毕业设计论文基于PLC全自动洗衣机设计.docx
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毕业设计论文基于PLC全自动洗衣机设计
扬州职业大学
毕业设计（论文）
基于PLC全自动洗衣机系统控制
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摘要
该设计描述了洗衣机由进水、洗涤、排水、脱水、报警到自动停机的循环过程，并设计相应的系统软件，结合相应的硬件系统，提高控制系统的可靠性，全自动洗衣机应用了可编程控制器，它的功能强、可靠性极强、编程简单、使用方便、体积小。
它结合全自动洗衣机控制系统的要求，进行程序的设计，从主要部件的选择、流程的分析、程序思路的产生来完成本次设计任务。
从而实现对可编程控制。
此设计主要介绍了全自动洗衣机的工作原理，控制系统的plc造型和资源的配置，控制系统程序设计与调试。
根据全自动洗衣机的工作原理，利用可编程控制器实现控制。
关键词：
PLC：
洗衣机；全自动；可编程控制器
ABSTRACT
Thedesignisdescribedbythewaterwashingmachines,washing,drainage,dewatering,alarmtoautomaticallystopthecycle,anddesigntheappropriatesystemsoftware,combinedwiththeappropriatehardwaresystemtoimprovecontrolsystemreliability,applicationofaprogrammableautomaticwashingmachinecontroller,itfeaturesstrong,highlyreliable,simpletoprogram,easytouse,smallsize.Automaticwashingmachinecontrolsystemwhichcombinestherequirementsforthedesignprocess,fromthemainpartoftheselection,processanalysis,ideagenerationprocesstocompletethisdesigntask.Torealizetheprogrammablecontrol.
Thisdesignintroducesafullyautomaticwashingmachineworks,plccontrolsystemmodelingandresourceallocation,controlsystemprogramminganddebugging.Accordingtotheworkingprincipleofautomaticwashingmachine,usingaprogrammablecontrollerforcontrol.
Keywords:
PLC:
washingmachine;automatic;programmablecontroller
前言
目前自动洗衣机已经成为每个家庭所必需的电器，随着它的畅销出现了各种各样的全自动洗衣机，该设计实现了洗衣机由进水、洗涤、排水、脱水、报警到自动停机的循环过程设计了相应的系统软件。
在工业控制系统中广泛应用的PLC能克服单片机的缺点，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，因此在运用中，硬件也相对简单，提高控制系统的可靠性。
另外它的编程语言也相对简单，因此在该设计中采用了PLC来实现全自动洗衣机的工作过程。
该系统由可编程控制器、变频器、触摸屏等控制元件组成，可编程控制器完成整个系统逻辑控制、各运行相关参数传送与读写、设备运行状态显示功能。
变频器与可编程控制器利用自由口通讯协议通讯完成设备的启/停、简易PLC程序的执行及其它相关运行参数的传送。
PLC与触摸屏通讯实现人机对话，完成相关参数设置、启停操作与状态显示。
全自动洗衣机利用可编程控制器、变频器与人机界面等自动化产品的有机结合来实现对工业洗涤设备的自动控制，其主要控制思路是对洗涤设备的进水/出水、洗涤模式、洗涤时间、脱水频率的设定、可编程控制器通讯功能的应用、变频器简易PLC功能的应用进行有机的组合与设计。
此论文的初始对自动洗衣机进行了分类。
按自动化程度分类，洗衣机可分为普通型、半自动型、全自动型三大类。
并依次做了简单的介绍，同时全自动洗衣机应用了可编程控制器，它的功能强、可靠性极强、编程简单、使用方便、体积小。
现已广泛应用于工业控制的各个领域，然后主要是介绍全自动洗衣机的工作原理，利用可编程控制器PLC实现控制。
该论文设计主要包括：
plc基础知识简介及应用，可编程控制器的应用，PLC控制系统设计与应用。
主要的参考文献：
1：
王振民.PLC原理及应用
2:
谢克明，夏路易.可编程控制器原理与程序设计
3:
王永华.现代电气控制及PLC应用技术
4:
蒋金周.全自动洗衣机的PC智能控制
摘要………………………………………………………………………………………1
前言………………………………………………………………………………………2
第1章可编程控制器概述..……………………………………………………4
1.1可编程控制器的趋势与动向……………………………………….4
1.2可编程控制器的特点………………………………………………….5
1.3可编程控制器的原理……………………………………………………5
第2章控制系统的设计.…………………………………………………………7
2.1PLC控制系统的设计的基本原则…………………………………….7
2.2PLC应用的特点……………………………………………………………7
2.3PLCI/O模块的选择步骤与原则…………………………………….8
2.3.1开关量I／O模块的选择…………………………………9
2.3.2模拟量I／O模块的选择………………………………11
2.3.3特殊功能模块的选择…………………………………11
第3章全自动洗衣机的PLC控制………………………………………12
3.1任务介绍…………………………………………………………………….12
3.2功能描述……………………………………………………………………13
3.3控制要求………………………………………………………………….14
3.4控制程序编制及画出硬件接线图…………………………………….16
3.5I/O定时器/计时器的使用…………………………………………….18
3.6梯形图……………………………………………………………………….20
3.7指令表…………………………………………………………………………22
第4章操作说明………………………………………………………………………23
第5章课程设计总结……………………………………………………………….24
第6章感谢……………………………………………………………………….25
参考文献……………………………………………………………………………….26
附录总接线图……………………………………………………………………….27
第一章可编程控制器的概述
1.1可编程控制器的趋势与动向
一、当代PLC技术的发展趋势
发展迅速，产品更新换代；开发各种智能化模块，不断增强过程功能；PLC与个人计算机（PC）结合；通信联网功能不断增强；发展新的编程语言，增强容错功能。
二、当代PLC技术的发展动向
美国通用汽车以用户身份提出新一代控制器应具备十大条件，这十大条件是：
1.编程方便，可在现场修改程序；
2.维修方便，最好是插件式；
3.可靠性高于继电器控制柜；
4.体积小于继电器控制柜；
5.可将数据直接送入管理计算机；
6.在成本上可与继电器控制竞争；
7.输入可以是交流115V；
8.输出为交流115V/2A以上，能直接驱动电磁阀；
9.在扩展时，原有系统只要很小变更；
10.用户程序存储容量至少能扩展到4K字节。
1969年美国数字设备公司成功研制世界第一台可编程序控制器PDP-14，并在GM公司的汽车自动装配线上首次使用并获得成功。
接着美国MODICON公司也研制出084控制，从此，这项新技术迅速在世界各国得到推广应用。
1971年日本从美国引进这项技术，很快研制出第一台可编程序控制器DSC-18。
1973年西欧国家也研制出他们的第一台可编程控制器。
我国从1974年开始研制，1977年开始工业推广应用。
进入20世纪70年代，随着微电子技术的发展，尤其是PLC采用通讯微处理器之后，这种控制器就不在不局限于当初的逻辑运算了，功能得到更进一步增强。
进入20世纪80年代，随着大规模和超大规模集成电路等微电子技术的迅猛发展，以16位和少数32位微处理器构成的微机化PLC，使PLC的功能增强，工作速度快，体积减小，可靠性提高，成本下降，编程和故障检测更为灵活、方便。
1.2可编程控制器的特点
硬件配置灵活，，编程方法简便，抗干扰能力强，能适应较恶劣的工业环境（工作室温度可在0-60℃，存放温度可为-40～80℃,相对湿度可达95%），体积小，维护费用低。
（1）PLC能接收、处理和输出各种开关量、模拟量和不同码制的数码，除能实现一般的逻辑控制（顺序、步进、时序、条件和锁存等）功能外，还能实现数值运算、数据转换及数据通信等功能，配备适当的外围设备可以进行打印。
（2）由于编程软件化（可新编程序、可修改程序和数据处理的可接口性），当生产工艺（或流程）改变时只需要修改软件，而不需要改变硬件即可满足新的控制要求，大大方便了设计和现场使用，缩短了设计施工和调试周期。
（3）PLC能与上一级计算机直接相连，在综合自动化控制系统中可以合理地实现分级控制，作为基础控制级使用。
（4）PLC采用独特而简便的编程方法，并采用与工艺流程相适应的一般符号。
编程方法简明通俗，易学、易编、易改，很容易将原来的继电器控制线路直接翻译到PLC软件上。
1.3可编程控制器的原理
可编程控制器是一种数字式运算操作的电子系统，专为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，并通过数字式、模拟式的知识界面输出，控制各种类型的机械或生产过程。
plc扩充其功能的原则进行高度人性化。
因此，可编程控制器以其简单易懂、操作方便、可靠性高、通用灵活、体积小、使用寿命长等一系列优点，在汽车、钢铁、航空航天、船舶、化工、纺织、食品、造纸、军工等工业领域获得了广泛的应用。
本书以我国目前应用最广泛的三种高性能小型机为背景，系统阐述了可编程控制器的结构、工作原理、硬件和软件系统以及plc控制系统从设计到安装到维护的系统设计过程，并对plc的组网技术进行了详细介绍。
本书内容新颖，深入浅出，语言通俗易懂，理论联系实际。
通过实例，详细地介绍了plc在不同行业中的具体应用，在编写形式上，注重理论与实践的结合，不但在各章节适时插入实例，使读者加深理解和掌握具体内容，而且以综合举例作为最后一章，以便于读者参考和提高综合应用可编程控制器的能力。
本书可作为高等学校机电一体化专业、自动化专业、电气技术专业及其他相关专业的教材，也可作为广大工程技术人员的参考用书。
第二章 PLC控制系统设计
2.1 PLC控制系统设计的基本原则
任何一种控制系统都是为了实现被控对象的工艺要求，以提高生产效率和产品质量。
因此，在设计PLC控制系统时，应遵循以下基本原则：
1.最大限度地满足被控对象的控制要求
充分发挥PLC的功能，最大限度地满足被控对象的控制要求，是设计PLC控制系统的首要前提，这也是设计中最重要的一条原则。
这就要求设计人员在设计前就要深入现场进行调查研究，收集控制现场的资料，收集相关先进的国内、国外资料。
同时要注意和现场的工程管理人员、工程技术人员、现场操作人员紧密配合，拟定控制方案，共同解决设计中的重点问题和疑难问题。
2.保证PLC控制系统安全可靠
保证PLC控制系统能够长期安全、可靠、稳定运行，是设计控制系统的重要原则。
这就要求设计者在系统设计、元器件选择、软件编程上要全面考虑，以确保控制系统安全可靠。
例如：
应该保证PLC程序不仅在正常条件下运行，而且在非正常情况下（如突然掉电再上电、按钮按错等），也能正常工作。
3.力求简单、经济、使用及维修方便
一个新的控制工程固然能提高产品的质量和数量，带来巨大的经济效益和社会效益，但新工程的投入、技术的培训、设备的维护也将导致运行资金的增加。
因此，在满足控制要求的前提下，一方面要注意不断地扩大工程的效益，另一方面也要注意不断地降低工程的成本。
这就要求设计者不仅应该使控制系统简单、经济，而且要使控制系统的使用和维护方便、成本低，不宜盲目追求自动化和高指标。
4.适应发展的需要
由于技术的不断发展，控制系统的要求也将会不断地提高，设计时要适当考虑到今后控制系统发展和完善的需要。
这就要求在选择PLC、输入/输出模块、I/O点数和内存容量时，要适当留有裕量，以满足今后生产的发展和工艺的改进。
2.2 PLC的应用特点
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。
使用PLC构成控制系统，和同等规模的继电接触器系统相比，电气接线及开关接点已减少到数百甚至数千分之一，故障也就大大降低。
此外，PLC带有硬件故障自我检测功能，出现故障时可及时发出警报信息。
在应用软件中，应用者还可以编入外围器件的故障自诊断程序，使系统中除PLC以外的电路及设备也获得故障自诊断保护。
这样，整个系统将极高的可靠性。
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。
除了逻辑处理功能以外，PLC大多具有完善的数据运算能力，可用于各种数字控制领域。
多种多样的功能单元大量涌现，使PLC渗透到了位置控制、温度控制、CNC等各种工业控制中。
加上PLC通信能力的增强及人机界面技术的发展，使用PLC组成各种控制系统变得非常容易。
3．易学易用，深受工程技术人员欢迎
PLC是面向工矿企业的工控设备。
它接口容易，编程语言易于为工程技术人员接受。
梯形图语言的图形符号与表达方式和继电器电路图相当接近，为不熟悉电子电路、不懂计算机原理和汇编语言的人从事工业控制打开了方便之门。
4．系统的设计，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，同时日常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而改变生产过程成为可能。
这特别适合多品种、小批量的生产场合。
2.3 PLCI/O模块的选择步骤与原则
一般I／O模块的价格占PLC价格的一半以上。
PLC的I／O模块有开关量I／O模块、模拟量I／O模块及各种特殊功能模块等。
不同的I／O模块，其电路及功能也不同，直接影响PLC的应用范围和价格，应当根据实际需要加以选择。
2.3.1开关量I／O模块的选择
1、开关量输入模块的选择
开关量输入模块是用来接收现场输入设备的开关信号，将信号转换为PLC内部接受的低电压信号，并实现PLC内、外信号的电气隔离。
选择时主要应考虑以下几个方面：
1）输入信号的类型及电压等级
开关量输入模块有直流输入、交流输入和交流／直流输入三种类型。
选择时主要根据现场输入信号和周围环境因素等。
直流输入模块的延迟时间较短，还可以直接与接近开关、光电开关等电子输入设备连接；交流输入模块可靠性好，适合于有油雾、粉尘的恶劣环境下使用。
开关量输入模块的输入信号的电压等级有：
直流5Ｖ、12Ｖ、24Ｖ、48Ｖ、60Ｖ等；交流110Ｖ、220Ｖ等。
选择时主要根据现场输入设备与输入模块之间的距离来考虑。
一般5Ｖ、12Ｖ、24Ｖ用于传输距离较近场合，如5Ｖ输入模块最远不得超过１０米。
距离较远的应选用输入电压等级较高的模块。
2）输入接线方式
开关量输入模块主要有汇点式和分组式两种接线方式。
汇点式的开关量输入模块所有输入点共用一个公共端（COM）；而分组式的开关量输入模块是将输入点分成若干组，每一组（几个输入点）有一个公共端，各组之间是分隔的。
分组式的开关量输入模块价格较汇点式的高，如果输入信号之间不需要分隔，一般选用汇点式的。
3）注意同时接通的输入点数量
对于选用高密度的输入模块（如32点、48点等），应考虑该模块同时接通的点数一般不要超过输入点数的60％。
4）输入门槛电平
为了提高系统的可靠性，必须考虑输入门槛电平的大小。
门槛电平越高，抗干扰能力越强，传输距离也越远，具体可参阅PLC说明书。
2、开关量输出模块的选择
开关量输出模块是将PLC内部低电压信号转换成驱动外部输出设备的开关信号，并实现PLC内外信号的电气隔离。
选择时主要应考虑以下几个方面：
1）输出方式
开关量输出模块有继电器输出、晶闸管输出和晶体管输出三种方式。
继电器输出的价格便宜，既可以用于驱动交流负载，又可用于直流负载，而且适用的电压大小范围较宽、导通压降小，同时承受瞬时过电压和过电流的能力较强，但其属于有触点元件，动作速度较慢（驱动感性负载时，触点动作频率不得超过1HZ）、寿命较短、可靠性较差，只能适用于不频繁通断的场合。
对于频繁通断的负载，应该选用晶闸管输出或晶体管输出，它们属于无触点元件。
但晶闸管输出只能用于交流负载，而晶体管输出只能用于直流负载。
2）输出接线方式
开关量输出模块主要有分组式和分隔式两种接线方式。
分组式输出是几个输出点为一组，一组有一个公共端，各组之间是分隔的，可分别用于驱动不同电源的外部输出设备；分隔式输出是每一个输出点就有一个公共端，各输出点之间相互隔离。
选择时主要根据PLC输出设备的电源类型和电压等级的多少而定。
一般整体式PLC既有分组式输出，也有分隔式输出。
3）驱动能力
开关量输出模块的输出电流（驱动能力）必须大于PLC外接输出设备的额定电流。
用户应根据实际输出设备的电流大小来选择输出模块的输出电流。
如果实际输出设备的电流较大，输出模块无法直接驱动，可增加中间放大环节。
4）注意同时接通的输出点数量
选择开关量输出模块时，还应考虑能同时接通的输出点数量。
同时接通输出设备的累计电流值必须小于公共端所允许通过的电流值，如一个220V／2A的８点输出模块，每个输出点可承受2A的电流，但输出公共端允许通过的电流并不是16A（8×2A），通常要比此值小得多。
一般来讲，同时接通的点数不要超出同一公共端输出点数的60％。
5）输出的最大电流与负载类型、环境温度等因素有关
开关量输出模块的技术指标，它与不同的负载类型密切相关，特别是输出的最大电流。
另外，晶闸管的最大输出电流随环境温度升高会降低，在实际使用中也应注意。
2.3.2模拟量I／O模块的选择
模拟量I／O模块的主要功能是数据转换，并与PLC内部总线相连，同时为了安全也有电气隔离功能。
模拟量输入（A／D）模块是将现场由传感器检测而产生的连续的模拟量信号转换成PLC内部可接受的数字量；模拟量输出（D／A）模块是将PLC内部的数字量转换为模拟量信号输出。
典型模拟量I／O模块的量程为-10V~+10V、0~+10V、4~20mA等，可根据实际需要选用，同时还应考虑其分辨率和转换精度等因素。
一些PLC制造厂家还提供特殊模拟量输入模块，可用来直接接收低电平信号（如RTD、热电偶等信号）。
2.3.3、特殊功能模块的选择
目前，PLC制造厂家相继推出了一些具有特殊功能的I／O模块，有的还推出了自带CPU的智能型I／O模块，如高速计数器、凸轮模拟器、位置控制模块、PID控制模块、通信模块等。
第三章 全自动洗衣机PLC控制
3.1 PLC控制
3.1.1．课题名称：
全自动洗衣机PLC控制
3.1.2．工艺要求及动作流程
洗衣机的应用现在比较普遍。
全自动洗衣机的实物示意图如下图1所示。
图3.1自动洗衣机示意图
全自动洗衣机的洗衣桶（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。
3.2功能描述
洗衣服全过程描述：
转好衣服放好洗涤液后，关上洗衣机的门，门开关SB0闭合后才能正常洗涤。
按下启动按钮SB1，洗衣机的进水电磁阀Y1打开，开始进水，上限水位开关SB2闭合停止进水。
开始进行预浸5分钟。
当然在开始洗涤前就要选择好洗涤方式，这里只设置三种洗涤方式，强洗、标准洗、柔洗。
强洗：
是洗涤电动机只进行正转进行衣服的洗涤，洗涤时间为15分钟：
标准洗：
是洗涤电动机先正转20秒，然后停转5秒，早反转20秒，有停转5秒，在又正转，如此反复循环，整个标准洗的时间为20分钟：
柔洗：
是洗涤电动机先正转15秒，再停10秒，然后反转15秒，再停10秒，又开始正转，如此反复循环，整个柔洗的时间为30分钟。
洗涤完成后，打开排水电磁阀Y2开始排水，当下限水位开关SB3断开时表示水已经排完，就开始进入到漂洗阶段。
拍哦洗就是放进干净水，上限水位开关闭合后停止进水，洗涤电动机采用标准洗的工作方式进行漂洗，单次漂洗时间为5分钟，时间到后开始将水排完，又重新进行新一轮漂洗，总共漂洗4次。
漂洗结束后将水排完，在进行脱水，次是洗涤电动机接通的是高速绕组，进行高速旋转，通过长生的离心力将衣服的水分从桶壁的小孔甩出去，脱水时间不能超过5分钟。
当脱水过程结束后，开始蜂鸣器YW报警，提示衣服已经那个洗好。
3.3 控制要求
PLC投入运行，系统处于初始状态，准备好启动。
（1）按下启动按扭及水位选择开关，开始进水，水满（即水位到达高低）时停止进水。
（2）2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。
3.4.1主接线路如下图所示：
图3.2
3.4.2PLC硬件连接线路如下图所示：
图3.3
3.4.3设计功能顺序如下图
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