基于PLC的全自動(dòng)洗衣機(jī)控制系統(tǒng)

1、東北大學(xué)秦皇島分校自動(dòng)化工程系自動(dòng)控制系統(tǒng)課程設(shè)計(jì)全自動(dòng)洗衣機(jī)控制系統(tǒng)專業(yè)名稱自動(dòng)化班級(jí)學(xué)號(hào)5080108學(xué)生姓名李磊指導(dǎo)教師高原設(shè)計(jì)時(shí)間2011.6.272011.7.8基于PLC的全自動(dòng)洗衣機(jī)控制摘要隨著科學(xué)技術(shù)不斷進(jìn)步和社會(huì)飛速發(fā)展，洗衣機(jī)成為人民日常生活息息相關(guān)的家用電器產(chǎn)品。傳統(tǒng)洗衣機(jī)基于電器的控制，已經(jīng)不能滿足人們對(duì)其自動(dòng)化程度的要求了。洗衣機(jī)要更好地滿足人們的需求，必須借助于自動(dòng)化技術(shù)的發(fā)展。自動(dòng)化技術(shù)的飛速發(fā)展，使得洗衣機(jī)由最初的半自動(dòng)式發(fā)展到現(xiàn)在的全自動(dòng)式，并正在向智能化洗衣機(jī)方向發(fā)展。洗衣機(jī)的全自動(dòng)化、多功能化、智能化是其發(fā)展方向?；谌詣?dòng)洗衣機(jī)的應(yīng)用日益廣泛，本次設(shè)計(jì)利

2、用西門(mén)子公司生產(chǎn)的PLC控制全自動(dòng)洗衣機(jī)，與傳統(tǒng)的繼電器邏輯控制系統(tǒng)相比較，洗衣機(jī)可靠性、節(jié)能性得到了提高。PLC控制不需要大量的活動(dòng)部件和電子元器件，它的接線也大大減少，與此同時(shí)系統(tǒng)維修簡(jiǎn)單、維修時(shí)間縮短。本文首先介紹了洗衣機(jī)的發(fā)展，然后重點(diǎn)介紹了洗衣機(jī)的設(shè)計(jì)，對(duì)程序流程圖及編程軟件進(jìn)行了說(shuō)明，最后對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行了仿真。PLC采樣按鈕及限位開(kāi)關(guān)外部輸入信號(hào)的變化，執(zhí)行相應(yīng)的程序，然后輸出控制電機(jī)正反轉(zhuǎn)及脫水處理，控制方式靈活多樣。最后就本課題所做的工作進(jìn)行了總結(jié)，并對(duì)進(jìn)一步的研究提出了自己的看法。本次設(shè)計(jì)的全自動(dòng)洗衣機(jī)工藝要求有待改善，不可以單獨(dú)脫水及洗衣時(shí)間的設(shè)置；由于時(shí)間有限，沒(méi)做進(jìn)一步的改

3、善?；谌詣?dòng)洗衣機(jī)在日常生活中廣泛運(yùn)用，本設(shè)計(jì)具有廣泛的推廣價(jià)值。關(guān)鍵詞：全自動(dòng)洗衣機(jī),PLC,控制目錄1 緒論11.1 課題概述11.2 洗衣機(jī)發(fā)展概況11.3 課題研究的目的與意義21.4 本課題研究的主要內(nèi)容32 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)42.1 系統(tǒng)的控制要求42.2 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)52.3 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)83 總結(jié)133.1 工作總結(jié)13致謝14參考文獻(xiàn)15附錄16附錄一：梯形圖程序161 緒論1.1課題概述本次設(shè)計(jì)基于PLC的全自動(dòng)洗衣機(jī)控制，采用PLC控制開(kāi)發(fā)的周期短，開(kāi)發(fā)成本低，可靠性高，可以直接用于現(xiàn)場(chǎng)控制。本設(shè)計(jì)以操作簡(jiǎn)單、使用可靠、維護(hù)修理方便作為主要設(shè)計(jì)方向。通常，人們采用洗衣機(jī)來(lái)洗

4、衣服需要經(jīng)歷洗衣、清洗、排水、脫水等4個(gè)環(huán)節(jié)，而在全自動(dòng)洗衣機(jī)中，這樣的一個(gè)過(guò)程完全由PLC來(lái)完成。全自動(dòng)洗衣機(jī)需要其控制系統(tǒng)足夠可靠，以避免洗衣機(jī)出現(xiàn)故障。全自動(dòng)洗衣機(jī)的簡(jiǎn)單工作過(guò)程如圖 1.1所示，其中洗衣的方式、洗衣中的水位選擇等倆個(gè)方面需要將衣服放入洗衣機(jī)之后手動(dòng)來(lái)選擇，并且是必須選擇的洗衣參數(shù)。當(dāng)選擇了洗衣參數(shù)后，按下啟動(dòng)按鈕，洗衣機(jī)就會(huì)自動(dòng)完成整個(gè)過(guò)程。圖1.1 全自動(dòng)洗衣機(jī)的簡(jiǎn)單工作過(guò)程1.2洗衣機(jī)發(fā)展概況世界上第一臺(tái)洗衣機(jī)于1858年誕生，但這臺(tái)洗衣機(jī)使用費(fèi)力，且損傷衣服，因而沒(méi)被廣泛使用，但這卻標(biāo)志了用機(jī)器洗衣的開(kāi)端。1874年,“手洗時(shí)代”受到了前所未有的挑戰(zhàn)，美國(guó)人發(fā)明了

5、木制手搖洗衣機(jī)。1880年，美國(guó)發(fā)明了蒸氣洗衣機(jī)，蒸氣動(dòng)力開(kāi)始取代人力。蒸汽洗衣機(jī)之后，水力洗衣機(jī)、內(nèi)燃機(jī)洗衣機(jī)也相繼出現(xiàn)。1910年，美國(guó)試制成功世界上第一臺(tái)電動(dòng)洗衣機(jī)，電動(dòng)洗衣機(jī)的問(wèn)世，標(biāo)志著人類家務(wù)勞動(dòng)自動(dòng)化的開(kāi)端。1922年，美國(guó)改造了洗衣機(jī)的洗滌結(jié)構(gòu)，把拖動(dòng)式改為攪拌式，使洗衣機(jī)的結(jié)構(gòu)固定下來(lái)，這也就是第一臺(tái)攪拌式洗衣機(jī)的誕生。1932年，美國(guó)研制成功第一臺(tái)前裝式滾筒洗衣機(jī)。1955年，在引進(jìn)英國(guó)噴流式洗衣機(jī)的基礎(chǔ)之上，日本研制出獨(dú)具風(fēng)格、并流行至今的波輪式洗衣機(jī)。全自動(dòng)洗衣機(jī)從結(jié)構(gòu)上分有波輪式,攪拌式,滾筒式。目前,國(guó)內(nèi)市場(chǎng)上銷售的大都是波輪式和滾筒式，供應(yīng)最多的是波輪式洗衣機(jī)。波

6、輪式洗衣機(jī)的特點(diǎn)是洗凈率高,但對(duì)衣服的磨損很大,隨著人們生活水平不斷地提高，絲綢,毛料,羊毛等大量走進(jìn)普通家庭,廠商又適時(shí)地推出了滾筒洗衣機(jī),它最大的優(yōu)點(diǎn)是磨損率小,但洗凈率比波輪式低,價(jià)格高。洗衣機(jī)產(chǎn)品可以分三類：普通型、半自動(dòng)型和全自動(dòng)型。普通型和半自動(dòng)型洗衣機(jī)，都需要人為參與操作，才能完成洗衣、甩干、排水全過(guò)程；而全自動(dòng)洗衣機(jī)在整個(gè)洗滌、甩干、排水過(guò)程中，無(wú)需人為操作和監(jiān)控。國(guó)內(nèi)外洗衣機(jī)品牌有海爾、小天鵝、榮事達(dá)、松下、惠而浦水仙、LG熊貓、西門(mén)子、日立好用。1.3 課題研究的目的與意義本課題主要著重于全自動(dòng)洗衣機(jī)的控制，要求洗衣機(jī)能實(shí)現(xiàn)進(jìn)水、洗滌、排水、脫水、報(bào)警，所采用的控制方法操作

7、簡(jiǎn)單、穩(wěn)定可靠、維護(hù)與維修方便?？刂品椒ù_定后投入生產(chǎn)要縮短控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)的時(shí)間、調(diào)試周期，且要降低成本。傳統(tǒng)的洗衣機(jī)采用繼電器控制的優(yōu)點(diǎn)是裝置結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、價(jià)格便宜、抗干擾能力強(qiáng)。但是，這也是隨之帶來(lái)的一些問(wèn)題，如絕大多數(shù)控制繼電器都是長(zhǎng)期磨損和疲勞工作條件下進(jìn)行的，容易損壞，而且繼電器的觸點(diǎn)容易產(chǎn)生電弧，甚至?xí)墼谝黄甬a(chǎn)生誤操作，引起嚴(yán)重的后果。在全負(fù)荷運(yùn)載的情況下，大的繼電器將產(chǎn)生大量的熱及噪聲，同時(shí)也消耗了大量的電能。并且繼電器控制系統(tǒng)必須是手工接線、安裝，如果有簡(jiǎn)單的改動(dòng)，也需要花費(fèi)大量時(shí)間及人力和物力去改制、安裝和調(diào)試。這種電路接線多，只適用于小型的控制電路。采用PLC控制比繼電器控制

8、好的多，我們采用PLC來(lái)控制。 （1） 可靠性高，抗干擾能力強(qiáng)，高可靠性是電氣控制設(shè)備的關(guān)鍵性能。PLC由于采用現(xiàn)代大規(guī)模集成電路技術(shù)，采用嚴(yán)格的生產(chǎn)工藝制造，內(nèi)部電路采取了先進(jìn)的抗干擾技術(shù)，具有很高的可靠性。（2） 配套齊全，功能完善，適用性強(qiáng)PLC發(fā)展到今天，已經(jīng)形成了大、中、小各種規(guī)模的系列化產(chǎn)品?？梢杂糜诟鞣N規(guī)模的工業(yè)控制場(chǎng)合。（3） 易學(xué)易用，深受工程技術(shù)人員歡迎PLC作為通用工業(yè)控制計(jì)算機(jī)，是面向工礦企業(yè)的工控設(shè)備。（4） 系統(tǒng)的設(shè)計(jì)、建造工作量小，維護(hù)方便，容易改造，PLC用存儲(chǔ)邏輯代替接線邏輯，大大減少了控制設(shè)備外部的接線，使控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)及建造的周期大為縮短，同時(shí)維護(hù)也變得容易

9、起來(lái)。更重要的是使同一設(shè)備經(jīng)過(guò)改變程序改變生產(chǎn)過(guò)程成為可能。這很適合多品種、小批量的生產(chǎn)場(chǎng)合。（5） 體積小，重量輕，能耗低，由于體積小很容易裝入機(jī)械內(nèi)部，是實(shí)現(xiàn)機(jī)電一體化的理想控制設(shè)備。1.4 本課題研究的主要內(nèi)容本課題需研制出可靠性高、易于操作的全自動(dòng)洗衣機(jī)控制方法，該系統(tǒng)采用PLC控制，主要包括電動(dòng)機(jī)正反轉(zhuǎn)控制、離合器控制、進(jìn)排水電磁閥控制、循環(huán)控制、保護(hù)和聯(lián)鎖。研究的具體內(nèi)容包括：（1） 深入了解洗衣機(jī)的發(fā)展、結(jié)構(gòu)及控制要求。（2） 控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)。包括硬件設(shè)計(jì)，PLC的選擇，各硬件模塊的介紹，軟件設(shè)計(jì)，編程方法。（3） 對(duì)編寫(xiě)好的編譯程序進(jìn)行模擬調(diào)試并仿真。2 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)2.1 系統(tǒng)

10、的控制要求全自動(dòng)洗衣機(jī)系統(tǒng)中，PLC主要完成一下功能。1. 檢測(cè)功能（1） 檢測(cè)洗衣機(jī)的方式；標(biāo)準(zhǔn)或者是柔和的選擇。（2） 檢測(cè)洗衣時(shí)的水位；高水位或者是低水位的選擇。（3） 檢測(cè)進(jìn)水是否到了需要的水位，即進(jìn)水是否完成。（4） 檢測(cè)排水是否已經(jīng)完成。2. 控制功能 （1）控制進(jìn)水、洗衣、排水、清洗、脫水等洗衣機(jī)的動(dòng)作。 （2）控制洗衣、清洗、脫水等的時(shí)間長(zhǎng)短。 （3）控制洗衣、清洗等的效果。 （4）控制在洗衣機(jī)完成一個(gè)動(dòng)作和到下一個(gè)動(dòng)作的準(zhǔn)確轉(zhuǎn)換。 （5）控制完成洗衣機(jī)洗衣時(shí)的信號(hào)提示。 自動(dòng)洗衣機(jī)的設(shè)計(jì)除了滿足上述功能以外，還需要考慮到外觀設(shè)計(jì)、造型等方面。尤其是在洗衣機(jī)的手動(dòng)控制操作面板上

11、，依序符合人機(jī)界面的基本要求。 設(shè)計(jì)全自動(dòng)洗衣機(jī)的操作面板如圖2.1所示。其中進(jìn)水、正轉(zhuǎn)、反轉(zhuǎn)、排水、脫水為信號(hào)燈指示單簽洗衣機(jī)的工作狀態(tài)；蜂鳴器為聲音指示，指示洗衣機(jī)在工作中的某些狀態(tài)的轉(zhuǎn)換；啟動(dòng)、停止、高水位、低水位、標(biāo)準(zhǔn)、柔和等為手動(dòng)控制按鈕，用來(lái)手動(dòng)輸入一些控制信號(hào)。圖2.1 全自動(dòng)洗衣機(jī)操作面板在實(shí)際生活中，操作面板一般位于洗衣機(jī)的上表面，需要在設(shè)計(jì)的時(shí)候加入更多的個(gè)性化平面設(shè)計(jì)元素，并且操作面板往往與恐怕給你賺錢不放置在一起，這就需要考慮線路布線的問(wèn)題。2.2系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)根據(jù)上節(jié)中隊(duì)全自動(dòng)洗衣機(jī)的功能分析，可以設(shè)計(jì)出圖2.2所示的全自動(dòng)洗衣機(jī)硬件系統(tǒng)框圖。圖2.2 全自動(dòng)洗衣機(jī)的硬

12、件系統(tǒng)框圖選擇西門(mén)子S7-200系列PLC作為此全自動(dòng)洗衣機(jī)的控制主機(jī)。本控制系統(tǒng)中共有8哥數(shù)字量輸入和6個(gè)數(shù)字量輸出，共需14個(gè)I/O點(diǎn)數(shù)及程序容量，選擇了CPU222作為本系統(tǒng)的主機(jī)。對(duì)PLC主機(jī)的I/O資源進(jìn)行分配，其分配情況如表2.1所示名稱地址信號(hào)說(shuō)明輸入信號(hào)啟動(dòng)按鈕I0.0啟動(dòng)洗衣機(jī)停止按鈕I0.1停止洗衣機(jī)高水位按鈕I0.2高水位選擇低水位按鈕I0.3低水位選擇標(biāo)準(zhǔn)模式按鈕I0.4標(biāo)準(zhǔn)模式選擇柔和模式按鈕I0.5柔和模式選擇高水位探測(cè)器I0.6高水位檢測(cè)低水位探測(cè)器I0.7低水位檢測(cè)輸出信號(hào)進(jìn)水電磁閥Q0.0進(jìn)水控制電動(dòng)機(jī)正轉(zhuǎn)接觸器Q0.1電動(dòng)機(jī)正轉(zhuǎn)控制電動(dòng)機(jī)反轉(zhuǎn)接觸器Q0.2電

13、動(dòng)機(jī)反轉(zhuǎn)控制排水離合器Q0.3排水控制脫水電磁離合器Q0.4脫水控制蜂鳴器Q0.5聲音提示表2.1 全自動(dòng)洗衣機(jī)控制系統(tǒng)中PLC主機(jī)的I/O資源分配根據(jù)PLC主機(jī)的I/O資源分配以及PLC主機(jī)的硬件框圖，則PLC主機(jī)的硬件接線圖如圖2.3所示。圖2.3 全自動(dòng)洗衣機(jī)PLC控制部分硬件接線圖1. 輸入口（1） 啟動(dòng)按鈕連至PLC主機(jī)的輸入口I0.0，停止按鈕連至主機(jī)的輸入口I0.1.（2） 高水位按鈕連至PLC主機(jī)的輸入口I0.2，低水位按鈕連至主機(jī)的輸入口I0.3.（3） 標(biāo)準(zhǔn)模式選擇按鈕連至PLC主機(jī)的輸入口I0.4，柔和模式選擇按鈕連至主機(jī)的輸入口I0.5（4） 高水位探測(cè)器連至PLC主機(jī)

14、的輸入口I0.6，低水位探測(cè)器連至主機(jī)的輸入口I0.172. 輸出口（1） PLC主機(jī)輸出口Q0.0控制進(jìn)水電磁閥。（2）PLC主機(jī)輸出口Q0.1控制電動(dòng)機(jī)正轉(zhuǎn)接觸器。（3）PLC主機(jī)輸出口Q0.2控制電動(dòng)機(jī)反轉(zhuǎn)接觸器。（4）PLC主機(jī)輸出口Q0.3控制排水離合器。（5）PLC主機(jī)輸出口Q0.4控制脫水電磁離合器。（6）PLC主機(jī)輸出口Q0.5控制蜂鳴器。2.3 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)全自動(dòng)洗衣機(jī)控制系統(tǒng)的詳細(xì)工作過(guò)程如下。（1） 按下啟動(dòng)按鈕，洗衣機(jī)電源導(dǎo)通，準(zhǔn)備進(jìn)入洗衣?tīng)顟B(tài)。（2） 用戶設(shè)置水位高低，以及洗衣模式（標(biāo)準(zhǔn)模式或者柔和模式）。（3） 洗衣機(jī)打開(kāi)進(jìn)水電磁閥，開(kāi)始從外界輸入水。（4） 水位探

15、測(cè)器檢測(cè)到水已經(jīng)到位，開(kāi)始洗衣。（5） 電動(dòng)機(jī)正轉(zhuǎn)與反轉(zhuǎn)按照設(shè)計(jì)的洗衣模式切換時(shí)間長(zhǎng)度進(jìn)行輪流工作。（6） 洗衣一直進(jìn)行10min。（7） 洗衣機(jī)打開(kāi)排水離合器開(kāi)始排水，并且持續(xù)3min。（8） 洗衣機(jī)關(guān)閉排水離合器。（9） 重復(fù)（3）（8）步驟一次。（10） 洗衣機(jī)打開(kāi)進(jìn)水電磁閥，開(kāi)始進(jìn)水。（11） 水位探測(cè)器檢測(cè)到睡已經(jīng)到位，開(kāi)始清洗衣服。（12） 電動(dòng)機(jī)正轉(zhuǎn)與反轉(zhuǎn)按照設(shè)定的洗衣模式的切換時(shí)間長(zhǎng)度進(jìn)行輪流工作。（13） 洗衣一直進(jìn)行5min。（14） 洗衣機(jī)打開(kāi)排水離合器開(kāi)始排水，并且持續(xù)3min。（15） 洗衣機(jī)關(guān)閉排水離合器。（16） 重復(fù)（10）（15）步驟一次。（17） 洗衣機(jī)控制

16、脫水電磁離合器，進(jìn)行脫水，同時(shí)打開(kāi)排水離合器，使得脫水過(guò)程可以及時(shí)排除洗衣機(jī)機(jī)桶內(nèi)的臟水。（18） 持續(xù)脫水2min。（19） 完成洗衣。根據(jù)上述對(duì)全自動(dòng)洗衣機(jī)工作過(guò)程的描述，可以設(shè)計(jì)全自動(dòng)洗衣機(jī)控制系統(tǒng)的PLC部分的主流程圖，如圖2.4所示。圖2.4 全自動(dòng)洗衣機(jī)主程序流程圖洗衣子程序的流程圖如圖2.5所示。圖2.5 洗衣子程序流程圖洗衣機(jī)子程序工作過(guò)程如下。2. 啟動(dòng)洗衣機(jī)子程序。3. 打開(kāi)電磁閥進(jìn)水，同時(shí)檢測(cè)水位。4. 如果水位到達(dá)位置，選擇洗衣模式，標(biāo)準(zhǔn)或者柔和。5. 洗衣10min。6. 排水3min。7. 排水時(shí)間到，洗衣子程序結(jié)束。清洗過(guò)程子程序如圖2.6所示圖2.6 清洗子程序

17、流程圖圖2.6所示的工作過(guò)程如下。3. 啟動(dòng)清洗子程序。4. 打開(kāi)電磁閥進(jìn)水，并檢測(cè)水是否在指定水位。5. 選擇清洗模式，標(biāo)準(zhǔn)或者柔和。6. 開(kāi)始清洗衣服，定時(shí)5min。7. 定時(shí)時(shí)間到，開(kāi)始排水。8. 定時(shí)3min。9. 排水結(jié)束，清洗子程序結(jié)束。在洗衣子程序和清洗子程序中洗衣服的模式有標(biāo)準(zhǔn)模式和柔和模式之分。標(biāo)準(zhǔn)模式洗衣服的流程圖及柔和模式洗衣服的流程圖如圖2.7所示，過(guò)程如下。（20） 標(biāo)準(zhǔn)模式；電動(dòng)機(jī)先正轉(zhuǎn)5s，停止1s，電動(dòng)機(jī)再反轉(zhuǎn)5s。（21） 標(biāo)準(zhǔn)模式；電動(dòng)機(jī)先正轉(zhuǎn)3s，停止1s，電動(dòng)機(jī)再反轉(zhuǎn)3s。圖2.7標(biāo)準(zhǔn)模式與柔和模式流程圖全自動(dòng)洗衣機(jī)控制系統(tǒng)的西門(mén)子S7-200系列PLC

18、 CPU222的梯形圖見(jiàn)附錄3 總結(jié)3.1 工作總結(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(guò)認(rèn)真選擇和反復(fù)設(shè)計(jì)，確定了西門(mén)子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。 綜述了全自動(dòng)洗衣機(jī)的發(fā)展過(guò)程及控制技術(shù)的最新進(jìn)展。 對(duì)全自動(dòng)洗衣機(jī)的工作原理、要求進(jìn)行了說(shuō)明。 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)。 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(wèn)題多與老師同學(xué)交流，利用網(wǎng)絡(luò)資源學(xué)習(xí)。通過(guò)這次畢業(yè)設(shè)計(jì)，我才明白學(xué)習(xí)是一個(gè)長(zhǎng)期積累的過(guò)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f(wàn)事開(kāi)頭難，知識(shí)必須通過(guò)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。致謝本文是在高原老師的悉心指導(dǎo)下完成的。他淵博的學(xué)識(shí)、嚴(yán)謹(jǐn)?shù)?/p>