【導(dǎo)讀】本文利用日本三菱公司生產(chǎn)的微型FX2N-24MR型PLC。控制的全自動(dòng)洗衣機(jī)。文章介紹了洗衣機(jī)的結(jié)構(gòu)，對(duì)全自動(dòng)洗衣機(jī)的控。案，并對(duì)方案進(jìn)行了論證，根據(jù)洗衣機(jī)的工作原理，設(shè)計(jì)了流程及程序，了洗衣機(jī)洗衣過程的自動(dòng)化。由于洗滌，排水，脫水的時(shí)間均由PLC內(nèi)。計(jì)數(shù)器控制，所以只要改變計(jì)數(shù)器參數(shù)就可以改變時(shí)間。度高、安全可靠、方便、靈活等特點(diǎn)。具有良好的控制精度和可靠性。種類繁多．不同型號(hào)有不同的使用方法和編程語言。本文擬用日本三菱。術(shù)人員維修改造全自動(dòng)洗衣機(jī)控制電路的參考。

　　

【正文】 完成設(shè)定的控制任務(wù)，主要根據(jù) 自動(dòng)洗衣機(jī) 控制方式與輸入／輸出點(diǎn)數(shù)和占用內(nèi)存的多少來確定 PLC 的機(jī)型 。本系統(tǒng)為 自動(dòng)洗衣機(jī) ，采用集選控制方 式。所需輸入／輸出點(diǎn)數(shù)與內(nèi)存容量估算如下： ① 輸入／輸出點(diǎn)的估算。 輸入點(diǎn)有： 啟動(dòng)、高水位、低水位、手動(dòng)正洗、手動(dòng)反洗、手動(dòng)脫水、手動(dòng)進(jìn)水、手動(dòng)排水、手動(dòng) ／ 自動(dòng) ，共 9個(gè) 輸出點(diǎn)有：正洗控制、反洗控制、脫水離合器、進(jìn)水電磁閥、排水 35 電磁閥、報(bào)警控制 ，共 6個(gè) 。 輸入輸出點(diǎn)增加 15%～ 20%作為備用量，所以 12 個(gè)輸入輸出點(diǎn)即可。 ② 內(nèi)存容量的估算 用戶控制程序所需內(nèi)存容量與內(nèi)存利用率、輸入／輸出點(diǎn)數(shù)、用戶的程序編寫水平等因素有關(guān)。因此，在用戶程序編寫前只能根據(jù)輸入／輸出點(diǎn)數(shù)、控制系統(tǒng)的復(fù)雜程度進(jìn)行估算。本系統(tǒng)有開關(guān) 量 I／ O 總點(diǎn)數(shù)有 15 個(gè)，模擬量 i／ o 數(shù)為 0個(gè)。利用估算 PLC 內(nèi)存總?cè)萘康挠?jì)算公式：所需總內(nèi)存字?jǐn)?shù) =開關(guān)量 I／ O 總點(diǎn)數(shù) (10～ 15)+模擬量 I／ O 總點(diǎn)數(shù)(150～ 250)再按 30％左右預(yù)留余量。估算本系統(tǒng)需要約 字節(jié)的內(nèi)存容量。 ③ 可編程控制器機(jī)型的選擇 。 FX2， FXlN， FX2C 系列是三菱公司今年來推出的高性能小型可編程控制器， FXOS， FXON， FX2N 是微型可編程控制器。它們都體積都比較小，但功能強(qiáng)大，內(nèi)置高速記數(shù)器，外觀，高度，深度都差不多但性能價(jià)格有很大的差別。 如表 43 所示。 表 43 FXOS， FXON． FX2N 性能比較 型號(hào) I/O數(shù) 用戶程序步數(shù) 功能指令 通信功能 基本指令執(zhí)行時(shí)間 模擬量模塊 FX0S 1030 800步 EEPROM 50 無 無 FX0N 24128 2K步 EEPROM 55 較強(qiáng) 有 FX2N 16256 8K步 RAM 298 強(qiáng) 有 FXOS 的功能簡單，價(jià)格便宜，可以用與小型開關(guān)量的控制系統(tǒng)， FXON可用于控制要求較高的中小型控制系統(tǒng)， FX2N 的功能最強(qiáng)，可用與控制要求很高的控制系 統(tǒng)。根據(jù)輸入／輸出點(diǎn)數(shù)與內(nèi)存容量的要求，再留出一定的 I／ O節(jié)點(diǎn)與內(nèi)存空間以供擴(kuò)展時(shí)使用，以及指令的執(zhí)行速度，因 36 此選用三菱公司的 FX2N 系列的 FX2N24MR。它的輸入繼電器 X0X13 共12 個(gè)，輸出繼電器 Y0Y13 共 12 個(gè)，程序容量為 8K 字節(jié)，完全滿足要求。也給以后功能擴(kuò)展留了足夠的空間。 ④ 輸 入／輸出模塊的選擇 根據(jù)系統(tǒng)控制的要求，本系統(tǒng)的輸入選用直流 24V 的輸入模塊。輸出模塊選用繼電器輸出形式。 開關(guān)量輸出單元的作用是把 PLC 的內(nèi)部信號(hào)轉(zhuǎn)換成現(xiàn)場執(zhí)行機(jī)構(gòu)的各種開關(guān)信號(hào)。按照現(xiàn)場執(zhí)行機(jī)構(gòu)使用的電源的 不同，可分為直流輸出單元 (晶體管輸出方式?；蛘呃^電器觸點(diǎn)輸出方式 )和交流輸出單元 (晶閘管輸出方式或者繼電器觸點(diǎn)輸出方式 )。在繼電器輸出方式中，繼電器作為開關(guān)元件，同時(shí)又是隔離器件。發(fā)光二極管 (LED)構(gòu)成輸出狀態(tài)顯示器，當(dāng) PLC 輸出一個(gè)接通信號(hào)時(shí)候，內(nèi)部電路使繼電器線圈 K 通電。繼電器觸點(diǎn)閉合使得負(fù)載回路的的負(fù)載 L 接通得電， VD 作為續(xù)流二極管以消除線圈的反電動(dòng)勢(shì)，同時(shí)狀態(tài)指示發(fā)光二極管 (LED)導(dǎo)通點(diǎn)亮。根據(jù)負(fù)載的需要，負(fù)載回路的電源既可以選用交流電源，也可以選用直流電源。特別也指出的是，繼電器模式具有斷點(diǎn)確 切，可以實(shí)際切斷所控制的回路電器連接的作用，同時(shí)這種模式既適合于直流又適合于交流的情況，因此這種模式在開關(guān)頻率不是太高的情況下是首先選擇的輸出控制方案。圖 41給出了這種輸出方案的原理圖。 圖 41 繼電器模式輸出單元 37 FX2N24MR 軟件設(shè)計(jì) 自動(dòng)洗衣機(jī) 的控制要求 自動(dòng)洗衣機(jī)的洗衣桶 (外桶 ) 和脫水桶 (內(nèi)桶 ) 是同心安放的 , 內(nèi)桶可以旋轉(zhuǎn) , 作為脫水用。內(nèi)桶的周圍有許多小孔 , 使內(nèi)桶和外桶的水流相通 , 洗衣機(jī)的進(jìn)水和排水分別由進(jìn)水電磁閥和排水電磁閥來執(zhí)行。進(jìn)水時(shí)通過控制系統(tǒng)將進(jìn)水 電磁閥打開 , 經(jīng)進(jìn)水管將水注入到外桶。 進(jìn)水水位由低水位和高水位之分，分別有低水位傳感器和高水位傳感器測(cè)試水位信息。 排水時(shí) , 通過控制系統(tǒng)將排水電磁閥打開 , 將水由外桶排到機(jī)外。洗滌正轉(zhuǎn)、反轉(zhuǎn)由洗滌電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)波盤的正、反轉(zhuǎn)來實(shí)現(xiàn) , 此時(shí)脫水桶并不旋轉(zhuǎn)。脫水時(shí) , 控制系統(tǒng)將離合器合上 , 由洗滌電動(dòng)機(jī)帶動(dòng)內(nèi)桶正轉(zhuǎn)進(jìn)行甩干。 自動(dòng)洗衣機(jī)的控制流程圖。 圖 51是自動(dòng)洗衣機(jī)控制流程圖 , 按下啟動(dòng)按鈕后 ,洗衣機(jī)開始進(jìn)水 , 水滿時(shí) (即水位到達(dá)高水位 , 高水位開關(guān)由 ON 變?yōu)?OFF) 洗衣機(jī)停止進(jìn)水并開始洗滌正轉(zhuǎn) , 正轉(zhuǎn)洗滌 30s 后暫停 , 暫停 5s 后開始反轉(zhuǎn)洗滌 ,反轉(zhuǎn)洗 30s 后暫停 , 暫停 5s 后 , 此時(shí)若正、反洗滌未洗滿 5 次則返回從正洗開始的動(dòng)作 , 若正、反洗滌滿 5次時(shí)則開始排水。水位下降到低水位時(shí)開始脫水并繼續(xù)排水 , 脫水 20s 即完成一次從進(jìn)水到脫水的大循環(huán)過程。此時(shí)若未完成 3 次大循環(huán) , 則返回從進(jìn)水開始的全部動(dòng)作 , 進(jìn)行下一次大循環(huán) 。 若完成了 3 次大循環(huán) , 則進(jìn)行洗完報(bào)警 , 報(bào)警 15s 后結(jié)束全部過程并自動(dòng)停機(jī)。 此外 , 系統(tǒng)還要求具有各個(gè)環(huán)節(jié)的手動(dòng)控制功能 ,如手動(dòng)排水、手動(dòng)洗滌等。 38 圖 51 控制 流程圖 39 I/O 端口配置 表 51 I/O 端口配置 輸入元件 輸出元件 作用 名稱 地址 作用 名稱 地址 啟動(dòng) SA1 X0 正洗控制 KM1 Y0 高水位 SH X1 反洗控制 KM2 Y1 低水位 SL X2 脫水離合器 YC1 Y2 手動(dòng)正洗 SB1 X3 進(jìn)水電磁閥 YV1 Y3 手動(dòng)反洗 SB2 X4 排水電磁閥 YV2 Y4 手動(dòng)脫水 SB3 X5 報(bào)警控制 KM3 Y5 手動(dòng)進(jìn)水 SB4 X6 手動(dòng)排水 SB5 X7 手動(dòng) /自動(dòng) SA2 X10 三菱 FX2N24MR PLC 接線圖 圖 52 三菱 FX2N24MR PLC 接線圖 SWOPCFXGP/WINC軟件進(jìn)行程序設(shè)計(jì) 本次設(shè)計(jì)采用三菱公司的 FXGPWIN 編程軟件進(jìn)行編程，該軟件使用 40 方便，梯形圖與指令表互換。 使用 FXGPWIN 編程軟件， 不僅 可以將程序傳送 至 PLC 現(xiàn)場 運(yùn)行調(diào)試， 而且 可以對(duì)整個(gè)梯形圖中元件進(jìn)行監(jiān)控操作。 41 42 43 44 從編寫程序 結(jié)果可以看出， 達(dá)到了系統(tǒng)的控制要求。 將開關(guān) SA2 搬至“自動(dòng)”運(yùn)行方式 , X10 常開閉合、常閉斷開 , 程序跳至 P0 處 , 利用 PLC 初始化脈沖 M8002, 使程序進(jìn)入初始狀態(tài) S0。此時(shí) , 按下啟動(dòng)開關(guān) SA1, X0 常開閉合 , S20 被置位 , 而 S0 自動(dòng)復(fù)位 ,S20 被置位后 , M8 得電吸合 , M8 常開觸點(diǎn)閉合 , Y3 得電工作。洗衣機(jī)開始進(jìn)水 , 當(dāng)進(jìn)水至高水位時(shí) , 高水位開關(guān) SH 接通 , X1 閉合 , 狀態(tài) S21 被置位 , S20 復(fù)位 , 停止進(jìn)水 , 此時(shí) M5 得電吸合 , 使 Y0 工作 , 洗衣機(jī)開始正轉(zhuǎn)洗滌 , 30s 后正轉(zhuǎn)洗滌停止 , 狀態(tài) S22 置位 ,而 S21 復(fù)位 , 暫停 5s 后狀態(tài)進(jìn)入 S23, M6 得電吸合 ,Y1 工作 , 洗衣機(jī)開始反轉(zhuǎn)洗滌 , 30s 后反轉(zhuǎn)洗滌停止 ,狀態(tài) S24 置位 , S23 復(fù)位 , 暫停 5s 后計(jì)數(shù)器 C0 開始計(jì)數(shù) , 把正洗、反洗各一次計(jì)為一次洗滌小循環(huán)過程 , 當(dāng)小循環(huán)未達(dá)到 5 次時(shí)程序狀態(tài)被轉(zhuǎn)移至 S21, 繼續(xù)洗滌 , 當(dāng)小循環(huán)次數(shù)達(dá)到 5 次時(shí) , 狀態(tài)轉(zhuǎn)移至 S25, M9得電吸合 , Y4 工作 , 洗衣機(jī)開始排水 , 當(dāng)排至低水位時(shí) , 低水位開關(guān) SL 接通 , X2 閉合 , 使?fàn)顟B(tài) S26 置位 ,M7 得電吸合 , Y2 工作 , 洗衣機(jī)開始脫水 , 但此時(shí) Y4 繼續(xù)在工作 , 排水并沒有停止 , 當(dāng) 排水 20s 后 , M9 復(fù)位 , Y4 停止工作 , 排水停止 , 此時(shí)計(jì)數(shù)器 C1 開始計(jì)數(shù)。把洗衣機(jī)從進(jìn)水洗滌正轉(zhuǎn)、反轉(zhuǎn)、排水、脫水計(jì)為一次大循環(huán)過程 , 當(dāng)大循環(huán)次數(shù)未滿 3 次時(shí) , 程序狀態(tài)被轉(zhuǎn)移至 S20, 重新進(jìn)入洗滌過程的大循環(huán) , 當(dāng)大循環(huán)次數(shù)滿 3 次時(shí) , 狀態(tài)繼續(xù)轉(zhuǎn)移至S27, Y5 得電工作 ,接通報(bào)警器 , 15s 后報(bào)警器停止 , 程序狀態(tài)被轉(zhuǎn)移至初始狀態(tài) S0。 45 總結(jié) 與展望 畢業(yè)設(shè)計(jì) 總結(jié) 在本課題的研究設(shè)計(jì)中，認(rèn)真研究最新的控制方法。經(jīng)過認(rèn)真選擇和反復(fù)設(shè)計(jì)，確定了利用三菱公司生產(chǎn) 的 FX2N24MR PLC 對(duì)全自動(dòng)洗衣機(jī)進(jìn)行控制，重點(diǎn)對(duì)軟硬件進(jìn)行了設(shè)計(jì)和討論。 本文主要進(jìn)行了以下研究工作。 ① 綜述了全自動(dòng)洗衣機(jī)的發(fā)展過程及控制技術(shù)的最新進(jìn)展：介紹了三菱公司 PLC 的基本概念、特點(diǎn)以及系統(tǒng)的各種組成結(jié)構(gòu)；詳細(xì)介紹 PLC的選型。 ② 對(duì)全自動(dòng)洗衣機(jī)的工作原理、要求進(jìn)行了說明。 ③ 對(duì) PLC 控制技術(shù)進(jìn)行了深入研究，并進(jìn)行了設(shè)計(jì)。 ④ 對(duì)程序梯形圖進(jìn)行了說明及三菱公司的 FXGPWIN 編程軟件進(jìn)行了簡介。 本次畢業(yè)設(shè)計(jì)使我深有感觸，只要付出就有回報(bào)，遇到問題多與老師同學(xué)交流，利用網(wǎng)絡(luò)資源學(xué) 習(xí)。通過這次畢業(yè)設(shè)計(jì)，我才明白學(xué)習(xí)是一個(gè)長期積累的過程，在以后的工作、生活中都應(yīng)該不斷的學(xué)習(xí)，努力提高自己的知識(shí)和綜合素質(zhì)?？傊?，萬事開頭難，知識(shí)必須通過應(yīng)用才能實(shí)現(xiàn)其價(jià)值！有些東西以為學(xué)會(huì)了，但真正到用的時(shí)候才發(fā)現(xiàn)是兩回事，所以我認(rèn)為只有到真正會(huì)用的時(shí)候才是真的學(xué)會(huì)了。 工作展望 在本項(xiàng)目的基礎(chǔ)之上，再預(yù)期進(jìn)行一些深入的研究和探討，主要體現(xiàn)在 3個(gè)方面： ① 本次設(shè)計(jì)只能滿足大多數(shù)人的洗衣要求，現(xiàn)在全自動(dòng)洗衣機(jī)都是 46 “一鍵式”單按鈕控制方式，只需一按電鈕，就會(huì)開始洗滌，直至完成。未能實(shí)現(xiàn)的 模式，以本人現(xiàn)在的能力，要想實(shí)現(xiàn)這些功能也是比較困難。但是，只要假以時(shí)日和經(jīng)驗(yàn)，我相信我一定能夠完成這些功能。 ② 洗衣機(jī) 的節(jié)能方面， 洗衣機(jī)的節(jié)能體現(xiàn)在節(jié)水、節(jié)電和節(jié)省洗滌劑上，且現(xiàn)在的洗衣機(jī)結(jié)構(gòu)更趨合理、造型更趨美觀的方向發(fā)展。 ③ PLC 設(shè)計(jì)算法和程序設(shè)計(jì)的優(yōu)化。程序設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)有一個(gè)優(yōu)化的思路，盡可能的采用最短的程序?qū)崿F(xiàn)最短的運(yùn)行控制?，F(xiàn)在先進(jìn)的控制算法非常多，比如說神經(jīng)元算法、遺傳算法等等，因此把一些先進(jìn)的算法運(yùn)用到本項(xiàng)目中，是該項(xiàng)目下一步研究的一個(gè)方向。 47 致謝 首先，我 要感謝理工大學(xué)，感謝 機(jī)械 系對(duì)我四年的培養(yǎng)，讓我學(xué)到了許許多多的知識(shí)，感謝各位老師在這四年里對(duì)我的關(guān)懷與照顧，在此致以我深深的謝意。 本論文從選題到最后定稿成文，本校 老師一直給予了悉心指導(dǎo)，張老師那種嚴(yán)謹(jǐn)求實(shí)的作風(fēng)，廣博深邃的洞察力，孜孜不倦的開拓精神和敬業(yè)精神令我深受啟迪和教益，謹(jǐn)向我的指導(dǎo)老師張明軍老師致以深深的謝意。 鑒于筆者水平有限，在理論的描述、資料的運(yùn)用等方面難免有不當(dāng)、不深，不周之處，有些觀點(diǎn)也尚欠成熟，敬請(qǐng)各位老師批評(píng)指正。 最后，我還要向所有曾經(jīng)幫助過我的同學(xué)和朋友們致敬。你們的鼓勵(lì)和幫助 永遠(yuǎn)是我前進(jìn)的動(dòng)力。 48 參考文獻(xiàn) １、王兆義，《可編程控制器教程》，機(jī)械工業(yè)出版社 ２、榮俊昌，《全自動(dòng)洗衣機(jī)原理與維修》，高等教育出版社 ３、唐文彥，《傳感器》，機(jī)械工業(yè)出版社 ４、楊叔子，楊克沖，《機(jī)械工程控制基礎(chǔ)》，華中科技大學(xué)出版社 ５、楊后川，張春平，張學(xué)民，陶征，《三菱 PLC 應(yīng)用 100 例》，電子工業(yè)出版社 《三菱 FX 系列 PLC 應(yīng)用技術(shù)》，人民郵電出版社 高安邦，薛嵐，劉曉艷，《三菱 PLC 工程應(yīng)用設(shè)計(jì)》，機(jī)械工業(yè)出版社 陳立定，《電氣控制與可編程控制器》，高等教育 出版社 張進(jìn)秋，《可編程控制器原理及應(yīng)用實(shí)例》，機(jī)械工業(yè)出版社 齊從謙，《 PLC 技術(shù)及應(yīng)用》，機(jī)械工業(yè)出版社 49 50 附錄 本設(shè)計(jì)基于三菱 FX2N24MR 型 PLC 完整梯形圖