电气控制与PLC应用课程设计说明书 题 目：全自动洗衣机PLC控制学生姓名： 赵金 专 业： 机械电子工程 班 级： 1301 学 号： 1310740106 指导教师： 张峰 职称 教师 完成时间： 2016-5-25 目录一、绪论1 1.1、全自动洗衣机的应用现状11.2、设计全自动洗衣机的意义1 1.3、全自动洗衣机主要实现功能1二、硬件电路的实现2 2.1 主控电路设计22.1.1 PLC简介2 2.1.2 控制器I/O口分配表42.1.3 全自动洗衣机PLC控制的硬件图52.2 单相异步电动机驱动控制电路设计5 2.3 报警电路设计72.4 进排水控制电路设计82.4.1 进水阀阀门简介8 2.4.2 进水阀门控制电路设计102.4.3 排水阀门简介11 2.4.4 排水阀门控制电路设计122.5 水位检测电路设计13三、软件程序实现14 3.1 软件开发环境简介143.2 全自动洗衣机程序流程图153.3全自动洗衣机功能梯形图编程实现173.4 系统调试21 结束语23参考文献24附录26指令表清单：26河南理工大学课程设计说明书一、绪论1.1、全自动洗衣机的应用现状目前洗衣机是一种耳熟能详的家用电器，随着科技的进步和人们生活质量的提高，以及人们对精神文明的高度追求，那么全自动洗衣机也揭开了面纱，现在做的比较好的，国内有小天鹅、海尔、荣事达等等，国外有西门子，博世等等。这些厂家所生产的全自动洗衣机还是比较好的，但所谓物以稀为贵，所以相对来说价格还存在很大的异议。而人们追求的高质量生活，也就对这些不是很过问了，只要买来好用就可以了，所以目前市场上还是有很大的发展空间。1.2、设计全自动洗衣机的意义 全自动洗衣机以其固有的优点还是赢得了很多的消费者的信赖，应用而生，它将是现在到未来的星星产品，所以有必要开发和改善现有的全自动洗衣机，应用最先进的科技技术 ，投入最少的资金。而目前随着PLC价格下降，PLC的应用不断普及，同时，PLC本身所具有的：可靠性高、抗干扰能力强、编程简单、体积小、功耗低、便于维护等特点使得PLC成为工控领域的首选控制器，所以可以应用该产品进行研发，从而达到洗衣机自动化控制，更多的赢得消费者的青睐。1.3、全自动洗衣机主要实现功能本篇论文所设计的全自动洗衣机的功能主要包括：自动洗涤，自动漂洗，自动脱水三个主要阶段，同时可手控洗涤衣物。通过PLC具体实现过程为：（1）按下启动按钮及水位选择开关，注水直到水位开关设定的水位，关闭进水阀。（2）关闭进水阀后延时2s，然后开始洗涤。（3）洗涤时，洗衣机滚筒首先正转30s，停止2s，然后再反转30s，停止2s（4）如此循环5次，总共320s后开始排水，水排空以后开始脱水，脱水时间为30s（5）第一次脱水完成后开始自动漂洗，重复（2）（5）的步骤，一共清洗两遍（6）清洗完成后，洗衣机报警3s提示洗衣完成并且自动停机（7）在自动控制的过程中若按下停车按扭，可进入手动控制过程，可手动排水（不脱水）和手动脱水。二、硬件电路的实现本篇论文所设计的全自动洗衣机所包含的硬件电路主要有：主控电路设计、单相异步电动机驱动控制电路设计、报警电路设计、进排水控制电路设计、水位检测控制电路设计等。2.1 主控电路设计2.1.1 PLC简介本文设计的全自动洗衣机所采用的控制器为三菱公司FX2n系列PLCFX2n-48MR-D。可编程逻辑控制器（Programmable Logic Controller，PLC），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。 可编程逻辑控制器实质是一种专用于工业控制的计算机，其硬件结构基本上与微型计算机相同，基本构成有：、电源可编程逻辑控制器的电源在整个系统中起着十分重要的作用。如果没有一个良好的、可靠的电源系统是无法正常工作的，因此，可编程逻辑控制器的制造商对电源的设计和制造也十分重视。一般交流电压波动在+10%(+15%)范围内，可以不采取其它措施而将PLC直接连接到交流电网上去、中央处理单元(CPU)中央处理单元(CPU)是可编程逻辑控制器的控制中枢。它按照可编程逻辑控制器系统程序赋予的功能接收并存储从编程器键入的用户程序和数据；检查电源、存储器、I/O以及警戒定时器的状态，并能诊断用户程序中的语法错误。当可编程逻辑控制器投入运行时，首先它以扫描的方式接收现场各输入装置的状态和数据，并分别存入I/O映象区，然后从用户程序存储器中逐条读取用户程序，经过命令解释后按指令的规定执行逻辑或算数运算的结果送入I/O映象区或数据寄存器内。等所有的用户程序执行完毕之后，最后将I/O映象区的各输出状态或输出寄存器内的数据传送到相应的输出装置，如此循环运行，直到停止运行。为了进一步提高可编程逻辑控制器的可靠性，近年来对大型可编程逻辑控制器还采用双CPU构成冗余系统，或采用三CPU的表决式系统。这样，即使某个CPU出现故障，整个系统仍能正常运行。、存储器存储器主要包括：系统程序存储器和用户程序存储器。存放系统软件的存储器称为系统程序存储器。存放应用软件的存储器称为用户程序存储器。、输入输出接口电路输入接口电路由光耦合电路和微机的输入接口电路，作用是可编程逻辑控制器与现场控制的接口界面的输入通道。输出接口电路由输出数据寄存器、选通电路和中断请求电路集成，作用可编程逻辑控制器通过现场输出接口电路向现场的执行部件输出相应的控制信号。、功能模块如计数、定时等功能模块。、通信模块主要用于PLC与其她控制器之间的通信，如SCI通信等。可编程逻辑控制器具有以下鲜明的特点：、系统构成灵活，扩展容易，以开关量控制为其特长；也能进行连续过程的PID回路控制；并能与上位机构成复杂的控制系统，实现生产过程的综合自动化。、使用方便，编程简单，采用简明的梯形图、逻辑图或语句表等编程语言，而无需计算机知识，因此系统开发周期短，现场调试容易。另外，可在线修改程序，改变控制方案而不拆动硬件。、能适应各种恶劣的运行环境，抗干扰能力强，可靠性强，远高于其她各种机型。正是由于以上特点PLC被广泛应用于个工程控制领域。FX2n-48MR-D型PLC属于FX2n系列，具有48个I/O点数（输入24点，输出24点）的基本单元，继电器输出型，使用24V电源。2.1.2 控制器I/O口分配表表2.1 控制器I/O口分配表输入输出停止 X000启动洗衣机Y000启动 X001进水阀Y001高水位 X002正转Y002中水位 X003反转Y003低水位 X004排水Y004排空检测 X005脱水Y005高水位检测 X006报警Y006中水位检测 X007低水位检测 X010手动排水X011手动脱水X0122.1.3 全自动洗衣机PLC控制的硬件图图2.1全自动洗衣机PLC控制的硬件图如图2.1所示，按键S1-S11分别为不同信号信号输入，COM口为公共接地端，Y000-Y006分别为不同控制信号输出端，输出控制信号控制执行电路的工作状态。2.2 单相异步电动机驱动控制电路设计单相异步电动机主要用于为洗衣机滚筒的转动提供动力，电机驱动控制电路用于控制电机的启停，正反转等，保证全自动洗衣机的各项功能正常运行。根据全自动洗衣机的功能设计出的单相异步电动机驱动控制电路如下：图2.2 单相异步电动机驱动电路图如图2.2所示，KQ为刀开关，相当于洗衣机的插头，FU1为熔断器，可以保护电机不至于因工作异常导致电流过大而使电机烧毁。KM1、KM2分别为继电器的动合触点，分别控制电机的正反转。电路的工作原理为：当KM1接通时，电容器串联在启动绕组绕组上，则电流I相位约90，设此时电动机正转，当KM1断开，KM2接通时，电容器从启动绕组切断到工作绕组中，则电流I工作绕组超前启动绕组相位约90，从而实现了电动机的反转，在该电路中实质上是主、副绕组相互交换来实现正反转的，因此这种单相异步电动机的工作绕组和启动绕组必须是可以互换的。所以它的工作绕组、启动绕组的线圈匝数线径，所占槽位数都是应该完全相同的。图2.3 单相异步电动机控制电路如图2.3所示，控制电路工作电压与PLC电源相同，其中R4为限流电阻，NPN型三极管PE8050在电路中用作开关管的功能，PE8050其耐压值为30V，额定电流为1.5A，所以可在此电路中安全使用。此控制电路的工作必须在启动信号为1的条件下，当正转控制信号为1，反转控制信号为0时，继电器KM1线圈得电，驱动电路中继电器KM1常开触点KM1闭合，电机正转。当正转控制信号为0，反转控制信号为1时，KM1线圈失电，动合触点KM1断开，继电器KM2线圈得电，驱动电路中，继电器KM2的常开触点闭合，电机反转。启动信号为0时，整个控制电路失电，继电器KM1、KM2线圈失电，动合触点断开，电机停止，洗衣机停止工作。2.3 报警电路设计报警电路工作于洗衣机完成洗衣后，自动报警3s，告知洗衣完成。然后自动停机。图2.4 报警电路电路图如图2.4所示，当报警控制信号为1时，蜂鸣器发声报警。2.4 进排水控制电路设计2.4.1 进水阀阀门简介本文所选择的进水电磁阀为海鹰FCD3-4型单头进水电磁阀。其控制简单，使用方便，体积小，价格低，性能优良。图2.5 单头进水电磁阀由图2.5可知，该电磁阀的额定工作电压为220V，额定工作电流26mA。图2.6 海鹰FCD3-4型单头进水电磁阀内部结构图进水阀的结构图如图2.6所示，未通电时，电磁线圈13无电流通过，动铁芯7的橡胶堵头6在复位弹簧8作用下，将阀门接盘5的中心孔D封闭。此时注入水经过滤网16流入进水腔B内，再经由阀门接盘5的平面孔A流八平衡腔E内，平衡腔E内的注入水不能外泄。由于注入的自来水有一定的水压，而橡胶皮阀门4平衡腔E侧的受压面积大于其进水腔B的受压面积，使作用于橡胶阀门4的E侧压大于B侧压力。因此橡胶阀门4在E侧压力的作用下紧紧地压在阀体3出水通道C右端的阀座上，将出水通道C封闭，注入水不能流入C内，进水阀呈关闭状态。接通电源后，电磁线圈13有交流电流流过，产生的磁力吸引铁芯7和橡胶堵头6向右移动，阀门接盘5的中心孔D被打开，平衡腔内的注入水从中心孔D流出。中心孔D的面积大于平衡孔A的面积E腔内的注入水从中心孔D流出的流量远大于平衡孔A流入的流量，使E腔内水的压力很快下降，橡胶阀门4在B侧压力大于E侧压力的作用下向右鼓起，进水阀呈开启状态，注入水从进水阀过滤网，经进水腔B和出水通道C流入盛水桶内，实现对洗衣机进水。到达设定水位后，水位监测元件向微处理器输入水位监测信号，程控器对进水阀停止供电。进水阀闭合，停止进水，与此同时，电动机得到指令运行而进入洗涤程序。2.4.2 进水阀门控制