基于plc的在全自動洗衣機控制系統(tǒng)中的設計

1、電子與信息工程學院本 科 畢 業(yè) 論 文論文題目 PLC控制洗衣機 學生姓名 * 學 號 * 專 業(yè) 電氣工程及其自動化 班 級 * 指導教師 * 2013年5月摘 要摘 要本課題主要研究的是利用PLC作為核心控制系統(tǒng)的全自動洗衣機，全文介紹了洗衣機的發(fā)展歷史，分析了洗衣機的工作原理，在此基礎上提出了用PLC控制的全自動洗衣機方案，并對方案的進行了深入探究，根據(jù)洗衣機的工作原理和PLC控制系統(tǒng)的特點，設計出一套洗衣機的控制流程，對洗衣機的各個功能進行控制并反映在控制面板的按鈕上，實現(xiàn)了洗衣機集進水、洗滌、排水、脫水等功能于一體的全自動化控制。本文還針對洗衣機全自動控制系統(tǒng)的硬件設計進行了研究論

2、證，軟件設計進行了模擬調試，最終使全自動洗衣機能安全穩(wěn)定的運行，操作起來更加快捷方便。關鍵詞：PLC；全自動洗衣機；梯形圖；IABSTRACTABSTRACTThis topic main research is the use of PLC as the core control system of fully automatic washing machine. Full text introduces the development history of the washing machine and analysis of the washing machine working pri

3、nciple. On this basis put forward the use of PLC control of automatic washing machine and makes a deep exploration of solutions. According to the washing machine working principle and the characteristics of the PLC control system, I design a set of washing machine control process and each function o

4、f the washing machine to control and to reflect on the control panel of the button and implements the washing machine water, washing, water drainage, dehydration, and other functions in one of the full automatic control. This article also aimed at fully automatic washing machine control system's

5、 hardware design is studied and also Simulated debugging software design, eventually make full automatic washing machine is capable of safe and stable operation. This control method makes more quick and convenient to operate KEY WORDS: PLC;Automatic washing machine;Ladder diagramI目 錄緒論目 錄1 緒論11.1 研究

6、目的及意義11.2 洗衣機的發(fā)展歷史21.3 設計要求32 全自動洗衣機系統(tǒng)52.1 全自動洗衣機的原理和構造52.1.1 全自動洗衣機的種類及性能比較52.1.2 洗滌脫水系統(tǒng)72.1.3 排水和進水系統(tǒng)72.1.4 電動機及傳動系統(tǒng)72.2全自動洗衣機功能要求83 硬件電路的設計103.1 主控線路接線圖103.2 控制系統(tǒng)硬件接線113.2.1 PLC介紹113.2.2 PLC接線123.3 系統(tǒng)資源分配144 全自動洗衣機控制系統(tǒng)程序設計和調試174.1 洗衣機的力控組態(tài)仿真174.2 程序的流程圖構成和相關設置204.3 全自動洗衣機PLC控制系統(tǒng)程序225 結論與展望23致 謝24

7、參考文獻25附 錄26即可）：III緒 論緒 論1 緒論1.1 研究目的及意義總所周知，洗衣機是人們居家必備的一種電器，慢慢的成為人們生活中不可或缺的家電之一。然而，傳統(tǒng)的洗衣機使用的是繼電器的控制，隨著時代的發(fā)展，逐漸滿足不了人們日益增長的對洗衣機自動化程度的要求了。洗衣機要想更好的服務于家庭，必須做到更加智能，實現(xiàn)更大程度的自動化。在繼電器控制系統(tǒng)的基礎上，PLC控制技術應運而生。PLC控制系統(tǒng)的梯形圖程序與繼電器系統(tǒng)的電路圖很相似，梯形圖中的部分編程元件更是沿用了繼電器這一名稱，例如輸入繼電器、輸出繼電器等。伴隨著PLC技術的成熟，用PLC代替繼電器作為控制器，使得洗衣機的智能程度達到了

8、一個全新的高度，不但自動化的水平正好滿足了現(xiàn)代社會的要求，且控制方式非常靈活多樣，可根據(jù)不同場合的控制要求而設置不同的控制模式。PLC技術的快速發(fā)展，使洗衣機由開始的半自動化發(fā)展到現(xiàn)在的全自動化，且正向智能化發(fā)展。本課題研究重點為全自動洗衣機的控制，要求洗衣機能達到進水、洗滌、排水、脫水、報警等功能，所使用的控制方法穩(wěn)定可靠、操作簡單、維修與維護方便。本課題研究的控制方法確定后，要盡可能縮短控制系統(tǒng)的設計的時間、調試周期，而且還要降低成本。傳統(tǒng)洗衣機的控制主要采用的是繼電器控制，這種控制方法的優(yōu)點在于：結構簡單、抗干擾能力強且成本低。這種控制方法的不足之處也有很多，例如很多繼電器都工作在長時間

9、磨損的狀態(tài)，在疲勞的條件下工作極易損壞，況且繼電器的觸點容易產生電弧，嚴重的時候會熔在一起，導致嚴重的后果，產生不必要的損失。大型繼電器在滿負荷運載的時候，會產生很大的噪聲同時放出大量的熱，與此同時浪費了大量的電能。而且繼電器控制系統(tǒng)要求只能是手工接線、安裝，只要有一點點的改動，就需要耗費大量時間及人力去改裝調試。這種電路接線復雜，不適合大型的控制電路。相對于繼電器控制，PLC控制的優(yōu)勢如下：（1） 可靠性高，抗干擾能力強?？煽啃允桥袛嚯姎饪刂圃O備優(yōu)劣的關鍵因素。傳統(tǒng)的繼電器控制系統(tǒng)都是采用了大量的時間繼電器、中間繼電器，如果觸點老化或者接觸不良，很容易發(fā)生故障。由于PLC采用了大規(guī)模集成電路

10、技術，硬件和軟件使用了一系列先進的抗干擾技術，使用軟件代替了繁雜的時間繼電器、中間繼電器，大量的減少了接線，很大程度上消除了因觸點接觸問題而造成的故障，具有很高的穩(wěn)定性，在廣大用戶中獲得一致的好評。（2） 配套齊全，功能完善，使用方便，適應性強。PLC發(fā)展到今天，其產品已經標準化，流水線批量生產，已配備各種功能齊全的裝置供用戶選擇。用戶可方便靈活的的選擇系統(tǒng)配置，從而實現(xiàn)不同規(guī)模不同功能的系統(tǒng)。PLC的安裝接線一般采用接線端子連接外部接線，安裝十分方便。1緒 論（3） 使用方便，編程簡單。PLC使用的編程語言絕大多數(shù)是梯形圖，其表達方式和電路符號與大家熟悉的繼電器十分類似。梯形圖語言簡單易學，

11、直觀形象，深受各界工程技術人員歡迎。（4） 系統(tǒng)的設計、維修工作量小，調試方便，容易改造。PLC用存儲邏輯等軟件功能代替接線邏輯，有效的減少了控制設備的外部接線，使控制系統(tǒng)的設計、安裝、調試和接線的工作量減小了很多，大大的縮短了控制系統(tǒng)設計及建造的周期。PLC的故障很少，自身有完善的自診斷功能，PLC發(fā)生故障時，可通過發(fā)光二極管或編程器上顯示的信息方便快速的找到故障原因，即使的排除故障，使得維護變得容易起來。同一設備通過改變程序，可實現(xiàn)不同的功能，使PLC產品大批量生產。（5） 體積小，能耗低。由于PLC使用軟件代替了大量的時間繼電器和中間繼電器，小型PLC的體積僅僅相當于幾個繼電器的體積，從

12、而節(jié)省了開關柜的體積，很容易嵌入機械內部，實現(xiàn)機電一體化。1.2 洗衣機的發(fā)展歷史遠在十九世紀中葉，那時候的人們通過在小溪的石頭上面敲打衣物的方式來清除衣物上的污垢，如今，我們只需要按動一個按鈕就可以輕松的洗滌大量的衣物。1858年，一個叫漢密爾頓·史密斯的美國人在匹茨堡制成了世界上第一臺洗衣機。這臺洗衣機主要就是一只圓桶，桶里面裝著一個直軸，軸上面安裝有螺旋狀的葉子。軸通過一個曲柄連到外面。那一年史密斯獲得了這臺洗衣機的專利權。但是，他設計的這臺洗衣機使用不省力，而且對衣物有損傷，因此沒有被推廣，但這臺洗衣機就是洗衣機時代開始的標志。1859年，德國人發(fā)明了一種利用搗衣杵的攪拌洗滌

13、衣物的洗衣機，通過外力使搗衣杵上下運動，裝有彈簧的木釘便不斷的摩擦衣物而達到洗滌的效果。1874年，美國人比爾·布萊克斯發(fā)明了木制手搖洗衣機。這臺洗衣機的構造是在木筒里裝上6塊葉片，搖動手柄，通過齒輪把動力傳到筒內，使衣物在筒內不停地翻轉，從而達到洗滌的目的。隨著這臺機器的誕生，使人們的勞動效率得到大大的提高，為洗衣機的研究奠定了基礎。 隨著蒸汽機的問世，洗衣機的動力裝置有了新的革新。1880年，美國又發(fā)明了蒸汽洗衣機，蒸汽動力開始取代人力。 現(xiàn)代蒸汽洗衣機的功能包括蒸汽洗滌和蒸汽烘干，采用了智能水循環(huán)系統(tǒng)，可將高濃度洗滌液與高溫蒸氣同時對衣物進行雙重噴淋，貫穿全部洗滌過程，實現(xiàn)了全

14、球獨創(chuàng)性的“蒸汽洗”全新洗滌方式與普通滾筒洗衣機在洗滌時需要加熱整個滾筒的水不同，蒸汽洗滌是以深層清潔衣物為目的，當少量的水進入蒸汽發(fā)生盒并轉化為蒸汽后，通過高溫噴射分解衣物污漬。蒸汽洗滌快速、徹底，只需要少量的水，同時可節(jié)約時間。對于放在衣柜很長時間產生褶皺、異味的冬季衣物，能讓其自然舒展，撫平褶皺?！罢羝娓伞钡墓ぷ髟韯t是把恒定的蒸汽噴灑在衣物上，將衣物舒展開之后，再進行恒溫冷凝式烘干。通過這種方式，厚重衣物不僅3緒 論干得更快，并且具有舒展和熨燙的效果。 隨后，內燃機洗衣機、水力洗衣機也先后問世。直到1911年，由美國研制成功了世界上首臺電動洗衣機。電動洗衣機的問世，標志著人類家務勞動

15、自動化的開端。1922年，由美國瑪塔依格公司率先將洗衣機的洗滌機構改造了，用攪拌式替代了傳統(tǒng)的拖動式，從此，洗衣機的架構便固定了下來，第一臺攪拌式洗衣機順勢而生。這臺攪拌式洗衣機的結構是在筒中心裝上一個豎立的軸，在豎立軸的下端安裝攪拌翼，動力由電動機提供，通過豎立軸傳遞到攪拌翼，使攪拌翼做周期性的正反擺動，攪動衣物和水持續(xù)翻滾、相互摩擦而洗滌污垢。這臺攪拌式洗衣機操作簡單方便，洗滌效果甚好，受到當時人們的一致好評。1932年，第一臺前裝式滾筒洗衣機誕生了，這臺洗衣機是由美國本德克斯航空公司研制成功的，他們成功的將洗滌、漂洗、脫水三個過程在同一個滾筒內完成。這標志著電動洗衣機的型式跨越到了一個新

16、的臺階，向自動化又邁進了一大步！1937年，第一臺自動洗衣機誕生了。這種自動洗衣機是是一款“前置”式的，它的缸一次可以洗滌4kg衣服，動力來自于一根水平的軸。衣服在缸內不停地上下翻滾，達到去污效果。一直到19世紀40年代才出現(xiàn)了現(xiàn)代的"上置"式自動洗衣機。隨著工業(yè)化的加速，洗衣機的更新也是日新月異。由英國率先研制并推出的是一款噴流式洗衣機，它通過筒體一側的運轉波輪而產生的強烈渦流，使衣物和流水起在筒內不斷翻滾，洗滌污垢。1955年，在英國噴流式洗衣機的基礎之上，日本研制出了波輪式洗衣機。二十世紀60年代，日本成功研制并推出了帶干桶的雙桶洗衣機，當時人們叫它為“半自動型洗衣機

17、”。 二十世紀70年代，波輪式套桶全自動洗衣機橫空出世。二十世紀70年代后期，由電腦控制的全自動洗衣機在日本問世，開創(chuàng)了洗衣機發(fā)展史的新紀元。二十世紀80年代，“模糊控制”的應用使得洗衣機操作更簡便，功能更完備，洗衣程序更隨人意，外觀造型更為時尚 二十世紀90年代，由于電機調速技術的提高，洗衣機實現(xiàn)了寬范圍的轉速變換與調節(jié)，誕生了許多新水流洗衣機。此后，隨著電機驅動技術的發(fā)展與提高，日本生產出了電機直接驅動式洗衣機，省去了齒輪傳動和變速機構，引發(fā)了洗衣機驅動方式的巨大革命。 之后，隨著科技的進一步發(fā)展，滾筒洗衣機已經成了大家耳濡目染的產品。伴隨著科技的進一步發(fā)展，相信新型更適合人們使用的洗衣機

18、會給我們的生活帶來新的方式。1.3 設計要求自動洗衣機內設置有高水位、中水位和低水位的檢測傳感器，控制面板上設置有啟動開關、停止開關、定時器及自動洗衣方式設定的觸摸按鍵等。自動洗衣機的過程3緒 論有：洗滌、清洗和脫水。自動洗衣機的全過程包括：啟動、進水、洗滌（正轉30S停4S，反轉30S停4S）、排水（30S）、脫水（20S）、如此循環(huán)3次等，每次排水后均進行脫水清洗，完成后報警3S并自動停機。設計滿足控制要求的程序。5全自動洗衣機系統(tǒng)2 全自動洗衣機系統(tǒng)2.1 全自動洗衣機的原理和構造 2.1.1 全自動洗衣機的種類及性能比較從結構上分類，全自動洗衣機大致可分為3類，即攪拌式、波輪式和滾筒式

19、。在我國使用得比較普遍的洗衣機類型主要是波輪式和滾筒式兩類，尤以波輪式為主，滾筒式為輔。各種洗衣機都有各自的特色，在此將一一分析。滾筒式洗衣機有很多優(yōu)點，主要羅列如下：1）沒有纏繞，磨損低，機械傳動部分簡單可靠，使用壽命長于波輪式洗衣機。2）滾筒式洗衣機能更好的將纖維衣物軟化，使洗滌后的衣物柔軟蓬松，穿起來更加舒服。滾筒還能保護洗滌衣物，減小洗滌衣物的損傷和變形。3）提高洗滌溫度使洗衣粉充分溶解，加速去污速度，提高洗衣粉中相關酶的活性。與此同時，這樣還有助于溶解血漬、汗?jié)n，減小油污、灰塵的粘附作用，從而大大的提高去污效率。4）眾所周知，溫度越高，擴散越快，因此，溫度高可使污物在水中的擴散加快。

20、高溫還能殺死一些細菌，保證人體健康。5）自動化程度高，可設置自動投放洗衣粉等?？梢詾椴煌|地的棉制品、化纖制品、羊毛制品等洗滌物科學合理的設計不同的洗滌程序和洗滌溫度，使洗滌更加高效。還有防皺浸泡功能，可將洗好的衣物浸泡在清水里，到晾曬前再甩干，避免衣物甩干后不能及時取出晾曬而起皺。6）省水，省洗衣粉，很環(huán)保。滾筒式洗衣機與傳統(tǒng)的洗衣機最大的不同在于不需要水位高過衣物，從而節(jié)約用水，并減少洗衣粉的投放量。7）洗滌噪聲小。滾筒式洗衣機是封閉式洗滌，可以將內桶轉動聲和水流聲有效的屏蔽掉；而波輪式脫水內桶轉動聲、洗滌的水流聲是無法避免的，剎車裝置剎車時和電磁閥動作時聲音也很大。沒有加溫洗滌的波輪式洗

21、衣機不管如何提高水流，要達到相同的洗滌效果，必須要提供足夠的機械力，而機械力越大，對衣物的損傷也就越大。這些因素決定了波輪式洗衣機的磨損率大大高于滾筒式洗衣機。由于滾筒式洗衣機的市場價格大大高于波輪式洗衣機，波輪式洗衣機更受用戶歡迎。波輪式洗衣機的特點如下：1）水流沖擊效果更佳。現(xiàn)在波輪式全自動洗衣機出現(xiàn)了各種新的水流的形式。如榮事達的網絡水流、LG的拳擊棒、松下的雙瀑布等都采用了這種水流應用于波輪式洗衣機。5全自動洗衣機系統(tǒng)2）智能控制。最新推出的波輪式全自動洗衣機都是采用單片機程序控制器來替代原來的機械式程序控制器，大大的提高了波輪式洗衣機的自動化程度，使控制更加方便可靠。不同的廠家生產的

22、波輪式全自動洗衣機的控制程序各有不同，如在模糊控制的洗衣機中，單片機通過光傳感器的信號、采集水位傳感器、電動機的轉速、布量傳感器等，判斷出衣物的臟污程度、多少、質地等從而自動調節(jié)洗滌方式和溫度，從而對衣物進行合理的洗滌。3）磨損小。波輪式洗衣機的內筒材質是不銹鋼的，減小了衣物和內桶壁的摩擦，從而使衣物的磨損程度減小。4）噪聲小。電動機軸與洗衣桶主軸是同心安裝的，直接驅動，使洗滌和脫水時洗衣桶振動減小，噪聲降低。5）變頻波輪式洗衣機可以對不同質地的衣物自動選擇不同的電動機轉速，從使不同質地的衣物得到最合適的洗滌，不但使衣物洗得干凈，而且能降低衣物的磨損。在脫水甩干時，可以由慢到快地勻加速啟動，使

23、衣物在桶內分布均勻，脫水效果更佳，同時由于衣物均勻分布在洗衣桶的四周，洗衣桶的重心落在軸心上，可以減小振動，降低噪聲。本論文選擇波輪式洗衣機進行研究。波輪式全自動洗衣機的結構主要是由：洗滌脫水系統(tǒng)，進水排水系統(tǒng)，電動機和傳動系統(tǒng)，電器控制系統(tǒng)以及支撐機構5大部分組成的。如圖2-1所示：全自動洗衣機內部結構圖。圖2-1 全自動洗衣機內部結構圖7 2.1.2 洗滌脫水系統(tǒng) 脫水洗滌系統(tǒng)主要由：波輪、盛水桶、洗滌桶組成。波輪是全自動洗衣機中對衣物產生機械作用的主要部件。按波輪的形狀來分，基本上有小波輪（直徑在160mm左右）的渦卷式水流和大波輪（直徑在300mm左右）新水流兩類，盛水桶又稱為外桶，主

24、要用來存放洗滌液。盛水桶固定在鋼制底板上，由4根吊桿懸掛于洗衣機箱體上。桶底下面安裝有排水閥、電動機、離合器等部件。洗滌桶又稱為內桶，也稱為脫水桶或者離心桶，它的主要作用是盛放衣物，配合波輪完成洗滌或漂洗功能。在脫水時就成為離心式的脫水桶。 2.1.3 排水和進水系統(tǒng)波輪式全自動洗衣機的進排水系統(tǒng)都采用了電磁閥控制。洗衣機上都安裝有水位控制器（水位開關），可對桶內的水位進行檢測和控制。波輪式全自動套桶洗衣機大部分水位開關使用的是空氣壓力式開關，用來監(jiān)測水位的高低，主要由：電觸點、氣壓傳感器裝置和控制裝置開關三部分組成。電磁閥又分進水和排水電磁閥。受水位開關動斷觸點控制的是進水電磁閥，它是洗衣機

25、上的自動進水開關。改變離合器工作狀態(tài)的是排水電磁閥，它是全自動洗衣機上的自動排水裝置。進水、排水電磁閥是采用電流流過線圈形成磁場的原理，洗衣機電磁閥在進、排水時使用，220V交流電壓與電磁閥線圈接通，形成磁場，電磁線圈吸合。自動打開橡膠閥門，洗衣機里的水就順著管道流出去了。斷電后，電磁閥線圈失去電流，磁場消失，電磁鐵松開，橡膠閥門自動關閉，洗衣機里的水就流不出去了。 2.1.4 電動機及傳動系統(tǒng)波輪式全自動套桶洗衣機的電動機及傳動系統(tǒng)主要由電動機和離合器組成，離合器有普通離合器和減速離合器兩種。普通離合器一般用在小波輪的套桶洗衣機上，這種洗衣機在的洗滌和脫水時電動機的的轉速相同。目前各種大波輪

26、新水流套桶洗衣機普遍采用減速離合器，它在洗滌，漂洗時波輪的轉速較慢，而脫水時離心桶的轉速較快。電動機同時作為洗滌和脫水時的動力源，普遍采用主，副繞組完全對稱的電容式電動機。由于一般全自動套桶洗衣機的額定洗滌容量較大，因此電動機的功率較大。采用減速離合器的全自動套桶洗衣機傳動系統(tǒng)的原理如圖2-2所示：7全自動洗衣機系統(tǒng)圖2-2 采用減速離合器的全自動套桶洗衣機傳動系統(tǒng)的原理支撐機構主要有箱體，吊桿及控制臺組成，它除了安裝和連接洗衣機的各種零件外，還具有減振及防護，裝飾的作用。2.2全自動洗衣機功能要求全自動洗衣機的基本硬件結構如圖2-3，包括洗衣機的控制面板、進水口、洗滌電機等?？刂平缑姘粹o包括

27、：簡易模式切換、水位選擇按鈕、檔位選擇按鍵等按鍵。洗衣機內筒分別裝有高、中、低水位探測器，當水位到達系統(tǒng)選擇的水位時，會自動停止入水。圖2-3 全自動洗衣機基本硬件結構圖（1） 按下啟動按扭及水位選擇開關和檔位（300/200/100），開始進水直到高/中/低水位，關水。9（2）開始洗滌（3） 洗滌時，正轉30秒，停4秒，然后反轉30秒，停4秒（4） 如此循環(huán)（300/200/100）次后，開始排水，排水30S后開始脫水，脫水20S。（5） 重復（2）（4）三次（6） 清洗完成，報警3秒并自動停機（7） 若按下停車按扭，可手動排水（不脫水）和手動脫水（不計數(shù)）根據(jù)控制過程中的進水、洗滌、脫水、

28、報警等控制要求，對控制所需的外部設備初步設計如表2-1表2-1 對應設備及功能表對應的外部設備對應的輸出設備啟動按扭進水電磁閥停止按扭排水電磁閥水位選擇開關（高水位）洗滌電動機正轉繼電器水位選擇開關（中水位）洗滌電動機反轉繼電器水位選擇開關（低水位）脫水桶手動排水開關報警器手動脫水開關高水位傳感器中水位傳感器低水位傳感器水排空傳感器93 硬件電路的設計3.1 主控線路接線圖硬件設計的整體思路就是通過PLC輸出的數(shù)字信號控制繼電器組，達到控制電路的目的。動力來源于電動機，電動機的正反轉原理圖即洗衣機的主控線路接線圖如圖3-1圖3-1 洗衣機的主控線路1） 上圖中的“正轉”、“反轉”、“脫水”分別

29、表示的是控制電動機電源方向的三個繼電器組，其線圈分別連接到PLC的輸出端“Q0.2”“Q0.3”“Q0.4”，由PLC的輸出信號控制。正轉組和反轉組對于脫水組略有不同，它是由變頻器限制后接入電動機的，只需要改變變頻器相關參數(shù)便可改變洗滌和漂洗時的電動機轉速。從而達到不同的洗滌檔位有不同的洗滌效果的目的。而脫水繼電器組直接連接到家用交流電源和電動機，11當洗衣機工作在脫水狀態(tài)時，電動機按額定轉速工作。轉速比洗滌時的轉速要快很多。 2） 變頻器是作用是將電壓和頻率不變的交流電轉換為電壓或頻率可變的交流電。它首先把三相或單相交流電變換為直流電，然后再把直流電轉換為三相或單相交流電。變頻器同時改變輸出

30、頻率與電壓，即改變了電機運行曲線上的n0，使電機運行曲線平行下移。因此變頻器可以使電機只需要較小的啟動電流，就可以獲得較大的啟動轉矩，即變頻器可以啟動重載負荷。變頻器具有調壓、調頻、穩(wěn)壓等基本功能，通過改變電機的電壓和頻率，使電機實現(xiàn)無極調速。3.2 控制系統(tǒng)硬件接線 3.2.1 PLC介紹1） PLC主要由電源、中央處理單元（CPU）、輸入輸出接口和編程器組成。見圖3-2：編程器 可編程控制器輸入模塊 CPU模塊輸出模塊按鈕消泵停止按鈕轉換開關 消卷開關按反饋信號 報警燈電源 備用電源圖3-2 PLC程序控制系統(tǒng)示意圖2）PLC的特點PLC特點鮮明，主要特點有：系統(tǒng)構成靈活，擴展容易；可靠性

31、高，抗干擾能力強；配套齊全，功能完善，使用方便，適應性強；使用方便，編程方法簡單；系統(tǒng)的設計、維修工作量小，調試方便，容易改造；體積小，能耗低等特點。3）PLC工作原理PLC的工作過程一般分為輸入采樣、用戶程序執(zhí)行和輸出刷新三個階段。完成上述三個階段稱作一個掃描周期。在整個運行期間，PLC的CPU以一定的掃描速度重復執(zhí)行上述三個階段。如圖3-313用戶輸入設備輸入端子輸入鎖存器輸入映像寄存器程序執(zhí)行輸出映像寄存器輸出鎖存器輸出端子用戶輸出設備輸入刷新程序執(zhí)行輸出刷新 一個掃描周期圖3-3 PLC的掃描工作圖 3.2.2 PLC接線1） PLC主機本課題選擇西門子S7-200系列PLC作為此全自

32、動洗衣機的控制主機。在西門子S7-200系列PLC中又有CPU221、CPU222、CPU224、CPU226、CPU226XM等之分。西門子公司的SIMATIC S7-200系列屬于小型PLC，可以用于代替繼電器的簡單控制場合，也可以用于復雜的自動化控制系統(tǒng)。由于它有極強的通信功能，在大型網絡控制系統(tǒng)中也能充分發(fā)揮其作用。選擇了CPU224作為其主機即可滿足全自動洗衣機的控制要求。2） 啟動按鈕SB1用來啟動靜止中的全自動洗衣機開始工作，在洗衣機內放入衣物完畢，且已經準備好開始洗衣服之后，按下啟動按鈕，全自動洗衣機開始工作。3） 停止按鈕SB2用來停止工作中的全自動洗衣機工作。在洗衣服的過程

33、中，若用戶需要停止洗衣機，可直接按下停止按鈕，洗衣機即會停止工作。154） 高水位ST1是指洗衣機在工作過程中，洗衣機筒內保持的水位的高低，一旦選擇了高水位，則在洗衣過程中的水位將保持系統(tǒng)所設定的高水位。水位的設定可通過控制面板上的高水位按鈕控制，按下高水位按鈕則表示選擇了高水位。本水位適于洗滌大量衣服。5） 中水位ST2是指洗衣機在洗衣過程中，洗衣機筒內保持的水位的高低，是相對于高水位和低水位來說的，在洗衣機系統(tǒng)的初始設計中，設計了三種水位，這個是三個水位中間的一個水位，可用控制面板中的中水位按鈕來設置中水位，按下此按鈕則表示選擇了中水位。本水位適合洗滌中量的衣服。6） 低水位ST3是指洗衣

34、機在洗衣過程中，洗衣機筒內保持的水位的高低，是三個水位中較低的一個，可用控制面板中的中水位按鈕來設置中水位，按下此按鈕則表示選擇了中水位，同樣可以完成洗衣過程。本水位適合洗滌少量的衣物。7） 高強度洗滌ST8該強度下洗滌，電機會正反轉300次，全體循環(huán)3次，適用于高等程度臟的衣物的洗滌。8） 中強度洗滌ST9該強度下洗滌，電機會正反轉200次，全體循環(huán)3次，適用于中等程度臟的衣物的洗滌。9） 低強度洗滌ST10該強度下洗滌，電機會正反轉100次，全體循環(huán)3次，適用于低等程度臟的衣物的洗滌。10） 簡易按鈕ST11當按下簡易按鈕時，選擇了簡易模式，洗衣機自動按照簡易模式洗衣服，系統(tǒng)設計的簡易模式

35、是洗滌電機會正反轉200次，全體循環(huán)兩次。簡易模式適合一般衣物的洗滌，使用戶操作起來更方便快捷。11） 水位探測器檢測洗衣機水位是否達到了系統(tǒng)所設定的水位的是水位探測器。采用數(shù)字量輸出式水位探測器，可直接將水位探測器的輸出信號直接送到PLC主機的數(shù)字量輸入端口上。12） 進水電磁閥控制洗衣機進水的是進水電磁閥。當洗衣機工作中需要進水時，由PLC主機發(fā)出的控制信號會打開進水電磁閥，水就回進入洗衣機筒內；當進水量已經達到了系統(tǒng)設定的水位時，游PLC主機發(fā)出的信號會關閉進水電磁閥。 13） 電機正/反轉接觸器用于PLC主機控制洗衣機電機的正/反轉的是電機正/反轉接觸器?？芍苯訉LC13主機的數(shù)字量

36、輸出端口與電機正/反轉接觸器連接，在洗衣機工作在洗滌狀態(tài)下時，電機的正轉與反轉是輪流進行的。14） 脫水離合器用于PLC主機控制洗衣機進行脫水作用的是脫水電磁離合器。脫水時需要電機帶動機筒高速旋轉，可直接用PLC主機的數(shù)字量輸出端口來控制電磁離合器，達到控制脫水目的。在脫水過程不涉及電機的調速問題，直接使用的是家用電，不需要經過變頻器。3.3 系統(tǒng)資源分配1）數(shù)字量輸入部分全自動洗衣機控制系統(tǒng)的輸入有啟動按鈕、停止按鈕、水位選擇開關（高水位/中水位/低水位）、手動排水開關、手動排水開關、高水位浮球開關、中水位浮球開關、低水位浮球開關、水排空浮球開關等共16個輸入點。具體的輸入分配如表3-1所示

37、。 表3-1輸入地址分配輸入地址對應的外部設備I0.0啟動按鈕I0.1停止按鈕I0.2水位選擇開關（高水位）I0.3水位選擇開關（中水位）I0.4水位選擇開關（低水位）I0.5手動排水開關I0.6手動脫水開關I0.7高水位浮球開關I1.0中水位浮球開關I1.1低水位浮球開關I1.2水排空浮球開關I1.3觸發(fā)低次檔位I1.4觸發(fā)中次檔位I1.5觸發(fā)高次檔位I1.6觸發(fā)簡易檔位2）數(shù)字量輸出部分全自動洗衣機控制系統(tǒng)的外部設備有進水電磁閥、排水電磁閥、洗滌電動機、脫水桶、報警器5個設備。但是由于洗滌電動機有正反轉兩個狀態(tài)，分別有正接觸器和17反接觸器，所以輸出點應該有6個。具體的輸出分配如表3-2所

38、示。表3-2 輸出地址分配輸出地址對應的外部設備Q0.0進水電磁閥Q0.1排水電磁閥Q0.2洗滌電動機正轉接觸器Q0.3洗滌電動機反轉接觸器Q0.4脫水桶Q0.5報警器3） 輔助繼電器本程序中，還需要幾個中間繼電器、定時器和計數(shù)器，它們分別代表的含義與功能如表3-3所示：表3-3控制系統(tǒng)中的中間狀態(tài)I/O分配地址功能M0.0啟動按鈕輔助繼電器M0.1判斷洗衣機水位是否與設定值不一致M0.2判斷洗衣機水位是否與設定值一致M0.3停止自動洗衣輔助繼電器M0.4判斷進水是否完成M0.5判斷排水是否完成M0.6選擇簡易程序輔助繼電器T37洗滌電動機正轉時間30sT38洗滌電動機反轉時間30sT39排水

39、30sT40脫水30sT41洗衣完畢報警3sC50抵擋洗衣（100次）C51中檔洗衣（200次）C52高檔洗衣（300次）C53整個過程重復2次19根據(jù)系統(tǒng)控制的I/O口的分配和全自動洗衣機的功能要求，控制系統(tǒng)PLC的外部接線設計如圖3-4圖3-4 全自動洗衣機PLC接線圖由于用戶在使用全自動洗衣機時，洗滌與脫水狀態(tài)下對電機的轉速要求不同，即洗滌需要電機轉速小，脫水要求轉速大，故洗滌與脫水選擇不同的的電，上圖中只是用一個電機符號表示電機，是為了畫圖的簡潔與看圖的方便。特此說明。2 I全自動洗衣機控制系統(tǒng)程序設計和調試4 全自動洗衣機控制系統(tǒng)程序設計和調試4.1 洗衣機的力控組態(tài)仿真 洗衣機的工

40、作過程仿真如圖4-1：圖4-1全自動洗衣機控制系統(tǒng)組態(tài)示意圖如圖4-1所示，為全自動洗衣機的示意圖包含部分控制面板，利用力控Forcecontrol 6.1作出的組態(tài)示意圖在全自動洗衣機工作前先設置進水的位置（假設選擇的是高水位），按下高水位按鈕，接著選擇洗衣機需工作的時間（工作時需正反轉循環(huán)的次數(shù)，分別為100次、200次、300次），高檔位代表所需正反轉循環(huán)的次數(shù)為300次，中檔位代表所需正反轉循環(huán)的次數(shù)為200次，低檔位代表所需正反轉循環(huán)的次數(shù)為100次，這樣可以逐步減少洗滌的次數(shù)。假如選擇中檔位，將需要清洗的衣服放入里面，然后按下啟動按鈕，洗衣機內部開始進水到高水位置，此時高水位傳感器

41、的燈亮，進水停止，開始洗滌。正轉30s停4s，反轉30s停4s，如此循環(huán)200次開始排水30s，再脫水20s，算是一個循環(huán)，然后從進水開始再循環(huán)一次為洗衣結束。洗衣完成脫水成功后報警3s鐘洗衣機自動停止。在操作控制界面上有一個簡易模式開關，該鍵的作用的就是讓整個洗衣的過程簡單化，例如洗滌一較小的衣物，或是洗滌夏季衣物。當按下“簡易模式”時，洗衣機會自動切換到循環(huán)次數(shù)較少的程序完成洗滌。如果中途有緊急情況下或不想利用全自動洗衣功能時，可以直接按下停止按鈕，此時可實現(xiàn)手動停止進水、排水、脫水及報警功能。當感覺衣服已經干凈時，而洗衣機還沒有進入排水階段，可按下停止按鈕使得自動洗衣功能停止，這時還可以

42、按下手動排水，手動脫水按鈕，實現(xiàn)手動排水，手動脫水的功能。212）重點的幾個參數(shù)設定定義參數(shù)：圖4-2 洗衣機的水位參數(shù)選擇變量參數(shù)：圖4-3 反應器參數(shù)10格每秒，共100格，底色為黃色，藍色代表水。I圖4-4多邊線（水管）的參數(shù)設置管道水流動畫設置為流動效果，由PLC離散信號控制，或給水或供排水。圖4-5 排水管的變量參數(shù)并為與PLC相連，設置給水管道為離散變量，單獨與水罐相連，進入演示畫面，測試結果如圖4-1所示，動畫連接成功。234.2 程序的流程圖構成和相關設置1）流程圖 正常運行流程圖正常運行流程圖如圖4-6所示。流程圖描述:按下啟動按扭,開始進水;進水到規(guī)定高度,使水位開關接通,

43、實現(xiàn)洗滌正轉,并停止進水;洗滌正轉30S后,停止4秒,反轉30S后,停4秒。計數(shù)器加1,累計洗滌次數(shù);直至洗滌達到洗衣次數(shù),開始排水.由于排水,水位降低,當水位低于規(guī)定下限水位時,排空檢測開關接通,開始脫水,脫水30S后,計數(shù)器加1,脫水停止.然后再返回到進水動作 重復上述過程3次,報警并停機.I全自動洗衣機控制系統(tǒng)程序設計和調試圖4-6 運行流程圖（2）程序的構成這個程序只有自動方式，在自動方式下，PLC將運行已經設置好的程序和參數(shù)。25全自動洗衣機控制系統(tǒng)程序設計和調試（3）程序的下載、安裝和調試將各個輸入/輸出端子和實際控制系統(tǒng)中的按鈕、所需控制設備正確連接，完成硬件的安裝。全自動洗衣機

44、程序是由V3.2 STEP 7 MicroWIN SP4編程軟件的指令完成。若要修改程序，先將PLC設定在STOP狀態(tài)下,運行編程軟件，打開全自動洗衣機程序，即可在線調試。設計好的程序寫入PLC后，首先逐條仔細進行檢查，并改正寫入時出現(xiàn)的錯誤。程序先在實驗室模擬調試，實際的輸入信號可以用鈕子開關和按鈕來模擬，各輸出量的通/斷狀態(tài)用PLC上有關的發(fā)光二極管顯示。根據(jù)功能圖，在適當?shù)臅r候用開關或按鈕來模擬實際的反饋信號。先逐個模擬調試各單一功能是否正常，如正轉反轉及其時間、進水排水等功能，如有不符之處及時修改。然后再整個程序模擬，看看程序的運行情況是否符合功能表圖的規(guī)定，即某一轉化條件實現(xiàn)時，是否

45、發(fā)生進一步的活動狀態(tài)的正確變，化即該轉換的所有的前級步是否變?yōu)椴换顒硬?，以及各步被驅動的負載是否發(fā)生相應的變化。對系統(tǒng)各種不同的工作方式、有選擇序列的功能表圖中的每一個支路、各種可能的進展路線，都逐一進行了檢查，發(fā)現(xiàn)問題后及時修改梯形圖和源程序，例如，正轉反轉的時間不夠時，通過修改時間繼電器的相關參數(shù)即可，然后把相關梯形圖和源程序也進行修改。知道各種可能的情況下，輸入量與輸出量之間的關系完全符合設計要求。4.3 全自動洗衣機PLC控制系統(tǒng)程序全過程運行程序及梯形圖見附錄I全自動洗衣機控制系統(tǒng)程序設計和調試5 結論與展望通過本課題的研究設計，對全自動洗衣機的控制系統(tǒng)有了更加深入的理解。全自動洗衣

46、機控制系統(tǒng)充分利用了西門子PLC的特點，有效的控制開關、按鈕、電磁閥等其他一些輸入輸出點設備，使洗衣機洗衣過程的自動化程度得到了大大的提高。洗衣機的工作過程都是由系統(tǒng)提前設計好的，工作時間由PLC內計數(shù)器控制,因此，只需要通過改變計數(shù)器參數(shù)便可改變全自動洗衣機的工作時間。不但可將工作時間提前設定好并保存下來，作為固定程序使用,而且可以根據(jù)衣物的數(shù)量、質地和油污的程度來編程。通過本次課題設計，對自動控制原理及應用有了更深的認識，在一個多月的研究過程中學到了很多東西，不但有本論文涉及到的知識，也有很多其他的知識。在設計過程中，我遇到一些不清楚的地方，除了查閱相關資料， 也得到了很多老師和同學的指導

47、?？傊?，這次設計為我以后的實際應用打下了堅實的基礎，為我以后進一步的深入學習和工作提供了堅實的。27附 錄致 謝畢業(yè)設計是培養(yǎng)學生綜合運用所學知識,發(fā)現(xiàn),提出,分析和解決實際問題,鍛煉實踐能力的重要環(huán)節(jié),是對學生實際工作能力的具體訓練和考察過程.隨著科學技術發(fā)展的日新日異，PLC已經成為當今空前活躍的領域，在生活中可以說得是無處不在。因此作為二十一世紀的大學來說掌握PLC的開發(fā)技術是十分重要的。在本論文的寫作過程中，我的導師*老師傾注了大量的心血，從選題到開題報告，從寫作提綱，到指出寫作中的具體問題，嚴格把關，循循善誘，在此我表示衷心感謝。論文的完成，不僅在于最后一段時間的搜集和整理，更主要是在四年中學習知識的積累，所以我在此首先要重點感謝四年來教授我們每門課程的老師們，正因為他們嚴謹?shù)淖黠L和樸實的教學，才能最終讓我們走向碩果的終點。同學們的關心和幫助是我的動力，在我知識的缺憾點上給予我很大的幫助，使得論文從剛開始的暇跡斑斑到越來越完善、越來越有內容，最終幫助我完整的寫完了整個論文。I參考文獻參考文獻1 戴仙金主編.西門子S7200系列PLC應用與開發(fā).中國水利水電出版社，20062 郭丙軍 黃旭峰主編.深入淺出PLC技術及應用教材.中國電力出版社，20083 西門子（中國）有限公司自動化與驅動集團.深