扭进水电磁阀水位选择开关排水电磁阀预约时间选择电机正转继电器洗涤过程选择电机反转继电器模式选择水位传感器盖板感应器2.4控制系统原理全自动洗衣机的进水、排水、洗涤、漂洗、脱水都是通过水位传感器、进水电磁阀、排水电磁阀以及电机配合进行控制，从而实现洗衣机全过程的自动控制。水位传感器起到水位监督的作用，当到达相应水位时，会给PLC一个相应的脉冲。进水电磁阀通过进水起到对水桶通断水的作用。进水时，进水电磁阀打开，将水注入水桶中；排水时，排水电磁阀打开，将水排出洗衣桶。，洗涤时，电动机启动，通过正反转对衣服进行洗涤。漂洗时，电机和进、排水电磁阀配合工作，实现边进水边排水、同时电机正反转实现对衣物的漂洗。脱水时，进水电磁阀关闭，排水电磁阀打开，同时电机只单方向的告诉转动，实现对衣物的脱水。 3 硬件系统的设计3.1 PLC的选择3.1.1 I/O点数统计I/O接口是PLC与用户外部设备连接的接口。输入部分接收各种控制信号，如按钮开关、行程开关、位置开关、波段开关、接近开关、光电开关和拔码开关等元件的开关量信号。输出部分通常有开关量（继电器接点）输出、脉冲输出和模拟量输出三种输出单元。I/O点数是选用PLC时一项非常重要的参考指标。正确合理地选择I/O点数既可满足对设计系统控制时的要求，又可节省成本。由于此次设计中，只能提供三菱FX1N系列的PLC,故围绕该PLC展开设计。三菱FX1N系列PLC有24个输入，16个输出，初期设计的输出口需求稍大于16，只能通过筛减和合并来满足设计需求，由于无过多输出口作为备用，也是此次设计的一个缺陷。本次设计共用到11个数字输入点16个数字输出点，具体的输入输出见表3-1。表3-1 I/O点数统计表输入点输出点电源按扭电源指示灯启动/暂停按扭水位指示灯（少、中）水位选择开关水位指示灯（低、高）模式选择开关预约指示灯（1、3小时）过程选择开关预约指示灯（2、4小时）预约选择开关过程指示灯（洗涤）高水位模拟开关过程指示灯（漂洗）中水位模拟开关过程指示灯（脱水）低水位模拟开关模式指示灯（标准）少水位模拟开关模式指示灯（快速）盖板模拟开关模式指示灯(羊毛）进水指示灯出水指示灯正转继电器反转继电器蜂鸣器 3.1.2 I/O储存器容量的估算三菱PLC编写好的程序一般存在EPROM中，设备开始运行时，PLC的CPU从EPROM中读取PLC的程序，将其放在RAM里运行。一般微型和小型的PLC的内部存储容量是固定的，大小介于12KB。很多因素影响程序在RAM的存储空间，如输入/输出点数、运算处理量、内部中间继电器数量、内部定时器数量、内部计数器数量、程序结构等。在程序撰写完成之前只能根据相关参考因素对程序进行简单地估计。根据三菱PLC的FX1N系列的说明书所示，每个输入/输出点及相关元器件和中间软元器件占用的内存量大致如下：输入端元器件：525B/点输出端元器件：1020B/点计数器：2B/个定时器：2B/个模拟量：100150B/个该程序中有11个数字输入点16个数字输出点，需内存11x10+16x10=270B，有定时器24个，计数器22个，需内存（24+22）x2=92B，考虑到留25%的存储空间备用，所以估算得需要内存大约为560B。3.1.3 CPU功能与结构的选择随着科技的日新月异，PLC的功能也日趋完善，此次设计需要的PLC要具备开关逻辑运算、数据处理、定时、计数、比较等的基础功能。所需要的PLC控制功能简单，小型的PLC便可满足其要求。此次设备需要11个输入和16 个输出，以及需要个24V的输出电源作为外接电路沙盘模拟之用。然三菱FX1N系列的PLC内置8K步的EEPROM（无需电源），内置时钟功能，可进行时间控制。内置2个用于调整定时器时间的模拟电位器。（模拟电位器的值放入D8030、D8031）。内置24V、400mA直流电源用于外接设备，如传感器等元件。综上所述此次设计选用三菱FX1N系列的40MT-001的PLC。3.2 PLC硬件器材计算和选择由于本设计要做PLC的外部接线模拟实物，所以需要购置一些材料来。除了指导老师提供的三菱FX1N系列的PLC一台以外，其他材料详细清单如下：2个12cmX18cm的PCB板（一个备用）、7个带锁按键开关（2个备用）、8个复位按键开关（2个备用）、2个小电机（1个备用）、5个五脚继电器（1个备用）、2个蜂鸣器（1个备用）、2对COM口、2对排线、若干保险丝管、若干保险丝支架、若干导线、若干LED发光二极管。在外接电路中，LED发光二极管的工作电流在10mA就已经足都亮，所以控制各色发光二极管的导通的电流都是10mA。三种发光二极管的压降都不相同，具体压降参考如列，由于此次制作的模拟电路盘主要使用的电路是三菱FX1N输出端上的24V输出，所以与其配套的分压电阻如下：红色发光二极管的压降为2.0-2.2V，分压电阻为（24-2）V/0.01A=2200欧黄色发光二极管的压降为1.8-2.0V，分压电阻为（24-2）V/0.01A=2200欧绿色发光二极管的压降为3.0-3.2V，分压电阻为（24-3）V/0.01A=2100欧所以本次模拟电路沙盘上选用的无脚继电器的驱动电压也是24V。为了保护PLC以及上面的元器件，给每个输出回路都配置一个保险丝，额定电流为0.5A，已是保险丝管的最小额度。试验中购买的小电机是四驱玩具车的小电机，店家未供应详细地参数，只能估摸着其工作电压的1-5V，所以很难给其配电阻分压。之前有设计一个降压电路，但是稳压管损坏，只好另寻他法配置供小电机工作的电源。小电机的电源只是从两组继电器的顶端获得，所以外接了一个一节电池就可满足该设计的要求。蜂鸣器的额定电压是1-30V，无进一步详细参数，确保对于PLC的保护，所以给其串联了一个0.5A的保险丝。此次试验共11个输入端，加一个COM口，所以输入端选择的排线是12线；有16个输出，加一个24V输出和9个COM口输出，所以输出端选择的排线是26线。3.3 PLC外部实物接线图之操作页面本实物是根据市面上较为广泛的洗衣机操作页面设计，本页面通俗易读，很具有参考性。由于本PLC的输出口有限，只有16个，所以为了不影响整个设计系统的完整性，只能筛减或者合并一些指示灯来实现对输出口的控制。如原本设计4个模式（标准、快速、羊毛、夜间），由于不能模式，只是电机的正反转以及暂停时间不同，所以去掉了夜间功能；原本设计4个过程（浸泡、洗涤、漂洗、脱水），所谓“浸泡”，如其字面意思所示，将衣服浸在有洗衣粉的水中泡，能充分溶解衣物中的污渍，再搅拌的时候污渍更容易脱离衣物，是一个实用且不可或缺的功能。在PLC程序中要实现这个功能很简单，只要加一个定时器便可，但要为其配置一个“漂洗”的输出指示灯，很浪费输出口，且之前的预约功能能起到相同的作用，故去掉了“浸泡”。再是“预约”和“水位”这两个模块上，因为这两个模块的指示灯都是逐一亮，在一个模板上不会同时亮两个灯，故合并了“1h”和“3h”、“2h”和“4h”以及“高水位”和“低水位”、“中水位”和“少水位”，通过错开亮来表示不同的状态，一灯表二态，其筛减后的操作板如下所示，其中各按键开关都是复位开关。电源指示灯高低中少1h2h3h3h1h3h2h4h3h洗涤漂洗脱水标准快速羊毛启动/暂停电源模式过程预约水位 图3-3 洗衣机操作页面图3.4 PLC外部实物接线图之模拟信号由于试验中的一些水位感应需要一些相应的传感器，即便我们能设计好传感器，也很难做到恰到好处的水位示范仿真，所以综合考虑后，决定在输出端加四个带锁的按键开关，给PLC提供一个模拟信号，表示已经达到对应的状态，PLC里的程序也可以RUN下一步的程序。其中四个带锁开关分别表示高水位传感器、中水位传感器、低水位传感器、少水位传感器。全自动洗衣机中还有一个元件-盖板，亦很难做出实物，故也选用了一个带自锁的按键开关对应盖板的状态，若开则表示盖板合上、若闭则表示盖板掀起。盖板少水位传感器低水位传感器中水位传感器高水位传感器 图3-4 洗衣机传感器页面图3.5 PLC外部实物接线图之电机与进、排水电磁阀本设计的全自动洗衣机控制系统中，还设计到进、排水电磁阀部分。由于本设计的侧重是程序的设计，外接电路只是起到仿真和观察作用，所以用两个LED发光二极管替代进、排水电磁阀。两个LED发光二极管分别接三菱PLC的两个输出口，以其亮来表示电磁阀的工作状态。如下图所示，为本外接电路中较为困难的一部分，用来实现电机的正转和反转以及暂停。其中涉及4个五脚继电器，两个一组并联到PLC的输出端。由于选择的小电机是玩具车上的小马发，其额定电压不得超过5V，但三菱PLC上能提供的是24V直接电源，不易配得需求的5V电源，故选用3节小电池为小电机供能。利用4个五脚继电器，组成一个桥式连接，五脚继电器的常闭端不接任何东西，常开端按上述接图法连接小电机，实现小电机的正反转以及暂停。+_5V+第一组第二组M 图3-5 五脚继电器控制电机正反转示意图3.6 PLC外部接线图 根据上述全自动洗衣机的控制要求，对程序系统控制的I/O点数进行了统计和PLC型号进行了选择，现根据以上的统计和选择对控制系统PLC的外部接线设计如下图3。由于现有器材中只有三菱FX1N系列的PLC，故选择其做设计用的PLC。外接电路有11个输入，16个输出，大致如下图所示。其中 表示相应的指示灯， 表示外接电路中的五脚继电器，用来控制电机的正反转。电源 COM0X000 Y000 COM1 X001 Y001 COM2X002 Y002 COM3X003 Y003 COM3X004 Y004X005 Y005X006 Y006X007 Y007 COM4X010 Y010X011 Y011X012 Y012 COM Y013 COM5 Y014 Y015 Y016 Y017 COM +24V 启动电源指示灯水位少、中水位指示灯过程预约预约1、3h指示灯低、高水位指示灯模式预约2、4h指示灯三 菱FX1N系列PLC少水脱水指示灯低水漂洗指示灯高水中水标准模式指示灯洗涤指示灯盖板快速模式指示灯羊毛模式指示灯进水指示灯电机正转排水指示灯电机反转蜂鸣器 图3 -2 PLC外部接线图4 软件的设计4.1 I/O分配表4.1.1 输入地址分配表 此次设计主要是模拟市面上的洗衣机操作系统，所以尽可能做到和其一样的操作页面，加了电源按钮、启动暂停按钮、水位选择按钮、预约时间选择按钮、过程选择按钮、模式选择按钮。但由于真实洗衣机中会有水位传感器，模拟沙盘电路中无法做水位传感器，所以设置了四个开关模拟脉冲。同时盖板也用模拟开关脉冲表示。具体输入地址分配见表4-1。 表4-1输入地址分配表输入地址对应的外部设备X0电源按钮X1启动/暂停按钮X2水位选择开关X3预约时间选择开关X4过程选择开关X5模式选择开关X6少水位感应器X7低水位传感器X10中水位传感器X11高水位传感器X12盖板 4.1.2 输出地址分配表三菱FX1N系类的PLC共有16个输出口，见表4-2。表4-2输出地址分配表输出地址对应的输出设备Y000电源指示灯Y001水位指示灯（少、中）Y002水位指示灯（低、高）Y003预约时间指示灯（1、3小时）Y004预约时间指示灯（2、4小时）Y005过程指示灯（脱水）Y006过程指示灯（漂洗）Y007过程指示灯（洗涤）Y010模式指示灯（标准）续表4-2 输出地址分配表Y011模式指示灯（快速）Y012模式指示灯（羊毛）Y013进水指示灯Y014出水指示灯Y015电机正转Y016电机反转Y017蜂鸣器4.1.3 内部元件地址分配表 全自动洗衣机控制系统设计时，需要用到三菱PLC内部的计数器、定时器以及中在程序中起到的作用归纳间继电器对其进行过程控制，现对程序设计过程中要用到的内部位元件地址分配以及如表4-3、4-4、4-5所示。表4-3内部计数器地址分配表计数器对应的作用C0少水位选择C1低水位选择C2中水位选择C3高水位选择C4水位计数器复位C5预约时间1小时选择C6预约时间2小时选择C7预约时间3小时选择C8预约时间4小时选择C9预约时间选择复位C10过程洗涤选择C11过程漂洗选择C12过程脱水选择C13过程选择复位C14模式标准选择C15模式快速选择C16模式羊毛选择C17模式选择复位C18标准模式洗涤循环C19快速模式洗涤循环C20羊毛模式洗涤循环C21漂洗模式循环C40蜂鸣器报警时间循环表4-4内部定时器地址分配表定时器对应的作用T0预约时间1小时T1预约时间2小时T2预约时间3小时T3预约时间4小时T4标准模式下洗涤电机正转T5标准模式下洗涤电机暂停T6标准模式下洗涤电机反转T7标准模式下洗涤电机暂停T8快速模式下洗涤电机正转T9快速模式下洗涤电机暂停T10快速模式下洗涤电机反转T11快速模式下洗涤电机暂停T12羊毛模式下洗涤电机正转T13羊毛模式下洗涤电机暂停T14羊毛模式下洗涤电机反转T15羊毛模式下洗涤电机暂停T16洗涤过程结束后排水时间T17漂洗过程中电机正转T18漂洗过程中电机暂停T19漂洗过程中电机反转T20漂洗过程中电机暂停T25蜂鸣器报警时间T23暂停按钮启作用时间T35组合按钮铜锁功能启动时间表4-5内部中间继电器地址分配表中间继电器对应作用M0电源复位M1水位选择复位触发M2预约时间选择复位触发M3启动转换中间继电器M4过程选择复位触发M5模式选择复位触发M6水位传感器动作后启动M7标准模式洗涤电机正转转换M8标准模式洗涤电机反转转换M9快速模式洗涤电机正转转换M10快速模式洗涤电机反转转换M11羊毛模式洗涤电机正转转换续表4-5内部中间继电器地址分配表M12羊毛模式洗涤电机反转转换M13漂洗过程电机正转转换M14漂洗过程电机反转转换M15脱水过程电机正转转换/排水中间继电器M16进水转换中间继电器M17进水转换中间继电器M18排水转换中间继电器M35暂停作用中间继电器M36铜锁功能中间继电器M50开始运行洗涤M51开始运行漂洗M52开始运行脱水M8013洗涤/漂洗/脱水运行时提供闪烁脉冲4.2 系统流程图4.2.1全步骤运行流程图全自动洗衣机全步骤（洗涤、漂洗、脱水）运行时即洗衣机按照程序设定依次完成洗衣过程，从水位选择、预约时间选择（也可跳过此步骤，即无需预约，当按启动按钮时，直接进入进水环节，当水位到达预设位置，系统开始进入洗涤环节）、过程选择（脱水、漂洗、洗涤）、模式选择，按下启动按扭，开始进水直到预设的水位时停止进水，当预约时间到达时，洗涤指示灯闪烁，开始按选择的模式进行洗涤，洗涤过程中电机相应不同的模式，正反转和停止的时间不同，重复若干次电机转动后，开始排水，排水10秒，之后开始进入漂洗环节，洗涤指示灯停止闪烁，漂洗指示灯开始闪烁，漂洗开始时，电机正转3s，停3s，然后反转3s，停3s，同时进水、排水电磁阀均打开，直至漂洗循环结束，然后电机停止，进水电磁阀也停止工作，过2s进入脱水环节，漂洗指示灯停止闪烁，脱水指示灯开始闪烁。当脱水换机开始，电机单方向转动（即正转40s），当中排水电磁阀一直工作。当脱水完成后，蜂鸣器响10s提醒运行完成，之后电源自动断开。工作流程图如下图（图5）所示。电源设定水位洗涤开始设定预约时间循环完选择洗涤设定过程漂洗开始设定模式循环完启动脱水开始进水循环完水位到蜂鸣器响停止进水10S后预约到电源断开图4-6 洗涤、漂洗、脱水工作流程图当过程中选择洗涤时，有三种不同的模式选择，对应不同的洗涤方式，即（标准、快速、羊毛）。不同的模式，电机运行状态不同，因涉及到变频器，只能用外接电路控制电机的运行速度以及圈数，PLC无法实现控制，所以只能通过对电机正反转不同的时间来模拟不同模式下电机的运行状态。 图4-7 模式选择梯形图如上图梯形图所示，当电源启动时，通过按复位开关X006来选择模式。当按一下X6时，C14C17均得到一次脉冲，只有K值设为1的C14得电，235条的梯形图中常开C14也闭合，Y010开始得电（即标准）。当再按一下X006时，C14C17均再得到一次脉冲，C15C17的K值下记均变为2，C15得电，235条梯形图中的常闭C15断开，Y010(即标准)断开，同时239条梯形图中的常开C15闭合，Y011(即快速)开始得电。同理，在按一下，Y011断开，Y012(即羊毛）得电。当再按一下X006时，C17闭合，即ZRST C14 C17得电，即重置了计数器C14C17，脉冲累计清零，可以新一轮模式选择。标准模式选择X006快速 羊毛图4-8 模式选择示意图 漂洗不同的模式下，电机正反转时间如下表4-9。表4-9 电机不同模式转动对应表电机转动标准快速羊毛正转时间4s2s2s暂停时间2s2s3s反转时间4s2s2s暂停时间2s2s3s4.2.2漂洗运行流程图全自动洗衣机漂洗运行（即漂洗+脱水）时按照程序设定，一次完成流程。按下电源开关，过程选择漂洗，此时无需选择水位、预约时间和模式。当按下启动按钮时，开始漂洗过程，漂洗时进水和出水电磁阀同时工作，电机也开始相应地转动，启动漂洗掉洗衣粉以及污渍残留物的作用。当洗涤过程结束时，进入脱水环节，之后与如上述的全过程洗涤相似。漂洗过程电机反转排水电磁阀进水电磁阀电机正转 图4-10 漂洗过程动作输出循环完电源按钮选择漂洗选择过程蜂鸣器响启动10S后漂洗开始电源断开循环完脱水开始图4-11 漂洗运行流程图4.2.3 脱水运行流程图 在生活中，对一些的特殊的衣物，很多家庭会选择手洗，然后用洗衣机进行脱水甩干。考虑到上述家庭，此系统也设计了脱水功能可以单独拿出来使用。接上电源，按一下电源按钮，跳过水位选择、预约时间选择、模式选择，直接在过程中选择脱水。按下启动按钮X001，电机开始告诉正转，同时排水电磁阀打开，工作40S后，脱水过程结束，蜂鸣器开始响起。20S后电源自动断开。循环完电源按钮选择脱水选择过程蜂鸣器响启动10S后脱水开始电源断开图4-12 脱水工作流程图在本次设计中，对于脱水功能在细节上做了一些设计，即脱水时，如果盖板未盖上，脱水便不能进行，在脱水进行中，如果打开盖板的话，电机也会停止旋转，同时蜂鸣器也会想起其到提醒作用，如果盖上盖板的话，系统会继续运行。该设计防止由于使用者的疏忽而忘记盖上盖板，在脱水时电机是高速旋转，难免会有水渍或者洗涤物飞溅出，安全起见而设置该小功能，具体梯形图设计见附录梯形图总表。5 系统仿真和程序运行分析5.1系统仿真5.1.1仿真软件简介 GX-WORKS2软件简介： (1) GX WORKS2是三菱电机推出的三菱综合PLC编程软件，集合了PLC的设计、仿真、调试、维护于一体，是一款非常人性化且优秀的编程软件，虽对日本不多好感，但熟悉了三菱PLC以及相关的两款软件（GX-WORKS2、GX-DEVELOPER）之后，再综合之前略有涉猎的西门子PLC编程和施耐德PLC编程，不得不感慨开发这系列产品的日本人的了不起。GX-WORKS2与传统的GX DEVELOPER 软件相比，在程序书写上基本无变化，但提高了功能及操作性能，且无需再下载第三方仿真软件，便可在此软件上直接仿真模拟，变得更加容易使用。(2)编写好全自动洗衣机控制系统的程序之后，便可在该软件上进行调试和仿真，只有经过不断调试和修改之后，才能得到完美的程序。部分仿真结果如下图所示。图5-1 执行GX-WORKS2模拟仿真后窗口图 5.1.2仿真操作简介（1） 打开GX-WORKS2，在上列表菜单中“工程”下选择“新建工程”，选择工程类型为“简单工程”，PLC系列为“FXCPU”,PLC类型为“FX1N/FX1NC”,程序语言为“梯形图”，然后在该操作框中书写梯形图，完成梯形图输入后，按F4惊醒模块转换，所有模块转换之后才可模拟仿真。 （2）执行如上图中所示的调试，选择其下的“模拟开始/结束”，边可进入模拟模式，期间POWER灯变绿色，RUN灯红色在闪烁，稍等片刻，若程序无错误，变跳转到绿灯，表明可以调试仿真。 （3）仿真后，蓝色的元件表示得电，白色的元件表示不得电。右击所设置的输入口元件，选择“调试-更改当前值”，便会出现一个对话框，可选择“on”或者“off”来更改此元件的当前值来实现模拟仿真的效果。最后经过不断地调试和修改，期间会发现自己编写的程序有很多错误和不足，也会得到一些启发，最终使其程序达到自己预期的效果，个人觉得编程中花费时间最多的便是在调试和修改上。5.2程序运行分析5.2.1控制板程序分析 (1)洗衣机启动、水位选择、预约时间选择、过程选择、模式选择PLC接上电源开始显示RUN之后，按下标有“电源”的按键开关，输入X000接通，Y000得电，外接电路对应的电源灯亮（再按电源按键该电源灯熄灭，整个系统也停止，如此循环，实现单个复位开关控制系统电源）。同时，如第11条指令所示，LDF X000是上升沿常闭，每次按下X000，都会复位整个程序中的所有计数器，当然，当中加了一个常开的中间继电器M37，即表示在童锁状态下，即便误按X000，也不会清楚系统的计数器数值，保证了程序的正常运行。 图5-2 电源启动仿真图电源启动后，可选择水位，按下标有“水位”的按键开关，每按一下，对应的输入X002得到一次信号，对应的LED发光二极管上升一个，按一次表示“少水位”、按两次表示“低水位”。按三次表示“中水位”、按四次表示“高水位”，按五下全部复位。由于该外接电路只设计了2个LED发光二极管来表示4个水位状态，按5下水位开关后又开始循环，周而复始。图5