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1、嘉兴南洋职业技术学院毕业设计（论文） 嘉 兴 南 洋 职 业 技 术 学 院毕 业 设 计（论 文） 论文题目 基于PLC的全自动洗衣机系统设计 分 院 机电工程系分院 学生姓名 专业名称 电气自动化 班级/学号 电气1班/130803102 指导教师 嘉兴南洋职业技术学院教务处印制全自动洗衣机的西门子PLC控制【摘要】根据全自动洗衣机的工作原理,利用可编程控制器PLC实现控制,说明了PLC控制的原理方法,特点及控制洗衣机的特色。PLC具有可靠性高，耗电少，适应性强，运行速度快，寿命长等优点，据此设计的全自动洗衣机的功能和性能，可避免传统控制的一些弊端。系统利用了西门子S7-200系列PLC,
2、对按钮、电磁阀和开关等其他一些输入/输出点进行检测、控制,实现了洗衣机洗衣过程的自动化。【关键词】PLC；自动；定时；控制目 录1 绪论11.1 课题的研究背景11.2 洗衣机发展概况和现状11.3课题研究的目的与意义21.4本课题研究的主要内容22 PLC概述32.1 PLC的控制特点32.2控制系统框图42.3控制系统对应设备及功能42.4控制系统原理63 硬件电路的设计83.1 PLC的选择83.1.1 I/O点数统计83.1.2 I/O储存器容量的估算83.1.3 CPU功能与结构的选择83.2 PLC外部接线图94 软件设计104.1 I/O分配表104.1.1 输入地址分配表104
3、.1.2 输出地址分配表104.1.3 内部元件地址分配表104.2 系统流程图124.3程序设计145 程序运行过程分析176 系统仿真186.1 PLC仿真软件186.2仿真下载程序196.3仿真运行程序196.4程序检查207 模拟硬件连接228 总结与展望238.1总结238.2 全自动洗衣机的展望23结 语24致 谢25参考文献26III1 绪论1.1 课题的研究背景本次设计基于PLC的全自动洗衣机控制，本文的课题源于市场上洗衣机产品。采用PLC控制开发的周期短，开发成本低，可以直接用于工业现场控制。PLC控制具有实时性、信号处理时间短、速度快、更能满足各个领域大、中、小型工业控制项
4、目，可靠性高，丰富的I/O卡件，质优价廉，性价比高，安装简单，维修方便，PLC控制能在高粉尘、高噪声、强电磁干扰和温度变化剧烈的环境下正常工作。 1.2 洗衣机发展概况和现状从古到今，洗衣服都是一项难于逃避的家务劳动，在洗衣机出现以前，这项劳动并不像田园诗描绘的那样充满乐趣、手搓、脚踩、棒击、冲刷、摔打。这些不断重复的简单的体力劳动，留给人的感受常常是辛苦劳累。世界上第一台洗衣机于1858年诞生，但这台洗衣机使用费力，且损伤衣服，因而没被广泛使用，但这却标志了用机器洗衣的开端。1874年,“手洗时代”受到了前所未有的挑战，美国人发明了木制手摇洗衣机。1880年，美国发明了蒸气洗衣机，蒸气动力开
5、始取代人力。蒸汽洗衣机之后，水力洗衣机、内燃机洗衣机也相继出现。1910年，美国试制成功世界上第一台电动洗衣机，电动洗衣机的问世，标志着人类家务劳动自动化的开端。1922年，美国改造了洗衣机的洗涤结构，把拖动式改为搅拌式，使洗衣机的结构固定下来，这也就是第一台搅拌式洗衣机的诞生。1932年，美国研制成功第一台前装式滚筒洗衣机。1955年，在引进英国喷流式洗衣机的基础之上，日本研制出独具风格、并流行至今的波轮式洗衣机。70年代后期，微电脑控制的全自动洗衣机出现引领新的发展方向，让人耳目一新。90年代，由于电动机调速技术的提高，洗衣机实现了较宽范围的转速变换与调节，诞生了许多新水流洗衣机。国内外洗
6、衣机品牌有海尔、小天鹅、荣事达、松下、惠而浦水仙、LG熊猫、西门子、日立好用。1.3课题研究的目的与意义本次设计主要采用PLC控制技术设计全自动洗衣机控制系统，跟传统的洗衣机有智能化、实时监控、人性的功能，本系统最大的优点集中体现在：实现功能齐全，外围电路简单，时间计算精确一以及可维护方面等。具有可靠性高，安全性好，开发价值高等一系列的优点。全自动洗衣机其特点是能自动完成洗涤，漂洗和脱水的自动转换，整个过程不需要人为操作。这类洗衣机均采用套筒式的结构，进水，排水都是采用电磁阀，由程序控制器按人们预先设计好的程序发出指令，驱动各执行器件的动作，整个洗衣过程都会自动完成。 1.4本课题研究的主要内
7、容洗衣机的进水、排水分别由进水电磁阀和排水电磁阀执行。洗涤的正传、反转由电动机驱动波盘正、反转来实现。脱水时，由脱水电磁离合器合上，排水电磁阀吸合，洗涤电动机正转进行甩干。洗涤完成由蜂鸣报警。2 PLC概述2.1 PLC的控制特点 PLC系统的特点： 1）可靠性高，PLC作为一种通用的工业控制器，它必须能够在各种不同的工作环境中正常工作。对工作的环境要求较低，抗外部干扰能力强，平均无故障时间长。 2）使用方便灵活，PLC采用了基本单元扩展或者是模块化的结构形式，因此，输入/输出信号的数量，形式，驱动能力等都可以根据实际控制要求进行选择与确定，而且在需要时可以随时更换，近年来，PLC的特殊模块增
8、多这些可以满足不同的控制要求，使PLC的使用更加灵活与多变。 3）编程简单，PLC的优越性主要体现在它采用了独特的，多种面向广大工程设计人员的编程语言，如指令表，梯形图，逻辑功能图，顺序功能图等，程序简洁，明了适合各类技术人员的传统习惯，即使是没有计算机知识的人员也很统一掌握，特别是梯形图与逻辑功能图，形象直观，动态监测效果逼真，且与计算机控制容易。单片机系统的特点：1）要求环境，单片机对环境的适应能力较低，可靠性差。2）编程和PLC相比难以学习，主要是单片机采用汇编语言或者是C语言，这些高级语言和PLC语言相比，难以学习。3）功能单一只具有使用中所需要的功能。但是，它结构简单，处理速度快。典
9、型的PLC控制系统的硬件组成框图如图2-1所示：图2-1 PLC控制系统的硬件组成框图表2-1对应设备及功能表对应的外部设备对应的输出设备启动按扭进水电磁阀停止按扭排水电磁阀水位选择开关（高水位）洗涤电动机正转继电器水位选择开关（中水位）洗涤电动机反转继电器水位选择开关（低水位）脱水桶手动排水开关报警器手动脱水开关高水位传感器中水位传感器低水位传感器水排空传感器2.2控制系统框图波轮式全自动洗衣机的电气控制系统由于洗衣机型号的不同而不尽相同，但电气控制系统主要有程序控制器，电动机，进水电磁阀，排水电磁阀，水位开关，安全开关及各种功能选择开关等组成的，控制的基本原理也都一样。全自动洗衣机能实现洗
10、衣的自动化，整个洗衣过程都是在程序控制器的“指挥”下进行的。如把离合器比作全自动套桶洗衣机的心脏，则程序控制器就是全自动洗衣机的“大脑”。如图所示以程序控制器为核心的波轮式全自动套桶洗衣机控制系统的基本原理方框图。图2-2 全自动套桶洗衣机控制系统的基本原理方框图 2.3控制系统对应设备及功能波轮式全自动洗衣机通常都采用将洗涤（脱水）桶套装在盛水桶内的同轴套桶式结构，虽然它们各自牌号和型号都不同，但其结构都是由洗涤，脱水系统，进，排水系统，电动机和传动系统，电器控制系统以及支撑机构5大部分组成的。支撑机构主要有箱体，吊杆及控制台组成，它除了安装和连接洗衣机的各种零件外，还具有减振及防护，装饰的
11、作用。如图所示：全自动套筒洗衣机内部结构图。图2-3 全自动套筒洗衣机内部结构图检测电路主要由各类传感器组成。在洗衣过程中起决定作用的物理量有衣量、衣质、水位、水温和浑浊度等,这些物理量都需要有适当的传感器来获取信息,并转换成PLC能接收的电信号。1）水位传感器水位检测的精度直接影响洗净度、水流强度、洗涤时间等参数。2）浑浊度传感器人工洗衣时可以随时用眼睛检查衣物是否洗净，但在洗涤桶内的衣物不断地进行翻滚运行，无法直接捡测衣物的洗净程度。全自动洗衣机通过采用光传感器检测洗涤液的透光率，从而间接捡测了洗净程度。在洗衣机排水管两侧分别安装红外发光管和光电接收管。洗涤前，排水管中充满清水，光电接收管
12、受光导通，以此时光敏三极管输出电压为设定值。洗涤开始后，衣物上的污垢不断地扩散到洗涤液中， 洗涤液逐渐变浑浊，致使透光率降低相应地，光敏三极管的输出电压也随之下降。经过一段时间后，该输出电压趋于稳定值，洗涤过程结束，然岳进漂洗阶段。3）衣质传感器衣质传感器又叫布质传感器，它是为检测衣物的质地而设置的。根据衣物纤维中棉纤维、化学纤维所占比例的大小，衣物的布质分为“柔软棉”、“较硬棉”、“棉与化纤”以及“化纤”四个挡 。 4）衣量传感器衣量传感器又称衣物负载传感器，它是用来检测洗衣时衣物量多少的。当洗涤桶内注入一定量的清水后将衣物放入桶内，这时让驱动电机以断续通电运转的方式工作一分钟左右。利用电机
13、绕组上产生的感应电动势，经光电隔离及比较整型，产生脉冲信号。这种矩形脉冲数目与电机惯性转过的角度成比例。若衣物多，则电机受到的阻力大，电机惯性转过的角度就小，相应地，传感器产生的脉冲就少，这样就间接地“测量 出了衣物量的多少。下一步需要做的就是，根据衣物量来设定水位。衣质传感器和衣量传感器是同一个装置，只是检测的方法不同。在进行衣质检测时。首先使洗涤桶内的水位比设定水位低一个挡级，然后仍按照测衣物量的方法让驱动电机以通断电的方式工作一段时间。检测每次断电期间衣量传感器发出的脉冲数并求其平均值。用测衣量时得到的脉冲数减去测衣质时得到的脉冲数，二者之差即可以判别衣质。若桶内的衣物棉纤维所占比例大，
14、脉冲数差就大，若化学纤维所占比例大脉冲数差就小。5）水温传感器适当的洗衣温度有利于污垢的变化。可以提高洗涤效果。水温传感器装在洗涤桶的下部。以热敏电阻为检测元件。测定打开洗衣机开关时的温度为环境温度，注水结束时的温度为水温，将所测温度信号输给PLC。2.4控制系统原理程序控制器中存储着多种程序，一旦通过选择开关选好某种程序后，程序控制器便按这种程序自动实施对电动机，进水和排水电磁阀的控制。安全开关又称为盖开关，在洗衣机运行过程中起安全保护作用，它的功能为：在洗衣机工作时误开盖，安全开关便会切断电动机电源，自动中断程序；在脱水过程中如桶内衣物摆放不均匀而产生大幅度振动时，安全开关自动中断脱水过程
15、，启动蜂鸣器。按照采用的程序控制器的不同，波轮式全自动套桶洗衣机的电气控制电路可分为电动机驱动式程序控制器和单片机式程序控制器电路。电动机驱动式程序控制器又称为机械式程序控制器。目前，机械式程序控制器基本上已被淘汰。用PLC（单片机）控制的全自动洗衣机各种动作典型的系统结构如图所示。图2-4 全自动洗衣机各种动作典型的系统结构图PLC在系统中是处于中心位置，水位开关的PLC的输入信号控制开关，进水阀，排水阀和电动机是洗衣机各种动作的执行机构。其中进水阀和排水阀由PLC给定信号来决定其工作状态；电动机的工作状态也由控制中心PLC给定信号来决定，而电动机的正反转状态直接决定了洗衣机的洗涤状态和脱水
