基于PLC的全自动洗衣机控制系统设计论文.doc

1、江西农业工程职业学院机电工程系 2010 届机电一体化专业毕业论文 江西农业工程职业学院 毕业设计（论文） 基于 PLC 的全自动洗衣机控制系统设计论文 学 生 向 汝 冰 指导教师 聂 卫 平（讲师） 专 业 机电一体化 层 次 大 学 专 科 班 级 07 大专机电（2） 学 号 A0711235 日 期 2 0 10 年 3 月 江西农业工程职业学院科研处制 江西农业工程职业学院机电工程系 2010 届机电一体化专业毕业论文 原 创 性 声 明 本人声明所呈交的毕业论文（设计）是我个人进行的研究工作及取得的研究成 果。尽我所知，除了文中特别加以标注和致谢的地方外，论文（设计）中不包含其

2、他人已经发表或撰写过的研究成果。对本文的研究做出重要贡献的个人和集体，已 在毕业论文（设计）中作了明确的说明并表示了谢意。 学生签名: 时间： 年 月 日 关于论文（设计）使用授权的说明 本人完全了解江西农业工程职业学院本、专科毕业论文（设计）工作条例 （暂行规定） 对：“成绩为优秀毕业论文（设计） ，江西农业工程职业学院将有权 选取部分论文（设计）全文汇编成集或者在网上公开发布。如因著作权发生纠纷， 由学生本人负责”完全认可，并同意江西农业工程职业学院可以以不同方式在不同 媒体上发表、传播毕业论文（设计）的全部或部分内容。江西农业工程职业有权保 留送交论文（设计）的复印件和磁盘，允许论文（设

3、计）被查阅和借阅，可以采用 影印、缩印或扫描等复制手段保存、汇编论文（设计） 。 保密的毕业论文（设计）在解密后应遵守此协议 学生签名: 时间： 年 月 日 密级： 江西农业工程职业学院机电工程系 2010 届机电一体化专业毕业论文 摘 要 本文介绍了利用三菱 FX2N 系列 PLC 对全自动洗衣机控制系统总体控制,阐述了控制 方案。实现全自动洗衣机控制系统总体控制有多种，可以采用早期的模拟电路、数字 电路或模数混合电路。近年来随着科技的飞速发展，单片机、PLC 的应用不断地走向深 入，同时带动传统的控制检测技术的不断更新。本文采用日本三菱公司生产的 FX2N- 48MR 型 PLC 作为核心

4、控制器进行全自动洗衣机控制系统的设计，并且设计出了系统结 构图、程序指令、梯形图以及输入输出端子的分配方案。同时根据全自动洗衣机控制 系统总体控制要求和特点,确定 PLC 的输入输出分配,并进行现场调试 关键字：PLC 全自动洗衣机控制系统 PLC 程序设计 江西农业工程职业学院机电工程系 2010 届机电一体化专业毕业论文 2 Pick This paper describes the use of PLC FX2N mitsubishi series of automatic washing machine control system, overall control, this pap

5、er expounds the control scheme. Realize full-automatic washing machine control system has a variety of overall control, can use the analog and digital early hybrid circuit module circuit or. In recent years, with the rapid development of science and technology, the application of PLC and single-chip

6、 constantly to further, while traditional control test technology constantly updated. Based on the production FX2N mitsubishi Japan as the core 48MR - type PLC controller for automatic washing machine control system design, and the system structure and design program instruction, ladder diagram and

7、the input and output terminals of allocation scheme. According to the overall control of automatic washing machine control system, PLC requirements and characteristics of distribution of input and output, and commissioning Key words: PLC automatic washing machine control system, PLC program design 江

8、西农业工程职业学院机电工程系 2010 届机电一体化专业毕业论文 3 目录 1 引言 2 2 全自动洗衣机控制系统总体控制方案确定 3 2.1 总体控制方案确定 3 2.1.1 控制系统的比较 .3 2.2.2 洗衣机的 PLC 控制系统概述 .3 3 全自动洗衣机的基本结构 5 3.1 全自动洗衣机的原理和构造 5 3.2 洗涤脱水系统 7 3.3 排水和进水系统 7 3.4 电动机及传动系统 8 4 电气控制系统 9 4.1 控制系统结构 9 4.2 控制系统原理 9 4.3 检测电路系统 .10 5 主要器件的选择 .11 5.1 电动机的选择 .11 5.2 传感器的选择 .11 5.

9、3 可编程控制器外部设计 .12 6 软件设计 .14 6.1 系统的顺序功能图设计 .14 6.2 全自动洗衣机的控制要求 .14 6.3 控制系统顺序功能图 .15 6.4 控制系统的梯形图设计 .16 6.5 程序语句表 .18 设计体会 18 7 结束语 .18 致谢 19 参考文献 .20 江西农业工程职业学院机电工程系 2010 届机电一体化专业毕业论文 4 1 引言 从古到今，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。 1874 年， “手

10、洗时代”受到了前所未有的挑战美国人比尔布莱克斯发明了木制手 摇洗衣机。 1880 年，美国又出现了蒸汽洗衣机，蒸汽动力开始取代人力。之后，水力洗衣机，内 燃机洗衣机也相继出现。 1911 年，美国试制成功世界上第一台电动洗衣机，标志着人类家务劳动自动化的开端。 1922 年，电动洗衣机迎来一种崭新的洗衣方式搅拌式。搅拌式洗衣机由美国玛依 塔格公司研制成功。 70 年代后期，微电脑控制的全自动洗衣机出现引领新的发展方向，让人耳目一新。 90 年代，由于电动机调速技术的提高，洗衣机实现了较宽范围的转速变换与调节，诞 生了许多新水流洗衣机。 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

11、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。 所用的程序控制器可分为电动机驱动式和单片机式。从控制方式的发展阶段上分： 全自动洗衣机可分为两大类： 第一类电动控制洗衣机，它的程序控制器由电动元件组成。 第二类是电脑控制洗衣机，它的程序控制器由微型计算机组成。电动控制全自动洗衣 机是较早出现的自动控制类家用电器，其产品类型还属于传统的机械产品，是自动控 江西农业工程职业学院机电工程系 2010 届机电一体化专业毕业论文 5 制的初级阶段。随着计算机的及微电子技术的发展，自动

12、控制系统正在逐步实现硬件 化。因此，电动控制洗衣机将逐步退出家电舞台。 可编程控制器是一种数字运算操作的电子系统, 专为在工业环境下应用而设计。它采 用可编程序的存贮器, 用来在其内部存贮执行逻辑运算、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. 可编程序控制器及其有关设备, 都应按易于与各种控制系统形成一个整体,易 于扩充其功能的原则设计。 2 全自动洗衣机控制系统总体控制方案确定 2.1 总体控制方案确定 2.1.1 控制系统的比较 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

13、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

14、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。 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。但是，它结构简单，处理速度快。 江西农业工程职业学院机电工程系 2010 届机电一体化专业毕业论文 6 2.2.2 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

15、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，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 2.2.3 PLC 的设计步骤 开发应用 PLC 的设计任务分

16、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; 江西农业工程职业学院机电工程系 2010 届机电一体化专业毕业论文 7 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

17、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

18、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，使模糊控制洗衣机的成本远高于程序控制洗衣机。故一般不采用。 3 全自动洗衣机的基本结构 3.1 全自动洗衣机的原理和构造 全自动洗衣机在结构上大致可分为 3 中类型，即波轮式，滚筒式和搅拌式。我国 的洗衣机在结构上主要有波轮式和滚筒式两类，产品的类型以波轮式为主，其他类型 为辅。首先做一下比较： 滚筒式洗衣机具有如下性能： 1）更好的软化衣物纤维，减小洗涤过程中衣物的损伤和变形，并且还可以使洗后 的衣物柔软而蓬松。 2）提高温度

19、来洗涤可充分溶解洗衣粉，加快洗衣粉中弱酸性物质与污物的化学反 应速度，提高洗衣粉中酶的活性，同时有利于溶解汗渍，血渍，降低灰尘，油污的粘 江西农业工程职业学院机电工程系 2010 届机电一体化专业毕业论文 8 附作用，从而可在同样的洗净比下大幅度降低洗涤过程对机械力的需求。 3）温度高有利于污物在水中的扩散。 4）高温能有效的杀死一些细菌。 没有加温的洗涤的波轮式洗衣机无论怎样的水流，要达到一定的洗净比，都必须 有足够的机械力，而机械力对衣物是由损伤的，这就决定了波轮式洗衣机的磨损率大 大高于滚筒式洗衣机。 各种新水流基本原理是一样的，就是尽量以紊乱的水流减小衣物的缠绕，增大水 流的冲刷力以用

20、于洗涤，与以前依靠衣物与桶壁和衣物相互之间的摩擦方式相比，水 流冲刷对衣物的损伤较小。 滚筒式洗衣机有如下特点： 1）磨损低，没有缠绕，机械传动部分简单可靠，寿命长于波轮式洗衣机。 2）自动化程度高，可以自动投放洗衣粉，漂白粉等，为不同质地的棉制品，化纤 制品，羊毛制品设计了不同的洗涤程序和洗涤温度，使洗涤更为科学。设有防皱浸泡 功能，可将洗好的衣物浸泡在清水里，到晾晒前再甩干，避免衣物甩干后不能及时取 出晾晒而起皱。 1） 省水，省洗衣粉。滚筒式洗衣机不需要水位高过衣物，从而可节约用水，并可 减少洗衣粉的投放量。 2） 高温洗涤有一定的灭菌作用。 3） 洗涤过程噪声小，滚筒式洗衣机属封闭式洗

21、涤，可以有效屏蔽内桶转动声和水 流声；而波轮式洗涤的水流声，脱水内桶转动声是不可避免的且刹车装置和电磁阀动 作声音也很大。 由于滚筒式洗衣机的价格大大高于波轮式洗衣机，所以波轮式洗衣机仍然受到普 遍欢迎。波轮式洗衣机的特点： 1） 水流方面。现在波轮式全自动洗衣机出现了一种新水流的形式。如 LG 的拳击 棒，松下的双瀑布，荣事达的网络水流等都采用了这种水流。 2） 程序控制器。新推出的波轮式全自动洗衣机均采用单片机程序控制器，原来的 机械式程序控制器基本上已被淘汰。各厂家生产的各种型号的波轮式全自动洗衣机的 控制程序有所不同。如在模糊控制的洗衣机中，单片机通过采集水位传感器，布量传 江西农业工

22、程职业学院机电工程系 2010 届机电一体化专业毕业论文 9 感器，光传感器的信号以及电动机的转速，判断出衣物的质地，多少，赃物程度，从 而自动调整对衣物进行合理的洗涤。 3） 不锈钢内桶。波轮式洗衣机采用了不锈钢内桶，减小衣物和内桶壁摩擦力，从 而减轻衣物的磨损。 4） 同心洗。同心洗是直接把电动机轴与洗衣桶主轴同心安装，直接驱动。使洗涤 和脱水时洗衣桶振动减小，噪声降低。 5） 变频波轮式洗衣机可以对不同质地的衣物自动选择不同的电动机转速，从而给 不同质地的衣物以恰当的洗涤强度，在保证洗得干净的同时，也最大限度地降低衣物 的磨损。同时还可以在脱水甩干时，由慢到快地启动，使衣物在桶内分布均匀

23、，脱水 效果好，同时由于衣物均匀分布在洗衣桶的四周，洗衣桶的重心落在轴心上，可以减 小振动，降低噪声，但是价格较贵。 波轮式全自动洗衣机通常都采用将洗涤（脱水）桶套装在盛水桶内的同轴套桶式 结构，虽然它们各自牌号和型号都不同，但其结构都是由洗涤，脱水系统，进，排水 系统，电动机和传动系统，电器控制系统以及支撑机构 5 大部分组成的。支撑机构主 要有箱体，吊杆及控制台组成，它除了安装和连接洗衣机的各种零件外，还具有减振 及防护，装饰的作用。如图所示：全自动套筒洗衣机内部结构图。 江西农业工程职业学院机电工程系 2010 届机电一体化专业毕业论文 10 图 2 全自动套筒洗衣机内部结构图 3.2

24、洗涤脱水系统 它主要有盛水桶，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 4 根吊杆悬挂在洗衣机箱体上。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 160mm 左右）的涡卷式水流和大波轮（直径 在 300mm 左右）新水流两类。 3.3 排水和进水系统 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

25、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 江西农业工程职业学院机电工程系 2010 届机电一体化专业毕业论文 11 关 3 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，电磁线圈吸合。自动打

26、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。 3.4 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

27、的额定洗涤容量较大， 因此电动机的功率较大。采用减速离合器的全自动套桶洗衣机传动系统的原理如图所 示： 江西农业工程职业学院机电工程系 2010 届机电一体化专业毕业论文 12 图 3 采用减速离合器的全自动套桶洗衣机传动系统的原理图 电动机与固定在离合器下端的大传动带盘之间用 V 带传动。经第一级减速后大传 动带盘得到 150r/min 的转速。当洗衣机处于洗涤或漂洗状态时，再经离合器内部的行 星齿轮减速后，使波轮得到 175r/min 低转速。此时，洗涤（脱水）桶不动。当洗衣机 处于脱水状态时，离合器输出的是未经减速的 850r/min 的高转速，驱动脱水桶和波轮 作同步高速运转。对于使用

28、普通离合器的小波轮套桶洗衣机来说，有区别的仅仅是离 合器内部没有行星齿轮减速机构，因此在洗涤或漂洗时其波轮的转速与脱水时的转速 时相同的。 4 电气控制系统 4.1 控制系统结构 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。如把离合器比作 江西农业工程职业学院机电工程系 2010 届机电一体化专业毕业论文 13 全自动套桶洗衣机的心脏，则程序控制器就是全自动

29、洗衣机的“大脑” 。如图所示以程 序控制器为核心的波轮式全自动套桶洗衣机控制系统的基本原理方框图。 图 4 波轮式全自动套桶洗衣机控制系统的基本原理方框图 4.2 控制系统原理 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

30、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。电动机驱动式程序控制器又称为机械式程序控制器，它具有 程序组合量大，工作可靠，抗干扰能力强，而且能直接控制较大电流等优点，单片机 程序控制器具有结构紧凑，操作简便，功能齐全，运行可靠等优点。目前，机械式程 序控制器基本上已被淘汰。用 PLC（单片机）控制的全自动洗衣机各种动作典型的系统 结构如图所示： 江西农业工程职业学院机电工程系 2010 届机电一体化专业毕业论文 14 图 5 全自动洗衣机各种动作典型的系统结构图 PLC 在系统中是处于中心位置，水位开关的 PLC 的输入信号控制开关，进水阀，排 水阀和电动机是洗衣机各种动作的执行机构

31、。其中进水阀和排水阀由 PLC 给定信号来 决定其工作状态；电动机的工作状态也由控制中心 PLC 给定信号来决定，而电动机的 正反转状态直接决定了洗衣机的洗涤状态和脱水状态。 4.3 检测电路系统 检测电路主要由各类传感器组成。在洗衣过程中起决定作用的物理量有衣量、衣 质、水位、水温和浑浊度等,这些物理量都需要有适当的传感器来获取信息,并转换成 PLC能接收的电信号。 1）水位传感器 水位检测的精度直接影响洗净度、水流强度、洗涤时间等参数。 2）浑浊度传感器 人工洗衣时可以随时用眼睛检查衣物是否洗净，但在洗涤桶内的衣物不断地进行 翻滚运行，无法直接捡测衣物的洗净程度。全自动洗衣机通过采用光传感

32、器检测洗涤 液的透光率，从而间接捡测了洗净程度。在洗衣机排水管两侧分别安装红外发光管和 光电接收管。洗涤前，排水管中充满清水，光电接收管受光导通，以此时光敏三极管 输出电压为设定值。洗涤开始后，衣物上的污垢不断地扩散到洗涤液中， 洗涤液逐渐 变浑浊，致使透光率降低相应地，光敏三极管的输出电压也随之下降。经过一段时 间后，该输出电压趋于稳定值，洗涤过程结束，然岳进漂洗阶段。 3）衣质传感器 衣质传感器又叫布质传感器，它是为检测衣物的质地而设置的。根据衣物纤维中 棉纤维、化学纤维所占比例的大小，衣物的布质分为“柔软棉” 、 “较硬棉” 、 “棉与化 江西农业工程职业学院机电工程系 2010 届机电

33、一体化专业毕业论文 15 纤”以及“化纤”四个挡 。 4）衣量传感器 衣量传感器又称衣物负载传感器，它是用来检测洗衣时衣物量多少的。当洗涤桶 内注入一定量的清水后将衣物放入桶内，这时让驱动电机以断续通电运转的方式工作 一分钟左右。利用电机绕组上产生的感应电动势，经光电隔离及比较整型，产生脉冲 信号。这种矩形脉冲数目与电机惯性转过的角度成比例。若衣物多，则电机受到的阻 力大，电机惯性转过的角度就小，相应地，传感器产生的脉冲就少，这样就间接地 “测量 出了衣物量的多少。下一步需要做的就是，根据衣物量来设定水位。 衣质传感器和衣量传感器是同一个装置，只是检测的方法不同。在进行衣质检测 时。首先使洗涤

34、桶内的水位比设定水位低一个挡级，然后仍按照测衣物量的方法让驱 动电机以通断电的方式工作一段时间。检测每次断电期间衣量传感器发出的脉冲数并 求其平均值。用测衣量时得到的脉冲数减去测衣质时得到的脉冲数，二者之差即可以 判别衣质。若桶内的衣物棉纤维所占比例大，脉冲数差就大，若化学纤维所占比例大 脉冲数差就小。 5）水温传感器 适当的洗衣温度有利于污垢的变化。可以提高洗涤效果。水温传感器装在洗涤桶 的下部。以热敏电阻为检测元件。测定打开洗衣机开关时的温度为环境温度，注水结 束时的温度为水温，将所测温度信号输给PLC。 5 主要器件的选择 5.1 电动机的选择 由于家庭提供的电源限制故选单相电容运转式异

35、步电动机。以 3.6 公斤全自动洗 衣机为例，由于全自动洗衣机的脱水桶直径较大，这一偏心不能不考虑，所以计算时 应以洗涤物可能产生前最大偏心为计算依据。脱水时电机功率比洗涤时要大，在确定 电机功率时应以脱水时消耗的功率为依据，也就是说脱水时电机功率就是该洗衣机所 确定的电机额定功率。由于在计算时一些因素如电机转子的转动惯量等没考虑，造成 一些偏差，所以 3.6 公斤全自动洗衣机电机额定功率选为 180 瓦。符合全自动洗衣机 江西农业工程职业学院机电工程系 2010 届机电一体化专业毕业论文 16 的功率范围 120W250W。 故选择 YY104-180 型号单相电容运转式电动机，功率 180

36、 瓦,额定电压 220V，转速 1350r/min，电流 1.7A。 5.2 传感器的选择 5.2.1 水温传感器的选择 水温检测可用热敏电阻或MTS102 半导体温度检测器。洗衣机水温一般为4 40 ,在该温度范围内MTS102线性好,温度敏感,水温检测常选用它。 5.2.2 水位传感器的选择 对于PLC控制的洗衣机,要求水位的检测必须是连续的,谐振式水位传感器是利用电 磁谐振电路LC 作为传感器的敏感元件,将被测物体的变化转变为LC 参数的变化,最终 以频率参数输出。其工作原理是将水位的高低通过导管转换成一个测试内腔气体变化 的压力,驱动内腔上方的一块隔膜移动,带动隔膜中心的磁芯在某线圈内

37、移动,从而线圈 电感发生变化。由此引起谐振电路的固有频率随水位变化。故常采用谐振式水位传感 器。 5.2.3 浑浊度传感器的选择 浑浊度传感器主要采用红外光电传感器。由红外发射管发出一定强度的红外光,红 外接收管在溶液的另一侧接收红外线。红外线在溶液中透光性的大小就决定接收方产 生光电电流的大小,光电流经整形放大和数据处理后,就可以判断出水的浑浊程度。 5.2.4 衣质传感器的选择 衣质的检测一般在洗涤之前，且主要用来测定所洗衣物属于棉类还是化纤类。在 一定水位的前提下不同的衣物成分不同,其布阻抗就不同。为了测出衣质,先加入一定 的水并让电机转动,突然切断电源,由于惯性作用电机会维持短时间旋转

38、。此时电机处 于发电机状态,会产生一定感应电势并逐渐衰减到零。由于衰减速率与布阻抗有一定的 线性关系,通过对定子绕组两端电热进行整流和检测,经光电隔离后形成脉冲,脉冲信号 江西农业工程职业学院机电工程系 2010 届机电一体化专业毕业论文 17 多，则布阻抗小,反之亦然。经过几次测量就可以判断出布阻抗,通过推理得出衣质。 故选择电阻传感器。 5.3 可编程控制器外部设计 5.3.1 可编程控制器的选择 根据输入信号及输出信号的数量，经过初略计算， 输人点数为 6 点，输出点数为 6 点；输人、输出信号都是数字量。增加 20%备用量，以便随时增加控制功能： 输入点数为： 6(1+20%)=7.2

39、 输出点数为： 6(1+20%)=7.2 根据 I/O 点数，可选松下 FP0-C16 型可编程控制器，其输入点 8 点，输出点 8 点， 扩展模块可用点数为 16 点。 5.3.2 可编程控制器 I/O 口分配 输入 启动 高水位传 感器 低水位传感器 浑浊度传感器 衣质传感器 停止 PLC输 入 X0 X1 X2 X3 X4 X5 输出 Y0 Y1 Y2 Y6 Y3 Y7 Y4 Y5 PLC输 出 报警器 进水控制 阀 正转高 速洗涤 正转低 速洗涤 反转高速 洗涤 反转低速洗 涤 排水控制阀 脱水 图6 可编程控制器I/O口分配表 江西农业工程职业学院机电工程系 2010 届机电一体化专

40、业毕业论文 18 5.3.3 外围接线图 图7 可编程控制器外围接线图 洗衣机要实现衣服的洗涤，漂洗和脱水，就要通过上述动作来实现，而这些动作 可以通过 PLC 控制来实现。同时加上开关和按钮，数码管显示器，蜂鸣报警器和欠电 压检测保护电路等，就可以形成完整的 PLC 控制系统。通过软件编程达到对整个洗衣 过程进行检测控制和用户交互。 此外，在少数全自动洗衣机上，以继电器作各电气工作部件驱动电路的电源开关， 由PLC控制继电器触点开关的通断，实现洗衣机的程序运转。 6 软件设计 6.1 系统的顺序功能图设计 全自动洗衣机工作原理：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

41、。外桶固定，作盛水用。内桶可以旋转，作脱水(甩水)用。内桶的四周有 江西农业工程职业学院机电工程系 2010 届机电一体化专业毕业论文 19 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，通过电动控制系统，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，将水由外桶排出到机外。洗涤正转、反转由洗 涤电动机驱动波盘正、反转来实现，此时脱水桶并不旋转。脱水时，通过电控系统将 离合器合上，由洗涤电动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。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

42、 水及报警。排水按钮用来实现手动排水。 6.2 全自动洗衣机的控制要求 1）PLC投入运行，系统处于初始状态准备好启动； 2）启动时开始进水； 3）水满(上限位)时停止进水并开始洗涤正转； 4）正转30s后暂停； 5）暂停2s后开始洗涤反转； 6）反转30s后暂停； 7）暂停2s后，若正、反转未满5次时，返回从正洗开始的动作； 8）暂停5s后，若正、反洗涤满5次时则开始排水； 9）水位下降到低水位时开始脱水井继续排水； 10）脱水30s即完成一次从进水到排水的大循环过程； 11）若完成2次大循环，洗完报警3s后自动停机； 12）可以按“停止”按钮实现手动停止进水、排水、脱水及报警； 13）可以

43、按“排水”按钮实现手动排水； 江西农业工程职业学院机电工程系 2010 届机电一体化专业毕业论文 20 6.3 控制系统顺序功能图 图 9 全自动洗衣机控制系统顺序功能图 PLC 投入运行，系统处于初始状态，准备好启动。按下启动按钮时开始进水，水 满(即水位到达高水位)时停止进水，2s后开始正转洗涤。正转洗涤30s后暂停，暂停2s 后开始反转洗涤。反转洗涤30s 后暂停，暂停2s 后，若正、反洗涤未满5 次，则返回 从正转洗涤开始的动作; 若正、反洗涤满5 次时，则开始排水。排水水位若下降到低 水位时，开始脱水并继续排水。脱水30s即完成一次从进水到脱水的工作循环过程。若 未完成2 次大循环，

44、则返回从进水开始的全部动作，进行下一次大循环; 若完成了2 次大循环，则进行洗完报警。报警3s结束全部过程，自动停机。若按下停止按钮，可 江西农业工程职业学院机电工程系 2010 届机电一体化专业毕业论文 21 以手动排水和手动脱水。 6.4 控制系统的梯形图设计 江西农业工程职业学院机电工程系 2010 届机电一体化专业毕业论文 22 图10 PLC控制系统的梯形图 按下启动按钮S1，X0 动合触点闭合，内部辅助继电器R10得电为“1” ，同时R10动合触点闭合 自锁; R10动合触点闭合使输出继电器Y1 得电为“1” ，进水阀打开，开始注水。到高水位检测传感 器，K1 闭合，使其动断触点X

45、1 断开，进水阀关闭; 同时 X1动合触点闭合，计时器T0开始通电计 时，2s 后T0 动合触点闭合，输出继电器Y2 得电为“1” ，洗衣机开始正转洗涤；同时计时器T1 得电，30s 后T1 动断触点断开，Y2 断电，正转洗涤停止。同时T1 动合触点闭合，计时器T2得电， 2s后T2动合触点闭合，输出继电器Y3 得电为“1” ，洗衣机开始反转洗涤，同时计时器T3得电，30s 后T3动合触点闭合，T4 得电，2s 后T4 动合触点闭合，计数器CT100 计数1 次; T4 动断触点断开， 计时器T0 、T1、T2 、T3、T4 失电复位，T4 失电后其动断触点恢复闭合，T0得电，2s后，Y2 得

46、电， 开始正转洗涤，如此循环5次，计数器CT100 计数5次后， C100 动合触点闭合，输出继电器Y4 得电 为“1” ，排水阀打开排水，待排水至低水位检测开关K2 时，输入继电器X2 动断触点断开，Y4 失电 为“0” ，停止排水，同时X2 动合触点闭合，输出继电器Y5 得电为“1” ，脱水电机运转，开始脱 江西农业工程职业学院机电工程系 2010 届机电一体化专业毕业论文 23 水，同时计时器T5 得电，30s 后T5 动断触点断开，Y5 失电为“0” ，脱水停止; 同时T5 动合触 点闭合，计数器CT101计数1 次。同时T5 动合触点闭合，使高水位进水阀打开注水，开始第2 次 大循环

47、，第2 次大循环结束后，计数器CT101 动合触点闭合，输出继电器 Y0 得电为“1” ，报警器 报警，同时计时器T6 得电，3s 后T6 动断触点断开，Y0 失电为“0” ，报警停止，自动洗衣过程 完成。其中S2为手动排水按钮，S3为手动脱水按钮，S4 为手动停止按钮。 江西农业工程职业学院机电工程系 2010 届机电一体化专业毕业论文 24 6.5 程序语句表 图 11 程序语句表 江西农业工程职业学院机电工程系 2010 届机电一体化专业毕业论文 25 毕业设计体会 经过一个多月的努力我的毕业设计终于完成了,但是现在回想起来做毕业设计的整 个过程，颇有心得，其中有苦也有甜，艰辛同时又充满

48、乐趣,不过乐趣尽在其中！通过 本次毕业设计，没有接受任务以前觉得毕业设计只是对这几年来所学知识的单纯总结， 但是通过这次做毕业设计发现毕业设计不仅是对前面所学知识的一种检验，而且也是 对自己能力的一种提高。 这次毕业设计要求设计一个全自动洗衣机控制，自行设计这对我将来踏上工作岗 位是非常有帮助的。尽管上一届的同学已经完成的非常出色，但是我仍然希望通过自 己的努力完成设计并希望有所突破。这也是我对自己的考验。于是本次设计过程中我 完全按照软件设计步骤的要求来进行，从课题分析开始，再进行总体设计、详细设计, 最后到系统实现。每一步都让我将理论学习的知识应用到实践中去。也使我掌握了一 整套规范的设计

49、操作流程。 在课题分析阶段，由于本次是设计一个 PLC 控制系统，所以对其中的 PLC 的工作 分析尤为重要。对指导老师提供的资料必须要吃透。这是关键，从查阅资料、提出问 题，到慢慢一一解决问题，老师给了我很大的帮助。 在总体设计阶段，由于课题分析做的比较全面，很快就对系统的功能，控制机制 有了充分的认识，形成了装备流水线的控制 详细设计阶段，首先考虑各电路模块的主要功能及软件的设计，分别进行安装调 试。其次，将写好的程序进行上机调试，这时就遇到了非常大的困难，烦琐的接口采 集数据,分析数据,检测，调用，很容易出错。 最后，系统运行环节。对已完成的程序和硬件系统相结合。调试时，由于控制逻 辑上出现了一点问题，使得硬件和软件不能完全统一。当时我心里是非常焦急的，这 一出错也意味着前功尽弃。然而，在指导老师的分析与鼓励下，我重新纠错找到了错 误并改正。使我意识到今后不论遇到什么情况都要分析原因，列出可能的情况后，沉 着应对，必然能“化险为夷”。 下面我对整个毕业设计的过程做一下简单的总结。 江西农业工程职业学院机电工程系 20