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1、全自动洗衣机 PLC控制系统设计 设计人：王宇【摘 要】洗衣机是人们日常生活中常见的一种家用电器，已成为人们生活中不可缺少的家用电器。但是传统洗衣机基于继电器的控制，已 经不能满足人们对 自动化程度的要求了。 为满足人 们需要必须借助于自动化技术的发展。本设计是根据设计课题的要求设计的全自动洗衣机控制系统。在实现全自动控制的基础上设计了相应的硬件系统， 结合相应的系统软件，最后通过西 门子公司的 S7-200 系列的 PLC 仿真系统模拟出全自动洗衣机的运行过程。关键词：可编程序控制器 触摸屏 洗衣机 自动控制第一章 概述1. 1引言20 世纪 60 年代以后，洗衣机在一些发达国家的消费市场开
2、始形成系列，家庭普及率迅速上升。此间洗衣机在日本的发展备受瞩目。60 年代的日本出现了带干桶的双桶洗衣机，人们称之为“半自动型洗衣机”。70 年代，生产出波轮式套桶全自动洗衣机。在中国，由于历史原因，洗衣机工业起步较晚，直到 1978 年才正式生产家用洗衣机。但是，随着人们认识的发展，尤其是改革开放的不断深化，进入 80 年代后的洗衣机工业并没有像一些人预料的那样停步不前，而是保持着旺盛的发展势头。1983 年洗衣机产量由 1978年的 400 台飙升到 365 万台，此后全国各地掀起了大规模的技术引进热潮，大约有 40 多个厂家先后从洗衣机技术先进国日本、英国、法国、意大利、澳大利亚等引进技
3、术 60 多项。技术的引进、吸收和创新，极大地提升了国产洗衣机的产业素质与生产能力，缩短了同发达国家之间的差距。如今，我国洗衣机年产量约占世界年产量的四分之一，居于世界首位。除了在数量和品种上满足国内市场外，还出口到北美、欧洲、东南亚等地，跻身于国际洗衣机市场的竞争行列。以往以单片机为中心控制系统工作的全自动洗衣机中，存在着一些本身不能克服的缺点。首先由于单片机的指令系统相对复杂，编写洗涤、脱水程序也相对复杂；其次，在设计控制系统硬件时，要有多种电路保护装置，如电流保护、电压保护、过载保护、过热保护及欠压保护等等，这样不但增加了硬件的复杂性，而且隐含较高的故障率，还无形地增加了维修成本费用。而
4、如果在全自动洗衣机的控制系统中采用 PLC 来控制将能克服单片机的这些缺点。而且在使用中，硬件相对简单，编程语言也相对简单，并且测试容易，维修方便，更可以提高控制系统的设计的灵活性及控制系统的可靠性。可编程控制器是将继电器控制的概念和设计思想与计算机技术及微电子技术相结合而的微机系明达职业技术学院机电工程系2统。12 PLC 的应用领域1开关量的逻辑控制 这是 PLC 最基本、最广泛的应用领域，它取代传统的继电器电路，实现逻辑控制、顺序控制，既可用于单台设备的控制，也可用于多机群控及自动化流水线。如注塑机、印刷机、组合机床、包装生产线等。 2 模拟量控制 在工业生产过程当中，有许多连续变化的量
5、，如温度、压力、流量、液位和速度等都是模拟量。为了使可编程控制器处理模拟量，必须实现模拟量（Analog）和数字量（Digital）之间的 A/D 转换及 D/A 转换。PLC 厂家都生产配套的 A/D 和 D/A 转换模块，使可编程控制器用于模拟量控制。 3. 运动控制 PLC 可以用于圆周运动或直线运动的控制。从控制机构配置来说，早期直接用于开关量 I/O 模块连接位置传感器和执行机构，现在一般使用专用的运动控制模块。 4. 过程控制 过程控制是指对温度、压力、流量等模拟量的闭环控制。作为工业控制计算机，PLC能编制各种各样的控制算法程序，完成闭环控制。 5 数据处理 现代 PLC 具有数
6、学运算（含矩阵运算、函数运算、逻辑运算） 、数据传送、数据转换、排序、查表、位操作等功能，可以完成数据的采集、分析及处理。6 通信及联网PLC 通信含 PLC 间的 l 通信及 PLC 与其它智能设备间的通信。随着计算机控制的发展，工厂自动化网络发展得很快，各 PLC 厂商都十分重视 PLC 的通信功能，纷纷推出各自的网络系统。新近生产的 PLC 都具有通信接口，通信非常方便。 明达职业技术学院机电工程系3第二章 设计方案21 设计内容全自动洗衣机的洗衣桶（外桶）和脱水桶（内桶）是以同一心安放的，内桶可以旋转，作为脱水用。内桶的周围有许多小孔，使内桶和外桶的水流相通，洗衣机的进水和排水分别由进
7、水电磁阀和排水电磁阀来执行。进水时通过控制系统将进水电磁阀打开，经进水管将水注入到外桶。排水时，通过控制系统将排水电磁阀打开，将水由外桶排到机外。 图 2-1 元件分布示意图洗涤正转、反转由洗涤电动机驱动波盘的正、反转来实现，此时脱水桶并不旋转。脱水时，由脱水电动机带动内桶正转进行甩干。高、低水位控制开关分别用来检测高、低水位。起动按钮用来启动洗衣机工作，停止按钮用来实现手动停止进水、排水、脱水及报警。元件分布如图 2-1 所示。22 检测要求 检测洗衣的方式：标准或者是柔和的选择。 检测洗衣的水位：高水位或者低水位的选择。 检测进水是否到了需要的水位，即进水是否完成。 检测排水是否完成。23
8、 控制要求控制进水，洗衣，排水，清洗，脱水等洗衣机的动作。控制洗衣，清洗，脱水等的时间长短。控制洗衣，清洗等的效果。控制在洗衣机完成一个动作后到下一个动作的准确切换。控制完成洗衣机洗衣时间的信号提示。明达职业技术学院机电工程系424 控制过程1) 按下启动按钮，洗衣机电源导通，进入准备洗衣状态。2) 用户设置水位高低，以及洗衣模式（标准模式或者柔和模式） 。3) 洗衣机打开进水电磁阀，开始从外界输入水。4) 水位探测器检测到水已经到位，开始洗衣。5) 电动机正转与反转按照设定的洗衣模式切换时间长度进行轮流工作。6) 洗衣一直进行 6min.7) 洗衣机打开排水离合器开始排水，并持续 2min.
9、8) 洗衣机关闭排水离合器。9) 重复 3-8 步骤一次。10) 洗衣机打开进水电磁阀，开始进水。11) 水位探测器检测到水已经到位，开始清洗衣服。12) 电动机正转与反转按照设定的洗衣模式切换时间长度进行轮流工作。13) 洗衣一直进行 5min.14) 洗衣机打开排水离合器开始排水，并持续 2min.15) 洗衣机关闭排水离合器。16) 重复 1015 步骤一次。17) 洗衣机控制脱水电磁离合器，进行脱水，同时打开排水离合器，使得脱水过程可以及时排除洗衣机桶内的脏水。18) 持续脱水 2min。19) 完成洗衣，蜂鸣器报警 5s。第三章 硬件设计31 元器件分析通过对全自动洗衣机的了解和认识
10、我们大概的可以将全自动洗衣机的硬件分析如下：1、 PLC 主机选择西门子 S7-200 系列的 PLC 作为此全自动洗衣机的控制主机。本控制系统中共有9 个数字量输入和 11 个数字量输出，共需 18 个 I/0。根据 I/O 点数和程序容量，选择CPU224 作为本系统的主机。2、 起动按钮明达职业技术学院机电工程系5启动按钮用来控制全自动洗衣机开始工作。一般的，用户在洗衣机内放入衣服且已经准备好开始洗衣服之后，按下启动按钮，全自动洗衣机开始工作。3、 停止按钮停止按钮用来控制运行中的全自动洗衣机停止工作。在洗衣的过程中，用户需要停止洗衣机，就可以直接按下停止按钮，洗衣机即会停止工作。4、
11、高水位高水位是指洗衣机洗衣过程中，洗衣机桶内保持水位的高低。一旦选择了高水位，在洗衣过程中，水位保持系统会保持相对较高的水位。在操作面板上有一个高水位按钮来设置高水位，按下按钮表示选择高水位。 （需要注意的是用户在洗衣时只可以选择一个水位进行洗衣。 ）5、 低水位低水位是指洗衣机洗衣过程中，洗衣机桶内保持水位的高低。一旦选择了低水位，在洗衣过程中，水位保持系统会保持相对较低的水位。在操作面板上有一个低水位按钮来设置低水位，按下按钮表示选择低水位。 （需要注意的是用户在洗衣时只可以选择一个水位进行洗衣。 ）6、标准模式按钮标准按钮用来设置洗衣机洗衣服的模式，当按下标准按钮时，选择了标准模式，洗衣
12、机自动按照柔和模式洗衣服。需要注意的是用户在洗衣时只可以选择一个模式进行洗衣。7、柔和模式按钮柔和按钮用来设置洗衣机洗衣服的模式，当按下柔和按钮时，选择了柔和模式，洗衣机自动按照柔和模式洗衣服。需要注意的是用户在洗衣时只可以选择一个模式进行洗衣。8、高水位探测器 高水位探测器用来检测洗衣机水位是否已经达到高水位。采用数字量输出式水位探测器，这样就可以直接将高水位探测器的输出直接送至 PLC 主机的数字量输入端口上。9、 低水位探测器低水位探测器用来检测洗衣机水位是否已经达到低水位。采用数字量输出式水位探测器，这样就可以直接将低水位探测器的输出直接送至 PLC 主机的数字量输入端口上。10、进水
13、电磁阀进水电磁阀用来控制洗衣机的进水。当洗衣机需要外界的进水时，PLC 主机发出控制信号，进水电磁阀会打开，水自动从外界送入洗衣机桶内，当水已经达到了设定的水位明达职业技术学院机电工程系6时，PLC 主机发出信号自动关闭进水电磁阀，同时控制洗衣机进入下一个洗衣步骤。11、电动机正转接触器电动机正转接触器用于 PLC 控制洗衣机正转，可以直接与 PLC 数字量输出端口相连，在洗衣过程中控制洗衣机正转。在洗衣过程中，电动机会正转与反转轮流进行。12、电动机反转接触器电动机正转接触器用于 PLC 控制洗衣机反转，可以直接与 PLC 数字量输出端口相连，在洗衣过程中控制洗衣机反转。在洗衣过程中，电动机
14、会正转与反转轮流进行。13、排水离合器排水离合器用于 PLC 主机控制洗衣机桶内的排放。选用数字式离合器，可以直接与PLC 输出端口相连。当洗衣完成后，PLC 发出控制命令打开排水离合器，进行排水。14、脱水电磁阀洗衣机洗衣服的最后一道程序就是对衣服进行脱水，脱水离合器正是用于 PLC 主机控制洗衣机进行脱水。脱水需要电动机带动机桶旋转，有了电磁离合器后，就可以直接使用 PLC 数字量输出端口来控制电磁离合器，最终达到电动机脱水的目的。在脱水过程中不涉及脱水电动机的调速问题，因此用 PLC 加电磁离合器这种简单的方法可以完成控制任务。15、蜂鸣器蜂鸣器是用来指示洗衣机洗衣过程中的一些声音提示。
15、采用工业用直流供电的蜂鸣器，这样就可以直接用 PLC 主机的数字量输出端口来控制蜂鸣器。32 硬件接线图在对上述全自动洗衣机各个硬件组成部分进行详细的分析后，可以很好的对 PLC 主机的 I/O 资源进行分配，其分配情况如表 3-1(a)(b)所示。表 3-1(a) 输入接口分配表名称 地址编号 元件符号 说明给电开关 I0.0 SB1 控制洗衣机得电停止开关 I0.1 SB2 控制洗衣机停止起动开关 I0.2 SB3 控制洗衣机运行高水位按钮 I0.3 SB4 选择高水位低水位按钮 I0.4 SB5 选择低水位标准模式按钮 I0.5 SB6 选择标准模式柔和模式按钮 I0.6 SB7 选择柔
16、和模式明达职业技术学院机电工程系7高水位限位 I0.7 SQ1 高水位限制低水位限位 I1.0 SQ2 低水位限制表 3-1(b) 输出接口分配表名称 地址编号 说明电源指示灯 QO.0 电源指示高水位指示灯 Q0.1 高水位指示低水位指示灯 Q0.2 低水位指示标准模式指示灯 Q0.3 标准模式指示柔和模式指示灯 Q0.4 柔和模式指示进水电磁阀 Q0.5 进水指示正转电机 Q0.6 电动机正转指示反转电机 Q0.7 电动机反转指示排水离合器 Q1.0 排水指示脱水离合器 Q1.1 脱水指示蜂鸣器 Q1.2 蜂鸣器指示而根据 PLC 主机的 I/O 资源分配以及 PLC 主机的硬件框图，则 PLC 外部的硬件接线图如图 3-1 所示。明达职业技术学院
