基于PLC的洗衣机控制LPC毕业论文

1、. . . . 基于PLC的洗衣机控制摘 要随着社会经济的发展和科学技术水平的提高，家庭电器全自动化成为必然的发展趋势。全自动洗衣机的产生极大的方便了人们的生活。洗衣机是国家电业唯一不打价格战的行业，经过几年的平稳发展，国产洗衣机无论在质量上还是功能上都和世界领先水平同步。纵观洗衣机市场，高效节能、省水、省电、环保型洗衣机一直在市场上占主导地位。本文介绍了利用S7-200系列PLC对全自动洗衣机控制系统总体控制,阐述了控制方案。实现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

2、检测技术的不断更新。本文采用德国西门子公司生产的S7-200型PLC 作为核心控制器进行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、梯形图以与输入输出端子的分配方案。同时根据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 全自动洗衣机控制系统 PLC程序设计。关键词：PLC，洗衣机，控制目 录第一章绪论11.1 课题的研究背景11.2 洗衣机的分类11.3洗衣机发展与现状21.4本课题研究的主要容2第二章 全自动洗衣机的基本结构52.1 全自动洗衣机的原理和构造52.2 洗涤脱水系统72.3 排水和进水系统7第三章

3、 可编程序控制技术3.1 PLC的定义与特点3.2 PLC的工作原理3.3 PLC的应用与发展第四章硬件电路的设计63.1 PLC的选择63.1.1 输入地址分配表63.1.2 输出地址分配表63.1.3 CPU功能与结构的选择63.2 PLC外部接线图73.3 洗衣机示意图7第五章软件的设计94.1 PLC控制顺序功能图94.2 系统梯形图104.3 系统指令语句表13结 论15致16参考文献1718 / 21第一章 绪论1.1 课题的研究背景本次设计基于PLC的全自动洗衣机控制，本文的课题源于市场上洗衣机产品。采用PLC控制开发的周期短，开发成本低，可以直接用于工业现场控制。PLC控制具有

4、实时性、信号处理时间短、速度快、更能满足各个领域大、中、小型工业控制项目，可靠性高，丰富的I/O卡件，质优价廉，性价比高，安装简单，维修方便，PLC控制能在高粉尘、高噪声、强电磁干扰和温度变化剧烈的环境下正常工作。因为它是整体模块，集中了驱动电路、检测电路和保护电路以与通讯联网功能，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设计的灵活性与控制系统的可靠性。本设计以操作简单、使用可靠、维护修理方便作为主要设计方向。1.2 洗衣机的分类普通洗衣机。其洗涤、漂洗、脱水等功能均须手工转换。半自动洗衣机。它能在洗涤、漂洗、脱水等功能之间，实现某两个功能的自

5、动转换。全自动洗衣机。它能自动实现洗涤、漂洗、脱水等所有功能。2.按结构与洗涤方式分类波轮式洗衣机。这种洗衣机是在立式洗衣桶底部，安装一个搅动水流的波轮，靠波轮的快速旋转，使衣物不断翻滚、摩擦，从而达到洗涤的目的。我国城乡家庭普遍采用这种洗衣机。其优点是：洗涤时间短（10分钟左右），洗净度高，结构简单，使用方便，价格低，用电省，占地少；缺点是：用水多，洗衣量（15千克）少，衣物易缠绕，去污不均匀，对短纤维织物磨损大。滚筒式洗衣机。它是通过滚筒的转动，使衣物随滚筒的凸筋上升，而后借自重下跌，如此不断翻滚，达到洗涤的目的。其优点是：用水省，洗衣量大（520千克），洗涤剂用量省，对衣物磨损率较低，可

6、用热水洗涤，易实现自动化；缺点是：洗涤时间长（4060分钟），耗电量大，洗净度低，结构复杂，噪音大，价格高。因此，这种洗衣机多集体单位使用。搅拌式洗衣机。它是通过装有搅伴翼的立轴旋转摆动，带动水流和衣物，从而达到洗涤的目的。其优点是：洗涤量大，去污均匀，磨损小；缺点是：洗涤时间长，振动大，占地多，价格高，结构复杂。喷流式洗衣机。它通过安装在洗衣桶侧壁的波轮的旋转，在桶中形成喷流，使衣物受到水流的冲击，从而达到洗涤的目的。其优点是：洗涤时间短，洗净度高，结构简单，价格便宜；缺点是：对衣物磨损严重（有时甚至会撕裂衣物），去污均匀度差，水和洗涤剂用量大。喷射式洗衣机。它通过安装在洗衣桶底部的水泵不断

7、抽水冲刷衣物，使衣物在桶翻滚、转动，从而达到洗涤的目的。其优点是：衣物磨损率低（故尤适于洗涤丝、绢等细软织物），结构简单，价格低；缺点是：洗净度低，洗涤时间长，洗衣量少。振动式洗衣机。它是通过洗衣桶底部电磁振动板的高速振动，使水产生波浪和翻滚，从而达到洗涤衣物的目的。其优点是：磨损率低，结构简单，价格便宜；缺点是：洗净度低，振动噪音大。以上六种不同结构和洗涤方式的洗衣机，均有相应的普通型、半自动型和全自动型1.3 洗衣机发展与现状从古到今，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

8、人的感受常常是辛苦劳累。世界上第一台洗衣机于1858年诞生，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。1874年,“手洗时代”受到了前所未有的挑战，美国人发明了木制手摇洗衣机。1880年，美国发明了蒸气洗衣机，蒸气动力开始取代人力。蒸汽洗衣机之后，水力洗衣机、燃机洗衣机也相继出现。1910年，美国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。1932年，美国研制成功第一台前装式滚筒洗衣机。1955年，在

9、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。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，洗衣机实现了较宽围的转速变换与调节，诞生了许多新水流洗衣机。时地推出了滚筒洗衣机,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。国外洗衣机品牌有海尔、小天鹅、荣事达、松下、惠而浦水仙、LG熊猫、西门子、日立好用。采用

10、PLC控制比继电器控制好的多，我们采用PLC来控制。 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，部电路采取了先进的抗干扰技术，具有很高的可靠性。2、易学易用，深受工程技术人员欢迎PLC作为通用工业控制计算机，是面向工矿企业的工控设备。3、系统的设计、建造工作量小，维护方便，容易改造，PLC用存储逻辑代替接线逻辑，大大减少了控制设备外部的接线，使控制系统设计与建造的周期大为缩短，同时维护也变得容易起来。更重要的是使同一设备经过改变程序改变生产过程成为可能。这很适合多品种、小批量的生产场合。4、体积小，重量轻，能耗低

11、，由于体积小很容易装入机械部，是实现机电一体化的理想控制设备。1.4 本课题研究的主要容研究的具体容包括：1、深入了解洗衣机的发展、结构与控制要求。2、控制系统设计。包括硬件设计，PLC的选择，各硬件模块的介绍，软件设计，编程方法。3、对编写好的编译程序进行实际调试。第二章 全自动洗衣机的基本结构2.1 全自动洗衣机的原理和构造全自动洗衣机在结构上大致可分为3中类型，即波轮式，滚筒式和搅拌式。我国的洗衣机在结构上主要有波轮式和滚筒式两类，产品的类型以波轮式为主，其他类型为辅。首先做一下比较：滚筒式洗衣机具有如下性能：1）更好的软化衣物纤维，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

12、柔软而蓬松。2）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大幅度降低洗涤过程对机械力的需求。3）温度高有利于污物在水中的扩散。4）高温能有效的杀死一些细菌。没有加温的洗涤的波轮式洗衣机无论怎样的水流，要达到一定的洗净比，都必须有足够的机械力，而机械力对衣物是由损伤的，这就决定了波轮式洗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，就是尽量以紊乱的水流减小衣物的缠绕，增大水流的冲刷力以用于洗涤，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

13、对衣物的损伤较小。滚筒式洗衣机有如下特点：1）磨损低，没有缠绕，机械传动部分简单可靠，寿命长于波轮式洗衣机。2）自动化程度高，可以自动投放洗衣粉，漂白粉等，为不同质地的棉制品，化纤制品，羊毛制品设计了不同的洗涤程序和洗涤温度，使洗涤更为科学。设有防皱浸泡功能，可将洗好的衣物浸泡在清水里，到晾晒前再甩干，避免衣物甩干后不能与时取出晾晒而起皱。1） 省水，省洗衣粉。滚筒式洗衣机不需要水位高过衣物，从而可节约用水，并可减少洗衣粉的投放量。2） 高温洗涤有一定的灭菌作用。3） 洗涤过程噪声小，滚筒式洗衣机属封闭式洗涤，可以有效屏蔽桶转动声和水流声；而波轮式洗涤的水流声，脱水桶转动声是不可避免的且刹车装

14、置和电磁阀动作声音也很大。由于滚筒式洗衣机的价格大大高于波轮式洗衣机，所以波轮式洗衣机仍然受到普遍欢迎。波轮式洗衣机的特点：1） 水流方面。现在波轮式全自动洗衣机出现了一种新水流的形式。如LG的拳击棒，松下的双瀑布，荣事达的网络水流等都采用了这种水流。2） 程序控制器。新推出的波轮式全自动洗衣机均采用单片机程序控制器，原来的机械式程序控制器基本上已被淘汰。各厂家生产的各种型号的波轮式全自动洗衣机的控制程序有所不同。如在模糊控制的洗衣机中，单片机通过采集水位传感器，布量传感器，光传感器的信号以与电动机的转速，判断出衣物的质地，多少，赃物程度，从而自动调整对衣物进行合理的洗涤。3） 不锈钢桶。波轮

15、式洗衣机采用了不锈钢桶，减小衣物和桶壁摩擦力，从而减轻衣物的磨损。4） 同心洗。同心洗是直接把电动机轴与洗衣桶主轴同心安装，直接驱动。使洗涤和脱水时洗衣桶振动减小，噪声降低。5） 变频波轮式洗衣机可以对不同质地的衣物自动选择不同的电动机转速，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，也最大限度地降低衣物的磨损。同时还可以在脱水甩干时，由慢到快地启动，使衣物在桶分布均匀，脱水效果好，同时由于衣物均匀分布在洗衣桶的四周，洗衣桶的重心落在轴心上，可以减小振动，降低噪声，但是价格较贵。波轮式全自动洗衣机通常都采用将洗涤（脱水）桶套装在盛水桶的同轴套桶式结构，虽然它们各自牌号和型号都不

16、同，但其结构都是由洗涤，脱水系统，进，排水系统，电动机和传动系统，电器控制系统以与支撑机构5大部分组成的。支撑机构主要有箱体，吊杆与控制台组成，它除了安装和连接洗衣机的各种零件外，还具有减振与防护，装饰的作用2.2 洗涤脱水系统它主要有盛水桶，洗涤桶和波轮组成。盛水桶又称为外桶，主要用来盛放洗涤液。盛水桶固定在钢制底板上，通过4根吊杆悬挂在洗衣机箱体上。电动机，离合器，排水阀等部件都装在桶底下面。洗涤桶又称为脱水桶或者离心桶，也称为桶，它的主要功能是用来盛放衣物，在洗涤或漂洗时配合波轮完成洗涤或漂洗功能，在脱水时便成为离心式的脱水桶。波轮是全自动洗衣机中对衣物产生机械作用的主要部件。按波轮的形

17、状来分，基本上有小波轮（直径在160mm左右）的涡卷式水流和大波轮（直径在300mm左右）新水流两类。2.3 排水和进水系统波轮式全自动洗衣机的进排水系统都采用了电磁阀控制。为了对桶的水位进行检测和控制，洗衣机上都安装有水位控制器（水位开关）。波轮式全自动套桶洗衣机使用最多的水位开关是空气压力式开关，主要有气压传感器装置，控制装置与电触点开关3部分组成，用来监视水位的高低。此外电磁阀分进水和排水电磁阀，进水电磁阀是洗衣机上的自动进水开关，它受水位开关动断触点的控制。而排水电磁阀是全自动洗衣机上的自动排水装置，同时还起改变离合器工作状态。进水、排水电磁阀是采用电流流过线圈形成磁场的原理，洗衣机电

18、磁阀在进，排水时使用，220V交流电压与电磁阀线圈接通，形成磁场，电磁线圈吸合。自动打开香蕉阀门，洗衣机里的水就顺着管道流出去了。断电后，电磁阀线圈失去电流，磁场消失，电磁铁松开，橡胶阀门自动关闭，洗衣机里的水就流不出去了。第三章 可编程序控制技术3.1 PLC的定义与特点3.1.1PLC的定义由于PLC在不断发展，因此对它进行确切的定义是比较困难的。国际电工委员会(International Electrical Committee，IEC)在1987年的第3版中对PLC作了如下的定义：PLC是一种专门为在工业环境下应用而设计的进行数字运算操作的电子装置。它采用可以编制程序的存储器，用来在其

19、部存储执行逻辑运算、顺序运算、定时、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与其有关的外围设备都应按照易于与工业控制系统形成一个整体和易于扩展其功能的原则而设计。3.1.2、PLC的特点 PLC的迅速发展，除了工业自动化的客观需要外，还因其有许多独特的优点：         编程方法简单易学。  功能强，性能价格比高。  硬件配套齐全，用户使用方便，适应性强。  可靠性高，抗干扰能力强。(平均无故障时间3-5万小时）

20、  系统的设计、安装、调试工作量少。  维修工作量小，维修方便。  体积小，能耗低 。价格越来越便宜。3.2 PLC的工作原理 3.3 PLC的应用与发展3.3.1PLC的应用第四章 硬件电路的设计4.1 PLC的选择4.1.1 输入地址分配表表3-1输入地址分配表输入地址对应的外部设备I0.0启动按扭I0.1停止按扭I0.2水位选择开关（高水位）I0.3水位选择开关（中水位）I0.4水位选择开关（低水位）I0.5手动排水开关I0.6手动脱水开关I0.7高水位传感器I1.0中水位传感器I1.1低水位传感器I1.2水排空传感器3.1.2 输出地址分配表表3-2输出地

21、址分配表输出地址对应的输出设备Q0.0进水电磁阀Q0.1排水电磁阀Q0.2洗涤电动机正转继电器Q0.3洗涤电动机反转继电器Q0.4脱水Q0.5报警器3.1.3 CPU功能与结构的选择PLC的功能日益强大，一般PLC都具有开关量逻辑运算、定时、计数、数据处理等基本功能，有些PLC还可扩展各种特殊功能模块，如通信模块、位置控制模块等，选型时可考虑以下几点：功能与任务相适应，PLC的处理速度应满足实时控制的要求、PLC结构合理、机型统一、在线编程和离线编程的选择。全自动洗衣机控制所要求的控制功能简单，小型PLC就能满足要求了。该控制系统CPU模块可采用CPU-224模块，它可控制整个系统按照控制要求

22、有条不紊地进行。同时由于该模块采用交流220V供电，并且自带10个数字量输入点和14个数字量输出点，完全能满足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、数字量和输出模块。综上所述此次设计选用西门子S7-200型PLC。3.2 PLC外部接线图根据全自动洗衣机的控制要求，对系统控制的I/O点数进行了统计和PLC型号进行了选择，现根据以上的统计和选择对控制系统PLC的外部接线设计如下图3-3。图3-3 PLC外部接线图3.3 洗衣机示意图如图3-4所示为洗衣机示意图，在图中ST4为高水位传感器，ST5为中水位传感器，ST6为低水位传感器，ST7位水排尽传感器，当选择好水位后，YV1打

23、开开始进水，当水位到达相应水位时，相应的传感器送出ON信号否则为OFF,只有当水上升到与选择水位相开关一致时，YV1关闭停止进水，开始洗衣。图3-4洗衣机示意图第四章 软件的设计4.1 PLC控制顺序功能图顺序功能图，它是描述控制系统的控制过程、功能和特性的一种图形，顺序功能图并不涉与所描述的控制功能的具体技术，他是一种通用的技术语言。全自动洗衣机控制系统PLC控制状态流程图见图6。11图6 PLC控制状态流程图4.2 系统梯形图梯形图是PLC模拟继电器控制系统的编程方法。它由触点、线圈或功能方框等构成，梯形图左、右的垂直线称为左、右母线。画梯形图时，从左母线开始，经过触点和线圈（或功能方框）

24、，终止于右母线。在梯形图中，可以把左母线看作是提供能量的母线。触点闭合可以使能量流过，直到下一个元件；触点断开将阻止能量流过。这种能量流，我们称之为“能流”。实际上，梯形图是CPU仿真继电器控制电路图，使来自“电源”的“电流”通过一系列的逻辑控制条件，根据运算结果决定逻辑输出的模拟过程。梯形图中的基本编程元素有触点、线圈和方框。触点：代表逻辑控制条件。触点闭合时表示能量可以流过。触点分常开触点和常闭触点两种形式。线圈：通常代表逻辑“输出”的结果。能量流到，则该线圈被激励。方框：代表某种特定功能的指令。能量流通过方框时，则执行方框所代表的功能。方框所代表的功能有很多种，例如：定时器、计数器、数据

25、运算等。4.3 系统指令语句表Network 1 / Network Title/ 进水LD M1.3A T43O SM0.1O M0.0O I0.1AN M0.1= M0.0Network 2 LD I0.2O I0.3O I0.4LD I0.0A M0.0LD M1.2AN C51OLDALDO M0.1AN I0.1AN M0.2= M0.1= Q0.0Network 3 / 进水完停2秒LD I0.2A I0.7LD I0.3A I1.0OLDLD I0.4A I1.1OLDA M0.1O M0.2AN M0.3= M0.2TON T37, +20Network 4 / 正转LD M0

26、.2A T37LD M0.7AN C50OLDO M0.3AN I0.1AN M0.4= M0.3Network 5 LD M0.3= Q0.2TON T38, +300Network 6 / 正转完停2秒LD M0.3A T38O M0.4AN M0.5= M0.4TON T39, +20Network 7 / 反转30秒LD M0.4A T39O M0.5AN I0.1AN M0.6= M0.5Network 8LD M0.5= Q0.3TON T40, +300Network 9 / 反转完停2秒LD M0.5A T40O M0.6AN M0.7= M0.6TON T41, +20Net

27、work 10 / 正反转小循环5次LD M0.6A T41O M0.7AN M1.0AN M0.3= M0.7Network 11 LD M0.7LD M1.0CTU C50, +5Network 12 / 排水LD M0.7A C50O M1.0AN M1.1AN I0.1= M1.0Network 13 LD M0.0A I0.5O Q0.1O M1.1O M1.0AN T42AN I0.1= Q0.1Network 14 / 脱水30秒LD M1.0A I1.2O M1.1AN M1.2AN I0.1= M1.1Network 15 LD M1.1O Q0.4AN T42O I0.6L

28、PSAN I0.1= Q0.4LPPTON T42, +300Network 16 / 大循环3次LD M1.1A T42O M1.2AN M1.3AN M0.1= M1.2Network 17 LD M1.2LD M1.3CTU C51, +3Network 18 / 洗衣结束报警3秒LD C51A M1.2O M1.3AN M0.0= M1.3Network 19 LD M1.3O Q0.5LD M0.0A Q0.1A T42OLDAN T43= Q0.5TON T43, +30结 论通过本系统的设计，对全自动洗衣机的控制系统有了深入的理解。全自动洗衣机控制系统利用了西门子PLC的特点，对按钮、电磁阀、开关等其他一些输入输出点设备进行控制，实现了洗衣机洗衣过程的自动化。由于每遍的洗涤,排水,脱水的时间由PLC计数器控制,所以只要改变计数器参数就可以改变时间。可以把上面设定的程序时间定下来,作为固定程序使用,也可以根据衣物的质地,数量与油污的程度来编程。只要稍作改变,就可以设计出诸如要多洗多甩的牛仔类衣