摘要：家用電器的自動控制化和智能化已經(jīng)慢慢地成為了我們當今社會的科技發(fā)展潮流。這種全新的科技技術的出現(xiàn)，非常大的程度化地方便了我們每天的生活，幫我們節(jié)約了不少時間，還提高我們的生活水平。與此同時，隨著我國的科研技術不斷地加強，這項技術變得越來越穩(wěn)定，功能也變得越來越完善。本次課題主要內(nèi)容是依照全自動清理衣物機的工作原理，根據(jù)實際情況并且考慮到成本等各方面因素，去選擇一個最合適的PLC來完成我們的課題，并且關于如何運用可編程控制器PLC完成控制是我重點敘述的對象。本次控制系統(tǒng)的核心部分選用了日本三菱公司的FX3U系列的PLC來實現(xiàn)清理衣物機過程的自動化。關鍵詞：PLCFX3U編程自動化控制1本課題研究意義以前清理衣服都是手動清理，很費力氣而且也很消耗時間，但隨著自動化技術的不斷發(fā)展以及我國的生產(chǎn)力的不斷提高，人們開始對生活的便利性有了更深的重視，為了解放人們的雙手，節(jié)約人們的時間，于是自動化清理衣物機就誕生了。本課題就是基于這樣一個社會現(xiàn)象，為人們設計了一個自動化控制的智能清理衣物機。而清理衣物機控制系統(tǒng)是整個電梯最核心的部分，它的作用是讓衣物清理機知道自己在什么階段的時候干什么事，本此課題的程序大致分為了以下幾個環(huán)節(jié)：復位環(huán)節(jié)，放水環(huán)節(jié)，清理環(huán)節(jié)，排水環(huán)節(jié)，脫水環(huán)節(jié)。通過步進的形式將程序一一分為幾個板塊，然后讓PLC多次執(zhí)行或按順序執(zhí)行我們所需要的程序。這樣做的好處是，不僅能讓程序結構清晰，維護方便，又可以讓衣物清理機充分的發(fā)揮自己所有的功能。同時我們用盡量少的設備去完成盡量多的功能，從而節(jié)約機器的成本，這樣做也為國家的生產(chǎn)帶來了利潤和效率。針對個人而言，本此課題也讓我能深入理解PLC并將其運用，培養(yǎng)自己實踐，創(chuàng)新的能力。

2自動清理衣物機系統(tǒng)的基本情況2.1清理衣物機的結構全自動清理衣物機一般上有兩種桶：一種桶是用來盛水用的，我們把它叫做外桶；而另一種是用來脫水用的，它主要功能是旋轉(zhuǎn)，我們把它叫做內(nèi)桶。同時我們在內(nèi)桶上設計一些排水用的間隙，這樣當我們需要清理衣服的時候，將外桶鎖死，水就停駐在清理衣物機里，就可以開始清理衣服了；當我們需要脫水的時候，我們只需要將外桶的鎖打開，使廢水排出，這樣啟用內(nèi)桶的旋轉(zhuǎn)功能，廢水就可以順著間隙流入外桶，然后再通過外桶排到清理衣物機以外。圖1全自動洗衣機結構圖2.2清理衣物機的控制過程這整個過程都是在PLC的幫助下完成的，以達到自動注水，自動清理衣服，自動排除污水，自動脫水的效果。整個過程的描述具體為下：當打開清理衣物機的開關，同時激活PLC的開關，于是打開進水閥，開始讓水龍頭排入干凈水。隨著時間的推移，水位也開始在逐漸的上升，慢慢地水位到達高水位，接觸到高水位傳感器，通過PLC的處理，啟動洗衣粉清理程序，立馬關閉進水閥，并且開始啟動清理電動機，使得內(nèi)桶得以旋轉(zhuǎn)，從而獲得外力的作用以完成清理的過程。電動機在設定好的時間內(nèi)做正傳反轉(zhuǎn)的規(guī)律運動，利用離心力使得衣物在內(nèi)桶的內(nèi)部邊緣不斷摩擦以擦除衣物上的污物，再利用電機提供的動力使得衣物和水在桶內(nèi)翻轉(zhuǎn)攪拌。在清理了一段時間之后，PLC又讓清理衣物機的過程進入排水的環(huán)節(jié)，自動打開排水口，從而使污水緩緩流出洗衣機。當水位第一次降到低水位傳感器以下時，PLC會返回最開始的程序，打開進水閥，讓水龍頭放水，再次讓水位慢慢上升。當逐漸到達高水位感應器的時候，PLC又立馬封閉進水閥，截止灌水，隨后啟動旋轉(zhuǎn)電動機，重復剛才的過程，但這次過程的意義是清理衣物上面的洗衣粉以及化學殘留物。在清洗了一段時間之后，PLC再次進入排水環(huán)節(jié)，自動打開排水口，讓廢水排出到衣物清理機外。當水位第二次下降到低水位一下，觸發(fā)低水位傳感器，此時啟動脫水程序，保持排水閥的開啟并啟動電動機，使得電動機做正轉(zhuǎn)，用離心力甩去衣物上的水，從而實現(xiàn)甩干的效果。當脫水動作在一段時間以后完成，也就是完成了一次洗滌工作。再拿走衣物之后，PLC再次讓所有的輸入輸出設備復位，準備好下一次工作。2.3清理衣物機的控制要求（1）按下清理衣物機的啟動開關之后，進水閥門開始打開，水龍頭開始放水，等到水位慢慢到達高水位后，立馬關閉水龍頭。（2）先讓清理衣物機的電機正向轉(zhuǎn)動，讓其持續(xù)10秒的清理過程之后暫停。（3）暫停5秒后，電動機開始反向轉(zhuǎn)動并持續(xù)10秒之后又不轉(zhuǎn)。（4）暫停5秒后，完成了一次清理的循環(huán)。（5）如此循環(huán)5次，然后開始排水。（6）待清理完成之后，系統(tǒng)自動復位。3全自動清理衣物機的硬件選擇3.1PLC的選型3.1.1PLC的特點與優(yōu)勢1.PLC它體積比較小，所以它比較好維護，當設備出現(xiàn)故障時，比較好拆卸。其次是它能耗低，能夠節(jié)約經(jīng)濟成本，對設備的損耗也比較小。

2.PLC的編程預先相對于C語言，JAVA以及匯編語言要簡單很多，所有過程都可以通過簡單的指令來實現(xiàn)。梯形圖的語言更加直觀，尤其是在錯誤診斷的時候能夠快速找到問題所在。3.1.2PLC的主要功能PLC由于上述特點，所以廣泛地被應用在各行各業(yè)，比如說石油公司，房地產(chǎn)公司，自動化控制公司，以及交通運輸?shù)雀鞣礁髅妫@里以PLC的功能具體做了一下幾種闡述。1、基本功能PLC的具有開關量的邏輯運算、定時、計數(shù)、數(shù)據(jù)傳輸比較、位處理、數(shù)據(jù)處理和高速處理等作用和功能。PLC可以在其拓展口接其他拓展模塊，輸入輸出端口不受自身所有單元限制，這就是其基本功能得到增強。PLC的基本功能運用廣，其中有電梯、機床、汽車等重要產(chǎn)業(yè)。2、特殊功能PLC的特殊功能有兩種。一種是過程控制，主要應用于在要求對物理量進行控制的場合，在模擬量控制中需要能把電路信號與數(shù)字信號彼此代替的模塊。PLC的定位控制也被稱為位置控制或者定點控制，是指當PLC發(fā)出控制指令是目標物體按照程序設定的速度、方向與位置完成位移。如果引入PLC作為定位控制器，編寫相應控制程序，使PLC內(nèi)置的計數(shù)器對其輸入脈沖進行計數(shù)，根據(jù)計數(shù)輸入的當前值發(fā)出相關指令完成相應動作，可實現(xiàn)精確控制。在機床工作、電梯移動、傳送帶、機械手臂等行業(yè)，定位控制的應用相當廣泛。3、通信功能PLC的通信包含其內(nèi)部單位通訊和其他智能系統(tǒng)進行通信，例如與計算機之間進行通訊。PLC的通信功能就是將PLC單元與其它智能系統(tǒng)進行互聯(lián)，通過共同的協(xié)議和方式，完成數(shù)據(jù)的交換、傳輸、和處理。不同PLC生產(chǎn)廠家的通信系統(tǒng)也不同。3.1.3PLC的硬件結構PLC的本質(zhì)就是為適應需求越來越大的工業(yè)生產(chǎn)而被創(chuàng)造出來的微型工控計算機。所以它的硬件結構與普通的計算機有許多的相似之處，一般的PLC硬件是由輸入輸出端口、CPU、通信接口、拓展接口、存儲器等組成。3.1.4PLC編程語言不同的公司的PLC，如三菱、西門子、歐姆龍等大型PLC制造商，他們所創(chuàng)造的PLC編程語言也不同，一般有梯形圖語言，指令表語言，順序功能流程圖語言等，這些語言也可以相互轉(zhuǎn)化。3.1.5PLC的選擇因為本次課題要用到，啟動按鈕，高水位傳感器，低水位傳感器等，來作為輸入設備，所以我們要選擇至少配備有3個輸入端口的PLC。然后輸出設備有進水電磁閥，電機正轉(zhuǎn)接觸器，電機反轉(zhuǎn)接觸器，排水電磁閥，以及外桶鎖水器，所以我們還要至少有5個輸出端口的PLC。綜合端口的裕度問題，以及設備的成本問題，最終決定這次課題的核心控制元件用日本三菱的FX3U-16MR，它配備有8個輸入端口以及8個輸出端口，所以端口是足夠的，并且這個PLC是小型的，所以成本也比較低，比較符合市面上自動清理衣物機的價格定位。圖2控制系統(tǒng)的硬件連接圖3.2電動機的選型以及原理圖本課題的電機采用流異步電動機，其構成部分是定子和轉(zhuǎn)子。一對空間互差90度的主副繞組的繞組被稱為定子繞組，繞組通常串一個電容器是為了去產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)磁場，作用是使副繞組中產(chǎn)生一個相位上超前主繞組90度的電容性電流。制作時主、副繞組匝數(shù)、線徑完全一樣。通常將主、副繞組對調(diào)是為了控制方便，即兩個繞組輪流充當主

副繞組，實現(xiàn)電機的正反轉(zhuǎn)。這里簡單闡述一下：當需要電動機正轉(zhuǎn)的話，PLC會讓正轉(zhuǎn)接觸器線圈KM1接觸點接通，并且讓反轉(zhuǎn)接觸線圈KM2接觸點斷開，這個時候繞組I就充當主繞組直接接在電機的電源兩端，而繞組II跟啟動電容串聯(lián)之后，作為副繞組，這個時候電機會產(chǎn)生正旋轉(zhuǎn)磁場，使得電機正轉(zhuǎn)，讓清理衣物機開始清理衣物。當想讓電機停下來，PLC就斷開正轉(zhuǎn)接觸器線圈KM1，以及反轉(zhuǎn)接觸器的線圈KM2，這個時候，電動機的兩邊沒有電源，也就不會產(chǎn)生磁場，使得電機停止了旋轉(zhuǎn)。當需要電動機反轉(zhuǎn)的時候，PLC會讓正轉(zhuǎn)接觸器線圈KM1接觸點斷開，并且讓反轉(zhuǎn)接觸線圈KM2接通，這個時候繞組II就充當主繞組直接接在了電機的電源兩端，而繞組I跟啟動電容串聯(lián)之后，作為副繞組，這個時候電機產(chǎn)生反轉(zhuǎn)磁場，使得電機反轉(zhuǎn)。

圖3電機正反轉(zhuǎn)原理圖4I/O口地址分配本課題的輸入設備有，啟動按鈕，高水位感應器，低水位感應器三個輸入設備，而輸出設備有進水電磁閥，正轉(zhuǎn)接觸器，反轉(zhuǎn)接觸器，排除電磁閥，外桶鎖水器等五個輸出設備，所以全自動清理衣物機的IO口分布如表1所示。表SEQ表\*ARABIC1全自動清理衣物機的IO口分布輸入設備輸入地址編號輸出設備輸出地址編號啟動按鈕X1進水電磁閥Y1高水位傳感器X2正轉(zhuǎn)接觸器Y2反轉(zhuǎn)接觸器Y3低水位傳感器X3排水電磁閥Y45軟件系統(tǒng)設計5.1程序框圖圖4程序框圖5.2程序設計細節(jié)有程序流程圖可以知道，本次課題的程序需要4個計時器以及2個計數(shù)器，本次程序有5個判斷語句，所以在梯形圖程序里，我們采用步進程序比較方便。在4個計時器里：T0為電機正轉(zhuǎn)計時器，我們把它的時間設置為10S；T1為暫停計時器，我們把它的時間設置為5S，在此期間電機不做任何動作；T2為電機反轉(zhuǎn)計時器，我們把它的時間設置為10S；T3是暫停計時器，時間設置為5S，它的功能和原理跟T1是一樣的。C100是循環(huán)次數(shù)計數(shù)器，它是放在電機正反轉(zhuǎn)控制里面的；T4是脫水計時器，它的功能是讓電機持續(xù)轉(zhuǎn)動，以達到脫水的目的，而它的時間要求比較長，有60S。C101是一個大循環(huán)的計數(shù)器，它的功能是確定自動清理機是負責洗滌還是負責脫水。

整個過程里邊有，進水，洗滌，排污水，清理，排廢水，脫水的幾個環(huán)節(jié)，所以我們采用了步進的形式可以方便且清晰的寫出洗衣的步驟。5.3控制系統(tǒng)的軟件設計5.3.1復位以及進水程序設計這個環(huán)節(jié)屬于我們的復位環(huán)節(jié)和進水環(huán)節(jié)，當我們想啟動自動清理衣物機的時候，直接按下開關，這個時候觸發(fā)PLC啟動開關X0，PLC首先進行復位并處于S0步進中，在這個步進之中，觸發(fā)了Y1線圈，讓進水閥開始了進水的過程。并且一直在保持，直到放到高水位區(qū)的時候，觸發(fā)高水位傳感器的開關X2，這個時候才終止進水，并進入下一個步進。5.3.2電機正轉(zhuǎn)以及狀態(tài)保持這個環(huán)節(jié)屬于我們的清理環(huán)節(jié)，當步進進入S21的時候，讓Y2線圈得電，并且讓T0計時器得電，讓計時器和Y2持續(xù)得電，當T0到達15S之后，T0的常開開關置1，處于通路狀態(tài)，從而執(zhí)行步進跳轉(zhuǎn)命令行跳入下一個步進，實現(xiàn)的效果就是，當水放至高水位之后，洗衣機的電機立馬開始正轉(zhuǎn)，開始清理衣物，并且電機轉(zhuǎn)動的過程會持續(xù)15S，直到電機轉(zhuǎn)動了15S，電機會自動停止，并且程序會進入下一個步進。5.3.3電機暫停步進程序設計這個環(huán)節(jié)也是清理環(huán)節(jié)，當步進程序到達了S22之后，T1計時器開始得電并開始計時，在這個程序里除了計時器沒有其他線圈，所以程序相當于放空狀態(tài)。當T1計時到達5S之后，會讓T1觸點接通，這個時候會進入跳轉(zhuǎn)步進程序，從而跳轉(zhuǎn)到下一個步進。這表現(xiàn)出來的效果是，電機因為程序的放空狀態(tài)而處于暫停狀態(tài)，然后因為計時器的原因，電機的暫停狀態(tài)得到了保持，并且要保持5S，5S之后自動清理衣物機進入下一個過程。5.3.4電機反轉(zhuǎn)以及狀態(tài)保持這個環(huán)節(jié)仍然是清理環(huán)節(jié)，當程序進入S23步進之后，這使得Y3線圈得電，PLC觸發(fā)反轉(zhuǎn)接觸器，從而可以使電機反轉(zhuǎn)。并且T2計時器也得電，開始計時，同時Y3得電的狀態(tài)得以保持，當T2到達了15S之后，它使得T2觸點處于置位狀態(tài)，從而激發(fā)步進跳轉(zhuǎn)程序。而它實現(xiàn)的效果是清理衣物機的電機立馬開始反轉(zhuǎn)，開始清理衣物，這讓衣物得到了充分的攪拌，利用離心作用使得衣物和內(nèi)桶相接觸，從而使得衣服得到洗滌。因為計時器的作用，讓電機轉(zhuǎn)動的時間持續(xù)了15S，并且在15S之后，電機因為程序跳入了下一個步進從而暫停。5.3.5電機暫停以及計數(shù)程序設計這個環(huán)節(jié)也是清理環(huán)節(jié)，當步進程序到達了S24之后，T3計時器開始得電并開始計時，在這個程序里除了計時器沒有其他線圈，所以程序相當于放空狀態(tài)。與此同時，C100計數(shù)器會加1，為下一個判斷步進做準備。當T3計時到達5S之后，會讓T3觸點接通，這個時候會進入跳轉(zhuǎn)步進程序，從而跳轉(zhuǎn)到下一個步進。這表現(xiàn)出來的效果是，電機因為程序的放空狀態(tài)而處于暫停狀態(tài)，然后因為計時器的原因，電機的暫停狀態(tài)得到了保持，并且要保持5S，5S之后自動清理衣物機進入下一個過程。5.3.6判斷是否循環(huán)正反轉(zhuǎn)這個環(huán)節(jié)屬于清理環(huán)節(jié)，當步進到達S25之后，PLC開始判斷，判斷步進是否要循環(huán)還是繼續(xù)往下面執(zhí)行，如果C100計數(shù)器的次數(shù)沒有記到20次，那么步進會跳轉(zhuǎn)到S21步進的時候，也就是說程序會循環(huán)一次，并讓計數(shù)器加1，如果計數(shù)器的次數(shù)達到了二十次，那么當步進到達S25的時候，會讓C100觸點置位，那么會觸發(fā)步進指令，從而跳轉(zhuǎn)到下一個步進程序。體現(xiàn)出來的效果是，如果C100計數(shù)器沒有二十次，洗衣機會不停地做正反轉(zhuǎn)運動，直到洗衣機正反轉(zhuǎn)做了20次，洗衣機才會當下一個環(huán)節(jié)。程序之中第一次循環(huán)是帶洗衣粉的清理，第二次是清理洗衣粉的清洗。5.3.7排水環(huán)節(jié)設計這個環(huán)節(jié)屬于系統(tǒng)的排水環(huán)節(jié)，當步進程序到達S26之后，如果X3傳感器沒有被觸發(fā)，那么Y4線圈會通電，那么清理衣物機就會排水，并且下方的C101計數(shù)器會加一，當水位到達低水位之后，X3觸點處于置位狀態(tài)，那么程序會進入步進的跳轉(zhuǎn)程序從而跳轉(zhuǎn)到下一個步進。實現(xiàn)的效果是自動清理衣物機會一直排水，直到水位排到了低水位觸發(fā)器一下，會讓程序產(chǎn)生一個上升沿，這個時候會讓X3置位，并中斷排水的動作進而準備下一個動作。5.3.8判斷是否需要大清理的程序設計這個環(huán)節(jié)屬于系統(tǒng)的清理環(huán)節(jié)，目的是洗掉衣物上的洗衣粉。在S27步進里，通過上一個程序所做過的鋪墊，如果C101計數(shù)器的計數(shù)值小于2，那么程序會跳轉(zhuǎn)到S0步進，實現(xiàn)的效果是讓洗衣機開始放水，當水放到高水位的時候開始攪拌衣服，這個過程的目的是為了洗掉衣服上的洗衣粉。而如果C101計數(shù)器的計數(shù)值為2，那么程序?qū)⒉粫h(huán)而是調(diào)到下一個步進。5.3.9脫水程序的設計這個環(huán)節(jié)屬于系統(tǒng)的脫水環(huán)節(jié)，觸發(fā)Y4線圈以及Y2線圈，然后程序因為T4計時器的原因可以一直持續(xù)60S，當T4計時器經(jīng)過60S之后，T4處于置1狀態(tài)，當T4通電之后，觸發(fā)步進跳轉(zhuǎn)指令。這樣體現(xiàn)的效果是，自動清理衣物機開始脫水，并且開始啟動電動機開始正轉(zhuǎn)，并且這個過程持續(xù)60S，大概衣物的水快脫干了，系統(tǒng)會跳出這個步進達到復位狀態(tài)，到達S0。

6程序仿真6.1聲明本次課題使用FX-TRN-BEG-C來實現(xiàn)PLC控制程序的仿真以檢測程序是否能夠?qū)崿F(xiàn)預計的功能。但此軟件的步進指令和GXDeveloper的步進指令有一些差別：原來在GXDeveloper的步進需要寫SETS0，然后再讓STLS0步進指令單獨占用一行，并且其指令之下的梯形圖為此步進的具體程序。而FX-TRN-BEG-C不一樣，STLS0步進指令不需要占用一行，并且具體的梯形圖程序猶如樹干的樹枝一樣緊跟其后。還有因為FX-TRN-BEG-C軟件本身存在一些BUG，當梯形圖程序過于長的時候，步進指令會進行不下去，也就是不能讓步進指令置位。經(jīng)過多次測試，并不是我的梯形圖問題，而是這個軟件本身的漏洞原因。由于這個漏洞無法修復但又需要它來仿真，所以我采取拆分步進指令的辦法來進行測試。把我的7條步進指令，拆成7段，分別測試并截圖，從未避免了此軟件的BUG問題。6.2仿真測試細節(jié)6.2.1進水程序測試程序先是上電掃描，進入STLS0，并且讓Y1置位，激活進水閥6.2.2電機正轉(zhuǎn)程序測試當水位到達高水位的時候會觸發(fā)X2，使其通路后，進入下一個步進SETS20。并且在STLS20步進中，讓Y2置位，使得電機正轉(zhuǎn)，并通過計時器使得電機旋轉(zhuǎn)持續(xù)15S。6.2.3暫停程序測試當步進在STLS21狀態(tài)下的時候，只放置計時器，讓清理衣物機處于暫停狀態(tài)，并且持續(xù)5S。6.2.4電機反轉(zhuǎn)程序測試當T1計時器計時完成后，程序會跳轉(zhuǎn)到STLS22狀態(tài)，并接通Y3，使得電機反轉(zhuǎn)，并持續(xù)15S。6.2.5判斷程序測試在STLS23狀態(tài)下，洗衣機進入暫停狀態(tài)，并對程序做判斷。如果計數(shù)器的數(shù)值不為20，那么步進會跳轉(zhuǎn)到S20狀態(tài)，繼續(xù)攪拌衣物。如果計數(shù)器的數(shù)值等于20，那么會跳轉(zhuǎn)到S24狀態(tài)，進入下一個環(huán)節(jié)。6.2.5排水程序測試在S24狀態(tài)下，觸發(fā)Y4線圈，使得洗衣機排水。當水位第一次到達低水位的時候，程序會跳轉(zhuǎn)到S0狀態(tài)，但當水位第二次到達低水位的時候，程序會跳轉(zhuǎn)到S25狀態(tài)，進入下一個環(huán)節(jié)。判斷水位是否是第一次到達低水位是通過計數(shù)器來實現(xiàn)的。6.2.6脫水程序測試當程序到達S25狀態(tài)之后，使得電機一直正轉(zhuǎn)，并且持續(xù)60S。等待60S之后，程序復位，以用于下一次循環(huán)。

7結束語通過這次的PLC控制的課題，我更加深刻地理解到了全自動清理衣物機的工作原理，有PLC的優(yōu)點和選型，研究洗衣機的工作過程，還有電動機如何實現(xiàn)正反轉(zhuǎn)，這些內(nèi)容不但讓我鞏固了關于本科所學的專業(yè)課的內(nèi)容和科目，而且讓我對這些知識有了更深入的理解，還培養(yǎng)了我的實踐能力。從這個課題之中，我還領悟到了一個人生哲理，我們學東西不應該只停留于怎么去用，怎么去做題，而是通過現(xiàn)象發(fā)現(xiàn)它的本質(zhì)，對待任何東西都要多問一個為什么。比如洗衣機為什么能正反轉(zhuǎn)，通過實踐操作仔細探究，結合自己以前學過的電路以及電機拖動的知識后發(fā)現(xiàn)，這是因為PLC會讓正轉(zhuǎn)接觸器線圈KM1接觸點接通，并且讓