基于三菱FXN系列PLC的全自动洗衣机控制系统

1、电气工程学院课程设计说明书设计题目： 全自动洗衣机 PLC 控制系统设计 系 别： 电气工程及其自动化年级专业： 11级应电 3 班学 号： 110103030143学生姓名： 刘浩指导教师： 郭忠南 阚志忠 魏艳君 王德玉电气工程学院课程设计任务书课程名称： 电气控制与 PLC 课程设计基层教学单位： 电气工程及自动化系 指导教师： 郭忠南等学号110103030143 学生姓名刘浩(专业)班级 11 应电 3班设计题目全自动洗衣机 PLC控制系统设计设 计 技 术 参 数采用 PLC 构成全自动洗衣机 PLC 电气控制系统。 控制要求查阅相关文献。设 计 要 求1) 根据控制要求，进行电气

2、控制系统硬件电路设计，包括 PLC 硬件配置 电路。2) 根据控制要求，编制 PLC 控制程序3) 按要求编写设计说明书并绘制 A1 幅面图纸一张。参 考 资 料1、 PLC 电气控制技术漆汉宏主编 机械工业出版社 20082、图书馆各类期刊文献相关数据库3、相关电气设计手册周次第一周第二周应完成内容完成全部方案设计： 周一、二：查、阅相关参考资料 周二至周五：方案设计 周六、日：设计方案完善周一、二：完成设计说明书 周三、四：绘制 A1 设计图纸 周五：答辩考核指导教 师签字基层教学单 位主任签字说明： 1 、此表一式三份，系、学生各一份，报送院教务科一份。2、学生那份任务书要求装订到课程设

3、计报告前面。电气工程学院 教务科燕山大学课程设计说明书摘要随着科学技术不断进步和社会飞速发展， 洗衣机将不可避免地成为人民日常生活 中及其重要的家用产品。它的存在是人民生活现代化和快速化同与日剧增的经济压力 之间均衡的必需品。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要求，必须借助自动化技术的发展。自动化技术的飞速发展， 使得洗衣机由最初的半自动化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。本设计基于 PLC电气控制技术对全自动洗衣机进行的功能实现，通过PLC的逻辑部分对主电路的继电器线圈进行控制，实现慢速正反转清洗和高速脱水以

4、及各方面 的功能满足人们的需求。本文重点介绍了基于三菱PLC全自动洗衣机的设计思路和设计程序，设计程序采用步进梯形指令编写，有较强的逻辑性和易读性。此外，最后部 分有关于此次设计的体会与看法。关键词 PLC 自动控制 全自动洗衣机燕山大学课程设计说明书目录摘要 . 1目录 . 2第 1 章 绪论 . 31.1设计背景 . 31.2 PLC 简介 . 31.2.1 PLC 的定义 . 31.2.2 PLC 的特点 . 3第 2 章 全自动洗衣机PLC 控制系统设计 . 42.1全自动洗衣机的工作原理 . 42.2全自动洗衣机的控制要求和工作流程 . 42.2.1全自动洗衣机的控制要求 . 42.

5、2.2全自动洗衣机的工作流程图 . 52.3 全自动洗衣机的硬件设计 . 82.3.1元器件的选择 . 82.3.2电路设计 . 82.4 全自动洗衣机的软件设计 . 112.4.1输入输出接口的分配 . 112.4.2状态转移图 . 112.4.3步进梯形图设计 . 14第 3 章 总结 . 18参考文献 . 19燕山大学课程设计说明书第 1 章 绪论1.1设计背景随着现在人们生活的快节奏，对全自动洗衣机要求越来越高，有些高 级白领和工作狂们就需要一台衣服放入洗衣机，设定参数后就能在一段时 间后洗涤完毕，并且无需照看、添加洗衣粉，洗涤完毕就自动烘干，拿出 来就可即穿的。全自动洗衣机的问世，就

6、是为了能够自动完成洗涤，漂洗 和脱水的转换，整个过程一气呵成，实现傻瓜化操作，除此之外还提供了 手动控制部分，对于只需要脱水、排水的问题也有较好实现。利用 PLC控制技术能够简单有条理的完成此设计， 实现自动洗衣功能， 使洗衣更加智能化。1.2 PLC 简介1.2.1 PLC 的定义可编程控制器（ PLC）是一种数字运算操作的电子系统，专为在工业环境下应用 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 种类型机械的生产过程。可编程控制器及其有关外部设备，都按易于与工业控制系统 连成一个整体

7、，易于扩充其功能的原则设计。它是由三部分组成，即输入部分、逻辑 部分、输出部分。逻辑部分是关键，它提供了各种逻辑部件，同时提供了组合这些逻 辑部间的编程语言。 PLC将各种输入信号采入到 PLC内部，之后根据编程语言所组合 这些逻辑部件来执行的输出1.2.2 PLC 的特点1.可靠性高，抗扰能力强燕山大学课程设计说明书2.通用性强，使用方便3.采用模块化结构，使系统组合灵活方便4.编程语言简单、易学，使系统组合灵活方便5.系统设计周期短6.对生产工艺改变适应性强7.安装简单、调试方便、维护工作量小第 2 章 全自动洗衣机 PLC控制系统设计2.1全自动洗衣机的工作原理本全自动洗衣机为波轮式套筒

8、洗衣机，由洗涤、脱水系统，进、排水系统，电动 机传动系统， PLC 控制系统等部分组成。波轮式套筒洗衣机的工作原理：洗衣机的盛水桶和脱水桶是以同一轴心安放的。 盛水桶外桶固定，作盛水用；内桶可以旋转，作脱水用。内桶上有很多小孔，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控制。进水 时，通过控制系统进水阀打开，经进水管将水注入到桶内。排水时，通过控制系统使 排水阀打开，将水由外桶排出。洗涤正转、反转由洗涤电动机驱动波轮正、反转来实 现，此时脱水桶并不旋转。脱水时，通过控制系统将离合器合上，由电动机带动内桶 高速正转进行甩干。启动按钮（开始洗涤按钮）启动洗衣机进行洗衣

9、，手动脱水按钮 用来直接选择脱水模式，手动排水按钮用来排水，手动停止按钮用来实现洗衣机的暂 停和停止。2.2全自动洗衣机的控制要求和工作流程2.2.1全自动洗衣机的控制要求具体控制要求如下：（1） 按下启动按扭及水位选择开关，开始进水直到高（中、低）水位， 关水（2）2 秒后开始洗涤燕山大学课程设计说明书（3） 洗涤时，正转 20秒，停 2秒，然后反转 20秒，停 2秒（4） 如此循环 5 次，后开始排水，排空后脱水 30秒（5） 开始清洗，重复（ 1）（ 4），清洗两遍（6） 清洗完成，报警 3 秒并自动停机（7） 若按下停车按扭，可手动排水（不脱水）和手动脱水（不计数）（8） 若在加水阶段

10、重量超重，则停止进水，并报警。（9）若在脱水时打开盖子，则停止脱水。（10）当进水或洗衣时按下“手动停止”按扭，洗衣过程中止，即电机停 转，进水电磁阀和排水电磁阀全部闭合；（11）当脱水时按下“手动停止”按扭，脱水过程中止，即电机停转；（12）当洗衣机处于开启状态时按下“手动脱水”按扭，可实现脱水，脱 完后关机；按下“手动排水”按扭，可实现排水，排完关机。2.2.2全自动洗衣机的工作流程图燕山大学课程设计说明书燕山大学课程设计说明书燕山大学课程设计说明书2.3 全自动洗衣机的硬件设计2.3.1元器件的选择（ 1）PLC 的选择本设计所用 PLC 采用日本三菱公司生产的 FX2N 系列机型中的

11、FX2N-48MR 型， 此 PLC 有 24 个输入接口和 24 个输出接口，输出接口为继电器型。 FX2N 系列是 FX 系列 PLC 家族中最先进的系列， 由于 FX2N 系列具备如下特点： 最大范围的包容了标 准特点，程式执行更快，全面补充了通信功能，适合世界各国不同的电源以及满足单 个需要的大量特殊功能模块，拥有强大的灵活性和控制能力。（ 2 ）电动机的选择 本洗衣机的电动机选用了家用电器常用的单相电容运转式异步电动机。洗衣机设 计容量为 3.6 公斤，故电机额定功率选为180W；洗衣转速 175r/min ，脱水转速1200r/min 。综上，选择 YY104-180 型单相电容运

12、转式异步电动机，额定功率180W，额定电压 220V，额定转速 1350r/min ，额定电流 1.7A。（3）其他元器件参数见下表：文字符号名称数量 规格型号备注M电动机1YY104-180单相电容运转式异步电动机SB1SB4手动按钮4LAY37分别控制开、关、手动脱排水SB5安全盖开关1开盖 -打开，盒盖 -闭合KM1KM4交流接触器4DJX-9线圈电压： AC220VHL1指示灯1AD16-22LED显示， AC220VYA1进水电磁阀1线圈电压： AC220V，常闭YA2排水电磁阀1线圈电压： AC220V，常开FR热继电器1JR16B-20/3FU熔断器1RT16-32X熔体 2AF

13、M蜂鸣器1PLC可编程序控制器1FX2N-48MR继电器输出表 1 元器件目录表2.3.2电路设计主电路图设计如下：KM3 和 KM4 的开闭使电位器串联燕山大学课程设计说明书图 2 主电路图图中 FU 为熔断器，用于主电路的短路保护。通过QF220SB1SB2SQ2SQ1GNDNCOMX0X1X2X3X4X5X6X7X010X011X012COMY0Y1Y2Y3Y4Y4Y5Y5Y6COMY7X010HLKM3YA2 KM4FM图 3 PLC 控制电路图10燕山大学课程设计说明书到电动机绕组上，从而得到两种转速。当 KM1 和 KM3 闭合时，电机低速正转洗衣， 当 KM2 和 KM3 闭合时

14、， 电机低速反转洗衣， 当 KM1 和 KM4 闭合时， 电机高速正转 脱水。PLC 控制电路如下图：FX2N-48MRSB5SQ4SQ3AC220VKM1KM2YA1燕山大学课程设计说明书2.4 全自动洗衣机的软件设计2.4.1输入输出接口的分配PLC 输入输出接口的分配使用情况如下表：输入输出输入端口文字符号工位名称输出端口文字符号工位名称X001SB1启动按钮Y001L1启动显示灯X002SB2停止按钮Y002YA1进水X003SQ1高水位Y003KM1正转X004SQ2中水位Y004KM2反转X005SQ3低水位Y005KM3低速X006SQ4排空检测Y006FM蜂鸣器X007SB3手

15、动脱水Y007YA2排水X010SB4手动排水Y010KM4高速X011KP超重检测X012SB5安全盖开关表2 输入输出接口功能表2.4.2状态转移图11燕山大学课程设计说明书M8002K200K20K20012燕山大学课程设计说明书图 2 状态转移图13燕山大学课程设计说明书2.4.3步进梯形图设计（1）初始状态（2）进水3）进水后等待 2s144）正转低速开始洗衣 20s燕山大学课程设计说明书（5）停 2s6）反转低速转 20s15燕山大学课程设计说明书(7)停 2s，并计数(8)排水9)脱水 30s16燕山大学课程设计说明书10 ）报警 3 秒17燕山大学课程设计说明书第 3 章 总结

16、这次 PLC电气控制技术的课程设计时间很短，但是我受益很大。在这 几天的忙碌中，我完成了全自动洗衣机设计的基本功能，也能在实验机上 较好实现。之前，对于课本上所说的 PLC的特点我只是粗略的感悟了一下， 真正当自己去实现设计的时候才能领略它编程语言简单、易学；系统组合 灵活方便；系统设计周期短；对生产工艺改变适应性强；安装简单、调试 方便、维护工作量小这几个突出特点。本设计采用步进梯形指令，首先对设计要求分为几个状态，通过状态 间的相互转移，状态的驱动处理以及每个状态的相继状态，能够清晰完整 地实现设计要求。当然，对于实际使用的全自动洗衣机，该设计还差一些 功能，比如“漂洗”“轻柔”两种模式的切换在本设计中没能完成，自动添 加洗衣粉的高级功能也没能体现。这次的设计中我也犯了很多低级错误，比如输入输出继电器编号，我 习惯性的使用了十进制，好在程序有错误提示。可见，仅为了应试而掌握 的课本知识，在实际使用时可能会出错，这就要求我们敢动手，肯动手。 除此之外，我还发现自己的想法太片面，缺乏开放性，例如