plc課程設計---全自動洗衣機系統(tǒng)

1、<p><b>　　摘 要</b></p><p>　　隨著社會經濟的發(fā)展和科學技術水平的提高，許多領域實現(xiàn)全自動化成為必然的發(fā)展趨勢。洗衣機也不列外，它的生產極大的方便了人們的生活。全自動洗衣機綜合運用了大量力學、電學、光學等知識。 自從全自動洗衣機誕生以來，其內部的電路控制系統(tǒng)就不斷的被改進。隨著PLC技術的迅速發(fā)展與普及，在多種多樣的控制技術中，采用PLC控制系統(tǒng)的全自動洗

2、衣機顯得更加智能化。</p><p>　　該課程設計介紹了可編程序控制器（PLC）、三菱公司的FX2N系列的PLC、全自動洗衣機、以及PLC控制全自動洗衣機系統(tǒng)。本次課程設計僅采用三菱公司的FX2N系列的PLC，通過順序功能圖采用步進指令設計梯形圖，設計了一個簡單的全自動洗衣機控制系統(tǒng)。</p><p>　　關鍵詞：PLC；FX2N ；順序功能圖；梯形圖；步進指令；</p>

3、<p><b>　　目錄</b></p><p><b>　　摘要</b></p><p>　　1 可編程序控制器 </p><p>　　1.1 PLC的概述</p><p>　　1.2 PLC的特點和可靠性</p><p>　　1.3 PLC的分類<

4、/p><p>　　1.4 PLC的發(fā)展及應用</p><p>　　2 三菱公司的FX2N系列</p><p>　　2.1 FX2N系列的機械硬件 </p><p>　　2.2 FX2N系列PLC的面板</p><p>　　2.3 FX2N系列PLC的I/O點</p><p><b&

5、gt;　　3 全自動洗衣機</b></p><p>　　3.1 全自動洗衣機基本工作原理</p><p>　　3.2 全自動洗衣機的硬件設計</p><p>　　4 全自動洗衣機的軟件設計 </p><p>　　4.1 PLC的I/O分配表</p><p>　　4.2 軟件設計順序功能圖<

6、;/p><p>　　4.3 中間繼電器的設計分析</p><p>　　5 梯形圖和指令表</p><p><b>　　5.1 梯形圖</b></p><p><b>　　5.2 指令表</b></p><p><b>　　6 總結</b></

7、p><p><b>　　參考文獻</b></p><p><b>　　致謝</b></p><p><b>　　引言</b></p><p>　　PLC是在工業(yè)自動化和辦公自動化中廣泛使用的個人計算機。PLC擁有眾多控制設備難以奇跡的優(yōu)勢，它憑借著編程方法簡單易學、硬件配套齊全、用

8、戶使用方便、通用性和實用性強、可靠性高以及抗干擾能力強等特點在工業(yè)部門的控制領域占有重要地位。</p><p>　　該設計采用三菱公司的FX2N系列可編程控制器。FX2N系列在國內廣泛使用,故我們在這里有必要詳細介紹三菱的FX2N系列可編程控制器（PLC）。</p><p>　　隨著社會經濟的發(fā)展和科學技術水平的提高，家庭電器全自動化成為必然的發(fā)展趨勢。洗衣機也不列外，它的生產極大的方便了

9、人們的生活。全自動洗衣機綜合運用了大量力學、電學、光學等知識。該設計為全自動洗衣機的PLC控制，主要介紹了全自動洗衣機的工作原理，控制系統(tǒng)的PLC的選型和資源的配置，控制系統(tǒng)程序設計與調試，控制系統(tǒng)PLC程序。</p><p>　　相信通過此次設計，我們能對PLC有更加深刻的認識。</p><p>　　1 可編程程序控制器</p><p>　　1.1 PLC的概述

10、</p><p>　　可編程序控制器（Programmabie Logic Contrgicoller,縮寫PLC）是以微處理器為基礎，綜合計算機、通信、聯(lián)網以及自動控制技術而開發(fā)的新一代工業(yè)控制裝置?？删幊绦蚩刂破魇请S著技術的進步與現(xiàn)代社會生產方式的轉變，為適應多品種.小批量生產的需要，生產.發(fā)展起來的一種新型的工業(yè)控制裝置。PLC從問世以來，雖然至今還不到40年，但由于其具有通用靈活的控制性能,簡單方便的使用

11、性能，可以適應各種工業(yè)環(huán)境的可靠性，因此在工業(yè)自動化各領域取得了廣泛的應用。有人將它與數控技術、CAD/CAM技術工業(yè)機械人技術并稱為現(xiàn)代工業(yè)自動化技術的四大支柱?？删幊绦蚩刂破髟谖覈陌l(fā)展與應用已有30多年的歷史，現(xiàn)在它已經廣泛應用于國民經濟的各個工業(yè)生產領域，成為提高傳統(tǒng)工業(yè)裝備水平和技術能力的重要設備和強大支柱。</p><p>　　1．2 PLC的特點和可靠性</p><p>

12、　　PLC是傳統(tǒng)的繼電器技術和計算機技術相結合的產物，所以要工業(yè)控制方面，它具有繼電器或通用計算機所無法比擬的特點。</p><p>　　（1）應用靈活、使用方便模塊化的PLC設計，使用戶能根據自己系統(tǒng)的大小、工藝流程和控制要求等來選擇自己所需要的PLC模塊并進行資源配置和PLC編程。這樣，控制系統(tǒng)就不需要大量的硬件裝置，用戶只需根據控制需要設計PLC的硬件配置和I/O的外部接線即可。</p>&l

13、t;p>　　（2）面向控制過程的編程語言，容易掌握PLC的編程語言采用繼電器控制電路的梯形圖語言，清晰直觀。雖然PLC 是以微處理器為核心的控制裝置，但是它不需要用戶有很強的程序設計能力，只在用戶具備一定的計算機軟、硬件知識和電器控制方面的知識即可。</p><p>　　PLC的高可靠性主要表現(xiàn)在硬件和軟件兩個方面：（1）在硬件方面，由于采用性能優(yōu)良的開關電源，并且對選用的器件進行嚴格的篩選，加上合理的

14、系統(tǒng)結構，最后加固、簡化安裝，因此PLC具有很強硬的抗振動沖擊性能；無觸點的半導體電路來完成大量的開關動作，就不會出現(xiàn)繼電器系統(tǒng)中的器件老化、脫焊、觸點電弧等問題；所有的輸入/輸出接口都采用光電隔離措施，使外部電路和PLC內部電路能有效的進行隔離；PLC模塊式的結構，可以在其中一個模塊出現(xiàn)故障時迅速地判斷出故障的模塊并進行更換，這樣就能盡量的縮短系統(tǒng)的維修時間。</p><p>　?。?） 在軟件方面，PLC的監(jiān)

15、控定時器可用于監(jiān)視執(zhí)行用戶程序的專用運行處理器的延遲，保證在程序出現(xiàn)錯誤和程序調試時，避免因程序錯誤而出現(xiàn)死循環(huán)；當CPU、電池、I/O口、通信等出現(xiàn)異常時，PLC的自診斷功能可以檢測到這些錯誤，并采取相應的措施，以防止故障擴大；停電時，后電池和正常工作時一樣，進行對用戶程序及動態(tài)數據的保護，確保信息不丟失。</p><p>　　1．3 PLC的分類 </p><p>　　（1）小型PLC

16、 連接開關量I/O模塊、模擬量I/O模塊以及其它各種特殊功能模塊，能執(zhí)行包括邏輯運算、計時、計數、算術運算等。輸入/輸出點數在128點以下的PLC稱為小型PLC。其特點是體積小、結構緊湊，它可以據處理和傳送、通信聯(lián)網以及各種應用指令。</p><p>　?。?）中型PLC 輸入/輸出點數在128-512點之間的PLC稱為中型PLC。它除了具有小型機所能實現(xiàn)在功能外，還具有強在的網絡通信功能、更豐富的指令系統(tǒng)

17、、更大的內存容量和更快的掃描速度。</p><p>　　（3）大型PLC 輸入/輸出點數大于512的PLC稱為大型PLC。它具有強大的軟件硬件功能、自診斷功能、通信聯(lián)網功能，它可以構成三級通信網，實現(xiàn)工廠生產管理自動化。另外大型PLC還可以采用三CPU構成表決式系統(tǒng)，使機器具有更高的可靠性。</p><p>　　1.4 PLC的發(fā)展及應用</p><p>　　2

18、0世紀80年代以后，16位和32位微處理器應用于PLC中，使PLC得到迅速發(fā)展。PLC不僅控制功能增強，同時可靠性提高，功耗、體積減小，成本降低，編程和故障檢測更加靈活方便，而且具有通信和聯(lián)網、數據處理和圖象顯示等功能，使PLC真正成為具有邏輯控制、過程控制、運動控制、數據處理、聯(lián)網通信等功能的名符其實的多功能控制器。</p><p>　　PLC的初期由于其價格高于繼電器控制裝置，使得其應用受到限制。但最近十多年

19、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。目前PLC在國內外已廣泛應用于鋼鐵、采礦、水泥、石油、化工、電力、機械制造、汽車、裝卸、造紙、紡織、環(huán)保和娛樂等行業(yè)。PLC的應用范圍通?？煞殖梢韵?種類型：</p><p><b>　?。?）順序控制 </b><

20、/p><p><b>　?。?）運動控制 </b></p><p><b>　　（3）過程控制</b></p><p><b>　?。?）數據處理 </b></p><p><b>　?。?）通信網絡 </b></p><p>　　2

21、 三菱公司的FX2N系列</p><p>　　2.1 FX2N 系列的機械硬件</p><p>　　（1）機器的外部特征 PLC按結構形式不同，可分為整體式和模塊式兩類。整體式PLC是將電源、CPU、存儲器、輸入/輸出單元等各個功能部件集中在一個機殼內，具有結構緊湊、體積小、價格低的特點；模塊式PLC將各個功能部件做成獨立模塊，如電源模塊、CPU模塊、I/O模塊等，然后按需要進行組合。

22、</p><p>　　小型PLC的I/O點數在256點以下，存儲容量在8K步以內，具有邏輯運算、定時、計數、移位、自診斷和監(jiān)控等基本功能。</p><p>　　FX2N系列小型PLC其外形如圖2—1所示。FX2N系列PLC是FX系列中最高級的模塊，它擁有極高的速度、高級的功能、邏輯選件以及定位控制等特點，能滿足從16到256路輸入／輸出多種應用的要求。</p><p&g

23、t;　　一套PLC系統(tǒng)的硬件一般由基本單元（包括CPU、存儲器、輸入/輸出接口及內部電源等）、I/O擴展模塊、擴展單元、轉換電纜接口、特殊適配器和特殊功能模塊等外部設備組成。</p><p>　　圖2—1 PLC外形圖</p><p>　　2.2 FX2N系列PLC的面板</p><p>　　FX2N系列PLC的面板由三部分組成，即外部接線端子、指示部分和接口部分

24、，各部分的組成及功能如下。</p><p>　　FX2N外部接線端子 </p><p>　　外部接線端子包括PLC電源（L、N）、輸入用直流電源（24+、COM）、輸入端子（X）、輸出端子（Y）和機器接地等。它們位于機器兩側可拆卸的端子板上，每個端子均有對應的編號，主要用于電源、輸入信號和輸出信號的連接。</p><p>　　FX2N指示部分 </p>

25、;<p>　　指示部分包括各輸入輸出點的狀態(tài)指示、機器電源指示（POWER）、機器運行狀態(tài)指示（RUN）、用戶程序存儲器后備電池指示（BATT.V）和程序錯誤或CPU錯誤指示（PROG-E、CPU-E）等，用于反映I/O點和機器的狀態(tài)。</p><p>　?、跢X2N接口部分 </p><p>　　主要包括編程器接口、存儲器接口、擴展接口和特殊功能模塊接口等。在機器面板上，

26、還設置了一個PLC運行模式轉換開關SW（RUN／STOP），RUN使機器處于運行狀態(tài)（RUN指示燈亮）；STOP使機器處于停止運行狀態(tài)（RUN指示燈滅）。當機器處于STOP狀態(tài)時，可進行用戶程序的錄入、編輯和修改。接口的作用是完成基本單元同編程器、外部存儲器、擴展單元和特殊功能模塊的連接。在PLC技術應用中會經常用到。</p><p>　　2．3 FX2N系列的 I/O點</p><p>

27、;　　FX2N的 I/O點端子是PLC與外部輸入、輸出設備連接的通道。輸入端子（X）位于機器的一側，而輸出端子（Y）位于機器的另一側。I/O點的數量、類別隨機器的型號不同而不同，但I/O點數量相等及編號規(guī)則完全相同。FX2N系列PLC的I/O點編號采用8進制，即000～0007、010～017、020～027……，輸入點前面加“X”，輸出點前面加“Y”。擴展單元和I/O?擴展模塊，其I/ O點編號應緊接基本單元的I/O編號之后，依次分配

28、編號。</p><p>　　I/O?點的作用是將I/O設備與PLC進行連接，使PLC與現(xiàn)場設備構成控制系統(tǒng)，以便從現(xiàn)場通過輸入設備（元件）得到信息（輸入），或將經過處理后的控制命令通過輸出設備（元件）送到現(xiàn)場（輸出），從而實現(xiàn)自動控制的目的。</p><p>　　輸入回路的連接如圖2—2所示。輸入回路的實現(xiàn)是將COM通過輸入元件（如按鈕、轉換開關、行程開關、繼電器的觸點、傳感器等）連接到對

29、應的輸入點上，再通過輸入點X將信息送到PLC內部。一旦某個輸入元件狀態(tài)發(fā)生變化，對應輸入繼電器X的狀態(tài)也就隨之變化，PLC在輸入采樣階段即可獲取這些信息。</p><p>　　輸出回路就是PLC的負載驅動回路，輸出回路的連接如圖3所示。通過輸出點，</p><p>　　將負載和負載電源連接成一個回路，這樣負載就由PLC輸出點的ON/OFF進行控制，輸出點動作負載得到驅動。負載電源規(guī)格根據負

30、載的需要和輸出點的技術規(guī)格進行選擇。</p><p>　　在實現(xiàn)輸入/輸出回路時，應注意的事項如下。</p><p>　　（1）I/O點的共COM問題 </p><p>　　一般情況下，每個I/O點應有兩個端子，為了減少I/O端子的個數，PLC內部已將其中一個I/O繼電器的端子與公共端COM 連接。輸出端子一般采用每4個點共COM連接，如圖2—3所示。</p

31、><p>　?。?）輸出點的技術規(guī)格 </p><p>　　不同的輸出類別，有不同的技術規(guī)格。應根據負載的類別、大、負載電源的等級、響應時間等選擇不同類別的輸出形式。</p><p>　?。?）多種負載和不同負載電源共存的處理 </p><p>　　在輸出共用一個公共端子的范圍內，必須用同一電壓類型和同一電壓等級；而不同公共點組可使用不同電壓類

32、型和電壓等級的負載，如圖2—3所示。</p><p>　　PLC控制系統(tǒng)由硬件和軟件兩個部分組成，硬件部分：將輸入元件通過輸入點與PLC連接，將輸出元件通過輸出點與PLC連接，構成PLC控制系統(tǒng)的硬件系統(tǒng)。軟件部分：即控制思想，用PLC指令將控制思想轉變?yōu)镻LC可接受的程序。</p><p>　　為適應控制的需要，PLC I/0具有不同的類別。其輸入分直流輸入和交流輸入兩種形式；輸出分繼電

33、器輸出、可控硅輸出和晶體管輸出三種形式。繼電器輸出和可控硅輸出適用于大電流輸出場合；晶體管輸出、可控硅輸出適用于快速、頻繁動作的場合。相同驅動能力，繼電器輸出形式價格較低。</p><p><b>　　3 全自動洗衣機</b></p><p>　　3.1 全自動洗衣機的基本工作原理</p><p>　　全自動洗衣機是通過水位開關與電磁進水閥配合

34、來控制進水、排水以及電機的通斷，從而實現(xiàn)自動控制的。電磁進水閥起著通、斷水源的作用。當電磁線圈斷電時，移動鐵芯在重力和彈簧力的作用下，緊緊頂在橡膠膜片上，并將膜片的中心小孔堵塞，這樣閥門關閉，水流不通。當電磁線圈通電后，移動鐵芯在磁力作用下上移，離開膜片，并使膜片的中心小孔打開，于是膜片上方的水通過中心小孔流入洗衣桶內。由于中心小孔的流通能力大于膜片兩側小孔的流通能力，膜片上方壓強迅速減小，膜片將在壓力差的作用下上移，閉門開啟，水流導通

35、。</p><p>　　進水時，通過電控系統(tǒng)把進水閥打開，經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；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><

36、p>　　3.2全自動洗衣機的硬件設計</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是一種用作數字控制的專用電子計算機，它根據用戶給的指令，通過輸入接口現(xiàn)場采樣信息執(zhí)行邏輯或數值運算，再通過輸出接口去控制各種執(zhí)行機構

37、動作。它主要由CPU、存儲器、I/O接口模板三部分。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點為14個，故選擇抵擋的三菱FX2N系列FX2N---48MR，可以完全滿足其要求，F(xiàn)X2N---48MR有20個I/O，根據輸入8個和輸出口6個，總點數為14個，考慮留有適當余量，采用三菱FX2N-48MR型PLC，可滿足設計要求。</p><p>

38、　　圖3—1 全自動洗衣機外部接線圖</p><p>　　4 全自動洗衣機的軟件設計</p><p>　　4.1 PLC的I/O分配表 </p><p>　　全自動洗衣機有起/停按鈕、高/中/低水位開關以及空、低、中、高四個水位傳感器，PLC需要接受這8個輸入開關信號；PLC需要驅動進/排水電磁閥、脫水電磁閥、電動機的正/反轉接觸器以及蜂鳴器，因此需要這6個輸

39、出信號端。其I/O接點分配如下表4—1所示。</p><p>　　表4—1 全自動洗衣機的I/O分配表</p><p>　　4.2 軟件設計順序功能圖 </p><p>　　全自動洗衣機的過程包括啟動、進水、洗滌、排水和脫水等功能。在實現(xiàn)控制過程中，各種采樣信息都是通過控制中心進行各種判斷、比較和選擇，再經信息線路反饋給洗衣機各控制執(zhí)行機構，決定洗衣機的工作狀態(tài)。

40、</p><p>　　如下圖4—1所示，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機的控制系統(tǒng)是可行的。我們采用三菱公司獨有的步進指令進行梯

41、形圖的轉換。</p><p>　　圖4—1 全自動洗衣機的順序功能圖</p><p>　　4.3 中間繼電器的設計分析</p><p>　　根據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)自動控制藥設置7個計時器和2個計數器</p><p>　　T0——暫停2s

42、 T1——正轉30s</p><p>　　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

43、>　　C0——正反轉洗滌5次 C1——清洗2次 </p><p>　　由于我們在實驗室沒有這些設備，故傳感器等設備是用實物來替代手動的開關，來實現(xiàn)自動控制原理，可以做到人為的設置一些手動開關來實現(xiàn)自動控制原理。</p><p><b>　　5 梯形圖和指令表</b></p><p><b>　　

44、5.1 梯形圖</b></p><p><b>　　6 總結</b></p><p>　　通過兩周的PLC課程設計，讓我深深地體會到:把理論學習與實踐操作結合起來是很有難度的。</p><p>　　不可否認，這其中有苦也有甜，艱辛同時又充滿樂趣！通過本次課程設計，在沒有接受任務以前覺得課程設計只是對PLC書本所學知識的單純總結，但是

45、通過這次做的課程設計后我發(fā)現(xiàn)這不僅僅是對前面所學知識的一種考查，更是對我自主、創(chuàng)新性學習能力的很好鍛煉。的確，這讓我明白如何在一個小團隊中發(fā)揮自己的作用，意思到要把PLC的理論學習與其實踐操作好好地結合起來還有很長路要走。此次PLC課程設計完成后，我更加意識到：自己要學習的東西還太多，以前老是覺得自己會的不少，有點眼高手低?，F(xiàn)在讓我明白了，學習是一個長期積累的過程，在以后的工作、生活中都應該不斷的學習，積極面對更多的學習挑戰(zhàn)，努力提高自

46、己知識和綜合素質。</p><p>　　此次PLC課程設計之后，我不僅明確了理論學習的重要性，也意思到自己需要進行更多實際操作的迫切性。</p><p><b>　　參考文獻資料</b></p><p>　　[1]廖常初.可編程序控制器應用技術(第五版).重慶大學出版社.2007</p><p>　　[2] 蔣金周. 全

47、自動洗衣機的PC智能控制.機電一體化</p><p>　　[3] 謝克明.夏路易.可編程控制器原理與程序設計.電子工業(yè)出版社</p><p>　　[4] 吳存宏.淺談PLC在全自動洗衣機中運用.家用電器科技.2000</p><p>　　[5] 自動化網論.全自動洗衣機PLC控制</p><p><b>　　致謝</b>

48、</p><p>　　在此要感謝我們老師的指導和幫助。在設計過程中，我們小組遇到問題時，當通過查閱有關資料、與同學交流討論無果后，我們組都會向老師請教，每次老師都會耐心地給我們一個滿意的解答。正是在這樣一次次和老師的互動中，慢慢加深我們對PLC這門課程的興趣，也使自己學到了更多的知識。通過此次課程設計，不僅意識到自己的不足，更重要的是在老師的耐心指導下，我們都真正意識到扎扎實實學習的重要性，同時也加深了對PLC的