基于三菱PLC的投幣式洗衣機系統(tǒng)

1、南京化工職業(yè)技術學院 畢業(yè)論文設計題目：基于三菱PLC的投幣式洗衣機系統(tǒng)姓 名： 所在系部： 班級名稱： 學 號： 指導老師： 2012年12月目錄摘要III第一章 緒論11.1設計選題背景11.2選題的目的與意義11.3論文的主要內容2第二章 可編程控制器32.1 PLC的產生32.2 PLC的基本結構32.2.1 PLC的硬件結構32.2.2 PLC軟件系統(tǒng)52.3 PLC的分類52.4 PLC的工作原理62.5 PLC的特點及應用62.5.1 PLC特點62.5.2 PLC應用72.6 PLC的基本指令92.7 PLC的設計內容及原則102.7.1 PLC控制系統(tǒng)設計的基本內容102.7

2、.2 在設計PLC控制系統(tǒng)時，應遵循以下基本原則10第三章 系統(tǒng)硬件設計113.1 PLC的選擇113.1.1 FX2N系列的PLC113.1.2 FX2N-48MR介紹113.2 投幣式全自動洗衣機的工作原理123.2.1投幣式全自動洗衣機的工作流程圖見下圖3.2所示123.2.2投幣式全自動洗衣機的構成133.3主要器件的選擇133.4系統(tǒng)主接線圖14第四章 控制程序設計154.1控制要求154.2 I/O分配表154.3計時器、計數(shù)器說明164.4 PLC接線圖174.5梯形圖184.6梯形圖控制說明22第五章 系統(tǒng)調試265.1硬件調試265.1.1 靜態(tài)調試265.1.2 動態(tài)調試2

3、65.2 軟件調試275.3 對本系統(tǒng)的調試27結 論28參考文獻29致謝30附件 指令表31摘要洗衣機的問世大大減輕了人們的負擔，節(jié)省了寶貴的時間和精力。并且隨著科技的發(fā)展,洗衣機也在不斷改進和創(chuàng)新。而今投幣式全自動洗衣機已經(jīng)出現(xiàn)。由于現(xiàn)在社會生活節(jié)奏的加快, 24小時不間斷營業(yè)無人值守的自助經(jīng)營模式因其自主、自助、便利的特性,正被越來越多的人所接受。因此它被越來越多的廣大消費者所接受。尤其在校園、軍營、工廠等洗滌條件有限、人口集中居住場所,投幣式全自動洗衣機具有非常廣闊的應用前景。 為了滿足公共場合自助洗衣需要，全自動洗衣機又有投幣式、感應式、IC卡式等；從控制系統(tǒng)分，有集成電路控制、單片

4、機控制和PLC控制、模糊控制等。單片機以其控制功能強、環(huán)境適應性好、開發(fā)方便、體積小、價格適中等優(yōu)點在家用電器上得到日益廣泛的應用。但是它也有不少的缺點：指令系統(tǒng)復雜，編程難度大且控制系統(tǒng)的硬件要求多種電路保護裝置；而基于PLC控制的全自動洗衣機具有編程簡單、實現(xiàn)功能齊全、外圍電路簡單、時間計算精確以及可維護方便等一系列優(yōu)點。只是它的價格比單片機昂貴的多，比較適合溫度過高、震動和沖擊過強等工業(yè)環(huán)境，在家用電器控制中應用并不廣泛。目前市場上的全自動洗衣機也多采用單片機控制。本文選用PLC來控制是從探究、學習的角度出發(fā)的，對PLC在工業(yè)洗衣機中的應用也具有重要參考價值。 該畢業(yè)設計將利用三菱公司的

5、FX2N系列的PLC，設計了一個簡單的投幣式全自動洗衣機控制系統(tǒng)。并對可編程序控制器（PLC）和PLC控制系統(tǒng)的基本知識，包括PLC的定義、特點、分類、技術指標、基本結構、工作原理、硬件知識及PLC控制系統(tǒng)等相關知識進行介紹。關鍵詞:PLC；洗衣機；自助投幣第一章 緒論1.1設計選題背景 傳統(tǒng)的洗衣機采用繼電器控制的優(yōu)點是裝置結構簡單、價格便宜、抗干擾能力強。但是，這也是隨之帶來的一些問題，如絕大多數(shù)控制繼電器都是長期磨損和疲勞工作條件下進行的，容易損壞，而且繼電器的觸點容易產生電弧，甚至會熔在一起產生誤操作，引起嚴重的后果。在全負荷運載的情況下，大的繼電器將產生大量的熱及噪聲，同時也消耗了大

6、量的電能。并且繼電器控制系統(tǒng)必須是手工接線、安裝，如果有簡單的改動，也需要花費大量時間及人力和物力去改制、安裝和調試。這種電路接線多，只適用于小型的控制電路。 隨著科學技術不斷進步和社會飛速發(fā)展，洗衣機成為人民日常生活息息相關的家用電器產品。傳統(tǒng)洗衣機基于電器的控制，已經(jīng)不能滿足人們對其自動化程度的要求了。洗衣機要更好地滿足人們的需求，必須借助于自動化技術的發(fā)展。自動化技術的飛速發(fā)展，使得洗衣機由最初的半自動式發(fā)展到現(xiàn)在的全自動式，并正在向智能化洗衣機方向發(fā)展。 本論文主要著重于投幣式全自動洗衣機的控制，要求洗衣機能在投入一元后能實現(xiàn)進水、洗滌、排水、脫水、報警，所采用的控制方法操作簡單、穩(wěn)定

7、可靠、維護與維修方便。 1.2選題的目的與意義（1）掌握三菱FX2N系列PLC的原理、性能、使用特點和方法，提高運用PLC梯形圖對系統(tǒng)進行編程的能力。（2）本課題的研究可以使本人更好地掌握基于PLC控制系統(tǒng)的分析與設計方法，培養(yǎng)創(chuàng)新意識和理論聯(lián)系實際的學風，提高自動化家電產品研發(fā)素質，增強針對實際應用進行控制系統(tǒng)設計的能力。（3）采用PLC控制開發(fā)的周期短，開發(fā)成本低，可以直接用于工業(yè)現(xiàn)場控制。PLC控制具有實時性、信號處理時間短、速度快、更能滿足各個領域大、中、小型工業(yè)控制項目，可靠性高，豐富的I/O卡件，質優(yōu)價廉，性價比高，安裝簡單，維修方便，PLC控制能在高粉塵、高噪聲、強電磁干擾和溫度

8、變化劇烈的環(huán)境下正常工作。1.3論文的主要內容 （1）概要闡述課題來源、研究現(xiàn)狀及研究意義。（2）簡要論述PLC的產生和發(fā)展，介紹PLC的工作原理及控制系統(tǒng)的設計方法、原則。（3）對基于PLC投幣式洗衣機的控制系統(tǒng)進行設計，主要包括控制要求、PLC選型、硬件接線、控制程序設計。第二章 可編程控制器2.1 PLC的產生1969年美國數(shù)字設備公司（DEC），研制出了世界上第一臺可編程控制（Programmable Logic Controller, 簡稱PLC），在美國通用汽車公司的生產線上試用成功，并取得了滿意效果，可編程控制器由此誕生。早期的可編程控制器主要由分立元件和中小規(guī)模集成電路組成，只

9、具有邏輯運算功能。20世紀70年代中期，微處理器及其他大規(guī)模集成電路芯片成為其核心部件，是其具有自我診斷功能，可靠性、性價比有很大突破。到20世紀80年代，可編程控制器采用微處理器（CPU）、只讀存儲器、隨機存儲器或是單片機作為其核心，處理速度大大提高，功能更強體積又小。90年代末，PLC幾乎完全計算機化，各種智能模塊不斷開發(fā)出來，使其不斷擴展著它在各類工業(yè)控制過程中的作用。PLC一直在飛速發(fā)展中，因此一直沒有比較明確的定義。1987年，國際電工委員會（IEC）對PLC做出的定義如下：“可編程序控制器是一種數(shù)字運算操作的電子系統(tǒng)，專為工業(yè)環(huán)境而設計。它采用了可編程序的存儲器，用來在其內部存儲執(zhí)

10、行邏輯運算、順序控制、定時、計數(shù)和算術運算等操作的指令，并通過數(shù)字式和模擬式的輸入和輸出，控制各種機械和生產過程。而有關的外圍設備，都應按照易于與工業(yè)系統(tǒng)聯(lián)成一體，易于擴充其功能的原則設計?！倍x強調了PLC直接應用于工業(yè)環(huán)境；是“數(shù)字運算操作的電子系統(tǒng)”，即計算機；是用軟件方式來實現(xiàn)“可編程”的。2.2 PLC的基本結構 PLC實質上是一種工業(yè)控制用的專用計算機。從結構上分，PLC分為固定式和組合式（模塊式）兩種，這里介紹一般PLC的結構。2.2.1 PLC的硬件結構 通用型PLC的硬件基本結構主要由中央處理單元CPU、存儲器、輸入/輸出（I/O）模塊、電源及編程器組成。（1）中央處理單元C

11、PU PLC的CPU與通用微機的CPU一樣，是PLC的核心部分，它按PLC中系統(tǒng)程序賦予的功能，接收并存儲從編程器鍵入的用戶程序和數(shù)據(jù)；用掃描方式查詢現(xiàn)場輸入裝置的各種信號狀態(tài)或數(shù)據(jù)，并存入輸入過程狀態(tài)寄存器或數(shù)據(jù)寄存器中；診斷電源及PLC內部電路工作狀態(tài)和編程過程中的語法錯誤等；在PLC進入運行狀態(tài)后，從存儲器逐條讀取用戶程序，經(jīng)過命令解釋后，按指令規(guī)定的任務產生相應的控制信號，去啟閉有關的控制電路；分時、分渠道地去執(zhí)行數(shù)據(jù)的存取、傳送、組合、比較和變換等動作，完成用戶程序中規(guī)定的邏輯運算或算術運算等任務；根據(jù)運算結果，更新有關標志位的狀態(tài)和輸出狀態(tài)寄存器的內容，再由輸出狀態(tài)寄存器的位狀態(tài)或

12、數(shù)據(jù)寄存器的有關內容實現(xiàn)輸出控制、制表打印、數(shù)據(jù)通信等功能。以上這些都是在CPU的控制下完成的。PLC常用的CPU主要采用通用微處理器、單片機或雙極型位片式微處理器。 （2）存儲器 存儲器（簡稱內存），用來存儲數(shù)據(jù)或程序。它包括隨機存取存儲器（RAM）和只讀存儲器（ROM）等。 PLC配有系統(tǒng)程序存儲器和用戶程序存儲器，分別用以存儲系統(tǒng)程序和用戶程序。系統(tǒng)程序存儲器用來存儲監(jiān)控程序、模塊化應用功能子程序和各種系統(tǒng)參數(shù)等，一般使用ROM；用戶程序存儲器用作存放用戶編制的梯形圖等程序，一般使用RAM，若程序不經(jīng)常修改，也可寫入到EPROM中；存儲器的容量以字節(jié)為單位。系統(tǒng)程序存儲器的內容不能由用戶

13、直接存取。因此一般在產品樣本中所列的存儲器型號和容量，均是指用戶程序存儲器。 （3）輸入/輸出（I/O）模塊 I/O模塊是CPU與現(xiàn)場I/O設備或其他外部設備之間的連接部件。PLC提供了各種操作電平和輸出驅動能力的I/O模塊供用戶選用。I/O模塊要求具有抗干擾性能，并與外界絕緣。因此，多數(shù)都采用光電隔離回路、消抖動回路、多級濾波等措施。I/O模塊可以制成各種標準模塊，根據(jù)輸入、輸出點數(shù)來增減和組合。I/O模塊還配有各種發(fā)光二極管來指示各種運行狀態(tài)。 （4）電源 PLC配有開關式穩(wěn)壓電源的電源模塊，用來對PLC的內部電路供電。 （5）編程器 編程器分簡易型和智能型兩種。簡易型編程器只能在線編程，

14、它通過一個專用接口與PLC連接。智能型編程器即可在線編程又可離線編程，還以遠離PLC插到現(xiàn)場控制站的相應接口進行編程。智能型編程器有許多不同的應用程序軟件包，功能齊全，適應的編程語言和方法也較多。 2.2.2 PLC軟件系統(tǒng) PLC的軟件系統(tǒng)是指PLC所使用的各種程序的集合。它包括系統(tǒng)程序和用戶程序。 （1）系統(tǒng)程序 系統(tǒng)程序包括監(jiān)控程序、編譯程序及診斷程序等。監(jiān)控程序又稱為管理程序，主要用于管理全機。編譯程序用來把程序語言翻譯成機器語言。診斷程序用來診斷機器故障。系統(tǒng)程序由PLC生產廠家提供，并固化在EPROM中，用戶不能直接存取，故也不需要用戶干預。 （2）用戶程序 用戶程序是用戶根據(jù)現(xiàn)場

15、控制的需要，用PLC的程序語言編制的應用程序，用以實現(xiàn)各種控制要求。PLC的編程語言有梯形圖、指令表和順序功能流程圖三種。2.3 PLC的分類(1）小型PLC 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(shù)、算術運算、數(shù) 輸入/輸出點數(shù)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(jù)處理和傳送、通信聯(lián)網(wǎng)以及各種應用指令。( 2 ) 中型PLC 輸入/輸出點數(shù)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(wǎng)絡通信功能、更豐富的指令系統(tǒng)、更大的內存容量和更快的掃描速度。(3) 大型

16、PLC輸入/輸出點數(shù)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(wǎng)功能，它可以構成三級通信網(wǎng)，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。2.4 PLC的工作原理PLC是按照上電處理、掃描過程、出錯處理這個順序來運行的。當PLC處于正常運行時，它將不斷重復圖掃描過程，不斷循環(huán)地工作下去。如果對遠程I/O特殊模塊和其他通信服務暫不考慮，這樣掃描過程就只剩下“輸入采樣”、“程序執(zhí)行”和“輸出刷行”三個階段了。（1）輸入采樣階段PLC在輸入采樣階段，首先掃描所有輸入端子，并將各輸入狀態(tài)存入相對應的輸入映像寄存器中。

17、此時，輸入映像寄存器被刷新。接著，進入程序執(zhí)行階段，在程序執(zhí)行階段和輸出刷新階段，輸入映像寄存器與外界隔離，無論輸入信號如何變化，其內容保持不變，直到下一掃描周期的輸入采樣階段，才重新寫入輸入端的新內容。所以一般來說，輸入信號的寬度要大于一個掃描周期，否則很可能造成信號的丟失。（2）程序執(zhí)行階段根據(jù)PLC梯形圖程序掃描原則，一般來說，PLC按先左后右、先上后下的步序逐句掃描。但遇到程序跳轉指令，則根據(jù)跳轉條件是否滿足來決定程序的跳轉地址。當指令中涉及輸入、輸出狀態(tài)時，PLC就從輸入映像寄存器中“讀入”對應輸入端子狀態(tài)，從元件映像寄存器“讀入”對應元件（“軟繼電器”）的當前狀態(tài)。然后，進行相應的

18、運算，運算結果再存入元件映像寄存器中。對元件映像寄存器來說，每一個元件（“軟繼電器”）的狀態(tài)會隨著程序執(zhí)行過程而變化。 （3）輸出刷新階段 在所有指令執(zhí)行完畢后，元件映像寄存器中所有輸出繼電器的狀態(tài)（接通/斷開）在輸出刷新階段轉存到輸出鎖存器中，通過一定方式輸出，最后經(jīng)過輸出端子驅動外部負載。2.5 PLC的特點及應用2.5.1 PLC特點（1）編程簡單，使用方便 梯形圖是使用得最多的可編程序控制器的編程語言，其符號與繼電器電路原理圖相似。有繼電器電路基礎的電氣技術人員只要很短的時間就可以熟悉梯形圖語言，并用來編制用戶程序，梯形圖語言形象直觀，易學易懂，。（2）控制靈活，程序可變，具有很好的柔

19、性 可編程序控制器產品采用模塊化形式，配備有品種齊全的各種硬件裝置供用戶選用，用戶能靈活方便地進行系統(tǒng)配置，組成不同功能、不同規(guī)模的系統(tǒng)?？删幊绦蚩刂破饔密浖δ苋〈死^電器控制系統(tǒng)中大量的中間繼電器、時間繼電器、計數(shù)器等器件，硬件配置確定后，可以通過修改用戶程序，不用改變硬件，方便快速地適應工藝條件的變化，具有很好的柔性。（3）功能強，擴充方便，性能價格比高 可編程序控制器內有成百上千個可供用戶使用的編程元件，有很強的邏輯判斷、數(shù)據(jù)處理、PID調節(jié)和數(shù)據(jù)通信功能，可以實現(xiàn)非常復雜的控制功能。如果元件不夠，只要加上需要的擴展單元即可，擴充非常方便。與相同功能的繼電器系統(tǒng)相比，具有很高的性能價格

20、比。（4）控制系統(tǒng)設計及施工的工作量少，維修方便可編程序控制器的配線與其它控制系統(tǒng)的配線比較少得多，故可以省下大量的配線，減少大量的安裝接線時間，開關柜體積縮小，節(jié)省大量的費用?？删幊绦蚩刂破饔休^強的帶負載能力、可以直接驅動一般的電磁閥和交流接觸器。一般可用接線端子連接外部接線。可編程序控制器的故障率很低，且有完善的自診斷和顯示功能，便于迅速地排除故障。（5）可靠性高，抗干擾能力強 可編程序控制器是為現(xiàn)場工作設計的，采取了一系列硬件和軟件抗干擾措施，硬件措施如屏蔽、濾波、電源調整與保護、隔離、后備電池等，例如，西門子公司S7-200系列PLC內部EEPROM中，儲存用戶原程序和預設值在一個較長

21、時間段（190小時），所有中間數(shù)據(jù)可以通過一個超級電容器保持，如果選配電池模塊，可以確保停電后中間數(shù)據(jù)能保存200天。軟件措施如故障檢測、信息保護和恢復、警戒時鐘，加強對程序的檢測和校驗。從而提高了系統(tǒng)抗干擾能力，平均無故障時間達到數(shù)萬小時以上，可以直接用于有強烈干擾的工業(yè)生產現(xiàn)場，可編程序控制器已被廣大用戶公認為最可靠的工業(yè)控制設備之一。2.5.2 PLC應用目前，可編程序控制器已經(jīng)廣泛地應用在各個工業(yè)部門。隨著其性能價格比的不斷提高，應用范圍還在不斷擴大，主要有以下幾個方面：（1）邏輯控制 可編程序控制器具有“與”、“或”、“非”等邏輯運算的能力，可以實現(xiàn)邏輯運算，用觸點和電路的串、并聯(lián)，

22、代替繼電器進行組合邏輯控制，定時控制與順序邏輯控制。數(shù)字量邏輯控制可以用于單臺設備，也可以用于自動生產線，其應用領域最為普及，包括微電子、家電行業(yè)也有廣泛的應用。（2）運動控制 可編程序控制器使用專用的運動控制模塊，或靈活運用指令，使運動控制與順序控制功能有機地結合在一起。隨著變頻器、電動機起動器的普遍使用，可編程序控制器可以與變頻器結合，運動控制功能更為強大，并廣泛地用于各種機械，如金屬切削機床、裝配機械、機器人、電梯等場合。（3）過程控制 可編程序控制器可以接收溫度、壓力、流量等連續(xù)變化的模擬量，通過模擬量I/0模塊，實現(xiàn)模擬量(Analog)和數(shù)字量(Digital)之間的A/D轉換和D

23、/A轉換，并對被控模擬量實行閉環(huán)PID（比例-積分-微分）控制?，F(xiàn)代的大中型可編程序控制器一般都有PID閉環(huán)控制功能，此功能已經(jīng)廣泛地應用于工業(yè)生產、加熱爐、鍋爐等設備，以及輕工、化工、機械、冶金、電力、建材等行業(yè)。 （4）數(shù)據(jù)處理可編程序控制器具有數(shù)學運算、數(shù)據(jù)傳送、轉換、排序和查表、位操作等功能，可以完成數(shù)據(jù)的采集、分析和處理。這些數(shù)據(jù)可以是運算的中間參考值，也可以通過通信功能傳送到別的智能裝置，或者將它們保存、打印。數(shù)據(jù)處理一般用于大型控制系統(tǒng)，如無人柔性制造系統(tǒng)，也可以用于過程控制系統(tǒng)，如造紙、冶金、食品工業(yè)中的一些大型控制系統(tǒng)。（5）構建網(wǎng)絡控制 可編程序控制器的通信包括主機與遠程I

24、/0之間的通信、多臺可編程序控制器之間的通信、可編程序控制器和其他智能控制設備(如計算機、變頻器)之間的通信。可編程序控制器與其他智能控制設備一起，可以組成“集中管理、分散控制”的分布式控制系統(tǒng)。當然，并非所有的可編程序控制器都具有上述功能，用戶應根據(jù)系統(tǒng)的需要選擇可編程序控制器，這樣既能完成控制任務，又可節(jié)省資金。2.6 PLC的基本指令（1）LD/LDI指令：LD和LDI指令是連接在母線連接的觸點，表示操作開始，LD是常開觸點，LDI是常閉觸點。（2）AND/ANI指令：AND和ANI指令是串聯(lián)連接的觸點，AND是常開觸點，ANI是常閉觸點。（3）OR/ORI指令：OR和ORI指令是并聯(lián)連

25、接的觸點，執(zhí)行邏輯 “或” 的功能，OR是常開觸點，ORI是常閉觸點。（4）OUT指令：OUT指令執(zhí)行邏輯輸出的功能，條件成立時為ON，條件不成立時為OFF。（5）ANB/ORB指令：ANB完成支路間的串聯(lián)的功能，用于執(zhí)行支路之間 “于”操作；ORB完成支路間的并聯(lián)的功能，用于執(zhí)行支路之間 “或”操作。（6）比較指令： CMP（Compare）的功能指令編號為FNC10，16位運算占7個程序步，32位運算占13個程序步。（7）傳送指令：MOV的功能號為FNC12，它是將源操作數(shù)的內容傳送目標操作數(shù)。（8）四則邏輯運算指令 二進制加法指令ADDADD的功能號為FNC20，它是將源操作數(shù)S1和S2

26、中的16位二進制數(shù)相加，然后運算結果傳送到指定的目標操作數(shù)中。 二進制減指令SUBSUB的功能號為FNC21，它是將源操作數(shù)S1和S2中的16位二進制數(shù)相減,然后運算結果傳送到指定的目標操作數(shù)中。 二進制乘法指令MULMUL的功能號為FNC22，它是將源操作數(shù)S1和S2中的16位二進制數(shù)相乘，然后運算結果傳送到指定的目標操作數(shù)為首地址的軟元件中。 二進制除法指令DIVDIV的功能號為FNC22，它是將源操作數(shù)S1和S2中的16位二進制數(shù)相除,然后運算結果傳送到指定的目標操作數(shù)D中，余數(shù)傳送到D+1中。2.7 PLC的設計內容及原則2.7.1 PLC控制系統(tǒng)設計的基本內容（1）選擇用戶輸入設備(

27、按鈕、操作開關、限位開關、傳感器等)、輸出設備(繼電器、接觸器、信號燈等執(zhí)行元件)以及由輸出設備驅動的控制對象(電動機、電磁閥等)。這些設備屬于一般的電器元件，其選擇的方法在其他有關書籍中已有介紹。（2）PLC的選擇。PLC是PLC控制系統(tǒng)的核心部件，正確選擇PLC對于保證整個控制系統(tǒng)的技術經(jīng)濟性能指標起著重要的作用。選擇PLC，應包括機型的選擇、容量的選擇、I/O模塊的選擇、電源模塊的選擇等。（3）分配I/O點，繪制I/O連接圖。（4）設計控制程序。包括設計梯形圖、指令表(即程序清單)或控制系統(tǒng)流程圖?？刂瞥绦蚴强刂普麄€系統(tǒng)工作的條件，是保證系統(tǒng)工作正常、安全、可靠的關鍵?？刂葡到y(tǒng)的設計必須

28、經(jīng)過反復調試、修改，直到滿足要求為止。（5）編制控制系統(tǒng)的技術文件。包括說明書、電器固件及電器元件明細表等。2.7.2在設計PLC控制系統(tǒng)時，應遵循以下基本原則（1）最大限度地滿足被控對象的控制要求。設計前，應深入現(xiàn)場進行調查研究，搜集資料，并與機械部分的設計人員和實際操作人員密切配合，共同擬定電器控制方案，協(xié)同解決設計中出現(xiàn)的各種問題。（2）保證控制系統(tǒng)的安全、可靠。（3）考慮到生產的發(fā)展和工藝的改進，在選擇容量時，應適當留有裕量。第三章 系統(tǒng)硬件設計3.1 PLC的選擇本論文將選擇型號為三菱FX2N-48MR的PLC。見下圖3.1所示圖3.1 FX2N-48MR3.1.1 FX2N系列的P

29、LCFX2N系列的PLC是小型化，高速度，高性能和所有方便都是相當于FX系列PLC中最高檔次的超小形程序裝置。除輸入出16-25點的獨立用途外，還可以適用于在多個基本組件間的連接，模擬控制，定位控制等特殊用途，是一套可以滿足多樣化廣泛需要的PLC。系統(tǒng)配置既固定又靈活：在基本單元上連接擴展單元或擴展模塊，可進行16-256點的靈活輸入輸出組合。備有可自由選擇，豐富的品種可選用16/32/48/64/80/128點的主機，可以采用最小8點的擴展模塊進行擴展。可根據(jù)電源及輸出形式，自由選擇。令人放心的高性能程序容量：內置800步RAM（可輸入注釋）可使用存儲盒，最大可擴充至16K步。3.1.2 F

30、X2N-48MR介紹(1)靈活的配置 除了具有滿足特殊需求的大量特殊模塊外,6個基本單元中的每個單元可擴展至256I/O。 (2)高速運算 基本指令:0.08us/指令,應用指令:1.52至幾百us/指令。 (3)突出的寄存器容量 FX2N系列包括8K步內置RAM寄存器,用一個寄存器盒可擴展到16RAM或EEPROM。 (4)豐富的元件資源 3072點輔助繼電器,256點計時器,235點計數(shù)器,8000數(shù)據(jù)儲存器。3.2投幣式全自動洗衣機的工作原理3.2.1投幣式全自動洗衣機的工作流程圖見下圖3.2所示開始進水洗衣排水脫水結束圖3.2 全自動洗衣機工作流程圖 洗衣機的工作流程由進水、洗衣、排水

31、和脫水4個過程組成。全自動洗衣機中，這4個過程可做到全自動依次運行，直至洗衣結束。 全自動洗衣機的進水、洗衣、排水和脫水是通過水位開關、電磁進水閥和電磁排水閥配合進行控制，從而實現(xiàn)自動控制的。水位開關用來控制進水到洗衣機內高、低水位；電磁進水閥起著通/斷水源的作用。進水時，電磁進水閥打開，將水注入；排水時，電磁排水閥打開，將水排出；洗衣時，洗滌電動機啟動；脫水時，脫水桶啟動。3.2.2投幣式全自動洗衣機的構成以波輪式洗衣機為例：波輪式全自動洗衣機主要由機械系統(tǒng)、控制系統(tǒng)、給排水系統(tǒng)和支撐吊桿系統(tǒng)等組成，以一個電動機完成洗滌和脫水。波輪式投幣洗衣機的洗衣桶（外桶）和脫水桶（內桶）是以同一中心安放

32、的。外桶固定，作盛水用。內桶可以旋轉，作脫水（甩水）用。內桶的四周有很多小孔，使內外桶的水流相通。外桶下部壁上裝有儲氣管，與水位傳感器連接，控制水位高低。桶壁上部開有溢水孔，用于排出溢水和漂洗時洗滌液泡迅速排出。洗衣機的進水和排水分別由進水電磁閥和排水電磁閥來執(zhí)行。進水時，通過電控系統(tǒng)使進水閥打開，經(jīng)進水管將水注入到外桶。排水時，通過電控系統(tǒng)使排水閥打開，將水由外桶排出到機外。洗滌正轉、反轉由洗滌電動機驅動波盤正、反轉來實現(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，由洗滌電動機帶動內桶甩干。投幣器掛在洗衣機體側面也可以掛在墻壁上，體積小，美觀大方。通過對投幣總值進行判別就可以啟動

33、不同的洗滌程序（一元單脫水、兩元快洗、三元標準洗）。投幣器只識別一圓人民幣硬幣，其它游戲幣或代用幣無效，投入的無效幣會自動從退幣口退出，還具備防吊幣、 防鉤功能。3.3主要器件的選擇（1）電動機 選擇YY104-180型號單相電容運轉式電動機，功率180瓦，額定電壓220V，轉速1350r/min，電流1.7A。（2）壓力開關壓力開關采用高精度、高穩(wěn)定性能的壓力傳感器和變送電路，再經(jīng)專用 CPU 模塊化信號處理技術，實現(xiàn)對介質壓力信號的檢測、顯示、報警和控制信號輸出。壓力開關可以廣泛用于石油、化工、冶金、電力、供水等領域中對各種氣體、液體的表壓、絕壓的測量控制，是工業(yè)現(xiàn)場理想的智能化測控儀表。

34、（3）投幣器投幣器主要功能包括四個部分：一是用于產生高頻方波的振蕩電路，二是用于控制真假幣流向的電磁閘門，三是用于檢測硬幣投入過程的各個位置的光電傳感器，最后就是控制所有檢測和控制的電路的集中控制單元。（4）進、排水電磁閥 電磁閥是用電磁控制的工業(yè)設備，用在工業(yè)控制系統(tǒng)中調整介質的方向、流量、速度和其他的參數(shù)。電磁閥是用電磁的效應進行控制，主要的控制方式由繼電器控制。這樣，電磁閥可以配合不同的電路來實現(xiàn)預期的控制，而控制的精度和靈活性都能夠保證。電磁閥有很多種，不同的電磁閥在控制系統(tǒng)的不同位置發(fā)揮作用，最常用的是單向閥、安全閥、方向控制閥、速度調節(jié)閥等。（5）電磁離合器 電磁離合器靠線圈的通斷

35、電來控制離合器的接合與分離。電磁離合器可分為：干式單片電磁離合器，干式多片電磁離合器，濕式多片電磁離合器，磁粉離合器，轉差式電磁離合器等。電磁離合器工作方式又可分為：通電結合和斷電結合。3.4系統(tǒng)主接線圖 系統(tǒng)主接線圖見下圖3.3所示(單相異步交流電機，1、2為主繞組，3、4為副繞組)：圖3.3 全自動洗衣機主電路接線圖第四章 控制程序設計4.1控制要求 投幣式全自動洗衣機的控制要求描述如下:（1）通電狀態(tài)，放入待洗衣服和洗衣粉并蓋上洗衣蓋子，洗滌過程若打開蓋子，則停止工作，蓋上蓋子繼續(xù)工作。但是當在進行加水，排水時，不會停止。 （2）當投幣總值1元時，進行單獨脫水工作方式且其指示燈亮；當投幣

36、總值2元時，進行快洗工作方式且其指示燈亮；當投幣總值3元時，進行標準洗工作方式且其指示燈亮。在投幣數(shù)超過2個后，立即開始進水。（3）若投幣沒滿3個，合上蓋子后，有15秒時間選擇投幣個數(shù)，否則15秒后開始按投幣個數(shù)自動選擇工作方式，或按下啟動按鈕立即開始工作。若投幣滿3個，合上蓋子后，則立即工作。投幣滿3個或洗衣機工作時無法繼續(xù)進行投幣。（4）洗滌時，電機正轉5秒，然后反轉5秒。如此算作1次，則快洗循環(huán)60次，標準洗循環(huán)100次。（5）開始漂洗，重復正反轉過程，漂洗兩遍，排空后高速脫水120秒。完成后報警燈亮。如果打開蓋子，則報警立即結束，否則10秒后自動結束。（6）衣服完成后，復位進入下一輪洗

37、衣準備。4.2 I/O分配表(1) 輸入元件分配表如下表4-1所示表4-1輸入元件分配 元件名稱元件符號 輸入點編號1元投幣接近開關SB1X0蓋子壓力開關SQ1X1手動啟動開關SB2X2低水位開關SQ2X2高水位開關SQ3X3(2) 輸出元件分配表如下表4-2所示表4-2 輸出元件分配 元件名稱 元件符號 輸入點編號投幣箱開關KM1Y0一元單脫KM2Y1二元輕洗KM3Y2三元標洗KM4Y3電動機正轉KM5Y4電動機反轉KM6Y5進水開關KM7Y6排水開關KM8Y7報警指示HL1Y104.3計時器、計數(shù)器說明（1）計時器說明表如下表4-3所示表4-3計時器說明 器件號設定值說明T0150投第一個

38、幣計時T1150投第二個幣計時T250電動機正轉計時T350電動機反轉計時T4100報警計時T250120脫水計時（2）計數(shù)器說明表如下表4-4所示表4-4 計數(shù)器說明 器件號設定值說明C01投幣數(shù)一個C12投幣數(shù)二個C23投幣數(shù)三個C360快洗計數(shù)C4100標洗計數(shù)C52開始進行第一次漂洗C63開始進行第二次漂洗C73開始脫水4.4 PLC接線圖投幣箱開關單脫快洗標洗正轉反轉進水排水報警 Y0 Y1 Y2 Y3 Y4 Y5 Y6 Y7 Y10comX0X1X2X3X4 硬幣計數(shù) 壓力開關 啟動開關低水位開關高水位開關SB1SQ1SB2SQ2SQ3KM1KM2KM3KM4KM5 KM6KM7K

39、M8HL4 com24VFX2N-48MR PLC外部接線圖如下圖4.1所示PLCFX2N 圖4.1 PLC接線圖4.5梯形圖 4.6梯形圖控制說明 投幣一次，X000閉合一次，C0，C1，C2將分別計數(shù)。 在洗衣機工作時，或投幣滿3個投幣箱開關閉合，無法再進行投幣。 投幣個數(shù)為一個，或二個時，合上蓋子后等待時間15秒。 15秒后確定工作方式，也可投幣后手動確定。當投幣個數(shù)是三的時，直接選擇工作方式。 一元單脫，或洗完排水后脫水，MO帶電，電動機高速正轉90秒。進水完成后洗衣，電動機正轉5秒。 正轉完成后，開始反正5秒。 反正5秒后計為一次，快洗60次，標洗100次。 第二次，或第三次進水完成

40、計數(shù)。 投幣數(shù)超過2個，或排水后開始進水，低水位開關X003斷開。到達高水位開關時，X004斷開，進水停止。當漂洗2次后，排水完成后無法進水。 洗衣或漂洗完成后進行排水。排水時無法進水，進水時無法排水。C5，C6防止漂洗前進水后直接開始脫水。 脫水后報警，10秒后結束，打開蓋子報警也結束。 投幣計數(shù)時不會相互沖突。 T3使電動機能正轉，反轉循環(huán)；C5使電動機第二次正反轉循環(huán)進行第一次漂洗；C6使電動機第三次正反轉循環(huán)進行第二次漂洗。 報警結束后，或報警時打開蓋子，全部復位。第5章 系統(tǒng)調試5.1硬件調試硬件調試是利用開發(fā)系統(tǒng)、基本測試儀器等，對用戶系統(tǒng)硬件中存在的故障。硬件調試可分為靜態(tài)調試與

41、動態(tài)調試兩步進行。5.1.1靜態(tài)調試 靜態(tài)調試是在用戶系統(tǒng)未工作時的一種硬件檢測。 第一步：目測。檢查外部的各種元件或者是電路是否有斷點。 第二步：用萬用表測試。先用萬用表復核目測中有疑問的連接點，再檢測各種電源線與地線之間是否有短路現(xiàn)象。 第三步：加電檢測。給plc加電，檢測所有的端口和外部器件的電源端是否符合要求的值 第四步：是聯(lián)機檢查。因為只有用可編程控制器開發(fā)系統(tǒng)才能完成對用戶系統(tǒng)的調試。 5.1.2動態(tài)調試 動態(tài)調試是在用戶系統(tǒng)工作的情況下發(fā)現(xiàn)和排除用戶系統(tǒng)硬件中存在的器件內部故障、器件連接邏輯錯誤等的一種硬件檢查。動態(tài)調試的一般方法是由近及遠、由分到合。 由分到合是指首先按邏輯功能

42、將用戶系統(tǒng)硬件電路分為若干塊，當調試電路時，與該元件無關的 器件全部從用戶系統(tǒng)中去掉，這樣可以將故障范圍限定在某個局部的電路上。當各塊電路無故障后，將各電路逐塊加入系統(tǒng)中，在對各塊電路功能及各電路間可能存在的相互聯(lián)系進行調試。由分到合的調試既告完成。 由近及遠是將信號流經(jīng)的各器件按照距離可編程控制器的邏輯距離進行由近及遠的分層，然后分層調試。調試時，仍采用去掉無關元件的方法，逐層調試下去，就會定位故障元件了。5.2軟件調試軟件調試是通過對擁護程序的匯編、連接、執(zhí)行來發(fā)現(xiàn)程序中存在的語法錯誤與邏輯錯誤并加以排除糾正的過程。程序后，編輯，查看程序是否有邏輯的錯誤。如果出現(xiàn)故障，應返回編程環(huán)境，檢查

43、梯形圖的錯誤并修改程序再進行調試，如此反復直到調試成功。5.3對本系統(tǒng)的調試由于條件有限，本系統(tǒng)程序僅僅利用了三菱PLC仿真軟件GX-Simulator6-C進行了仿真調試，在調試中遇到了好多問題，如：（1） 脫水時打開蓋子再次合上后無法繼續(xù)工作，是因為沒有選擇具有時間積累作用的計時器；（2） 在開始漂洗時，排水也開始，是因為當C3復位前的瞬間排水線路也通并自鎖等。在遇到問題后認真思考，不斷調試修改，直至正確。結 論通過一段時間的努力，終于完成了PLC對投幣式全自動洗衣機的設計。在這個過程中，使我學到了很多知識，積累了許多寶貴的經(jīng)驗，鍛煉了自己的獨立思考能力和實踐動手能力。進一步加深了解了PL

44、C在實踐當中的應用。熟悉了PLC硬件的工作原理，完成了整個系統(tǒng)的模擬調試，通過對系統(tǒng)的不斷修改和調試，基本上達到了預期的設計要求。對三菱PLC的特點有了進一步的了解。同時也對全自動洗衣機的控制系統(tǒng)有了深入的理解。全自動洗衣機控制系統(tǒng)利用了PLC的特點，對按鈕、電磁閥、開關等其他一些輸入輸出點設備進行控制，實現(xiàn)了洗衣機洗衣過程的自動化。由于每遍的洗滌,排水,脫水的時間由PLC內計數(shù)器控制,所以只要改變計數(shù)器參數(shù)就可以改變時間?？梢园焉厦嬖O定的程序時間定下來,作為固定程序使用,也可以根據(jù)衣物的質地,數(shù)量及油污的程度來編程。只要稍作改變,就可以設計出諸如要多洗多甩的牛仔類衣物,輕洗輕甩的羊毛類衣物以

45、及通用的標準洗滌程序,充分表其實用性。參考文獻1 魏志精.可編程控制器應用基礎電子工業(yè)出版社,2010.2 張鳳珊.電氣控制及可編程序控制器.中國輕工業(yè)出版社,2009.3 潘月琴.全自動洗衣機的維修北京科學技術出版社,2011.4 廖常初.PLC基礎及應用北京機械工業(yè)出版社,2010.5 李國厚.PLC原理及應用設計.化學工業(yè)出版社,2011.6 潘海燕.波輪式全自動洗衣機的單片控制.電子世界，2012.7 王玉梅.全自動洗衣機的模糊控制系統(tǒng).濰坊學院學報,2011.8 榮俊昌.全自動洗衣機原理與維修.高等教育出版社,2007.9 趙雅君家用電器中的自動控制系統(tǒng)M北京：中國輕工業(yè)出版社，2009.10 倪遠平模糊控制器的硬件電路實現(xiàn)J電工技術,2009.11 王俊普模糊集和及其應用M上海：上?？茖W技術出版社,2010.12 倪遠平21世紀的核心技術模糊邏輯控制技術