基于三菱FX2N系列PLC的全自动洗衣机控制系统

电气工程学院课程设计说明书设计题目：全自动洗衣机PLC控制系统设计系别：电气工程及其自动化年级专业：09级应电班学号：学生姓名：指导教师：电气工程学院《课程设计》任务书课程名称：电气控制与PLC课程设计2、学生那份任务书要求装订到课程设计报告前面。

电气工程学院教务科摘要本文主要介绍了基于三菱FX2N系列PLC的全自动洗衣机控制系统，包括总体设计思想、原理分析、电气设计等内容,全面地阐述了设计方案。

实现全自动洗衣机的控制系统有多种，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，同时带动了传统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-32MR型PLC作为可编程控制器进行全自动洗衣机控制系统的设计，并且设计了系统结构图、工作流程图、电路原理图、程序梯形图、输入输出接口功能表以及元器件目录表等，同时对程序进行了模拟调试，验证了本设计的可行性。

关键词PLC PLC程序设计可编程控制器全自动洗衣机目录摘要 (I)目录.................................................................................................................... I I 第1章绪论.. (1)1.1设计背景 (1)1.2PLC简介 (1)1.2.1 PLC的定义 (1)1.2.2 PLC的特点 (1)第2章全自动洗衣机PLC控制系统设计 (3)2.1全自动洗衣机的结构和工作原理 (3)2.2全自动洗衣机的控制要求和工作流程 (4)2.3全自动洗衣机的硬件设计 (7)2.3.1 元器件的选择 (7)2.3.2 电路设计 (8)2.4全自动洗衣机的软件设计 (10)2.4.1 输入输出接口的分配 (10)2.4.2 梯形图设计 (11)第3章总结 (18)参考文献 (19)第1章绪论1.1 设计背景从古至今，洗衣服都是一项难于逃避的家务劳动。

随着时代的进步，手摇洗衣机、蒸汽洗衣机、内燃机洗衣机相继出现，到了20世纪末，电动洗衣机已走进千家万户，解放了人们的双手。

随着科技的迅速发展，微电脑控制的全自动洗衣机的出现引领了新的发展方向，使洗衣更加智能化。

全自动洗衣机的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。

1.2 PLC简介1.2.1 PLC的定义可编程控制器（PLC）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。

它采用了可编程序的存储器，用来在其内部存储执行逻辑运算、顺序控制、定时、计数和算术运算等操作的指令，并通过数字式和模拟式的输入和输出，控制各种类型机械的生产过程。

可编程控制器及其有关外部设备，都应按易于与工业控制系统连成一个整体，易于扩充其功能的原则设计。

总之，可编程控制器是一台专为工业环境而设计的计算机，它是将传统的计算机技术、继电器技术和通信技术相融合而发展起来的一种新型的控制装置。

在具体的国内工业应用中，由于它不是针对某一具体的工业应用，因此它的硬件应根据实际需要来进行配置，其软件则根据控制要求进行编写。

1.2.2 PLC的特点（1）可靠性高。

PLC作为一种通用的工业控制器，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容易掌握。

第2章全自动洗衣机PLC控制系统设计2.1 全自动洗衣机的结构和工作原理本全自动洗衣机为波轮式套筒洗衣机，由洗涤、脱水系统，进、排水系统，电动机传动系统，PLC控制系统等部分组成。

其结构如下图所示：图1 波轮式套筒洗衣机内部结构图波轮式套筒洗衣机的工作原理：洗衣机的盛水桶和脱水桶是以同一轴心安放的。

盛水桶外桶固定，作盛水用；内桶可以旋转，作脱水用。

内桶上有很多小孔，使内外桶的水流相通。

该洗衣机的进水和排水分别由进水电磁阀和排水电磁阀来控制。

进水时，通过控制系统进水阀打开，经进水管将水注入到桶内。

排水时，通过控制系统使排水阀打开，将水由外桶排出。

洗涤正转、反转由洗涤电动机驱动波轮正、反转来实现，此时脱水桶并不旋转。

脱水时，通过控制系统将离合器合上，由电动机带动内桶正转进行甩干。

洗涤水位浮球开关用来检测是否到达洗涤水位，水排空浮球开关用来检测水是否全部排出。

启动按钮（开始洗涤按钮）启动洗衣机进行洗衣，手动脱水按钮用来直接选择脱水模式，手动停止按钮用来实现洗衣机的暂停和停止。

2.2 全自动洗衣机的控制要求和工作流程本全自动洗衣机要求能实现“自动运行”和“手动运行”两种控制方式。

1.自动运行具体控制要求如下：（1）按下“开始洗涤”按扭，开始进水，达到洗涤水位后，停止进水；（2）进水停止2s后开始洗衣；（3）洗衣时，正转5s，停2s，然后反转5s，停2s，依此循环；（4）洗衣15min后开始排水，水排空后脱水5min；（5）然后再进水，重复（1）~（4）步，循环2次；（6）洗衣完成后蜂鸣器报警10s并自动停机。

2.手动运行具体控制要求如下：（1）当进水或洗衣时按下“手动停止”按扭，洗衣过程中止，即电机停转，进水电磁阀和排水电磁阀全部闭合；此时若按下“开始洗涤”按钮，将继续洗衣；若按下“手动脱水”按钮，则进水电磁阀闭合，排水电磁阀打开，开始进行排水、脱水，最后停机。

（2）当脱水时按下“手动停止”按扭，脱水过程中止，即电机停转；此时若按下“开始洗涤”按钮，将重新洗衣；若按下“手动脱水”按钮，则进水电磁阀闭合，排水电磁阀打开，开始进行排水、脱水，最后停机。

（3）当脱水时，若安全盖打开，则洗衣机暂停脱水，直到安全盖闭合再继续脱水，或者按“手动停止”按钮，使之停机。

图2 自动工作流程图图3 手动工作流程图2.3 全自动洗衣机的硬件设计2.3.1 元器件的选择（1）PLC的选择本设计所用PLC采用日本三菱公司生产的FX2N系列机型中的FX2N-32MR型，此PLC有16个输入接口和16个输出接口，输出接口为继电器型。

FX2N系列是FX系列PLC家族中最先进的系列，由于FX2N系列具备如下特点：最大范围的包容了标准特点，程式执行更快，全面补充了通信功能，适合世界各国不同的电源以及满足单个需要的大量特殊功能模块，拥有强大的灵活性和控制能力。

（2）电动机的选择本洗衣机的电动机选用了家用电器常用的单相电容运转式异步电动机。

洗衣机设计容量为3.6公斤，故电机额定功率选为180W；洗衣转速175r/min，脱水转速1200r/min。

综上，选择YY104-180型单相电容运转式异步电动机，额定功率180W，额定电压220V，额定转速1350r/min，额定电流1.7A。

（3）其他元器件参数见下表：表1 元器件目录表2.3.2 电路设计主电路图设计如下：图4 主电路图图中FU为熔断器，用于主电路的短路保护，FR为热继电器，用于电动机的过载保护。

通过FM3和FM4的开闭使电位器串联到电动机绕组上，从而得到两种转速。

当FM1和FM3闭合时，电机低速正转洗衣，当FM2和FM3闭合时，电机低速反转洗衣，当FM1和FM4闭合时，电机高速正转脱水。

PLC控制电路如下图：图5 PLC控制电路图PLC供电回路采用隔离变压器TC，以防止电源干扰。

2.4 全自动洗衣机的软件设计2.4.1 输入输出接口的分配PLC输入输出接口的分配使用情况如下表：表2 输入输出接口功能表2.4.2 梯形图设计（1）初始状态（2）加水状态（5）排水状态（6）脱水状态（7）安全盖保护状态（8）洗涤次数计数状态燕山大学课程设计说明书（9）蜂鸣器报警状态第3章总结通过本次的课程设计，我对以前学习的知识的有了更深刻的理解，锻炼了自己分析问题，解决问题的能力。

通过这次设计实践，我熟练地掌握了三菱PLC编程仿真软件GX Developer、GX Simulator和GX Works2的使用方法，对于三菱PLC的工作原理和使用方法也有了更深刻的理解。

在理论的运用中，锻炼了我的动手能力，也提高了专业素质，同时也看清了自己的不足之处，并积极进行了改正。

本次的课程设计为我将来进入工作岗位打下了坚实的基础。

最后，真心感谢***等老师在本次课程设计中对我的悉心指导与帮助！参考文献[1] 漆汉宏《PLC电气控制技术》机械工业出版社2008[2] 张桂香《电气控制与PLC应用》化学工业出版社2003[3] 吕景泉《可编程控制器技术教程》高等教育出版社2000[4] 三菱FX2N系列《微型可编程控制器使用手册》[5] 《QBT 4136-2010 家用和类似用途电动洗衣机用电动机技术要求》。