全自动洗衣机的PLC控制研究

本科毕业设计(论文) 全自动洗衣机的PLC控制研究Research on PLC control of automatic washing machine院系名称： 网络学院 专 业：自动化（电气与电子） 学生姓名： 学 号： 指导老师： 2020年01月30日桂林航天工业学院课程设计任务书设计题目：全自动洗衣机的PLC控制研究学生姓名张有平学号090F95181121 设计内容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。洗衣机的进出水由电控系统控制。洗涤正转、反转由洗涤电动机驱动波盘正、反转来实现。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、脱水及报警。排水按钮用来实现手动排水。设计参数1、启动时开始进水，水满(即水位到达高水位)时停止进水并开始正转洗涤。2、正转洗涤15 s后暂停3 s后开始反转洗涤。反转洗涤15s后暂停3 s后，若正、反洗涤未满3次，则返回从正转洗涤开始的动作。若满3次，开始排水。3、排水后脱水，脱水10s即完成一次从进水到脱水的工作循环过程，共三次。4、完成了3次大循环，则进行洗完报警。报警10s结束全部过程，自动停机。设计成果按照设计内容编写出了完整的程序，并符合设计参数，参考资料程周.电气控制与PLC原理及应用M.北京：电子工业出版社，2003廖常初.PLC编程及应用.北京：机械出版社，2002弭洪涛.可编程序控制器（PLC）原理及应用.北京：中国水利水电出版社，1999指导教师： 年 月 日 摘 要自改革开放以来，随着社会的不断发展，人们意识到科学技术是第一生产力。更多智能的、自动化的电器设备出现到人们日常的生活中。清洁衣物从手洗到智能全自动发展的历程中，是无数的科研人员结合了光、力、电学方面的理论数据发明了全自动洗衣机，将人们从烦劳的工作中解救出来。想要获得洁净的衣物，需要借助洗涤剂的除污、湿润等作用，再加上洗衣设备机械作用下产生的冲刷、排渗将衣物中的污渍清除。本文主要研究PLC在全自动洗衣机控制系统中的具体表现，对PLC在控制系统中的作用进行了详细的研究。全自动洗衣机的工作过程，是一个循环的过程。该循环包括：注水、清洁、排水、除湿、蜂鸣提示以及自动停止运行。在全自动洗衣机的研发与制造过程中，不仅需要硬件与程序一般抓，而且借助西门子S7-200系列PLC仿真系对出全自动洗衣机的运行过程进行模拟。关键词：全自动洗衣机 可编程逻辑控制器 控制程序 Abstract Since the reform and opening up， with the continuous development of society， people realize that science and technology is the first productive force. More intelligent， automatic electrical equipment appears in peoples daily life. In the course of washing clothes from hand washing to intelligent automatic development， countless researchers have combined the theoretical data of light， force and electricity to invent the automatic washing machine， which will save people from the hard work. To get clean clothes， you need to use detergent decontamination， wetting and other functions， plus washing equipment under the mechanical action of washing， seepage will remove stains in the clothes. At present， the main research PLC in this paper is specific performance in the control system of the garment machine， and the role of PLC in the control system is studied in detail. The working process of the fully automatic washing machine is a circular process. The cycle includes: water injection， cleaning， drainage， arefaction， beep prompt and automatic stop operation. The development and manufacture process of automatic washing machine not only need hardware and program to grasp generally， but also use Siemens S7-200 series PLC simulation system to simulate the operation process of automatic washing machine.Key words: automatic washing machine; PLC; control program目录一 绪论11.1 课题背景11.2 研究目的和意义2二 设计任务32.1 设计内容32.2 控制要求42.3 设计要求5三 控制系统设计53.1 电动主电路设计53.2 确定I/O数量，选择PLC类型63.2.1 I/O数量的确定63.3.2 PLC类型的选择63.3.3 I/O点地址的分配63.4 控制流程图73.5 控制程序梯形图83.6 控制程序语句表11四 软件仿真124.1 程序调试124.2 设计分析13五 总结13致谢15参考文献16附录1171 一 绪论1.1 课题背景衣、食、住、行不仅是生活上的基本需要，而且是每个人都必不可少的。对于社会人而言，衣服不仅是为了遮体、御寒等，还具有装饰身体，美化生活的作用。因此，清洁衣物在家务劳动中的地位显而易见。机械的重复冲刷、摔打、手搓等清洁活动，效率不高的同时让清洁衣服成为人们的一项负担。洗衣机的发明不仅解放了人民的双手，提高工作效率的同时让清洁衣物简便快捷。1874年，美国发明家比尔布莱克斯通过大量的试验探究，发明了木质手摇洗衣机，传承几千年的手工洗衣逐渐落下帷幕。1880年，通过不断地改良优化，由蒸汽代替人工蒸汽洗衣机在美国上市。技术不断完善的同时内燃、水力洗衣机相继问世。1911年，经过无数科研人员的不懈努力，电动洗衣机在美国首次问世，洗衣机的这一次伟大革命，开启了家用洗衣机的新篇章。1922年，是家用洗衣机的一次重要的转折点。世界著名的美国玛依塔格公司颠覆了传统的洗衣方式，将搅拌式洗衣机带进了千家万户的生活中。70年代后期，全自动洗衣机的问世，将人们从清洁衣物的家务劳动中彻底解救出来，通过电脑程序控制洗衣机的运作引领了洗衣机的发展。90年代，随着技术的发展，电动机的调速性能有了显著提升。较宽的调节范围促进了洗衣机的发展，新水流洗衣机得到迅速发展。作为当代潮流洗衣机类型的全自动洗衣机，不需要人工操作，能够结合电脑程序自动完成衣物的漂洗、脱水、清洁。众多的研究学者们在设计与研发全自动洗衣机时，经过大量的实践探究，发现滚筒式洗衣机各方面性能最佳。全自动洗衣机通过“大脑”系统程序对电磁阀下达指令，控制洗衣机的水量。然后控制系统结合研究人员设定的循环洗衣流程，给相关的驱动器件下达指令，完成清洁衣物的动作。经过大量的数据研究，单片机式与电动机驱动式从众多的全自动洗衣机控制系统中脱颖而出。在洗衣机的发展过程中，按照全自动洗衣机的控制方式可以分成电动控制与电脑控制全自动洗衣机两种类型：由于受当时的社会生产力的影响，早期的洗衣机是由电动元件组成系统控制的，该类型的电动控制系统式洗衣机发展的初期产品。随着科学技术的不断进步，电脑控制洗衣机普及到工业生产中。由于电脑控制系统是由微机电脑组成，系统运行起来更加的智能、快捷，电脑控制洗衣机逐渐全面占据家电市场。人们通常将可编程控制器简化叫做PC或（又简称为PLC），在现代化工业生产中需要大量的计算与编程，为了适应现代化生产，特意设计的电子系统。该系统借助于电脑程序能够进行数字运算操作，并且结合能够编制程序的存储设备，对系统运行过程中需要执行的程序、工况进行智能调节。PC的输入、输出接口在系统运行过程中能够控制系统或制造设备。现代化工业制造与生产时通常都使用PLC作为自动控制系统，与机器人、CAD/CAM被公认为现代工业自动化的三大支柱，其广泛性、重要性显而易见。以往清洁衣物时通常都是采取手动、半自动的洗涤方式。清洁衣物过程中不但浪费了大量的人力物力，并且增加了日常的家务劳动负担。全自动洗衣机的问世不但颠覆了传统的洗衣方式，而且将人们从洗衣服的劳务中解救出来，为人们日常生活带来极大方便。1.2研究目的和意义工业生产的特殊环境，促使科研人员经过大量实验探究的设计出智能的可编程控制器。该电子系统采用的是可编程的存储设备，能够进行系统、全面的数字型运算。对程序运行过程中需要牵扯到的逻辑运算、定时操控等工况进行相应的设置，并且结合PC的输入、输出接口控制程序的运行与设定。研究设计过程中，所研发的可编程控制器适应性要强，能够妥善的链接各个操控系统，为后期性能的不断完善打下设计基础。随着社会的发展与进步，生活的快节奏化，使得传统的洗衣机已经无法满足人们日常生活需要。全自动洗衣机改变了传统的洗衣方式，自动化清洁衣物，大大降低了人们的劳动强度，是洗衣机行业的一次重大转折。现代工业生产的全自动洗衣机，通过控制转换时刻来调节洗衣机运作状态。为了优化全自动洗衣机的性能，操控过程中不结合数学模型的控制程序得到众多研究学者的一致好评。PLC不仅能够在恶劣的环境下正常工作，而且在日益繁华的城市中不受电子波的干扰。在全自动洗衣机工作过程中能够保证洗衣机平稳。、顺利的运行。随着人们生活水平的不断提高，对于家用洗衣机的智能化要求也在不断提高。为了研发出更智能化的全自动洗衣机，研究学者对可编程控制系统进行了系统的研究。通过大量的数据研究发现，该系统具备计量、智能控制、计算机管理等技术于一体的机电化系统。运行过程中能够系统、全面的对生产流程实施把控，对相关执行元件能够进行特定的集中与分散控制。结合可编程系统研发的全自动洗衣机具有规范化、系统化、模块化于一体，操作起来更加的方便、快捷。采用可编程控制系统设计的全自动洗衣机具有以下特点：工况脱机手动化；工况联机自动化；工况运行周期化；工况自动启停化。随着技术的不断革新，PLC技术性价比越来越高，量产可编程全自动洗衣机成为了现实。文章选取PLC进行研究，主要是由于PLC具有下列两个特点。PLC性能可靠性高，根据权威机构发布的数据显示，具有平均30万小时以上的无故障时间；抗干扰性强，电子设备高速的发展的当下，城市中到处充斥着电磁干扰。想要确保全自动洗衣机的正常运行，其电脑控制系统需要具备较高的抗干扰性，因此选择PLC进行系统的研究，优化设计出更完善的洗衣设备。人们追求高质量生活的目标以及全自动洗衣机自身具备的优势，让全自动洗衣机行业一片光明。因此，对于全自动洗衣机从的研究力度需要不断的加强，不断的研发和优化洗衣机性价比。智能化设备追求的就是最前沿，最便捷的高新技术。PLC大范围使用，使得可编程控制器的理论与现实接轨。想要抢占全自动洗衣机的市场，探究设计产品时，应当结合可编程控制技术，对产品进行研发，进而达到自动化控制，获得更大的市场份额。二 设计任务2.1 设计内容全自动洗衣机的实物结构图如下图所示：图1.自动洗衣机示意图通过电脑程序对全自动洗衣机的控制系统进行全面的研究，大量的数据实验表明，清洁衣物时只需要运行启动键，智能的洗衣机就能够结合全自动系统对衣物进行相应的洗涤，提高家用电器的智能化。研究思路与方法：结合PLC控制，统计输入输出点分配表；研究PLC的输入输出设备的接线图；探讨功能流程图；通过STEP-Micro/WIN32软件设计梯形图、指令表的程序设计与完善。2.2 控制要求全自动洗衣机的启动按钮具有启动作用，需要清洁衣物时，人们将衣物放置到洗衣机设备中，加入洗涤液，检查无误后，按动洗衣机上的启动按钮，通过PLC控制洗衣机开始工作。全自动洗衣机的停止按钮具有停止作用，清洁衣物过程中有时需要暂停设备。通过全自动洗衣机中的PLC，对停止按钮进行操控，正常运行的全自动洗衣机就会停止工作。全自动洗衣机中的高低水位，对洗衣过程中的水位具有调节作用。在清洁衣物过程中需要根据衣物的多少选择合适的水位，人们结合衣物数量选择高水位，全自动洗衣机中的PLC会结合指令滚筒内的水位注入到系统设点较高的水位。并比该水位低的位置叫做低水位点。全自动洗衣机中的高水位探测器能够对洗衣机中的水位后进行检测，注水过程中如果水位达到系统中设定的高水位点，探测器将探测到的数据反馈给PLC。通过全自动洗衣机的控制系统停止注水。全自动洗衣机的低水位探测器，能够对洗衣机设备中的低水位极性检测。借助数字量输出式水位探测器对洗衣机中的注水量进行检测，并且将低水位探测器的输出反馈到PLC主机中数字量输入端口，控制洗衣机工况。PLC控制系统中的进水电磁阀，根据全自动洗衣机内衣物的数量注入相应的进水量。衣物放置完成后，系统控制进水电磁阀开启，水流从外界通过管道进入到洗衣滚筒里，当洗衣机内的水位达到系统设定的位置时，控制程序关闭进水电池阀，停止进水的同时全自动洗衣机进行下一个流程。全自动洗衣机正转是由电机正转接触器控制的。PLC运行过程中，电机需要正转时，系统会通过数字端口连接触电器，接收到指令的正转触电器运转，带动全自动洗衣机的电机正向旋转。由于洗衣工作的需要，在清洁衣物的过程中洗衣机电机需要正反转循环进行。全自动洗衣机反转是由电机反转接触器控制的。PLC运行过程中，电机需要反转时，系统会通过数字端口连接触电器，接收到指令的反转触电器运转，带动全自动洗衣机的电机反向旋转。由于洗衣工作的需要，在清洁衣物的过程中洗衣机电机需要正反转循环进行。脱水是全自动洗衣机的一个重要环节。衣物清洁干净后，需要通过系统控制洗衣机的脱水电磁阀开启，通过离心力对滚筒内的衣物进行甩干。洗衣机中的数字量输出端口接收电脑控制系统的指令，借助电磁阀对洗衣机中的衣物进行脱水操作。整个脱水过程中由于不需要调节电机转速，简便的电磁阀加PLC主机操控系统就能够实现衣物的脱水任务。蜂鸣器的作用是对洗衣过程中的某些特定时刻进行提示。全自动洗衣机的中的各个程序设定都是通过操控各种电磁阀来实现的。这里面不仅包括进出水大型的电磁阀，就连声音、指示灯这些小元件都是由电磁阀控制的通过不断的实验与探究，设计出的新型智能化洗衣机，必须能够独立实现排水、停止等按钮具备的功能。在整个洗衣过程中具备搬运衣物，暂停注、排、脱水性能以及系统报警功能。2.3 设计要求结合实际情况以及具体的项目要求，此次研究需要获得下列研究成果：(1)以PLC技术作为实现本次设计的控制装置的控制系统;(2)研究过程中需要的操控性能完备；(3)结合电气设计惯例，探究研发出短路、过载、联锁等问题完善措施；三 控制系统设计3.1 电动主电路的设计如图2为主电路电机正反转的控制线路。图2主电路图3.2 确定I/O数量，选择PLC类型3.2.1 I/O数量的确定鸣PLC系统中的输入点共有五个，它们分别是：排水按钮、启动按钮、高低水位按钮、停止按钮。3.3.2 PLC类型的选择通过研究I/O点数的数量能够将PLC划分为小、中、大型三种PLC。整体式与模块式是PLC按照结构形式划分的两种形式。全自动洗衣机选择的模块式PLC在配置方面比较灵活，设备加工和售后维修时比较便捷，容易在市场中大面积的推广，通常大中型PLC采取的就是模块式PLC。另一种整体式PLC在系统设置过程中不但具备价格低廉，重量较轻等特点，而且各零部件之间结构比较紧密，精密性较好使得整个结构体积比较小。通常小型或者超小型PLC通常采取整体式结构。PLC控制系统结合各个模块采取插件式的形式组装在符合标准的、具备多个插槽的设备中。结合实验需求，本次设计选择小型、整体式结构的西门子S7-200系列的CPU224型的PLC，能够符合系统研究过程中需要具备的条件。其显著特点为：3.3 I/O点地址的分配如表1所示为该控制系统的I/O分配表表1 I/O分配表控制信号信号名称元件名称元件符号地址编码输入信号启动信号常开按钮SB1I0.0停止信号常开按钮SB2I0.1排水信号常开按钮SB3I0.2高水位信号限位开关QB1I0.3低水位信号限位开关QB2I0.4输出信号进水电磁阀DT1Q0.0电机正转接触器KMQ0.1电机反转接触器KMQ0.2排水电磁阀DT2Q0.3脱水电磁阀DT3Q0.4报警蜂鸣器HAQ0.53.4 控制流程图为了更好的展现全自动洗衣机的操作流程，本文对于洗衣机控制流程图进行了系统的设计。文中如图3所示，全自动洗衣机从初始状态到停止运行的全部工作过程进行了全面的介绍，让研究全自动洗衣机的科研人员能够更加细致、全面的了解全自动洗衣机的控制流程图。图3 控制流程图3.5 控制程序梯形图设计师在进行程序图设计时，从众多的设计语言中通常会采取梯形图。这是由于其具备较好的表达性以及可塑性。梯形图设计时通常由触电、线圈、应用指令三部分组成完整的设计语言。设计过程中根据线条特性，逻辑输入条件用触点表达，系统主机工作时接受到程序图中的触点时，读取触点位置的信息指令。系统中设计人员设定的常开及常闭触点能够大量重复使用。系统中的逻辑输入标志位以及输出结果由梯形图中的线圈表达。系统根据逻辑线圈左右传递的数据信息，进行相应的操作。系统如果检测到线圈左侧的数据为“0”时，系统中的指令不进行传递，程序图中的线圈处于断电状态，从储存位置获取的信息为“0”。系统如果检测到线圈左侧的数据为“1”时，系统中的指令进行传递，程序图中的线圈处于同电状态，从储存位置获取的信息为“1”。以下为用STEP7-Micro/WIN32软件编制的该控制系统的程序梯形图。图4 程序梯形图3.6 控制程序语句表由STEP7-Micro/WIN中自主生成语句表，具体请看附录1.四 软件仿真4.1程序调试现场调试与模拟器调试是程序调试方法中比较常用的，结合课程设计内容并经过系统的探究选择STEP7-Micro/WIN模拟器对设计出的本程序进行优化调整。文中运用的西门子S7200的仿真软件是汉化于Simulation1.2版来源于西班牙原版1.2，在使用过程中能够支持TD200仿真界面与增减计数器等多种操作。系统程序调试图如图5所示。图5 仿真调试图调试方法如下：1.；2.，；3.；4.；5.；6.，；程序详细运行数据： 得电，启动Q0.3进行排水。6进入排水状态后，系统中的低水位信号随时监测，水量接近低水位时触发系统中的低水位信号，设备中I0.4置1，M1.0得电，并且全自动洗衣机排水的同时，Q0.4对系统下达指令进行脱水并且对操作时间进行计时。7.系统控制洗衣机运行10S后定时完成，系统中的复位M0.7与M1.0结合计数器C1获取的数据判断脱水是否进行三次，如果没有运行三次时，系统中的置位M0.0再次循环整个流程。如果运行三次后，系统中的置位M1.2，Q0.5获取电信号，洗衣机控制蜂鸣器报警且计时。9. 洗衣机运转过程中，如果想要手工操作，能够随时按动I0.1暂停运转，按动I0.2往洗衣机外进行排水。4.2设计分析研究设计的PLC控制程序具备全自动洗衣机的操控标准。全自动洗衣机正常操作中的进水、排水被系统中的进水与排水电磁阀单独控制。洗涤过程中通过洗涤电机驱动拨盘正、反转来完成清洁衣物需要的正转、反转。系统中的脱水电磁阀控制洗衣机的脱水。在脱水过程中，排水阀关闭，通过电机的正旋转产生离心力将衣物中的水分脱离出去。衣服甩干后，系统控制蜂鸣器进行提醒。全自动洗衣机运转过程中，通过高水位限位开关QB1与低水位限位开关QB2判断洗衣机滚筒内的水位。计数和定时设备搭配巧妙的同时，完善了设计内容。五 总结通过进行课程设计，能够将以往学习到的知识活灵活用。分析，解决实际问题的同时，锻炼了学生的实践动手能力。融会贯通，掌握更多知识、技能的同时为踏入社会之前研究出出一篇完善的课程设计，设计过程中遇到的心酸苦辣，让我对以往学习上的懈怠感到无限的悔意。在今后的学习与生活中脚踏实地，无论是对学习到的知识点，还是工作中的问题，都需要反复的推敲、尽其所能的学习与解决问题。本次课程设计标准探究全自动洗衣机的PLC控制系统设计。在设计过程中，不但查阅了大量关于PLCD的书刊资料，而且进行了系统全面的分析。对于文章介绍的电动机结构、类型、工作原理等理论概念有了更加深入的了解。通过被不断的学习、探究，虽然全自动洗衣机的控制程序比较复杂，研究过程中也遇到了诸多困难，但是通过查阅大量的洗衣机控制系统资料，本次课程设计取到了一定的成果。研究课程设计时，结合全自动洗衣机的操作流程图，对系统中的PLC进行优化设计，接着根据研究目标挑选I/O设备及分配；研究设计过程中挫折最多，让心灵备受打击的就是编程了。通过大量的数据研究，设计过程中对完善设计，心血与汗水终究没有白费。研究设计的过程中，我不仅深刻的认识到了控制系统设计的艰辛，而且让我有了心灵的升华，全面的认清了自己的不足，在今后的日子里加以改正。在指导老师与其他同学的帮助下，极大的锻炼了我设计和分析的能力，在论文设计过程中点点滴滴，充斥着苦涩与美好。全自动洗衣机的快速普及，PLC技术的迅速发展，让我们的生活更加的多姿多彩。掌握与熟练运用PLC技术，让控制系统设计蓬勃发展。致 谢本文的设计工作是在李伟娟老师的精心指导和悉心关怀下完成的。从课题的选择到论文的最终完成，李老师始终都给予了细心的指导和不懈的支持。在我的学业和论文工作中无不倾注着老师辛勤的汗水和心血。老师的严谨治学态度、渊博的知识、无私的奉献精神使我深受的启迪。从尊敬的老师身上，我不仅学到了扎实、宽广的专业知识，也学到了做人的道理。因此我要向我的老师致以最衷心的感谢和深深的敬意。此外，本文最终得以顺利完成，也是与机电学院其他老师的帮助分不开的。虽然他们没有直接参与我的论文指导，但在开题时也给我提供了不少的意见，提出了一系列可行性的建议，在此向他们表示深深的感谢！同时也向所有关心和帮助过我的领导、老师、同学和朋友表示由衷的谢意！最后衷心地感谢在百忙之中评阅论文的老师！17参考文献1 王宗才.机电传动与控制.北京：电子工业出版社，20112 程周.电气控制与PLC原理及应用M.北京：电子工业出版社，20033 廖常初.PLC编程及应用.北京：机械出版社，20024 弭洪涛.可编程序控制器（PLC）原理及应用.北京：中国水利水电出版社，19995 邓星钟.机电传动控制.武汉：华中科技大学出版社，20076 陈建明.电气控制与PLC应用.北京：电子工业出版社，20107 蒋金周.全自动洗衣机的PC智能控制J.机电一体化，20048 王晖 孙玉峰 王文华 主编.可编程控制器原理及应用教程：清华大学出版社出版，2004附录1