全自动洗衣机的PLC控制

【摘要】采用三菱公司的FX2N系列的PLC，设计了一个简单的全自动洗衣机控制系统。全自动洗衣机通过了可编程序控制器来实现洗涤过程，省时省力。

【关键字】PLC；洗衣机；全自动

一 PLC的基本结构

PLC实质是一种用于工业控制的计算机，其硬件结构基本上与微型计算机相同。根据结构形式的不同，PLC的基本结构分为整体式和模块式结构两类。

1.1整体式结构的PLC

整体式结构的PLC由中央处理器（CPU）、存储器、I/O单元、电源电路和通信端口等组成，并将这些组装在一起。

1.2PLC各组成部分介绍

①中央处理器

中央处理器（CPU）是PLC的核心部分，相当于PLC的“大脑”。它通过系统总线与用户存储器、输入/输出（I/O）、通信端口等单元相连。通过制造厂家预制在系统存储器内部的系统程序完成各项任务。

②存储器

根据存储器存储内容的不同，我们把存储器分为系统程序存储器、用户程序存储器和数据存储器。

系统程序存储器：用来存入软件的存储器。系统程序相当于计算机操作系统，是PLC厂家根据选用的CPU的指令系统编写的，并固化到ROM里，用户不能修改其内容。

用户程序存储器：用来存放用户根据控制要求编制的程序。不同类型的PLC，其存储容量也不一样。

数据存储器：用以存放PLC运行中的各种数据的存储器。因为运行中数据不断变化，所以这种存储器必须可读写。

③输入/输出单元

输入/输出单元是PLC与外部设备连接的纽带。输入单元接收现场设备向PLC提供的开关量信号，经过处理后，变成CPU能够识别的信号。输出单元将CPU的信号经处理后来控制外部设备的。

④电源部分

不同型号的PLC有不同的供电方式，所以PLC电源的输入电压既有12V和24V直流，又有110V和220V交流。

1.2基本指令

（1）LD/LDI指令：LD和LDI指令是连接在母线连接的触点.表示操作开始.LD是常开触点，LDI是常闭触点.

（2）AND/ANI指令：AND和ANI指令是串联连接的触点，AND是常开触点，ANI是常闭触点.

（3）OR/ORI指令：OR和ORI指令是并联连接的触点，执行逻辑“或”的功能.OR是常开触点，ORI是常闭触点.

二 PLC的工作原理

PLC的工作原理与继电器构成的控制装置一样，但是工作方式不太一样。继电器控制是并行运行方式，即如果输出线圈通电或断电，该线圈的触点立即动作。而PLC则不同，它采用循环扫描技术，只有该线圈通电或断电，并且必须当程序扫描到该线圈时，该线圈触点才会动作。

2.1循环扫描技术

PLC采用循环扫描技术可以分为3个阶段，输入阶段（将外部输入信号状态传送到PLC）、执行程序阶段和输出阶段（将输出信号传送到外部设备）。

2.1.1输入阶段

在这个阶段中，PLC读取输入信号状态和数据，并把它们存入相应输入存储单元。

2.1.2执行程序阶段

在这个阶段中，PLC按照由上到下次序逐步执行程序指令。从相应输入存储单元读入信号状态和数据，然后根据程序内部继电器、定时器、计数器数据存储器状态和数据进行逻辑运算，得到运算结果，并将这些结果存入相应输出存储器单元。这一阶段执行完后，进入输出阶段。在这个程序执行中，输入信号状态和数据保持不变。

2.1.3输出阶段

在这个阶段中，PLC将相应输出存储单元运算结果传送到输出模块上，并通过输出模块向外部设备传送输出信号，开始控制外部设备。

2.2PLC的输入/输出响应时间

I/O响应时间是指某一输入信号从变化开始到系统相关输出端信号改变所需要时间因为PLC循环扫描工作方式，所以收到输入信号时刻不同，响应时间长短也不同。下面就给出了最短和最长响应时间。

2.2.1最短响应时间

最短响应时间：一个扫描周期刚结束就收到输入信号，即收到这个输入信号与开始下一个扫描周期同时，这样响应时间最短。考虑到输入电路和输出电路延时，所以最短响应时间应大于一个扫描周期。

2.2.2最长响应时间

最长响应时间：在一个扫描更完成输入读取后才接到输入信号，这样这个输入信号在该扫描周期将不会发生变化，要等到下个扫描周期才能得到响应。这时响应时间最长。

三 PLC控制系统设计原则和设计步骤

3.1设计步骤

（1）控制要求分析

在设计PLC控制系统之前，必须对工艺流程进行细致分析，详细了解控制对象和控制要求，这样才能真正明白自己要完成任务，设计出令人满意控制系统。

（2）确定I/O设备

根据控制要求选择合理输入设备（控制按钮、开关、传感器等）和输出设备（接触器、继电器等）。并根据选用输入/输出设备类型和数量，确定PLCI/O点数。

（3）选择合适PLC

确定PLC点数后，就根据I/O点数、控制要求等来进行PLC选择。选择包括机型、存储器容量、输入/输出模块、电源模块和智能模块等。

（4）现场联机调试

现场联机调试就是将PLC与现场设备进行调试。在这一步中可以发现程序存在实际问题，然后经过修正后使其满足控制要求。

四 PLC全自动洗衣机控制系统设计

4.1全自动洗衣机的工作原理

洗衣机的工作流程由进水、洗衣、排水和脱水4个过程组成。在半自动洗衣机中，着四个过程分别用相应的按钮开关来控制。全自动洗衣机中，这4个过程可做到全自动依次运行，直至洗衣结束。

自动洗衣机的进水、洗衣、排水和脱水是通过水位开关、电磁进水阀和电磁排水阀配合进行控制，从而实现自动控制的。水位开关用来控制进水到洗衣机内高、中、低水位；电磁进水阀起着通/断水源的作用。进水时，电磁进水阀打开，将水注入；排水时，电磁排水阀打开，将水排出；洗衣时，洗涤电动机启动；脱水时，脱水桶启动。

4.2设备控制要求

全自动洗衣机控制系统的要求是能实现“正常运行”和“强制停止”两种控制方式。

1.正常运行

“正常运行”方式具体控制要求如下：

（1）将水位通过水位选择开关设在合适的位置（高、中、低），按下“启动”按扭，开始进水，达到设定的水位（高、中、低）后，停止进水；

（2）进水停止2s后开始洗衣；

（3）洗衣时，正转20s，停2s，然后反转20s，停2s；

（4）如此循环共5次，总共220s后开始排水，排空后脱水30s；

（5）然后再进水，重复（1）～（4）步，如此循环共三次；

（6）洗衣过程完成，报警3s并自动停机。

2.强制停止

“强制停止”方式具体控制要求如下：

（1）若按下“停止”按扭，洗衣过程停止，即洗涤电机和脱水桶转、进水电磁阀和排水电磁阀全部闭合；

（2）可用手动排水开关和手动脱水开关进行手动排水和脱水。

4.3全自动洗衣机控制系统的PLC选型和资源配置

1.I/O扩展模块

I/O扩展模块用来扩展输入、输出点数。当用户所需要的输入、输出点数超过PLC单元的输入、输出点数时，就需要加上I/O扩展模块来扩充系统，以便适应控制系统的要求

2.I/O地址分配

由于CPU模块有16点数字量输入，有16点数字量输出，所以不再需要加入输入/输出模块。其中I/O分配采用自动分配方式，在模块上的输入端子所对应的输入地址就是X0～X15，

输出端子对应的输出地址是Y0～Y11。

4.4全自动洗衣机控制系统程序设计和调试

编程软件

编程软件采用三菱公司为其生产的PLC而设计的编程软件GX-Developer。

构成和相关设置

程序的下载、安装和调试

将各个输入/输出端子和实际控制系统中的按扭、所需控制设备正确连接，完成硬件的安装。全自动洗衣机程序是有GX-Developer软件的指令完成，正常工作时程序存放在存储卡中，若要修改程序，先将PLC设定在STOP状态下，运行GX-Developer编程软件，打开全自动洗衣机程序，即可在线调试，也可用编程器进行调试。