1、本科毕业论文系列开题报告电气工程及其自动化基于 PLC 的全自动洗衣机控制系统设计一、课题研究意义及现状随着生活水平的日益提高，人们已经不在满足半自动洗衣机的洗涤方式，改为全自动洗衣机。全自动洗衣机从结构上分有波轮式，搅拌式，滚筒式，目前，国内市场上销售的大都是波轮式和搅拌式。全自动洗衣机是集洗涤，脱水于一体，并且能自动完成戏衣全过程的洗衣机。全自动洗衣机有各种洗涤程序，可供自由选择，工作时间可任意调节工作状态及洗，脱水时间在面板都有显示，能自动处理脱水不平衡，工作结束或电源故障会自动断电，无需看管，确保安全。目前，有的全自动洗衣机上还采用了模糊技术，即洗衣机能对传感器提供的信息进行逻辑推理，
2、自动判别衣服的质地，重，脏污和度，从而自动选择最佳的洗涤时间，进水量，漂洗次数，脱水时间，并显是洗涤剂的用量，达到整个洗涤时间自动化，使用方便，节能节水。可编程控制器是一种数字式运算操作的电子系统，专为工业环境下应用而设计。由于 PLC 具有可靠性高、抗干扰能力强、组合灵活、编程简单、维修方便等诸多优点，PLC 已广泛地应用于开关量的逻辑控制、模拟量控制、运动控制和过程控制等领域。本次研究的课题是利用 PLC 技术来实现全自动洗衣机的控制系统设计。参照海尔洗衣机是一款年销售和销售额均很高、最稳健发展、最具竞争力的洗衣机品牌。海尔洗衣机的洗衣模式通过精确智能控制、自动调整洗涤、漂洗时间、衣服洗干
3、净便自动停止。要实现洗衣机的自动控制功能，以 PLC 软件编程来实现全自动洗衣机的主控模块，PLC 是以嵌入式 CPU 为核心，加上输入、输出等模块。PLC 的程序设计大多采用类似于继电器控制线路的梯形语言。这样我们可以很方便的根据自动洗衣机的各个功能，来编写出程序语言。从而实现洗衣机各个功能的实现，完成洗衣机整体所需要达到的设计要求。二、课题研究的主要内容和预期目标1主要内容主要内容是设计一个全自动洗衣机控制系统，主控部分用 PLC 来实现。了解全自动洗衣的整个过程和各个步骤的控制实现原理，在此基础上设定个相关环节，包括检测和时间等参数；给出具体实现的可行性方案，实现环节的自动和手工控制设置
4、，洗衣时选择其中一个程序,打开水龙头和启动洗衣机开关后洗衣的全过程就会自动完成,洗衣完成时由蜂鸣器发出响声；硬件和软件电路设计，进行传感器的选取，PLC 的选型和 I/O 地址分配等，并结合要求给出综合电气控制图，系统控制的程序框图、控制梯形图和具体程序等；综合考虑控制要求、环境要求、性价比、安全性和可靠性等问题。2预期目标1）预期设计一个日常使用的全自动洗衣机，利用主要以 PLC 软件编程实现全自动洗衣机的主控模块。全自动洗衣机清洗的衣物有丝织物、棉织物、粗厚的粘纤织物和毛织品等，洗衣过程一般包括加水、洗涤、漂洗、脱水等步骤，洗衣时间分配通常因衣物及布质类别而异。全自动洗衣机的控制电路组成主
5、要有可编程序控制器、继电器组和变频器等，其中，继电器为主要执行模块，PLC 所发出的数字指令控制继电器线圈，而继电器的开合直接控制电源电路，实现对电动机的控制，变频器在电路中控制洗涤时的电机转速，正反向旋转及高速脱水均由继电器实现。洗衣机的 PLC 选型根据所需功能和容量进行选择,并考虑维护的方便性,备件的通用性,是否易于扩展,有无特殊功能，洗衣机的传感器有洗衣桶水位上限传感、压力传感器、甩干压力传感器、红外传感器、洗衣桶水位上限传感、洗衣液上限传感器、洗衣液下限传感器等。2）由于主要是对以 PLC 为主的主控模块进行实现，所以根据全自动洗衣机的控制对象和控制要求进行编程。首先编写完整的梯形图
6、设计，以及根据功能来分配 I/O 接口，完成了编程以后，通过模拟调试，使控制程序基本满足控制要求。3）然后考虑用组态软件仿真实现综合功能。4)为了应对洗衣机工作时遇到的突发情况,如突然断电以及突发情况。需要设计加入备用电源，紧急暂停按钮和复位按钮。三、课题研究的方法及措施1研究方法首先要对全自动洗衣机的原理和 PLC 进行了解，这需要查阅一定的资料，清楚全自动洗衣机所需要实现的功能以及如何实现这些功能，PLC 的原理和其所能实现的功能。因为本次研究完成的主要是对全自动洗衣机的控制系统的设计，其控制系统主要由可编程控制器、变频器、触摸屏、继电器等组成。根据这些器件以及相关资料，对全自动洗衣机所要
7、实现的功能对 PLC 进行编程，并调式通过。尝试通过组态软件来实现各种综合功能的控制。在这个过程中，需要查阅相关信息资料。需要编写完整梯形图的设计，并通过调试达到预期的效果。 2研究措施1）收集查阅全自动洗衣机的相关资料，对 PLC 的应用设计情况进行了熟悉了解；了解不同的设计实现方法，比较现有的相关方案，确定本课题研究和实现方案，然后对方案中的各单元进行了必要的分析和研究。2）对所研究的全自动洗衣机的控制系统的功能进行深入研究，根据所要设计洗衣机的性能综合考虑系统的电气控制关系、PLC 的选型、相关运行动作和时间的确定、检测元器件的考虑等，另外还要考虑软硬件如何综合调试和优化。3）根据全自动
8、洗衣车机所要实现的功能，编写完整的梯形图设计。以及根据功能来分配 I/O 接口。完成了编程以后，通过调试通过，看是否满足预先所设想的功能。初步设计系统的控制方案为：综合调试考虑用组态软件实现。4）考虑控制系统的可靠性和实现的稳定性。需要采取一些措施，保证控制系统能够长期稳定的工作。四、课题研究进度计划12010 年 10 月 15 日至 2010 年 12 月 3 日分析任务，查阅常见洗衣机控制系统的相关资料；对资料进行消化，进行理论准备，方案的考虑、设计和优化；基本完成开题报告、中、英文翻译和文献综述等。22010 年 12 月 4 日至 2010 年 12 月 31 日确定洗衣机控制系统的
9、最佳设计方案；PLC 选型、IO 口分配、电气控制设置；传感器确定；电气控制原理图等。PLC启动按钮手动排水开关手动脱水开关水位选择水位检测设备电磁进水阀电磁排水阀洗涤电动机脱水桶停止按钮32011 年 1 月 1 日至 2011 年 3 月 22 日对洗衣机控制系统的实现进行硬件设计、软件编程和综合调试等；应用组态软件的调试。42011 年 3 月 23 日至 2011 年 4 月 24 日制作好具体模型，完成毕业设计论文；做好答辩用的 PPT，并作好答辩准备。五、参考文献1 陈建明. 电气控制与 PLC 应用M.北京：电子工业出版社，2006 年 8 月.2 易泓可.电气控制系统设计基础与
10、范例M.北京:机械工业出版社,2005 年 5 月.3 王曙光.S7-200PLC 应用基础与实例M.北京：人民邮电出版社,2007 年 1 月.4 Loan ides,Maria G. Design and implementation of PLC-based monitoring control system for induction motorM.IEEE Transactions on Energy Conversion,2004，9.5 严盈富.西门子 S7-200PLC 入门M.北京：人民邮电出版社,2007 年 8 月.6 龙志文.SIMATIC 子 S7-200PLC 原理
11、及应用M.北京：机械工业出版社,2007 年 7 月.7 罗宇航.流行 PLC 实用程序及设计（西门子 S7-200PLC 系列）M.西安：西安电子科技大学出版社,2007 年 3 月.1 刘祖其,刘海, 井建康. 全自动洗衣机的 PLC 程序设计与研究J. 机电产品开发与创新,2010，(4):151152.2 卞海玲.浅谈 PLC 技术的发展及应用J. 现代制造技术与装备，2010，(2):5758. 3 程立新.利用PLC实现对全自动洗衣机的控制J. 科技情报开发与经济，2008，(5):201.毕业论文文献综述电气工程及自动化应用 PLC 实现全自动洗衣机的控制系统摘要：简要介绍了洗衣
12、机的洗涤方式和控制方式，介绍了 PLC 的特点和基本情况，说明了基于 PLC 的全自动洗衣机控制系统的组成和洗衣过程等，并总结了应用 PLC 来全自动洗衣机控制系统的优点。关键词：全自动洗衣机；PLC；控制系统；当前，全自动洗衣机的广泛应用极大地方便了人们的生活。纵观洗衣机市场，高效节能、省水、省电、环保型洗衣机一直在市场上占主导地位，老百姓对洗衣机的基本要求更多体现在省时、省水、省电、磨损率小、操作方便和功能完善等 1。从技术角度上讲，洗衣机的功能实现更多取决于它的洗涤方式和控制方式这两个基本特性。洗涤方式主要有波轮式、滚筒式、搅拌式。波轮式由微电脑控制洗衣及甩干功能、省时省力，但是耗电、耗
13、水、衣物易缠绕、清洁性不佳。滚筒式是微电脑控制所有功能，衣物无缠绕，最不会损耗衣物的方式。但是耗时，时间是普通的几倍,而且一旦关上门，洗衣过程中无法打开,洁净力不强. 搅拌式洗涤它的衣物洁净力最强,省洗衣粉，但是喜欢缠绕，相比前两种方式损坏性加大,噪音最大 2。控制方式主要有电机程序控制器，电子程序控制器来控制。它们都是按照既定程序来完成洗衣机的运转控制，并不是按照洗衣过程中的变化来自动调整工作程序 3。PLC 是一种专为在工业环境应用而设计的数字运算电子系统,它将计算机技术、自动控制技术和通讯技术融为一体,成为实现单机、车间、工厂自动化的核心设备,具有可靠性高、抗干扰能力强、组合灵活、编程简
14、单、维修方便等诸多优点 4、5 。随着技术的进步,其控制功能由简单的逻辑控制、顺序控制发展为复杂的连续控制和过程控制,成为自动化领域的三大技术支柱(PLC、机器人、CAD/CAM)之一 6。PLC 可以实现的功能主要有顺序控制、过程控制、位置控制、生产过程的监控和管理、结合网络技术等。PLC 及其有关的外围设备都应该按易于与工业控制系统形成一个整体，易于扩展其功能的原则而设计” 。它的主要功能有在线数据采集和输出、控制功能、数据处理功能、输入/输出信号调制功能、通信、联网功能、支持人机界面功能等。目前，PLC 广泛地应用于开关量的逻辑控制、模拟量控制、运动控制和过程控制等领域 7、8 。本次设
15、计的主要内容为，设计一个全自动洗衣机控制系统，主控部分用 PLC 来实现，具体实施可以参照参照海尔洗衣机洗衣过程和步骤设定。通常洗衣机来清洗的衣物有丝织物、棉织物、粗厚的粘纤织物和毛织品等。洗衣过程一般包括加水、洗涤、漂洗、脱水等步骤。时间分配通常因衣物及布质类别而异，般洗涤时间为 512 分；漂洗时间为 23 分；脱水时间为 25 分 9。洗衣机的洗衣桶内壁都有水位标志，如高水位，中水位和低水位，所以洗涤衣物应做到洗衣量、少水量的相互配合。洗衣机的排水用旋钮控制，操作时将面板上控制旋钮拧转 90 度，弹簧将堵阀顶上，洗涤液便由徘水管泄出，排水毕，控制旋钮复位，弹簧将堵阀顶下，排水通路关闭洗衣
16、机用电应注意：把金属外壳正确接地；接上电源，用验电笔验证，金属外壳必需无漏电现象；装置家用触电保护器。当然洗衣机也应设置过载保护，过流保护，失压保护等安全控制。如果在洗衣机工作时中途添加衣服应该在洗衣机容量够的情况下，先停机,排水后就可加衣服进去了。最后，洗衣机安装水龙头应用专用水龙头，在安装接头的时候一定要直直对准水龙头水嘴,偏歪的话都会有漏水的情况。洗衣过程大致为: PLC 投入运行,系统处于初始状态准备好启动；启动时开始进水；水满时停止进水并开始洗涤正转；正转 30s 后暂停；暂停 5s 后开始洗涤反转；反转 30s 后暂停；暂停 5s 后,若正、反转未满 3 次时,返回从正洗开始的动作
17、；暂停 5s 后,若正、反洗涤满 3 次时则开始排水；水位下降到低水位时开始脱水并继续排水；脱水 20s 即完成一次从进水到排水的大循环过程；若完成 2 次大循环,洗完报警 5s 后自动停机；可以按“停止”按钮实现手动停止进水、排水、脱水及报警；也可以按“排水”按钮实现手动排水 10。全自动洗衣机控制系统主要是以可编程序逻辑控制器所输出的离散型指令为指令源。通过这些数字信号的输出以及其他控制电路的受控行为来指挥供电电路给电动机供电，实现了对模拟洗衣机的控制 11。全自动洗衣机的控制电路组成主要包括：可编程序控制器、继电器组和变频器。其中，继电器为主要执行模块，PLC 所发出的数字指令控制继电器
18、线圈，而继电器的开合直接控制电源电路，实现对电动机的控制 12、13 。另外，变频器只是作为演示时增强效果的连接装置，在电路中控制洗涤时的电机转速，正反向旋转及高速脱水均由继电器实现,不作为必要装置。洗衣机的传感器有洗衣桶水位上限传感、压力传感器、甩干压力传感器、红外传感器、洗衣桶水位上限传感、洗衣液上限传感器、洗衣液下限传感器等，其中的水位传感器，它是通过一根比较细的水位管连接洗涤桶。在洗衣机启动时，由它控制水位的高低，通过进入桶内的水形成压力，在压力达到一定的状态后，水位传感器内的簧片顶起，接通电源，断开进水阀，使其不再进水，进入洗涤状态。PLC 的选型主要是根据所需功能和容量进行选择,并
19、考虑维护的方便性,备件的通用性,是否易于扩展,有无特殊功能要求等 14。PLC 实现电气控制两个基本要点是入出信息变换、可靠物理实现。入出信息变换靠运行存储于PLC 内存中的程序实现；可靠物理实现主要靠输人及输出电路 15。基于 PLC 控制系统的全自动洗衣机的设计，通过可编程序控制器、继电器组和变频器等模拟控制，使得洗衣机达到了全自动化，在相对恶劣的条件下长时间连续工作，控制系统更加稳定耐用，达到了更好的经济收益。参考文献：1 王曙光.S7-200PLC 应用基础与实例M.北京：人民邮电出版社,2007 年 1 月.2 郝彤. 洗衣机的类型及特点J.农村电工,2005,(2):4245.3
20、严盈富.西门子 S7-200PLC 入门M.北京：人民邮电出版社,2007 年 8 月.4 卞海玲. 浅谈 PLC 技术的发展及应用J.现代制造技术与装备,2010,(2):5758.5 邓星钟，周祖德，邓坚机电传动控制M武汉：华中科技大学出版社，2001.6 邓高寿, 潘宏侠.PLC 在工业自动化控制领域中的应用及发展J.机械管理开发,2006,(3):99101.7 邱阿瑞，柴建云，孟朔，等现代电力传动与控制M北京，电子工业出版社，20048 张东明,文友先.PLC 的发展历程及其在生产中的应用J.现代农业装备,2007,(9):63.9 刘祖其,刘海,井建康.全自动洗衣机的 PLC 程序
21、设计与研究J.机电产品开发与创新,2010,(4):151152.10 程立新. 利用 PLC 实现对全自动洗衣机的控制J.科技情报开发与经,2008,(5):201.11 易泓可.电气控制系统设计基础与范例M.北京:机械工业出版社,2005 年 5 月.12 陈建明. 电气控制与 PLC 应用M.北京：电子工业出版社，2006 年 8 月.13 Loannides, maria G. Design and implementation of PLC-based monitoring control system for induction motorM.IEEE Transactions o
22、n Energy Conversion,2004，9.14 Mohammed Bani Younis Alexander Fay Georg Frey. Automatic Re-Implementation of PLC ProgramsJ.ATP International,2008,21(1):5660.15 罗宇航.流行 PLC 实用程序及设计M.西安：西安电子科技大学出版社,2007 年 3 月.毕业设计（20_ _届）基于 PLC 的全自动洗衣机控制系统设计摘 要当前，PLC在全自动洗衣机控制系统中的应用越来越广泛。本文结合课题要求，通过对不同控制方式和实现方案的研究，构建了基于PLC的实现方案，并确定了某一全自动洗衣机的组成、具体流程、PLC所需采集的条件信号和控制输出信号。在实现方案的基础上，结合基于PLC全自动洗衣机控制系统的运行情况，给出了全自动洗衣机的总体结构设计、PLC的选型、传感器的选择、PLC输入输出接线图、整体电气控制图和其他相关等。同时，程序设计上给出了整个控制过程的流程设计图，根据洗衣机所要完成的功能编写完整的程序和梯形图。完成后，按下洗衣机的启动开关就能自动完成整个洗衣过程。这样的设计使全自动洗衣机具有方便省事，维修简单，易操作，运行稳定的优点。关键词：PLC；全自动洗衣机；系统；设计；控制
