基于欧姆龙的plc的全自动洗衣机.docx

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基于欧姆龙的plc的全自动洗衣机

摘要

随着社会经济的发展和科学技术水平的提高，家庭电器全自动化成为必然的发展趋势。

全自动洗衣机的产生极大的方便了人们的生活。

洗衣机是国内家电业唯一不打价格战的行业，经过几年的平稳发展，国产洗衣机无论在质量上还是功能上都和世界领先水平同步。

纵观洗衣机市场，高效节能、省水、省电、环保型洗衣机一直在市场上占主导地位。

本文介绍了采用可编程序控制器（PLC）作为核心控制部件的全自动洗衣机控制系统。

本文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控制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，分别对硬件和软件进行了设计，实现了洗衣机洗衣过程的自动化。

由于洗涤、脱水的时间均由PLC内部的定时器控制，所以只要改变定时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全自动洗衣机控制

Abstract

Alongwiththesocialeconomydevelopmentandthescienceandtechnologylevelenhancement,thefamilyelectricapplianceentireautomationbecomestheinevitabledevelopmenttendency.Entireautomaticwasherisenormousconveniencepeople'slife.Thewasheristhedomesticelectricalappliancesindustrydoesnotonlyhittheprofessionwhichthepricefights,passesthroughseveralyearsteadydevelopment,thedomesticallyproducedwasherregardlessofinqualityorinfunctionallwithworldleadinghorizontalsynchronization.Looksoverthewashermarket,thehighlyeffectiveenergyconservation,theprovincewater,theprovinceelectricity,theenvironmentalprotectionwashercontinuouslyoccupythedominantpositioninthemarket.

Thispaperintroducestheprogrammablelogiccontroller（PLC）asthecorepartofthecontrolautomaticwashingmachinecontrolsystem.Inthispaperthefull-automaticwashingmachinecontrolsystemisanalyzed,andbasedonthis,advancesthefull-automaticwashingmachineisbasedonPLCcontrolplan,andtheschemearediscussed,accordingtotheworkingprincipleofwashingmachinerespectively,thehardwareandsoftwareofthedesign,realizationinthewashinglaundryprocessautomation.Becausethewashing,dehydrationtimeallbyPLCinternaltimercontrol,sojustchangethetimerparameterscanchangethetime.Withhighintelligence,safe,reliable,convenientandflexiblecharacters.

Keyword

PLCentireautomaticwashercontrol

前言

可编程序控制器（ProgramableLogicController,PLC）是随着计算机技术、通信技术、微电子技术和继电器控制技术的进步而又发展起来的一种技术。

当前，PLC已经广泛应用于机械制造、冶金工业、化工、电力、交通、采矿、建材、轻工、环保、食品等各行各业。

既可以用于旧设备的技术改造，又可以用于新产品的开发和机电一体化设计。

早期的PLC大多作为继电器控制的升级换代产品，主要实现简单的逻辑控制。

随着计算机技术、自动控制技术和网络通信技术的发展，PLC技术也得到了很好的发展，其功能远远超过早期PLC的逻辑控制，还具有过程控制、运动控制，更多的具有了强大的网络通信能力，使之与CAD/CAM以及机器人技术一起被称为当代工业自动化生产的三大支柱。

PLC的应用面广、功能强大、使用方便，是当代工业自动化的主要设备之一。

PLC已经广泛地应用在各种机械设备和生产过程的自动控制系统中，当然PLC在其他领域也得到了迅速的发展。

在发达的工业国家，PLC已经广泛的应用在所有的工业部门，随着其性能价格比的不断提高，应用范围不断扩大，在我国有越来越多的行业领域开始应用到PLC。

PLC的应用领域主要有数字量逻辑控制、运动控制、闭环过程控制、数据处理、通信联网等几个方面。

本设计是基于PLC的全自动洗衣机控制，采用PLC控制有开发周期短，开发成本低，可以直接用于工业现场控制等特点。

PLC控制具有实时性、信号处理时间短、速度快等优点，更能满足各个领域大、中、小型工业控制项目。

可靠性高、具有丰富的I/O卡件，其质优价廉，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。

第一章绪论

1.1洗衣机的发展概况

从古到今，洗衣服都是一项难于逃避的家务，而在洗衣机出现以前，它对许多人而言并不像田园试描绘的那样充满乐趣，手搓，冲刷，甩打……这些不断重复的简单体力劳动，留给人的感受常常是：

辛苦劳累。

1858年世界上第一台洗衣机诞生，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，美国发明了蒸汽洗衣机，蒸汽动力开始取代人力。

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。

1.2选题的背景意义

洗衣机是人们日常生活中常见的一种家电，已成为人们生活中不可缺少的家用电器。

本课题主要着重于基于PLC的全自动洗衣机的设计，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。

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。

采用可编程序控制器（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。

1.3PLC在洗衣机中的应用

以往以单片机为中心控制系统工作的全自动洗衣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录，还无形地增加了维修的成本费用。

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。

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的设计灵活性及控制系统的可靠性。

第2章PLC的简介

2.1PLC的概述

可编程序控制器（PLC）是一种数字运算操作的电子系统，专为在工业环境应用而设计的。

它采用一类可编程的存储器，用于其内部存储程序、执行逻辑运算、顺序控制、定时、计数与算术操作等面向用户的指令，并通过数字和模拟式输入/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外部设备，都按易于与工业控制系统联成一个整体、易于扩充其功能的原则设计。

2.2PLC的组成

PLC主要由CPU模块、输入模块、输出模块、编程器和电源等部分组成，如图2-1所示。

图2-1PLC的组成图

1、中央处理单元（CPU）

CPU作为整个PLC的核心，起着总指挥的作用。

CPU一般由控制电路、运算器和寄存器组成。

这些电路通常都被封装在一个集成电路的芯片上。

CPU通过地址总线、数据总线、控制总线与存储单元、输入输出接口电路连接。

CPU的功能有以下一些：

从存储器中读取指令，执行指令，取下一条指令，处理中断。

2、输入输出模块（I/O模块）

I/O模块实际上是PLC与被控对象间传递输入输出信号的接口部件。

I/O模块有良好的电隔离和滤波作用。

接到PLC输入接口的输入器件是各种开关、按钮、传感器等。

PLC的各输出控制器件往往是电磁阀、接触器、继电器，而继电器有交流和直流型，高电压型和低电压型，电压型和电流型。

3、编程器

编程器用来生成用户程序，并用它进行编辑、检查、修改和监视用户程序的执行情况。

手持式编程器不能直接输入和编辑梯形图，只能输入和编辑指令表程序，因此又叫做指令编程器。

它的体积小，价格便宜，一般用来给小型PLC编程，或者用于现场调试和维护。

使用编程软件可以在计算机的屏幕上直接生成和编辑梯形图、指令表、功能块图和顺序功能图程序，并可以实现不同编程语言的相互转换。

程序被编译后下载到PLC，也可以将PLC中的程序上传到计算机。

程序可以存盘或打印，通过网络，还可以实现远程编程和传送。

4、电源

PLC一般使用220V交流电源或24V直流电源。

内部的开关电源为各模块提供DC5V，±12V，±24V等直流点与昂。

小型PLC一般都可以为输入电路和外部的电子传感器（如接近开关）提供24V直流电源，驱动PLC负载的直流电源一般由用户提供。

5、编程器

编程器是PLC的最重要外围设备。

利用编程器将用户程序送入PLC的存储器，还可以用编程器检查程序，修改程序，监视PLC的工作状态。

除此以外，在个人计算机上添加适当的硬件接口和软件包，即可用个人计算机对PLC编程。

利用微机作为编程器，可以直接编制并显示梯形图。

2.3PLC的工作方式

PLC虽然以微处理器为核心，具有微型计算机的许多特点，但它的工作方式却与微型计算机有很大的不同，微型计算机一般采用等待命令或中断的工作方式，如常见的键盘扫描方式或I/O扫描方式，当有键按下或I/O动作，则转入相应的子程序或中断服务程序，无键按下，则继续扫描等待。

PLC采用循环扫描的工作方式，即顺序扫描，不断循环这种工作方式是在系统软件控制下进行的。

当PLC运行时，CPU根据用户按控制要求编写好并存于用户存储器中的程序，按序号作周期性的程序循环扫描，程序从第一条指令开始，逐条顺序执行用户的程序直到程序结束。

然后重新返回第一条指令，再开始下一次扫描；如此周而复始。

实际上，PLC扫描工作除了执行用户程序外，还要完成其他工作，整个工作过程分为自诊断、通讯服务、输入处理、输出处理、程序执行五个阶段。

如图2-2所示。

图2-2PLC循环扫描示意图

1、自诊断

每次扫描用户程序之前，都先执行故障自诊断程序。

自诊断内容包括I/O部分、存储器、CPU等，并通过CPU设置定时器来监视每次扫描是否超过规定的时间，如果发现异常，则停机并显示出错。

若自诊断正常，则继续向下扫描。

2、通讯服务

PLC检查是否有与编程器、计算机等的通讯要求，若有则进行相应处理。

3、输入处理

PLC在输入刷新阶段，首先以扫描方式按顺序从输入缩存器中写入所有输入端子的状态或数据，并将其存入内存中为其专门开辟的暂存区——输入状态映像区中，这一过程称为输入采样，或是如刷新，随后关闭输入端口，进入程序执行阶段，即使输入端有变化，输入映像区的内容也不会改变。

变化的输入信号的状态只能在下一个扫描周期的输入刷新阶段被读入。

4、输出处理

同输入状态映像区一样，PLC内存中也有一块专门的区域称为输出状态映像区。

当程序的所有指令执行完毕，输出状态映像区中所有输出继电器的状态就在CPU的控制下被一次集中送至输出锁存器中，并通过一定的输出方式输出，推动外部的相应执行器件工作，这就是PLC输出刷新阶段。

5、程序执行

PLC在程序执行阶段，按用户程序顺序扫描执行每条指令。

从输入状态映像区读出输入信号的状态，经过相应的运算处理等，将结果写入输出状态映像区。

通常将自诊断和通讯服务合称为监视服务。

输入刷新和输出刷新称为I/O刷新。

可以看出，PLC在一个扫描周期内，对输入状态的扫描只是在输入采样阶段进行，对输出赋的值也只有在输出刷新阶段才能被送出，而在程序执行阶段输入、输出会被封锁。

这种方式称作集中采样、集中输出。

2.4PLC的应用领域

目前，PLC在国内外已广泛应用于钢铁、石油、化工、电力、建材、机械制造、汽车、轻纺、交通运输、环保及文化娱乐等各个行业，使用情况主要分为如下几类：

1．开关量逻辑控制

　　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、订书机械、组合机床、磨床、包装生产线、电镀流水线等。

2．工业过程控制

　　在工业生产过程当中，存在一些如温度、压力、流量、液位和速度等连续变化的量（即模拟量），PLC采用相应的A/D和D/A转换模块及各种各样的控制算法程序来处理模拟量，完成闭环控制。

PID调节是一般闭环控制系统中用得较多的一种调节方法。

过程控制在冶金、化工、热处理、锅炉控制等场合有非常广泛的应用。

3．运动控制

　　PLC可以用于圆周运动或直线运动的控制。

一般使用专用的运动控制模块，如可驱动步进电机或伺服电机的单轴或多轴位置控制模块，广泛用于各种机械、机床、机器人、电梯等场合。

4．数据处理

　　PLC具有数学运算（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。

数据处理一般用于如造纸、冶金、食品工业中的一些大型控制系统。

5．通信及联网

　　PLC通信含PLC间的通信及PLC与其它智能设备间的通信。

随着工厂自动化网络的发展，现在的PLC都具有通信接口，通信非常方便。

2.5PLC未来的展望

21世纪，PLC会有更大的发展。

从技术上看，计算机技术的更新成果会更多地应用于可编程控制器的设计和制造上，会有运算速度更快、存储容量更大、智能更强的品种出现；从产品规模上看，会进一步向超小型及超大型方向发展；从产品的配套性上看，产品的品种会更丰富，规格更齐全，完美的人机界面、完善的通信设备会更好地适应各种工业控制场合的需求；从市场上看，各国各自生产多品种产品的情况会随着国际竞争的加剧而打破，会出现少数几个品牌垄断国际市场的局面，会出现国际通用的编程语言；从网络的发展情况来看，可编程控制器和其他工业控制计算机网构成大型的控制系统是可编程控制器技术的发展方向。

目前的计算机集散控制DCS（DistributedControlSystem）中已有大量的可编程控制器应用。

伴随着计算机网络的发展，可编程控制器作为自动化控制网络和国际通用网络的重要组成部分，将在工业及工业以外的众多领域发挥越来越大的作用。

第3章系统硬件设计

3.1系统简介

3.1.1全自动洗衣机的工作原理

洗衣机的洗涤过程主要是在机械产生的排渗、冲刷等机械作用和洗涤剂的润湿、分散作用下，将污垢拉入水中来实现洗净的目的。

首先充满于波轮叶片间的洗涤液，在离心力的作用下被高速甩向桶壁，并沿桶壁上升。

在波轮中心处，因甩出液体而形成低压区，又使得洗涤液流回波轮附近。

这样，在波轮附近形成了以波轮轴线为中心的涡流。

衣物在涡流的作用下，作螺旋式回转，吸入中心后又被甩向桶壁，与桶壁发生摩擦。

又由于波轮中心是低压区，衣物易被吸在波轮附近，不断地与波轮发生摩擦，如同人工揉搓衣物，污垢被迫脱离衣物。

其次，当衣物被放进洗涤液之后，由于惯性作用运动缓慢，在水流与衣物之间存在着速度差，使得两者发生相对运动，水流与衣物便发生相对摩擦，这种水流冲刷力同样有助于污垢离开衣物。

再次由于洗衣涌形状的不规则，当旋转着的水流碰到桶壁后，其速度和方向都发生了改变，形成湍流。

在湍流的作用下，衣物做无规则地运动并翻滚，其纤维不断被弯曲、绞纽扣拉长，衣物相互相摩擦，增大了洗涤的有效面积，提高衣物的洗净的均匀性。

全自动洗衣机是通过水位开关与电磁进水阀配合来控制进水、排水以及电机的通断：

从而实现自动控制的。

电磁进水阀起着通、断水源的作用。

当电磁线圈断电时，移动铁芯在重力和弹簧力的作用下，紧紧顶在橡胶膜片上，并将膜片的中心小孔堵塞，这样阀门关闭，水流不通。

当电磁线圈通电后，移动铁芯在磁力作用下上移，离开膜片，并使膜片的中心小孔打开，于是膜片上方的水通过中心小孔流入洗衣桶内。

由于中心小孔的流通能力大于膜片两侧小孔的流通能力，膜片上方压强迅速减小，膜片将在压力差的作用下上移，闭门开启，水流导通。

3.1.2工艺工程分析

通常地，人们采用洗衣机来洗衣服需要经历洗衣、清洗、排水、脱水等四个环节。

在全自动洗衣机中，这样的一个过程完全由PLC来完成。

当人们将衣服和洗衣液放进洗衣机，按下启动按钮后，洗衣机就会自动完成洗衣服的整个过程。

并且，全自动洗衣机需要其控制系统足够可靠，以避免洗衣机轻易出现故障。

全自动洗衣机中，PLC主要完成以下的功能：

1、检测功能

（1）检测进水是否到了需要的水位，即进水是否完成。

（2）检测排水是否完成。

2、控制功能

（1）控制进水、洗衣、排水、脱水等洗衣机的动作。

（2）控制洗衣、清洗、脱水、蜂鸣等的时间长短。

（3）控制洗衣、清洗的次数。

（4）控制在洗衣机完成一个动作到下一个动作的准确转换。

（5）控制完成洗衣时的信号提示。

3.1.3系统的控制方案

PLC投入运行，系统处于初始状态，准备好启动。

（1）按下启动按钮。

（2）开始进水，水满（即水达到高水位）时停止进水。

（3）停止进水2s后开始洗涤。

（4）洗涤时，正转10s，停2s，反转10s，再停2s。

（5）如此循环30次，30次满后开始排水，排空（即水位下降到低水位）后，开始脱水。

（6）重复

（2）——（4）的步骤，直到完成3次循环。

（7）3次循环完成后，则进行2s蜂鸣。

（8）蜂鸣完成后洗涤过程全部结束，自动停机。

3.2PLC的选型

系统设计的水平将直接影响控制系统的性能、设备的可靠性。

这其中PLC的选型至关重要，如何根据不同的控制要求选择合适的PLC，设计出运行平稳、动作可靠、安全实用、调试方便、易于维护的控制系统呢？

在PLC系统设计时，首先应该确定系统方案，下一步工作就是PLC的设计选型。

选择PLC有如下几方面的内容：

1、输入/输出（I/O）点的估算：

PLC的输入输出点数是PLC的基本参数之一。

I/O点数的确定以控制所需的所输入/输出点数的总和为依据。

在一般情况下，PLC的I/O点数应当有适当的余量。

2、PLC的存储器容量的估算：

存储器容量是指可编程序控制器本身能提供的存储单元大小，各种PLC的存储器容量大小可以从该PLC的基本参数中找到。

程序容量是存储器中用户程序所使用的存储单元的大小，因此存储容量应大于程序容量。

3、PLC通讯功能的选择：

现在PLC的通讯功能越来越强大，很多PLC都支持多种通讯协议（有些需要配备相应的通讯模块），选择时要根据实际需要选择合适的通讯方式。

PLC系统的通讯网络主要形式由以下几种形式：

（1）PC为主站，多台型号PLC为从站，组成简易PLC网络；

（2）1台PLC为主站，其他同型号PLC为从站，构成主从式PLC网络；

（3）PLC网络通过特定网络接口连接到大型DCS中作为DCS的子网；

（4）专用PLC网络（各厂商的专用PLC通信网络）。

4、PLC机型的选择：

PLC按结构分为整体型和模块型两类。

整体性PLC的I/O点数较少且相对固定，因此用户选择的余地较小，通常用于小型的控制系统。

模块型PLC提供多种I/O模块可以在PLC基板上插接，方便用户根据需要合理地选择和配置控制系统的I/O点数。

因此，模块型PLC的配置比较灵活，一般用于大中型控制系统。

3.3传感器的选型与工作原理

传感器按原理分类可分为两大类型：

压力传感器和应变传感器。

按被测量分类主要可分为四大类型：

震动、冲击传感器类、压力传感器类、力传感器及特性传感器