自動洗衣機課程設計

1、<p><b>　　1 總體方案論述</b></p><p>　　1.1 PLC的概述</p><p>　　PLC = Programmable logic Controller主要是指數(shù)字運算操作電子系統(tǒng)的可編程邏輯控制器，用于控制機械的生產(chǎn)過程?？删幊踢壿嬁刂破?，一種數(shù)字運算操作的電子系統(tǒng)，專為在工業(yè)環(huán)境應用而設計的。PLC是基于電子計算機，且適用于工業(yè)

2、現(xiàn)場工作的電控制器。它源于繼電控制裝置，但它不像繼電裝置那樣，通過電路的物理過程實現(xiàn)控制，而主要靠運行存儲于PLC內存中的程序，進行入出信息變換實現(xiàn)控制。</p><p>　　它采用一類可編程的存儲器，用于其內部存儲程序，執(zhí)行邏輯運算，順序控制，定時，計數(shù)與算術操作等面向用戶的指令，并通過數(shù)字或模擬式輸入/輸出控制各種類型的機械或生產(chǎn)過程。</p><p>　　典型的PLC控制系統(tǒng)的硬件組

3、成框圖如圖1.1所示.</p><p>　　圖1.1 PLC硬件組成框圖</p><p>　　1.2 PLC的特點和應用</p><p><b>　　PLC系統(tǒng)的特點：</b></p><p>　?。?）可靠性高，PLC作為一種通用的工業(yè)控制器，必須能夠在各種不同的工作環(huán)境中正常工作，對工作的環(huán)境要求較低，抗外部干擾能力

4、強，平均無故障時間長。</p><p>　?。?）使用方便靈活，PLC采用了基本單元擴展或者是模塊化的結構形式，因此，輸入/輸出信號的數(shù)量、形式、驅動能力等都可以根據(jù)實際控制要求進行選擇與確定，而且在需要時可以隨時更換。近年來，PLC的特殊模塊增多這些可以滿足不同的控制要求，使PLC的使用更加靈活與多變。</p><p>　?。?）編程簡單，PLC的優(yōu)越性主要體現(xiàn)在它采用了獨特的，多種面向

5、廣大工程設計人員的編程語言，如指令表，梯形圖，邏輯功能圖，順序功能圖等，程序簡潔，明了適合各類技術人員的傳統(tǒng)習慣，即使是沒有計算機知識的人員也很統(tǒng)一掌握，特別是梯形圖與邏輯功能圖，形象直觀，動態(tài)監(jiān)測效果逼真，且與計算機控制容易。</p><p><b>　　PLC的發(fā)展</b></p><p>　　1968年美國通用汽車公司提出使用新一代控制器的設想，從用戶的角度考慮

6、，該公司對新一代控制器提了10點要求，為各大公司提供了明確的開發(fā)目標。第二年（1969年），美國數(shù)字公司研制出了基于集成電路和電子技術的控制裝置PDP-14，首次采用程序化的手段應用于電氣控制，這就是第一代可編程控制器。這時的PLC用固態(tài)（集成）電路來代替繼電器邏輯電路，用存儲器電路中的存儲數(shù)位（程序）來代替繼電器系統(tǒng)的布線，以程序來規(guī)定邏輯關系；用固態(tài)I/ O電路來檢測按鈕和限位開關的信號，給出輸出以控制電機和其它執(zhí)行機構。這時的PL

7、C系統(tǒng)已開始具有如下一些特點：環(huán)境適應性較強，可以使用于車間現(xiàn)場；有較高的可靠性和診斷 能力，維修容易；基本能適應不同的制造過程所需，柔性度有 了較大提高，只要改變系統(tǒng)中的程序即可改變控制“邏輯”，而無需改造或更換控制硬件等。差不多同時，美國MODICON公司也研制出084控制器。它們的問世，引起了全世界的矚目，美國的其他公司和西歐、日本等工業(yè)發(fā)達國家，也相繼研究開發(fā)出類似的產(chǎn)品。第一代可編程控制器最早是用于替代傳統(tǒng)的繼電器控制裝置，

8、功能上只有邏輯計算、計時、計數(shù)以及順序控制等，而且</p><p>　　PLC基于電子計算機，但并不等同于普通計算機。普遍計算機進行入出信息變換，多只考慮信息本身，信息的入出，只要人機界面好就可以了。而PLC則還要考慮信息入出的可靠性、實時性，以及信息的使用等問題。特別要考慮怎么適應于工業(yè)環(huán)境，如便于安裝，抗干擾等問題。</p><p>　　PLC的初期由于其價格高于繼電器控制裝置，使得其

9、應用受到限制。但最近十多年來，PLC的應用面越來越廣，其主要原因是：一方面由于微處理器芯片幾有關元件的價格大大下降，使得PLC的成本下降；另一方面PLC的功能大大增強，它也能解決復雜的計算和通信問題。</p><p>　　2 全自動洗衣機基本工作原理</p><p>　　2.1 基本工作原理</p><p>　　全自動洗衣機的進水和排水分別有進水電磁閥和排水電磁閥來

10、執(zhí)行。進水時，通過電控系統(tǒng)把進水閥打開，經(jīng)進水管將水注入機內，排水時，通過電控系統(tǒng)使排水閥打開，將水又排到機外。洗衣機正轉，反轉由洗滌電機驅動波輪正反來實現(xiàn)，此時脫水桶并不旋轉。脫水時，通過電控系統(tǒng)將離合器合上，由洗滌電機帶動桶轉進行甩干；高中低水位開關分別用來測高中低水位，且高中低水位開關是由傳感器控制；啟動按鈕用來啟動洗衣機工作；空水位按鈕用來測空水位；進水、洗滌、排水、脫水及報警自動完成。</p><p>

11、　　2.2 全自動洗衣機的設計內容</p><p>　　利用PLC設計控制洗衣機實現(xiàn)全自動運行，系統(tǒng)啟動后，根據(jù)設置的水位，控制進水閥進水，水位到達所選擇的水位時候，開始洗滌，洗滌過程通過電機的正反轉來實現(xiàn)，反復洗滌多次后開始漂洗，漂洗多次后脫水，整個洗滌任務完成，系統(tǒng)報警并自動停車。</p><p>　　1、水位開關有高（中、 低）三個水位；</p><p>　　

12、2、到達水位后2秒后開始洗滌；</p><p>　　3、洗滌時，正轉30s，停2s，然后反轉30s，停2s，如此循環(huán)5次；</p><p>　　4、排水后脫水30s；</p><p><b>　　5、清洗兩遍；</b></p><p>　　6、清洗完成，報警3秒并自動停機</p><p>　　2.

13、3全自動洗衣機的工作流程</p><p>　　全自動洗衣機的電氣控制系統(tǒng)由于洗衣機型號的不同而不盡相同，但電氣控制系統(tǒng)主要有程序控制器，電動機，進水電磁閥，排水電磁閥，水位開關，安全開關及各種功能選擇開關等組成的，控制的基本原理也都一樣。全自動洗衣機能實現(xiàn)洗衣的自動化，整個洗衣過程都是在程序控制器的“指揮”下進行的。如把離合器比作全自動套桶洗衣機的心臟，則程序控制器就是全自動洗衣機的“大腦”。</p>

14、<p>　　洗衣機的工作流程由進水、洗衣、排水、脫水4個過程組成。在半自動洗衣機中，前面3個過程分別用相應的按鈕開關來控制，最后一個過程則是自動完成的。全自動洗衣機中，這4個過程可做到全自動依次運行，直至洗衣結束。全自洗衣機的洗衣桶（外桶）和脫水桶（內桶）是以同一心安放的，內桶可以旋轉，作為脫水用。內桶的周圍有許多小孔，使內桶和外桶的水流相通，洗衣機的進水和排水分別由進水電磁閥和排水電磁閥來執(zhí)行。進水時通過控制系統(tǒng)將進水電

15、磁閥打開，經(jīng)進水管將水注入到外桶。排水時，通過控制系統(tǒng)將排水電磁閥打開，將水由外桶排到機外。洗滌正轉、反轉由洗滌電動機驅動波盤的正、反轉來實現(xiàn)，此時脫水桶并不旋轉。脫水時，控制系統(tǒng)將離合器合上，由洗滌電動機帶動內桶正轉進行甩干。高、中、低水位控制開關分別用來檢測高、中、低水位。啟動按鈕用來啟動洗衣機工作，停止按鈕用來實現(xiàn)手動停止進水、排水、脫水及報警。排水按鈕用來實現(xiàn)手動排水。 </p><p>　　全自動洗衣機

16、的工作流程示意圖如圖2.1所示。</p><p>　　圖2.1 流程示意圖</p><p>　　3 全自動洗衣機的硬件設計</p><p>　　3.1全自動洗衣機的外部接線圖</p><p>　　KM0、KM1、KM2、KM3、KM4、KM5分別是輸出繼電器的常開按鈕，主電路中運用一臺電機完成洗衣機的正轉、反轉、脫水工作，兩個電磁閥分別在通電

17、的情況下完成向機內進水和向機外排水，另外用一個指示燈完成報警工作。PLC是一種用作數(shù)字控制的專用電子計算機，它根據(jù)用戶給的指令，通過輸入接口現(xiàn)場采樣信息執(zhí)行邏輯或數(shù)值運算，再通過輸出接口去控制各種執(zhí)行機構動作。它主要由CPU、存儲器、I/O接口模板和電源四部分。它是整體模塊形式，由它作為洗衣機控制系統(tǒng)，在硬件設計上就相對簡單點。通過對結構圖的分析，可知全自動洗衣機的I/O點不多，選擇抵擋的三菱FX2N系列FX2N---48MR，可以完全

18、滿足其要求，F(xiàn)X2N---48MR有20個I/O，根據(jù)輸入，輸出口的總點數(shù)，考慮留有適當余量，采用三菱FX2N-48MR型PLC，可滿足設計要求。為了保證運行時的安全性，外部接線時，不但要電器互鎖，還需要手動自鎖。其具體的外部接線圖如圖3.1所示。</p><p><b>　　FX2N—48MR</b></p><p>　　KM1 KM2 FR</p&

19、gt;<p>　　SB0 電機正轉控制</p><p>　　啟 動 KM1</p><p>　　低水位 電機反轉控制&

20、lt;/p><p>　　SB1 KM2</p><p>　　中水位 進水電磁控制</p><p>　　SB2 KM3</p><p>　　高水位

21、 排水電磁控制</p><p>　　零水位 SB3 KM4 KM4 </p><p><b>　　SB4</b></p><p><b>　　AC 220V</b></p><p>&l

22、t;b>　　SL</b></p><p>　　水 低水位 SM LS</p><p>　　位 中水位 報警裝置</p><p>　　選 高水位 SH </p><p>　　擇 </p>&

23、lt;p>　　KM5 脫水電磁閥控制</p><p>　　圖3.1 全自動洗衣機外部接線圖</p><p><b>　　I/O分布表 </b></p><p>　　開關量輸入模塊是用來接收現(xiàn)場輸入設備的開關信號，將信號轉換為PLC內部接受的低電壓信號，并實現(xiàn)PLC內、外信號的電氣隔離。</p>

24、<p>　　開關量輸入模塊有直流輸入、交流輸入和交流／直流輸入三種類型。選擇時主要根據(jù)現(xiàn)場輸入信號和周圍環(huán)境因素等。直流輸入模塊的延遲時間較短，還可以直接與接近開關、光電開關等電子輸入設備連接；交流輸入模塊可靠性好，適合于有油霧、粉塵的惡劣環(huán)境下使用。對于選用高密度的輸入模塊(如32點、48點等)，應考慮該模塊同時接通的點數(shù)一般不要超過輸入點數(shù)的60％。為了提高系統(tǒng)的可靠性，必須考慮輸入門檻電平的大小。門檻電平越高，抗干擾能力

25、越強，傳輸距離也越遠，具體可參閱PLC說明書選擇開關量輸出模塊時，還應考慮能同時接通的輸出點數(shù)量。本次設計的自動洗衣機選中合適的開關量模塊后，其具體的分布表如表3.1所示。</p><p>　　表3.1 I/O分布表 </p><p>　　4 全自動洗衣機的軟件設計</p><p>　　4.1軟件設計順序功能圖 </p><p>　

26、　對任務書的分析可知，PLC在系統(tǒng)中是處中心位置，水位開關是PLC的輸入信號控制開關，進水閥、排水閥和電機是洗衣機各種動作的執(zhí)行機構。其中進水閥和排水閥由PLC給定信號來決定其工作狀態(tài);電機的工作狀態(tài)也由控制中心PLC給定信號來決定的，而電機的正反轉狀態(tài)直接決定了洗衣機的洗滌狀態(tài)和脫水狀態(tài)。另外由于洗衣機工作過程是順序過程，所以利用PLC的控制系統(tǒng)是可行。如圖4.1所示。</p><p><b>　　M

27、8002</b></p><p><b>　　X0</b></p><p>　　X1 X2 X3</p><p>　　X12 X11 X10</p><p>　　K20 暫停2S</

28、p><p><b>　　T0</b></p><p>　　K300 正轉30s </p><p><b>　　T1</b></p><p><b>　　K20</b></p><p><b>　　T2 </b></p

29、><p>　　K300 反轉30s</p><p><b>　　T3</b></p><p>　　K20 </p><p>　　T4·C0 K5 計數(shù)5次</p><p><b>

30、;　　T4·C0</b></p><p>　　X13 K300 K2</p><p>　　T5·C1 計數(shù)2次</p><p><b>　　T5·C1</b></p><p><b

31、>　　報警3S</b></p><p>　　T6 </p><p>　　圖4.1 全自動洗衣機順序功能圖 </p><p>　　從順序功能圖可得出，PLC 投入運行，系統(tǒng)處于初始狀態(tài)，準備好啟動。按下啟動按鈕時開始進水，水位到達時停止進水，2s后開始正轉洗滌。正轉洗滌30s后暫停，暫停2s后開始反轉洗滌。反轉洗滌30s 后暫停，

32、暫停2s后，若正、反洗滌未滿5 次，則返回從正轉洗滌開始的動作; 若正、反洗滌滿5 次時，則開始排水。排水水位若下降到低水位時，開始脫水并繼續(xù)排水。脫水30s即完成一次從進水到脫水的工作循環(huán)過程。若未完成2 次大循環(huán)，則返回從進水開始的全部動作，進行下一次大循環(huán); 若完成了2 次大循環(huán)，則進行洗完報警。報警3s結束全部過程，自動停機。若按下停止按鈕，可以手動排水。</p><p><b>　　4.2

33、設計分析</b></p><p>　　根據(jù)前面的編號表盒系統(tǒng)結構圖以及全自動洗衣機的PLC控制系統(tǒng)程序工藝流程圖可知，實現(xiàn)自動控制要設置7個計時器和2個計數(shù)器。由對任務書的分析可知，本次的設計需要把整個過程分成12步，具體的分析如下：</p><p>　　T0——暫停2s T1——正轉30s</p><p>

34、　　T2——暫停2s T3——反轉30s</p><p>　　T4——暫停2s T5——脫水30s</p><p>　　T6——報警3s </p><p>　　C0——正反轉洗滌5次 C1——清洗2

35、次 </p><p>　　M0——初始步 M1——進水</p><p>　　M2——水到達低水位 M3——水到達中水位</p><p>　　M4——水到達高水位 M5——到達水位后

36、暫停2s</p><p>　　M6——正轉洗滌 M7——正轉洗滌暫停2s</p><p>　　M8——反轉洗滌 M9——反轉洗滌暫停2s</p><p>　　M10——循環(huán)5次后排水 M11——排水和脫水</p><

37、;p>　　M12——報警后停止</p><p><b>　　4.3 梯形圖 </b></p><p>　　由順序功能圖，就可快速的寫出梯形圖。在可編程序控制器應用技術這本書中，有三種普遍的方法即使用STL指令的編程方法、使用起保停電路的編程方法、已轉換為中心的編程方法。三種方法具有各自的特點和使用范圍。用STL指令設計的程序最短，只能用于某一些PLC廠家的某些P

38、LC產(chǎn)品，屬于專用指令。起保停電路僅由觸電和線圈組成，各種型號的PLC 的指令系統(tǒng)都有與觸電和線圈有關的指令，因此使用起保停電路的的編程方法的通用性最強，可以用于任意的一種型號的PLC。本設就計采用起保停電路的編程方法進行梯形圖的轉換，如圖4.2所示。以轉換為中心的編程方法使用各種的PLC都有的置位指令和復位指令，這種編程方法的應用范圍也很廣。</p><p><b>　　圖4.2 T形圖</b

39、></p><p><b>　　4.4 程序分析</b></p><p>　　PLC 投入運行，系統(tǒng)處于初始狀態(tài)，準備好啟動。設計中使用了X0作為啟動按鈕，X1,X2,X3分別作為水位選擇按鈕，同時X10,X11,X12分別作為水位傳感器，以及空水位傳感器X13。按下啟動按鈕時開始進水，水滿(即水位到達高、中、低水位中的任一水位)時停止進水，2s后開始正轉洗滌。

40、正轉洗滌30s后暫停，暫停2s后開始反轉洗滌。反轉洗滌30s 后暫停，暫停2s 后，若正、反洗滌未滿5 次，則返回從正轉洗滌開始的動作; 若正、反洗滌滿5 次時，則開始排水。排水水位若下降到低水位時，開始脫水并繼續(xù)排水。脫水30s即完成一次從進水到脫水的工作循環(huán)過程。若未完成2 次大循環(huán)，則返回從進水開始的全部動作，進行下一次大循環(huán); 若完成了2 次大循環(huán)，則進行洗完報警。報警3s結束全部過程，自動停機。</p><

41、p>　　洗衣機自動運行，小循環(huán)部分使用了C0作為計數(shù)器來完成5次循環(huán)，用C1計數(shù)器來完成2次大循環(huán)。為了避免干擾和增加系統(tǒng)敏感性，選擇T5,T6計數(shù)器的上升沿來觸發(fā)相應的動作，在整個的脫水、報警以及程序結束過程中，使動作開關使相應動作更快捷。</p><p><b>　　4.5 指令表</b></p><p>　　LD M8002</p>&

42、lt;p><b>　　SET M0</b></p><p><b>　　LD M0</b></p><p><b>　　AND X0</b></p><p><b>　　SET M1</b></p><p><b>

43、　　RST M0</b></p><p><b>　　LD M1</b></p><p><b>　　MPS </b></p><p><b>　　AND X1</b></p><p><b>　　SET M2</b&g

44、t;</p><p><b>　　RST M1</b></p><p><b>　　MRD</b></p><p><b>　　AND X2</b></p><p><b>　　SET M3</b></p><p>

45、<b>　　RST M1</b></p><p><b>　　MPP</b></p><p><b>　　AND X3</b></p><p><b>　　SET M4</b></p><p><b>　　RST M1<

46、;/b></p><p><b>　　LD M2</b></p><p><b>　　AND X10</b></p><p><b>　　AND X13</b></p><p><b>　　SET M5</b></p>

47、;<p><b>　　RST M2</b></p><p><b>　　LD M5</b></p><p><b>　　AND T0</b></p><p><b>　　SET M6</b></p><p><b

48、>　　RST M5</b></p><p><b>　　LD M6</b></p><p><b>　　AND T1</b></p><p><b>　　SET M7</b></p><p><b>　　RST M6&l

49、t;/b></p><p><b>　　LD M7</b></p><p><b>　　AND T2</b></p><p><b>　　SET M8</b></p><p><b>　　RST M7</b></p>

50、;<p><b>　　LD M8</b></p><p><b>　　AND T3 </b></p><p><b>　　SET M9</b></p><p><b>　　RST M8</b></p><p><

51、b>　　LD M9</b></p><p><b>　　AND T4</b></p><p><b>　　AND C0</b></p><p>　　SET M10</p><p>　　RST M9</p><p>　　LD

52、 M10</p><p>　　ANI X13</p><p>　　SET M11</p><p>　　RST M10</p><p>　　LD M11</p><p><b>　　AND T5</b></p><p><

53、b>　　AND C1</b></p><p>　　SET M12</p><p>　　RST M11</p><p>　　LD M12</p><p><b>　　AND T6</b></p><p>　　SET M0</p&g

54、t;<p>　　RST M12</p><p>　　LD M3</p><p>　　AND X10</p><p>　　AND X11</p><p>　　AND X13</p><p>　　SET M5</p><p>　　RST

55、 M3</p><p>　　LD M4</p><p>　　AND X10</p><p>　　AND X11</p><p>　　AND X12</p><p>　　AND X13</p><p>　　SET M5</p><p&

56、gt;　　RST M4</p><p>　　LD M9</p><p><b>　　AND T4</b></p><p>　　ANI C0</p><p>　　SET M6</p><p>　　RST M9</p><p>　

57、　LD M11</p><p><b>　　AND T5</b></p><p>　　ANI C1</p><p>　　SET M1</p><p>　　RST M11</p><p>　　LD M2</p><p>　　O

58、R M3</p><p>　　OR M4</p><p>　　OUT Y2</p><p>　　LD M5</p><p>　　OUT T0 K20</p><p>　　LD M6</p><p>　　OUT Y0<

59、;/p><p>　　OUT T1 K200</p><p>　　LD M7 </p><p>　　OUT T2 K20</p><p>　　LD M5</p><p>　　OUT Y1</p><p>　　OUT T3

60、 K200</p><p>　　LD M9</p><p>　　OUT T4 K20</p><p>　　OUT C0 K6 </p><p>　　LD M10</p><p>　　OR M11</p><p>　　OUT

61、 Y3</p><p>　　LD M10 </p><p>　　RST C0</p><p>　　LD M11</p><p>　　OUT Y5 </p><p>　　OUT C1 K2</p><p>　　OUT T

62、5 K500</p><p>　　LD M12 </p><p>　　OUT Y4</p><p>　　OUT T6 K50</p><p>　　RST C1</p><p><b>　　5 心得體會</b></p>&l

63、t;p><b>　　5.1程序調試</b></p><p>　　基于PLC的全自動洗衣機控制系統(tǒng)， 結合程序流程圖運用梯形圖和指令表對相應的功能進行實現(xiàn)。然而在程序調試過程中遇到了開關動作沖突的現(xiàn)象，本來想要一個輸出繼電器動作而結果卻是兩個或多個同時產(chǎn)生相應。通過引入自鎖及上升沿把互相沖突的輸出繼電器隔離開，再結合PLC有關實驗設備經(jīng)過反復的調試之后得到了預期的結果?？傊?，整體梯形圖的

64、設計簡練，有很強的可讀性及操作性。</p><p><b>　　5.2設計感想</b></p><p>　　經(jīng)過十余天的奮戰(zhàn)，終于完成了本次自動洗衣機的設計，看著自己的設計成果，雖然很累，但是心里有種說不出的喜悅，畢竟自己的努力有所回報。當然，通過本次課程設計，我也認識到了自己學習中的不足，看到了自己在運用知識方面欠缺。</p><p>　　在

65、這次課程設計過程中，我們遇到了這樣那樣的問題，當通過自己的努力，解決一個又一個難題時，笑容在我們的心里綻放。當我們的設計終于定稿的時候，我們都笑了。課程設計對于我們來說，知識上的收獲很重要，但是在精神上的豐收更加可喜。從這次的課程設計中，我們不僅鞏固了課本的知識，還學到了許許多多其他的知識。</p><p>　　在本次課程設計過程中，我就發(fā)現(xiàn)自己的想法太片面。我深刻的理解了學習是一個長期積累的過程，在以后的工作、

66、生活中都應該不斷的學習，努力提高自己知識和綜合素質。</p><p><b>　　參考文獻</b></p><p>　　[1]廖常初、可編程控制器應用技術（第三版）、重慶大學出版社、1998</p><p>　　[2]廖常初、PLC梯形圖程序的設計方法與技巧、電工技術、1998-1999</p><p>　　[3]廖常初