全自动洗衣机课程设计.

《课程设计报告》

题目：全自动洗衣机控制系统设计专业：

班级：

姓名：

学号：

指导教师：

2015 年 1 月 18日

信息与电气工程学院

课程设计任务书

2014—2015学年第一学期

专业：学号：姓名：

课程设计名称：现代控制系统综合课程设计

设计题目：全自动洗衣机控制系统设计

完成期限：自2015 年01 月12 日至2015 年01 月16 日共一周

设计依据、要求及主要内容（可另加附页）：

一、控制要求

(1)PLC投入运行，系统处于初始状态，准备好起动，起动时开始进水。

(2)水满（即水位到达高水位）时停止进水并开始洗涤正转。

(3)正洗15s后，暂停，暂停3S后开始洗涤反转，反转15s后暂停，暂停3s。

(4)若正反洗没有满3次，则返回从正洗开始的动作；若正反洗满3次，则开始排水。

(5)水位下降到低水位时开始脱水并继续排水，脱水10s即完成一次从进水到脱水的大

循环过程。

(6)若未完成3次大循环，则进行洗涤报警，报警10s后结束全部过程，自动停机。

二、I/O分配

输入：X0 启动按钮X1 停止按钮

X2 排水按钮X3 高水位开关

X4 低水位开关

输出：Y0 进水电磁阀Y1 电机正转接触器

Y2 电机反转接触器Y3 排水电磁阀

Y4 脱水电磁阀Y5 报警蜂咛器

三、设计要求

1、画出PLC的输入输出设备的接线图；

2、完成梯形图、指令表的程序设计；

3、完成课程设计报告。

摘要

本文介绍了利用三菱FX2N系列PLC对全自动洗衣机控制系统总体控制,阐述了控制方案。实现全自动洗衣机控制系统总体控制有多种，可以采用早期的模拟电路、数字电路或模数混合电路。近年来随着科技的飞速发展，单片机、PLC的应用不断地走向深入，同时带动传统的控制检测技术的不断更新。本文采用日本三菱公司生产的FX2N-48MR型PLC 作为核心控制器进行全自动洗衣机控制系统的设计，并且设计出了系统结构图、程序指令、梯形图以及输入输出端子的分配方案。同时根据全自动洗衣机控制系统总体控制要求和特点,确定PLC 的输入输出分配,并进行现场调试

关键词：PLC ；全自动洗衣机控制系统；PLC程序设计

目录

第1章引言 (3)

第2章全自动洗衣机控制系统总体控制方案确定 (5)

2.1 控制系统方案选择 (5)

2.2 洗衣机的PLC控制系统概述 (5)

2.3 PLC的设计步骤 (5)

第3章主要器件的选择 (6)

3.1 电动机的选择 (6)

3.2 可编程控制器外部设计 (6)

3.2.1 PLC的选型 (6)

3.2.2 I/O分配表及接线图 (7)

第4章软件设计 (9)

4.1 系统的顺序功能图设计 (9)

4.2 全自动洗衣机的控制要求 (9)

4.3控制系统的梯形图设计及程序指令表 (10)

4.4程序语句表 (12)

设计总结 (13)

设计体会 (13)

结束语 (14)

参考文献 (14)

第1章引言

从古到今，洗衣服都是一项难于逃避的家务劳动，在洗衣机出现以前，这项劳动并不像田园诗描绘的那样充满乐趣、手搓、脚踩、棒击、冲刷、摔打。这些不断重复的简单的体力劳动，留给人的感受常常是辛苦劳累。

1874年，“手洗时代”受到了前所未有的挑战——美国人比尔·布莱克斯发明了木制手摇洗衣机。

1880年，美国又出现了蒸汽洗衣机，蒸汽动力开始取代人力。之后，水力洗衣机，内燃机洗衣机也相继出现。

1911年，美国试制成功世界上第一台电动洗衣机，标志着人类家务劳动自动化的开端。

1922年，电动洗衣机迎来一种崭新的洗衣方式——搅拌式。搅拌式洗衣机由美国玛依塔格公司研制成功。

70年代后期，微电脑控制的全自动洗衣机出现引领新的发展方向，让人耳目一新。

90年代，由于电动机调速技术的提高，洗衣机实现了较宽范围的转速变换与调节，诞生了许多新水流洗衣机。

全自动洗衣机其特点是能自动完成洗涤，漂洗和脱水的转换，整个过程不需要人工操作。这类洗衣机均采用套筒式结构，其进水，排水都采用电磁阀，由程序控制器按人们预先设计好的程序不断发出指令，驱动各执行器件动作，整个洗衣过程自动完成。所用的程序控制器可分为电动机驱动式和单片机式。从控制方式的发展阶段上分：

全自动洗衣机可分为两大类：

第一类电动控制洗衣机，它的程序控制器由电动元件组成。

第二类是电脑控制洗衣机，它的程序控制器由微型计算机组成。电动控制全自动洗衣机是较早出现的自动控制类家用电器，其产品类型还属于传统的机械产品，是自动控制的初级阶段。随着计算机的及微电子技术的发展，自动控制系统正在逐步实现硬件化。因此，电动控制洗衣机将逐步退出家电舞台。

可编程控制器是一种数字运算操作的电子系统, 专为在工业环境下应用而设计。它采用可编程序的存贮器, 用来在其内部存贮执行逻辑运算、顺序控制、定时、计数和算术运算等操作的指令, 并通过数字的、模拟的输入和输出, 控制各种类型的机械或生产过程. 可编程序控制器及其有关设备, 都应按易于与各种控制系统形成一个整体,易于扩充其功能的原则设计。

第2章全自动洗衣机控制系统总体控制方案确定2.1 控制系统方案选择

PLC系统的特点：

1）可靠性高，PLC作为一种通用的工业控制器，它必须能够在各种不同的工作环境中正常工作。对工作的环境要求较低，抗外部干扰能力强，平均无故障时间长。

2）使用方便灵活，PLC采用了基本单元扩展或者是模块化的结构形式，因此，输入/输出信号的数量，形式，驱动能力等都可以根据实际控制要求进行选择与确定，而且在需要时可以随时更换，近年来，PLC的特殊模块增多这些可以满足不同的控制要求，使PLC的使用更加灵活与多变。

3）编程简单，PLC的优越性主要体现在它采用了独特的，多种面向广大工程设计人员的编程语言，如指令表，梯形图，逻辑功能图，顺序功能图等，程序简洁，明了适合各类技术人员的传统习惯，即使是没有计算机知识的人员也很统一掌握，特别是梯形图与逻辑功能图，形象直观，动态监测效果逼真，且与计算机控制容易。

因此，选用PLC作为控制系统。

2.2洗衣机的PLC控制系统概述

全自动洗衣机采用PLC控制系统将大大提高工作效率，和适应工作环境的能力。它是整体模块，集中了驱动电路、检测电路和保护电路以及通讯联网功能。因此在运用中，硬件也相对简单，提高控制系统的可靠性。另外它的编程语言也相对简单。

典型的PLC控制系统的硬件组成框图如图1所示

2.3 PLC的设计步骤

开发应用PLC 的设计任务分为硬件和软件设计两部分。硬件设计主要包括:

1）确定安排PLC 的输入、输出点;

2）设计外围电路, 包括主电路;

3）选购PLC 并进行现场安装接线等内容；

软件设计, 大多数用梯形图和指令程序, 主要包括:

1）设计控制流程, 根据工艺要求先画出工作循环,如有必要再画详细的状态流程图;

2）根据工作循环图, 画出虚拟的电路图———继电器梯形图;按梯形图编写指令程序表;

3系统调试: 根据设计要求, 对程序进行调试和修改, 必要时还可对硬件进行修改, 直到满足要求；

在电脑控制的全自动洗衣机中，又存在着两种不同的控制方式，即程序控制和模糊控制。由于控制方式的不同，两种洗衣机在结构和原理上都有很大的区别。程序控制洗衣机以洗衣机生产厂家设定的数十种操作程序为基础，用户在使用时可根据洗衣量，布质的轻重以及衣物的脏污程度性质等因素，选择不同的洗衣程序。程序控制全自动洗衣机的控制按钮很多，对程序的选择需要有一定的洗衣经验。

模糊控制洗衣机以其内部设置的各种传感器为信息采集源，对传感器传回的洗衣量，衣物布质，脏污程度以及脏污性质信息进行模糊逻辑推理，从而自动设置相应的洗涤参数，并对洗衣的全过程进行实时的检测与控制。模糊控制全自动洗衣机的洗衣按钮只有很少几个。从控制类型上来说，模糊控制属于智能控制，是自动控制的较高形式，代表着自动控制的发展方向。但是，受自动控制水平的限制，目前的模糊控制洗衣机还不能实现全功能上的模糊控制，另外由于使用了各种传感器和模糊逻辑控制器，使模糊控制洗衣机的成本远高于程序控制洗衣机。故一般不采用。

第3章主要器件的选择

3.1 电动机的选择

三相电机60W,额定电压220V

3.2 可编程控制器外部设计

3.2.1 PLC的选型

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。

3.2.2 I/O分配表及接线图

输入：X0 启动按钮

X1 停止按钮

X2 排水按钮

X3 高水位开关

X4 低水位开关

输出：Y0 进水电磁阀

Y1 电机正转接触器

Y2 电机反转接触器

Y3 排水电磁阀

Y4 脱水电磁阀

Y5 报警蜂咛器

图表1plc外部接线原理图

图表2实物接线图1

图表3实物接线图2

第4章软件设计

4.1系统的顺序功能图设计

全自动洗衣机工作原理：全自动洗衣机的进水和排水分别由进水电磁阀和排水电磁阀来执行。进水时，进水阀打开，用灯来显现。排水时，排水阀打开，有灯来显现。洗涤正转、反转由洗涤电动机驱动正、反转来实现。脱水时，脱水阀打开，用灯来显现。高、低水位开关分别用来检测高、低水位。由于没蜂咛器，所以用灯来代替。启动按钮用来启动洗衣机工作，停止按钮用来关闭洗衣机工作。

4.2全自动洗衣机的控制要求

1）PLC投入运行，系统处于初始状态准备好启动；

2）启动时开始进水；

3）水满(上限位)时停止进水并开始洗涤正转；

4）正转30s后暂停；

5）暂停2s后开始洗涤反转；

6）反转30s后暂停；

7）暂停2s后，若正、反转未满5次时，返回从正洗开始的动作；

8）暂停5s后，若正、反洗涤满5次时则开始排水；

9）水位下降到低水位时开始脱水井继续排水；

10）脱水30s即完成一次从进水到排水的大循环过程；

11）若完成2次大循环，洗完报警3s后自动停机；

12）可以按“停止”按钮实现手动停止进水、排水、脱水及报警；

13）可以按“排水”按钮实现手动排水；

4.3控制系统的梯形图设计及程序指令表

按下启动按钮S1，X0 动合触点闭合，内部辅助继电器R10得电为“1”，同时R10动合触点闭合自锁; R10动合触点闭合使输出继电器Y1 得电为“1”，进水阀打开，开始注水。到高水位检测传感器，K1 闭合，使其动断触点X1 断开，进水阀关闭; 同时X1动合触点闭合，计时器T0开始通电计时，2s 后T0 动合触点闭合，输出继电器Y2 得电为“1”，洗衣机开始正转洗涤；同时计时器T1 得电，30s 后T1 动断触点断开，Y2 断电，正转洗涤停止。同时T1 动合触点闭合，计时器T2得电，2s后T2动合触点闭合，输出继电器Y3得电为“1”，洗衣机开始反转洗涤，同时计时器T3得电，30s后T3动合触点闭合，T4 得电，2s 后T4 动合触点闭合，计数器CT100 计数1 次; T4 动断触点断开，计时器T0、T1、T2、T3、T4 失电复位，T4失电后其动断触点恢复闭合，T0得电，2s后，Y2得电，开始正转洗涤，如此循环5次，计数器CT100计数5次后，C100 动合触点闭合，输出继电器Y4 得电为“1”，排水阀打开排水，待排水至低水位检测开关K2时，输入继电器X2动断触点断开，Y4 失电为“0”，停止排水，同时X2 动合触点闭合，输出继电器Y5 得电为“1”，脱水电机运转，开始脱水，同时计时器T5 得电，30s 后T5 动断触点断开，Y5 失电为“0”，脱水停止; 同时T5 动合触点闭合，计数器CT101计数1 次。同时T5 动合触点闭合，使高水位进水阀打开注水，开始第2 次大循环，第2 次

大循环结束后，计数器CT101 动合触点闭合，输出继电器Y0 得电为“1”，报警器报警，同时计时器T6 得电，3s 后T6 动断触点断开，Y0 失电为“0”，报警停止，自动洗衣过程完成。其中S2为手动排水按钮，S3为手动脱水按钮，S4 为手动停止按钮。

4.4程序语句表

设计总结

本次设计主要是完成全自动洗衣机洗衣过程的程序设计，采用GX Developer编写程序。所编程序能够满足指定的要求，完成从进水、检测水位、正转、暂停、反转、暂停、循环、排水、脱水、报警、停机一系列过程。虽然所设计的程序能满足控制要求，但在程序设计过程中，发现该程序还是存在一定的不足之处，但由于所学知识有限，并没有做出最合理的设计。在总体设计阶段，由于课题分析做的比较全面，很快就对系统的功能，控制机制有了充分的认识，形成了装备流水线的控制

详细设计阶段，首先考虑各电路模块的主要功能及软件的设计，分别进行安装调试。其次，将写好的程序进行上机调试，这时就遇到了非常大的困难，烦琐的接口采集数据,分析数据,检测，调用，很容易出错。

最后，系统运行环节。对已完成的程序和硬件系统相结合。调试时，由于控制逻辑上出现了一点问题，使得硬件和软件不能完全统一。当时我心里是非常焦急的，这一出错也意味着前功尽弃。然而，在指导老师的分析与鼓励下，我重新纠错找到了错误并改正。使我意识到今后不论遇到什么情况都要分析原因，列出可能的情况后，沉着应对，必然能“化险为夷”。

设计体会

经过一个星期的努力，我的PLC课程设计设计终于完成了,但是现在回想起来做课程设计的整个过程，颇有心得，其中有苦也有甜，艰辛同时又充满乐趣,不过乐趣尽在其中！通过本次课程设计，没有接受任务以前觉得此次课程设计只是对这几年来所学知识的单纯总结，但是通过这次做设计发现课程设计不仅是对前面所学知识的一种检验，而且也是对自己能力的一种提高。

回顾起此次课程设计，我仍感慨颇多，刚开始拿到题目，感觉很简单，从理论到实践，在1个星期的时间里，可以说得是苦多于甜，但是可以学到很多很多的的东西，同时不仅可以巩固了以前所学过的知识，而且学到了很多在书本上所没有学到过的知识。通过这次课程设计使我懂得了理论与实际相结合是很重要的，只有理论知识是远远不够的，只有把所学的理论知识与实践相结合起来，从理论中得出结论，从而提高自己的实际动手能力和独立思考的能力。在设计的过程中遇到问题，可以说得是困难重重，难免会遇到过各种各样的问题，同时在设计的过程中发现了自己的不足之处，对以前所学过的知识理解得不够深刻，掌握得不够牢固，通过这次课程设计之后，把以前所学过的知识重新温故。

通过本系统的设计，我了解了PLC基本逻辑指令的应用，知道怎样去设计一个PLC应用程序。对全自动洗衣机的控制系统有了深入的理解。全自动洗衣机控制系统利用了GX DeveloperPLC的特点，对按钮、电磁阀、开关等其他一些输入输出点设备进行控制，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内计数器控制,所以只要改变计数器参数就可以改变时间。遇到不懂的问题，及时请教老师，抓紧设计的每分每秒，需要调整和改变的地方及时做出改动。时刻保持奋进的头脑，不断接受新事物，挑战新的问题。

结束语

该系统采用PLC 为控制核心结构合理、测试方法可靠，它具有较强的灵活性，提高了设备运行的可靠性，缩短产品开发周期，保证新产品各项技术开发的同步性，提高了劳动效率，达到了良好的经济效果。

此外，PLC 可以重复使用，降低了测试经费。它的灵活性、操作方便性也方便测试者随时输入、调试和修改控制程序。PLC 又设有串行接口，方便地与计算机进行连接，组成测控系统，给系统的维护和使用带来了很大方便。

参考文献

[1]廖常初.可编程序控制器的编程方法与工程应用.重庆大学出版社，2001.

[2]文丽，赵瑾.三菱可编程控制器实验指导书。湖南科技大学信息与电气工程学

院

[3] 潘月琴.全自动洗衣机的维修【M】．北京科学技术出版社,2004

[4] 廖常初.PLC基础及应用．北京：机械工业出版社,2003

[5] 李国厚.PLC原理及应用设计.化学工业出版社,2005

指导教师（签字）：

批准日期：年月