1、 本科毕业设计（论文） 基于组态与 PLC的洗衣机控制系统设计 学 院 电子信息工程学院 专 业 电气工程及其自动化 年级班别 2012 级 1 班 学 号 2012401020103 学生姓名 张捷 指导教师 刘梅（副教授） 2016 年 3 月 31 日 JINGCHU UNIVERSITY OF TECHNOLOGY 目 录 1 概述 . 5 1.1 选题背景及意义 . 5 1.2 洗衣机的发展概况和现状 . 6 2 全自动洗衣机控制系统方案设计 . 7 2.1 自动洗衣机的控制要求 . 7 2.2 全自动洗衣机控制系统组成 . 7 3 全自动洗衣机控制系统硬件设计 . 9 3.1 PL
2、C 型 号的选择 . 9 3.2 PLC 外部设备的选择 . 10 3.2.1 电动机的选择 . 10 3.2.2 牵引器的选择 . 12 3.2.3 离合器的选择 . 13 3.2.4 水位传感器的选择 . 13 3.2.5 进水电磁阀的选择 . 15 3.2.6 蜂鸣器的选择 . 15 3.4 PLC 控制电路设计 . 16 4 全自动洗衣机控制系统软件设计 . 19 4.1 正常运行 时程序设计 . 19 4.1.1 正常运行流程图 . 19 4.1.2 正常运行梯形图及程序说明 . 20 4.2 强制停止 时程序设计 . 23 4.2.1 强行停止流程图 . 23 4.2.2 强行停止
3、梯形图及程序说明 . 23 4.3 不洗涤直接脱水 时程序设计 . 24 4.3.1 不洗涤只脱水流程图 . 24 4.3.2 不洗涤只脱水时梯形图及程序说明 . 24 4.4 MCGS 组态设计 . 25 4.4.1 建立工程 . 25 4.4.2 画面设计及程序编写 . 27 5 系统测试 . 28 5.1 PLC 程序调试 . 28 5.2 系统仿真测试 . 31 致谢 . 34 参考文献 . 35 附录 1 PLC 梯形图 . 36 附录 2 脚本程序 . 40 基于组态与 PLC 的洗衣机控制系统设计 摘要 洗衣机自问世以来，为人们的生活提供了便利，而且随着科技的发展和技术的革新，全
4、自动洗衣机也渐渐融入了人们的生活。全自动洗衣机有效地解决了传统洗衣机的一些问题，更加符合人们对于自动化的要求。 PLC 体积小、可靠性高、运算速度快，非常适合作为全自动洗衣机的核心控制部件，此次设计采用三菱FX系列的 PLC，并且把 PLC 与 MCGS 组态连接起来对设计实行仿真调试。运用 PLC对 洗衣机进行自动控制，完成进水、洗涤、排水、脱水等基本控制，并实现强制停止控制。此次设计对 PLC 控制电路设计、 PLC 外部输入输出设备的选择、 PLC型号的选择、 PLC 的编程、 MCGS 组态软件的编程以及蜂鸣器驱动电路的设计等做了具体研究。为更加形象模拟自动控制全过程，本设计采用组态软
5、件建立了全自动洗衣机的控制系统，以便于更详细的仿真调试。 关键词 PLC 全自动洗衣机 MCGS 组态 模拟调试 Based On The MCGS And PLC Automatic Washing Machine Control System Design Abstract Since the advent of washing machine, provided convenience for peoples life, and with the development of science and technology and technological innovation, ful
6、ly automatic washing machine also gradually into the life of people. Fully automatic washing machine effectively solves the traditional washing machine some of the problems, more in line with the people to the requirement of automation. PLC is small in size, high reliability, fast operation, very su
7、itable for as the core of the automatic washing machine control unit, the design USES mitsubishi FX series PLC, and connect the PLC and MCGS configuration to carry on the simulation design debugging. Use PLC to control the automatic washing machine, the water, the basic control, such as washing, wat
8、er drainage, dehydration and implement compulsory stop control. The design of PLC control circuit design, the choice of PLC external input and output devices, PLC type selection, PLC programming and the programming of the MCGS configuration software and buzzer made specific research drive circuit de
9、sign, etc. For more image simulation process automatic control, the design of configuration software is adopted to establish the automatic washing machine control system, so that a more detailed simulation debugging. Key words: PLC Full automatic washing machine MCGS Simulation debugging 1 概述 1.1 选题
10、背景及意义 随着社会的进步，人们对家庭电器自动化的要求越来越高，其中全自动洗衣机更成了人们生活中不可或缺的一部分。传统的洗衣机采用继电器控制，存在着一些问题，继电器由于疲劳工作和长期磨损，易产生电弧，且易损坏，导致的后果非常严重。所以，要使洗衣机更好地满足人们的需求，必须借助于自动化技术。全自动洗衣机洗涤方式多样，工作时间可根据需要调节并且显示在面板上，脱水不平衡等问题得到有效解决，且在洗衣结束及电源故障时自动切断电源，安全可靠。 随着 PLC 技术的迅速发展， PLC 的各方面能力得到了显著 提高，更加符合现代化工业的要求，其体积超小、运算速度更快、抗干扰能力更强，这些让 PLC拥有了极高的
11、性价比，成为了现代工业中不可缺少的一部分， 能非常好的控制全自动洗衣机。 学习的目的就是为了创造更高的价值，源于生活，高于生活，提高人们的生活质量，本文的课题源于市场上的洗衣机产品。 1.2 洗衣机的发展概况和现状 洗衣服作为生活中必不可少的部分，经历了手洗到简单机洗，再到自动化洗衣的过程。 1858 年以前，人们手洗衣服，费时费力。直到 1858 年，世界上第一台洗衣机制造成功，拉开了机器洗衣的大幕，但由于损伤衣物且并 不省力，因而未被推广使用。到了 1874 年，美国人比尔布莱克斯发明了木制手摇洗衣机，通过齿轮传动装置翻转衣服使其干净，这大大加快了洗衣机的改进进程。 1910年，电动洗衣机
12、问世。之后又出现了滚筒式洗衣机，洗衣的全部过程都在同一个滚桶内完成，这标志着洗衣机的自动化又向前迈进了一大步。 1937 年，第一台自动洗衣机问世。之后英国研制了喷流式洗衣机，日本出现了双桶洗衣机等。直到 70 年代，微处理器控制的全自动洗衣机研制成功。后来又出现了电机直接驱动式洗衣机等。随着科技的发展，相信未来一定会有更适合人们使用的洗衣机出现。 全自动洗衣机有滚筒式、搅拌式和波轮式。目前市场上以滚筒式和波轮式为主。洗衣机目前可以分三类：全自动型、半自动型和普通型。全自动洗衣机在整个洗衣过程中，无需监控和人工操作。半自动型洗衣机和普通型均需要人工操作才能完成洗衣过程。目前国内外洗衣机品牌有小
13、天鹅、海尔、日立、西门子等。 2 全自动洗衣机控制系统方案设计 2.1 自动洗衣机的控制要求 全自动洗衣机控制系统的要求能实现“正常运行” ,“强制停止”和“不洗涤只脱水”三种控制方式。 “正常运行”控制方式： 1）通过水位选择开关 将水位设在适合的位置（高、中、低），按下“启动按钮”，开始进水，到达设定水位后停止进水。 2）进水停止 3 秒后开始洗衣服。 3) 洗衣时，正传 10秒，停止 2秒，然后反转 10 秒，停止 2秒。 4) 循环步骤 3） 10 次，完成后开始排水环节，排水完成后开始进行 30 秒正转脱水。 5) 然后再进水，重复以上步骤 3 次。 6）洗衣过程完成后洗衣机报警 3
14、 秒并自动停止运行 “强制停止”（故障）控制方式： 1）出现故障时，按下“停止”按钮，洗衣过程立刻停止，进水电磁阀和排水电磁阀全部闭合。 2）按下“强行排水”按钮，进行强行排水动 作。 “不洗涤只脱水”控制方式： 当不需要洗涤而只要脱水的时候，只要按只脱水不洗涤按钮，然后按下启动按钮，洗衣机就会跳过洗涤环节直接进入脱水环节。 2.2 全自动洗衣机控制系统组成 这次设计的控制系统主要是以可编程序逻辑控制器所输出的离散型指令为指令源。通过数字信号输出和控制电路来控制供电电路供电给电动机，从而控制模拟洗衣机。 控制电路主要包括三部分：继电器组、连接电路和可编程序控制器。其中，主要执行模块继电器为主要
15、执行模块，继电器线圈通过 PLC 发出的数字指令控制，由继电器的开合来直接控制电源电路，从而达 到控制电动机的目的实现对于电动机的控制。模拟洗衣机的电动机是 220V 单相电源的交流异步电动机。这就是继电器组的主要功能。系统组成框图如图 2-1所示。 PLC启 动 按 钮停 止 按 钮强 行 排 水 按 钮只 脱 水 不 洗 涤 按 钮水 位 选 择 开 关进 水 电 磁 阀（ 水 位 ）排 水 电 磁 阀（ 牵 引 器 ）电 动 机（ 洗 涤 脱 水 ）蜂 鸣 器电 源2 2 0 V 市 电水 位 传 感 器输 入输 出电 源图 2-1 系统组成框图 3 全自动洗衣机控制系统硬件设计 3.1
16、 PLC 型号的选择 随着科技的发展和 PLC 的广泛应用， PLC 的类别和型号越来越多，功能越来越完善。整体而言，每个厂家生产的产品在可靠性上都是过关的， PLC 的选择主要根据以下几个方面来考虑： 1、 PLC 系统 I/O 点数 I/O 点数是衡量可编程控制器规模大小的重要指标。被控对象输入与输出总I/O 点数大约为 PLC80% 85%的点数，多余 I/O 点方便以后系统改造。估算出被控对象上 I/O 点数后，即可选择点数相当的可编程控制器。 2、 存储容量 对用户存储容量只能作粗略的估算，首先要确定 PLC 的 I O点数， 然后根据 下式 进行粗略概算： 存储容量开关量 I O点
17、数 10 模拟量 I O通道数 100 最后，通常根据估算容量的 50 100留有裕量。 3、 响应时间 响应时间 =扫描延迟 +输入延迟 +输出延迟 响应时间对于开关量控 制系统而言，一般都能满足要求，通常可以不必考虑。4、功能、结构要合理 单机控制通常用一台 PLC 控制一台或几台小设备，不存在通信问题，但如果功能要求更加全面，通常选择箱体式结构的 PLC。如果只有开关量控制，可选择F1、 F2、 FX 等品种。但如果被控对象有开关量和模拟量共同控制，就要选择有相应功能的模块式结构可编程序控制器，模块结构组成灵活，方便增加和置换，但由于造价相对较高，适由于大型复杂工业控制系统。 除此之外，
18、 PLC 型号的选择还要考虑在线编程和离线编程、是否需要通讯联网以及结构形式等。 根据此次设计的控制系 统要求和 PLC 机型选择要求最后确定选用三菱公司的 FX1N 系列的微型 PLC。 FX1N 系列可编程控制器功能强大，在支持 FX2N 系列扩展模块的同时，还可以增加特殊功能模块或扩展板，有利于降低成本。控制系统设计要求为：输入点数为 12 点，输出点数为 7 点，同时由于通断电不是很频繁所以选用继电器式输出模块。 FX1N-24MR 型 PLC 能很好地满足以上要求。 FX1N-24MR 型 PLC 属于 基本 单元模块 ，采用继电器输入和输出，便于扩展，带有 14 点输入和 10 点
19、输出。 FX1N-24MR型 PLC 实物图如图 3-1 所示。 图 3-1 FX1N-24MR 型 PLC 实物图 3.2 PLC 外部设备的选择 3.2.1 电动机的选择 1） 电动机型号选择 选择 电动机 要考虑很多方面，例如结构型式、容量、额定电压与额定转速等。首先根据调速要求对于电动机种类进行一个范围选择，然后计算电动机容量是否能够得到充分利用，如果所选电动机容量过大，在增加成本的同时又浪费了大量资源，同时还要考虑电动机的结构型式是否符合要求。应该强调是否能适用于工作时的周围环境，在所有条件均满足设计要求情况下，电动 机应选择结构简单（便于日后维修）、价格便宜（降低成本）的。 在本次设计系统中选用 YC 系列微型单相电容起动异步电动机，如图 3-2所示，其性能可靠，结构简单，运行维护方便，采用全封闭型结构，具有很好的机械强度，而且价格便宜。所选电动机参数如表 3-1所示。
