自动洗衣机控制系统.docx
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自动洗衣机控制系统
毕业设计
设计题目名称：
自动洗衣机控制系统
学生姓名：
专业名称：
工程机械控制技术
班级：
机控12-1
学制：
三年
学号：
1250403114
学历层次：
专科
指导教师：
评阅人：
论文（设计）提交日期：
2015年6月10日
论文（设计）答辩日期：
2015年6月18日
江苏建筑职业技术学院
二○一五年六月十八日
摘要
目前洗衣机已经成为各家各户必备的生活永平，随着生活水平的不断提高，人们对洗衣机的要求也越来越高，因此洗衣机的功能，效率将受到更大的挑战，更新换代指日可待，这就要要求设计者们设计出更加完善，更加便捷，更加高效的洗衣机，让洗衣机更加的人性化，更好的满足所有人。
现如今洗衣机并没有实现全方面的兼容，随着市场的扩大，需求量的增加，各类洗衣机品牌涌现市场，有不少存在着弊端，就是那些所谓的国际知名品牌，也并没有做到洗衣机的人性化，只是在自身的特长上，不断更新，孤数一致，过于单一，各个洗衣机品牌设计者更应该注重高能高效，让洗衣机更好的服务于人民.
关键词：
洗衣机，高效，便捷，人性化
毕业设计成绩评定书
专业、班级机控12-1姓名李雨生日期
1、设计题目自动洗衣机控制系统
2、设计指导教师（签名）
3、设计评阅人（签名）评阅日期
4、评定意见及成绩
1概述
1.1课题设计背景………………………………………………1
1.2设计产品意义………………………………………………1
1.3产品现状市场………………………………………………1
1.4PLC介绍…………………………………………………2
1.5PLC的基本结构……………………………………………4
1.6PLC工作原理………………………………………………5
2主要元器件的选择
2.1电动机选择…………………………………………………6
2.2水温传感器选择……………………………………………6
2.3水位传感器选择……………………………………………6
2.4浑浊度传感器的选择………………………………………6
2.5衣质传感器的选择…………………………………………6
3各部分设计方案
3.1设计总框架图………………………………………………8
3.2可编程控制器的选择………………………………………8
3.3自动洗衣机PLC控制系统…………………………………8
3.4I/O分配……………………………………………………9
3.5洗衣机外围接线图…………………………………………9
4自动洗衣机基本结构
4.1自动洗衣机构造与工作原理………………………………11
4.2电动机传动系统……………………………………………12
4.3进水排水系统………………………………………………13
5自动洗衣机程序
5.1控制系统结构…………………………………………………14
5.2控制系统原理…………………………………………………14
5.3检测电路系统…………………………………………………15
6调试及工作程序
6.1洗衣机的控制要求……………………………………………17
6.2系统顺序功能图设计…………………………………………17
6.3系统顺序功能图………………………………………………17
6.4控制系统梯形图………………………………………………18
总结……………………………………………………………………24
致谢……………………………………………………………………25
参考文献……………………………………………………………26
1概述
1.1课题设计背景
随着人们生活水平越来越高，人们对洗衣机的要求也越来越高，需要更加先进的功能，简单高效，既节省时间，又更加高效，为此设计洗衣机每一项的设计进步都会给洗衣机带来全新的改变，全新的功能.
1.2设计产品意义
随着社会的日益发展，人们对生活用品的需求也越来越高，普遍老式洗衣机已经不能满足人们在生活中的需求，因此洗衣机的功能，需要有更大的提升，以至于更好的用用到生活中，更好的解决人们在生活中洗衣服带来的不便，本产品通过PLC设计出全自动的洗衣机控制系统，在洗衣机最基本的洗涤，漂洗，脱水功能上加以更进，使的洗衣机更加完善更加便捷，人们用起来更加得心应手。
1.3产品现状市场
从古至今洗衣服都是每个家庭难以逃避的劳动，在洗衣机出现之前对大多数而言，棒打，手搓，冲刷，经历着每一个繁琐的步骤，给人们带来极大的不便。
1901由美国人阿尔瓦丁费希尔设计出第一台洗衣机，之后水利洗衣机，内燃机洗衣机也相继出现，到1991年美国试制成功了第一台电动洗衣机，电动洗衣机的出现也标志着人类家务劳动自动化的开端，1962年沈阳日用电器研究试制出中国第一台洗衣机，也就是我们现在熟知的小天鹅牌洗衣机。
随着科技的进一步发展，滚筒洗衣机已成为大家最喜爱的产品，它外形轻巧，使用起来方便快捷。
而作为中国洗衣机行业的第一个世界品牌，海尔牌洗衣机见证了中国家电悲喜动荡的数十年，海尔洗衣机以自己的独特风格支撑着中国家电企业的市场，抵挡着世界各大品牌的强势冲击。
以下是海尔洗衣机的各大洗衣机产品
1995年第一台全塑外壳洗衣机同年旗袍双桶洗衣机获得全国发明展览会发明金奖。
1996年小小神童洗衣机在海尔诞生，它的出现开创了中国小型洗衣机的先河。
1997年海尔通过对产品不断改革实现了“10分钟速洗”成为了世界上首台洗涤速度最快的洗衣机。
1998年海尔生产了第一台特色产品，大地瓜洗衣机，它的出现标志着海尔个性化产品的开始。
之后海尔的个性化产品层出不平
1999年海尔首次实现手搓式技术，又一次引领先河，并在香港博览会获得金奖
知道今天海尔依旧在国内外市场占主导地位，洗衣机已经成为每个家庭不可缺少生活电器，它的发展更是身份迅猛，尤其进入21世纪，洗衣机的发展更是一日千里，大型洗衣机诞生给洗衣的数量和重量打来大幅的提升，对一些工场，带来方便节省了很多时间
随着生活水平的不断提升，人们对洗衣机的要求也日益增加简单的洗衣机已经不能满足人们的需求，所以洗衣机的设计也越来越人性化，未来的洗衣机市场一片光明，不仅是技术的比拼，更加注重，节能，低碳在不破坏环境的情况下不断提升。
而且当今社会是一个个性化社会，人们在追求功能的情况下，也会很大一部分注重外观，颜色以及炫酷的外形，洗衣机也将在这样的情况下进入各家各户，变成靓丽的家居，对于洗衣机，我们有充分的理由相信只有想不到没有做不到，未来的洗衣机将会更好，更节能，更符合人心，未来的洗衣机市场也会呈现一番别样的风景。
1.4PLC介绍
自从20世纪60年代美国就推出可编程逻辑控制器，英文（ProgrammableLogicController），简称PLC，它的出现取代了传统继电器控制装置，在世界各地得到了广泛的应用，随着计算机技术的不断发展，和客户需求的不断提高，今天的PLC不经局限与逻辑控制，在运动控制等领域也发挥着重要的作用。
PLC的产生与传统的继电接触控制系统有很大的关系，在没有PLC之前生产线控制多采用继电接触器控制系统，这种系统靠硬件接线实现系统控制它组合复杂，灵活性较差，且检查故障，障碍查找也十分困难，随着市场的不断发展，传统的继电器已经不能满足社会发展的脚步，因此人们提出了更灵活，更方便的要求并且寻求一种新的通用控制设备一次取代复杂不可靠的继电接触器控制系统。
PLC从产生到现在，其发展经历了以下四个阶段
第一阶段，CPU由中小型集成电路组成。
控制功能相对简单，但是仅能完成计数及逻辑控制，没有形成产品系列化
第二阶段，CPU采用8位微处理器，储存器采用半导体处理器，使数据处理能力有了很大的提升。
具备了自己诊断功能，初步形成了系列化
第三阶段由于大规模集成电路的发展PLC也不甘落后开始采用8位和16位微处理器，使数据处理能力和速度得到很大的提升，同时也具备了一定的通信能力并且增加了多种特殊的功能
第四阶段，由于超大规模集成电路的形成使PLC完全计算机化，CPU也开始采用32位处理器同时产生了内涵模块的智能模块，使得PLC具有了逻辑控制功能外，还具有运动控制功能和过程控制功能，联网通信功能等
PLC自从问世以来经过数十年的发展功能越来越强大，应用范围也越来越大，足以遍布经济各个领域，不同的企业对控制系统要求也截然不同，因此不仅要发展适合大中型企业的高水准PLC网络控制器，也要发展适合小型企业性价比相对较高的PLC控制系统，一是小型化微型化，二是大型化网络化，多功能化，这也就决定了PLC的两个发展方向。
PLCD特点也是多种多样的
（1）可靠性强，抗干扰能力强
具有高度可靠性是电器控制设备的主要性能，而PLC采用大规模集成电路技术，内部采取了先进的抗干扰技术具有向对较高的可靠性，使用PLC构成的控制系统，与同等的继电器构成的系统相比，电气接线以及开关接点已经减少到数百或者数千分之一故障也大大降低，此外PLC带有故障检测功能，系统出现故障时出发出报警信息，在软件应用中可以编入外围器件的故障自诊断程序，系统中除了PLC意外的电路及设备也或得了相应的故障诊断保护，这样整个系统的可靠性就有大幅度提升。
（2）功能完善，适用性强
今天的PLC已经形成了大，中，小各种规模的系列化产品，可用于各种规模工业控制场合，现在的PLC还具有完善的数据计算能力，课用于各个数据控制领域加上PLC通信能力的增强以及人机界面技术的发展，使PLC组成各种控制系统变得十分容易。
（3）简单易懂，深受工程技术人员的欢迎
PLC通过工业控制计算机。
她接口容易，变成语言容易被工程技术人员接受，梯形图语言的图形符号与达达方式与继电器原理图十分相似，只用PLC少量开关逻辑控制指令就可以方便实现继电器电路功能，对于不熟悉电子电路，不懂计算机原理和汇编程序的人在使用计算机从事工业控制提供了方便。
（4）维护方便容易改造
PLC用存逻辑代替接线逻辑，大大减少了控制设备外的接线，使控制系统周期大大缩短，维护起来也变得相对容易，这样很适合多品种，小批量的场合。
（5）体积小，能耗低，重量轻
由于体积小，这样容易装入机械内部，实现机械一体化机械设备。
1.5PLC的基本结构
目前PLC的生产厂家有很多，其铲平结构也大不相同，但是其中节本结构是不经相同PLC采用了典型的计算机结构，主要是由主机，I/O拓展借口以及外围设备组成。
PLC主要有中央处理器（CPU），存储器（memory），输入输出（I/O）接口，I/O拓展接口，通信接口，外围设备接口和电源等部分组成。
（1）电源
电源是把外部供应的交流电源经过整流，滤波稳压处理后转换成满足PLC内部CPU，存储器和I/O接口等电路所需要的直流电源电路，不同型号的PLC的供电方式也不相同，所以PLC的电源输入电压既有5V,24V和12V又有交流电压220V和110V.
（2）中央处理器（CPU）
CPU是PLC的核心部分，是PLC运算和控制中心，PLC的工作过程都是在CPU的统一指挥和协调下进行的CPU有微处理器和控制器组成，可以实现逻辑运算和数学运算，协调控制系统内部各部分的工作。
PLC常用的CPU有通用微处理器，单片机和位片式微处理器PLC大多用8位和16位微处理器，控制器的作用是控制整个微处理器的个部分进行工作，它的基本功能就是从内存中读取指令和执行指令。
控制器接口主要有缓冲数据，单元选择，信号匹配，中断管理等功能。
（3）I/O接口
I/O接口是PLC与工业过程控制现场之间的链接部件。
PLC通过接入接口能够得到生产过程的各种参数，并向PLC提供开关信号量。
经过处理后，变成CPU能够识别的信号，PLC通过输出接口将处理结果送给被控制对象，以此实现对工业现场执行机构的控制目的，由于外部输入设备所需的信号电平是多种多样的，而PLC内部CPU处理的信息只能是标准电平，因此I/O接口必须能实现电平转换。
（4）储存器
PLC的储存器有保持型存储器，随机存取存储器和存储器卡等类型，用于存放PLC系统程序，用户程序和运算数据。
保持型存储器主要用于存放PLC的系统程序和编好的用于控制运行的用户程序，并且可以长时间存储。
随机存取储存器用于存放用户临时程序和数据，存储的内容会应为断电而丢失储存器卡为拓展与后备存储器，由用户更具自己的需求选择。
（5）I/O拓展接口
I/O拓展接口是用来拓展PLC的I/O的端子数，当使用者所需要的I/O端子数超过PLC基本单元端子数，即主机单元的I/O端子数不能满足I/O设备端子数需要时，可以通过此接口用电缆线将I/O拓展接口与主机单元相连接，以此来增加PLCI/O的端子数适应控制系统的要求。
（6）外围设备接口
外围设备接口是可编程序控制器主机实现人机对话，机机对话的通道通过它与其他可编程序控制器或上位计算机连接。
PLC还有许多特殊功能模块，随着PLC的发展，特殊功能单元的种类也越来越多。
（7）通信接口
PLC配有各种通信接口，这些通信接口有点需要通信处理器，PLC通过这些通信接口实现与打印机，监控器，计算机，其他PLC等设备的通信。
1.6PLC的工作原理
PLC的工作原理简单地可以表述为在系统程序的管理下，通过运行应用程序，对控制要求进行处理判断，并通过执行用户程序来实现控制任务，。
但是在时间上来说，PLC执行的任务是按照串行的方式进行的，其中具体的运动方式与继电器-接触器控制系统及计算机控制系统都存在着一定的差异。
PLC的一个循环过程一把有五个阶段：
内部处理阶段，通信处理阶段，输入采样阶段，程序执行阶段和输出刷新阶段，当PLC开始运行时首先要清除I/O映像区的内容，其次在进行自己诊断，然后与外部设备进行通信连接，确认正常后开始扫描，如果跳转指令，则从第一条指令从新开始执行，逐个执行用户程序，直到遇到结束符,后有返回第一条指令，如此周而复始的不断循环，因此，PLC的工作方式是一种串行循环工作方式。
2主要元器件的选择
2.1电动机的选择
由于家庭电压存在一定的限制，所以在选择单相电容运转异步电动机，现在以4.5公斤洗衣机为例。
因为全自动洗衣机的脱水机的直径相对较大，这一点偏心不能不考虑，，所以计算时应该考虑洗涤物可能产生的最大偏心做为计算的依据，脱水时电动机功率相比洗涤时要大，在确定电动机功率的时候应该以脱水时消耗的功率为依据，这样脱水时电动机功率也就是这个洗衣机所确定的点击额定功率。
但是计算式一定会存在误差，如点击转子的转动惯量，所以4.5公斤全自动洗衣机电机额定功率选择为180瓦，这样的话不会超出全自动洗衣机的功率范围（120瓦-250瓦）
所以可以选择YY104-180型号单相电容运转电动机，额定电压220V,功率180瓦，电流为1.7A，转速为1350r/min。
2.2水温传感器的选择
水温检测可以采用热敏电阻或MTS102，洗衣机的洗衣水温一般在4℃～40℃，在这个温度范围内MTS102相对来说线性比较好,温度比较敏感，在水温检测中常常会选择它。
2.3水位传感器的选择
一般PLC控制的洗衣机，对水位的要求也是十分严格，水位必须是连续的谐振式水位传感器利用电磁谐振电路LC作为传感器的敏感元件,被测物体的变化将被转变为LC参数的变化,到最后都以频率参数输出，其中它的工作原理是根据水位的高低通过导管转化成测试内腔气体变化压力，驱动内腔上面的一小块隔膜移动，从而带动隔膜隔膜中心的磁芯在摸个线圈内做规律移动，随后线圈电感发生变化，由此从而引起电路的固有频率随着水位的变化而变化，所以，才可以采用谐振式水位传感器。
2.4浑浊度传感器的选择
浑浊度传感器主要采用红外光电传感器。
由红外发射管发出一定强度的红外光,红外接收管在溶液的另一侧接收红外线。
红外线在溶液中透光性的大小就决定接收方产生光电电流的大小,光电流经整形放大和数据处理后,就可以判断出水的浑浊程度。
2.5衣质传感器的选择
衣质的检测一般在洗涤之前，且主要用来测定所洗衣物属于棉类还是化纤类。
在一定水位的前提下不同的衣物成分不同,其布阻抗就不同。
为了测出衣质,先加入一定的水并让电机转动,突然切断电源,由于惯性作用电机会维持短时间旋转。
此时电机处于发电机状态,会产生一定感应电势并逐渐衰减到零。
由于衰减速率与布阻抗有一定的线性关系,通过对定子绕组两端电热进行整流和检测,经光电隔离后形成脉冲,脉冲信号多，则布阻抗小,反之亦然。
经过几次测量就可以判断出布阻抗,通过推理得出衣质。
故选择电阻传感器。
3各部分设计方案
3.1设计总框架图
图1设计中框架图
3.2可编程控制器的选择
根据输入信号及输出信号的数量，经过初略计算，输人点数为6点，输出点数为6点；输人、输出信号都是数字量。
增加20%备用量，以便随时增加控制功能：
输入点数为：
6×（1+20%）=7.2
输出点数为：
6×（1+20%）=7.2
根据I/O点数，可选松下FP0-C16型可编程控制器，其输入点8点，输出点8点，扩展模块可用点数为16点。
3.3自动洗衣机PLC控制系统
图2PLC控制系统图
3.4I/O分配图
名称
符号
输入地址
启动按钮
SB1
I0.0
停止按钮
SB2
I0.1
高水位按钮
SB3
I0.2
中水位按钮
SB4
I0.3
低水位按钮
SB5
I0.4
手动排水按钮
SB6
I0.5
手动脱水按钮
SB7
I0.6
高水位检测开关
ST1
I0.7
中水位检测开关
ST2
I1.0
低水位检测开关
SB3
I1.1
水排空检测开关
SB4
I1.2
进水阀继电器
KM1
Q0.0
排水阀继电器
KM2
Q0.1
电动机正转继电器
KM3
Q0.2
电动机反转继电器
KM4
Q0.3
脱水桶控制继电器
KM5
Q0.4
报警器
HA
Q0.5
高水位指示灯
L1
Q0.6
中水位指示灯
L2
Q0.7
低水位指示灯
L3
Q1.0
表1I/O分配图
3.5洗衣机外围接线图
图3洗衣机外部接线图
洗衣机要实现衣服的洗涤，漂洗和脱水，就要通过上述动作来实现，而这些动作可以通过PLC控制来实现。
同时加上开关和按钮，数码管显示器，蜂鸣报警器和欠电压检测保护电路等，就可以形成完整的PLC控制系统。
通过软件编程达到对整个洗衣过程进行检测控制和用户交互。
此外，在少数全自动洗衣机上，以继电器作各电气工作部件驱动电路的电源开关，由PLC控制继电器触点开关的通断，实现洗衣机的程序运转。
4自动洗衣机基本结构
4.1自动洗衣机构造与工作原理
我们常见的洗衣机主要分为两类，波轮式和滚筒式，而产品的类型主要是以波轮式为主要结构，他能更好的乳环一些材质的衣服，很好的减少了在洗衣过程中使衣服收到损害，洗衣后衣服也不会变的变形，高温能够杀死一些衣服上的细菌，并且高温可以很快的溶解洗衣粉，同时有利于一些污渍的清除，但是没有加温的波轮式洗衣机先要一定的洗净，这样就必须有足够的动力，进行长时间洗涤，而机械力对于衣服的伤害很大，所以波轮式洗衣机的磨损率相对于滚筒式洗衣机相对较大，但是相对滚筒洗衣机，波轮式洗衣机价格偏低。
所以波轮式洗衣机仍然受到广大消费者的喜爱。
波轮洗衣机特点也变得日益完善。
（1）程序控制器，原来的机械式程序控制器已经被淘汰，新推出的波轮式全自动洗衣机程序控制器更加出彩。
（2）不锈钢内筒，波轮洗衣机才用不锈钢内筒，减少了在洗衣过程中对衣服的伤害
（3）变频自动洗衣机对部不同材质的衣服选择不同的电动机转速，在确保衣服洗干净的同时，也大大降低了洗衣机对衣服的磨损，甩干时电动机由慢到快，慢慢启动，能使衣服分布均匀，脱水效果也好，降低了噪声。
波轮式洗衣机采用洗涤脱水桶套装在洗衣机内结构由洗涤，脱水，进，排水系统电动机系统组成。
图4洗衣机内部结构图
4.2电机传动系统
波轮式全自动洗衣机的电动机和传动系统主要有电动机和离合器组成，离合器分为不同离合器和减速离合器两种。
目前各种波轮新水流套筒洗衣机一般都采用减速离合器，它在洗涤和漂洗时波轮的转速较慢，而脱水时离心桶的转速较快，电动机作为洗涤和脱水时的动力源，一般采用主，副绕组完全对称的电容式电动机，但是因为一般全自动洗衣机洗涤容量较大，电动机功率小也相对较大。
采用减速离合器全自动洗衣机传动系统原理图
图5传动系统原理图
4.3进水排水系统
波轮式全自动洗衣机的进排水系统都采用了电磁阀控制，为了对洗衣机桶内的水位进行检测和控制，波轮式全自动洗衣机上都安装了水位控制器（水位开关）。
波轮式全自动洗衣机的全自动套筒使用最多的水位开关就是空气压力式开关，主要有气压传感器装置，控制装置和电触点开关3部分组成，用来见识洗衣机洗涤时水位的高低，此外电磁阀一般分为进水和排水电磁阀，进水电磁阀是全自动洗衣机上的进水开关，它受水位开关断触点的控制，而排水阀是洗衣机上的自动排水装置，同时还可以改变离合器的工作状态。
进排水电磁阀都是采用电流流过线圈形成磁场的原理，波轮式全自动洗衣机电磁阀在进排水时使用220V交流电压与电磁阀的线圈接通产生磁场，电池线圈相互吸合，自动打开阀门洗衣机的水流就顺着管道流出去了，一旦断电后电磁阀的线圈失去电流，磁场消失，阀门自动关闭洗衣机的睡就流不出去了。
5自动洗衣机控制系统
5.1控制系统结构
波轮式全自动洗衣机的电气控制系统由于洗衣机的型号不同而不同，电气控制系统主要是有程序控制器，电动机，进排水阀，水位开关，安全开关和各种功能选择开关等组控制系统的基本原理也都一样，全自动洗衣机实现了洗衣机全自动化，整个洗衣过程都是由程序控制器“指挥”的。
果把离合器比作全自动套筒洗衣机的心脏，那么程序控制器就是全自动洗衣机的“大脑”如图以程序控制器为核心的波轮式洗衣机控制系统的基本原理图
图6洗衣机系统原理图
5.2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，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，它具有程序组合量大，工作可靠，抗干扰能力强，而且能直接控制较大电流等优点，单片机程序控制器具有结构紧凑，操作简便，功能齐全，运行可靠等优点。
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7洗衣机系统结构图
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状态。
5.3检测电路系统
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
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