自动洗衣机

摘 要 自从全自动洗衣机诞生以来，其内部的电路控制系统就不断的被改进。设计方法也开始多种多样，从而使全自动洗衣机显得更加智能化。 该课程设计介绍了可编程序控制器（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。采用三菱公司的FX2N系列的PLC，设计了一个简单的全自动洗衣机控制系统。全自动洗衣机通过了可编程序控制器来实现洗涤过程，省时省力。 关键词：PLC；FX2N 目 录 I摘 要 1前 言 21 可编程程序控制器（PLC） 21.1 PLC的概述 21.2 PLC的发展 21.3 PLC的应用 42 全自动洗衣机基本工作原理 42.1 基本工作原理 42.2 全自动洗衣机的设计内容 53 全自动洗衣机的硬件设计 53.1全自动洗衣机的外部接线图 63.2 I/O分布表 74 全自动洗衣机的软件设计 74.1 软件设计顺序功能图 84.2 设计分析 84.3 梯形图 114.4 程序分析 124.5 指令表 165 结论 165.1 程序调试 165.2 设计感想 17参考文献 前 言 可编程控制器是以计算机为核心的通用自动控制装置，它的功能强、可靠性极强、编程简单、使用方便、体积小。现已广泛应用于工业控制的各个领域，它以微处理器为核心，用编写的程序进行逻辑控制、定时、记数和算术运算等，并通过数字量和模拟量的输入/输出来控制机械设备或生产过程。 该设计采用三菱公司的F1系列可编程控制器。F1系列有被已在国内广泛使用的FX系列代替的趋势。我们在这里有必要详细介绍三菱的FX系列可编程控制器的性能指标，硬件组成和指令。 PLC的学习比一般编程学习困难在于，要完成一个控制系统不仅需要掌握一定的编程技术，更为重要的是要知道如何针对实际应用的需要选择合适的PLC型号，然后进行资源配置，设计控制系统。 该设计为全自动洗衣机的PLC控制，主要介绍了全自动洗衣机的工作原理，控制系统的PLC的选型和资源的配置，控制系统程序设计与调试，控制系统PLC程序。 最后，在该设计过程中给予极大鼓励和帮助的老师、同学，在此表示衷心的感谢。由于在设计过程中存在许多不足，希望老师同学指正。 1 可编程程序控制器（PLC） 1.1 PLC的概述 可编程序控制器（Programmabie Logic Controller,缩写PLC）是以微处理器为基础，综合计算机、通信、联网以及自动控制技术而开发的新一代工业控制装置。可编程序控制器是随着技术的进步与现代社会生产方式的转变，为适应多品种.小批量生产的需要，生产.发展起来的一种新型的工业控制装置。PLC从问世以来，虽然至今还不到40年，但由于其具有通用灵活的控制性能,简单方便的使用性能，可以适应各种工业环境的可靠性，因此在工业自动化各领域取得了广泛的应用。有人将它与数控技术、CAD/CAM技术工业机械人技术并称为现代工业自动化技术的四大支柱。可编程序控制器在我国的发展与应用已有30多年的历史，现在它已经广泛应用于国民经济的各个工业生产领域，成为提高传统工业装备水平和技术能力的重要设备和强大支柱。 1.2 PLC的发展 在可编程控制器出现前，在工业电气控制领域中，继电器控制占主导地位，应用广泛。但是电器控制系统存在体积大、可靠性低、查找和排除故障困难等缺点，特别是其接线复杂、不易更改，对生产工艺变化的适应性差。 早期的可编程控制器仅有逻辑运算、定时、计数等顺序控制功能，只是用来取代传统的继电器控制,通常称为可编程逻辑控制器（Programmable Logic Controller ）。随着微电子技术和计算机技术的发展，20世纪70年代中期微处理器技术应用到PLC中，使PLC不仅具有逻辑控制功能，还增加了算术运算、数据传送和数据处理等功能。 20世纪80年代以后，16位和32位微处理器应用于PLC中，使PLC得到迅速发展。PLC不仅控制功能增强，同时可靠性提高，功耗、体积减小，成本降低，编程和故障更加灵活方便，而且具有通信和联网、数据处理和图象显示等功能，使PLC真正成为具有逻辑控制、过程控制、运动控制、数据处理、联网通信等功能的名符其实的多功能控制器。 1.3 PLC的应用 PLC的初期由于其价格高于继电器控制装置，使得其应用受到限制。但最近十多年来，PLC的应用面越来越广，其主要原因是：一方面由于微处理器芯片几有关元件的价格大大下降，使得PLC的成本下降；另一方面PLC的功能大大增强，它也能解决复杂的计算和通信问题。目前PLC在国内外已广泛应用于钢铁、采矿、水泥、石油、化工、电力、机械制造、汽车、装卸、造纸、纺织、环保和娱乐等行业。PLC的应用范围通常可分成以下5种类型： （1）顺序控制 （2）运动控制 （3）过程控制 （4）数据处理 （5）通信网络 2 全自动洗衣机基本工作原理 2.1 基本工作原理 全自动洗衣机的进水和排水分别有进水电磁阀和排水电磁阀来执行。进水时，通过电控系统把进水阀打开，经进水管将水注入机内，排水时，通过电控系统使排水阀打开，将水又排到机外。洗衣机正转，反转由洗涤电机驱动波轮正反来实现，此时脱水桶并不旋转。脱水时，通过电控系统将离合器合上，由洗涤电机带动桶转进行甩干；高中低水位开关分别用来测高中低水位；启动按钮用来启动洗衣机工作；空水位按钮用来测空水位；进水、洗涤、排水、脱水及报警自动完成。 2.2 全自动洗衣机的设计内容 利用PLC设计控制洗衣机实现全自动运行，系统启动后，根据设置的水位，控制进水阀进水，水位到达所选择的水位时候，开始洗涤，洗涤过程通过电机的正反转来实现，反复洗涤多次后开始漂洗，漂洗多次后脱水，整个洗涤任务完成，系统报警并自动停车。 1、 水位开关有高（中、 低）三个水位； 2、 到达水位后2s后开始洗涤； 3、洗涤时，正转30s，停2s，然后反转30s，停2s，如此循环5次； 4、排水后脱水30s； 5、清洗两遍； 6、清洗完成，报警3秒并自动停机。 3 全自动洗衣机的硬件设计 3.1全自动洗衣机的外部接线图 3.1 全自动洗衣机外部接线图 KM0、KM1、KM2、KM3、KM4、KM5分别是输出继电器的常开按钮，主电路中运用一台电机完成洗衣机的正转、反转、脱水工作，两个电磁阀分别在通电的情况下完成向机内进水和向机外排水，另外用一个指示灯完成报警工作。PLC是一种用作数字控制的专用电子计算机，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。它是整体模块形式，由它作为洗衣机控制系统，在硬件设计上就相对简单点。通过对结构图的分析，可知全自动洗衣机的I/O点不多，选择抵挡的三菱FX2N系列FX2N---48MR，可以完全满足其要求，FX2N---48MR有20个I/O，根据输入，输出口的总点数，考虑留有适当余量，采用三菱FX2N-48MR型PLC，可满足设计要求。 3.2 I/O分布表 输入继电器 输出继电器 功能作用 名称 地址 功能作用 名称 地址 启动 SB0 X0 正转 KM1 Y0 高水位 SH X3 反转 KM2 Y1 中水位 SM X2 进水 KM3 Y2 低水位 SL X1 排水 KM4 Y3 高水位传感器 SB1 X10 脱水 KM5 Y5 中水位传感器 SB2 X11 报警 LS Y4 低水位传感器 SB3 X12 空水位传感器 SB4 X13 3.2 I/O分布表 4 全自动洗衣机的软件设计 4.1 软件设计顺序功能图 全自动洗衣机的过程包括启动、进水、洗涤、排水和脱水等功能。在实现控制过程中，各种采样信息都是通过控制中心进行各种判断、比较和选择，再经信息线路反馈给洗衣机各控制执行机构，决定洗衣机的工作状态。如图二所示，由PLC控制洗衣机各种动作流程图： 4.1 全自动洗衣机顺序功能图 由上图可知，PLC在系统中是处中心位置，水位开关是PLC的输入信号控制开关，进水阀、排水阀和电机是洗衣机各种动作的执行机构。其中进水阀和排水阀由PLC给定信号来决定其工作状态;电机的工作状态也由控制中心PLC给定信号来决定的，而电机的正反转状态直接决定了洗衣机的洗涤状态和脱水状态。另外由于洗衣机工作过程是顺序过程，所以利用PLC机的控制系统是可行的。 4.2 设计分析 根据前面的编号表盒系统结构图以及全自动洗衣机的PLC控制系统程序工艺流程图可知，实现自动控制药设置7个计时器和2个计数器 T0——暂停2s T1——正转30s T2——暂停2s T3——反转30s T4——暂停2s T5——脱水30s T6——报警3s C0——正反转洗涤5次 C1——清洗2次 4.3 梯形图 本设计采用已转换为中心进行梯形图的转换。图如下： 4.3 梯形图 4.4 程序分析 设计中使用了X0作为启动按钮，X1,X2,X3分别作为水位选择按钮，同时X10,X11,X12分别作为水位传感器，以及空水位传感器X13。按下启动按钮之后，洗衣机自动运行，在程序设计的小循环部分使用了C0作为计数器来完成5次循环，用C1计数器来完成2次大循环。为了避免干扰和增加系统敏感性，所以选择了T5,T6计数器的上升沿来触发相应的动作，在整个程序的脱水、报警以及程序结束的处理操作过程中，使用上升沿动作开关使相应动作更快捷。 4.5 指令表 LD M8002 ZRST M0 M12 ZRST C0 C1 SET M0 LD M0 AND X0 SET M1 RST M0 LD M1 MPS AND X1 SET M2 RST M1 MRD AND X2 SET M3 RST M1 MPP AND X3 SET M4 RST M1 LD M2 AND X10 AND X13 SET M5 RST M2 LD M5 AND T0 SET M6 RST M5 LD M6 AND T1 SET M7 RST M6 LD M7 AND T2 SET M8 RST M7 LD M8 AND T3 SET M9 RST M8 LD M9 AND T4 AND C0 SET M10 RST M9 LD M10 ANI X13 SET M11 RST M10 LD M11 AND T5 AND C1 SET M12 RST M11 LD M12 AND T6 SET M0 RST M12 LD M3 AND X10 AND X11 AND X13 SET M5 RST M3 LD M4 AND X10 AND X11 AND X12 AND X13 SET M5 RST M4 LD M9 AND T4 ANI C0 SET M6 RST M9 LD M11 AND T5 ANI C1 SET M1 RST M11 LD M2 OR M3 OR M4 OUT Y2 LD M5 OUT T0 K20 LD M6 OUT Y0 OUT T1 K300 LD M7 OUT T2 K20 LD M5 OUT Y1 OUT T3 K300 LD M9 OUT T4 K20 OUT C0 K5 LD M10 OR M11 OUT Y3 LD M10 RST C0 LD M11 OUT Y5 OUT C1 K2 OUT T5 K300 LD M12 OUT Y4 OUT T6 K30 RST C1 5 结论 5.1 程序调试 基于PLC的全自动洗衣机控制系统， 结合程序流程图运用梯形图和指令表对相应的功能进行实现。然而在程序调试过程中遇到了开关动作冲突的现象，本来想要一个输出继电器动作而结果却是两个或多个同时产生相应。通过引入自锁及上升沿把互相冲突的输出继电器隔离开，再结合PLC有关实验设备经过反复的调试之后得到了预期的结果。总之，整体梯形图的设计简练，有很强的可读性及操作性。 5.2 设计感想 为期两个星期的PLC课程设计结束了，在这两个星期里，我感觉自己收获很大。首先，在完成自己课程设计的过程中，我对课本知识又有了更进一步的掌握和认识；其次，在对有关PLC编程及仿真器件的运用过程中，对相应的操作也有了更深刻的掌握；最后，在把理论与实践相结合的过程中，对于具体问题寻求解决方法，这都要求自己能够具体问题具体分析。特别是在解决一个现实控制问题的时候才能把上所学的知识真正的运用到现实中，从而锻炼自己遇到问题、思考问题、解决问题的能力。这次的课程设计是一次自我知识和能力的检验，同时也是为以后积累的一笔财富。 参考文献 [1]廖常初、可编程控制器应用技术（第三版）、重庆：重庆大学出版社、1998 [2]廖常初、PLC梯形图程序的设计方法与技巧、电工技术、1998-1999 [3]廖常初 周林、PLC的功能指令、电工技术、1999-2000 PAGE I