1、 江西工业工程职业技术学院 毕 业 论 文 题 目 ： 全自动洗衣机梯形图控制程序的设计与调试 学 生 姓 名 ： 指 导 老 师 ： 院 系 ： 机电工程系 专 业 ： 机电一体化 级 别 ： 06 级 江西工业工程职业技术学院 2008 年 11 月 1 全自动洗衣机的控制 PLC 程序设计 简介： 1： 序设计要求 （ 1）按下启动按钮及水位选择开关， （ 2）注水直到 高（中，低）水位，关水。 （ 3） 2s 后开始洗涤 （ 4）洗涤时 ，正转 30s,然后反转 30s,停 2s （ 5）如此循环 5 次，总共 320s 后开始排水，排空后脱水 30s； （ 6）开始清洗，重复（ 2）
2、 （ 5），清洗两遍 （ 7）清洗完成 ，报警 3s 并自动停机 （ 8）若按下停车按钮， 可手动排水（不脱水）和手动脱水（不 计数） 输入点： 输出点： 启动 10001 低水位检测 10009 启动洗衣机 00001 停止 10002 手动排水 10010 进水阀 00002 高水位 10003 手动脱水 10011 正转 00003 中 水位 10004 反转 00004 低水位 10005 排水 00005 排空检测 10006 脱水 00006 高水位 检测 10007 报警 00007 中水位检测 10008 2：若要求启动开关分为标准洗和轻柔洗，试改变有关输入点，并在程序中加入轻
3、柔洗功能（轻柔洗过程自定） 3： I/O 编址 4：编程调试 2 目录 前言 （ 1） 第一章（ 9） 第二章 （ 10） 第三章（ 17） 参考文献（ 18） 附页（ 19） 前言 PLC 系统摘要 PLC 可编程序控制器： PLC 英文全称 Programmable Logic Controller ,中文全称为可编程逻辑控制器，定义是 :一种数字运算操作的电子系统，专为在工业环境应用而设计的。它采用一类可编程的存储器，用于其内部存储程序，执行逻辑运算 ,顺序控制，定时，计数与算术操作等面向用户的指令， 并通过数字或模拟式输入 /输出控制各种类型的机械或生产过程 . PLC 是基于电子计算
4、机，且适用于工业现场工作的电控制器。它源于继电控制装置，但它不像继电装置那样，通过电路的物理过程实现控制，而主要靠运行存储于 PLC 内存中的程序，进行入出信息变换实现控制。 PLC 基于电子计算机，但并不等同于普通计算机。普遍计算机进行入出信息变换，多只考虑信息本身，信息的入出，只要人机界面好就可以了。而 PLC 则还要考虑信息入出的可靠性、实时性，以及信息的使用等问题。特别要考虑怎么适应于工业环境，如便于安装，抗干扰等问题。 入出信息变换、可靠物理实现，可以说是 PLC 实现控制的两个基本要点。 入出信息变换靠运行存储于 PLC 内存中的程序实现。 PLC 程序既有生产厂家的系统程序 (不
5、可更改 )，又有用户自行开发的应用（用户）程序。系统程序提供运行平台，同时，还为 PLC 程序可靠运行及信号与信息转换进行必要的公共处理。用户程序由用户按控制要求设计。什么样的控制要求，就应有什么样的用户程序。 可靠物理实现主要靠输人（ INPUT）及输出（ OUTPUT）电路。 PLC 的 I/O 电路，都是专门设计的。输入电路要对输入信号进行滤波， 以去掉高频干扰。而且与内部计算机电路在电上是隔离的，靠光耦元件建立联系。输出电路内外也是电隔离的，靠光耦元件或输出继电器建立联系。输出电路还要进行功率放大，以足以带动一般的工业控制元器件，如电磁阀、接触器等等。 I/O 电路是很多的，每一输入点
6、或输出点都要有一个 I 或 O 电路。 PLC 有多I/O 用点，一般也就有多少个 I/O 用电路。但由于它们都是由高度集成化的电路组成的，所以，所占体积并不大。 输入电路时刻监视着输入状况，并将其暂存于输入暂存器中。每一输入点都有一个对应的存储其信息的暂存器。 输出 电路要把输出锁存器的信息传送给输出点。输出锁存器与输出点也是一一对应的 这里的输入暂存器及输出锁存器实际就是 PLC 处理器 I/O 口的寄存器。它们与计算机内存交换信息通过计算机总线，并主要由运行系统程序实现。把输人暂存器的信息读到 PLC 的内存中，称输入刷新。 PLC 内存有专门开辟的存放输入信息的映射区。这个区的每一对应
7、位（ bit）称之为输入继电器，或称软接点。这些位置成 1，表示接点通，置成 0 为接点断。由于它的状态是由输入刷新得到的，所以，它反映的就是输入状态。 世界上第一台洗衣机是美国 1900 年生产的 木结构洗衣机 ,1911 年改进为电动洗衣机 .1920 年日本从美国引进了搅拌式洗衣机 ,并于 1930 年制成了日本第一台搅拌式洗衣机 .1953 年日本又从美国引进了美国喷流式洗衣机并仿制成功 .1955 年改进为现在旋涡式洗衣机 (波轮式 ).目前世界上流行的洗衣机机型是滚桶式 ,波轮式 ,搅拌式和喷流式。 我国于 1957 年在沈阳试制了第一台家用洗衣机 ,由于洗衣机生产发展十分迅速 ,
8、普及率不断提高 ,竞争激烈 .因而产品不断更新 .目前生产厂家积极改进结构 ,采用微机传感器等控件。为提高性能，完善功能，提高自动化程度，达到节水，节能的目的 。不断发展新品，其发展方向如下： 1.产品机电一体化。 2.向多功能，大容量方向发展。 3.向多能源方向发展。 4.向节能 节水 节洗涤济方向发展。 5.向洗衣 干衣一体化方向发展。 为了达到洗衣自动化的目的 ,根据洗衣机的发展方向和本次设计要求 ,以套桶波轮式全自动洗衣机的结构为依据 ,以 at89s51 单片机为主控芯片来完成设计 .下面来介绍一下套桶波轮全自动洗衣机的基本结构 . 套桶波轮式洗衣机的结构 1 控制系统 它由 由 a
9、t89s51 和外围元件组成 ,电源开关 ,水位开关 ,安全开关等组成 . （ 1） 水位开关 (空气压力开关 ) 它是利用气压变化 ,使簧片接触或断开 ,传递电信号给单片机的一种压力优越感器 .它是通过盛水桶内的水位高低 ,迫使水位开关内部气压的变化 ,所以同时也能反过来检测盛水桶内水位的高低 . 其工作过程是电磁进水阀开启 ,便向盛水桶内流水 ,当到一定高度时 ,便把下侧导气管嘴堵住 ,将空气封闭在导气软管和集气室内 .当作用在橡皮膜上的压力大于水位控制弹簧的阻力时 ,橡皮膜便向上鼓起推动顶杆及卡槽所带动的簧片的左端向上移动使压力开关闭合 ,开关发出接通信号 ;当排水阀开始排水 ,随水位的
10、降低 ,压力减小开关断开 ,并向 “ 电脑 ” 发出断信号 ,为下一个进水过程作准备 ,通过调节水位开关旋钮 ,可选择水位的 “ 高 ,中 ,低 ,少量 ” . （ 2）安全开关 (门盖开关 ) 它是当打开门盖时 ,能使高速旋转的脱水桶停转 ,另外当脱水桶运转时 ,由于桶内衣服不平衡时而振动 ,当达到一定限度时打掉传振杠杆 ,自动切断电源停机 . 1.2 洗涤系统 它 一般由盛水桶 ,脱水桶 ,盛水桶罩 ,波盘 ,平衡环组成 . （ 1）盛水桶 其主要作用是用来盛水 ,即洗衣桶用 ,又用脱水桶用 .盛 水桶罩用来防止水滴和洗涤液外溅 ,桶底有排水孔用以排水 ,盛水桶底部一侧有气室 ,通过排气管
11、与水位开 关相连 ,用来控制水位 .盛水桶上部有一溢水孔 ,以防止漂洗时有水溢出盛水桶 . （ 2）脱水桶 套缸 (全自动 )洗衣机的脱水桶是套装在盛水桶内的 ,这也是其名称的由来 ,脱水桶除了内壁有数百个孔 ,作脱水桶脱水桶外 ,还有若干凸筋 ,用来洗涤衣服 .脱水桶上部装有平衡环 ,脱水桶上嵌有一块扁行的过滤罩，洗涤时 ,随着波盘的旋转洗涤液从波盘的底部被抽出 ,沿过滤罩上升 ,经过滤罩回到盛水桶内 ,同时将杂物吸收掉 . （ 3）传动系统 该系统主要由减速离合器 ,皮带轮 ,传动皮带 ,电动机组成 .电动机的动力经三角皮带 ,减速离合器传递给波轮和脱水桶 ,实现洗涤和甩干 .并利用刹车来
12、实现脱水桶的豁然停车 . （ 4）支承轴系统和箱体 一般套桶洗衣机均采用四根吊杆把整个桶体连同电机及减速离合器等传动机构一起吊压在箱体四角 ,支撑杆总体包括吊杆和减振弹簧等 .它由阻尼桶和非阻尼桶之分 . （ 5）给排水系统 给水系统 :主要有进水管和电磁阀组成 ,电磁阀控制进水 . 排水系统 :主要有电磁铁牵引器的排水阀体构成 .用了以控制拓排水 .电磁铁牵引器不但起到牵引排阀体的作用 ,还用以拉动减速离合器分离杆和制动控制减速离合器的分离 ,以达到洗涤的正 ,反转及脱水桶的正转 .它有两种 ,一种采用 ac200v,一种是 dc200v.目前大多用旋转式牵引器 . (6)减速器 结构 :它
13、有内轴 (洗涤轴 )一端固定波盘 ,另一端固定离合轴套 ,离合轴套上固定大 带 轮 ,外轴 (离心轴 )的一端固定脱水轴 ,另一端通过抱簧和离合套连接在一起 .当内外轴合在一起时 ,内轴与离合套由圆锥销固定连合为一体 .离合套与外轴直径相同 ,内外轴的联动或分动 ,由拨叉控制抱簧和刹车盘来实现 .内轴通过依含油轴承及润滑 .减速离合器有两种 ,一种是卡箍式减速离合器 ,一种是带制动式减速离合器 .这里使用第二种 . 工作原理 :在洗涤时 ,抱簧松开 ,在制动抱簧作用下 ,制动杆把刹车带拉紧 ,抱住减速离合器外壳 .以防止脱水桶顺时针跟转 ,离合器上端圆抱簧作用防止脱水桶逆时针跟转 .在脱水时
14、,排水电磁铁吸合 ,制动杆拨动刹车带 ,使之与刹车盘离开一个间隙 ,以便让刹车盘可以沿顺时针方向自由转动 .同时 ,制动杆通过调节螺钉把离合杆推开 ,使棘瓜与棘轮脱离 .这时抱簧抱紧 ,使离合套与外轴联在一起 ,由皮带轮带动脱水桶高速旋转 ,完成脱水 . 通过以上对洗衣机结构的了解 ,我们知道全自动洗衣机的工作部件有 3 个，这就是电机 .进水阀和排水阀。电机是洗衣机的 动力源，它的转动带动洗衣桶和波轮的转动，从而时现对衣物的洗涤。进水阀用于控制洗衣机的进水量。排水阀用于控制排水。电机在脱水时还高速旋转带动衣物脱水。 电机的状态有 3 种，即正转 .反转及停止状态。电机一般工作在这三种状态的不
15、断转换之中，从而实现洗涤。但在脱水时，只工作在正转高速状态。 进水阀和派排水阀则只有开 .关这两种状态。通过电脑芯片进行控制可控硅 ,来控制各项功能 .下面介绍一下所用的电脑芯片 at89s51的性能和引脚功能 ,及本次设计所要使用的 isp在线编程技术 . 二 、 AT89S51 芯片及 isp 在线编程技术 的介绍 由于本次设计要求为时控数显系统的 isp 设计 ,调试 .所以选用具有 isp 在线编程功能的 at89s51 单片机作为主电脑芯片 ,下面将介绍此芯片和 isp 在线编程技术 . 2.1 Isp 在线编程技术 ISP（ In-System Programming）在系统可编程
16、，指电路板上的空白器件可以编程写入最终用户代码， 而不需要从电路板上取下器件，已经编程的器件也可以用 ISP 方式擦除或再编程。无论在单片机上，还是在 CPLD/FPGA 上都得到了广泛的应用， ISP 技术是未来发展方向！ 回忆下传统 的编程方式，举设计单片机系统为例，如果想要对单片机编程序，必须要把单片机先从电路板上取下来，然后放入专用的编程器进行编程，最后再次放入电路板进行调试，可以看出，这样的开发步骤有以下缺点： 1）频繁的拔插芯片，容易损坏芯片的引脚； 2）如果频繁的调试程序，换程序，必须重复拔插，大大降低了开发效率。 isp 技术彻底地改变了传统的开发模式，它只要在电路板上留下个接
17、口（如 ispdown的十芯插座），配合 ispdown 的下载电缆，就可以不用拔出芯片，在电路板上就可以对芯片进行编程，对比 传统的开发系统，有以下优势： 1）工程师在开发电子系统时彻底告别频繁拔插芯片的噩梦，避免损坏芯片的引脚； 2） ISP 可以加速产品的上市并降低研发成本。 3） ISP 技术帮助工程师缩短从设计、制造到现场调试、简化生产流程并采用经证实更有效的方式进行现场升级和维护，大大提高了工作效率。 4）在试验新品或学生试验等经常需要用不同的程序调试芯片的场合中，在线编程技术尤为重要。 以下是 isp 在线编程技术的图示 这里利用 isp 编程需使用 isp 编程器 ,其使用方法
18、如下 : 方式一、 利用板载万用 ZIF40插座烧写芯片： （ 1）用并口电缆将编程器和 PC 机并口连接好； （ 2）将被编程芯片插入 ZIF40 编程插座并锁紧，注意：靠手柄为芯片 1 脚方向； （ 3）将 USB 电缆插入编程器的 USB 取电口，向编程器提供工作电源 （ 4）启动 ISP 编程器驱动软件，选择编译好的程序代码，按要求操作即可 注：此种方式下 ISP 下载电缆不要连接到其它 实验板或目标板 方式二、 利用 ISP编程电缆对实验板或目标板上的芯片进行编程 （ 1） 用并口电缆将编程器和 PC 机并口连接好； （ 2） 将 ISP 下载电缆插入实验板或目标板的 ISP 接口
19、（ 3） 将 USB 电缆插入编程器的 USB 取电口，向编程器提供工作电源 （ 4） 启动 ISP 编程器驱动软件，选择编译好的程序代码，按要求操作即可 注：此种方式下请取下编程器 ZIF40 编程插座中的芯片，以便只对目标板上的芯片操作 。 2.2 at89s51 芯片 at89s51 是 美国 atmel 公司生产的 一个低功耗，高性能 CMOS 8 位单片机， 片内含 4k Bytes ISP(In-system programmable)的可反复擦写 1000 次的 Flash 只读程序存储器，器件采用ATMEL 公司的高密度、非易失性存储技术制造，兼容标准 MCS-51 指令系统及
20、 80C51 引脚结构，芯片内集成了通用 8 位中央处理器和 ISP Flash 存储单元，功能强大的微型计算机的AT89S51 可为许多嵌入式控制应用系统提供高性价比的解决方案。 at89s51 具有如下特点： 40 个引脚， 4k Bytes Flash 片内程序存储器， 128 bytes的随机存取数据存储器（ RAM）， 32 个外部双向输入 /输出（ I/O）口， 5 个中断优先级 2 层中断嵌套中断， 2 个 16 位可编程定时计数器 ,2 个全双工串行通信口，看门狗（ WDT）电路，片内时钟振荡器。 此外， AT89S51 设计和配置了振荡频率可为 0Hz 并可通过软件设置省电模
21、式。空闲模式下， CPU 暂停工作，而 RAM 定时计数器，串行口，外中断系统可继续工作，掉电模式冻结振荡器而保存 RAM 的数据，停止芯片其它功能直至外中断激活或硬 件复位。同时该芯片还具有 PDIP、 TQFP 和 PLCC 等三种封装形式，以适应不同产品的需求。 第一章 PLC 控制系 统设计 1.1 PLC 控制系统设计的基本原则 任何一种控制系统都是为了实现被控对象的工艺要求，以提高生产效率和产品质量。因此，在设计 PLC 控制系统时，应遵循以下基本原则： 1. 最大限度地满足被控对象的控制要求 充分发挥 PLC 的功能，最大限度地满足被控对象的控制要求，是设计 PLC控制系统的首
22、要前提，这也是设计中最重要的一条原则。这就要求设计人员在设计前就要深入现场进行调查研究，收集控制现场的资料，收集相关先进的国内、国外资料。同时要注意和现场的工程管理人员、工程技术人员、现场操作人员紧密配合，拟定控制方案，共同解决设计中的重点问题和疑难问题。 2. 保证 PLC 控制系统安全可靠 保证 PLC 控制系统能够长期安全、可靠、稳定运行，是设计控制系统的重要原则。这就要求设计者在系统设计、元器件选择、软件编程上要全面考虑，以确保控制系统安全可靠。例如：应该保证 PLC 程序不仅在正常条件下运行，而且在非正常情况 下（如突然掉电再上电、按钮按错等），也能正常工作。 3. 力求简单、经济、
23、使用及维修方便 一个新的控制工程固然能提高产品的质量和数量，带来巨大的经济效益和社会效益，但新工程的投入、技术的培训、设备的维护也将导致运行资金的增加。因此，在满足控制要求的前提下，一方面要注意不断地扩大工程的效益，另一方面也要注意不断地降低工程的成本。这就要求设计者不仅应该使控制系统简单、经济，而且要使控制系统的使用和维护方便、成本低，不宜盲目追求自动化和高指标。 4. 适应发展的需要 由于技术的不断发展，控制系统的要求也 将会不断地提高，设计时要适当考虑到今后控制系统发展和完善的需要。这就要求在选择 PLC、输入 /输出模块、 I/O 点数和内存容量时，要适当留有裕量，以满足今后生产的发展
24、和工艺的改进。 1.2 PLC I/O 模块的选择步骤与原则 一般 I O 模块的价格占 PLC 价格的一半以上。 PLC 的 I O 模块有开关量 I O 模块、模拟量 I O 模块及各种特殊功能模块等。不同的 I O 模块，其电路及功能也不同，直接影响 PLC 的应用范围和价格，应当根据实际需要加以选择。 1.2.1 开关量 I O 模块的选择 1、 开关 量输入模块的选择 开关量输入模块是用来接收现场输入设备的开关信号，将信号转换为 PLC内部接受的低电压信号，并实现 PLC 内、外信号的电气隔离。选择时主要应考虑以下几个方面： 1）输入信号的类型及电压等级 开关量输入模块有直流输入、交
25、流输入和交流直流输入三种类型。选择时主要根据现场输入信号和周围环境因素等。直流输入模块的延迟时间较短，还可以直接与接近开关、光电开关等电子输入设备连接；交流输入模块可靠性好，适合于有油雾、粉尘的恶劣环境下使用。 开关量输入模块的输入信号的电压等级有：直流 5、 12、 24、 48、 60等；交流 110、 220等。选择时主要根据现场输入设备与输入模块之间的距离来考虑。一般 5、 12、 24用于传输距离较近场合，如 5输入模块最远不得超过米。距离较远的应选用输入电压等级较高的模块 第二章 全自动洗衣机 PLC 控制 2.1 图控制程序的编制，并画出硬件接线图 全自动洗衣机的控制 PLC 程序设计
