基于三菱FX2N系列PLC的全自动洗衣机控制系统

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：09级应电班学号：学生姓名：指导教师：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：学号学生姓名（专业）班级09应电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I摘要本文主要介绍了基于三菱FX2N系列PLC的全自动洗衣机控制系统，包括总体设计思想、原理分析、电气设计等内容,全面地阐述了设计方案。实现全自动洗衣机的控制系统有多种，可以采用早期的模拟电路、数字电路或模数混合电路。近年来随着科技的飞速发展，单片机、PLC的应用不断地走向深入，同时带动了传统控制检测技术的不断更新。本文采用日本三菱公司生产的FX2N-32MR型PLC作为可编程控制器进行全自动洗衣机控制系统的设计，并且设计了系统结构图、工作流程图、电路原理图、程序梯形图、输入输出接口功能表以及元器件目录表等，同时对程序进行了模拟调试，验证了本设计的可行性。关键词PLCPLC程序设计可编程控制器全自动洗衣机燕山大学课程设计说明书II目录摘要.......................................................................................................................I目录....................................................................................................................II第1章绪论........................................................................................................11.1设计背景..............................................................................................11.2PLC简介...............................................................................................11.2.1PLC的定义...................................................................................11.2.2PLC的特点...................................................................................1第2章全自动洗衣机PLC控制系统设计........................................................32.1全自动洗衣机的结构和工作原理......................................................32.2全自动洗衣机的控制要求和工作流程..............................................42.3全自动洗衣机的硬件设计..................................................................72.3.1元器件的选择..............................................................................72.3.2电路设计......................................................................................82.4全自动洗衣机的软件设计................................................................102.4.1输入输出接口的分配................................................................102.4.2梯形图设计.................................................................................11第3章总结......................................................................................................18参考文献............................................................................................................19燕山大学课程设计说明书1第1章绪论1.1设计背景从古至今，洗衣服都是一项难于逃避的家务劳动。随着时代的进步，手摇洗衣机、蒸汽洗衣机、内燃机洗衣机相继出现，到了20世纪末，电动洗衣机已走进千家万户，解放了人们的双手。随着科技的迅速发展，微电脑控制的全自动洗衣机的出现引领了新的发展方向，使洗衣更加智能化。全自动洗衣机的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，由程序控制器按人们预先设计好的程序不断发出指令，驱动各执行器件动作，整个洗衣过程自动完成。1.2PLC简介1.2.1PLC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，都应按易于与工业控制系统连成一个整体，易于扩充其功能的原则设计。总之，可编程控制器是一台专为工业环境而设计的计算机，它是将传统的计算机技术、继电器技术和通信技术相融合而发展起来的一种新型的控制装置。在具体的国内工业应用中，由于它不是针对某一具体的工业应用，因此它的硬件应根据实际需要来进行配置，其软件则根据控制要求进行编写。1.2.2PLC的特点（1）可靠性高。PLC作为一种通用的工业控制器，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。燕山大学课程设计说明书2（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容易掌握。燕山大学课程设计说明书3第2章全自动洗衣机PLC控制系统设计2.1全自动洗衣机的结构和工作原理本全自动洗衣机为波轮式套筒洗衣机，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。其结构如下图所示：图1波轮式套筒洗衣机内部结构图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，由电动机带动内桶正转进行甩干。洗涤水位浮球开关用来检测是否到达洗涤水位，水排空浮球开关用来检测水是否全部排出。启动按钮（开始洗涤按钮）启动洗衣机进行洗衣，手动脱水按钮用来直接选择脱水模式，手动停止按钮用来实现洗衣机的暂停和停止。燕山大学课程设计说明书42.2全自动洗衣机的控制要求和工作流程本全自动洗衣机要求能实现“自动运行”和“手动运行”两种控制方式。1.自动运行具体控制要求如下：（1）按下“开始洗涤”按扭，开始进水，达到洗涤水位后，停止进水；（2）进水停止2s后开始洗衣；（3）洗衣时，正转5s，停2s，然后反转5s，停2s，依此循环；（4）洗衣15min后开始排水，水排空后脱水5min；（5）然后再进水，重复（1）~（4）步，循环2次；（6）洗衣完成后蜂鸣器报警10s并自动停机。2.手动运行具体控制要求如下：（1）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；此时若按下“开始洗涤”按钮，将继续洗衣；若按下“手动脱水”按钮，则进水电磁阀闭合，排水电磁阀打开，开始进行排水、脱水，最后停机。（2）当脱水时按下“手动停止”按扭，脱水过程中止，即电机停转；此时若按下“开始洗涤”按钮，将重新洗衣；若按下“手动脱水”按钮，则进水电磁阀闭合，排水电磁阀打开，开始进行排水、脱水，最后停机。（3）当脱水时，若安全盖打开，则洗衣机暂停脱水，直到安全盖闭合再继续脱水，或者按“手动停止”按钮，使之停机。燕山大学课程设计说明书5自动运行过程如下图：开始洗涤/脱水?洗涤关闭排水阀加水到达指定水位?N关闭进水阀Y停2s电机正转5s停2s电机反转5s洗衣时间15min?YN排水是否排空?闭合离合器电机高速脱水脱水时间5min?洗涤1次?蜂鸣器响10s结束脱水YNYNNY松开离合器安全盖闭合?YN图2自动工作流程图燕山大学课程设计说明书6手动运行过程如下图：开始正常自动工作按停止按钮?进水和洗衣时脱水时电机停转进、排水阀闭合电机停转进水阀闭合排水阀打开按洗涤/脱水?排水脱水继续洗衣按洗涤/脱水?重新洗衣继续脱水NY洗涤洗涤脱水脱水结束图3手动工作流程图燕山大学课程设计说明书72.3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FX2N-32MR型，此PLC有16个输入接口和16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