全自动洗衣机控制系统设计.doc

1、 1摘要：本文介绍了采用可编程控制器（PLC）作为核心控制部件，根据全自动洗衣机的基本结构、工作流程和工作原理，以及对洗衣机的控制要求，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。具有智能化程度高、安全可靠、方便、灵活等特点。PLC 编程简单易学，功能强大，性能稳定，抗干扰能力强而且 PLC

2、 的体积小巧，能耗低。所以通过实验证明，利用 PLC 完成对洗衣机的控制，控制性能稳定。关键词：PLC；全自动洗衣机；西门子Abstract：This article introduces the programmable controller (PLC) as the key control components, according to the basic structure of automatic washing machine, working process and working principle, as well as to the control requirements

3、 of the washing machine, using the programmable controller PLC control, that the PLC control method of the principle, characteristics and control the characteristics of the washing machine. Automatic washing machine control system using the Siemens series S7-200 PLC on the features of button, soleno

4、id valves, switch, or some other input/output control, realized the automation of washing machine laundry process. Since each time washing, drainage, dehydration time by PLC timer and counter in control, so just change the timer and counter parameters can change the time. With intelligent, safe and

5、reliable, convenient and flexible etc. Characteristics. PLC programming is easy to follow and powerful, stable performance, strong anti-interference ability and PLC small size, low energy consumption. So through the experiment proves that the PLC to control the finish washing machine, the control pe

6、rformance is stable.Keywords: PLC; Automatic washing machine; Siemens前言2一直以来，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，留给人的感受常常是辛苦劳累。全自动洗衣机其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。以可编程逻辑控制器 PLC 来控制，用其内部

7、存贮执行逻辑运算、顺序控制、定时、计数和算术运算等操作的指令, 并通过数字的、模拟的输入和输出, 控制各种类型的机械或生产过程。 在下文中会详细介绍其控制过程。1.全自动洗衣机控制系统总体控制方案确定31.1 控制系统的比较1.1.1 PLC 系统的特点1）可靠性高，PLC 作为一种通用的工业控制器，它必须能够在各种不同的工作环境中正常工作。对工作的环境要求较低，抗外部干扰能力强，平均无故障时间长。2）使用方便灵活，PLC 采用了基本单元扩展或者是模块化的结构形式，因此，输入/输出信号的数量，形式，驱动能力等都可以根据实际控制要求进行选择与确定，而且在需要时可以随时更换，近年来，PLC 的特殊

8、模块增多这些可以满足不同的控制要求，使 PLC 的使用更加灵活与多变。3）编程简单，PLC 的优越性主要体现在它采用了独特的，多种面向广大工程设计人员的编程语言，如指令表，梯形图，逻辑功能图，顺序功能图等，程序简洁，明了适合各类技术人员的传统习惯，即使是没有计算机知识的人员也很统一掌握，特别是梯形图与逻辑功能图，形象直观，动态监测效果逼真，且与计算机控制容易。1.1.2 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 语言，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。

9、但是，它结构简单，处理速度快。1. 2 洗衣机的 PLC 控制系统概述全自动洗衣机采用 PLC 控制系统将大大提高工作效率，和适应工作环境的能力。在全自动洗衣机中，洗衣机洗涤、脱水程序是由单片机为中心控制系统工作的。首先由于单片机的指令系统相对复杂，编写洗涤、脱水程序相对复杂；其次，在设计控制系统硬件时要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 这样增加了硬件的复杂性，隐含较高的故障率无形地增加了维修成本费用，在各种控制系统中广泛运用的 PLC 能克服单片机的缺点。它是整体模块，集中了驱动电路、检测电路和保护电路以及通讯联网功能。因此在运用中，硬件也相对简单，

10、提高控制系统的可靠性。另外它的编程语言也相对简单。典型的 PLC 控4制系统的硬件组成框图如图 1 所示：图 1 PLC 控制系统的硬件组成框图1.3 PLC 的设计步骤开发应用 PLC 的设计任务分为硬件和软件设计两部分。硬件设计主要包括:1）确定安排 PLC 的输入、输出点;2）设计外围电路, 包括主电路;3）选购 PLC 并进行现场安装接线等内容；软件设计, 大多数用梯形图和指令程序, 主要包括:1）设计控制流程, 根据工艺要求先画出工作循环,如有必要再画详细的状态流程图;2）根据工作循环图, 画出虚拟的电路图继电器梯形图;按梯形图编写指令程序表;3 系统调试: 根据设计要求, 对程序进

11、行调试和修改, 必要时还可对硬件进行修改, 直到满足要求；在电脑控制的全自动洗衣机中，又存在着两种不同的控制方式，即程序控制和模糊控制。由于控制方式的不同，两种洗衣机在结构和原理上都有很大的区别。程序控制洗衣机以洗衣机生产厂家设定的数十种操作程序为基础，用户在使用时可根据洗衣量，布质的轻重以及衣物的脏污程度性质等因素，选择不同的洗衣程序。程序控制全自动洗衣机的控制按钮很多，对程序的选择需要有一定的洗衣经验。模糊控制洗衣机以其内部设置的各种传感器为信息采集源，对传感器传回的洗衣量，衣物布质，脏污程度以及脏污性质信息进行模糊逻辑推理，从而自动设5置相应的洗涤参数，并对洗衣的全过程进行实时的检测与控

12、制。模糊控制全自动洗衣机的洗衣按钮只有很少几个。从控制类型上来说，模糊控制属于智能控制，是自动控制的较高形式，代表着自动控制的发展方向。但是，受自动控制水平的限制，目前的模糊控制洗衣机还不能实现全功能上的模糊控制，另外由于使用了各种传感器和模糊逻辑控制器，使模糊控制机成本远高于程序控制洗衣机。故一般不采用。2 全自动洗衣机 PLC 控制的控制要求2.1 全自动洗衣机的基本结构、工作流程和工作原理2.1.1 全自动洗衣机的基本结构全自动洗衣机的基本结构如图 2 所示。图 2 全自动洗衣机的基本结构图2.1.2 全自动洗衣机的工作流程全自动洗衣机的单循环工作流程示意图如图 3 所示。结束开始进水粗

13、洗排水脱水6图 3 全自动洗衣机的单循环工作流程示意图2.1.3 全自动洗衣机的工作原理洗衣机的进水、排水分别由进水电磁阀和排水电磁阀执行。洗涤正转、反转由洗涤电动机驱动波盘正、反转来实现。脱水时，由脱水电磁离合器合上、排水电磁阀吸合，洗涤电动机正转进行甩干。洗涤完成由蜂鸣器报警。2.2 洗衣机控制要求1.全自动洗衣机控制系统的要求:（1） 按下启动按扭及水位选择开关，开始进水直到高（中、 低）水 位，关水（2） 2 秒后开始洗涤（3） 洗涤时，正转 30 秒，停 2 秒，然后反转 30 秒，停 2 秒（4） 如此循环 5 次，总共 320 秒后开始排水，排空后脱水 30 秒（5） 开始清洗，

14、重复（1）（4） ，清洗两遍（6） 清洗完成，报警 3 秒并自动停机（7） 若按下停车按扭，可手动排水（不脱水）和手动脱水（不计数）3.电器元件的选择73.1 电机的选择根据本次设计要求和实际生活情况，选择如下表 3.1 中所示规格电动机：图 4 电动机表 1 电动机规格品牌 型号 电压(V)频率（Hz）功率（W）转速（r/min）启动转矩（N.m）额定转矩(N .m)科圣 YS104-180 380 50 180 1350 28 12.743.2 接触器的选择交流接触器的选择主要考虑主触点的额度电流、额定电压、线圈电压等。主触点的额定电流 In 可根据下面的经验公式进行选择： 310NPIK

15、U式中 为接触器主触点额定电流；K 为比例系数，一般取 1 1.4； 为被控电动机NI :NP额定功率； 为被控电动机额定线电压。并且，交流接触器主触点额定电压一般按高U于电路额定电压来确定。所以，取 K=1 180.2NIA故选择施奈德的 LC1-D0610M5C 型交流接触器。其外形图如图 5 所示8图 5 交流接触器该交流接触器主要技术参数为：表 2 交流接触器主要参数额定绝缘电压 额定发热电流220V 6A3.3 热继电器的选择根据电动机频繁换向启动的工作情况，按下式选取： (1.5)RNII:所以， 082.3A故选取施奈德的 LR2-D1306C 型热继电器。外形图如下图 6 所示

16、图 6 热继电器该热继电器主要技术参数为：表 3 热继电器主要参数脱扣等级 整定电流范围10A 1-1.6A93.4 开关电源的选择根据全自动洗衣机的设计要求，为保证安全，外部电器（包括电磁阀、蜂鸣器等）使用低电压直流电，为此选择了如下表 4 所示规格的开关电源，将交流电转换为要求的直流电。图 7 开关电源表 4 开关电源规格品牌 型号 输出电压（V）输出电流（A）效率哈克特 HTSP-320F-24 24 0-13 87%3.5 压力开关的选择根据设计要求，全自动洗衣机需要对超重与否进行检测，为此选择如图 3.6 所示的压力开关，具体规格如下表 5 所示，用于检测超重与否。图 8 压力开关表

17、 5 压力开关的规格型号设定压力范围(KG)最大允许压力(KG)最大允许电流(A)最大允许电压(V)10美国 CCS 压力开关 604G3 2.07-24.48 2.07-24.48 15 250根据设计要求，将压力设为 20Kg。3.6.水位浮球开关的选择根据设计要求，选择 Daehansensor 品牌的 DP-100S 水位浮球开关。图 9 水位浮球开关表 6 水位浮球开关主要技术参数供电电压 适用范围 压力范围 适用温度DC12 30V 0.1-2m0-5 bar 0-50水位浮球开关安装示意图如下图 10 所示图 10 水位浮球开关安装示意图3.7 电磁阀的选择根据设计要求，选择如下图所示的电磁阀，规格如下表所示。