基于PLC的全自动洗衣机控制系统

东北大学秦皇岛分校课程设计(论文)第25页东北大学秦皇岛分校自动化工程系自动控制系统课程设计全自动洗衣机控制系统专业名称自动化班号学生姓名李磊指导教师高原设计时间2011.6.27至2011.7.8基于PLC的全自动洗衣机控制摘要随着科学技术的进步和社会的迅速发展，洗衣机已经成为与人们日常生活相关的家电产品。传统洗衣机基于电气设备的控制，人们再也不能满足其自动化程度的要求。 洗衣机为了更好地满足人们的需要，必须依靠自动化技术的发展。 自动化技术的迅速发展，使洗衣机从最初的半自动式向现在的全自动式发展，向智能洗衣机的方向发展。洗衣机全自动化、多功能化、智能化是其发展方向。 随着全自动洗衣机的应用越来越广泛，这次设计利用西门子公司生产的PLC控制全自动洗衣机，与传统的继电器逻辑控制系统相比，提高了洗衣机的可靠性、节能性。 PLC控制不需要大量的可动部件和电子部件，布线也大幅减少，同时系统维护简单，维护时间缩短。本文首先介绍了洗衣机的发展，然后重点介绍了洗衣机的设计，说明了程序的流程图和编程软件，最后对系统进行了仿真。 执行与PLC采样按钮、限位开关外部输入信号的变化相应的程序，输出控制马达的正反转和脱水处理，控制方式多种多样。最后，总结了本课题所做的工作，并对进一步的研究提出了自己的意见。 这次设计的全自动洗衣机的技术要求应该改善，不能单独脱水和设定洗涤时间的时间有限，所以没有进一步的改善。 基于全自动洗衣机在日常生活中的广泛应用，本设计具有广泛的普及价值。关键词：全自动洗衣机、PLC、控制目录1绪论11.1课题概要11.2洗衣机的发展概况11.3课题研究的目的和意义21.4本课题研究的主要内容32系统硬件设计42.1系统的控制请求42.2系统硬件设计52.3系统软件设计83总结133.1工作总结13谢谢14参考文献15附录16附录1 :梯形程序161绪言1.1课题的概要此次设计的基于PLC的全自动洗衣机控制，用PLC控制开发周期短，开发成本低，可靠性高，可直接用于现场控制。 本设计以操作简单、使用可靠、维修方便为主要设计方向。通常，用洗衣机洗涤需要洗涤、洗涤、排水、脱水四个阶段，而全自动洗衣机中，这种过程完全是用PLC完成的。 全自动洗衣机需要控制系统充分可靠，以免洗衣机故障。全自动洗衣机的简单动作过程如图1.1所示，其中有洗涤方式、洗涤中的水位选择等两方面需要在洗衣机中放衣服后手动选择，且必须选择的洗涤参数。 选择洗涤参数后，按下开始按钮，洗衣机就会自动完成整个流程。图1.1全自动洗衣机的简单动作过程1.2洗衣机的发展概况世界上第一台洗衣机诞生于1858年，这台洗衣机很难使用，因为损坏衣服而没有广泛使用，这显示了用机器洗涤的契机。 1874年，“洗手时代”受到了前所未有的挑战，美国人发明了木制的洗手机。 1880年，美国发明了蒸汽洗衣机，蒸汽动力取代了人力。 蒸汽洗衣机之后，水力洗衣机、内燃机的洗衣机也相继出现。 1910年，美国试制了世界上第一台电动洗衣机，电动洗衣机的出现标志着人类家务劳动自动化的开始。 1922年，美国改造了洗衣机的洗衣结构，将拖曳式改为搅拌式，固定了洗衣机的结构，这是第一台搅拌式洗衣机的诞生。 1932年，美国开发了第一台前滚筒式洗衣机。 1955年，在引进英国的喷雾式洗衣机的基础上，日本开发出了风格独特、至今流行的波型洗衣机。全自动洗衣机在结构上有波型、搅拌型、滚筒式。 现在国内市场上销售的是波型和滚筒式，供给最多的是波型洗衣机。 波轮式洗衣机的特点是洗涤率高，但衣物磨损大，随着人们生活水平的提高，丝绸、毛线、羊毛等大量进入普通家庭，厂家及时推出滚筒式洗衣机。 其最大的优点是磨损率小，但清洗率比波浪轮式低，价格高。洗衣机产品分为普通型、半自动型、全自动型三种。 普通型和半自动型洗衣机，为了完成洗涤、脱水、排水的全过程需要人工操作的全自动洗衣机在洗涤、脱水、排水的过程中，不需要人为的操作和监视。国内外的洗衣机品牌有海尔、天鹅、荣事们、松下、惠比浦水仙、LG熊猫、西门子、日立等。1.3课题研究的目的和意义本课题主要侧重于全自动洗衣机的控制，要求洗衣机能实现供水、洗涤、排水、脱水、报警，所采用的控制方法操作简单、稳定、维护和维护方便。 控制方法确定后，投入生产，必须缩短控制系统的设计时间、调整周期，降低成本。传统洗衣机采用继电器控制的优点是装置结构简单、价格便宜、抗干扰性强。 但是，这是与之相伴的几个问题，例如，大部分控制继电器在长期的磨损和疲劳动作条件下进行，容易破损，而且继电器的接点容易产生电弧，进而熔化，引起误动作，导致严重的结果。 全负荷输送时，大的继电器在产生大量热量和噪音的同时，消耗大量的电力。 此外，继电器控制系统必须手动接线、安装，如果有简单的变更，就需要花很多时间、劳力和物资进行改造、安装和调整。 这种电路布线多，只能适用于小型控制电路。PLC控制比继电器优越，用PLC进行控制。(1)可靠性高、抗干扰性高、可靠性高是电气控制设备的重要性能。 PLC采用现代大规模集成电路技术，用严格的生产技术制造，内部电路采用先进的抗干扰技术，具有高可靠性。(2)配套齐全、功能完备、适用性强的PLC发展到今天，已经形成了大、中、小各规模的系列化产品。 可用于各种规模的产业控制。(3)易于使用，受工程技术人员欢迎的PLC作为通用产业控制计算机，是面向工矿企业的工控设备。(4)系统设计、建设工作量小，维护容易，改造容易，PLC用内存逻辑代替布线逻辑，大幅度减少控制设备外部的布线，大幅度缩短了控制系统的设计和建设周期，同时也容易维护。 更重要的是，同样的设备可以改变程序，改变生产过程。 这适合多品种、小批量生产场合。(5)体积小、重量轻、能耗低、体积小，容易进入机器内部，是实现机电一体化的理想控制设备。1.4本课题研究的主要内容本课题需要开发一种可靠、操作方便的全自动洗衣机控制方法，该系统采用PLC控制，主要包括电机正反转控制、离合器控制、排水电磁阀控制、循环控制、保护和联锁。研究的具体内容如下(1)深刻理解洗衣机的发展、结构和控制要求。(2)控制系统设计。 包括硬件设计、PLC的选择、各硬件模块的介绍、软件设计、编程方法。(3)模拟并调试创建的编译器。2系统硬件设计2.1系统的控制要求在全自动洗衣机系统中，PLC主要完成功能。1 .检测功能(1)检测洗衣机的方式标准的选择还是柔软的选择。(2)检测洗涤时水位的高水位或低水位的选择。(3)检测供水是否达到了必要的水位，即供水是否完成。(4)检测排水是否完成。2 .控制功能(1)控制供水、洗涤、排水、洗涤、脱水等洗衣机的动作。(2)控制洗涤、洗涤、脱水等时间的长度。(3)控制洗涤、清洗等效果。(4)用洗衣机控制向一个动作和下一个动作的正确切换。(5)控制洗衣机洗涤完成时的信号提示。自动洗衣机的设计除了满足上述功能以外，还需要考虑设计、造型等。 特别是洗衣机手动控制操作面板，依次满足人机界面的基本要求。设计全自动洗衣机的操作面板如图2.1所示。 其中，入水、正转、反转、排水、脱水是信号指示单点符号洗衣机的工作状态蜂鸣器是声音指示，指示洗衣机工作中某状态转换的启动、停止、高水位、低水位、标准、软件等是手动控制按钮，用于手动输入控制信号。图2.1全自动洗衣机的操作面板在实际生活中，操作面板一般在洗衣机的上面，设计时需要加入更加个性化的平面设计要素，操作面板大多不和可能赚钱一起放置，所以有必要考虑配线的问题。2.2系统硬件设计根据上一节中队全自动洗衣机的功能分析，可以设计图2.2所示的全自动洗衣机硬件系统的框图。图2.2全自动洗衣机的硬件系统框图作为该全自动洗衣机的控制主体，选择了西门子S7-200系列PLC。 本控制系统有8哥哥的数字输入和6个数字输出，合计需要14个I/O点数和程序容量，选择CPU222作为本系统的主机。分配PLC主体的I/O资源，其分配如表2.1所示名字地址信号说明输入信号“开始”按钮I0.0开动洗衣机停止按钮I0.1把洗衣机关上高水位按钮I0.2高水位选择低水位按钮I0.3低水位选择标准模式按钮I0.4标准模式选择软模式按钮I0.5软模式选择高水位检测器I0.6高水位检测低水位检测器I0.7低水位检测输出信号供水电磁阀Q0.0供水控制电机正转接触器Q0.1电机正转控制电机反转接触器。Q0.2电机反转控制排水离合器Q0.3排水控制脱水电磁离合器Q0.4脱水控制蜂鸣器Q0.5语音指导表2.1全自动洗衣机控制系统中PLC本体的I/O资源分配根据PLC本体的I/O资源分配及PLC本体的硬件框图，PLC本体的硬件接线图如图2.3所示。图2.3全自动洗衣机PLC控制部的硬件接线图1 .输入端口(1)启动按钮连接在PLC主体输入端口I0.0上，停止按钮连接在主体的输入端口I0.1上.(2)高水位按钮与PLC主体输入端口I0.2连接，低水位按钮与主体的输入端口I0.3连接.(3)标准模式选择按钮连接到PLC主体的输入端口I0.4，软件模式选择按钮连接到主体的输入端口I0.5(4)高水位检测器与PLC主体的输入端口I0.6连接，低水位检测器与主体的输入端口I0.17连接2 .输出端口(1) PLC主体输出端口Q0.0控制供水电磁阀。(2)PLC主体输出端口Q0.1控制电机正转接触器。(3)PLC主体输出端口Q0.2控制电机反转接触器。(4)PLC主体输出端口Q0.3控制排水离合器。(5)PLC主体输出端口Q0.4控制脱水电磁离合器。(6)PLC主体输出端口Q0.5控制蜂鸣器。2.3系统软件设计全自动洗衣机控制系统的详细工作过程如下。(1)按下开始按钮后，洗衣机的电源接通，准备进入洗涤状态。(2)用户设定水位的高低和洗涤模式(标准模式或者软件模式)。(3)洗衣机打开供水电磁阀，开始从外部进口水。(4)水位检测器检测到水到了，开始洗涤。(5)电机的正转和反转以所设计的洗涤模式切换时间的长度交替动作。(6)洗涤一直进行10分钟。(7)洗衣机打开排水离合器，开始排水，持续3分钟。(8)洗衣机断开排水离合器。(9)重复一次步骤(3)(8)。(10 )洗衣机打开供水电磁阀，开始供水。(11 )水位检测器检测到睡着了，开始清洗衣服。(12 )马达的正转和反转以设定的洗涤模式的切换时间的长度交替动作。(13 )洗衣服一直进行了5分钟。(14 )洗衣机打开排水离合器，开始排水，持续3min。(15 )洗衣机断开排水离合器。重复(16)(10)(15 )的顺序一次。(17 )洗衣机控制脱水电磁离合器，在进行脱水的同时，释放排水离合器，使脱水过程能立即排除洗衣机桶内的污水。(18 )持续脱水2分钟。(19 )洗完衣服。根据以上全自动洗衣机的动作过程的记述，可如图2.4所示设计全自动洗衣机控制系统的PLC部分的主流程图。图2.4全自动洗衣机的主程序的流程图洗涤子程序的流程图在图2.5中示出。图2.5洗涤子程序的流程图洗衣机子程序的动作过程如下。(1)启动洗衣机子程序。(2)打开电磁阀供水，同时检测水位。(3)水位到达位置后，选择洗涤模式、标准或软件。(4)洗涤10分钟。(5)排水3min。(6)排水时间到了，洗涤子程序结束。清洗过程的子程序如图2.6所示图2.6清洗子程序的流程图图2.6所示的作业顺序如下。(1)启动清洗子程序。(2)打开电磁阀供水，检测水是否处于指定水位。(3)选择清洗模式、标准或软件。(4)开始洗涤，定时5分钟。(5)定时时间到了，开始排水。(6)定时3min。(7)排水结束，清洗子程序结束。在洗涤子程序和洗涤子程序中洗涤的模式有标准模式和软模式。 标准模式洗涤的流程图和软模式洗涤的流程图如图2.7所示。(1)标准模式电动机首先正转5s，停止1s，电动机反转5s。(2)标准模式电动机首先正转3s，停止1s，电动机反转3s。图2.7标准模式和软件模式的流程图全自动洗衣机控