基于组态王和三菱FX2NPLC的全自动洗衣机设计.doc

1、I 本科毕业设计 （论文） 题目 基于组态王和三菱 FX2N PLC的全自动洗衣机设计 学 院 电气与自动化工程学院 年 级 11级 专 业 自动化 班 级 学 号 学生姓名 指导教师 论文提交日期 2013-5-20 基于组态王和 三菱 FX2N PLC 的全自动洗衣机 设计 II 摘要 本 设计利用现有的实验室设备 PLC 综合实验装置台，基于组态王和 三菱 FX2N PLC的全自动洗衣机设计。本设计主要对全自动洗衣机的软硬件进行仿真设计。硬件系统以 三菱 FX2N系列的可编程控制器为控制核心，由西门子 MM440 变频器、圆工作台模块、数码管模块、上位机、 RS-232 串行接口等组成

2、。 PLC 部分的程序 采用 梯形图编程，人机界面部分则采用组态王软件进行界面设计，并通过通信协议实现了串行通信。该全自动洗衣机仿真系统能实现洗衣模式选择、投币、找零、金额不足退币、洗衣计时、转速选择、结束报警等功能。当 今社会自动化程度越来越高，全自动洗衣机在日常生活中的应用将越来越广泛，因此，本全自动洗衣机的研究和设计有着非常重要现实意义。 关键词 ： PLC 变频器 组态王 洗衣机 自动化 The Design of Automatic Washing Machine System based on III Kingview and Mitsubishi FX2N Abstract Th

3、is design simulates a automatic washing machine system based on Kingview and Mitsubishi FX2N, using the existing laboratory equipment PLC experimental apparatus desk. The design mainly covers the software and hardware simulation of automatic washing machine. The Hardware system with the control cent

4、er of The programmable logic controller of the Mitsubishi FX2N series consists of Siemens MM440 inverter, round table module, the digital control module, the computer, RS-232 serial interface, etc. The PLC part of the procedures for the use of ladder diagram programming, man-machine interface part u

5、sing Kingview software interface design, and realize the serial communication through the communication protocol. The system has realized the feature of inserting the coin, displaying the change, returning the money when you are shopping without enough money, washing time, speed selection, end alarm

6、 function, etc. As the level of the automation is improving, the application of automatic washing machine in daily life becomes more popular. Therefore, the design and research of this system has a very important practical meaning. Key Words: PLC; Inverter; Kingview; Washing machine; Automation 目 录

7、IV 1.绪论 . 1 1.1 洗衣机的发展历史 和意义 . 1 1.2 洗衣机系统研究现状 . 2 1.3 本课题研究的主要内容 . 3 2.全自动洗衣机系统硬件电路设计 . 4 2.1 系统整体设计方案 . 4 2.2 控制系统工作原理 . 4 2.3 系统主电路设计 . 5 2.4 系统外部仿真电路设计 . 6 2.5 变频器的选型及参数设置 . 7 2.5.1 变频器的简介 . 7 2.5.2 变频器的选型 . 8 2.5.3 变频器参数设置 . 9 2.6 PLC 的选型及功能分配 . 10 2.6.1 PLC 的介绍 . 10 2.6.2 PLC 的选型 . 11 2.6.3 PL

8、C 输入输出量分配 表 . 12 2.7 数码管显示模块 . 13 3.下位机 PLC 部分软件设计 . 15 3.1 GX Developer 编程软件 . 15 3.2 PLC 控制程序编写 . 17 4.上位机部分软件设计 . 23 4.1 组态王软件简介 . 23 4.2 人机界面（ HMI）设计 . 24 4.2.1 新建工程 . 24 4.2.2 欢迎界面设计 . 25 4.2.3 全自动洗衣机界面设计 . 25 4.2.4 报警界面的设计 . 26 4.3 建立变量 . 26 V 4.4 动画及变量的连接 . 28 5.系统调试与运行监控 . 35 5.1 系统调试 . 35 5

9、.2 运行监控 . 36 6.结语 . 38 参考文献 . 39 附录 . 40 致谢 . 47 理工学院毕业设计（论文） 1 1.绪论 1.1 洗衣机的发展历史和意义 世界上第一台洗衣机实在 1874 年由美国的比尔 .布莱克斯通 (Bill Blackstone)研制 成功的。 1910 年前后，第一台卧轴滚筒式电动洗衣机问世，标志着人类家务劳动自动化的开始。 20 世纪 20 年代，第一台立轴搅拌式洗衣机再美国试制成功，由此，洗衣机开始了“立轴”与“卧轴”之分。 50 年代中叶，日本三洋公司推出单桶波轮式洗衣机。开始确定了滚筒式、搅拌式和波轮式三种工作方式。 60 年代，日本推出了带甩干

10、桶半自动洗衣机，并且大量应用塑料，使洗衣机的发展进入一个新的阶段。 70 年代，日本推出波轮式套桶全自动洗衣机，从此开始有了“全自动”洗衣机的概念。 70 年代后期，日本推出了微电脑控制的全自动洗衣机。完成了由机械 电动程序控制到电脑控制的过渡，开始了电脑控制时代。这时，洗衣机在发达国家已进入饱和期，而在亚太地区发展中国家开始进入普及期。 80 年代后期，“模糊控制”洗衣机开始出现，实现了家电器控制方式上的高度自动化。出现“白色家电”的概念。 90 年代，随着变频技术的发展，日本最先推出了电动机直接驱动洗衣机，实现了洗衣机驱动方式上的革命。今后洗衣机将以高可靠性，完善的功能，节水省电，降噪省时

11、以及规格品种多样化为发展方向。 目前市场上出售的全自动洗衣机大体分为三类。 1. 滚筒洗衣机 滚筒洗衣机发源 于欧洲 ，洗衣方法是模仿棒锤打 击 衣 物原理设计 的 ， 其 利 用电动机 的机械做功 来 使滚筒旋转 起来 ，衣物在滚筒 里 不断地被升 起再 摔下 ， 重复运动， 再 加上 洗涤剂 和水的共同作用使衣物洗涤干净。 2. 波轮洗衣机 波轮洗衣机的桶底装有一个圆盘波轮，上有凸出的筋。在波轮的带动下，桶内水流形成了时而右旋、时而左旋的涡流，带动织物跟着旋转、翻滚，在水中进行柔和地摩擦，在洗涤剂的作用下实现去污清洗。 3. 搅拌式洗衣机 搅拌式洗衣机通俗来讲，就是通过波轮循环搅拌衣物。一

12、般搅拌式洗衣机由理工学院毕业设计（论文） 2 内桶，外桶，搅拌波轮，电机还有 电脑控制器 等组成。搅拌式洗衣机内筒中央的一个搅拌棒和几片搅拌翼，能 够保持在 360 之内依据不同衣物质地、脏污程度、洗涤物质量等或快或慢地来回旋转，将衣物揽在怀中来回揉搓，彻底清除污渍 。洗衣特点 是 衣物洁净力最强 ,省洗衣粉 。 随着科技日新月异，人民生活水平不断提高，消费者对家庭电器自动化的需求不断加大，其中全自动洗衣机占很重要的位置。目前，市场上销售的洗衣机品种繁多，更新换代快。从普通型到半自动到全自动，洗衣机自动化程度越来越高，操作越来越方便，容量越来越大。总体看来，高效节能、节水以及环保的全自动洗衣机

13、一直在市场上占主导地位。 洗衣机的全自动化、多功能化、智能化是其发展方向。 1.2 洗衣机系统研究现状 传统洗衣机的程序控制器与水位、水温等控制是分开的，现在已经淘汰，随着计算机技术的飞速发展，单片机与 PLC 已经成为洗衣机的主要控制器。 1.单片机控制 单片机又称微型控制器，或称嵌入式控制器， 单片机是一种集成在 电路 芯片，是采用 超大规模集成电路 技术把具有数据处理能力的中央处理器 CPU 随机存储器 RAM、 只读存储器 ROM、多种 I/O 口和中断系统、定时器 /计时器 等集成到一块硅片上构成的一个小而完善的 计算机系统 。 单片机以其控制功能强、适应性好、开发方便、体积小、价格

14、适中等优点在家用电器上得到广泛的应用，但是它只能在特定的环境中使用，无法适应电磁干扰、粉尘恶劣的环境，另外寿命也不很高，这些特点满足家用洗衣机的要求，所以市场上家用洗衣机常使用单片机作控制器。 2.PLC 控制 PLC 是 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。 它的稳定性高，耗电少，抗干扰性强，运行速度快，寿命长，环境适应能力强，输入输出接口多，虽然其价格比单片机高，但能进一步提高全自动洗衣机的功能和性能，避免传统控制的一些弊端。 理工学院毕业设计（论文） 3 1

15、.3 本课题研究的主要内容 本 课题利用三菱平台，基于组态王和三菱 FX-2N仿真设计一个全自动自助洗衣系统。对全自动自助洗衣系统的硬件电路和软件编程进行 仿真 设计，通过组态王的人机界面的操作来控制下位 机，能实现顾客根据所洗衣物的实际情况自助选择洗衣的具体种类，根据顾客的选择能提供正确的洗衣服务，在投入货币金额不够时，作无效操作处理，自动退币并给出提示，并且能选择洗衣转速和显示洗衣时间显示等功能。 理工学院毕业设计（论文） 4 2.全自动洗衣机系统硬件电路设计 2.1 系统整体设计方案 课题的主要任务为对洗衣机系统的 仿真 设计，要求具备以下各项功能： 1）具有基于组态王的较为美观且操作方

16、便的自助洗衣系统人机界面； 2）实现组态王与 PLC 的通信； 3） 顾客能根据所洗衣物的实际情况自助选择洗衣的具 体种类； 4）洗衣时间显示； 5）根据顾客的选择能 提供正确的洗衣服务； 6）在投入货币金额不够时，作无效操作处理，自动退币并给出提示。 根据 设计 任务要求 ，确定如图 2-1所示的总体 框图。 图 2-1 系统总体框图 洗衣机的控制系统由六部分组成，采用 PLC 作为控制器，采用变频器作为调速装置，采用三相交流电机作为执行机构，按钮模块作为操作面板，上位机组态王界面可作为远程监控，用数码管、信号灯作为输出显示。最终经过调试能达到上位机控制下位机的目的。 2.2 控制 系统工作

17、原理 全自动洗衣机就是 把 洗衣的 进水、洗涤、漂洗、脱水这 4 个基本过程 预先设控制模块 上位机监控模块 调速模块 执行模块 操作模块 下位机显示模块 理工学院毕业设计（论文） 5 定好 多 个 不同 程序，洗衣时 根据选择， 选择其中一个程序， 按动 启动洗衣机开关后洗衣的全过程就会自动完成 。在全自动洗衣机洗衣过程中，上述 4 个过程是全自动依次运行，至洗衣机报警结束。全自动洗衣机的进水、洗涤、排水和脱水是通过控制程序来控制水位开关、电磁进水阀和电磁排水阀的配合动作，从而实现自动控制的。水位开关用于控制水位在洗衣机中的水位位置，电磁阀起着进水、排水的作用。进水时，进水电磁阀打开，水进至

18、设定水位。排水时，排水电磁阀打开，把水排 出洗衣机。洗衣时，洗涤电动机启动。脱水时，脱水功能启动。 洗衣完成时由 报警 器发出 报警 。 2.3 系统主电路设计 此系统是通过 PLC 控制器的控制来使洗衣机工作的，根据操作者的需求执行相应的程序，其外部模块的信号接收端接收来自 PLC 控制器输出的控制信号，从而改变外部模块输出端的信号，实现外部的电机运转，进水，排水，脱水等功能。 如图 2-2 所示为洗衣机主电路图。首先合上 QF 电源开关，给系统供电。然后合上安全开关 S2，当控制器发出信号，使进水开关 S3 接通，进水阀 YA1 开始进水，达到设定的水位，电机 M1 按照设定好的 程序进行正、反转动。当洗涤完成后，在安全开关 S2闭合的情况下，电机 M1 会按程序进行专门的脱水转动，脱水完成之后，排水开关 S4 接通，排水阀 YA2 开始排水。脱水结束后，系统报警灯开始报警。当系统出现故障时，应有熔断器 FU 进行短路保护， QF 进行短路保护和欠压保护，热继电器 FR 对系统作过载保护。 图 2-2 洗衣机主电路图 HL 报警灯 排水阀 S3 进水 开关 进水阀 N E L AC 220V QF 电源开关 S2 安全开关 L C1 M1 洗涤电机 FU 熔断器 控制器 YA1 YA2 S4 排水 开关