基于plc控制的全自动洗衣机系统.docx

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基于plc控制的全自动洗衣机系统

基于PLC控制的全自动洗衣机控制系统

摘要

可编程程序控制器功能强大，可靠性高，应用面广，使用方便，在现在自动控制领域应用极其广泛。

现在的全自动化洗衣机只要选择好水位，打开水龙头，放入衣服，洗涤剂，接通操作开关，后面的全是洗衣机自动完成。

因此，完全可以用可编程序控制器智能化控制。

在全自动洗衣机中，洗衣机洗涤，脱水程序是由以单片机为中心控制系统工作的。

首先由于单片机的指令系统相对复杂，编写洗涤，脱水程序相对复杂。

其次，在设计控制系统硬件时，要有多中电路保护装置，这样增加了硬件的复杂性，隐含了较高的鼓掌率，无形的增加了维护成本费用。

在工业控制系统中广泛运用的PLC能克服单片机的缺点，他是整体模块，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，提高控制系统的靠高性，另外它的编程语言也相对简单。

根据全自动洗衣机的工作原理，利用可编程控制器PLC控制的原理、特点及其控制洗衣机的特点。

关键词：

全自动，PLC控制，智能化

Abstract

Programmableprocesscontroller,apowerful,highreliabilityandwideapplication,easytouse,inthenowverywideapplicationofautomaticcontrol.Nowfullyautomatedwashingmachineagoodchoiceaslongasthewaterlevel,turnonthetap,putclothes,detergent,turnoperationswitch,behindthewashingmachinearealldoneautomatically.Therefore,thePLCcanuseintelligentcontrol.Inthefullyautomaticwashingmachine,washingmachinewashing,dewateringprogramiscenteredbyasinglechipcontrolsystemtowork.Firstly,theMCUinstructionsetisrelativelycomplex,thepreparationofwashing,dehydrationprocessisrelativelycomplicated.Second,inthedesignofcontrolsystemshardware,tohowthecircuitprotectiondevice,whichincreasesthehardwarecomplexity,impliedahigherrateofapplause,invisibleincreasedmaintenancecosts.IntheindustrialcontrolsystemPLCiswidelyusedtoovercometheshortcomingsofsinglechip,heisthewholemodule,focusedonthedrivercircuit,detectioncircuitandprotectioncircuits,andcommunicationsnetworking.Therefore,intheuseofhardwareisrelativelysimple,improvethecontrolsystembyhighresistance,whileitisrelativelysimpleprogramminglanguage. Accordingtotheworkingprincipleofautomaticwashingmachines,programmablecontrollersPLCcontrolprinciples,characteristicsandcontrolofwashingmachinefeatures.

Keywords:

automatic,PLCcontrol,intelligent

引言

随着生活水平的日益提高，人们已经不在满足半自动洗衣机的洗涤方式，改为全自动洗衣机。

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搅拌式。

全自动洗衣机是集洗涤，脱水于一体，并且能自动完成戏衣全过程的洗衣机。

全自动洗衣机有各种洗涤程序，可供自由选择，工作时间可任意调节（洗耳恭听0~16分钟，脱水0~5分钟）工作状态及洗，脱水时间在面板都有显示，能自动处理脱水不平衡（具有各种故障和高低电压自动保护功能），工作结束或电源故障会自动断电，无需看管，确保安全。

它还浸泡，手洗耳恭听水流功能。

目前，有的全自动洗衣机上还采用了模糊技术，即洗衣机能对传感器提供的信息进行逻辑推理，自动判别衣服的质地，重，脏污和度，从而自动选择最佳的洗涤时间，进水量，漂洗次数，脱水时间，并显是洗涤剂的用量，达到整个洗涤时间自动化，使用方便，节能节水。

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、模拟式的输出，控制各种类型的机械或生产过程。

PLC按扩充其功能的原则进行扩充，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。

全自动洗衣机通过可编程序控制器来实现洗涤过程，省时省力。

采用西门子公式司S7-200系列的PLC，设计一个简单自动洗衣机的控制系统。

引言…………………………………………………………………………………………………2

第一章概述………………………………………………………………………………………4

1.1选题背景………………………………………………………………………………....4

1.2全自动洗衣机发展概况…………………………………………………………………..4

1.3控制系统的选择…………………………………………………………………………..5

3.4程序的转换........................................................................................................................12

谢辞..................................................................................................................................................28

第一章概述

1.1选题背景

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。

在工业生产中应用也十分广泛。

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来作为控制器，就能很好地满足全自动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

1.2全自动洗衣机发展概况

全自动洗衣机是一种除放、取衣物和开动洗衣机这三道手续外，其余洗衣各程序全部自动完成的设备。

1874年美国的比尔·布莱克斯通发明了木制手摇洗衣机，这是世界上第一台人工搅动洗衣机。

1911年美国人又研制了世界上第一台电动洗衣机。

1920年美国的玛依塔格公司又把洗衣机的木制桶改为铝制桶体，第二年又把铝制桶体改为外层铸铝、内层为铜板的双层结构。

1936年，他们又将搪瓷用于洗衣机桶体。

与此同时，世界各地也相继出现了洗衣机。

欧洲国家研究成功了喷流式洗衣机和滚筒式洗衣机。

1932年后，美国一家公司研制成功了第一台前装式滚筒全自动洗衣机，洗涤、漂洗和脱水都在同一个滚筒内自动完成，使洗衣机的发展跃上了一个新台阶。

这种滚筒洗衣机，目前在欧洲、美洲等地得到了广泛的应用。

第二次世界大战结束后，洗衣机得到了迅速的发展，研制出具有独特风格的波轮式洗衣机。

这种洗衣机由于其波轮安装在洗衣桶底，又称涡卷式洗衣机。

近几十年，在工业发达国家，全自动洗衣机制造技术又得到迅速发展，其年总产量及社会普及率均以达到相当高得水平。

目前世界洗衣机年总产量近5000万台，而全自动洗衣机产量呈增长趋势，在技术性能上正向着节水、节能、高效、结构更趋合理的方向发展。

微电脑控制功能、新型的洗涤方式、高速脱水以及低噪音等方面都有了很大提高。

近几年，我国的洗衣机制造技术得到迅速发展，从生产单桶波轮式、双桶波轮式洗衣机逐步向套桶波轮式全自动洗衣机和滚筒式全自动洗衣机方向发展，其中年产量已占洗衣机总产量的10%左右。

生产规模不断扩大，技术工艺日趋完善，全自动洗衣机产品质量稳步提高，已生产出技术性能优良的多种牌号的全自动洗衣机供应市场。

1.3控制系统的选择

从满足全自动洗衣机控制系统的安全性、扩展性和可靠性方面考虑，目前常见的全自动洗衣机自动控制系统，主要有单片机控制、PLC控制、工业控制计算机集中控制等类型。

随着集成芯片技术的不断提高，特别是高档8位单片机的普及，单片机全自动洗衣机系统由单片计算机及其外围芯片构成控制系统。

虽然单片机本身小巧、功耗低，实时控制功能强，但是其软、硬件的开发必须借助于开发工具，系统调试困难，不具有自开发能力，且编写洗涤、脱水等程序相对复杂；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。

这样增加了硬件的复杂性，隐含较高的故障率，无形地增加了维修成本费用。

   工业控制计算机全自动洗衣机控制系统是利用通用计算机的扩展槽或扩展区，设计应用系统硬件模板，如通讯板、I/O扩展板等测控功能板，与通用计算机构成一个用于完成预定测控功能的控制系统。

其特点是系统有较强的软、硬件支持。

利用通用计算机的软、硬件资源来支持控制系统进行工作，具有自开发能力，有较强的可视能力和数据处理能力，更适合于计算机集中控制系统应用。

   PLC是一种新型的具有极高可靠性的通用自动化控制装置。

它以微处理器为核心，有机地将微型计算机技术、自动化控制技术及通信技术融为一体。

其特点如下：

   抗干扰能力强，可靠性极高。

PLC是专为工业控制设计的，采取了精选元器件及多层次抗干扰等措施，能适应工业现场的恶劣环境.编程方便。

PLC采用易于理解和掌握的梯形图语言，以及面向工业控制的简单指令。

   使用方便。

PLC的结构不仅具有先进的通讯和输入、输出能力，而且其模块化的系统结构、灵活的配置能力，使用户可以灵活组成各种规模和不同要求的控制系统。

　　维护方便。

PLC模块化的系统结构，使操作人员在维修时只需要更换插入式模板或其它易损部件即可完成，既方便又减少了影响系统运行的时间。

　　设计、施工、调试周期短。

用PLC完成一项控制工程时，由于其硬、软件齐全，设计和施工可同时进行，缩短了周期。

　　易于实现机电一体化。

PLC的结构紧凑，体积小，重量轻，可靠性高，抗振防潮和耐热能力强，使之易于安装在机器设备内部，制造出机电一体化产品。

PLC控制洗衣机洗衣程序有独特之处。

首先，它是一个顺序控制系统程序；其次，洗涤、漂洗、排水、脱水时间是由PLC内的计数器和定时器中参数控制的，只要改变它的参数太小就可改变整个程序时间长短；第三．通过改变PLC的型号，可以根据衣物的质地、数量及脏污程度来实现标准洗洗、柔和洗的多功能；第四，通过修改洗衣程序可实现进水、洗涤、漂洗、排水脱水的顺序控制，也可实现或洗涤、或漂洗、或脱水等单体控制；第五，在设计过程中，可以方便地加入相应的配套装置，如指示灯、蜂鸣器。

通过以上分析、说明可知全自动洗衣机的控制系统是有多样性的，虽然各种控制系统均可运用，但是必须考虑它的结构和成本。

鉴于PLC的诸多优势，结合全自动洗衣机自动控制系统的需要，选择德国西门子公司生产的具有高性能价格比的S7-200系列可编程序控制器。

第二章全自动洗衣机的结构

2.1全自动洗衣机结构描述

（1）滚筒式全自动洗衣机可分别为6部分：

洗涤脱水部分、支撑部分、传动部分、操作部分、电气控制部分及排水进水部分。

（2）洗涤脱水部分：

洗涤部分主要由内桶（滚筒）、外桶（盛水桶）、内筒叉形架、外筒叉形架。

转轴和轴承等组成，低速绕组（KM1）称为洗涤绕组，而高速绕组（KM2）为脱水绕组。

（3）支持部分：

支持部分的作用是支持外筒，内筒和减轻振动。

传动部分：

传动部分将电动机的转动传递到主轴，从而带动内筒的转动，滚筒式全自动洗衣机的转动部分与双宿单相电动机、大小带轮、传动V带等组成

（4）操作部分：

操作面板上的各种开关，例如启动，停止，洗涤方式选择按钮。

（5）电气控制部分：

就是这次设计要完成的。

（6）进水和排水部分：

进水排水管与盛液桶相连，有进水电磁阀和排水电磁阀来控制进水和排水。

2.2全自动洗衣机工作流程

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，再反转20秒，又停转5秒，再又正转，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。

漂洗就是放进干净水，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

2.3设计方案

本课题的设计要求使用PLC程序实现洗衣机的全自动洗衣的全过程。

设计

的原理是分别用各种按钮，上下眼水位开关，各种定时器，计数器的常开、常闭触点来实现程序的转移和循环操作，以至于达到全自动、智能化洗衣的要求。

该设计的难点一是在预侵两分钟后如何转入到强洗、标准洗、柔洗的三种洗涤方式之一中去，二是在标准洗、柔洗的阶段如何在未到时间实现循环洗衣过程和到达时间后视线下一步操作漂洗阶段，三是如何再漂洗阶段何时实现循环标准洗，何时排水后进水再循环标准洗。

四是何时结束漂洗阶段。

为了实现这些难点我的创新见解是：

第一个难题的解决方案是采用了三个起保停电路在程序工作之前选择其中一种洗涤方式的启动按钮来实现何种洗涤方式。

分别用I0.4、I0.5、I0.6来作为启动按钮，用S0.4、S0.5、S1.1的常闭触电来断开电路，同时三个电路间要有互锁。

第二个难题的解决方案是用定时器、计数器共同来控制来实现陈旭的循环操作或程序的转移。

当计数器未计到设定值而定时器计到设定值程序就循环操作，而当计数器的当前值达到设定值程序就转移到下步操作。

漂洗阶段如何实现程序的循环和转移排水跟上面类似。

在排水阶段输出一个计数器，当计数器的当前值小于设定值就返回到漂洗阶段，如果当前值大于设定值就转入到下一阶段。

我采用该方案的目的是为了实现程序的顺序控制，让人一目了然，也能很好的完成智能化、自动化的要求。

在顺序功能图转换成梯形图是，我采用了SCR指令转换，SCR指令是专门用于顺序控制系统的程序指令状态的置位复位有顺序控制的继电器指令自动实现，因而使的程序编写起来入套公式一样简单。

相对于其他指令简单易学，使用方便。

2.4系统配置

设计全自动洗衣机的控制系统需要很多配置才能在装入衣服和洗涤剂后，按下启动按扭SB0系统才能自动的完成洗衣的操作。

需要的系统配置例如各种开关按扭、选择洗涤方式的按扭、进水排水电磁阀，水位开关、定时器、计数器高速脱水绕组、蜂鸣器。

选择洗涤按扭有三个SB4、SB5、SB6他们分别是强洗、标准洗、柔洗方式，在放入衣服前必需选择其中一种洗涤方式。

启动按扭SB0是关好门开关后启动程序的按扭，按下启动按扭后程序自动执行。

水位开关是控制进水电磁阀和排水电磁阀通断的开关，脱水绕组是接通高速旋转电动机的，当高速绕组接通时电动机将高速旋转产生离心力将衣服的水分从桶壁的小孔甩出，达到脱水的目的。

定时器是定时预浸的时间，强洗电动机正转的时间，标准洗电动机正反转时间，柔洗电动机正反转的时间，还有在各阶段电动机停转的时间及脱水的时间。

计数器是用来控制在标准洗、柔洗最后阶段是实现循环标准洗和柔洗还是程序转入到排水阶段。

蜂鸣器是提醒洗衣服的人衣服已经洗好。

有了这些系统的配置当按下启动按扭就可以自动的完成洗衣服的全过程。

第三章全自动洗衣机控制系统设计

3.1PLC端子地址分配

输入端子

门开关

SB0

I0.0

启动按钮

SB1

I0.1

上限水位开关

SB2

I0.2

下限水位开关

SB3

I0.3

强洗按钮

SB4

I0.4

标准洗按钮

SB5

I0.5

柔洗按钮

SB6

I0.6

输出端子

进水电磁阀

Y1

Q0.0

强洗正转线圈

YV1

Q0.1

标准洗正转线圈

YV2

Q0.2

标准洗反转线圈

YV3

Q0.3

柔洗正转线圈

YV4

Q0.4

柔洗反转线圈

YV5

Q0.5

排水电磁阀

Y2

Q0.6

高速绕组

YV6

Q0.7

蜂鸣器

YV7

Q1.0

3.2控制系统顺序功能图

3.3PLC外部接线图

3.4程序的转换

在这里我将会用起保停的方式将顺序功能图转换

第四章程序的分析

4.1过程分析

当放入衣服和洗涤液后，关门开关SB0，按下启动按钮SB1程序将启动执行，进水电磁发阀将打开，开始进水，当上限水位开关SB2闭合，进水电磁阀将停止进水，同时定时器T37得电，开始预浸，当定时器T37计时达到5分钟，预浸结束。

以下有三种情况：

1.当在洗衣服之前选择按钮SB4，程序将转入到强洗阶段，强洗电动机正转线圈和定时器T38将同时得电，电动机将开始正转，当定时器T38计时达到15分钟，其常开触点将闭合，程序将转入下一阶段，同时电动机将停止运转。

2.当在洗衣服之前选择按钮SB5，程序将转入标准洗阶段，标准洗正转线圈和定时器T39将同时得电，电动机将开始正转，当定时器T39计时达到20秒，其常开触点将闭合，程序将转入到下一阶段，电动机将停止运转，同时定时器T40将得电，当定时器T40计时达到5秒，其常开触点将闭合，程序将转入到下一阶段，标准洗反转线圈和定时器T41将得电，电动机开始反转，当定时器T41计时达到20秒，其常开触点将闭合，程序将准如到下一阶段，电动机将停止反转，同时定时器T42和计数器C0将同时得电，当定时器T42计时达到5秒，而计数器C0计数没有达到设定值24，程序将返回到标准洗初始阶段循环执行标准洗24次，当计数器C0计数达到设定值24程序就就转入到排水阶段。

3.当在洗衣服之前选择按钮SB6，程序将转入标准洗阶段，柔洗正转线圈和定时器T43将同时得电，电动机将开始正转，当定时器T43计时达到20秒，其常开触点将闭合，程序将转入到下一阶段，电动机将停止运转，同时定时器T44将得电，当定时器T44计时达到5秒，其常开触点将闭合，程序将转入到下一阶段，柔洗反转线圈和定时器T45将得电，电动机开始反转，当定时器T45计时达到20秒，其常开触点将闭合，程序将准如到下一阶段，电动机将停止反转，同时定时器T46和计数器C1将同时得电，当定时器T42计时达到5秒，而计数器C1计数没有达到设定值24，程序将返回到标准洗初始阶段循环执行标准洗24次，当计数器C1计数达到设定值24程序就就转入到排水阶段。

在排水阶段排水电磁阀将打开排水，当下限水位开关SB3闭合，将停止排水，同是进水电磁阀将打开开始进水，当上限水位开关SB2闭合，就停止进水，程序将转入到漂洗的标准洗阶段。

标准洗正转线圈和定时器T47将同时得电，电动机将开始正转，当定时器T47计时达到20秒，其常开触点将闭合，程序将转入到下一阶段，电动机将停止运转，同时定时器T48将得电，当定时器T48计时达到5秒，其常开触点将闭合，程序将转入到下一阶段，标准洗反转线圈和定时器T49将得电，电动机开始反转，当定时器T49计时达到20秒，其常开触点将闭合，程序将准如到下一阶段，电动机将停止反转，同时定时器T50和计数器C1将同时得电，当定时器T50计时达到5秒，而计数器C1计数没有达到设定值6，程序将返回到标准洗初始阶段循环执行标准洗6次，当计数器C1计数达到设定值6程序就就转入到排水阶段。

计数器C3得电，当计数器C3当前值小于4程序将返回到漂洗的初始阶段循环执行漂洗4次，当计数器C3的当前值大于4，程序就转入到下一阶段。

排水电磁阀开始排水，当下限水位开关断开。

脱水高速绕组得电和定时器T51得电，电动机将高速旋转将衣服的水分从桶壁甩出，当定时器T51计时达到5分钟，电动机将停止运转，同时蜂鸣器的线圈得电，蜂鸣器开始报警，提示衣服已经洗好，主人将衣服拿走。

程序将返回到初始阶段等待下一次洗衣服。

4.2结果论述

在做滚筒式全自动洗衣机控制系统的实现，里面用了许多定时器和计数器，其中定时器和计数器用到了许多参数，下面我将对其中的参数进行定性或定量的分析，通过这些参数是如何实现系统的自动转移。

首先要强调的使我所用的定时器都是时基为100ms的定时器，如定时器T37的设定值为3000定时时间为300秒，恰好是预浸的5分钟，定时到后程序自动转移。

定时器T38的设定值为9000定时时间为900秒，恰好是强洗电动机正转的时间，定时到后程序自动转移。

定时器T39的设定值为200定时时间为20秒，是标准洗电动机正转的时间。

定时器T40的设定值为50定时时间为5秒，是标准洗电动机停转的时间。

定时器T41的设定值为200定时时间为20秒，是标准洗反转的时间。

定时器T42的设定值为50定时实际为5秒，是标准洗电动机第二次停转的时间。

计数器C0的设定为24表示计数24次程序就转移。

未计到24表示程序循环执行24次标准洗。

因为一个周期为50秒，24次就为1200秒为20分钟是整个标准洗的时间。

定时器T43的设定值为150定时时间为15秒，是柔洗电动机正转的时间。

定时器T44的设定值为100定时时间为10秒，是柔洗电动机停转的时间。

定时器T45的设定值为150定时时间为150，是柔洗电动机反转的时间。

定时器T