《PLC洗衣机控制系统设计（论文）》

基于PLC洗衣机控制系统设计报告245321引言 引言研究背景及意义1.1.1研究背景随着经济社会的飞速发展，洗衣机进入了千家万户，成为人们日常生活中必不可少的家用电器。在工业生产中，洗衣机的应用非常广泛。工业洗衣机主要用于洗涤棉，毛，化纤，丝绸等服装面料，因此工业洗衣机广泛用于宾馆，饭店，医院，学校，工厂等领域，以满足大容量洗涤的需要。但是，传统的基于继电器的控制不再能够满足人们对洗衣机自动化程度的要求。此外，洗衣机还从半自动洗衣机切换为全自动洗衣机，即将衣物放入洗衣机中，然后启动洗衣机程序，洗衣机可以根据衣物的重量自动注入适量的水并添加清洁剂。然后根据用户需要设置洗涤时间和强度。最后，一旦完成洗涤，便完成自动干燥，干燥时间可以自行调节。自动洗衣机的出现为人们节省了很多时间和精力，并为人们的生活带来很多舒适感。1.1.2研究意义由于单片微型计算机的有限的控制和驱动能力，所以全自动洗衣机不能满足满足现代人的生活质量的需要。作为工业控制的三大支柱之一，由于各种控制方法和强大的控制功能，PLC已被用于许多工业领域。近年来，PLC的价格也下降了，并且已经用于自动洗衣机控制系统中，并且在工业洗衣机领域中取得了良好的效果。同时，一些制造商在家庭洗衣机领域中将PLC用作控制器。自动洗衣机向智能洗衣机的发展提高了市场竞争力。这个自动主题选择成为设计的核心。它的价格更便宜，I/O接口的数量更方便，它可以满足设计需求，程序编程更加方便，并且指令集简单，并且您可以通过程序员简单地修改程序来满足不同要求的功能要求，材料更加简单易维护。1.2PLC控制全自动洗衣机的研究现状我国的PLC在20世纪70年代从国外引进并开始发展，其技术特点主要与西门子和三菱PLC兼容。目前，国产PLC主要是小机。PLC品牌的数量也逐年增加，超过了几十个。生产时间相对较长，例如台达，永宏，风威，和利时，新界，亿达，科威，杜威森等制造商。但没有属于自己的核心客机。台达PLC目前在国内市场排名第一。德国西门子公司生产的S7-200CPU226系列PLC在PLC内部集成了微处理器，集成电源和多个I/O接口，结构相对紧凑。同时，还可以在PLC外部添加扩展模块，例如用于温度测量的扩展模块，通讯模块等，以使其控制功能更加完善和方便使用。用户还可以使用制造商的STEP7-Micro/WIN32软件进行编程，并且可以在线创建，测试，仿真和编辑，然后使用专用电缆将其下载到PLC芯片，以执行特定的各种控制功能。PLC编程语言简单易学。同时，PLC可以重复使用，从而降低了测试成本。PLC还配备了可以轻松连接到计算机的串行端口，这为系统的维护和使用带来了便利。在2002年，有人提出使用三菱F1-20MRPLC设计一种洗衣机控制系统，该系统也可以满足基本需求。软件设计程序采用排名的形式。在2004年，有人提议使用MitsubishiFX1S-30MRPLC设计一种洗衣机控制系统，该系统改进了继电器触点过分接触的缺点以及供水，输送，清洁，排水和干燥过程中机械洗衣机的寿命短的缺点。连接触点时，机器静音工作，从而延长了每个零件的寿命。在20世纪末，PLC行业迅速发展，对自动控制的要求也在增加和增长。传统的微处理器无法满足工业要求，因此可编程控制器得到了进一步的发展。看来满足控制各种行业要求的大型机和超小型计算机也越来越普及，并且增加了各种人机界面单元和通信单元，以促进使用可编程控制器对工业控制器的适应。当前，可编程控制器广泛用于各个行业。2洗衣机控制系统2洗衣机控制系统2.1洗衣机工作原理根据不同的洗涤方法，洗衣机可分为弹簧垫圈和滚筒垫圈。尽管它们的洗涤原理也有所不同，但它们都是通过模拟衣物的手动摩擦和捏合原理而开发的。摩擦，滚动，洗涤等的机械运动将影响衣物和水，并激活洗涤液的表面。将污垢从衣服上去除，以达到洗衣服的目的。洗衣机的基本原理是将衣物放入水槽中，同时添加适量的水和洗涤剂（或液体）。通过控制洗衣机电机的运转（包括旋转和前后挡块），将弹簧推入洗衣机底部以执行相应的操作，即旋转和前后挡块。洗涤粉和洗涤粉（或液体）由于弹簧的旋转而产生涡旋，然后，在涡旋的影响下，它们会螺旋旋转并在水槽壁上摩擦。像手动摩擦衣物一样，灰尘也被迫离开衣物。同时，由于洗衣粉（或液体）在表面上具有活性作用，即洗衣粉（或液体）的表面上存在活性颗粒，这些活性颗粒可以通过衣服表面的小孔进入衣服内部，并在水膨胀的作用下开始，在分子膨胀过程中，杂质如颗粒污物可以倒入衣服的细孔中。同时，在弹簧的作用下，污垢颗粒会在水槽内部迅速溶解。然后，在漂洗和脱水之后，悬浮在洗涤液中的污物将通过流动的水被去除，从而达到洗涤衣物的目的。如今，全自动洗衣机主要使用脉冲式洗衣机。该洗衣机结构简单，操作舒适。注入水时，进水电磁阀的开关执行注水，然后使用水位开关判断水位，以便当水位达到最高值时，确定进水电磁阀已关闭且注水停止。洗涤过程是由洗涤电机的正负旋转引起的，这使弹簧对称旋转并执行自动洗涤功能。在脱水过程中，洗涤电机使洗衣机的内缸通过离合器向前旋转，以执行自动脱水功能。另外，当用户必须调整注水量，洗涤时间，排水量，干燥时间等时。由于各种原因，这可以通过洗衣机的不同功能按钮来完成。启动按钮结束洗衣机的启动。停止按钮完成手动水，卫生，脱水和唤醒程序。排水按钮结束手动排水。2.2洗衣机控制系统在全自动洗衣机的结构中，最重要的要素是控制系统，它基本实现了洗衣机的不同洗涤功能。正常条件下的自动洗衣机控制系统主要包括以下部分。图1-1显示了自动洗衣机控制系统的结构图。图1-1洗衣机控制系统结构图其中，控制电路的配置主要包括：可编程逻辑控制器，继电器组和链接电路（逆变器）。继电器是主要的执行单元，PLC发出的数字命令控制继电器线圈，继电器的打开和关闭直接控制电源电路，以实现发动机控制。另外，逆变器仅用作导体以增强显示期间的效果，并且在电路中清洗期间的发动机转速受到控制，而不是必需的装置。全自动洗衣机的流程图如图1-2所示。图1-2洗衣机控制流程图打开和关闭继电器是控制电路的主要步骤。洗衣机电机为异步交流电机，可满足三相380V工业电源的需要，只需改变任意两级即可改变电机的旋转方向。这是继电器组的主要功能。3系统硬件设计3系统硬件设计3.1系统硬件电路设计硬件设计的总体思路是通过PLC输出的数字信号控制继电器组，以达到电路控制的目的。电机的“正向旋转”，“反向旋转”和“脱水”由三个继电器组控制，继电器线圈连接到PLC输出端子并由PLC输出信号控制。其中，前主轴和后主轴组在选择了逆变器之后连接到电机，因此，可以通过更改逆变器参数来更改洗涤和漂洗速度。干旱继电器组件直接连接到电源和电动机，因此，当洗衣机干燥时，发动机将以额定速度运行。因此，工作速度将不同于洗涤和漂洗。图2.1给出了本次设计的该工业洗衣机控制系统的电路框图。图3-1洗衣机控制系统电路框图PLC控制系统控制的物品主要包括：电动机，电磁阀，继电器等。其中，电动机的工作状态（包括正反转）和工作时间必须根据不同的程序进行调整，进水阀和排水阀由水位检测传感器控制。LED用于显示洗涤速度和烘干速度，数字管用于显示工作状态和工作时间，按钮用于调节洗涤速度，烘干速度和时间选择，并且钟用于刺激程序运行和错误报警。3.2水位检测电路设计水位检测器实现了通过水位传感器检测洗衣机桶中的水位。水位传感器有5个位置：无水位，极低水位，低水位，中水位和高水位。水位传感器取决于内部LC振荡电路，电容值随水压的变化而变化，并且不同的水位对应于电容值和固定频率值。本主题使用水位传感器SW-1，它将水位信号转换为频率信号，并且水位越高，水位传感器的输出频率将相应地越低。当实际水位达到最高水位时，将输出信号输入到控制单元中的水位传感器的输出端，并通过处理控制进水阀的工作状态，以实现注水和排水功能。检测电路如图3-2所示。图3-2水位检测电路图3.3键盘和显示电路设计扫描键盘即可识别全自动洗衣机控制面板上的按键，电路原理图如图3-3所示。图3-3键盘结构图当按钮包含输入信号时，按钮将连接到相应的I/O接口以形成路径，并且输入端口信号变为低电平（取消按钮时，输入端口信号为高电平）。处理器收到信号后，根据程序进行连接和处理，最后显示操作结果，以达到确定主状态的目的。为了消除可能由按钮抖动引起的错误，通常在保持硬件状态不变的情况下采用拒绝程序的方法，即，当CPU读取按钮信号时，两个级别之间需要20毫秒的延迟，以确认前者不会受到频率的影响。按钮或外部干扰，确保输入电平的准确性。PLC矩阵键盘设计不仅需要输入端口，还需要输出端口。输入单元的电路图如图3-4所示。图3-4键盘输入电路图输入电路的功能是将现场数字信号（开关）转换为标准信号，并由可编程控制台进行内部处理。输出单元的电路图如图3-5所示。图3-5输出模块电路图3.4电动机调速电路设计3.4.1变频器选型在此设计中，必须解决在全自动洗衣机过程中交替改变发动机转速，正转和反转以及洗涤速度和脱水速度的问题，因此应采取一些措施来控制对电源的访问，从而产生明显不同的观察效果。在整个过程中，逆变器的作用是仅控制发动机转速。通过继电器实现正转，反转和高速旋转，因此变频器的参数设置不必太复杂。逆变器的出厂设置略有调整，即可以控制室外站的点动。变频器的性能参数如表3-1所示。表3-1变频器参数表序号变频器参数出厂值设定值功能说明1P0304230380电动机的额定电压(380V)2P03053.250.35电动机的额定电流(0.35A)3P03070.750.06电动机的额定功率(60W)4P031050.0050.00电动机的额定频率(SOHz)5P031101430电动机的额定转速(1430r/min)6P100021用操作面板(BOP)控制频率的升降7P108000电动机的最小频率(OHz)8P10825050.00电动机的最大频率(SOHz)9P11201010斜坡上升时问(lOS)10P11211010斜坡下降时问(lOS)11P070022选择命令源(由端了排输入)12P0701110正向点动13P07021211反向点动14P10585.0020正向点动频率(30Hz15P10595.0020反向点动频率(20Hz16P106010.005点动斜坡上升时问(10S)17P106110.005点动斜坡下降时问(55)3.4.2变频器工作原理变频器使用电子半导体关闭功能将具有恒定电压和频率的交流电更改为具有可调电压和频率的交流电源。当前，最常用的逆变器主要依靠AC-DC-AC方法（VVVF频率转换或矢量控制频率转换）。首先，将功率频率的交流电通过整流器转换为直流电，然后将直流电转换为频率，从而可以控制交流电源电压。在洗衣机反射器中，整流器电路将交流电转换为直流电，直流电路对整流器电路的输出信号进行平滑处理，逆变器电路将直流电转换为交流电动机的电源，并且电动机的定子频率会发生变化，从而实现电机无极变速运行。3.4.3洗衣机调速系统设计工业洗衣机的动力源为三相异步电动机，适用于变频器的调速，调速性能最好，效率最高。使用变频器调节洗衣机电机转速时，必须正确连接各端，否则会影响其正常运行。变频器结构如图3-6所示。图3-6变频器电路结构在洗衣机的洗涤过程中，当气缸开始以低速运行时，这将立即导致过载，因此，发动机需要配备低速扭矩补偿功能。在高速干燥过程中，由于排水，负载大大减少，电动机必须在恒定功率状态下运行，并且为了使洗涤液均匀地分布在滚筒中，电动机必须保持较高的惯性。洗衣机调速系统结构图如图3-7所示。图3-7洗衣机调速系统结构图控制结构的过程如下：首先从控制面板中选择清洗方法，然后发出启动命令。然后，传感器处理检测到的织物的质量，织物的数量和其他信号，并将其发送给PLC，然后PLC根据指定程序确定每个洗涤阶段的操作顺序和洗涤时间。然后通过开关量输出信号向变频器发送指令，以控制电动机的正向和反向旋转，启动和停止，多级速率选择，多级加减速速率选择。当检测到发动机过载时，故障警告信号将反馈给PLC，控制指示灯将发出警报，或者发动机将停止。4系统软件设计4系统软件设计4.1自动控制程序设计根据硬件电路，分配PLC接口，然后根据控制要求，将全自动洗衣机工作过程分为以下几个部分：进水（使进水电磁阀得电打开）；正转洗涤；暂停；反转洗涤；暂停；排水（使排水电磁阀得电排水）；脱水；报警。然后，将系统中各状态连接成状态转移图，如图4-1所示。图4-1全白动洗衣机PLC控制系统顺控流程图当PLC进入自动程序时，它将配置计数器，注册和继电器触点的状态。当按下启动键时，传输日志触点开始工作（用于完成控制两种状态的传输的按钮），常开触点关闭，电路连接，洗衣机的每个执行装置开始工作。在启动和暂停控件的过程中。使用了两个附加阶段。按下电源按钮后，计时器开始计时最多5分钟。如果未按下开始/暂停按钮，则电源将自动关闭。如果在5分钟内开始按下，则“暂停”按钮将启动下一个程序。选择水位，洗涤浸泡和洗涤时间设置有很多标准，因此在程序设计中，十个继电器键用于控制水位，三个继电器键控制浸泡时间，四个继电器键控制洗涤时间。完成时间设置后，它将进入冲洗过程，即注水，发动机旋转，排水和脱水。其中，电动机旋转始终驱动波轮的旋转。机电旋转时间由五个计时器和仪表控制。4.2功能程序设计分配表的I/O显示的I/O分配用于系统表，如表1所示可以洗衣机能够检测高水位，关键于检测到较低的水ST2水平，关键要通过检测液面零键ST1检测高水位ST3。面对水时，发现钥匙：关闭水：关闭。水平选择按钮完成水位传感器采集水位信息，水位传感器输出信号为模拟信号，通过转换器从模拟到数字，PLC插入，PLC控制输入阀和排放阀；转换处理正和负发动机潜能，快速转换，但内部磁场和电场与所述正和负发动机同步的，所以由于在悬浮液中的发动机的过程控制的设计中，所述发动机能够可靠地上可能的方向，直接洗涤和脱水过程影响在洗衣机里。PLC设计的全自动洗衣机可根据衣物的清洁度实现强力洗衣或洗涤不良。使用另一个SB2按钮选择洗涤模式。SB3水位和4个LED确定当前的工作状态。表4-1分配表输入输出启动按钮I0.1高水位选定指示Q0.1停止按钮I0.2低水位选定指示Q0.2零水位限位检测开关I0.3强选定指示Q0.3低水位限位检测开关I0.4弱选定指示Q0.4高水位限位检测开关I0.5进水电磁阀Q0.5洗涤方式选择按钮I0.6排水电磁阀Q0.6洗涤水位选择按钮I0.7电压正转继电器Q0.7电压反转继电器Q1.0蜂鸣器Q1.1脱水电磁阀Q1.2软件设计编程，梯形图如下图：图4-2梯形图（1）图4-2梯形图（2）图4-2梯形图（2）图4-2梯形图（3）图4-2梯形图（4）图4-2梯形图（5）图4-2梯形图（6）4.3工艺流程图4.3.1I/O硬件连线根据工艺流程图，可以得到设备连接图，如图4-3所示。洗涤时间，干燥和干燥由计数器中的参数和PLC中的定时器控制，程序长度可以通过改变参数大小来改变，对于衣服的质地，数量和污垢。强洗与弱洗。图4-3PLC控制自动洗衣机电气电路图4.3.2状态转移图的设计状态转移图的设计，是利用状态编程思想来解决顺序控制问题实现的。该过程分为四个阶段：根据控制要求将洗衣分解为8个工序状态进水S20正转S21暂停S22反转洗涤S23暂停S24排水S25脱水S26报警S27（1）各状态的功能介绍:S20使进水电磁阀的电打开Y000为开S21正转洗涤15秒Y001为开，定时T0，K150S22暂停3秒T1为开，K30，延时3秒S23反转洗涤15秒Y002为开，定时T2，K150S24暂停3秒T3为开，K30，延时3秒洗涤次数计数30次，C0，K30S25排水阀得电排水Y0003为开S26脱水：排水电磁阀打开Y003为开电磁离合器得电Y004为开电机正转Y001为开脱水定时10秒T4，K100大循环次数计数3次C1，K3S27报警Y005为开，定时10秒，T5，K100（2）找出各状态的转移条件，将系统中的状态连接成状转移图态，并设置初始条件，结果如下图图4-4正常洗涤状态图4-5脱水状态图图4-6循环状态图5系统调试5系统调试联系PLC，打开程序，然后选择适当的连接端口。首先，PLC停止使用程序远程工作并关闭操作灯。下面的程序是由PLC程序写入开始PLC的PLC索引和操作，并在程序运行时，按下电源SB1按钮，电源指示器HL1灯；按下开始按钮，SB2，然后选择SB3高级按钮，轻高级HL2，光电磁水阀处于打开状态；水位达到一个高的水平，较高的键操作水平SQ1，打开电磁阀YV1水，断路器洗衣机KM1连接器，时间T0开始时间；30，清洗发动机停止后，临时启动时间开始T1；后第二，反向切割机连接到KM2洗涤电机，定时器启动时间为T2；30，e后F-洗涤发动机，是在同一时间T3的临时开始时间；2计数假设计数器SC0之后，是决定前和后清洗特征的5倍是否。如果没有冲洗5次，如洗5次，通过排水阀排水YV2；达到最低水位，最低水位连接SQ4，启动干燥，排水，启动时间T4计时器；30计数器，没洗过3次，警报被洗了，按键3次，计时器启动T5,5秒后，它被关闭。选择低水位和中水位的水位键，校正过程相同。6结论与展望6结论和展望6.1结论洗衣机的PLC控制系统的选择基于PLC的许多优点。例如，它易于编程，易于使用，易于初学者使用，并且具有良好的抗干扰能力，相对稳定，广泛使用，相对易于使用和维护。在工业上，选择PLC进行控制，尤其是它的顺序控制特别被使用，而本文中的洗衣机控制系统选择PLC控制来使用顺序控制。PLC控制和变频技术的集成降低了洗衣机投放市场时的设计成本，并且维护成本低。故障时间短，具有节能的特点。该设计主要包括：（1）据了解，尽管PLC的型号很多，但洗衣机的功能是相似的，因此通过更改PLC的型号，您可以获得标准的清洗，强力清洗，快速清洗和其他功能。（2）通过修改洗涤程序，可以进行洗涤，漂洗，排水和脱水的顺序控制，PLC程序也可以进行洗涤，漂洗或脱水的单体控制。（3）在设计过程中，可以轻松添加相应的辅助设备，如指示灯，蜂鸣器。通过分析和分析可以看出，全自动洗衣机控制系统类型很多，可以使用各种最优控制系统，但是必须考虑其结构和成本。考虑在内。（4）用于配置控制的控制器必须用程序中的中间继电