自动洗衣机

电气控制技术课程设计说明书

全自动洗衣机PLC控制

系 、 部： 电气与信息工程系 学生姓名： 郭 鹏 指导教师： 罗 雪 莲 职称 教 授 专 业： 自 动 化 班 级： 自本0803班 完成时间： 2011-10-10

摘 要

PLC可编程序控制器：PLC英文全称Programmable Logic Controller ,中文全称为可编程逻辑控制器，定义是:一种数字运算操作的电子系统，专为在工业环境应用而设计的。它采用一类可编程的存储器，用于其内部存储程序，执行逻辑运算,顺序控制，定时，计数与算术操作等面向用户的指令，并通过数字或模拟式输入/输出控制各种类型的机械或生产过程.

PLC是基于电子计算机，且适用于工业现场工作的电控制器。它源于继电控制装置，但它不像继电装置那样，通过电路的物理过程实现控制，而主要靠运行存储

于PLC内存中的程序，进行入出信息变换实现控制。

入出信息变换、可靠物理实现，可以说是PLC实现控制的两个基本要点。 入出信息变换靠运行存储于PLC内存中的程序实现。PLC程序既有生产厂家的系统程序(不可更改)，又有用户自行开发的应用（用户）程序。系统程序提供运行平台，同时，还为PLC程序可靠运行及信号与信息转换进行必要的公共处理。用户程序由用户按控制要求设计。什么样的控制要求，就应有什么样的用户程序。 可靠物理实现主要靠输人（INPUT）及输出（OUTPUT）电路。PLC的I/O电路，都是专门设计的。输入电路要对输入信号进行滤波，以去掉高频干扰。而且与内部计算机电路在电上是隔离的，靠光耦元件建立联系。输出电路内外也是电隔离的，靠光耦元件或输出继电器建立联系。输出电路还要进行功率放大，以足

以带动一般的工业控制元器件，如电磁阀、接触器等等。

I/O电路是很多的，每一输入点或输出点都要有一个I或O电路。PLC有多I/O用点，一般也就有多少个I/O用电路。但由于它们都是由高度集成化的电路组成的，所以，所占体积并不大。输入电路时刻监视着输入状况，并将其暂存于

输入暂存器中。每一输入点都有一个对应的存储其信息的暂存器。 输出电路要把输出锁存器的信息传送给输出点。输出锁存器与输出点也是一

一对应的。

这里的输入暂存器及输出锁存器实际就是PLC处理器I/O口的寄存器。它们与计算机内存交换信息通过计算机总线，并主要由运行系统程序实现。把输人暂存器的信息读到PLC的内存中，称输入刷新。PLC内存有专门开辟的存放输入信息的映射区。这个区的每一对应位（bit）称之为输入继电器，或称软接点。这些位置成1，表示接点通，置成0为接点断。由于它的状态是由输入刷新得到的，

所以，它反映的就是输入状态。

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目 录

摘 要.......................................................................................... 错误！未定义书签。 1 绪 论...................................................................................... 错误！未定义书签。

1.1 PLC 概述 ................................................................... 错误！未定义书签。 1.2 PLC的发展史 ............................................................ 错误！未定义书签。 1.3 可编程序控制器的基本结构及工作原理................... 错误！未定义书签。 1.4 PLC的技术参数 ........................................................... 错误！未定义书签。 1.5 全自动洗衣机PLC控制的要求 ................................. 错误！未定义书签。

1.5.1控制要求............................................................. 错误！未定义书签。 1.5.2 设计任务............................................................ 错误！未定义书签。 1.6 洗衣机PLC控制的优势 ............................................. 错误！未定义书签。 2 总体设计.................................................................................. 错误！未定义书签。

2.1 总体方案设计............................................................... 错误！未定义书签。 2.2 拖动系统的设计........................................................... 错误！未定义书签。 2.3外部指示方案选择........................................................ 错误！未定义书签。 2.4 保护方案选择............................................................... 错误！未定义书签。 2.5 接触器的选择............................................................... 错误！未定义书签。 3 各个模块电路设计.................................................................. 错误！未定义书签。

3.1 总体运行框图............................................................... 错误！未定义书签。 3.2 控制电机主电路........................................................... 错误！未定义书签。 3.4 PLC主机资源分配 ....................................................... 错误！未定义书签。 3.5 PLC主机接线图 ........................................................... 错误！未定义书签。 3.6 控制梯形图................................................................... 错误！未定义书签。 4测试结果................................................................................... 错误！未定义书签。 参考文献...................................................................................... 错误！未定义书签。 致 谢.......................................................................................... 错误！未定义书签。 附 录 1 控制梯形图.............................................................. 错误！未定义书签。 附 录 2 语句表...................................................................... 错误！未定义书签。 附 录 3 接线图...................................................................... 错误！未定义书签。

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1 绪 论

1.1 PLC 概述

PLC是一个以微处理器为核心的数字运算操作的电子系统装置，专为在 工业入、输出接口，控制各种类型的机械或生产过程。PLC是微机技术与传统的继电接触控制技术相结合的产物，它克服了继电接触控制系统中的机械触点的接线复杂、可靠性低、功耗高、通用性和灵活性差的缺点，充分利用了微处理器的优点，又照顾到现场电气操作维修人员的技能与习惯，采用了一套以继电器梯形图为基础的简单指令形式，使用户程序编制形象、直观、方便易学；调试与查错也都很方便。

PLC的特点：可靠性高，抗干扰能力强；套齐全，功能完善，适用性强；易学易用，深受工程技术人员欢迎；系统的设计、建造工作量小，维护方便，容易改造；体积小，重量轻，能耗低；

PLC的应用领域：目前，PLC在国内外已广泛应用于钢铁、石油、化工、电力、建材、机械制造、汽车、轻纺、交通运输、环保及文化娱乐等各个行业，使用情况大致可归纳为如下几类。

PLC的国内外状况：我国可编程控制器的引进、应用、研制、生产是伴随着改革开放开始的。最初是在引进设备中大量使用了可编程控制器。接下来在各种企业的生产设备及产品中不断扩大了PLC的应用。目前，我国自己已可以生产中小型可编程控制器，可以预期，随着我国现代化进程的深入，PLC在我国将有更广阔的应用天地。

1.2 PLC的发展史

20世纪70年代以前，工厂的电气控制主要是继电接触控制，把有触点的接触器、继电器以及按钮、行程开关等电气元件连接起来。后面觉得大型的线路，比较复杂、可靠性低、功耗高、通用性和灵活性差的缺点。

直到20世纪70年代，也就是1968年美国GM（通用汽车）公司提出取代继电气控制装置的要求，第二年，美国数字公司研制出了基于集成电路和电子技术的控制装置，使得电气控制功能实现的程序化，这就是第一代可编程序控制器，英文名字叫Programmable Controller（PC）。上世纪80年代，个人计算机发展起来，也简称为PC，为了方便，也为了反映或可编程控制器的功能特点，美国A-B公司将可编程序控制器定名为可编程序逻辑控制

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器Programmable Logic Controller（PLC），并将“PLC”作为其产品的注册商标。现在，仍常常将PLC简称PC。上世纪80年代至90年代中期，是PLC发展最快的时期，年增长率一直保持为30-40%。在这时期，PLC在处理模拟量能力、数字运算能力、人机接口能力和网络能力得到大幅度提高，PLC逐渐进入过程控制领域，在某些应用上取代了在过程控制领域处于统治地位的DCS系统.

1.3 可编程序控制器的基本结构及工作原理

PLC种类繁多，但其组成结构和工作原理基本相同。用可编程序控制器实施控制，其实质是按一定算法进行输入输出变换，并将这个变换予以物理实现，应用于工业现场。PLC专为工业现场应用而设计，采用了典型的计算机结构，它主要是由CPU、电源、存储器和专门设计的输入输出接口电路等组成。PLC的结构框图如图1-1所示。

用 微处理器（CPU） 主机电源

户输入设备输入单元运算器控制器输出单元用户输出设备外部设备外设I/O接口存储器EPROM(系统程序)RAM(用户程序)I/0扩展接口I/O扩展机单元式PLC结构框图

图1-1

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1.4 PLC的技术参数

一般技术参数主要是指PLC产品的工作条件与一般工作环境的适应程度。PLC是专为工业控制设计的，充分考虑了工业环境种种恶劣因数。其技术指标如表1-1所示。

表1-1 PLC的一般技术参数

环境温度 环境湿度 抗振 0～55℃ 35%～%RH（不结露） JIS C0911标准 10～55Hz 0.5mm（最大2G）3轴方向各2h 抗冲击 抗噪声干扰 JIS C0912标准10G 3轴方向各3次 用噪声仿真器产生电压为1000Vp-p, 噪声脉冲宽度为1μs,频率为30～100Hz噪声，在此噪声干扰下PLC正常工作 耐压 绝缘电阻 接地 使用环境

AC 1500V 1min 5M以上，DC 500V 第三种接地，不能接地时，亦可浮空 禁止腐蚀性气体，严禁尘埃 1.5 全自动洗衣机PLC控制的要求

1.5.1控制要求

PLC投入运行，系统处于初始状态，准备好启动。

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（1） 按下启动按扭及水位选择开关，开始进水，水满（即水位到达高低）时停止进水。

（2）2秒后开始洗涤。

（3）洗涤时，正转15秒后暂停，暂停3秒后开始反转洗涤，反转洗涤15秒后暂停，暂停3秒。

（4） 如此循环3次后开始排水，排空后（水位下降到低位）开始脱水并继续排水。脱水10秒即完成一次从进水到脱水的工作循环过程。

（5） 若未完成3次大循环，则返回从进水开始的全部动作，进行下一次大循环；若完成了3次大循环，则进行洗完报警。

（6）报警10秒结束全部过程，自动停机。

（7） 此外按排水按钮可实现手动排水；按停车按扭可停止进水、排水、脱水及报警。

1.5.2 设计任务

1．画出全自动洗衣机运行框图。

2．根据控制要求设计程序及必要的硬件系统。 3．PLC选择及I/O及其它PLC元器件分配。 4．选择电器元件，编制元件目录表。 5．绘制梯形图。

6．用计算机绘制主电路图、PLC控制电路图、电器元件布置图。 7．编写设计说明书及设计小结。

1.6 洗衣机PLC控制的优势

对于控制要求不是很高的洗衣机来说，运用PLC做控制

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2 总体设计

2.1 总体方案设计

有题目要求可以知道，做这个自动洗衣机的智能程度不高，只是一个简单的电机动作过程，因此在实际设计的时候就不用考虑很多的算法，像根据不同衣物给定不同量的洗衣粉，根据衣物的多少给定多少的水量等等。因此设计比较简单，总体设计流程图如图2-2所示。

图2-2

循环三次循环三次按下开始按钮 选择水位开关 手动排水 洗衣过程 脱水过程 排水过程 洗完报警 自动停止 8

2.2 拖动系统的设计

作为整个洗衣机的动力来源，电机的选择对于整个系统来说尤为重要。通过减速系统的设计，使其在新衣服的时候增速较低，脱水的时候要求转速要求较高，因此我们设计采用目前洗衣机普遍采用的电机，单相交流异步电机，制作工艺成熟，并且由于这个电机是恒速运转，工作时通过皮带传动以及减速离合器完成速度、力矩的转换，从而完成洗涤、脱水动作。

普通的洗衣机的电机的功率一般在300W左右，并且洗衣机是家用电器，并且需要大范围推广的产品，因此要考虑到节能环保，运行噪声，电机发热，以及稳定可靠，以维护等方面，我们选用在这方面具有相当优势的YC系列的单值电容启动单相异步电机YC801-2。并且它具有启动力矩大，过载能力强的特点。

2.3外部指示方案选择

推向市场的产品一般都具有液晶显示，以及很多的功能选择界面。但是由于

这里只是要做的主要是运行过程的设计，因此就没有那么多考虑。于是就值做了几个洗完报警的声光指示。

2.4 保护方案选择

系统采用市场发展成熟的智能洗衣机电机保护器。节约体积以及重量。总体来说以为使用的数量少，功能强大，还能够节约成本。

2.5 接触器的选择

由于已经采用整流装置了。因此选用了24V的直流接触器做控制。

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3 各个模块电路设计 3.1 总体运行框图 按下开 始按钮和水位选择开关启动洗衣机 YES

图3-1

三次正反转以及中间暂停等洗涤步骤 NO 暂停2秒后开始洗涤 洗涤过程 是否完成三次循环 可以手动实现排水过程 YES NO 是否完成三次循环 到低液位开关后开始脱水过程 排水过程 洗完报警后自动停止等过程

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3.2 控制电机主电路

通过控制直流接触触点的闭合和断开实现电磁阀的线圈的通断电从实现电磁阀的关闭，从而控制进水口和出水口的进出水过程以及脱水过程中的内桶与电机吸和的过程。如图所示。

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3.3 PLC主机选型

实际要使用到的输入点数为6歌，输出点7个，考虑到要比实际使用的输入输出点多10%左右的余量。因此在实际的操作过程中间的时候尽量选用在市场上通用很久的，稳定性好，并且货源充足，运输等原因，我们选用最通用的三菱PLC。FX2N-16MR型号。足够本设计使用了。具体IO分配如下节。

3.4 PLC主机资源分配

根据选用三菱FX2N-16 PLC主机。输入输出各8点。以下表2.1为IO分配表。

表2.1 PLC主机IO分配表

输入 名称 SB1 功能描述 启动按钮 IO分配 X0 X1 X2 X3 X4 X5 输出 名称 KM3 KM4 KM1 KM2 KM5 HL1 功能描述 控制进水口电磁阀门 控制出水口电磁阀门 控制电机正转 控制电机反转 控制脱水电磁离合器 洗完声光报警 IO分配 Y1 Y2 Y3 Y4 Y5 Y6，Y7 SB2 停 止按钮 SA3 SL1 SL2 SB3 高水位选择开关 高水位水位开关 低水位水位开关 手动排水按钮 12

3.5 PLC主机接线图

使用altium designer软件,制作成以下的PLC主机接线图，如下图3-2所示

图3-2

3.6 控制梯形图

由于时间有限，因此没有去实验室做基本的调试了，只是使用了PLC的仿真软件对程序进行了仿真，具体仿真的结果见第四章。具体程序见附录。

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四、测试结果

运行测试采用三菱PLC的梯形图编程软件GX DEVELOP以及仿真用的插件GX_Simulator6-C，编写好梯形图后，采用软元件的仿真测试。

测试结果1，按下启动（X0）按扭及高水位选择开关（x2），开始进水（导通Y1），水满（即水位到达高低（X3））时停止进水，按下停止按钮（X1，梯形图中采用X1驱动中间继电器M3实现的）的时候也停止进水。如图所示.

测试结果2。安装需要的控制要求，通过继电器M的自锁功能驱动各个定时器的动作，实现各个要求的动作。如图所示，其中的一次循环是暂停2秒（T0）后，正转15秒后停止，然后暂停3秒。准备反转。

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测试结果3。循环三次的实现。如图所示，反转15秒后，停止并且暂停3秒。时间到驱动计数器C0计数，并且启用中间一个人为的延时，用于启动循环的开始，以及用于给前面使用的定时器T和继电器M的复位，一遍下一次循环的运作。如图1为计数一次后定时器和继电器的复位，如图2为第三次循环后，程序继续向下运行。

图1

图2

同理，在后面需要的三次循环的地方，处理方法类似。还有一些需要考虑的，像自锁，互锁等，以及手动排水等操作，具体见附录的梯形图本身。

综上所述，因为仿真的结果与所需要设计的控制的符合，所以，基本完成题目所设计的要求。

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参考文献

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[6] 赵跃华.可编程序控制器原理及应用[M].成都：电子科技大学出版社.2005

[7] 周淑珍、高鸿斌.PLC分析与设计应用. 成都：电子工业出版社.2005 [8] 王玉中.电气控制及PLC应用技术.开封：河南科学技术出版社.2006 [9] 孙平.可编程序控制器原理及应用.北京：高等教育出版社.2003

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致 谢

本设计是本人通过和很多的同学的交流以后认真制作的，特别感谢一些同学对我的帮助。其中很多地方都使用了较有创意的做法，过程中有很多的东西都是大家讨论得到的。因此很多的图，大家都是差不多的意思。但是都是自己慢慢做的，虽然过程中有很多的挫折，但是基本的东西都是通过自己的努力慢慢的学习，基本完成了所需要的设计任务。但是仍然有很多的地方可以做的更好，还希望老师指正。

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附 录 1 控制梯形图

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附 录 2 语句表

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3 接线图

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附 录