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全自动洗衣机控制系统设计论文

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智能全自动洗衣机控制系统设计 

摘要

电动控制在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。

电动控制洗衣机将逐步退出家电舞台，而在现代的社会，智能全自动洗衣机开始进入各个家庭，可编程控制器（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，智能全自动洗衣机进入各个家庭。

本文介绍了利用三菱FX2N系列PLC对智能全自动洗衣机控制系统总体控制,阐述了控制方案。

实现智能全自动洗衣机控制系统总体控制有多种，可以采用早期的模拟电路、数字电路或模数混合电路。

近年来随着科技的飞速发展，单片机、PLC的应用不断地走向深入，同时带动传统的控制检测技术的不断更新。

本文采用日本三菱公司生产的FX2N-48MR型PLC作为核心控制器进行智能全自动洗衣机控制系统的设计，并且设计出了系统结构图、程序指令、梯形图以及输入输出端子的分配方案。

同时根据智能全自动洗衣机控制系统总体控制要求和特点,确定PLC的输入输出分配,并进行现场调试

 关键字：

PLC；智能全自动洗衣机控制系统；PLC程序设计。

Abstract

Electric controlinthe washingmachine is automaticcontrolof householdappliances,earlier, thetypeofproducts stillbelongsto thetraditionalmechanicalproducts, is theprimarystage ofautomaticcontrol. Withthe developmentofcomputer andmicroelectronicstechnology, theautomaticcontrolsystem istoachieve thehardware gradually. Electricappliance control washingmachine willgraduallywithdrawfromthe stage, butinthemodern society, intelligentautomatic washingmachine begantoenter eachfamily, theprogrammablecontroller （PLC） istheuniversalautomation computer technologyasthecoreofthe controldevice, itsfunctionisstrong, highreliability, convenientuse, Simpleprogramming, smallvolume, inrecentyears widelyused inindustrialproduction, isregardedasoneofthe main pillarsofmodern industrialautomation. Inmodernsociety, intelligentautomatic washingmachine ineveryfamily.

Thispaperintroduces theintelligent controlsystem ofautomaticwashing machine controlusingMITSUBISHIFX2N seriesPLC, andexpoundsthecontrol scheme. Torealizetheintelligent controlsystem hasavarietyof automaticwashing machine control, canbeusedearlyanalogcircuits, digitalcircuitsor analogdigitalhybrid circuit. Inrecentyears, with therapiddevelopmentofscienceandtechnology, theapplication ofMCU, PLC continuouslydeepening, andleadthetraditionalcontroldetectiontechnology constantlyupdated.Design usingFX2N-48MR typePLC producedbyMitsubishiCoinJapan asthecorecontroller ofintelligent automaticwashing machinecontrolsystem, and designedthesystemstructurediagram, programinstructions, ladderdiagramand thedistributionofinputandoutputterminals. Atthesametimeaccordingtothe requirementsandcharacteristicsof theintelligent controlsystem ofautomaticwashing machine control,determinethePLCinputandoutputdistribution, andon-sitecommissioning.

Keywords:

 PLC; intelligentcontrolsystem ofautomatic washingmachine; PLCprogramming.

1引言2

2全自动洗衣机控制系统总体控制方案确定3

2.1总体控制方案确定3

2.1.1控制系统的比较3

2.2.2洗衣机的PLC控制系统概述3

3全自动洗衣机的基本结构5

3.1全自动洗衣机的原理和构造5

3.2洗涤脱水系统7

3.3排水和进水系统7

3.4电动机及传动系统8

4电气控制系统9

4.1控制系统结构9

4.2控制系统原理9

4.3检测电路系统10

5主要器件的选择11

5.1电动机的选择11

5.2传感器的选择11

5.3可编程控制器外部设计12

6软件设计14

6.1系统的顺序功能图设计14

6.2全自动洗衣机的控制要求14

6.3控制系统顺序功能图15

6.4控制系统的梯形图设计16

6.5程序语句表18

设计体会……………………………………………………………………………18

7结束语18

致谢19

参考文献20

1、智能全自动洗衣机控制系统设计

1.1智能全自动洗衣机发展趋势

从古到今，洗衣服都是一项难于逃避的家务劳动，在洗衣机出现以前，这项劳动并不像田园诗描绘的那样充满乐趣、手搓、脚踩、棒击、冲刷、摔打。

这些不断重复的简单的体力劳动，留给人的感受常常是辛苦劳累。

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。

1880年，美国又出现了蒸汽洗衣机，蒸汽动力开始取代人力。

之后，水力洗衣机，内燃机洗衣机也相继出现。

1911年，美国试制成功世界上第一台电动洗衣机，标志着人类家务劳动自动化的开端。

1922年，电动洗衣机迎来一种崭新的洗衣方式——搅拌式。

搅拌式洗衣机由美国玛依塔格公司研制成功。

70年代后期，微电脑控制的全自动洗衣机出现引领新的发展方向，让人耳目一新。

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

电动控制洗衣机将逐步退出家电舞台，而在现代的社会，智能全自动洗衣机开始进入各个家庭，可编程控制器（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，智能全自动洗衣机进入各个家庭。

现在的洗衣机真的是多种多样，在上海这样的大城市，双缸洗衣机购买的人已经是越来越少了，滚筒洗衣机和波轮洗衣机将成为市场的主流，使用洗衣机就是图个方便省力，现在的全自动洗衣机都符合人们的要求。

那么洗衣机还会怎样进步或发展呢？

归纳起来，有如下几个趋势。

高度自动化：

现在洗衣机越来越高度自动化，只要衣服放入洗衣机，简单的按两个键，就会自动注水，一些先进的电脑控制洗衣机，还能自动的感觉衣物的重量，自动的添加适合的水量和洗涤剂，自动的设置洗涤的时间和洗涤的力度，洗涤完以后自动的漂洗甩干，更有些滚筒洗衣机还会将衣物烘干，整个洗衣的过程完成以后还会用动听的音乐声提醒用户，用户可以在洗衣的过程做其它的事，节省了不少的时间。

总之，每一项技术的进步部极大地推动了洗衣过程自动化程度的提高。

健康化：

现代人对健康格外的重视，对洗衣机也提出了更高的要求，有的洗衣机厂家采用纳米内桶，减少污垢附着，有的洗衣机设置有改进型漂洗程序，彻底漂净衣物上残留的洗涤剂，防止对人体的侵害。

还有一些洗衣机采用臭氧进行杀菌，达到彻底灭菌的目的。

节能：

节能也是用户选择洗衣机时考虑的问题，有些洗衣机具有洗涤剂循环利用系统，可以将在外桶到排水泵之间浓度较高的洗涤剂通过循环水流带回外桶内，循环使用可以节约20%的洗涤剂。

有的洗衣机采用专利的无孔内桶省水，普通的波轮洗衣机在注水的时候，内桶与外桶之间也有大量的水，洗涤的时候内桶外的水就浪费了，而无孔内桶只有内桶有水，这样可以充分的利用洗衣机内的水，注水的时候比其它洗衣机少使用40%的水量，同时也可以节省洗涤剂和省电。

大容量和微型化：

现代人居家总希望有宽敞的空间，因此各厂家都推出了超小型或超薄型的洗衣机，比较有代表性的有小鸭的迷你滚筒洗衣机，海尔的小小神童波轮洗衣机，惠尔浦的维纳斯系列上开门立式滚筒洗衣机，西门子的40厘米超薄滚筒洗衣机满足了人们对占地空间的要求。

品种多样化：

从洗涤形式上分波轮式、滚筒式洗衣机，从洗涤容量上自2公斤到7公斤有很多等级，高中低档洗衣机在功能上，还有很多不同，品种多样化的洗衣机满足了不同偏好的消费者的需求。

现在已经有厂家开发出了不需要使用洗涤剂的洗衣机，还有的厂家开发出了更迷你的旅行洗衣机，小到可以在出外旅行的时候随身携带，为了更方便的操作有的厂家还开发出了可以远程控制的洗衣机，这么样？

是不是看的眼花缭乱，将来的洗衣机会朝着使用更方便、更加节能、更加个性化的方向发展

1.2、智能全自动洗衣的按控制方式分类

全自动洗脱机采用全电脑液晶人机对话操作界面，中文显示超大屏幕，有30种不同的洗涤程序可供选择，可满足任何洗涤要求，全面实现洗、漂、汰等过程的自动化。

全不锈钢设计，美观大方，经久耐用。

内胆径向尺寸大，增加洗涤物运转落差。

可编程电脑控制器采用全自动和备用手动操作模式，模糊操作控制系统，全中文操作界面，简单清晰，洗涤程序任意设定。

5个全自动洗涤剂分隔容器使化料充分溶解,发挥作用，杜绝灼伤衣物。

具有蒸汽加热消音、皂液溢流阻隔功能。

可变频无极调速，确保机器运行平稳，比传统双速电机节省30%电力。

双排水选项配置，循环使用洗涤用水，节省水耗量。

水温自动控制系统。

具有蒸汽加热消音、皂液溢流阻隔功能。

洗涤过程、门锁及控制安全联锁，确保使用安全。

比工业洗衣机更先进，更人性化。

全自动洗脱机用途采用悬浮式避振结构，配以弹簧阻尼系统，超低振动。

全自动洗脱机用途可安全放置在任何楼层，无需做地基。

全自动洗脱机用途采用进口变频系统，调速方便，启动平稳噪音低，节能效果明显，传动结构简单可靠。

全自动洗脱机用途全封闭后排水框架结构设计，减少污染，保持工作场地干燥清洁。

内外筒均为不锈钢。

提高了使用寿命。

全自动洗脱机用途采用不锈钢精制门，气动安全装置，极大提高了使用中的安全性。

全自动洗脱机采用体外注油装置，维护保养便捷。

智能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：

智能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。

1.3、智能全自动洗衣控制系统可编程控制器PLC介绍

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。

1.3.1、PLC的型号

1）系列序号：

0、2、0N、2C2N，即:

FX0、FX2、FX0N、FX2C、FX2N。

2）I/O总点数：

16~256点。

3）单元类型:

M——基本单元；

E——输入输出混合扩展单元及扩展模块；

EX——输入专用扩展模块；

EY——输出专用扩展模块。

4）输出形式：

R——继电器输出；

T——晶体管输出；

S——晶闸管输出。

5）特殊品种区别:

D——DC电源，DC输入；

A1——AC电源，AC输入；

H——大电流输出扩展模块（1A/1点）；

V——立式端子排的扩展模块；

C——接插口输入输出方式；

F——输入滤波器1ms的扩展模块；

L——TTL输入型扩展模块；

S——独立端子（无公共端）扩展模块。

1.3.2、PLC的状态指示灯

指示灯

指示灯的状态与当前运行的状态

POWER电源

指示灯（绿灯）

PLC接通220V交流电源后，该灯点

RUN运行指

示灯（绿灯）

当PLC处于正常运行状态时，该灯点亮。

BATT.V内部锂电池

电压低指示灯（红灯）

如果该指示灯点亮说明锂电池电压不足，应更换。

PROG.E（CPU.E）程序出错指示灯（红

灯）

如果该指示灯闪烁,说明出现以下类型的错误:

1、程序语法错误。

2、锂电池电压不足。

3、定时器或计数器未设置常数。

4、干扰信号使程序出错。

5、程序执行时间超出允许时间，此灯连续

亮

1.3.3、模式转换开关与通讯接口

模式转换开关用来改变PLC的工作模式，PLC电源接通后，将转换开关打到RUN位置上，则PLC的运行指示灯（RUN）发光，表示PLC正处于运行状态；将转换开关打到STOP位置上，则PLC的运行指示灯（RUN）熄灭，表示PLC正处于停止状态。

1.3.4、PLC的电源端子、输入端子与输入指示灯

1．外接电源端子：

图中方框内的端子，为PLC的外部电源端子（L、N、地），通过这部分端子外接PLC的外部电源（AC220V）。

2．输入公共端子COM：

在外接传感器、按钮、行程开关等外部信号元件时必须接的一个公共端子。

3．+24V电源端子：

PLC自身为外部设备提供的直流24V电源，多用于三端传感器。

4．X端子：

X端子为输入（IN）继电器的接线端子，是将外部信号引入PLC的必经通道。

5．“.”端子：

带有“.”符号的端子表示该端子未被使用，不具功能。

6．输入指示灯：

为PLC的输入（IN）指示灯，PLC有正常输入时，对应输入点的指示灯亮。

1.3.5、PLC的输出端子与输出指示灯

1）输出公共端子COM：

此端子为PLC输出公共端子，在PLC连接交流接触器线圈、电磁阀线圈、指示灯等负载时必须连接的一个端子。

2）在负载使用相同电压类型和等级时：

则将COM1、COM2、COM3、COM4用导线短接起来就可以了。

3）在负载使用不同电压类型和等级时：

Y0～Y3共用COM1，Y4～Y7共用COM2，Y10～Y13共用COM3，Y14～Y17共用COM4，Y20～Y27共用COM5。

对于共用一个公共端子的同一组输出，必须用同一电压类型和同一电压等级，但不同的公共端子组可使用不同的电压类型和电压等级。

4）Y端子：

Y端子为PLC的输出（OUT）继电器的接线端子，是将PLC指令执行结果传递到负载侧的必经通道。

5）输出指示灯：

当某个输出继电器被驱动后，则对应的Y指示灯就会点亮。

1.3.6、FX2N系列PLC的输入输出继电器

1．输入继电器（X）

PLC的输入端子是从外部接受信号的端口，PLC内部与输入端子连接的输入继电器X是用光电隔离的电子继电器，它们的编号按八进制进行编号，线圈的通断取决于PLC外部触点的状态，不能用程序指令驱动。

内部提供常开/常闭两种触点供编程时使用，且使用次数不限。

如图1-6所示。

图1-6

开关量输入接口可分为直流输入电路、交流输入电路及交直流输入电路等类型

直流输入电路交流输入电路

交直流输入电路

2.输出继电器（Y）

PLC的输出端子是向外部负载输出信号的端口。

输出继电器的线圈通断由程序驱动，输出继电器也按八进制编号，其外部输出主触点接到PLC的输出端子上供驱动外部负载使用，内部提供常开/常闭触点供程序使用，且使用次数不限。

输出公共端的类型是若干输出端子构成一组，共用一个输出公共端，各组的输出公共端用COM1，COM2……表示，各组公共端之间相互独立，可使用不同的电源类型和电压等级负载驱动。

1.3.7、PLC三种输出类型

继电器输出晶体管输出

双向晶闸管输出

2、全自动洗衣机控制系统总体控制方案确定

2.1总体控制方案确定

2.1.1控制系统的比较

1.可编程序控制器（PLC）

可编程序控制器（PLC）已在工业生产过程的自动控制中得到了广泛的应用。

它是以微处理器为核心,综合计算机技术、自动控制技术和通信技术发展起来的一种通用的自动控制装置,它具有结构简单、易于编程、性能优越、可靠性高、灵活通用和使用方便等一系列优点。

PLC在机床电气、食品工业、化学工业、陶瓷工业、电力自动化设备、实验室设备、电梯、中央空调、真空装置、恒压供水和化工系统中各种泵和电磁阀的控制等领域已经得到了广泛的应用。

已在工业生产过程的自动控制中得到了广泛的应用。

它是以微处理器为核心,综合计算机技术、自动控制技术和通信技术发展起来的一种通用的自动控制装置,它具有结构简单、易于编程、性能优越、可靠性高、灵活通用和使用方便等一系列优点。

PLC在机床电气、食品工业、化学工业、陶瓷工业、电力自动化设备、实验室设备、电梯、中央空调、真空装置、恒压供水和化工系统中各种泵和电磁阀的控制等领域已经得到了广泛的应用。

PLC系统的特点：

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。

例如三菱公司生产的F系列PLC平均无故障时间高达30万小时。

一些使用冗余CPU的PLC的平均无故障工作时间则更长。

从PLC的机外电路来说，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。

因此，PLC作为一种通用的工业控制器，它必须能够在各种不同的工作环境中正常工作。

对工作的环境要求较低，抗外部干扰能力强，平均无故障时间长。

2）使用方便灵活，PLC采用了基本单元扩展或者是模块化的结构形式，因此，输入/输出信号的数量，形式，驱动能力等都可以根据实际控制要求进行选择与确定，而且在需要时可以随时更换，近年来，PLC的特殊模块增多这些可以满足不同的控制要求，使PLC的使用更加灵活与多变。

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。

除了逻辑处理功能以外，现代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。

近年来PLC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）编程简单，PLC的优越性主要体现在它采用了独特的，多种面向广大工程设计人员的编程语言，如指令表，梯形图，逻辑功能图，顺序功能图等，程序简洁，明了适合各类技术人员的传统习惯，即使是没有计算机知识的人员也很统一掌握，特别是梯形图与逻辑功能图，形象直观，动态监测效果逼真，且与计算机控制容易。

PLC作为通用工业控制计算机，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，只用PLC的少量开关量逻辑控制指令就可以方便地实现继电器电路的功能。

为不熟悉电子电路、不懂计算机原理和汇编语言的人使用计算机从事工业控制打开了方便之门。

因此，对于智能全自动洗衣机首先想到的是PLC。

采用PLC能灵活控制洗衣机的电机运作，进水阀的开度，排水阀的开度，及整个洗衣过程的控制操作，而且操作简单方便，因此把PLC控制作为本论文控制方案。

2.继电器控制系统

控制功能是用硬件继电器实现的。

继电器串接在控制电路中根据主电路中的电压、电流、转速、时间及温度等参数变化而动作，以实现电力拖动装置的自动控制及保护。

系统复杂，在控制过程中，如果某个继电器损坏，都会影响整个系统的正常工作，查找和排除故障往往非常困难，虽然继电器本身价格不太贵，但是控制柜的安装接线工作量大，因此整个控制系统价格非常高，灵活性差，响应速度慢。

3.工业控制计算机控制

工控机采用总线结构，各厂家产品兼容性比较强，有实时操作系统的支持，在要求快速、实时性强、功能复杂的领域中占优势。

但工控机价格较高，将它用于开关量控制有些大才效用。

且其外部I/O接线一般都用于多芯扁平电缆和插头、插座，直接从印刷电路板上引出，不如接线端子可靠。

4.单片机控制

单片机作为一个超大规模的集成电路，结构上包括CPU、存储器、定时器和多种输入/输出接口电路。

单片机控制具有如下特点。

首先，种类多，型号全。

很多单片机厂家逐年扩大适应各种需要，有针对性地推出一系列型号产品，使系统开发工程师有很大的选择余地。

大部分产品有较好的兼容性，保证了已开发产品能顺利移植，较容易地使产品进行升级换代。

其次，低功耗。

现在新型单片机的功耗越来越小，供电电压从5V降低到了3.2V，甚至1V，工作电流从mA降到µA级。

特别是很多单片机都设置了多种工作方式，这些工作方式包括等待，暂停，睡眠，空闲，节电等。

这非常符合当前