全自动洗衣机课程设计论文.doc

1、1内容摘要本次课程设计的主要任务是全自动洗衣机控制系统设计，主要目的是采用可编程控制器（PLC）作为核心控制部件的全自动洗衣机控制系统的设计，这不仅是对所学知识的检验，更是对所学知识的巩固。本文主要介绍了洗衣机的结构，对全自动洗衣机的控制系统进行了分析，在此基础上提出了基于可编程控制器（PLC）的全自动洗衣机控制方案，并对方案进行了论证，根据洗衣机的工作原理，设计了流程及程序，对按钮及其它一些输入/输出点进行控制，实现了洗衣机洗衣过程的自动化。由于洗涤，排水，脱水的时间均由 PLC 内计计时器控制，所以只要改变计时器参数就可以改变时间。我所设计的全自动洗衣机控制系统具有智能化程度高、安全可靠、

2、方便、灵活等特点，满足本次课程设计的要求。关键词：可编程控制器；全自动洗衣机；I/O 分配表；1目 录第一章 引言 1第二章 系统总体方案设计 22.1 系统硬件配置 22.2 系统组成原理 42.3 系统可靠性设计 5第三章 PLC 控制系统设计 73.1 控制要求分析，设计主电路73.2 确定 I/O 信号数量，选择 PLC 类型113.3 PLC 主机 I/O 分配表133.4 PLC 主机 I/O 接线图143.5 控制程序的编制153.6 控制程序的调试21结论25设计总结26谢辞27 附录28参考文献291第一章 引言从古到今，洗衣服都是一项难于逃避的家务劳动。然而在洗衣机出现以前

3、，对于许多人而言，它并不像田园诗描绘的那样充满乐趣，手搓、棒击、冲刷、甩打，这些不断重复的简单的体力劳动，常常留给人的感受是：辛苦劳累。于是人类想怎样用身边的材料来帮人们干活,来减轻人们的体力劳动。 洗衣机就是人类智慧的结晶，它用来帮助人们解脱双手节省体力。随着时代的发展，人们并不满足那些简单的机器，只想要把脏衣物放进去，最后出来的就是一件干干净净、毫无损伤并且可以直接穿的衣服。人类凭借智慧和勤劳，终于就产生了现在的全自动洗衣机。这篇设计论文是以西门子 S7-200 为主要载体，结合它对应的编程软件来对全自动洗衣机的控制进行编程，我不仅对它的硬件做了一些认知，还对这样一个程序对应的接口做了些了

4、解。根据全自动洗衣机的工作原理，利用可编程控制器 PLC 实现控制，说明了 PLC 控制的原理方法，特点及控制洗衣机的特色。全自动洗衣机控制系统利用了西门子 S7-200 系列 PLC 的特点，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 内定时器和计数器控制，所以只要改变定时器和计数器参数就可以改变时间。我们可以把上面设定的程序时间定下来，作为固定程序使用,充分表现现代家电品的实用性。在 PLC 问世之前，尤其是在洗衣机控制方面，工业控制领域中是继电器占主导地位。但是继电器控制领域有着十分明显的缺点：体积大、耗电

5、多、可靠性、寿命短、运行速度慢、适应性差、尤其当生产工艺发生变化时，就必须重新设计、重新安装，造成时间和资金的严重浪费。为了改变这一现状，PLC 控制系统产生了。继 1969 年美国数字设备公司研制出世界第一台 PLC，并且在通用汽车公司自动装配线上试用获得了成功，从而开创了工业控制新时期，从此可编程控制器这一新的控制技术迅速发展起来了。这一技术在许多领域都有广泛的应用，洗衣机当然也不例外。PLC 的优点是：可靠性高，耗电少，适应性强，运行速度快，寿命长等。为了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，就提出了用 PLC 来控制全自动洗衣机这个课题。10第二章 系统总体方案设

6、计2.1 系统硬件配置2.1.1 进水和排水系统 波轮式全自动洗衣机的进排水系统都采用了电磁阀控制。为了对桶内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，控制装置及电触点开关三部分组成，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

7、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。 2.1.2 洗涤脱水系统 洗涤脱水系统主要有盛水桶，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，通过四根吊杆悬挂在洗衣机箱体上，而电动机、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，也称为内桶，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。按波轮的形状来分，基本上有小波轮（直径在

8、 160mm 左右）的涡卷式水流和大波轮（直径在 300mm 左右）新水流两类。 2.1.3 电动机及传动系统 波轮式全自动套桶洗衣机的电动机及传动系统主要由电动机和离合器组成，离合器又有普通离合器和减速离合器两种。其中普通离合器用在采用小波轮的套桶洗衣机上，这种洗衣机在洗涤或者漂洗时波轮的转速和脱水时离心桶的转速相同，目前各种大波轮新水流套桶洗衣机普遍采用减速离合器，它在洗涤，漂洗时波轮的转速较慢，而脱水时离心桶的转速较快。电动机同时作为洗涤和脱水时的动力源，普遍采用主、副绕组完全对称的电容式电动机。由于一般全自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。1全自动洗衣机采用 PLC

9、 控制系统将大大提高工作效率和适应工作环境的能力。 因此在运用中，PLC 的硬件也相对简单，提高控制系统的可靠性，另外它的编程语言也相对简单。控制系统硬件组成框图如图 3-1 所示：图 2-1 PLC 控制系统的硬件组成框图22.2 系统组成原理波轮式全自动洗衣机的电气控制系统由于洗衣机型号的不同而不尽相同，但是电气控制系统主要有程序控制器、电动机、进水电磁阀、排水电磁阀、水位开关、安全开关及各种功能选择开关等组成的，控制的基本原理也都一样。全自动洗衣机能实现洗衣的自动化，整个洗衣过程都是在程序控制器的“指挥”下进行的。如果把离合器比作全自动套桶洗衣机的心脏，则程序控制器就是全自动洗衣机的“大

10、脑” 。程序控制器中存储着多种程序，一旦通过选择开关选好某种程序后，程序控制器便按这种程序自动实施对电动机，进水和排水电磁阀的控制。安全开关又称为盖开关，在洗衣机运行过程中起安全保护作用，它的功能为：在洗衣机工作时误开盖，安全开关便会切断电动机电源，自动中断程序；在脱水过程中如桶内衣物摆放不均匀而产生大幅度振动时，安全开关自动中断脱水过程，启动蜂鸣器。按照采用的程序控制器的不同，波轮式全自动套桶洗衣机的电气控制电路可分为电动机驱动式程序控制器和单片机式程序控制器电路。用 PLC 控制的全自动全自动洗衣机各种动作的系统结构如图2-2 所示：图 2-2 系统组成图进水阀水位开关 电动机排水阀PLC

11、32.3 系统可靠性设计现在的市场上全自动洗衣机的控制系统有单片机和 PLC 控制的，现在我们进行这两个系统地比较。 1. PLC 系统的基本特点：1)使用方便，编程简单； 2)功能强，性能价格比高； 3)硬件配套齐全，用户使用方便，适应性强； 4)可靠性高，抗干扰能力强； 5)系统的设计、安装、调试工作量少； 6)维修量小，维修方便。 2.单片机系统的特点： 1)要求环境，单片机对环境的适应能力较低，可靠性差; 2)编程和 PLC 相比难以学习，主要是单片机采用汇编语言或者是 C 语,这 些高级语言和 PLC 语言相比，难以学习; 3)功能单一只具有使用中所需要的功能;4)它结构简单，处理速

12、度快。 综上比较可以得出 PLC 系统作为本课题的核心控制系统远远胜于单片机控制系统，所以我的课题就选择 PLC 作为我的全自动洗衣机的核心控制系统。当可编程逻辑控制器投入运行后，其工作过程一般分为三个阶段，即输入采样、用户程序执行和输出刷新三个阶段。完成上述三个阶段称作一个扫描周期。在整个运行期间，可编程逻辑控制器的 CPU 以一定的扫描速度重复执行上述三个阶段。 1.输入采样阶段 在输入采样阶段，可编程逻辑控制器以扫描方式依次地读入所有输入状态和数据，并将它们存入 I/O 映象区中的相应的单元内。输入采样结束后，转入用户程序执行和输出刷新阶段。 2.用户程序执行阶段 在用户程序执行阶段，可

13、编程逻辑控制器总是按由上而下的顺序依次地扫描用户程序(梯形图)。 3.输出刷新阶段 当扫描用户程序结束后，可编程逻辑控制器就进入输出刷新阶段。在此期间，CPU按照 I/O 映象区内对应的状态和数据刷新所有的输出锁存电路，再经输出电路驱动相应的外设。 4通常人们采用洗衣机来洗衣服需要经历洗涤、漂洗、排水、脱水等 4 个环节，而在全自动洗衣机中，这样的一个过程全由 PLC 来完成。并且，全自动洗衣机需要其控制系统足够可靠，以避免洗衣机轻易出现故障。其中，洗衣的方式、洗衣中的水位选择（高水位洗衣、低水位洗衣等）等两个方面需要在人们将衣服放入洗衣机洗衣服之后手动来选择，并且是必须选择的洗衣参数。当选择

14、了一种洗衣参数后，按下启动按钮，洗衣机就会自动完成洗衣服的整个过程。全自动洗衣机系统中，PLC 主要完成以下功能：1检测功能（1）检测洗衣时的水位：高水位或者是低水位的选择。（2）检测进水是否到了需要的水位，即进水是否完成。（3）检测排水是否已经完成。2. 控制功能（1）控制进水、洗涤、排水、脱水等洗衣机的动作。（2）控制洗涤、脱水等的时间长短。（3）控制洗涤的次数。（4）控制在洗衣机完成一个动作后到下一个动作的准确转换。（5）控制完成洗衣时的信号提示。5第 3 章 PLC 控制系统设计3.1 控制要求分析，设计主电路3.1.1 控制要求分析1. 按下起动按钮后洗衣机开始进水；2. 水满时（水位达到高水位，高水位开关由 OFF 变为 ON）PLC 停止进水，并开始正转；3. 正转 15S 后暂停；4. 暂停 3S 后开始反转；5. 反转 15S 后暂停；6. 暂停 3S 后若正、反转未满 3 次，则返回从正转开始动作；7. 若正、反已满 3 次时，则开始排水；8. 水位信号下降到低水位（低水位开关由 ON 变为 OFF）开始脱水甩干并继续排水；9. 脱水甩干 10S 后则进行洗完报警；10. 报警 10S 后自动停机；11. 可以按“停止”按钮实现手动停止进水、排水、脱水及报警。