基于PLC的全自动洗衣机控制系统设计

1、引言随着吋代的发展，市场潜力的提升，洗衣机已经成为每个家庭必不可缺的电器之一。 从最开始的电动机控制的洗衣机，洗衣机的发展也开始了随这吋间迁移发生着质的变化, 由于人们对洗衣机的要求也逐步加高。以往以单片机为中心控制系统工作的全自动洗衣 机屮，存在着些木身不能克服的缺点。首先由于单片机的指令系统相对复杂，编写洗 涤、脱水程序也相对复杂；其次，在设计控制系统硬件吋，耍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，这样不但增加了硬件的复 杂性，而且隐含较高的故障率，还无形地增加y维修成木费用。而基于plc来控制的自 动洗衣系统将能克服单片机的这些缺点。因为它是整体模

2、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，所以在使用中，硬件相对简单，编程语言也相对简单， 并且测试容易，维修方便，更可以提高控制系统的设计的灵活性及控制系统的可靠性。 因而plc的广泛应用，进一步提高全自动洗衣机的功能和性能，避免传统控制的一些弊 端。1设计类型及设计意义1.1设计类型全自动洗衣机的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

3、分，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：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。随着计算机及微电子技术的发展，自动控制系统 正在逐步实现硬件化。凶此，电动控制洗衣机将逐步退出家电舞台。全自动洗衣机从结构上分有波轮式、搅拌式、滚筒式。前，国内市场上销售的大 都是波轮式和滚简式，供应最多的是波轮式洗衣机。波轮式洗衣机的特点是洗净率高， 但对衣服的磨损很人，随着人们生活水平不断地提高，丝绸，毛料，羊毛等大量走进普通 家庭,厂商又适吋地

4、推出y滚筒洗衣机,它最大的优点是磨损率小，但洗净率比波轮式低, 价格高。洗衣机产品可以分三类：普通型、半自动型和全自动型。普通型和半自动型洗衣机，都需要人为参与操作，才能完成洗衣、甩干、排水全过程；而全自动洗衣机在整个洗涤、 甩干、排水过程中，无需人为操作和监控。1.2设计意义本设计是基于plc的全自动洗衣机控制系统设计，采用三菱fx2n系列的plc作为 核心控制部件，利用其特点，对按钮、电磁阀、开关等其他一些输入/输出点进行控制， 实现洗衣机洗衣过程的自动化。首先需耍对全自动洗衣机的控制系统进行分析，进行流 程图和梯形图的设计，并进行仿真测试。为了能更直观的显示出整个自动控制过程，本 设计运

5、用组态王软件建立一个全自动洗衣机的监控系统副面。木文的课题源于市场上的洗衣机产品。传统的洗衣机采用继电器控制，而大多数继 电器的优点是装置结构简单、价格便宜、抗干扰能力强，但其容易损坏，产生噪音，耗 能大。也有采用单片机控制的洗衣机，单片机系统的特点是结构简单，处理速度快，但 其对环境的适应能力较低，可靠性差，采用汇编语言或者是c语言，这些高级语言和plc 语言相比难以学习，而ii功能单一，只具冇使用中所需要的功能，硬件较为复杂。plc 系统的优点是：可靠性高，耗电少，适应性强，运行速度快。为了进一步提高全自动洗衣机的功能和性能，为了避免传统控制和单片机控制的一 些弊端，就提出了用plc來控制

6、全自动洗衣机这个课题。2工艺控制要求及制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2-1所示：全自动洗衣机的洗衣桶（外桶）和脱水桶（内桶）是以同一屮心安放的。外桶固定， 作盛水用。内桶可以旋转，作脱水（甩水）用。闪桶的叫周有很多小孔，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。进水吋，通过电控系统使进水闸打开，经进水管将水注入到外桶。排水吋，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， 此吋脱水桶并不旋转。脱水吋，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

7、分别用來检测高、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。2.1控制要求(1) 按下启动键，进水阀门打开，冼衣桶开始进水；(2) 水位到达上限，上限开关按下，则进水阀灯灭，表示水已经注满；冼衣波轮开始 旋转，左转方向5秒，停5秒，右转方句5秒，再停5秒，周而复始循环运行1分钟(即 3次整体循环)，波轮停止转动，排水阀灯亮，开始排水；(3) 水位到达下限，下限开关按下，则排水阀门关闭，灯灭；甩干桶指示灯亮，甩干 桶开始工作30秒；(4) 30秒后，蜂鸣器响，表示整个冼衣过程完成；(5) 按下停止键，冼衣机停止工作；(6) 按下

8、手动排水键，冼衣桶开始排水。2.2控制流程全自动洗衣机控制流程图如图2-2所示：>图2-2流程图3硬件的选择及接线设计3.1主电路的元器件选择及接线设计3.1.1元器件的选择全自动洗衣机的电动机选用三和异步电动机，电动机同时作为洗涤和脱水时的动力 源。由于全0动套桶洗衣机的额定洗涤容量较大，因此电动机的功率较大。电动机的额 定功率选用360w,额定电压为220v的交流电，额定功率为50hz。主电路的开关主要起线路保护作用，所以采用熔断器，对电路起过流保护作用；断 路器，对电路起短路断电保护；继电器，对主电路起控制作用；热继电器，电路中对电动机实现过载保护作用。3.1.1主电路的接线设计主

9、电路接线设计图如图3-1所示:qsfukm2pem itfr=主接线图图3-1主电路接线3.2制电路元器件的选择及接线设计 3.2.1元器件的选择（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 pj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儿个方面: 输入信号的类型及电压等级； 输入接线方式； 注意同时接通的输入点数量； 输入门槛电平。（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儿个方面： 输出方式； 输

10、出接线方式； 驱动能力； 注意同时接通的输出点数量； 输出的最人电流与负载类型、环境温度等凶素冇关。3.2.2控制电路的接线设计控制电路接线设计图如图3-2所示：plc.sl1.sb2.sl2.sb3.图3-2控制电路的接线4软件的设计及运行说明4.1 i/o 口及定时器地址分配表4-1 i/o u地址分配表:类别元件地址作用输入$b1x0启动按钮sl1xi注水阀门关闭sb2x2停止按钮sl2x3手动排水丌关sb3x4洗衣机开始排水输出kmoy0进水信号灯km1y1进水电磁阀km2y2电机正转接触器km3y3电机反转接触器km4y4排水信号灯km5y5排水屯磁阀km6y6甩干桶指不灯km7y7

11、脱水电磁离合器km8y10蜂鸣器表4-2走时器说明表:类别器件号设定值作川定to5s正转洗涤计时t15s正转暂停计吋吋t25s反转洗涤计吋器t35s反转暂停计时t430s脱水计吋特殊定时器t250150规定吋间内洗涤4.2梯形图设计运行说明(1)、初始状态步m0:m8002mlm8m9x002iii卜m0图4-1初始状态汝如图4-1所示，当plc上电时，初始脉冲m8002短时间内接通，使辅助继电器m0 线圈得电，触点m0自保(自锁)，初始状态步m0成为活动步。停止按扭sb2接入端子x2,当程序循环结束，m0线圈失电全部输出停止。(2) 、进水(注水)步ml:mo x000 m211 i i1

12、i(沿)mliiml16 | |(y000)(y001)图4-2进水(注水)步如图4-2所示，初始状态步m0的常幵触电m0串联在x0的支路中，在m0接通的前 提下，当按动按扭sb1吋，x0触电接通，ml变为活动步，辅助继电器ml的常闭触点ml 串联在初始状态步的m0线圈的冋路屮，当ml变为活动步吋，其常闭触点断开，m0线圈 失电，变为非活动步，这就是后级步对前级步的连锁控制。ml变为活动步吋，进水信号 灯亮，进水电磁阀得电后进水。(3) 、洗涤步 m2, m3, m4, m5:x001m3h i_r-t250(m2m227 | <y002)k50<t0)阁4-3 ii:转洗涤步m2

13、32i tom41 i(13)如图4-3所示，在步ml位活动步的前提下，当水到达高水位开关时，sl1接通，触 点xi接通，正转洗涤步m2变为活动步，其串联在ml线圈冋路屮的常闭触点m2断开, 使其变为非活动步，特殊定时器t250常闭触点串联在m2的线圈回路中，作为循环条件 满足吋断开回路的条件。m3m337| k50(t1)阁4-4 1卜:转暂停步如图4-4所示，在正转洗涤步为活动步的前提下，当正转洗涤定时器to的定时时 间到时，常开触点t1的on信号使正转洗涤暂停，步m3变为活动步，m3的常闭触点断 开，使m2变为非活动步。m341 t1m54 i<m4m4m446| 4 i(y003

14、)k50(t2)阁4-5反转洗涤步如图4-5所示，在正转洗涤暂停步为活动步的前提下，当正转洗涤暂停定时器t1 的定时时间到时，常开触点t1的on信号使反转洗涤步m4变为活动步，m4的常闭触点断开，是m3变为非活动步，输出继电器y3用于控制电动机反转运行。m451| t2m101 im6m8m58m5 1 m5i(丁3k50k150(t250)图4-6反转锊停歩如图4-6所示，在反转洗涤为活动步的前提下，当反转洗涤定时器t2的定吋时间 到时，常开触点t3的on信号会使反转洗涤暂停步m5变为活动步，m5的常闭触点断开， 使m4变为非活动步。m5 t3 m2 m965 h i1 卜phm)m10hi

15、阁4-7洗涤循环如图4-7所示，当完成“正转洗涤一暂停一反转洗涤一暂停”一个小周期为了 将衣物洗净,需要反复洗涤lmin,即lrnin循环洗涤，由特殊定时器t250进行吋阆累积， 其设定值为在范围时间内平均每项任务循环时间的和。如图4-7所示，当特殊定吋器t250的定吋到达lrnin吋，t250断开，使辅助继电器 m6被驱动，其常开触点接通，是排水步m6成为活动步，为实现能手动排水，同时在m6 步.卜.并联手动排水步m8，由手动按钮sb3使m8成为活动步，m6于m8互断來选择0动 或手动排水。(5)、脱水步m7:m6x0o4h hm9r<m796m8_i卜x0o4h hm7m7<v

16、006<v007k30o <t4)阁4-8脱水步如图4-8所示，当排水进行到下限位开关sb3接通吋，触点x4接通触点在祕接通 的前提下，辅助继电器m7的线圈被驱动，脱水步m7变为活动步，串联在m6线圈回路 中的常闭触点m7断开，使排水步m6变为非活动步，脱水定吋器t4开始脱水计吋。(6)、蜂鸣器m010即结束返回初始步：m7t4m0102107<m9m9d hm9<y010阁4-9蜂鸣器如图4-9所示，当脱水定时器t4的定时时间到时，脱水步19成为活动步，并接通 蜂鸣器，此吋，整个程序循环结束，跳转返问初始步。5触摸屏仿真调试使用gt dcsingcr3画面软件进行仿真

17、模拟调试，创建新的工程，耍先启动 gt-desing(yr3软件，并点击新建，然后创建第2个画而，摆放并设定画而屮的控件，设 计完成后的阁5-1如下：阁5-1模拟凋试阁在梯形图在线监测的条件下，击模拟器-启动按钮，会出现如图5-2所示画面，画 面上便可以进行操作现实，并可以完成整个系统运行模拟换面，可以形象的观察到软件 控制的注水，排水等的自动控制过程。(a)(b)图5-2模拟画面在gt_desinger3中吋以设定进入模拟密码。画面如5_3所示。图5-3密码屏6结论基于plc全自动洗衣机控制系统的没计理念在于，用可编程控制器plc来代替人的 操作，从而实现全自动洗衣机的一体化。而采用plc做

18、控制器的设计思想是，plc把计 算机功能完善、灵活、通用等优点和继电器控制系统的简单易懂、操作方便、价格便宜 等优点结合起来，控制器的硬件是标准的、通用的。根据实际应用对象，将控制内容编 成软件写入控制器的用户程序存储器内，使控制器和被控对象连接方便。而对于全自动 洗衣机的工艺流程来讲，主要是进水、洗涤、排水、脱水、结束鸣音等洗衣过程，其状 态与状态之间的转换明了，恰恰适用于plc的使用，同时在编程控制方面采用顺序结构 控制，简单明了。在本系统屮，完成了进水系统、洗涤系统、排水系统、脱水系统、鸣音系统的设计， 同时在一个系统与下一个系统之间的转换过程中，都设有屮间状态，从而完成了一个动 作到下

19、一个动作之问的准确转换。本系统的特点是，灵活的选用了检测系统，对洗衣时的水位和进、排水是否完成等 进行检测，并把检测到的信号传递给plc。由plc做为屮心控制器，来完成进水、洗涤、 排水、脱水等洗衣的过程，实现其全自动功能。洗衣机在整个工作的过程中，可以通过 手动排水来把水排出使洗衣机中的水到达水位的十*限位以便进行十* 一步任务。本系统还存在着一些不足，如果选用适当的传感器，真正意义上实现了基于plc控 制的全自动洗衣机。这些问题，还需要今后多加研究、学习。谢辞通过课题设计，我深刻的体会到y实践和理论的区别与联系，让我明白怎么样才能 把理论应用与实践相结合，这次实训中，弥补了在课堂上理论知识

20、的残缺，用模拟实际 过程弥补抽象思维上的不解与疑问，更形象的了解并掌握plc的选型及控制设计。通过 木次实训我得到y锻炼，也感觉到y自己的不足，所以我应该忠心的感谢学校给我们提 供的这次课程设计的机会，u:我在设计中体会到了我现在所处的位置和将来要达到的位 置，m吋也要感谢实训期间每位老师给予我的指导和同学给我的帮助，在这次课程设计 屮有些思路比较闭塞，一个人的想法总是有限的，所以要设计一个程序就需要和大家共 同交流，在思考遇到瓶颈时，是身边的同学阐述自己的观点，在其他同学的观点中，我 得到启发，结合自己的想法得到一个比较完整的设计运行方案，再求教老师给予更正， 与指导，感谢老师们抽出宝贵的休息吋间来帮我改正及改进方案，使我的设计更为完整, 再此感谢他们的帮助。m吋也应该感谢老师给了我们这此机会，让我们能更贴近实际 的学习plc知识，把plc与实际生活更紧密的联系与应用，使编程能力得到更进一步的 提升。参考文献1王永平.现代电气控制及plc应用技术m. 2版.北