基于三菱fx2n系列plc设计的全自动洗衣机

电气职业技术学院自动控制课程设计报告设计题目：全自动洗衣机控制系统的设计专业班级：学生：学生学号：指导教师：成绩：2011年月日目录目录 (I)摘要 (1)一、系统总体方案 (2)1.PLC的定义 (2)2.CPU功能与结构的选择 (4)3.全自动洗衣机的原理和构造 (4)4.滚筒式洗衣机特点： (5)二、控制系统分析 (7)1.控制系统原理 (7)2.洗涤脱水系统 (8)3.排水和进水系统 (9)4.电动机及传动系统 (9)5.检测电路系统 (11)三、主要器件的选择 (12)1.电动机的选择 (12)2.传感器的选择 (13)四、软件设计 (13)1.系统的顺序功能图设计 (13)2.控制系统顺序流程图 (14)3.I/O分配 (14)4.I/o接线图 (15)5.控制系统的梯形图设计 (17)6.控制系统指令表 (18)总结 (19)参考文献 (19)摘要随着社会经济的发展和科学技术水平的提高，家庭电器全自动化成为必然的发展趋势。

全自动洗衣机的产生极大的方便了人们的生活。

洗衣机是国家电业唯一不打价格战的行业，经过几年的平稳发展，国产洗衣机无论在质量上还是功能上都和世界领先水平同步。

纵观洗衣机市场，高效节能、省水、省电、环保型洗衣机一直在市场上占主导地位。

根据全自动洗衣机的工作原理,利用可编程控制器PLC实现控制,说明了PLC 控制的原理方法,特点及控制洗衣机的特色。

PLC的优点是：可靠性高，耗电少，适应性强，运行速度快，寿命长等，为了进一步提高全自动洗衣机的功能和性能，避免传统控制的一些弊端，就提出了用PLC来控制全自动洗衣机这个课题。

全自动洗衣机控制系统利用了三菱FX2N系列PLC的特点,对按鈕,电磁阀,开关等其他一些输入/输出点进行控制,实现了洗衣机洗衣过程的自动化。

由于每遍的洗涤,排水,脱水的时间由PLC计数器控制,所以只要改变计数器参数就可以改变时间。

可以把上面设定的程序时间定下来,作为固定程序使用,也可以根据衣物的质地,数量及油污的程度来编程。

该论文就怎样利用PLC来控制全自动洗衣机进行了调查，对其中软件设计、硬件设计等问题进行了分析和研究，实现了全自动洗衣机的正常运行和强制性停止功能。

关键词：PLC；自动；定时；控制一、系统总体方案1.PLC的定义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的存中，称输入刷新。

PLC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。

2.CPU功能与结构的选择PLC的功能日益强大，一般PLC都具有开关量逻辑运算、定时、计数、数据处理等基本功能，有些PLC还可扩展各种特殊功能模块，如通信模块、位置控制模块等，选型时可考虑以下几点：功能与任务相适应，PLC的处理速度应满足实时控制的要求、PLC结构合理、机型统一、在线编程和离线编程的选择。

全自动洗衣机控制所要求的控制功能简单，小型PLC就能满足要求了。

该控制系统CPU模块可采用CPU-224（AC/DC/继电器）模块，它可控制整个系统按照控制要求有条不紊地进行。

同时由于该模块采用交流220V供电，并且自带4个数字量输入点和6个数字量输出点，完全能满足全自动洗衣机控制系统的要求，所以不再需要另外的电源模块、数字量和输出模块。

[9]综上所述此次设计选用三菱FX2N-16MR-001 输入点： 8，8 继电器输出—型PLC。

3.全自动洗衣机的原理和构造全自动洗衣机在结构上大致可分为3中类型，即波轮式，滚筒式和搅拌式。

我国的洗衣机在结构上主要有波轮式和滚筒式两类，产品的类型以波轮式为主，其他类型为辅。

首先做一下比较：滚筒式洗衣机具有如下性能：1）更好的软化衣物纤维，减小洗涤过程中衣物的损伤和变形，并且还可以使洗后的衣物柔软而蓬松。

2）提高温度来洗涤可充分溶解洗衣粉，加快洗衣粉中弱酸性物质与污物的化学反应速度，提高洗衣粉中酶的活性，同时有利于溶解汗渍，血渍，降低灰尘，油污的粘附作用，从而可在同样的洗净比下大幅度降低洗涤过程对机械力的需求。

3）温度高有利于污物在水中的扩散。

4）高温能有效的杀死一些细菌。

没有加温的洗涤的波轮式洗衣机无论怎样的水流，要达到一定的洗净比，都必须有足够的机械力，而机械力对衣物是由损伤的，这就决定了波轮式洗衣机的磨损率大大高于滚筒式洗衣机。

各种新水流基本原理是一样的，就是尽量以紊乱的水流减小衣物的缠绕，增大水流的冲刷力以用于洗涤，与以前依靠衣物与桶壁和衣物相互之间的摩擦方式相比，水流冲刷对衣物的损伤较小。

4.滚筒式洗衣机特点：1）磨损低，没有缠绕，机械传动部分简单可靠，寿命长于波轮式洗衣机。

2）自动化程度高，可以自动投放洗衣粉，漂白粉等，为不同质地的棉制品，化纤制品，羊毛制品设计了不同的洗涤程序和洗涤温度，使洗涤更为科学。

设有防皱浸泡功能，可将洗好的衣物浸泡在清水里，到晾晒前再甩干，避免衣物甩干后不能及时取出晾晒而起皱。

1）省水，省洗衣粉。

滚筒式洗衣机不需要水位高过衣物，从而可节约用水，并可减少洗衣粉的投放量。

2）高温洗涤有一定的灭菌作用。

3）洗涤过程噪声小，滚筒式洗衣机属封闭式洗涤，可以有效屏蔽桶转动声和水流声；而波轮式洗涤的水流声，脱水桶转动声是不可避免的且刹车装置和电磁阀动作声音也很大。

由于滚筒式洗衣机的价格大大高于波轮式洗衣机，所以波轮式洗衣机仍然受到普遍欢迎。

波轮式洗衣机的特点：1）水流方面。

现在波轮式全自动洗衣机出现了一种新水流的形式。

如LG 的拳击棒，松下的双瀑布，荣事达的网络水流等都采用了这种水流。

2）程序控制器。

新推出的波轮式全自动洗衣机均采用单片机程序控制器，原来的机械式程序控制器基本上已被淘汰。

各厂家生产的各种型号的波轮式全自动洗衣机的控制程序有所不同。

如在模糊控制的洗衣机中，单片机通过采集水位传感器，布量传感器，光传感器的信号以及电动机的转速，判断出衣物的质地，多少，赃物程度，从而自动调整对衣物进行合理的洗涤。

3）不锈钢桶。

波轮式洗衣机采用了不锈钢桶，减小衣物和桶壁摩擦力，从而减轻衣物的磨损。

4）同心洗。

同心洗是直接把电动机轴与洗衣桶主轴同心安装，直接驱动。

使洗涤和脱水时洗衣桶振动减小，噪声降低。

5）变频波轮式洗衣机可以对不同质地的衣物自动选择不同的电动机转速，从而给不同质地的衣物以恰当的洗涤强度，在保证洗得干净的同时，也最大限度地降低衣物的磨损。

同时还可以在脱水甩干时，由慢到快地启动，使衣物在桶分布均匀，脱水效果好，同时由于衣物均匀分布在洗衣桶的四周，洗衣桶的重心落在轴心上，可以减小振动，降低噪声，但是价格较贵。

波轮式全自动洗衣机通常都采用将洗涤（脱水）桶套装在盛水桶的同轴套桶式结构，虽然它们各自牌号和型号都不同，但其结构都是由洗涤，脱水系统，进，排水系统，电动机和传动系统，电器控制系统以及支撑机构5大部分组成的。

支撑机构主要有箱体，吊杆及控制台组成，它除了安装和连接洗衣机的各种零件外，还具有减振及防护，装饰的作用。

如图所示：全自动套筒洗衣机部结构图。

图2 全自动套筒洗衣机部结构图二、控制系统分析1.控制系统原理程序控制器中存储着多种程序，一旦通过选择开关选好某种程序后，程序控制器便按这种程序自动实施对电动机，进水和排水电磁阀的控制。

安全开关又称为盖开关，在洗衣机运行过程中起安全保护作用，它的功能为：在洗衣机工作时误开盖，安全开关便会切断电动机电源，自动中断程序；在脱水过程中如桶衣物摆放不均匀而产生大幅度振动时，安全开关自动中断脱水过程，启动蜂鸣器。

按照采用的程序控制器的不同，波轮式全自动套桶洗衣机的电气控制电路可分为电动机驱动式程序控制器和单片机式程序控制器电路。

电动机驱动式程序控制器又称为机械式程序控制器，它具有程序组合量大，工作可靠，抗干扰能力强，而且能直接控制较大电流等优点，单片机程序控制器具有结构紧凑，操作简便，功能齐全，运行可靠等优点。

目前，机械式程序控制器基本上已被淘汰。

用PLC（单片机）控制的全自动洗衣机各种动作典型的系统结构如图所示：图5 全自动洗衣机各种动作典型的系统结构图PLC在系统中是处于中心位置，水位开关的PLC的输入信号控制开关，进水阀，排水阀和电动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；电动机的工作状态也由控制中心PLC给定信号来决定，而电动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。

2.洗涤脱水系统它主要有盛水桶，洗涤桶和波轮组成。

盛水桶又称为外桶，主要用来盛放洗涤液。

盛水桶固定在钢制底板上，通过4根吊杆悬挂在洗衣机箱体上。