基于plc系统的全自动洗衣机的设计大学学位论文Word下载.docx

1、 with the advanced level of the worldeither in quality or function synchronize. Therefore, i believe that the design is embody more advantage about the full automatic washing machine. It must have a broad market .Key words：PLC，control system，which is energy-efficient绪 论本设计的目的与意义和设计内容本设计的目的与意义本设计是全自动

2、洗衣机通过可编程控制器的控制来实现工作的。以便我们对这种技术有更多的认识，在效率，耗电，耗水等方面也为研究提供了平台。该论文就怎样利用PLC来控制全自动洗衣机进行了调查，对其中软件设计、硬件设计等问题进行了分析和研究，实现了全自动洗衣机的正常运行和强制性停止功能。PLC是专门应用手工业现场自动控制装置，在系统软硬件上采用抗干扰措施。当工作程序需要改变时，只需改变PLC的内部，重新编程而无需对外围进行重新改动。从这些方面突出了使用PLC控制全自动洗衣机的优越性。PLC控制全自动洗衣机的编程语言容易掌握，是电控人员熟悉的梯形图使用术语依然是“继电器”一类术语，大部分与继电器触头的连接相对应，使电控

3、人员一目了然。PLC控制使用简单，它的I/O口已经做好，输入输出信号可直接连接，非常方便。而输出 具有一定驱动能力，其输出触头容易达220V、2A。本设计主要着重于全自动洗衣机的控制，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。控制方法确定后投入生产要缩短控制系统的设计的时间，调试周期，且要降低成本。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，而且继电器的触电容易产生电弧，甚至会熔在一起产生误操作，引起严重的后果。在全负

4、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。这种电路线路多，只适用于小型的控制电路。本设计的设计内容说明部分：控制功能描述、相关检测的实现计算部分：控制设备参数的选择计算绘图部分：主接线图、程序流程图、梯形图全自动洗衣机的应用现状全自动洗衣机根据结构不同可分为波轮式全自动洗衣机（也叫套桶式全自动洗衣机）、滚筒式全自动洗衣机和搅拌式全自动洗衣机三大类。波轮式、滚筒式、搅拌式全自动洗衣机分别占全球洗衣机市场份额的33%、52%和15%。搅拌式洗衣机目前还没有进入我

5、国市场，以下仅对滚筒式和波轮式两种洗衣机进行讨论。（1）滚筒式洗衣机更好地软化衣物纤维，减小洗涤过程中衣物的损伤和变形，并且还可以使洗后的衣物柔软而蓬松；提高温度来洗涤可充分溶解洗衣粉，加快洗衣粉中弱酸性物质与污物的化学反应速度，提高洗衣粉中酶的活性，同时有利于溶解汗渍、血渍、降低灰尘、油污的粘附作用，从而可在同样的洗净比下（注：洗净比是国家对洗衣机的质量考核中的一个基本指标），可大幅度降低洗涤过程对机械外力的需求；温度高有利于污物在水中的扩散；高温能有效地杀死一些细菌；加温洗涤的波轮式洗衣机无论怎样的水流，需达到一定的洗净比，就必须有足够的机械力，而机械力对衣物是有损伤的，这就注定了波轮式洗

6、衣机的磨损率大大高于滚筒式洗衣机。各种新水流基本原理是一样的，就是尽量以缭乱的水流减少衣物的缠绕，增大水流的冲刷力用于洗涤，与以前依靠衣物与桶壁和衣物相互之间的摩擦方式相比，水流冲刷对衣物的损伤较小（2）波轮式洗衣机因为滚筒式机的价格大大高于波轮式机，所以波轮式机仍受到普遍欢迎。关于水流：现在波轮式全自动洗衣机的宣传重点放在新水流上，如LG的拳击棒、松下的双瀑布、荣事达的网络水流等，但正如上面水说到过的，各个厂家是用不同的方法实现同一个目标，实现效果也差不多，所以不必太在意。关于不绣钢内桶：采用不绣钢内桶的目的是为了减小衣物和内桶壁的摩擦力，从而减轻衣物的磨损，选购是应予以考虑。关于同心洗：同

7、心洗是直接把电动机轴与洗衣桶主轴同心安装，直接驱动。这样在洗涤，特别是脱水的时候洗衣桶震动减小，使噪声得以降低。但要说这样会延长洗衣机的寿命是不正确的。至于变频洗衣机，其一是可以对不同质地的衣物自动选用不同的电动机转速，从而给不同质地的衣物以恰当的洗涤强度，在保证洗得干净的同时，最大限度地降低衣物的磨损。其二是可以在脱水甩干时，由慢到快地启动，使衣物在桶内分布均匀，脱水效果好，同时由于衣物均匀地分布在洗衣桶的四周，洗衣桶的重心落在轴心上，可以减小震动，降低噪声，这当然是有好处的。缺点也是价格太贵。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

8、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？是不是看到的眼花缭乱，将来的洗衣机会朝着使用方便、更加节能、更加个性化的方向发展。可编程控制器的概述可编程控制器的定义及分类可编程控制器的定义PLC即可编程控制器（Programmable logic Controller），是指以计算机技术为基础的新型工业控制装置。在1987年国际电工委员会（International Electrical Committee）颁布的PLC标准草案中对PLC做了如下定义： “PLC是一种专门为在工业环境下应用而设计的数字运算操作的电子装置。它采用可以编制程序的存储器，用来在

9、其内部存储执行逻辑运算、顺序运算、计时、计数和算术运算等操作的指令，并能通过数字式或模拟式的输入和输出，控制各种类型的机械或生产过程。PLC及其有关的外围设备都应该按易于与工业控制系统形成一个整体，易于扩展其功能的原则而设计。”可编程控制器的分类（1）小型PLC连接开关量I/O模块、模拟量I/O模块以及其它各种特殊功能模块，能执行包括逻辑运算、计时、计数、算术运算、数 字 输入/输出点数在128点以下的PLC称为小型PLC。其特点是体积小、结构紧凑，它可以据处理和传送、通信联网以及各种应用指令。（2）中型PLC输入/输出点数在128-512点之间的PLC称为中型PLC。它除了具有小型机所能实现

10、在功能外，还具有强在的网络通信功能、更丰富的指令系统、更大的内存容量和更快的扫描速度。（3）大型PLC输入/输出点数大于512的PLC称为大型PLC。它具有强大的软件硬件功能、自诊断功能、通信联网功能，它可以构成三级通信网，实现工厂生产管理自动化。另外大型PLC还可以采用三CPU构成表决式系统，使机器具有更高的可靠性。可编程控制器的结构及工作原理可编程控制器的结构PLC实质是一种用于工业控制的计算机，其硬件结构基本上与微型计算机相同。根据结构形式的不同，PLC的基本结构分为整体式和模块式结构两类。（1）整体式结构的PLC整体式结构的PLC由中央处理器（CPU）、存储器、I/O单元、电源电路和通

11、信端口等组成，并将这些组装在一起。（2）模块式结构的PLC模块式结构的PLC是将中央处理器（CPU）、存储器、输入/输出单元、电源电路和通信端口等分别做成相应的模块，应用时将这些模块根据要求插在机架上，各模块间通过机架上的总线想到联系。可编程控制器的工作原理PLC的工作原理与继电器构成的控制装置一样，但是工作方式不太一样。继电器控制是并行运行方式，即如果输出线圈通电或断电，该线圈的触点立即动作。而PLC则不同，它采用循环扫描技术，只有该线圈通电或断电，并且必须当程序扫描到该线圈时，该线圈触点才会动作。也可以说继电器控制装置是根据输入和逻辑控制结构就可以直接得到输出，而PLC控制则需要输入传送、

12、执行程序指令、输出3个阶段才能完成控制过程。可编程控制器的主要技术指标（1）存储器容量存储器用来存储程序和系统参数等，其容量是由用户程序存储器和数据存储器组成的。程序存储器容量大小决定了用户所能编写程序的长度。一般中小型PLC的存储器容量在16KB以下，大型的PLC可达到2MB左右。（2）输入/输出点数输入/输出点数是指根据工业系统控制要求所得到的对应于PLC的输入/输出端的个数。I/O点数越多，说明需要控制的器件和设备就越多。（3）扫描时间扫描时间是指CPU内部根据用户程序，按逻辑顺序，从开始到结束扫描一次所需的时间。PLC用户手册一般给出执行指令所用的时间。（4）指令种类和数量指令的种类和

13、数量决定了用户编制程序的方式和PLC的处理能力和控制能力。（5）内部寄存的种类和数量内部寄存器主要包括定时器、计数器、中间继电器、数据寄存器和特殊寄存器等。它们主要用来完成计时、技术、中间数据存储、数据存储还有其他一些功能。种类和数量越多，PLC的功能就越强大。（6）扩展能力PLC扩展能力是指PLC是否能具有I/O点数扩展、功能扩展、联网等一些功能。（7）智能模块的种类和数量智能模块是指能完成模拟量控制、远程控制以及通信等功能模块。智能模块种类和数量越多，说明PLC功能越强大。全自动洗衣机的基本结构全自动洗衣机的工作系统洗涤与脱水系统全自动洗衣机主要是通过波轮对衣物的翻滚达到洗涤目的。波轮安装

14、在洗涤桶的正中，托盘连接着盛水桶。套桶式全自动洗衣机的脱水桶（甩干篮）既要保证能离心脱水，又要能容纳洗涤的衣物，全自动洗衣机的洗涤桶其上部略大，下部略小，呈圆锥形。为了保证洗涤效果，洗涤桶的内壁上必需设计成凸形来增大摩擦力，达到满意的洗涤效果，当衣物与洗涤桶接触时，桶壁就产生像搓板那样的洗涤作用，而且能增强涡旋作用，提高洗涤率。洗涤系统的传动部分由风叶、皮带、皮带轮、和洗衣轴体组成。脱水系统由脱水桶、脱水定时器、安全开关、电动机、制动机构等组成。洗衣机具有盖的带锁装置，该锁定装置，包括洗衣机盖板、洗衣机箱体，还包括控制开关，与控制脱水的开关联动；电磁铁，与控制开关连接；洗衣机盖板翻口端内面在对

15、应洗衣机箱体内壁处设有凹缘，凹缘上设有锁孔，洗衣机箱体上端设有所述电磁铁，电磁铁衔铁的伸缩口位于洗衣机箱体内壁，而且电磁铁通电后其衔铁伸出端正好位于盖好的洗衣机盖板凹缘的锁孔内。由于电磁铁的控制开关与洗衣机控制脱水的开关联动，使洗衣机在脱水时电磁铁的衔铁能伸出，而且正好锁住洗衣机盖板凹缘的锁孔，使用户在脱水时不能打开洗衣机盖板，从而确保了洗衣机脱水时的操作安全。进水与排水系统全自动洗衣机的进水系统采用水位压力开关和进水阀，由程序控制器调节。设有溢水口，其位置在盛水桶上口部。漂洗时，它能让洗涤液中的泡沫和污水溢出，有利于漂清。全自动洗衣机水位开关一般有三档水位控制,并都有 低水位、中水位、高水位

16、、再注水等功能当进水阀注水，内桶水位增高到预选水位时，导通橡皮气膜受到内部空气的压缩而被顶出，中触片上跳，与上触片闭合。此时主电机导通，进水阀断开（原来中触片与下闭合），并开始洗衣。当旋钮旋至低水位时，凸轮转动，但曲率半径较小。通过一定的机构，橡皮气膜压簧被压缩而产生压力P1，压迫气膜。当桶内水量达到30L时，软管内的空气被压缩，产生空气压力F1，当F1P1时,中触片上跳,与上触片闭合,主电动机动作,进水阀关闭。全自动洗衣机的排水系统由程序来控制排水电磁阀，牵引排水阀。排水阀主要同阀盖、阀芯弹簧、阀芯拉簧，橡皮阀和阀体组成。排水电磁铁主要用来控制自动型洗衣机排水阀的开闭,在套桶式自动型洗衣机中

17、同起到改变减速离合大的洗涤、脱水状态、排水电磁铁主要由线圈、磁轭、静铁芯、衔铁和短路铜环等组成。全自动洗衣机的工作原理全自动洗衣机综合运用了大量力学、电学、光学等知识，以下就其原理和构造分析。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

18、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

19、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。 水位开关实际上是一个压力开关。气室的入口与洗衣桶中的贮气室相联接。当水注入洗衣桶后，贮气室口很快被封闭，随水位上升，贮气室的水位也上升，被封闭的空气压强亦增大，水位开关中的波纹膜片受压而胀起，推动顶杆运动而使触点改变，从而实现自动通断。智能型模糊控制的

20、全自动洗衣机还可以自动判断水温、水位、衣质衣量、衣物的脏污情况，决定投放适量的洗涤剂和最佳的洗涤程序。其方法是：在洗衣桶内注入一定量水后使电机低速运转，平稳后快速断电，洗衣桶在惯性作用下带动电机继续转动。此时，电机绕组产生反电动势，对其半波整流并放大整形后获得一矩形脉冲系列。通过分析脉冲个数和脉冲宽度。就能得到衣质衣量情况。衣物的脏污程度是通过水的透明度来判断的。在洗衣桶的排水口处加一红外光电传感器，使红外光通过水而进入另一侧的接收管。若水的透明度低，接收管获得的光能小，说明衣物较脏。脱水时采用压电传感器。当脱水桶高度旋转时，从脱水桶喷射出来的水作用于压电传感器上，根据这个压力变化，自动停止脱

21、水运转。全自动洗衣机的硬件设计全自动洗衣机控制系统的设备要求全自动洗衣机控制系统的要求是能实现“正常运行”和“强制停止”两种控制方式。“正常运行”方式具体控制要求如下：按下启动按钮，开始注入清水（水位选择高或低）水到位，按下S1或S2按钮停水加洗衣粉（3s）加温（加温选择高或低）水温到（按下T1或T2按钮）洗涤30s（电动机正反转）排水（10s）脱水3s（电动机正转）进水水位到第一次漂洗30s（电动机正反转）排水（10 s）脱水3s（电动机正转）进水水位到加柔顺剂3s第二次漂洗30s（电动机正反转）排水（10s）脱水6s（电动机正转）结束强制停止：“强制停止”方式具体控制要求如下：若按下“停止

22、”按扭，洗衣过程停止。可用手动排水开关和手动脱水开关进行手动排水和脱水。全自动洗衣机控制系统结构图 图3-2全自动洗衣机控制系统结构图 PLC的机型选择机型选择的基本原则是在满足功能要求及保证可靠、维护方便的前提下，力争最佳的性能价格比。1 合理的结构型式整体式PLC的每一个IO点的平均价格比模块式的便宜，且体积相对较小，所以一般用于系统工艺过程较为固定的小型控制系统中；而模块式PLC的功能扩展灵活方便，IO点数量、输入点数与输出点数的比例、IO模块的种类等方面，选择余地较大。维修时只要更换模块，判断故障的范围也很方便。因此，模块式PLC一般适用于较复杂系统和环境差（维修量大）的场合。2 安装

23、方式的选择根据PLC的安装方式，系统分为集中式、远程IO式和多台PLC联网的分布式。集中式不需要设置驱动远程IO硬件，系统反应快、成本低。大型系统经常采用远程IO式，因为它们的装置分布范围很广，远程IO可以分散安装在IO装置附近，IO连线比集中式的短，但需要增设驱动器和远程IO电源。多台联网的分布式适用于多台设备分别独立控制，又要相互联系的场合，可以选用小型PLC，但必须要附加通信模块。3 相当的功能要求一般小型（低档）PLC具有逻辑运算、定时、计数等功能，对于只需要开关量控制的设备都可满足。对于以开关量控制为主，带少量模拟量控制的系统，可选用能带AD和DA单元。具有加减算术运算。数据传送功能

24、的增强型低档PLC。对于控制较复杂，要求实现PID运算、闭环控制、通信联网等功能，可视控制规模大小及复杂程度，选用中档或高档PLC。但是中、高档PLC价格较贵，一般大型机主要用于大规模过程控制和集散控制系统等场合。4 响应速度的要求PLC的扫描工作方式引起的延迟可达23个扫描周期。对于大多数应用场合来说，PLC的响应速度都可以满足要求，不是主要问题。然而对于某些个别场合，则要求考虑PLC的响应速度。为了减少PLC的IO响应的延迟时间，可以选用扫描速度高的PLC，或选用具有高速IO处理功能指令的PLC，或选用具有快速响应模块和中断输入模块的PLC等。5 系统可靠性的要求对于一般系统PLC的可靠性

25、均能满足。对可靠性要求很高的系统，应考虑是否采用冗余控制系统或热备用系统。全自动洗衣机控制系统的选型S7-200PLC是德国西门子公司生产的一种超小型PLC，S7-200 CPU22X系列PLC（它是S7-21X系列的替代产品），S7系列还有S7300和S7400系列，它们完全可以替代西门子早期的S5-11X系列的PLC，S7系列PLC的编程均可使用STEP7编程语言。S7-200的CPU只有晶体管和继电器输出两种类型，主机上还采集了24V直流电源，9V交流电源。采用226模块，它控制着整个系统按照控制要求有条不紊地运行。由于CPU226模块有24点数字量输入，有16点数字量输出，而我们只需要9点数字量输入，14点数字量输出，完全能满足我们此次设计全自动洗衣机控制系统的要求，所以不再需要另外的电源模块、数字量输入和输出模块。硬件设计（1）地址分配数字量输入部分：分配如表3-1所示表3-1输入地址分配符号输入地址功能SB1I0.0启动按扭SA1I0.1高水位选择SA2I0.2低水位选择S1I0.3高水位到位S2I0.4低水位到位SA3I0.5高温选择按钮SA4I0.6低温选择按钮T1 I0.7 高温到度按钮T2 I1.0 低温到位按钮数字量输出部分：分配如表3-2所示表3-2输出地址分配对应地址YA1Q0.0进水阀HL1Q