1、 本科 毕业 论文 (设计 ) （二零 届） 基于 PLC的全自动洗衣机控制系统设计 所在学院 专业班级 电气工程及其自动化 学生姓名 学号 指导教师 职称 完成日期 年 月 - 1 - 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
2、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 - 2 - Abstract Currently, PLC is widely used in automatic washing machine control system. Combined with topic requirement, this paper builds a implementation
3、 scheme based on PLC and also confirms the compose, specific operation, conditioned signal and control output signal which PLC needs to request of one type of full-automatic washing machine, which resulted by the research of different control way and achievement project. On the foundation of achieve
4、ment project, with the circumstance of PLC full-automatic washing machine control system in operating, this paper point out full-automatic washing machines general structure design, PLCs type, sensors selection, PLC input/output hookup, whole electric control chart and etc. Meanwhile, the whole cont
5、rol processs flow design chart is presented. According to the function that the washing machine have to complete, this paper write complete program and ladder diagram. After that, pressing the washing machine start switch can make it automatically complete the entire laundry process. Such design mak
6、es fully-automatic washing machine have the advantage of time saving, easy to operate and fix, and stable operation. Key Words: PLC； Automatic Washing Machine； System； Design； Control - 3 - 目 录 1 引言 . 1 2 控制方案的确定 . 2 2.1全自动洗衣机的洗涤过程概述 . 2 2.2全自动洗衣机的控制实现 . 3 2.3基于单片机的设计方案 . 3 2.4基于 PLC的设计方案 . 5 3 系统的硬
7、件和电气控制设计 . 7 3.1 传感器的选择 . 7 3.2 PLC的选型 . 8 3.3 全自动洗衣机的 I/O分配表 . 9 3.4 PLC的接线图 . 10 3.5 电气控制图 . 11 3.6 洗衣机的控制面板 . 12 4 程序设计与调试仿真 . 13 4.1全自动洗衣机 PLC控制流程图 . 13 4.2洗衣机的状态转移图 . 14 4.3主程序梯形图说明 . 16 4.4 PLC控制实现的 MCGS组态软件仿真调试 . 21 4.5 调试说明和总结 . 23 5 总结和展望 . 24 6 致 谢 .错误 !未定义书签。 参考文献 . 25 附录 1 主程序 . 26 - 1 -
8、 1 引言 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滚筒式，波轮式，搅拌式，目前，国内市场上销售的大都是搅拌式和波轮式。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 1。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 ， 从而自动选择最佳的进水量，洗涤时间，漂洗次数，脱水时间，并显 示洗涤剂的用量
9、，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 。基于 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 2。 它采用可以编制程序的存储器，用来在其内部存储执行逻辑运算、顺序运算、计时、计数和算术运算等操作的指令，并能通过数字式或模拟式的输入和输出，控制各种类 型的机械或生产过程 3。 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 。所以我们可以很方
10、便的根据所要实现的功能，来编写出程序语言。由于PLC 以上的特性，基于 PLC 控制技术的全自动洗衣机，具有成本合适，耗能底，性能好和外围扩展能力强等特点，因此采用 PLC 控制核心的全自动洗衣机具有比采用其他控制核心的全自动洗衣机更大的优势 3、 4。 本设计是利用 PLC 技术来实现全自动洗衣机的控制系统设计。由于 PLC 型号很多，先罗列出洗衣机的各种功能，考 虑到以后 所要实现的扩展功能 ,预先留出必要的 I/O 接口， 确定洗衣机的 I/O 接口数量，最后选择合适的 PLC 型号。 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
11、，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 。 - 2 - 2 控制方案的确定 2.1 全自动洗衣机的洗涤过程概述 全自动洗衣机的洗涤过程主要是在机械产生的排渗、冲刷等机械作用和洗涤剂的润湿、分散作用下，将污垢拉入水中来实现洗净的目的。全自动洗衣机是通过水位开关与电磁进水阀配合来控 制进水、排水以及电机的通断，从而实现自动控制的 3。通常整个系统由 自动洗衣机的洗涤与脱水、进水和排水、传动、箱体与支承 等这些小系统组成，下面对这个系统作必要的说明。 全自动洗衣机主要是通过波轮对衣物的翻滚达到洗涤目的。波轮安装在洗涤桶的正中，托盘连接着盛水桶。为了保证洗
12、涤效果，洗涤桶的内壁上必需设计成凸形来增大摩擦力，达到满意的洗涤效果，当衣物与洗涤桶接触时，桶壁就产生像搓板那样的洗涤作用，而且能增强涡旋作用，提高洗涤率。洗涤系统的传动部分由风叶、皮带、皮带轮、和洗衣轴体组成。脱水系统由脱水桶、脱水定时器 、安全开关、电动机、制动机构等组成。 洗衣机带锁装置 中的 电磁铁的控制开关与洗衣机控制脱水的开关联动，使洗衣机在脱水时电磁铁的衔铁能伸出，而且正好锁住洗衣机盖板凹缘的锁孔，使用户在脱水时不能打开洗衣机盖板，从而确保了洗衣机脱水时的操作安全。 进水系统采用水位压力开关和进水阀，由程序控制器调节。进水系统设有溢水口，其位置在盛水桶上口部 3、 4。漂洗时，它
13、能让洗涤液中的泡沫和污水溢出，有利于漂清。排水系统由程序来控制排水电磁阀，牵引排水阀。排水阀主要同阀盖、阀芯弹簧、阀芯拉簧，橡皮阀和阀体组成。其中排水电磁铁主 要由衔铁、静铁芯、磁轭、短路铜环和线圈等组成，主要用来控制自动型洗衣机排水阀的开闭 ,在套桶式自动型洗衣机中同起到改变减速离合大脱水状态。洗衣机的 传动系统设在洗衣机脱水桶的底部 ,主要由波轮、脱水桶、离合器、传动带、电动机、电磁阀及单相电容式电动机组成。其中离合器是内外轴复合为一体的结构。离合器的内轴，一端固定波轮，另一端固定离合套；离合器外轴的一端固定离心桶，另一端通过抱簧与离合套连接。 洗衣机 外箱体是洗衣机的盔甲， 很多 洗衣机
14、采用高分子聚合塑钢材料作为外箱体，不怕水，不腐烂，永不生锈，耐碰撞，防漏电，机身轻便 ，易于搬动 4。 - 3 - 2.2 全自动洗衣机的控制实现 全自动洗衣机的控制实现主要是指洗衣机能自动完成整个洗衣过程。洗衣机洗衣时按下启动开关，可以选择洗衣机的水位开关，达到水位要求后，实现洗衣机的正反转洗衣，达到正反转洗衣时间和次数后，能判断是否完成了一次循环。自动排水后，清洗，达到清洗次数后，自动脱水，也可选择手动脱水，最后报警，自动停止。 全自动型洗衣机通常是指洗涤、漂洗、脱水各个功能之间的转换全部不用手工操作而能自动进行的洗衣机。全自动洗衣机的启动按钮用来启动洗衣机工作。 高、中、低水位控制开关分
15、别用来选 择水位。全自动洗衣机的洗衣桶和脱水桶以同一轴心安放的。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。进水时通过控制系统将进水电磁阀打开 ,经进水管将水注入到外桶。排水时 ,通过控制系统将排水电磁阀打开 ,将水由外桶排到机外。洗涤时 ,正转、反转由洗涤电动机的正、反转来实现 ,此时脱水桶并不旋转。脱水时 ,控制系统将离合器合上 ,由洗涤电动机带动内桶正转进行甩干。停止按钮用来实现随时停止进水、排水、脱水及报警全过程 3、 4。 2.3 基于单片机的设计方案 单片机是一种集成在电路芯片上构成的一个小而完善的计算机系 统 ，它是通过 程序运行的，并且 这个程序 可以修改 ， 通过不
16、同的程序 可以 实现不同的功能 。所以通过 编写的程序可以 让单片机 实现高效率，高可靠性，以及高智能 。单片机为核心的全自动洗衣机已经出现在市场上 ，以 MSC8051单片机为例，该方案主要以 MSC8051单片机为控制电路的核心，其主要由显示电路、输出控制电路、电源电路和状态检测电路组成。控制软件有主程序、中断服务程序和各种子程序组成。基于单片机的全自动洗衣机主程序流程图图 2-1所示：衣服洗涤过程：开启洗衣机，选择自动或者手动方式，若为手动则设定洗衣参数，否则进入自动方式 。检测衣物清洗前状态，进而自动选择相应的洗衣参数，调用相应的洗涤程序，完成对衣物洗涤的控制 5。 - 4 - 图 2
17、-1 主程序状态流程图 5 基于单片机制造的全自动洗衣机虽然其价格比较便宜、功耗低、控制功能强、 扩展灵活、使用方便等优点。但它本身存在着一些缺点。首先由于单片机的指令系统相对复杂，编写洗涤、脱水程序也相对复杂；其次，在设计控制系统硬件时，要有多种电路保护装置。这样不但增加了硬件的复杂性，而且隐含较高的故障率，还 无形地增加了维修费用。 是否自动？ 、 否 是 关中断、初始化 水温检测 水位检测 开始 布量和布质检测 浑浊度检测 调用洗衣完毕报警子程序 调用洗衣程序 结 束 调用手动洗衣参数设定程序 调用手动洗衣程序 - 5 - 2.4 基于的设计方案 参照基于单片机的全自动洗衣机设计方案，
18、结合 PLC 应用实践中的所学以及对 PLC 的了解，再根据基于单片机方案中的主要控制流程的控制方式，在毕业设计任务的要求下，最后确定了基于 PLC 方案实现全自动洗衣机。 本次设计的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。 PLC 在控制领域已广泛应用于开关量 的逻辑控制、模拟量控制、运动控制和过程控制等领域。 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 6。 全
19、自动洗衣机用 PLC 来实现控制，它的 控制电路组成主要包括：连接电路（变频器）、可编程序控制器和继电器组。其中，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，不作为必要装置。另外，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 7。 下面是 基于 PLC 的全自动洗衣机控制方案 实现的总体框图如图 2-2 所示。 图 2-2 基于 PLC 的原理框图 7 启动 手 动排水开关 PLC 电磁进水阀 手动脱水开关 水位选择 水位检测设备 电磁排水阀 洗涤电动机 脱水桶 停止 - 6 - 利用 PLC 技术
20、设计一个洗衣机控制系统的主控模块，主要实现全自动洗衣机的 洗衣过程 ： 加水、洗涤、 漂洗 、脱水 等步骤。先编写完整的梯形图设计，以及根据功能来分配 I/O 接口， 确定 PLC 的型号， 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，并考虑用组态软件实现综合功能。 基于 PLC 的全自动洗衣机控制系统设计要求： PLC 投入运行，系统处于初始状态，准备好启动。 （ 1）按下启动按 扭， 选择水位，开始进水。 （ 2）达到水位后 开始洗涤 。 （ 3）洗涤时，正转 30秒 后暂停 ， 暂 停 5秒 后开始反转洗涤 ，反转 洗涤 30 秒后暂停 ， 暂 停 5 秒 。 （ 4）如此
21、循环 3 次 后 ，开始排水，排空后 开始 脱水 并继续排水。脱水 20 秒 即完成一次从进水到脱水的工作循环过程。 （ 5） 若未完成 2 次大循环，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。 （ 6） 报警 5 秒 结束全部过程， 自动停机 。 （ 7）此外按排水按钮可实现手动排水； 按停 止 按扭可 停止进水、排水、脱水及报警。 PLC 控制的全自动洗衣机运行时采 用循环扫描技术，可以分为 3 个阶段，输入阶段、执行程序阶段和输出阶段。 在这个阶段中， PLC 读取输入信号的数据和状态，并把它们存入相应的输入存储单元。 PLC 按照由上到下的次序逐步执行程序指令。从相应的输入存储单元读入信号的数据和状态，然后根据程序定时器、内部继电器、数据进行逻辑运算计数器数据存储器的状态和计数器数据存储器的状态，得到运算结果后将这些结果存入相应的输出存储器单元。这一阶段执行完后，进入输出阶段 8。在这个程序执行过程中，输入信号的数据和状态保持不变。
