1、摘 要本文描述了采用可编程控制器（PLC）作为核心控制部件，并利用计算机进行模拟监控的全自动洗衣机控制系统。文章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 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，等其它一些输入/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内计数器控制，所以只要改变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，丰富的 I/O 卡件，质优价廉，性价比高，安装简单，维修方便，PLC 控制能在高粉尘、高噪声、强电磁干扰和温度变化剧烈
2、的环境下正常工作。因为它是整体模块，集中了驱动电路、检测电路和保护电路以及通讯联网功能，所以在使用中，硬件相对简单，编程语言也相对简单，并且测试容易，维修方便，更可以提高控制系统设计的灵活性及控制系统的可靠性。本设计以操作简单、使用可靠、维护修理方便作为主要设计方向。关键词: 可编程控制器 ,PLC ,全自动洗衣机目 录第 1 章 绪论 .11.1 选题背景 .11.2 全自动洗衣机发展概况 .11.3 控制系统的选择 .2第 2 章 全自动洗衣机控制系统设计 .42.1 系统描述 .42.2 制定控制方案 .52.3 系统配置 .92.4 控制面板 .112.5 控制系统流程图及电路控制图
3、.11第 3 章 性能检测与测试 .193.1 检测与调试.19第 4 章 结论及展望 .20致 谢 .21参考文献 .22附录（程序源代码） .23西安工程大学课程设计（报告）第 1 章 绪论1.1 选题背景洗衣机是人们日常生活中常见的一种家电，已经成为人们生活中不可缺少的家用电器。在工业生产中应用也十分广泛。但是传统的基于继电器的控制，已经不能满足人们对洗衣机的自动化程度的要求了。洗衣机需要更好地满足人们的需求，必须借助于自动化技术的发展。而随着 PLC 技术的发展，用 PLC 来作为控制器，就能很好地满足全自动洗衣机对自动化的要求，并且控制方式灵活多样，控制模式可以根据不同场合的应用而有
4、所不同。自动化技术的飞速发展使得洗衣机由初始的半自动式洗衣机发展到现在的全自动洗衣机，又正在向智能化洗衣机方向发展。1.2 全自动洗衣机发展概况全自动洗衣机是一种除放、取衣物和开动洗衣机这三道手续外，其余洗衣各程序全部自动完成的设备。1874 年美国的比尔布莱克斯通发明了木制手摇洗衣机，这是世界上第一台人工搅动洗衣机。1911 年美国人又研制了世界上第一台电动洗衣机。1920 年美国的玛依塔格公司又把洗衣机的木制桶改为铝制桶体，第二年又把铝制桶体改为外层铸铝、内层为铜板的双层结构。1936 年，他们又将搪瓷用于洗衣机桶体。与此同时，世界各地也相继出现了洗衣机。欧洲国家研究成功了喷流式洗衣机和滚
5、筒式洗衣机。1932 年后，美国一家公司研制成功了第一台前装式滚筒全自动洗衣机，洗涤、漂洗和脱水都在同一个滚筒内自动完成，使洗衣机的发展跃上了一个新台阶。这种滚筒洗衣机，目前在欧洲、美洲等地得到了广泛的应用。第二次世界大战结束后，洗衣机得到了迅速的发展，研制出具有独特风格的波轮式洗衣机。这种洗衣机由于其波轮安装在洗衣桶底，又称涡卷式洗衣机。近几十年，在工业发达国家，全自动洗衣机制造技术又得到迅速发展，其年总产量及社会普及率均以达到相当高得水平。目前世界洗衣机年总产量近 5000 万台，而全自动洗衣机的产量呈增长趋势，在技术性能上正向着节水、节能、高效、结构更趋合理的方向发展。微电脑控制功能、新
6、型的洗涤方式、高速脱水以及低噪音等方面都有了很大提高。近几年，我国的洗衣机制造技术得到迅速发展，从生产单桶波轮式、双桶波轮式洗衣机逐步向套桶波轮式全自动洗衣机和滚筒式全自动洗衣机方向发展，其中全自动洗衣机的年产量已占洗衣机总产量的 10%左右。生产规模不断扩大，技西安工程大学课程设计（报告）术工艺日趋完善，产品质量稳步提高，已生产出技术性能优良的多种牌号的全自动洗衣机供应市场。1.3 控制系统的选择从满足全自动洗衣机控制系统的安全性、扩展性和可靠性方面考虑，目前常见的全自动洗衣机自动控制系统，主要有单片机控制、PLC 控制、工业控制计算机集中控制等类型。随着集成芯片技术的不断提高，特别是高档
7、8 位单片机的普及，单片机全自动洗衣机系统由单片计算机及其外围芯片构成控制系统。虽然单片机本身小巧、功耗低，实时控制功能强，但是其软、硬件的开发必须借助于开发工具，系统调试困难，不具有自开发能力，且编写洗涤、脱水等程序相对复杂；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。工业控制计算机全自动洗衣机控制系统是利用通用计算机的扩展槽或扩展区，设计应用系统硬件模板，如通讯板、I/O 扩展板等测控功能板，与通用计算机构成一个用于完成预定测控功能的控制系统。其特点是系统有较强的软、
8、硬件支持。利用通用计算机的软、硬件资源来支持控制系统进行工作，具有自开发能力，有较强的可视能力和数据处理能力，更适合于计算机集中控制系统应用。PLC 是一种新型的具有极高可靠性的通用自动化控制装置。它以微处理器为核心，有机地将微型计算机技术、自动化控制技术及通信技术融为一体。其特点如下：抗干扰能力强，可靠性极高。PLC 是专为工业控制设计的，采取了精选元器件及多层次抗干扰等措施，能适应工业现场的恶劣环境。编程方便。PLC 采用易于理解和掌握的梯形图语言，以及面向工业控制的简单指令。使用方便。PLC 的结构不仅具有先进的通讯和输入、输出能力，而且其模块化的系统结构、灵活的配置能力，使用户可以灵活
9、组成各种规模和不同要求的控制系统。维护方便。PLC 模块化的系统结构，使操作人员在维修时只需要更换插入式模板或其它易损部件即可完成，既方便又减少了影响系统运行的时间。设计、施工、调试周期短。用 PLC 完成一项控制工程时，由于其硬、软件齐全，设计和施工可同时进行，缩短了周期。西安工程大学课程设计（报告）易于实现机电一体化。PLC 的结构紧凑，体积小，重量轻，可靠性高，抗振防潮和耐热能力强，使之易于安装在机器设备内部，制造出机电一体化产品。PLC 控制洗衣机洗衣程序有独特之处。首先，它是一个顺序控制系统程序；其次，洗涤、漂洗、排水、脱水时间是由 PLC 内的计数器和定时器中参数控制的，只要改变它
10、的参数太小就可改变整个程序时间长短；第三通过改变 PLC 的型号，可以根据衣物的质地、数量及脏污程度来实现标准洗洗、柔和洗的多功能；第四，通过修改洗衣程序可实现进水、洗涤、漂洗、排水 脱水的顺序控制，也可实现或洗涤、或漂洗、或脱水等单体控制；第五，在设计过程中，可以方便地加入相应的配套装置，如指示灯、蜂鸣器。通过以上分析、说明可知全自动洗衣机的控制系统是有多样性的，虽然各种控制系统均可运用，但是必须考虑它的结构和成本。鉴于 PLC 的诸多优势，结合全自动洗衣机自动控制系统的需要，选择德国西门子公司生产的具有高性能价格比的 S7-200 系列可编程序控制器。西安工程大学课程设计（报告）第 2 章
11、 全自动洗衣机控制系统设计2.1 系统描述本文描述的是一种全自动洗衣机，它可以自动地完成洗衣的全过程。全自动洗衣机的洗衣桶（外桶）和脱水桶（内桶）是以同一中心安放的。外桶固定，作盛水用。内桶可以旋转，作脱水（甩干）用。内桶的四周有很多小孔，使内、外桶的水流相通。该洗衣机的进水和排水分别由进水电磁阀和排水电磁阀来执行。进水时，通过电控系统使进水阀打开，经进水管将水注入到外桶。排水时，通过电控系统使排水阀打开，将水由外桶排到机外。洗涤正转、反转由洗涤电机驱动波盘正、反转来实现，此时脱水同并不旋转。脱水时，通过电控系统将离合器合上，由洗涤电机带动内桶正转进行甩干。高、低水位开关分别用来检测高、低水位
12、。启动按钮用来启动洗衣机工作。停止按钮用来实现手动停止进水、排水、脱水及报警。其示意图如图 2.1 所示。启动按钮停止按钮控制按钮指示灯高水位探测器低水位探测器排水口洗涤电机 进水口 内桶外桶波盘图 2.1 全自动洗衣机示意图西安工程大学课程设计（报告）2.2 制定控制方案通常地，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。全自动洗衣机的简单工作过程如图 2.2 所示。其中，洗衣的方式（标准或是柔和） 、洗衣中的水位选择（高水位洗衣、低水位洗衣等）
13、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 主要完成一下功能：1. 检测功能（1）检测洗衣的方式：标准或者是柔和的选择。（2）检测洗衣时的水位：高水位或者是低水位的选择。（3）检测进水是否到了需要的水位，即进水是否完成。（4）检测排水是否已经完成。2. 控制功能（1）控制进水、洗涤、排水、漂洗、脱水等洗衣机的动作。（2）控制洗涤、漂洗、脱水等的时间长短。（3）控制洗涤、漂洗等的次数。（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
14、衣时的信号提示。脱 水循环两次循环两次设定 （ 标准 / 柔和 ，高 / 低水位等 ） 参数 ， 按下启动按钮洗衣完成信号指示漂洗 进水洗涤进水排 水进水排水图 2.2 全自动洗衣机的简单工作过程西安工程大学课程设计（报告）根据上述对全自动洗衣机系统的功能分析，可以设计如图 2.3 所示的全自动洗衣机硬件系统框图。进水电磁阀电机正转接触器高水位探测器柔 和标 准低水位高水位停止按钮启动按钮蜂 鸣 器脱水离合器排水离合器电机反转接触器低水位探测器S 7 - 2 0 0 P L CC P U 2 2 4图 2.3 全自动洗衣机硬件系统框图1. PLC 主机选择西门子 S7-200 系列 PLC 作
15、为此全自动洗衣机的控制主机。在西门子 S7-200 系列 PLC 中又有 CPU221、CPU222 、CPU224、CPU226、CPU226XM 等之分。此全自动洗衣机系统中总共有 8 个数字量输入，6 个数字量输出，共需 14 点 I/O,根据 I/O 点数及程序容量，选择了 CPU224 作为其主机。2. 启动按钮启动按钮用来控制全自动洗衣机开始工作与否，一般地，在用户在洗衣机内放入衣服，且已经准备好开始洗衣服之后，按下启动按钮，全自动洗衣机开始洗衣。3. 停止按钮西安工程大学课程设计（报告）停止按钮用来控制运行中的全自动洗衣机停止工作与否。在洗衣服的过程中，用户需要停止洗衣机，就可以
16、直接按下停止按钮，洗衣机即会停止工作。4. 高水位高水位是指洗衣机在洗衣过程中，洗衣机筒内保持的水位高低，一旦选择了高水位，则在洗衣过程中的水位将保持系统设定下的两个水位中的相对高一点的水位。这里，在操作面板上，用一个按钮来设置高水位，按下按钮表示选择高水位。5. 低水位低水位是指洗衣机在洗衣过程中，洗衣机筒内保持的水位的高低，是相对于高水位来说的，在洗衣机系统的初始设计中，设计了两种水位，这个是相对比较低的一个水位，但是同样可以完成洗衣过程。在操作面板上，用一个按钮来设置低水位，按下按钮表示选择低水位。需要注意的是，用户在使用中，只能选择一种水位高水位或者低水位，但是，但是在实际生活中，很有
17、可能用户不小心同时按下了高水位按钮和低水位按钮，因此，在设计中必须要考虑到水位的互锁。当然也可以将高水位与低水位选择设计成一个按钮，按下去的时候为高水位，不按则是低水位。需要说明的是，高水位的选择必须在用户开始一次洗衣之前完成。6. 标准按钮标准按钮用来设置洗衣机洗衣服的模式，当按下标准按钮时，选择了标准模式，洗衣机自动按照标准模式洗衣服。7. 柔和按钮柔和按钮用来设置洗衣机洗衣服的模式，当按下柔和按钮时，选择了柔和模式，洗衣机自动按照柔和模式洗衣服。标准模式与柔和模式对控制系统的要求主要表现在对变频器的控制，标准模式控制变频器频率使其达到一个在较大的频率值，而柔和模式控制变频器频率使其达到一个相对标准模式而相对小的一个值，从而达到对电机转速的控制，最终实现标准与柔和模式。在洗洗衣机衣服的模式中，标准和柔和是两种相对的概念，标准比柔和的洗衣要剧烈一些。同样地，与高、低水位的选择一样，用户只能同时选择一种模式，因此，也需要在设计中考虑到标准与柔和模式的互锁。也可以将标准与柔和按钮设计成一个按钮，按下去时为柔和模式，不按下去则为标准模式。需要说明的是，标准模式与柔和模式的 选择必须在用户一开始洗衣之前完成。
