最新毕业设计基于plc全自动洗衣机控制系统.docx
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最新毕业设计基于plc全自动洗衣机控制系统
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2.1.2填空题
A.ORDERBYB.AVGC.GROUPBYD.SUM
29、非屏蔽双绞线30、域名系统31、文件传输
【答案】数据库
21.视图是一个________。
D、提供网络系统的安全服务
C.INSERTD.EDIT
fori=1to20
A、建立连接B、发出请求信息C、发出响应信息D、传输数据
本科生毕业设计（论文）
题目：
基于plc全自动洗衣机控制系统
学生姓名：
张杰
系别：
电气信息工程系
专业年级：
2007级电气工程及自动化专业
指导教师：
王东起
2011年6月20日
摘要
本文介绍了采用可编程控制器（PLC）作为核心控制部件，并利用计算机进行组态监控的全自动洗衣机控制系统。
文章介绍了洗衣机的结构，对全自动洗衣机的控制系统进行了分析，在此基础上提出了基于PLC的全自动洗衣机控制方案，并对方案进行了论证，根据洗衣机的工作原理，设计了流程及程序，对按钮，继电器，开关，变频器等其它一些输入/输出点进行控制，实现了洗衣机洗衣过程的自动化。
由于洗涤，排水，脱水的时间均由PLC内计数器控制，所以只要改变计数器参数就可以改变时间。
具有智能化程度高、安全可靠、方便、灵活等特点。
关键词：
PLC；全自动洗衣机；变频器；继电器
Abstract
ThisarticleusedprogrammablecontrollerPLCtorealizethewashercompletelyautomaticcontrol,explainedthePLCcontrolprinciplemethod,thecharacteristicandcontrolledthewasherthecharacteristic.Thearticleduringintroductionwasherstructure,carriesontheanalysistothecompletelyautomaticwashercontrolsystem,proposedinthisfoundationbasedonthePLCcompletelyautomaticwashercontrolplan,andhascarriedontheprooftotheplan,hascarriedonthedesignaccordingtothewasherprincipleofworktotheprocedureandtheflow,hastheintellectualizeddegreehigh,safereliableandsoonthecharacteristics.Tothebutton,therelay,theswitch,thefrequencychangerandsoonothersomeI/Ospotcarriesonthecontrol,realizedthewashertowashclothestheprocessautomation.Becausespreadseverytimelavation,drainingwater,dehydratedtimebyPLCincountercontrol,solongasthereforethechangecounterparametermaychangethetime.
Keywords:
ProgrammableLogicController;Theautomaticprocess;Converter;Controlrelay
引言…………………………………………………………………………………………1
第一章全自动洗衣机的系统结构和基本工作原理……………………………2
1.1、系统结构………………………………………………………………2
1.2、基本工作原理……………………………………………………4
第二章全自动洗衣机系統硬件分析和选择…………………………………………5
2.1、洗衣机主要器件的选择………………………………………………………6
2.2、洗衣机主要部件………………………………………………………………7
第三章PLC机型选择和控制要求………………………………………………10
3.1、机型的选择…………………………………………………………10
3.2、I/O分布表…………………………………………………………11
3.3、全自动洗衣机的PLC控制系统的要求………………………………11
第四章PLC控制系统的软件设计…………………………………………………12
4.1、硬件结构接线图………………………………………………………………12
4.2、控制系统顺序功能图…………………………………………………………13
第五章PLC控制系统工作原理及调试过程…………………………………14
5.1、洗衣机强洗调试………………………………………………………………14
5.2、洗衣机标准洗调试……………………………………………………………14
5.3、洗衣机排水、脱水和报警调试………………………………………………14
结束语…………………………………………………………………………15
参考文献…………………………………………………………………………16
致谢……………………………………………………………………………………17附录………………………………………………………………………………………18
引言
在全自动洗衣机中，洗衣机洗涤。
脱水程序是由单片机为中心控制系统工作的。
由于单片模块，集中了驱动电路，检测电路和保护电路以及通讯联网功能。
因此在运用中，硬件也相对简单，提高控制系机控制系统指令相对复杂，编程脱水，洗涤也比较复杂，其次，在设计系统硬件时，要多种电路保护装置，电压保护，过载保护，过热保护以及欠压保护等等；这样会增加硬件的复杂性，隐含较高的故障率；无形的增加的维修成本费用。
在工业控制系统中广泛运用的ＰＬＣ能克服单片机的缺点，它是整体统的可靠性。
另外它的编程语言也相对简单。
可编程控制功能强大，可靠性高，应用面广，使用方便，在现代自动控制领域应用极其广泛。
现行全自动洗衣机只要选好水位，打开水龙头，放人衣物，洗涤剂，接通操作开关自行运行了。
因此，我们选用ＰＬＣ来代替控制，下面主要是说明ＰＬＣ控制的原理及特色。
全自动洗衣机其特点是能自动完成洗涤，漂洗和脱水的转换，整个过程不需要人工操作。
这类洗衣机均采用套筒式结构，其进水，排水都采用电磁阀，由程序控制器按人们预先设计好的程序不断发出指令，驱动各执行器件动作，整个洗衣过程自动完成。
所用的程序控制器可分为电动机驱动式和单片机式。
从控制方式的发展阶段上分：
全自动洗衣机可分为两大类：
第一类电动控制洗衣机，它的程序控制器由电动元件组成。
第二类是电脑控制洗衣机，它的程序控制器由微型计算机组成。
电动控制全自动洗衣机是较早出现的自动控制类家用电器，其产品类型还属于传统的机械产品，是自动控制的初级阶段。
随着计算机的及微电子技术的发展，自动控制系统正在逐步实现硬件化。
因此，电动控制洗衣机将逐步退出家电舞台。
可编程控制器是一种数字运算操作的电子系统,专为在工业环境下应用而设计。
它采用可编程序的存贮器,用来在其内部存贮执行逻辑运算、顺序控制、定时、计数和算术运算等操作的指令,并通过数字的、模拟的输入和输出,控制各种类型的机械或生产过程.可编程序控制器及其有关设备,都应按易于与各种控制系统形成一个整体,易于扩充其功能的原则设计。
第一章全自动洗衣机的系统结构和基本工作原理
1.1系统结构
全自动洗衣机的由内外桶、进水口、启动和停止按钮、控制器、进水按钮、水位开关、排水口和洗条电机组成。
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（甩干）用。
内桶的四周有很多小孔，使内、外桶的水流相通。
系统结构框图如下：
图1-1全自动洗衣机结构
1.1.1洗涤脱水系统
它主要有盛水桶，洗涤桶和波轮组成。
盛水桶又称为外桶，主要用来盛放洗涤液。
盛水桶固定在钢制底板上，通过4根吊杆悬挂在洗衣机箱体上。
电动机，离合器，排水阀等部件都装在桶底下面。
洗涤桶又称为脱水桶或者离心桶，也称为内桶，它的主要功能是用来盛放衣物，在洗涤或漂洗时配合波轮完成洗涤或漂洗功能，在脱水时便成为离心式的脱水桶。
波轮是全自动洗衣机中对衣物产生机械作用的主要部件。
按波轮的形状来分，基本上有小波轮（直径在160mm左右）的涡卷式水流和大波轮（直径在300mm左右）新水流两类。
1.1.2排水和进水系统
波轮式全自动洗衣机的进排水系统都采用了电磁阀控制。
为了对桶内的水位进行检测和控制，洗衣机上都安装有水位控制器（水位开关）。
波轮式全自动套桶洗衣机使用最多的水位开关是空气压力式开关，主要有气压传感器装置，控制装置及电触点开关3部分组成，用来监视水位的高低。
此外电磁阀分进水和排水电磁阀，进水电磁阀是洗衣机上的自动进水开关，它受水位开关动断触点的控制。
而排水电磁阀是全自动洗衣机上的自动排水装置，同时还起改变离合器工作状态。
进水、排水电磁阀是采用电流流过线圈形成磁场的原理，洗衣机电磁阀在进，排水时使用，220V交流电压与电磁阀线圈接通，形成磁场，电磁线圈吸合。
自动打开香蕉阀门，洗衣机里的水就顺着管道流出去了。
断电后，电磁阀线圈失去电流，磁场消失，电磁铁松开，橡胶阀门自动关闭，洗衣机里的水就流不出去了。
1.1.3电动机及传动系统
波轮式全自动套桶洗衣机的电动机及传动系统主要由电动机和离合器组成，离合器又有普通离合器和减速离合器两种。
其中普通离合器用在采用小波轮的套桶洗衣机上，这种洗衣机在洗涤或者漂洗时波轮的转速和脱水时离心桶的转速相同，目前各种大波轮新水流套桶洗衣机普遍采用减速离合器，它在洗涤，漂洗时波轮的转速较慢，而脱水时离心桶的转速较快。
电动机同时作为洗涤和脱水时的动力源，普遍采用主，副绕组完全对称的电容式电动机。
由于一般全自动套桶洗衣机的额定洗涤容量较大，因此电动机的功率较大。
采用减速离合器的全自动套桶洗衣机传动系统的原理如图1-2所示：
图1-2采用减速离合器的全自动套桶洗衣机传动系统的原理图
电动机与固定在离合器下端的大传动带盘之间用V带传动。
经第一级减速后大传动带盘得到150r/min的转速。
当洗衣机处于洗涤或漂洗状态时，再经离合器内部的行星齿轮减速后，使波轮得到175r/min低转速。
此时，洗涤（脱水）桶不动。
当洗衣机处于脱水状态时，离合器输出的是未经减速的850r/min的高转速，驱动脱水桶和波轮作同步高速运转。
对于使用普通离合器的小波轮套桶洗衣机来说，有区别的仅仅是离合器内部没有行星齿轮减速机构，因此在洗涤或漂洗时其波轮的转速与脱水时的转速时相同的。
1.2基本工作原理
全自动洗衣机的进水和排水分别有进水电磁阀和排水电磁阀来执行。
进水时，通过电控系统把进水阀打开，经进水管将水注人外桶，排水时，通过电控系统使排水阀打开，将水又外桶排到机外。
洗衣机正转，反转由洗涤电机驱动波轮正反来实现，此时脱水桶并不旋转。
脱水时，通过电控系统将离合器合上，由洗涤电机带动内桶正转进行甩干；高低水位开关分别用来测高低水位；启动按钮用来启动洗衣机工作；停止按钮用来实现紧急工况下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。
第二章全自动洗衣机系統硬件分析和选择
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2-1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状态。
2.1洗衣机主要器件的选择
2.1.1电动机的选择
由于家庭提供的电源限制故选单相电容运转式异步电动机。
以3.6公斤全自动洗衣机为例，由于全自动洗衣机的脱水桶直径较大，这一偏心不能不考虑，所以计算时应以洗涤物可能产生前最大偏心为计算依据。
脱水时电机功率比洗涤时要大，在确定电机功率时应以脱水时消耗的功率为依据，也就是说脱水时电机功率就是该洗衣机所确定的电机额定功率。
由于在计算时一些因素如电机转子的转动惯量等没考虑，造成一些偏差，所以3.6公斤全自动洗衣机电机额定功率选为180瓦。
符合全自动洗衣机的功率范围120W～250W。
故选择YY104-180型号单相电容运转式电动机，功率180瓦,额定电压220V，转速1500r/min，电流1.7A。
2.1.2传感器的选择
1.水温传感器的选择
水温检测可用热敏电阻或MTS102半导体温度检测器。
洗衣机水温一般为4℃～40℃,在该温度范围内MTS102线性好,温度敏感,水温检测常选用它。
2.水位传感器的选择
对于PLC控制的洗衣机,要求水位的检测必须是连续的,谐振式水位传感器是利用电磁谐振电路LC作为传感器的敏感元件,将被测物体的变化转变为LC参数的变化,最终以频率参数输出。
其工作原理是将水位的高低通过导管转换成一个测试内腔气体变化的压力,驱动内腔上方的一块隔膜移动,带动隔膜中心的磁芯在某线圈内移动,从而线圈电感发生变化。
由此引起谐振电路的固有频率随水位变化。
故常采用谐振式水位传感器。
3.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。
4.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。
2.2洗衣机主要部件
2.2.1进水电磁阀
进水电磁阀简称水阀、注水阀。
在全自动洗衣机上，以内供用水阀来实现自动注水和停水。
它与水位开关相互配合，对洗衣机水位高低仅系自动控制。
1.工作原理
进水阀是一种电磁阀，阀中心是磁芯，铁芯外为电磁线圈，线圈不通电时，在小弹簧的作用铁芯被压下，封住了橡胶阀上所装的塑料盘中间的泄压孔，这时书从加压针孔进入控制腔，是进水和控制腔的水压相等。
由于橡胶阀上部的受压面积大于下部的受压面积，所以橡胶阀被压紧在阀座上起到封闭作用。
其封闭的可靠性是由铁芯所受的压力决定的，铁芯的下端与泄压孔接触，铁芯的上端受压面积大于下端受益面积，显然水的压力越大，铁芯对泄孔的封闭压力越大，封闭越可靠。
其水压低时，阀的封闭性就差，所以对水压有最低的要求，不能低于0.3Mpa。
2.主要性能参数
进水电磁阀的主要性能参数见表2-1。
表2-1进水阀的技术参数
额定电压、
电气强度
频率
额定电流
（mA）
使用水温
（0C）
水压范围
（Mpa）
密封性能
（Mpa）
温度
（0C）
绝缘电阻
（欧姆）
220V、50Hz
2500V、1min
27+/-5
0-80
0.02-0.8
0.02-1
75
100
2.2.2排水电磁阀
排水电磁阀是全自动洗衣机特有的电器部件。
它是一个受程序控制的自动排水开关。
除了排水功能外，还控制着离合器的状态（洗涤或脱水）。
排水电磁阀由电磁铁和排水阀两部分组成，它们是相互独立的部件，两者用排水阀相互连接起来，在连接板的右端以开口销与电磁铁动铁心连接，而左端钩在排水阀的内弹簧上。
当电磁铁通电时，将动铁心往右拉，排水阀就呈打开状态。
此时盛水桶内的洗涤液便能通过水道和阀门，从排水孔流出机外。
在连接板上还用螺栓固定着一个位置可调的定位套，在动铁心吸合的过程中，该定位套向右移动，拨动了离合器上的制动杆，为脱水做准备。
当电磁铁失电时，排水阀在自身弹簧作用下将铁心拉出，排水阀关闭，洗衣机停止排水。
同时，离合器上制动杆靠制动弹簧的作用恢复原位，为洗涤漂洗过程中波轮转动做好准备。
2.2.3水位开关
水位开关也叫压力开关，是一种气压式电触点开关。
它是利用洗衣桶内水位高低不同所产生的不同压力，来控制进水阀的开启和关闭。
此外，它还负责进水与洗涤之间的转换。
1.工作原理
水位开关由三部分组成;
（1）压力传感部分有橡皮膜下部的气室组成；
（2）电气开关部分由中间的一组触电、簧片及开关小压簧组成；（3）压力控制部分包括上部的顶心、压力弹簧以及调整压力的凸轮、杠杆等。
水位开关的气室经过软管与洗衣机外筒连接起来。
平时，橡皮膜处于平衡状态，当水注进外筒后，水首先将贮气室封闭起来，一部分的空气来不及跑出而被封闭在贮气室里。
由于贮气室与水位开关的气室间用压力软管相连通，贮气室的压力也就与水位开关气室的压力相同，随着外桶中水位的上升，贮气室、压力软管和水位开关气室间的空气不断的被压缩，随之压强也成比例的上升，这样就把外桶中的水压转换成了空气压力，并作用在橡皮膜上。
当水注到预定的水位时，气室内的压力也升高到一定值。
当它足以克服压力弹簧通过顶心作用加在弹簧片上的力时，就推动簧片向上移动。
当簧片移动预定位置后，开关下压簧将推动簧片弯到另一个方向，从而使动簧片上的公共触点与常闭触点分离，而与常开触点接触，这样就向程控器发出了“水位已到”的信号，由程控器来控制进水电磁阀关闭，随即进入洗涤程序。
当完成洗衣程序后，程控器向排水电磁铁发出信号，排水阀开启并排水。
随着水位的下降，气室内的压力也逐渐减小，在压力弹簧的作用下，顶心和橡皮膜逐渐下移，到了某一程度时动弹簧又弯向上方，常开与常闭触点都恢复原位，等待下一个进水程序，此时水位开关虽然复位，但并不影响洗衣机继续排水。
旋转凸轮使杠杆上下移动，从而改变压力弹簧的压缩程度。
如果压力弹簧的压缩长度大，则压力气室内的压力要高一些才能将动簧片推到预定位置，以此达到控制水位的目的。
2.水位开关的主要技术参数见表2-2。
表2-2水位开关的主要技术参数
配用程序控制器电气强度
（交流）
额定电压
（V）
额定电流
（A）
气密性
（kPa）
接触电阻
（欧）
绝缘电阻
（兆欧）
电动式程序控制器
1.5
250
3
7.61min
100
2500
微电脑式程序控制器
0.01
6
--
第三章PLC机型选择和控制要求
3.1机型的选择
I/O点数统计
I/O点数是PLC的一项重要指标。
合理选择I/O点数既可使系统满足控制要求，又可使系统总投资最低。
PLC的输入输出总点数和种类应根据被控对象所需控制的模拟量、开关量、输入输出设备情况来确定，一般一个输入输出元件要占用一个输入输出点。
考虑到今后的调整和扩充，一般应在估计的总点数上再加上20%—30%的备用量。
[该系统有11个数字输入点7个数字输出点，具体的输入输出见表3-1。
表3-1I/O点数统计表
输入点
输出点
启动按扭
电动机启动
停止按扭
进水电磁阀
水位选择开关（高水位）
排水电磁阀
水位选择开关（中水位）
洗涤电动机正转继电器
水位选择开关（低水位）
洗涤电动机反转继电器
高水位传感器
脱水桶
中水位传感器
报警器
低水位传感器
水排空传感器
强洗按钮
标准洗按钮
PLC是一种用作数字控制的专用电子计算机，它根据用户给的指令，通过输入接口现场采样信息执行逻辑或数值运算，再通过输出接口去控制各种执行机构动作。
它和单片机一样，主要有CPU、存储器、I/O接口模板三部分。
它是整体模块形式，因此由它作为洗衣机控制系统，在硬件设计上就相对简单点。
通过对结构图的分析，可知全自动洗衣机的I/O点不多,选择抵挡的三菱PLC-CPM1A-V1系列中的CPM1A-20CDR-A-V1，可以完全满足其要求，CPM1A-20CDR-A-V1有20个I/O，根据输入，输出口的总点数，考虑留有适当余量，采用三菱20CDR-A型PLC，可满足设计要求。
3.2I/O分布表：
表3-2I/O分布表
输入继电器
输出继电器
功能作用
输入点
功能作用
输出点
启动
X1
启动洗衣机
Y1
停水
X2
进水阀
Y2
高水位
X3
正转
Y3
中水位
X4
反转
Y4
低水位
X5
排水
Y5
排空检测
X6
脱水
Y6
高水位检测
X7
报警
Y7
强洗
X8
--
--
标准洗
X9
--
--
中水位检测
X10
--
--
低水位检测
X11
--
--
3.3全自动洗衣机的PLC控制系统的要求
1、按下启动按扭及水位选择开关，开始进水直到高（中、低）水位。
2、关水2秒后开始洗涤。
3、强洗时，正转10分钟,10分钟后开始排水，排空后脱水30秒。
标准洗时，正转30秒，停2秒，然后反转30秒，停2秒，
如此循环5次，总共320秒后开始排水，排空后脱水30秒。
4、开始清洗，重复
（1）～（4），清洗两遍。
5、清洗完成，报警3秒并自动停机。
第四章PLC控制系统的软件设计
4.1硬件结构接线图
根据全自动洗衣机的控制要求，对系统控制的I/O点数进行了统计和PLC型号进行了选择，现根据以上的统计和选择对控制系统PLC的外部接线设计如下图4-1。
图4-1硬件连接线路图
4.2控制系统顺序功能图
图4-2全自动洗衣机控制系统顺序功能图
PLC投入运行，系统处于初始状态，准备好启动。
依标准洗为例：
按下启动按钮时开始进水，水满（即水位到达高水位）时停止进水，2
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