基于PLC的全自动洗衣机控制设计工学学士学位论文Word文档格式.docx
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摘要
随着科学技术不断进步和社会飞速发展，洗衣机成为人民日常生活息息相关的家用电器产品。
洗衣机的全自动化、多功能化、智能化是其发展方向。
基于全自动洗衣机的应用日益广泛，本次设计利用三菱公司生产的PLC控制全自动洗衣机，与传统的继电器逻辑控制系统相比较，洗衣机可靠性、节能性得到了提高。
PLC控制不需要大量的活动部件和电子元器件，它的接线也大大减少，与此同时系统维修简单、维修时间缩短。
本文首先介绍了洗衣机的发展，然后重点介绍了洗衣机的设计，对程序流程图及编程软件进行了说明，最后对系统进行了仿真。
本次设计采用步进顺控指令编程，根据工艺要求编程简单、可允许双线圈使用，PLC采样按钮及限位开关外部输入信号的变化，执行相应的程序，然后输出控制电机正反转及脱水处理。
最后就本课题所做的工作进行了总结，并对进一步的研究提出了自己的看法。
本次设计的全自动洗衣机工艺要求有待改善，不可以单独脱水及洗衣时间的设置；
由于时间有限，没做进一步的改善。
基于全自动洗衣机在日常生活中广泛运用，本设计具有广泛的推广价值。
关键词:
全自动洗衣机；
PLC控制；
步进顺控指令
ABSTRACT
Withthecontinuousadvancementoftechnologyandtherapiddevelopmentofsociety,washingmachinebecamethepeople'
severydaylife,householdappliancesproducts.
Theautomationofthewashingmachinemoreintelligentisitsdevelopmentdirectionfunctionbasedontheapplicationofautomaticwashingmachine,theincreasinguseofproductiondesignofPLCcontrol,automaticwashingmachinewiththetraditionalrelaylogiccontrolsystemcompared,washingmachinereliabilityenergy-savingseximprovedPLCcontroldon'
tneedalotofmovingparts
Thispaperfirstintroducesthedevelopmentofthewashingmachine,thenintroducesthedesignofthewashingmachine,theprogramflowchartandprogrammingsoftwarewereexplained,finallyonthesystemsimulationthisdesignUSESthesteppingsequencecontrolinstructionprogramming,accordingtothetechnicalrequirementcanbeallowedtosimpleprogrammingdual-coilusePLCsamplingbuttonandlimitswitchexternalinputsignalchanges,executesprograms,andthenoutputcontrolmotorpositive&
negativeanddehydrationprocessing.Finallythistopicworkaresummarized,andthefurtherstudyisproposedhisownviewofthedesignoftheautomaticwashingmachineprocessrequirementremainedtobeimproved,cannotseparatedehydrationandlaundrySettings;
Becauseofthetimelimit,didn'
tdofurtherimprovementsAutomaticwashingmachinebasedonindailylife,theextensiveuseofthedesignhasawideapplicationvalue.
Keywords：
full-automaticwashingmachine；
controlbyPLC;
；
Steppingsequencecontrolinstructions
第一章绪论
1.1课题概述
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。
因为它是整体模块，集中了驱动电路、检测电路和保护电路以及通讯联网功能，所以在使用中，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设计的灵活性及控制系统的可靠性。
本设计以操作简单、使用可靠、维护修理方便作为主要设计方向。
1.2洗衣机发展概况
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。
全自动洗衣机从结构上分有波轮式,搅拌式,滚筒式。
目前,国内市场上销售的大都是波轮式和滚筒式，供应最多的是波轮式洗衣机。
波轮式洗衣机的特点是洗净率高,但对衣服的磨损很大,随着人们生活水平不断地提高，丝绸,毛料,羊毛等大量走进普通家庭,厂商又适时地推出了滚筒洗衣机,它最大的优点是磨损率小,但洗净率比波轮式低,价格高。
洗衣机产品可以分三类：
普通型、半自动型和全自动型。
普通型和半自动型洗衣机，都需要人为参与操作，才能完成洗衣、甩干、排水全过程；
而全自动洗衣机在整个洗涤、甩干、排水过程中，无需人为操作和监控。
国内外洗衣机品牌有海尔、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
本课题主要着重于全自动洗衣机的控制，要求洗衣机能实现进水、洗涤、排水、脱水、报警，所采用的控制方法操作简单、稳定可靠、维护与维修方便。
控制方法确定后投入生产要缩短控制系统的设计的时间、调试周期，且要降低成本。
传统的洗衣机采用继电器控制的优点是装置结构简单、价格便宜、抗干扰能力强。
但是，这也是随之带来的一些问题，如绝大多数控制继电器都是长期磨损和疲劳工作条件下进行的，容易损坏，而且继电器的触点容易产生电弧，甚至会熔在一起产生误操作，引起严重的后果。
在全负荷运载的情况下，大的继电器将产生大量的热及噪声，同时也消耗了大量的电能。
并且继电器控制系统必须是手工接线、安装，如果有简单的改动，也需要花费大量时间及人力和物力去改制、安装和调试。
这种电路接线多，只适用于小型的控制电路。
采用PLC控制比继电器控制好的多，我们采用PLC来控制。
（1）可靠性高，抗干扰能力强，高可靠性是电气控制设备的关键性能。
PLC由于采用现代大规模集成电路技术，采用严格的生产工艺制造，内部电路采取了先进的抗干扰技术，具有很高的可靠性。
（2）配套齐全，功能完善，适用性强PLC发展到今天，已经形成了大、中、小各种规模的系列化产品。
可以用于各种规模的工业控制场合。
（3）易学易用，深受工程技术人员欢迎PLC作为通用工业控制计算机，是面向工矿企业的工控设备。
（4）系统的设计、建造工作量小，维护方便，容易改造，PLC用存储逻辑代替接线逻辑，大大减少了控制设备外部的接线，使控制系统设计及建造的周期大为缩短，同时维护也变得容易起来。
更重要的是使同一设备经过改变程序改变生产过程成为可能。
这很适合多品种、小批量的生产场合。
（5）体积小，重量轻，能耗低，由于体积小很容易装入机械内部，是实现机电一体化的理想控制设备。
1.4本课题研究的主要内容
本课题需研制出可靠性高、易于操作的全自动洗衣机控制方法，该系统采用PLC控制，主要包括电动机正反转控制、离合器控制、进排水电磁阀控制、循环控制、保护和联锁。
研究的具体内容包括：
（1）深入了解洗衣机的发展、结构及控制要求。
（2）控制系统设计。
包括硬件设计，PLC的选择，各硬件模块的介绍，软件设计，编程方法。
（3）对编写好的编译程序进行实际调试并仿真。
第二章系统硬件设计
2.1全自动洗衣机的工作原理及控制要求
2.1.1全自动洗衣机的工作原理
以日常生活中最常见的波轮式全自动洗衣机为例，洗衣机的洗衣桶（外桶）和脱水桶（内桶）是以同一中心安放的。
外桶固定，作盛水用。
内桶可以旋转，作脱水（甩水）用。
内桶的四周有很多小孔，使内外桶的水流相通。
该洗衣机的进水和排水分别由进水电磁阀和排水电磁阀来执行。
进水时，通过电控系统使进水阀打开，经进水管将水注入到外桶。
排水时，通过电控系统使排水阀打开，将水由外桶排出到机外。
洗涤正转、反转由洗涤电动机驱动波盘正、反转来实现，此时脱水桶并不旋转。
脱水时，通过电控系统将离合器合上，由洗涤电动机带动内桶正转进行甩干。
高、低水位开关分别用来检测高、低水位。
启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。
排水按钮用来实现手动排水。
波轮式全自动洗衣机的实物示意图如图2.1所示。
图2.1洗衣机示意图
2.1.2全自动洗衣机的控制要求
PLC投入运行，系统处于初始状态，准备好启动。
①按下启动按扭，开始进水，水满（即水位到达高低）时停止进水。
②2秒后开始洗涤。
③洗涤时，正转15秒后暂停，暂停3秒后开始反转洗涤，反转洗涤15秒后暂停，暂停3秒。
④如此循环3次，总共180秒后开始排水，排空后（水位下降到低位）开始脱水并继续排水。
脱水10秒即完成一次从进水到脱水的工作循环过程。
⑤若未完成3次大循环，则返回从进水开始的全部动作，进行下一次大循环；
若完成了3次大循环，则进行洗完报警。
⑥报警10秒结束全部过程，自动停机。
⑦此外按排水按钮可实现手动排水；
按停车按扭可停止进水、排水、脱水及报警。
2.2系统的组成与功能
该系统的设计主要包含两大部分，硬件部分选型，软件部分设计。
其中软件部分包括PLC软件部分设计，组态软件设计两部分部分。
而软件设计是核心内容。
一般来说，PLC控制系统有以下三种类型。
（1）PLC构成的单机系统
这种系统的被控对象是单一的机器生产或生产流水线，其控制器是由单台PLC构成，一般不需要与其他PLC或计算机进行通信。
但是，设计者还要考虑将来是否有联网的需要，如果有的话，应当选用具有通信功能的PLC。
如图2.2所示。
图2.2PLC单机控制
（2）PLC构成的集中控制系统
这种系统的被控对象通常是数台机器或数台流水线构成，该系统的控制单元由单台PLC构成，每个被控对象与PLC指定的I/O相连。
由于采用一台PLC控制，因此，各被控对象之间的数据、状态不需要另外的通信线路。
但是，这种系统也有一个缺点，一但PLC出现故障，整个系统将停止工作。
对于大型的集中系统，通常采取冗余系统克服上述缺点。
如图2．3所示。
图2.3PLC集中控制
（3）PLC构成的分布式控制系统
这类系统的被控对象通常比较多，分布在一个较大的区域内，相互之间比较远，而且，被控对象之间经常的交换数据和信息。
这种系统的控制器采用若干个相互之间具有通信能力的PLC构成，系统地上位机可以采用PLC，也可以采用工控机。
如图2．4所示。
图2.4PLC分布式控制
由于本次设计的系统只有1台被控电机以及数量不是很多的其他被控对象，采用PLC集中控制方法，单台PLC进行多个对象的控制，只要适当的选用PLC，完全能够完成任务。
2.3系统控制主电路
洗衣机PLC控制主电路图如图2.5所示。
图2.5主电路图
在主电路中我们主要是考虑如何控制交流电机运转和怎么实现电路保护。
主电路的三相电源经隔离开关QS、主电路熔断器FU1、交流接触器KM1、KM2的主触头、热继电器FR的加热元件到三相异步电动机M构成主电路。
通过接触器线圈得电控制其主触点的接通，能实现电动机正反转。
该主电路既实现短路或过载保护。
2.4PLC的选型
2.4.1PLC的发展概况和发展方向
（1）PLC的发展概况
PLC自1969年问世以来，经过40多年的发展，在美、德、日等工业发达国家已成为重要的产业之一。
世界总销售额不断上升、生产厂家不断涌现、品种不断翻新。
产量产值大幅度上升而价格则不断下降。
世界上PLC产品可按地域分成三大流派：
一个流派是美国产品，一个流派是欧洲产品，一个流派是日本产品。
美国和欧洲的PLC技术是在相互隔离情况下独立研究开发的，因此美国和欧洲的PLC产品有明显的差异性。
而日本的PLC技术是由美国引进的，对美国的PLC产品有一定的继承性，但日本的主推产品定位在小型PLC上。
美国和欧洲以大中型PLC而闻名，而日本则以小型PLC著称[5]。
目前，世界上有200多个厂家生产PLC，较有名的：
美国：
通用电气、莫迪康公司；
日本：
三菱、富士、欧姆龙、松下电工等；
德国：
西门子公司；
法国：
施耐德公司；
韩国：
三星、LG公司等。
（2）PLC的发展方向
目前，国外PLC制造商不断推出新产品。
西门子最初推出S5系列，然后推出S7系列；
三菱开始是F系列，FX系列，现在是A系列（A1、A2、A2X）。
大趋势是功能越来越多，集成度越来越高，网络功能越来越强。
特别是网络，因为联网是一个大潮流。
①产品规模向大、小两个方向发展。
大：
I/O点数达14336点、32位为微处理器、多CPU并行工作、大容量存储器、扫描速度高速化。
小：
由整体结构向小型模块化结构发展，增加了配置的灵活性，降低了成本。
②PLC在闭环过程控制中应用日益广泛。
③不断加强通讯功能。
④新器件和模块不断推出。
高档的PLC除了主要采用CPU以提高处理速度外，还有带处理器的EPROM或RAM的智能I/O模块、高速计数模块、远程I/O模块等专用化模块。
⑤编程工具丰富多样，功能不断提高，编程语言趋向标准化。
有各种简单或复杂的编程器及编程软件，采用梯形图、功能图、语句表等编程语言，亦有高档的PLC指令系统。
⑥发展容错技术。
采用热备用或并行工作、多数表决的工作方式。
⑦追求软硬件的标准化。
2.4.2FX2N功能介绍
FX2N系列是FX系列PLC家族中最先进的系列。
控制规模：
16~256点（基本单元：
16/32/48/64/80/128点）。
特点：
（1）集成型高性能。
CPU、电源、输入输出三位一体。
对6种基本单元，可以以最小8点为单元连接输入输出扩展设备，最大可以扩展输入输出256点。
（2）高速运算。
基本指令：
0.08μs/指令。
应用指令:
1.52μs~数100μs/指令。
（3）宽裕的存储器。
内置8000步RAM存贮器，安装存储盒后，最大可以扩展到16000步。
（4）丰富的软元件。
辅助继电器：
3072点。
定时器：
256点。
计数器：
235点。
数据寄存器：
8000点。
（5）除了具有输入输出16~256点的一般用途，还有模拟量控制、定位控制等特殊控制。
2.4.3FX2N规格型号
FX2N系列PLC的技术指标包括一般技术指标、电源技术指标、输入技术指标、输出技术指标和性能技术指标。
如表2.1给出了性能技术指标。
表2.1FX2N性能技术指标
运算控制方式
存储程序反复运算方法（专用LSI），中断命令
输入输出控制方式
批处理方式（在执行END指令时），但有输入输出刷新指令
运算处理速度
基本指令
0.08μs/指令
应用指令
（1.52μs~数百μs）/指令
程序语言
继电器符号+步进梯形图方式（可用SFC表示）
程序容量存储器形式
内附8K步RAM，最大为16K步（可选RAM，EPROMEEPROM存储卡盒）
指令数
基本、步进指令
基本（顺控）指令27个，步进指令2个
128种298个
输入继电器
X000～X267（8进制编号）184点
合计256点
输出继电器
辅助继
电器
一般用
M000～M499500点
锁存用
M500～M1023524点，
M1024～M30712048点
合计2572点
特殊用
M8000～M8255256点
状态寄
存器
初始化用
S0～S910点
S10～S499490点
S500～S899400点
报警用
S900～S999100点
定时器
100ms
T0～T199（0.1～3276.7s）200点
10ms
T200～T245（0.01～327.67s）46点
1ms（积算型）
T246～T249（0.001～32.767s）4点
100ms（积算型）
T250～T255（0.1～32.767s）6点
模拟定时器（内附）
l点
计数器
增计数
C0～C99（0～32767）（16位）100点
C100～C199（0～32767）（16位）100点
增/减
C220～C234（32位）20点
计数用
C220～C234（32位）15点
高速用
C235～C255中有：
1相60kHz2点，10kHz4点或2相30kHzl点，5kHzl点
数据寄
通用数据
D0～D199（16位）200点
寄存器
D200～D511（16位）312点，
D512～D7999（16位）7488点
D8000～D8195（16位）106点
变址用
V0～V7，Z0～Z7（16位）16点
文件寄存器
通用寄存器的D1000以后可每500点为单位设定文件寄存器（MAX7000点）
指针
跳转、调用
P0～P127128点
输人中断、计时中断
I0口～I8口9点
计数中断
I010～I0606点
嵌套（主控）
N0～N78点
常数
十进制K
16位：
-32768～+32767；
32位：
-2147483648～+2147483647
十六进制H
16位，0～FFFF（H），32位：
0～FFFFFFFF（H）
2.4.4PLC的选型
（1）输入输出（I/O）点数的估算
I/O点数估算时应考虑适当的余量，通常根据统计的输入输出点数，再增加10%～20%的可扩展。
（2）存储器容量的估算
存储器容量是可编程序控制器本身能提供的硬件存储单元大小，程序容量是存储器中用户应用项目使用的存储单元的大小，因此程序容量小于存储器容量。
设计阶段，由于用户应用程序还未编制，因此，程序容量在设计阶段是未知的，需在程序调试之后才知道。
为了设计选型时能对程序容量有一定估算，通常采用存储器容量的估算来替代。
存储器内存容量的估算没有固定的公式，许多文献资料中给出了不同公式，大体上都是按数字量I/O点数的10～15倍，加上模拟I/O点数的100倍，以此数为内存的总字数（16位为一个字），另外再按此数的25%考虑余量。
（3）控制功能的选择
该选择包括运算功能、控制功能、通信功能、编程功能、诊断功能和处理速度等特性的选择。
①运算功能
简单PLC的运算功能包括逻辑运算、计时和计数功能；
普通PLC的运算功能还包括数据移位、比较等运算功能；
较复杂运算功能有代数运算、数据传送等；
大型PLC中还有模拟量的PID运算和其他高级运算功能。
随着开放系统的出现，目前在PLC中都已具有通信功能，有些产品具有与下位机的通信，有些产品具有与同位机或上位机的通信，有些产品还具有与工厂或企业网进行数据通信的功能。
设计选型时应从实际应用的要求出发，合理选用所需的运算功能。
大多数应用场合，只需要逻辑运算和计时计数功能，有些应用需要数据传送和比较，当用于模拟量检测和控制时，才使用代数运算，数值转换和PID运算等。
要显示数据时需要译码和编码等运算。
②控制功能
控制功能包括PID控制运算、前馈补偿控制运算、比值控制运算等，应
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