工业洗衣机控制系统设计.docx
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工业洗衣机控制系统设计
电气控制与PLC
课程设计
题目:
工业洗衣机控制系统设计
院系名称：
自动化
专业班级：
自动1105班
学生姓名：
学号：
指导教师：
成绩：
指导老师签名：
日期：
1系统概述
凡是工业控制的地方，就是可编程控制器（PLC）大显身手的地方。
如今，PLC已经实现了工业自动化。
本文利用三菱PLC进行工业洗衣机的控制系统设计，简单介绍可编程控制器的基本知识和应用，并重点介绍设计的硬件、软件等方面。
1.1工业洗衣机的简介
早在上个世纪初人类就已经发明制造出洗衣机了，可以说洗衣机这种产品的发明创造是工业发展的结晶，给人们的现实生活带来了极大的便利。
二十一世纪的今天，对洗衣机而言已经彻底发生了巨大的变化，具有多功能的洗衣机已经早在现实生活中广泛使用。
不仅在洗涤质量上有更强的突破，稳定性、安全性、性价比方面与以往普通型洗衣机相比都实现了本质的超越。
随着工业技术日益成熟，我们利用现有技术开发一种具有商业用途的多功能型工业大容量洗衣机，实现工业衣物的大批洗涤。
这种洗衣机可以用于工厂，医院，学校等诸多场合，可以极大地提高洗衣的效率。
1.2PLC的简介
现代的可编程控制器是以微处理器为基础的高度集成化的工业控制装置，它以极高的可靠性，多种编程语言，灵活的变成方式，丰富的函数，强大的控制功能，系列的硬件模块，优良的技术性能，便捷的扩展结构，智能的检测手段，杰出的网络通信能力，良好的兼容性，优良的耐恶劣环境能力成为工业控制领域中增长速度最迅猛的工业控制设备，能够胜任大型的集散控制和复杂的过程控制任务，是现代工业自动化的三大支柱（PLC,CAD/CAM,机器人）之一，与早期的PLC所代表的含义及拥有的功能已不能同日而语了。
1.3工业洗衣机和PLC的工作原理
1.3.1工业洗衣机的工作原理
洗衣机的进水排水分别由进水电磁阀和排水电磁阀控制。
洗涤正传、反转由洗涤电动机驱动波盘正、反转来实现。
脱水时由脱水离合器合上，排水电磁阀吸合，洗涤电动机正转进行甩干。
水位超过上限时进行报警。
洗衣机在结构上主要有波轮式和滚筒式两类，本课程设计采用的是波轮式。
波轮式洗衣机的进排水系统都采用了电磁阀控制。
为了对桶内的水位进行检测和控制，洗衣机上都安装有水位控制器（水位开关）。
用干簧管式传感器用来监视水位的高低。
此外电磁阀分进水和排水电磁阀，进水电磁阀是洗衣机上的自动进水开关，它受水位开关动断触点的控制。
而排水电磁阀是全自动洗衣机上的自动排水装置，同时还起改变离合器工作状态。
进水、排水电磁阀是采用电流流过线圈形成磁场的原理，洗衣机电磁阀在进，排水时使用，220V交流电压与电磁阀线圈接通形成磁场，电磁线圈吸合。
自动打开橡胶阀门，洗衣机里的水就顺着管道流出去了。
断电后，电磁阀线圈失去电流，磁场消失，电磁铁松开，橡胶阀门自动关闭，洗衣机里的水就流不出去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。
1.3.2PLC的工作原理
PLC的工作原理与计算机的工作原理基本一致。
PLC按集中输入、集中输出、周期性循环扫描的方式工作。
在这种方式下，PLC从第一条指令开始，在无间断或跳转控制的情况下，按程序存储的地址号递增的顺序逐条执行，直到程序结束。
然后再从头开始扫描，并周而复始地重复进行。
PLC工作时的扫描过程包括5个阶段：
内部处理阶段、通信处理阶段、输入扫描阶段、程序执行阶段、输出处理阶段。
1.4工业洗衣机的设计要求
1、按下启动按钮及水位选择开关，注水直到（高、中、低）水位，关水
2、2s后开始洗涤
3、洗涤时，正转30s，停2s，然后反转30s，停2s
4、如此循环5次，总共320s后开始排水，排空后脱水30s
5、开始清洗，重复
（2）～（5），清洗两遍
6、清洗完成，报警3s并自动停机
2方案论证
2.1常规低压电器的控制系统
采用常规低压元器件实现工业洗衣机的控制，成本低，但是接线复杂，不具有拓展功能。
2.2单片机控制的工业洗衣机控制系统
单片机作为一种控制器被广泛的使用在生活中。
使用单片机作为系统的控制中心，其硬件电路复杂，软件设计比较麻烦，另外电压不稳时容易造成工业洗衣机不正常工作。
2.3PLC控制的的工业洗衣机控制系统
可靠性PLC控制的工业洗衣机过程开发简单，接线容易，而且抗干扰能力强、高，软件编写简单，维修方便，具有较强的扩展性。
综上所述，本设计选用PLC作为工业洗衣机的控制器，实现控制要求。
3硬件设计
3.1主电路
主电路原理图如下所示
3.2I/O分配表
工业洗衣机PLC的I/O分配表如图表一所示
表一工业洗衣机PLC的I/O分配
输入
输出
名称
地址
名称
地址
启动SB1
X0
进水阀YV1
Y0
普洗SB2
X1
排水阀YV2
Y1
强洗SB3
X2
脱水KM1
Y2
水位选择低SA1
X3
加热KM2
Y3
水位选择中SA2
X4
报警
Y4
水位选择高SA3
X5
电机正转STF
Y5
停止SB0
X6
电机反转STR
Y6
高速RH
Y7
中速RM
Y8
3.3I/O接线图
PLC的I/O接线图如图所示
3.4元器件选型
3.4.1PLC的选型
由控制分析可知，系统共有开关量输入点7个，开关量输出点9个。
基于上述PLC的输入、输出的特点，在寻求最大限度地满足被控对象的控制要求，保证PLC控制系统安全可靠，另外在经济适用及维修方面的考虑，选择FX2N-32MRPLC作为洗衣机的控制器型号。
3.4.2其他硬件的选择
（1）电动机的选择
这里电机采用上海东德电机，型号Y290L-4，输入额定功率为1.5KW，额定电压为380V，由计算得正常使用电流
。
（2）组合开关的选择
组合开关作为电源系统的总开关，控制的对象是电动机，由于负载电动机功率分别为1.5KW启动电流较小，一般开关即可满足要求。
（3）热继电器的选择
脱水，加热部分由热继电器器FR1、实现过载保护。
选择型号为JR16-20/3的热继电器。
（4）熔断器的选择
熔断器选择螺旋式的，明显的优点是不用任何工具就可取下或更换熔体。
熔断器熔体额定电流
的选定，由于电路中只有一台电机熔断器额定电流
式中，
为电动机额定电流。
由计算式得
，所以FU1~FU3的额定电流为6A，型号选为RL6-25（1.5元）；
（5）接触器的选择
交流接触器，一般有3对主触头，2对辅助触头。
其额定电压应大于或等于所控线路的电压，主触头的电流为电动机的额定电流。
因此选额定电流为3A的接触器，型号为CJ10-10（10A，30元），线圈电压为220V的交流接触器。
（6）按钮的选择
用启动停止和选择水位按钮来控制工业洗衣机系统。
按钮有常开和常闭触头，主要根据所需要的触点数、适用场合及颜色来选择。
一般红色按钮表示停止，绿色表示启动，所以选用型号为LAY37（1.7）的按钮。
水位按钮选择R13-507。
4软件设计
4.1主流程图
工业洗衣机的主流程图。
4.2梯形图
5系统调试
按下启动按钮SB1，X0动合触点闭合，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，使其动断触点X5断开，进水阀关闭;同时X5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Y5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，Y5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Y6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C0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C0计数5次后，C1动合触点闭合，输出继电器Y1得电为“1”，排水阀打开排水，待排水至低水位检测到低位时，输入继电器X3动断触点断开，Y1失电为“0”，停止排水，同时X3动合触点闭合，输出继电器Y2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C1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C1动合触点闭合，输出继电器Y4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，Y4失电为“0”，报警停止，自动洗衣过程完成。
设计心得
通过本次如何对工业洗衣机进行PLC的设计，进一步加深了对PLC的指令、定时器的理解，熟悉了流程图和电气原理图的绘制，熟练了梯形图的编写及设计的思想，掌握了一般PLC控制系统设计的内容及步骤，为以后毕业设计打下基础。
设计开始时，总感觉内容繁多，无从下手，有了打退堂鼓的想法，但是根据老师的设计提示，一步一步规划好各时间阶段内的任务，就这样一点一点如期地完成了设计要求。
但是由于时间及知识的不足，附加的功能未完全实现，比如加热等。
这次课程设计是一次很好的思想锻炼以及对时间的规划。
在设计过程中遇到了一些问题，但由于同学及老师的帮助，设计得以按时完成，在此表示感谢！
参考文献
[1]任胜杰主编.电气控制欲PLC系统.北京：
机械工业出版社，2013
[2]史国生主编.电气控制与可编程控制器技术（第二版）.北京：
化学工业出版社，2007
[3]朱军.工业洗衣机的结构[J]，信息与电脑，1995
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[5]阎石.数字电子技术基础第五版.北京：
高等教育出版社，2007
[6]余世明，晁岳磊，缪仁将.工业洗衣机研究现状及展望[J].中国工程科学，
附图A状态流程图
附表B元器件清单
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