【基于PLC的全自动洗衣机7设计与实现600字（论文）】

第第I页目录TOC\o"1-3"\h\u29092一、绪论 431064（一）课题设计的目的及意义 415137（二）PLC控制全自动洗衣机的研究现状 418823二、全自动洗衣机的总体设计 5183702.1全自动洗衣机的工艺要求 588942.2系统的方案确定 623284三、系统的硬件设计 6144033.1称重传感器的选型 6107963.2液位传感器的选型 791823.3电机的选型 7168203.4I/O分配设计 771403.5可编程控制器的选型 8135523.6接线图设计 927364四、全自动洗衣机的软件设计 1076624.1编程软件介绍 10157564.2功能流程图设计 11200194.3程序的设计 1216557五、结论 2125375参考文献 23基于PLC的全自动洗衣机一、绪论（一）课题设计的目的及意义目前，在一些工业环境中，洗衣机的劳动强度远远大于家用洗衣机。洗衣机必须在相对恶劣的条件下长时间连续运行，控制系统需要更高的可靠性和耐久性才能获得经济效益。作为一种工业洗衣机，其经济效益将使人们忽视其高昂的成本。全自动洗衣机主要完成洗涤、漂洗、脱水等操作，实现洗衣机的全自动化，并根据洗涤脱水工艺操作的要求设计了全自动洗衣机本设计以全自动洗衣机为研究对象，研究了洗衣机全自动操作系统的设计和根据衣物重量控制液位的功能设计。系统设计通过控制模块实现全自动控制，通过水位开关监控上下水位，通过衣物重量计算当前所需水位。水位由水位传感器控制。论述了自动洗衣机的设计过程，分析了自动洗衣机的硬件设计和软件电路设计。（二）PLC控制全自动洗衣机的研究现状在中国，可编程逻辑控制器（PLC）是20世纪70年代从国外引进并发展起来的。它与西门子和三菱PLC兼容。目前，国内PLC产品主要是小型号，每年有十几个PLC品牌。总产量大，如达美、永红、丰威、李氏等国内品牌，质量好，运行稳定，价格低廉。但国内厂商一般不具备PLC生产的核心技术，或需要引进国外芯片进行加工生产。德国西门子S7-200cpu226PLC集成了微处理器、电源控制和许多相对紧凑的输入/输出接口。同时，用户还可以在扩展模块外添加PLC，如温度测量扩展模块、通信模块等。用户还可以编写辅助程序Step7micro/Win32是一家制造商，它可以在线测试、模拟和编辑其PLC芯片，然后使用专用电缆管理各种功能的性能。同时，可编程控制器（PLC）具有编程语言简单、易于理解的优点。同时，PLC还可以对设备进行重新编程，重复利用其特点，降低控制设计的测试成本，并配有串口，方便与计算机通信，方便系统的维护和使用。2002年，三菱公司提出使用f1-20mrPLC开发洗衣机控制系统，以满足洗衣机的基本要求。编程程序显示在层次结构中。2004年，三菱公司提出用fx1s-30cmPLC开发洗衣机控制系统，以改善继电器和洗衣机在清洗、清洗、排水和干燥过程中的机械缺陷。PLC于1970年引入国外，并已初步发展。目前，国产PLC主要是一台小型计算机，PLC功能数量逐年增加，超过最大值。长期生产德尔塔、永红、凤尾、合力、新界、艾达、崔、杜威、森等厂家。但他没有核心精神。德尔塔公司目前在国内销售额中排名第一。德国诺基亚S7-200系列cpu226PLC将微处理器集成到PLC中，将多路复用器与多个I/O端口集成在一起，并具有功能结构。同时，在不增加PLC扩展模块的情况下，可以增加温度扩展模块和通信模块，从而可以使用整个管理功能。用户可以使用STEP7micro/Win32软件在线建立、测试、测量、编辑等功能，然后用专用电缆下载到PLC芯片上，完成部分管理功能。PLC系统语言简单易学。同时，PLC可以重复使用，降低测试成本。它还配备了便携式计算机端口，可以方便地访问和维护。2002年，三菱f1-20mrPLC被提议设计洗衣机控制系统，以满足基本要求。软件设计过程接受不同的层次。2004年，三菱fx1s-30mrPLC被提议设计洗衣机管理系统，以改善洗衣机在排水、运输、清洗、排水和干燥过程中的日常通信和短期故障。二、全自动洗衣机的总体设计（一）全自动洗衣机的工艺要求目前，市场上有许多类型的自动洗衣机。本文以20kg全自动洗衣机为研究对象。全自动洗衣机的主要部件基本相同，主要由控制单元、旋转电机、进水电磁阀、电磁阀、脱水阀、上下液位液位检测开关、称重传感器、液位传感器、安全检测开关等组成。全自动洗衣机的工作过程大致相同，具体操作包括称重、进水、浸泡、正洗和反洗、排水、进水、正洗和反洗、脱水等。此外，水位根据不同衣物的重量进行控制。为了实现对自动洗衣机的控制，根据以下控制过程的要求进行了设计。首先计算衣服的重量，根据计算结果确定洗衣机的液位，然后按照浸泡、洗涤、排水、漂洗和脱水的水量顺序进行洗涤。现有系统通过操作屏幕确定清洗时间、漂洗时间、浸泡时间和脱水时间。具体控制方法或思路如下：（1）按照当前投掷到洗衣机的衣物重量进行监测，按照重量值进行水位的计算，从而确定洗衣的液位值，进行洗涤液位的设定。假设洗衣机最大洗涤重量为20KG，因此当前衣物的重量除以20KG，得到百分比值，该百分比值乘以50%，得到的计算值再加上50%，为水位的百分比值，按照此计算方法进行水位的设定。具体计算公式如下：比如当前衣物监测重量为10KG，除以20KG后，得到的百分比值为50%，该值再乘以50%，为25%。25%加上50%为75%，百分之七十五为当前洗衣机液位的设定百分比值。（2）洗涤控制当系统开始加压时，洗衣机开始注水。当水位达到设定水位值时，关闭注水阀，按设定的浸泡时间开始浸泡。当浸泡时间达到时，按规定时间清洗。清洗电机在前进和后退方向上高速旋转。当前进和后退方向为10秒时，它会停止3秒，当后退方向为10秒时，它会再次后退。第二，停止3秒钟，然后向前旋转，然后旋转。是时候洗衣服，开始排水了。（3）漂洗当洗涤时间到，排水阀打开，当液位到达5%后，排水阀关闭，注水阀打开，进行注水，当注水水位到达设定液位值后，开始进行漂洗。按照设定的时间进行漂洗，漂洗采用电动机低速正转和反转交替，当正转10秒钟后，停止3秒，然后再反转，当反转10秒钟后，停止3秒，然后再正转，循环往复。当洗涤时间到后，开始排水。（4）脱水当排水液位达到5%后，脱水阀打开，电机开始高速正转，脱水时间按照设定值进行脱水，当脱水时间到后，脱水结束，整个系统运行结束。（5）保护系统设置上液位开关和下液位开关，主要是为了防止液位传感器损坏导致意外情况发生，造成不可估量的损失。（二）系统的方案确定通过对全自动洗衣机控制系统的设计要求，提出了控制系统的设计和选型要求。在选择控制系统时，主要考虑应用环境、系统功能、投资和经济成本。系统设计要求控制稳定，能适应现场工业环境，升级后能提供空间。它为系统升级提供了方便，这直接关系到系统的稳定性。可编程控制器（PLC）的开发和设计是根据工业控制环境的具体要求自行开发的。本文介绍了可编程控制器（PLC）的最新研究成果，特别是计算机技术、通信技术和传感器应用的发展。面对复杂的工业环境，可编程控制器（PLC）以其抗干扰能力强、可靠性高、稳定性好等优点在工业生产中得到了广泛的应用。三、系统的硬件设计（一）称重传感器的选型称重传感器选用电阻应变式称重传感器，型号为TSC-300。该称重传感器需要的供电电压为DC24V，测量的物料重量范围为0-60KG，输出的模拟量数据类型为电流信号。TSC-300型号的称重传感器，该硬件接线为四根线，分别为两根电源线，两根模拟量输出线。电源线的电压等级为DC24V，模拟量输出类型为4-20mA。（二）液位传感器的选型液位传感器将液位信号输出到模拟信号，通常包括0-10V和4-20mA。在四线制液位传感器系统中，两根线为DC24V电源线，输出模拟信号一般为0-10V，电源线为DC24V电源线。二线制液位传感器是仪表或可编程控制器的电源，其正负极分别与液位传感器相连，电流信号和模拟液位传感器输出信号类型：4-20mA。该系统的设计需要一个液位传感器。考虑到设计思路和硬件要求，选择了两种在线液位传感器系统：国产data-52系列液位传感器。液位检测范围为0-1m，输出模拟信号为4-20mA。设备或PLC的电源为DC24V。基于上述选择，液位传感器的参数选择如表3.1所示。表1液位传感器的选型参数性能指标指标值型号DATA-52供电电压DC24V测量范围0-1.0Mpa精度等级0.1%FS输出信号4-20MA（三）电机的选型根据洗衣机容量的计算选择电机容量。以一台20公斤的洗衣机为例。洗衣机脱水滚筒直径较大，应特别考虑其偏差。正常情况下，脱水电机的功率大于洗涤电机的功率。脱水电机的选择必须根据能耗进行计算，如考虑惯性矩和电子转子偏心引起的能耗。因此，以20kg洗衣机为例，电机额定功率为750W，选用y104-180单相电容电机。功率750W，额定电压220V，转速1350r/min，电流2.7A。（四）I/O分配设计对于全自动洗衣机控制系统的I/O分配设计，主要的作用是进行系统的外部输入信号和输出信号之间的地址分配，通过该地址分配设计，方便系统的硬件以及软件的设计。表2I/O点的分配表输入动作输入I点分配输出动作输出O点分配系统启动I0.0运行指示Q0.0系统停止I0.1洗涤指示Q0.1电源开关I0.2脱水指示Q0.2高液位传感器I0.3漂洗指示Q0.3低液位传感器I0.4电机正转Q0.4手动排水开关I0.5电机反转Q0.5称重模拟量AIW0高速输出Q0.6液位模拟量AIW2电机开关Q0.7进水阀Q1.0排水阀Q1.1脱水阀Q1.2（五）可编程控制器的选型随着社会的发展，工业自动化越来越普及。为了满足工业自动化的要求，各种综合自动化控制产品开始开发。在中国工业自动化控制产品市场上，最常用的品牌主要有德国西门子自动化生产系列S7可编程控制器和日本三菱生产系列FX可编程控制器、欧姆龙生产的CP系列可编程控制器、，这些产品在中国控制行业占有很大的市场份额。公司的每种产品都有相应的编程软件，尤其是西门子近年来开发的大型编程软件。编程软件包括设备组态、STEP7编程和WinCC等一系列可视化设计软件，便于应用和开发。三菱GXworks软件编程功能比较强大，可以进行在线仿真。通过在线模拟，可以观察当前的运行状态。欧姆龙CX系列软件，易于使用。许多大型工控产品制造商在市场应用上具有优势，已成为工业自动化领域的主流产品。本系统拟采用西门子S7-200CPU226可编程控制器作为系统的控制单元。外部输入端子为24个，外部输出端子为16个，采用的工作电源为AC220V，采用的编程软件为Step7-Microwin4.0。产品如图2所示。图2S7-200可编程控制器在工业现场的连续变量，比如称重变量、液位变量、流量变量等，需要采用外部的检测单元进行变量检测，并且将变量转化为标准的模拟量信号。模拟量信号主要分为电压型模拟量以及电流型模拟量。电压型模拟量信号主要为0-5V、0-10V；电流模拟量主要由4-20mA和0-20mA的电流信号。对于这些模拟量信号通过模拟量模块输入，将转换为6400-32000、0-32000的数值。西门子的模拟量扩展模块，本系统选用EM231实现模拟量信号输入和处理。（六）接线图设计按照全自动洗衣机的硬件设计要求，通过S7-200CPU226的产品硬件接线规范可知，本系统的输入电源端子为N和L，分别接入交流AC220V电源的N极和L极，并通过断路器接通和断开电源。DI输入部分有1M和2M公共端，公共端要接电源的N极，接PLC，接正极，另一端接电源PLC的DI端子。当按钮的常开触点闭合时，可编程控制器上对应的端子指示灯亮，表示按钮接线正常。在DO输出部分，常用端子有1M、1L等。所有公共端的M端接电源的N极，所有公共端的L端接电源的L极。对于类线圈输出执行器，线圈的一端接可编程控制器的输出端，另一端接电源的负极。当可编程控制器上电时，表示电路有输出，线圈通电闭合。PLC接线必须正确，电源不能接反。否则，PLC将无法工作。模拟量输入扩展模块的接线以第一个模拟量输入模块的接线为例，接线端子为RA、A+、A-，其中A+为模拟信号正极，A-为模拟信号负极。接线时将接线端连接到接线端并在RA和A+之间短路。模拟量输入信号电缆为屏蔽信号电缆，以防止信号传输过程中因现场干扰因素造成信号波动和偏差，电缆的屏蔽层应与接地端子相连。模拟量输入模块的电源为PLC电源。模拟量模块有一个拨码开关，可以选择模拟量的型号，在本系统中选择的模拟量是电流信号4-20mA，所以拨码开关选择电流输入。接线图如图3所示。图3可编程控制器接线图对于电动机的控制如下图4所示.图4电动机接线图在正反转电路控制中，当KM1接触器线圈得电，主触点吸合，电动机开始正向转动，当KM2接触器线圈得电，主触点吸合，电动机开始反向转动，KM1接触器和KM2接触器之间不能同时接通，通过可编程控制器内部的梯形图设计，形成正反转互锁控制电路。对于KM3设计为高速和低速转换接触器,当KM3接通,为高速运行,当KM3断开,为低速运行.KM4为电动机运行接触器。四、全自动洗衣机的软件设计（一）编程软件介绍S7-200PLC的专用程序为STEP7micro/win。编程软件必须安装在微软操作系统上，该系统可以编译程序、设置和配置特殊功能、下载程序、在线监控，并在系统在线时通过接口可编程控制器启动，可以查询变量等。该程序功能强大，命令丰富，可以写各种控制图。可以建立Modbus通信和USS通信。安装程序后，可以通过对话框在界面和语言之间切换。通信采用PPI电缆的特殊编程。通过选择驱动程序、波特率、通讯地址、程序下载、在线监控等功能，实现与PLC的通讯。该软件使用方便，功能齐全。界面如图5所示。图5STEP7-Micro/WIN软件编程界面（二）功能流程图设计对于自动洗衣机的控制流程功能如图6所示。图6系统控制功能流程图（1）系统上电后，进入初始化状态，并准备好启动；（2）投掷需要洗的衣物后，根据衣物重量传感器进行衣物的称重，计算水位设定值；（3）系统启动后，进水阀打开，水位开始上升，当水位上升到设定水位值时，进水阀停止，与此同时按照浸泡设定的时间，对衣物进行浸泡。（4）当浸泡时间到后，开始进行洗涤，按照设定的洗涤时间进行运行，电动机进行高速正转和反转交替，高速正转10秒钟，停止3秒钟，高速反转10秒钟，停止3秒钟，循环交替运行，直到洗涤时间到达设定时间，完成洗涤。（5）当洗涤时间到后，电机停止运转，将排水阀打开，进行排水，当排水水位到达下限值时，关闭排水阀，打开注水阀。开始进行注水，当，当水位上升到设定水位值时，进水阀停止。（6）当进水阀关闭后，开始进行漂洗，按照设定的漂洗时间进行运行，电动机进行低速正转和反转交替，低速正转10秒钟，停止3秒钟，低速反转10秒钟，停止3秒钟，循环交替运行，直到漂洗时间到达设定时间，完成漂洗。（7）当漂洗完成后，进行排水，当排水水位到达下限值时，关闭排水阀，打开脱水阀。通过脱水阀动作，进行脱水运行，按照设定脱水时间进行动作，电动机高速正转。脱水时间到，系统停止，洗衣结束。本系统根据工艺流程图的设计和思路，采用经验设计法和顺序控制法相结合的控制思路，进行程序的设计。对于本设计的来说，要应用到大量的中间变量进行程序的说明。具体变量功能如下表3所示。表3中间变量功能表功能变量地址功能变量地址系统运行M1.0漂洗位M2.4浸泡位M2.0第二次排水M2.5洗涤位M2.1脱水位M2.6第一次排水M2.2正转完毕延时M3.0注水位M2.3反转完毕延时M3.1漂洗位M2.4正转完毕延时2M3.3第二次排水M2.5反转完毕延时2M3.4脱水位M2.6工作结束M4.0正转完毕延时M3.0洗涤正转时间T39系统运行M1.0洗涤反转时间T40浸泡位M2.0漂洗延时T41洗涤位M2.1漂洗正转延时T42第一次排水M2.2漂洗反转延时T43注水位M2.3脱水延时T45（三）程序的设计1模拟量转换程序设计当系统运行之前，对衣物进行模拟量信号采集，得到衣物实时称重值VD0，范围为0-20.0KG，对当前的液位模拟量值，进行数据处理转换，转换为0-100的液位实时值。系统运行时，对称重实时值进行计算，通过计算，得到液位设定值，公式为：VD14=50+VD0*2.5。也就是说，液位最低设定值为50%。2洗衣过程自动程序设计当电源开关I0.2输入，M0.0得电，表示电动机可以运行；当系统启动后，将系统运行M1.0置位，当按下外部按钮I0.1或者工作结束信号输入，将M1.0复位。当系统运行后，上升沿将Q1.0置位。当系统运行后，进水阀向桶内注水，当液位实时值大于等于液位设定值时，或者高液位传感器输入时，将Q1.0复位，并且将M2.0浸泡位置位。当M2.0得电后，进行浸泡，T37为浸泡延时时间，VW20为浸泡延时时间设定；当系统运行时，当浸泡时间到后，将浸泡位M2.0复位，将洗涤位M2.1置位。当洗涤位置位后，进行时间延时，T38为洗涤延时位，VW22为洗涤时间设定。在洗涤时，需要电动机高速正转和反转，洗涤接通上升沿，将正转Q0.4置位，将高速输出Q0.6置位。对洗涤时间进行延时，T39为洗涤正转延时，延时时间10秒，当延时时间到后，将正转完毕延时位M3.0置位，将Q0.4电机正转复位；正转完毕延时3秒；当3秒时间到后，电机开始反转，Q0.5置位；电机反转10秒，当反转时间到后，将反转完毕延时M3.1置位，Q0.5电机反转复位；反转完毕延时3秒，当延时3秒到后，将电机正转Q0.4置位。当洗涤位结束后,将洗涤位的继电器全部复位，将电机输出复位。当第一次排水时，将Q1.1排水阀置位，当当前液位低于5%时，或者低液位传感器输入时，将注水位M2.3置位，将排水位和排水阀复位；当注水位M2.3得电后，将进水阀Q1.0置位，当注水位得电运行后，进水阀向桶内注水，当液位实时值大于等于液位设定值时，或者高液位传感器输入时，将Q1.0复位，并且将M2.4漂洗置位。当漂洗位M2.4得电后，进行漂洗延时，T41为漂洗延时位，VW24为漂洗延时时间；当漂洗位得电后，将Q0.4正转置位，正转置位后，延时10秒，当10秒到后，将M3.3正转完毕延时位置位，将Q0.4复位，进行停止延时3秒，当延时时间到后，将Q0.5置位，电机开始反转，对漂洗反转进行延时，延时时间为10秒。当延时时间到后，将M3.4反转完毕位接通，将反转Q0.5复位。当反转完毕后，延时3秒，当延时时间到后，将Q0.4置位，将M3.4复位。当漂洗位时间到后，将漂洗过程的所有中间继电器复位。当漂洗完毕后，进行排水，接通排水电磁阀Q1.1，当液位低于5%或者低液位传感器输入时，将排水阀关闭，将脱水位，2.6置位，当脱水位得电后，将电机正转输出，电机高速输出，并且将脱水阀置位。对脱水位进行延时，VW26为脱水延时设定，当延时时间到后，洗衣机工作结束。脱水延时时间到后，将脱水过程所有输出复位。五、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