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基于PLC控制的洗衣机设计

毕业设计（论文）

题目：

基于PLC控制的洗衣机设计

所属院（系）电子信息工程学院

2011年6月15日

摘要·······································································Ⅲ

Abstract···································································Ⅳ

第一章绪论·································································1

1.1洗衣机的发展历史·······················································1

1.2自动控制的应用领域·····················································3

1.3选题的背景意义·························································3

1.4本文的主要工作·························································3

第二章系统的总体设计·······················································5

2.1洗衣机控制系统简介·····················································5

2.2控制系统的组成·························································5

第三章逻辑可编程控制器（PLC）介绍··········································6

3.1PLC概述································································6

3.1.1可编程控制器的产生与发展··········································6

3.1.2可编程控制器的用途与特点··········································8

3.2PLC的硬件组成··························································9

3.3PLC的软件及应用程序编程语言···········································10

3.4可编程控制器的工作原理及运行方式······································11

3.4.1输入采样阶段·····················································11

3.4.2用户程序执行阶段·················································11

3.4.3输出刷新阶段·····················································12

3.5PLC的特点····························································12

3.5.1可靠性高，抗干扰能力强············································12

3.5.2配套齐全，功能完善，适用性强······································13

3.5.3易学易用，深受工程技术人员欢迎····································13

3.5.4系统的设计、建造工作量小，维护方便，容易改造·····················13

3.5.5体积小，重量轻，能耗低············································13

3.6PLC控制系统设计的基本原则············································13

3.6.1最大限度地满足被控对象的控制要求·································13

3.6.2保证PLC控制系统安全可靠·········································14

3.6.3力求简单、经济、使用及维修方便·····································14

3.6.4适应发展的需要····················································14

3.7开关量I／O模块的选择·················································14

3.7.1开关量输入模块的选择··············································14

3.7.2开关量输出模块的选择·············································15

3.7.3模拟量I／O模块的选择·············································16

第四章洗衣机硬件理论与设计················································17

4.1硬件的设计····························································17

4.2可编程控制器··························································17

4.2.1可编程控制器的基本概念与基本结构·································17

4.2.2可编程控制器的基本特点···········································19

4.2.3S7-200系列PLC···················································19

4.2.4开关两I/O模块的选择·············································19

4.2.5可编程控制器I/O分配表···········································21

4.2.6可编程控制器的选择···············································21

4.2.7PLC的工作环境····················································21

4.3变频器的使用及参数设定················································22

4.4继电器································································23

4.4.1继电器简介·······················································23

4.4.2继电器组的应用及实现功能·········································23

4.5本章小结·····························································24

第五章系统梯形图设计·····················································25

5.1梯形图总体设计·······················································25

5.2本章小结·····························································27

总结·······································································28

参考文献···································································29

致谢·······································································30

附录·······································································31

基于PLC控制的洗衣机设计

摘要

本文介绍了采用逻辑可编程控制器（PLC）作为核心控制部件的洗衣机的控制系统。

通过介绍洗衣机的结构，对洗衣机的控制系统进行了分析，在此基础上提出了基于PLC控制的洗衣机控制方案，并对方案进行了分析。

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、变频器等其他一些输入/输出点进行控制，实现了PLC控制洗衣机的全过程。

由于洗涤、甩干的时间均由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。

可编程逻辑控制器（PLC）是以计算机技术为核心的通用自动化控制装置，它的功能性强，可靠性高，编程简单，使用方便，体积小巧，近年来在工业生产中得到广泛的应用，被誉为当代工业自动化主要支柱之一。

在现代的社会，洗衣机普及到各家各户，本文介绍了PLC用于洗衣机的控制系统，其设计理念改进了现有技术的不足，操作简单、方便。

关键词:

洗衣机，可编程控制器（PLC），简化结构，操作方便

AccordingtothewashingmachineinPLCcontrolsthedesignofthesystemandresearch

Abstract

ThisarticleusedprogrammablecontrollerPLCtorealizethewashercompletelyautomaticcontrol,explainedthePLCcontrolprinciplemethod,thecharacteristicandcontrolledthewasherthecharacteristic.Thearticleduringintroductionwasherstructure,carriesontheanalysistothecompletelywashercontrolsystem,proposedinthisfoundationbasedonthePLCcompletelywashercontrolplan,andhascarriedontheprooftotheplan,hascarriedonthedesignaccordingtothewasherprincipleofworktotheprocedureandtheflow,hastheintellectualizeddegreehigh,safereliableandsoonthecharacteristics.Tothebutton,therelay,theswitch,thefrequencychangerandsoonothersomeI/Ospotcarriesonthecontrol,realizedthewashertowashclothestheprocessautomation.Becausespreadseverytimelavation,dehydratedtimebyPLCincountercontrol,solongasthereforethechangecounterparametermaychangethetime.

PLCistakescoretocontroldevisedthecalculatortechniqueastheingeneraluseautomationcontrolequiptocomputerskills.Itsfunctionisstrong,thecredibilityishigh,theplaitdistanceissimple,theusageisconvenient,thephysicalvolumeiscleverlymade,intheseyears,PLCistheextensiveapplication,anddriveforcontemporarytheindustrialautomationmainlypaysoneofthepillars.

Inthemoderntime,thewasherisenteringeveryfamily.Thearticleintroducesanewdeceleratingclutch,whichisusedinwashingmachine,itcanimprovethecurrenttechnology,simplifystructure,itisalsohelpfultocontrolmoreeasilyandconvenienttoimprovethesystem.

Keywords:

WashingMachine，ProgrammableController，SimplifyStructure，Controleasily.

第1章绪论

1.1洗衣机的发展历史

机械力、洗涤液、水是洗衣机洗涤过程中的三要素。

洗衣机运动部件产生的机械力和洗涤液的作用使污垢与衣物纤维脱离。

加热洗涤液，可增强去污效果。

织物不同，适宜液温也不同。

1858年，一个叫汉密尔顿·史密斯的美国人在匹茨堡制成了世界上第一台洗衣机。

该洗衣机的主件是一只圆桶，桶内装有一根带有桨状叶子的直轴。

轴是通过摇动和它相连的曲柄转动的。

同年史密斯取得了这台洗衣机的专利权。

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。

次年在德国出现了一种用捣衣杵作为搅拌器的洗衣机，当捣衣杵上下运动时，装有弹簧的木钉便连续作用于衣服。

19世纪末期的洗衣机已发展到一只用手柄转动的八角形洗衣缸，洗衣时缸内放入热肥皂水，衣服洗净后，由轧液装置把衣服挤干。

1874年,“手洗时代”受到了前所未有的挑战，美国人比尔·布莱克斯发明了木制手摇洗衣机。

布莱克斯的洗衣机构造极为简单，是在木筒里装上6块叶片，用手柄和齿轮传动，使衣服在筒内翻转，从而达到“净衣”的目的。

这套装置的问世，让那些为提高生活效率而冥思苦想的人士大受启发，洗衣机的改进过程开始大大加快.

1880年，美国又出现了蒸气洗衣机，蒸气动力开始取代人力。

经历了上百年的发展改进，现代蒸汽洗衣机较早期有了无与伦与的提高，但原理是相同的。

现代蒸汽洗衣机的功能包括蒸汽洗涤和蒸汽烘干，采用了智能水循环系统，可将高浓度洗涤液与高温蒸气同时对衣物进行双重喷淋，贯穿全部洗涤过程，实现了全球独创性的“蒸汽洗”全新洗涤方式。

与普通滚筒洗衣机在洗涤时需要加热整个滚筒的水不同，蒸汽洗涤是以深层清洁衣物为目的，当少量的水进入蒸汽发生盒并转化为蒸汽后，通过高温喷射分解衣物污渍。

蒸汽洗涤快速、彻底，只需要少量的水，同时可节约时间。

对于放在衣柜很长时间产生褶皱、异味的冬季衣物，能让其自然舒展，抚平褶皱。

“蒸汽烘干”的工作原理则是把恒定的蒸汽喷洒在衣物上，将衣物舒展开之后，再进行恒温冷凝式烘干。

通过这种方式，厚重衣物不仅干得更快，并且具有舒展和熨烫的效果。

蒸汽洗衣机之后，水力洗衣机、内燃机洗衣机也相继出现。

水力洗衣机包括洗衣筒、动力源和与船相连接的连接件，洗衣机上设有进、出水孔，洗衣机外壳上设有动力源，洗衣筒上设有衣物进口孔，其进口上设有密封盖，洗衣机通过连接件与船相连。

它无需任何电力，只需自然的河流水力就能洗涤衣物，解脱了船民在船上洗涤衣物的烦恼，节约时间，减轻家务劳动强度。

1910年，美国的费希尔在芝加哥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，美国玛塔依格公司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。

这种洗衣机是在筒中心装上一个立轴，在立轴下端装有搅拌翼，电动机带动立轴，进行周期性的正反摆动，使衣物和水流不断翻滚，相互摩擦，以此涤荡污垢。

搅拌式洗衣机结构科学合理，受到人们的普遍欢迎。

　　1932年，美国本德克斯航空公司宣布，他们研制成功第一台前装式滚筒洗衣机，洗涤、漂洗、脱水在同一个滚筒内完成。

这意味着电动洗衣机的型式跃上一个新台阶，朝自动化又前进了一大步！

　　第一台自动洗衣机于1937年问世。

这是一种“前置”式自动洗衣机。

靠一根水平的轴带动的缸可容纳4000克衣服。

衣服在注满水的缸内不停地上下翻滚，使之去污除垢。

到了40年代便出现了现代的“上置”式自动洗衣机。

　　随着工业化的加速，世界各国也加快了洗衣机研制的步伐。

首先由英国研制并推出了一种喷流式洗衣机，它是靠筒体一侧的运转波轮产生的强烈涡流，使衣物和洗涤液一起在筒内不断翻滚，洗净衣物。

　　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。

至此，波轮式、滚筒式、搅拌式在洗衣机生产领域三分天下的局面初步形成。

60年代的日本出现了带干桶的双桶洗衣机，人们称之为“半自动型洗衣机”。

　　70年代，生产出波轮式套桶全自动洗衣机。

　　70年代后期，以电脑（实际上微处理器）控制的全自动洗衣机在日本问世，开创了洗衣机发展史的新阶段。

80年代，“模糊控制”的应用使得洗衣机操作更简便，功能更完备，洗衣程序更随人意，外观造型更为时尚。

　　90年代，由于电机调速技术的提高，洗衣机实现了宽范围的转速变换与调节，诞生了许多新水流洗衣机。

此后，随着电机驱动技术的发展与提高，日本生产出了电机直接驱动式洗衣机，省去了齿轮传动和变速机构，引发了洗衣机驱动方式的巨大革命。

之后，随着科技的进一步发展，滚筒洗衣机已经成了大家耳濡目染的产品。

伴随着科技的进一步发展，相信新型更适合人们使用的洗衣机会给我们的生活带来新的方式。

１.２自动控制的应用领域

现代社会要求制造业对市场需求做出迅速的反应，生产出小批量、多品种、多规格、低成本和高质量的产品，为了满足这一要求，生产设备和自动生产线的控制系统必须具有极高的可靠性和灵活性，可编程控制器简称PLC（ProgrammableLogicController）正是顺应这一要求出现的，它是以微处理器为基础的通用工业控制装置。

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。

１.３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，已经成为人们生活中不可缺少的家用电器。

在工业生产中的应用也十分广泛，本课题在于家用洗衣机的研究。

家用洗衣机适用于洗涤棉、毛、化纤、丝绸等衣物织品。

水磨洗涤机可用于服装厂水洗牛仔服及丝绸等衣物。

但是传统的基于继电器的控制，已经不能满足人们对洗衣机的自动化程度的要求了。

洗衣机需要更好地满足人们的需求，必须借助于自动化技术的发展。

而随着PLC技术的发展，用PLC作为控制器，就能很好地满足洗衣机对自动化的要求，并且控制方式灵活多样，控制模式可以根据不同场合的应用而有所不同。

自动化技术的飞速发展使得洗衣机由初始的半自动式洗衣机发展到现在的全自动洗衣机，又正在向智能化洗衣机方向发展。

１.４本文的主要工作

第一章，明确本次论文选题的背景及意义，回顾洗衣机的历史，以及自动控制的应用领域，阐述PLC控制的家用洗衣机的优点。

第二章，确定系统的总体设计，对洗衣机控制系统进行简单的介绍，并交代控制系统的组成。

第三章，叙述了可编程程序控制器的产生、发展、应用的历程，通过论述可编程程序控制器的各种优点、卓越性能、结构、原理，有一个感性的总体认识。

第四章，对洗衣机的硬件进行设计，包括可编程控制器的设计，以及继电器、变频器的设计，并对所选器件的参数进行设定。

第五章，结合洗衣机控制系统的要求，进行程序设计，并绘制系统的梯形图，对梯形图中重点的部分进行详细的分析。

第2章　系统的总体设计

２.１洗衣机控制系统简介

　　本次设计的家用洗衣机是以方便家庭使用为目的而设计的，在一些家庭里，洗衣机要求操作简单，方便快捷。

同时还需要洗衣机的控制系统更加稳定耐用，从而达到更好的经济收益。

但是，对于控制系统来说，能达到如此的地步，就需要相当的技术标准。

　　可编程序控制器是一种能够适应多种环境的控制装置，其稳定的性能受到广大工业生产者的好评。

这种控制系统具有极高的可靠性和灵活性。

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。

在性能价格比不断提高的同时，它所带来的成果越来越明显。

综上，本次设计的家用洗衣机控制系统将由PLC可编程序控制器来作为主要组成部分。

２.２控制系统的组成

　　本次设计的控制系统主要是以可编程逻辑控制器所输出的离散型指令为指令源。

通过这些数字信号的输出以及其他控制电路的受控行为来指挥供电电路给电动机供电，实现了对模拟洗衣机的控制。

在图2.1中可以看出，对供电电路的控制是本次设计的最终目的，也就是说，继电器的开合为控制电路的主要动作。

模拟洗衣机的电动机是满足工业380V三相电源的交流异步电动机，要想改变电动机的旋转方向只需调换其中的任意两相。

这就是继电器组的主要功能。

控制电路的组成主要包括：

可编程序控制器、继电器组和连接电路（变频器）。

其中，继电器为主要执行模块，PLC所发出的数字指令控制继电器线圈，而继电器的开合直接控制电源电路，实现对电动机的控制。

另外，变频器只是作为增强效果的连接装置，在电路中控制洗涤时的电机转速，不作为必要装置。

第3章　可编程逻辑控制器（P