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1、目录第一章 前言11.1 洗衣机的分类11.2 洗衣机的发展历史1第二章 全自动洗衣机的总体设计42.1全自动洗衣机的设计思路42.2 全自动洗衣机的工作原理42.2.1 洗衣机的电机示意图42.2.2 全自动洗衣机的电容特征及其参数52.2.3 全自动洗衣机的控制系统组成及其工作时序图52.2.4 全自动洗衣机的熔断器和蜂鸣箱的示意图92.3 全自动洗衣机的系统结构框图11第三章 基于PLC的全自动洗衣机的系统硬件设计123.1 全自动洗衣机的硬件设计123.1.1 全自动洗衣机的硬件系统设计及控制电路图123.1.2 全自动洗衣机的控制系统的运作要求133.2 全自动洗衣机的电气接线图及控
2、制要求143.2.1 全自动洗衣机的I/O分配表143.2.2 全自动洗衣机的电气接线图143.2.3 全自动洗衣机的控制要求及机型选择153.3 全自动洗衣机的控制系统设计线路图15第四章 基于PLC的全自动洗衣机的系统软件设计174.1 PLC可编程控制技术的概述174.2 可编程控制技术PLC的基本结构图174.3 PLC的工作原理184.4 可编程控制PLC的编程语言194.5 西门子S7-200系列PLC的系统配置及I/O配置204.5.1 西门子S7-200系列PLC的特点及选型204.5.2 S7-200 PLC的系统配置及I/O地址分配表204.5.3 S7-200PLC控制系
3、统设计的原则以及设计流程图224.6 全自动洗衣机的系统软件设计流程图254.7 全自动洗衣机的梯形图25第五章 基于PLC的全自动洗衣机的系统检测与调试285.1 系统硬件检测与调试285.2 系统软件检测与调试28结束语29参考文献30致谢31摘要：描述了全自动洗衣机控制系统的运作要求。实现了洗衣机进水、洗涤、排水、脱水、报警到自动停机的循环过程。设计了相应的系统软件，结合相应的硬件系统，并通过系西门子S7-200系列的plc仿真系统模拟出全自动洗衣机的运行过程。此项设计对提高学生的动手能力和帮助学生对一些理论知识的理解都具有积极作用。可编程控制器(PLC)是以计算机技术为核心的通用自动化
4、控制装置,它的功能性强,可靠性高,编程简单,使用方便,体积小巧,近年来在工业生产中得到广泛的应用,被誉为当代工业自动化主要支柱之一。在现代的社会，全自动洗衣机进入各个家庭，本文介绍了PLC用于全自动洗衣机的控制系统，其可改进现有技术的不足，简化结构，有利于降低成本和提高可靠性。关键词：PLC;洗衣机;全自动;控制程序器ABSTRACT：Have described that the full-automatic washing machine controls the systematic operation request .Have come true the washing machin
5、e drains away water from water-entering , cleaning , dehydration , gives an alarm to the circulation process stopping calculation voluntarily. Have designed corresponding system software , having put up full-automatic washing machine operation process combining with the corresponding hardware system
6、 ,and the simulated PLC system imitate passing the S7-200 of company series .this item designs that the ability and understanding helping a student to a little theory knowledge all have the active effect to getting to work improving a student . PLC is takes core to control devised the calculator tec
7、hnique as the in general use automation control equip to computer skills. Its function is strong, the credibility is high, the plait distance is simple, the usage is convenient, the physical volume is cleverly made, in these years.In the modern time, the Full-automatic washer is entering every famil
8、y. The article introduces a new decelerating clutch, which is used in fully-auto washing machine, it can improve the current technology, simplify structure, it is also helpful to reduce cost and increases reliability. KEY WORDS：PLC; Washing machine;Full-automati;Cprocedure controll第一章 前言1.1 洗衣机的分类目前
9、，我国洗衣机的分类方法主要有三种：按自动化程度分类，按洗涤方式分类，按结构方式分类。1按自动化程度分类，洗衣机可分为普通型、半自动型、全自动型三类。目前大多是全自动型洗衣机，它是指洗涤、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。这种洗衣机在选定的工作程序内由机电式程序控制器或微电脑程序控制器适时发出各种指令，自动完成各个执行机构的动作，使整个洗衣过程自动化。22按结构方式分类，洗衣机可分为单桶、双桶、套桶三大类。（1）单桶洗衣机。单桶洗衣机自动化程度较低，多为简易和普通型，少量的为半自动型。其主要特点是占地面积小，价格便宜。（2）双桶洗衣机。 双桶洗衣机实际上就是单桶洗
10、衣机和脱水机的组合。它的洗衣部分和甩干部分有各自的电动机和定时器。双桶洗衣机功能齐全，使用方便，操作简单，省电，省水，价格适宜，品种多样。目前，我国双桶波轮式洗衣机占主导地位。双桶洗衣机。脱水桶壁上没有许多小孔，甩干电动机高速运转，在强大的离心力作用下，衣物水分被甩出，并顺着排水管排出。（3）套桶洗衣机。 该洗衣机的特点是内、外两个立式容器套装在同一轴心上。波轮式套桶洗衣机多为全自动型。因其离心桶的外径小于盛水桶的内径，故将外桶和内筒套装在同一个轴心上，减少了占地面积。其外桶作为盛水容器，内筒作为洗涤、漂洗、离心脱水作用。常见波轮式套桶洗衣机是单电机的，洗涤及脱水工作由离合器控制。洗涤时波轮转
11、动而脱水桶不转，脱水是波轮与脱水桶一起旋转。23. 按洗涤方式分类，洗衣机可分为波轮式和滚筒式等。（1）波轮式洗衣机。波轮式洗衣机是将洗涤衣物浸泡在水中，靠波轮正、反方向的交替转动或连续单方向的转动使衣物在水中不断滚动，而达到洗净衣物的目的。主要特点:洗涤能力强、洗涤时间短、结构简单、可调节水位、成本低、易维修、易操作。（2）滚筒式洗衣机。滚筒式洗衣机的自动化程度高，洗涤性能好，容量大，质量高3。1.2 洗衣机的发展历史1858年，一个叫汉密尔顿史密斯的美国人在匹茨堡制成了世界上第一台洗衣机。该洗衣机的主件是一只圆桶，桶内装有一根带有桨状叶子的直轴。轴是通过摇动和它相连的曲柄转动的。同年史密斯
12、取得了这台洗衣机的专利权。但这台洗衣机使用费力，且损伤衣服，因而没被广泛使用，但这却标志了用机器洗衣的开端。次年在德国出现了一种用捣衣杵作为搅拌器的洗衣机，当捣衣杵上下运动时，装有弹簧的木钉便连续作用于衣服。19世纪末期的洗衣机已发展到一只用手柄转动的八角形洗衣缸，洗衣时缸内放入热肥皂水，衣服洗净后，由轧液装置把衣服挤干。1874年,“手洗时代”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。布莱克斯的洗衣机构造极为简单，是在木筒里装上6块叶片，用手柄和齿轮传动，使衣服在筒内翻转，从而达到“净衣”的目的。这套装置的问世，让那些为提高生活效率而冥思苦想的人士大受启发，洗衣机的改进过
13、程开始大大加快。1880年，美国又出现了蒸汽洗衣机，蒸汽动力开始取代人力。经历了上百年的发展改进，现代蒸汽洗衣机较早期有了无与伦与的提高，但原理是相同的。现代蒸汽洗衣机的功能包括蒸汽洗涤和蒸汽烘干，采用了智能水循环系统，可将高浓度洗涤液与高温蒸汽同时对衣物进行双重喷淋，贯穿全部洗涤过程，实现了全球独创性的“蒸汽洗”全新洗涤方式。与普通滚筒洗衣机在洗涤时需要加热整个滚筒的水不同，蒸汽洗涤是以深层清洁衣物为目的，当少量的水进入蒸汽发生盒并转化为蒸汽后，通过高温喷射分解衣物污渍。蒸汽洗涤快速、彻底，只需要少量的水，同时可节约时间。对于放在衣柜很长时间产生褶皱、异味的冬季衣物，能让其自然舒展，抚平褶皱
14、。“蒸汽烘干”的工作原理则是把恒定的蒸汽喷洒在衣物上，将衣物舒展开之后，再进行恒温冷凝式烘干。通过这种方式，厚重衣物不仅干得更快，并且具有舒展和熨烫的效果。1910年，美国的费希尔在芝加哥试制成功世界上第一台电动洗衣机。电动洗衣机的问世，标志着人类家务劳动自动化的开端。1922年，美国玛塔依格公司改造了洗衣机的洗涤结构，把拖动式改为搅拌式，使洗衣机的结构固定下来，这也就是第一台搅拌式洗衣机的诞生。这种洗衣机是在筒中心装上一个立轴，在立轴下端装有搅拌翼，电动机带动立轴，进行周期性的正反摆动，使衣物和水流不断翻滚，相互摩擦，以此涤荡污垢。搅拌式洗衣机结构科学合理，受到人们的普遍欢迎。1932年，美
15、国本德克斯航空公司宣布，他们研制成功第一台前装式滚筒洗衣机，洗涤、漂洗、脱水在同一个滚筒内完成。这意味着电动洗衣机的型式跃上一个新台阶，朝自动化又前进了一大步！第一台自动洗衣机于1937年问世。这是一种前置式自动洗衣机。靠一根水平的轴带动的缸可容纳4000克衣服。衣服在注满水的缸内不停地上下翻滚，使之去污除垢。到了40年代便出现了现代的上置式自动洗衣机。 随着工业化的加速，世界各国也加快了洗衣机研制的步伐。首先由英国研制并推出了一种喷流式洗衣机，它是靠筒体一侧的运转波轮产生的强烈涡流，使衣物和洗涤液一起在筒内不断翻滚，洗净衣物。1955年，在引进英国喷流式洗衣机的基础之上，日本研制出独具风格、
16、并流行至今的波轮式洗衣机。至此，波轮式、滚筒式、搅拌式在洗衣机生产领域三分天下的局面初步形成。60年代的日本出现了带干桶的双桶洗衣机，人们称之为“半自动型洗衣机”。70年代，生产出波轮式套桶全自动洗衣机。70年代后期，以电脑（实际上微处理器）控制的全自动洗衣机在日本问世，开创了洗衣机发展史的新阶段。80年代，“模糊控制”的应用使得洗衣机操作更简便，功能更完备，洗衣程序更随人意，外观造型更为时尚90年代，由于电机调速技术的提高，洗衣机实现了宽范围的转速变换与调节，诞生了许多新水流洗衣机。此后，随着电机驱动技术的发展与提高，日本生产出了电机直接驱动式洗衣机，省去了齿轮传动和变速机构，引发了洗衣机驱
17、动方式的巨大革命。之后，随着科技的进一步发展，滚筒洗衣机已经成了大家耳濡目染的产品。伴随着科技的进一步发展，相信新型更适合人们使用的洗衣机会给我们的生活带来新的方式。4第二章 全自动洗衣机的总体设计2.1全自动洗衣机的设计思路全自动洗衣机电气控制系统包括微处理器、排水电磁铁、电容器、门开关、按键开关、指示灯、中间继电器，水位压力开关、蜂鸣器及进水电磁阀等部件组成。通过微处理器，能自动完成进水，洗涤（漂洗）、排水、脱水、报警等全部程序，只需设计软件就可以来达到预想控制的目的。12.2 全自动洗衣机的工作原理2.2.1 洗衣机的电机示意图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。
18、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，此时脱水桶并不旋转。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。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。
19、5图2.1全自动洗衣机示意图 2.2.2 全自动洗衣机的电容特征及其参数特征：1.长方形阻燃塑料外壳，焊片或引线结构引出。2.体积小、重量轻、具有良好的自愈性。3.应用ZnAI边沿加厚蒸发工艺，电性能良好，可靠性高4.耐冲击及电流大，抗电强度高。5.适用于50Hz/60Hz交流电动机的启动和运转，特别适用于电风扇等具有小型电机的电器上。主要参数： 容量范围：0.4uF-50uF 电压范围:250VAC-500 VAC 容量偏差：5%, 10% , 15% 测试电压：极间：1075倍额定电压，1min,50Hz,无永久击穿或电弧产生；极壳：2倍额定电压+1000VAC,1min 绝缘电阻：极间1
20、000MuF 极壳3000 MuF。62.2.3 全自动洗衣机的控制系统组成及其工作时序图1.定时器是普通型波轮式洗衣机中的关键部件之一。它主要起两个作用：一是控制洗涤电机和脱水电机运转时间的长短；二是控制电机预定的的程序自动的实现正反转、停转的时间。 普通型轮式洗衣机，大多采用发条定时器。而许多大波轮新水流式洗衣机使用电动式定时器。6定时器时序图如图2.2所示：图2.2 定时器时序图2.全自动洗衣机的进水电磁阀的工作原理：进水电磁阀简称水阀、注水阀。在全自动洗衣机上，以内供用水阀来实现自动注水和停水。它与水位开关相互配合，对洗衣机水位高低仅系自动控制。进水阀是一种电磁阀，阀中心是磁芯，铁芯外
21、为电磁线圈，线圈不通电时，在小弹簧的作用铁芯被压下，封住了橡胶阀上所装的塑料盘中间的泄压孔，这时书从加压针孔进入控制腔，是进水和控制腔的水压相等。由于橡胶阀上部的受压面积大于下部的受压面积，所以橡胶阀被压紧在阀座上起到封闭作用。其封闭的可靠性是由铁芯所受的压力决定的，铁芯的下端与泄压孔接触，铁芯的上端受压面积大于下端受益面积，显然水的压力越大，铁芯对泄孔的封闭压力越大，封闭越可靠。其水压低时，阀的封闭性就差，所以对水压有最低的要求，不能低于0.3Mpa。全自动洗衣机控制面板由工作指示区、编程选择键、增键、减键、和启动键组成。6 全自动洗衣机一般采用轻触式开关，在按下开关后，字符旁边的指示灯会亮
22、。当指示灯亮起表示程序选中，指示灯闪烁表示正在执行此程序，指示灯熄灭表示程序未选择或执行完毕。7进水电磁阀的主要性能参数见表2-1表2-1 进水电磁阀阀的技术参数额定电压、电气强度频率额定电流（am）使用水温（）水压范围（Mpa）密封性能（Mpa）温度（）绝缘电阻（）220V、50HZ2500V、1min27+/-50-800.02-0.80.02-1751003.排水电磁阀及其排水阀的介绍：（1）排水电磁阀是全自动洗衣机特有的电器部件。它是一个受程序控制的自动排水开关。除了排水功能外，还控制着离合器的状态（洗涤或脱水）。排水电磁阀由电磁铁和排水阀两部分组成，它们是相互独立的部件，两者用排水阀
23、相互连接起来，在连接板的右端以开口销与电磁铁动铁心连接，而左端钩在排水阀的内弹簧上。当电磁铁通电时，将动铁心往右拉，排水阀就呈打开状态。此时盛水桶内的洗涤液便能通过水道和阀门，从排水孔流出机外。在连接板上还用螺栓固定着一个位置可调的定位套，在动铁心吸合的过程中，该定位套向右移动，拨动了离合器上的制动杆，为脱水做准备。当电磁铁失电时，排水阀在自身弹簧作用下将铁心拉出，排水阀关闭，洗衣机停止排水。同时，离合器上制动杆靠制动弹簧的作用恢复原位，为洗涤漂洗过程中波轮转动做好准备。全自动洗衣机的进水系统采用水位压力开关和进水阀，由程序控制器调节。设有溢水口，其位置在盛水桶上口部。漂洗时，它能让洗涤液中的
24、泡沫和污水溢出，有利于漂清。 全自动洗衣机水位开关一般有三档水位控制,并都有 低水位、中水位、高水位、再注水等功能当进水阀注水，内桶水位增高到预选水位时，导通橡皮气膜受到内部空气的压缩而被顶出，中触片上跳，与上触片闭合。此时主电机导通，进水阀断开（原来中触片与下闭合），并开始洗衣。当旋钮旋至低水位时，凸轮转动，但曲率半径较小。通过一定的机构，橡皮气膜压簧被压缩而产生压力P1，压迫气膜。当桶内水量达到30L时，软管内的空气被压缩，产生空气压力F1，当F1P1时,中触片上跳,与上触片闭合,主电动机动作,进水阀关闭。 全自动洗衣机的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
25、簧、阀芯拉簧，橡皮阀和阀体组成。 排水电磁铁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的洗涤、脱水状态、排水电磁铁主要由线圈、磁轭、静铁芯、衔铁和短路铜环等组成。8（2）排水阀装配于排水阀体之外，为弹簧将橡胶阀压在阀体的底部，使橡胶阀的环形密封环产生少量的变形，保持水不从阀口泄露，橡胶阀的右端环形边被阀盖压紧。排水阀杆嵌在橡胶阀上，与橡胶阀成一体，装于排水阀拉杆内部的内弹簧与排水阀连接板连接，在排水阀关闭时，连接板抵在排水拉杆上，这时内弹簧的弹力对排水阀来说是内力，对排水阀不起作用。排水时，电磁铁通电，动铁心被吸入，牵引排水阀连接拉杆拉动内弹簧，同时连接板
26、上的定位套推动制动杆使处于脱水状态。只要连接板的左端一离开排水拉杆，内弹簧就不再是排水阀的内力，而变成了外力，它要与外弹簧的弹力和橡胶阀的弹力相平衡，当内弹力的拉力（即连接不能的拉力）大于外弹簧的弹力时，外弹簧被压缩，带动橡胶阀向右移动，把阀拉离阀座，排水开始。这些动作都是在电磁铁得电的瞬间完成的。因为内弹簧的刚度比外弹簧的刚度大，加上装配排水阀连接板时，内弹簧已有了一定的预紧力，因而在牵引排水过程中，内弹簧并不需要产生很大的拉伸变形，也就可以使橡胶阀向右移动较大的距离，从而保证足够的排水速度。处于正常的排水阀开启量时橡胶阀左端与阀体平面的距离应小于10mm 。阀体多由半透明塑料制成，从外部可
27、以看到阀的开启量。74. 全自动洗衣机的水位开关及其工作原理：水位开关也叫压力开关，是一种气压式电触点开关。它是利用洗衣桶内水位高低不同所产生的不同压力，来控制进水阀的开启和关闭。此外，它还负责进水与洗涤之间的转换。水位开关由三部分组成：（1）压力传感部分有橡皮膜下部的气室组成；（2）电气开关部分由中间的的一组触电、簧片及开关小压簧组成；（3）压力控制部分包括上部的顶心、压力弹簧以及调整压力的凸轮、杠杆等。 8水位开关工作原理：水位开关的气室经过软管与洗衣机外筒连接起来。平时，橡皮膜处于平衡状态，当水注进外筒后，水首先将贮气室封闭起来，一部分的空气来不及跑出而被封闭在贮气室里。由于贮气室与水位
28、开关的气室间用压力软管相连通，贮气室的压力也就与水位开关气室的压力相同，随着外桶中水位的上升，贮气室、压力软管和水位开关气室间的空气不断的被压缩，随之压强也成比例的上升，这样就把外桶中的水压转换成了空气压力，并作用在橡皮膜上。当水注到预定的水位时，气室内的压力也升高到一定值。当它足以克服压力弹簧通过顶心作用加在弹簧片上的力时，就推动簧片向上移动。当簧片移动预定位置后，开关下压簧将推动簧片弯到另一个方向，从而使动簧片上的公共触点与常闭触点分离，而与常开触点接触，这样就向程控器发出了“水位已到”的信号，由程控器来控制进水电磁阀关闭，随即进入洗涤程序。当完成洗衣程序后，程控器向排水电磁铁发出信号，排
29、水阀开启并排水。随着水位的下降，气室内的压力也逐渐减小，在压力弹簧的作用下，顶心和橡皮膜逐渐下移，到了某一程度时动弹簧又弯向上方，常开与常闭触点都恢复原位，等待下一个进水程序，此时水位开关虽然复位，但并不影响洗衣机继续排水。旋转凸轮使杠杆上下移动，从而改变压力弹簧的压缩程度。如果压力弹簧的压缩长度大，则压力气室内的压力要高一些才能将动簧片推到预定位置，以此达到控制水位的目的。9水位开关的主要技术参数如表2-2表2-2 水位开关的主要技术参数配用程序控制器电气强度（交流）额定电压（V）额定电流（A）气密性（Kpa）接触电阻（）绝缘电阻（M）电动式程序控制器 1.525037.6 1min1002
30、500微电脑式程序控制器 0.0165.全自动洗衣机离合器的组成及其工作原理：（1）目前大多数洗衣机采用减速离合器。它有四根轴：洗涤输入轴，下半轴，中半轴，洗涤输入轴。谈减速离合器的工作原理：全自动洗衣机在洗涤、排水和脱水之间是自动转换的，这些转换由排水电磁阀和制动杆来控制。当排水电磁铁吸合时，定位套就想上运动一段距离，使得制动杆克服制动弹簧的作用力被推向上方，制动弹簧的中心轴做逆时针方向转动，连接在制动杆另一端的刹车被迫向下移动，与脱水轴上的刹车盘产生间隙，脱水因此失去控制，也就可以顺利的进行脱水转动了。同时，制动杆将棘爪拨叉上的调节螺钉顶向上方，也就使拨叉克服弹簧的压力，绕弹簧的中心轴做顺
31、时针方向转动，于是棘爪拾起，放松了对棘轮的限制，这样被棘轮扭转一个小角度的方丝离合簧杂自身弹力的作用下恢复原来的位置，抱紧离合套。当大皮带在电动机的带动下顺时针旋转时，可以产生巨大的摩擦力，使离合套和下半轴（脱水轴）联为一体，脱水工作就可以顺利进行了。10（2）离合器的技术参数如表2-3：表2-3离合器的技术参数额定传动功率额定洗涤力矩洗涤传动比脱水传动比输出启动力矩脱水轴正转启动力矩脱水轴正转制动力矩脱水轴反转制动力矩制动杆开启力矩脱水制动时间200W12.5N.m5.2：11：10.45N.m15N.m3-6N.m15N.m35N.m10s2.2.4 全自动洗衣机的熔断器和蜂鸣箱的示意图熔
32、断器时低压配电系统和电力拖动系统中起过载和短路保护作用的电器。使用时，熔体串接于被保护的电路中，当流过熔断器的电流大于规定值时，以自身产生的热量使熔体熔断，从而自动切断电路，实现过载和短路保护。11熔断器具有结构简单、体积小、重量轻、使用维护方便、价格低廉、分断能力较高、限流能力良好等优点。适用范围本品适用于交流50Hz（60Hz），额定电压380V,额定电流5A及以下的工业电气装置的配电设备中，作为线路过载或短路保护之用。型号及其含义RT 18 - / 熔断体额定电流 Rated current of the fuse-link 带指示灯代号 Code with pllafiamp 熔断额定
33、电流 Rated current of the fuse 设计序号 Design order number 有填料封闭管式熔断器 Power-filled cartridge蜂鸣箱如表2-4所示：表2-4 蜂鸣箱示意图TYPEUNIFHXY26AO403WHXY26AO406WHXY26AO409WHXY26AO412WHXY26AO424WMin. Sound Output at 10cmdB8383838383Rated voltageVDC3691224Operating VoltageVDC2.53.54.57.57119152028Resonant FrequencyHz400100
34、400100400100400100400100Max. Current onstimptionmA3030303030Tone natureContinuousContinuousContinuousContinuousContinuousQperating Temperature-20+60-20+60-20+60-20+60-20+60Storage Temperature-30+70-30+70-30+70-30+70-30+70Weightg12121212122.3 全自动洗衣机的系统结构框图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。图
35、2.3 全自动洗衣机的系统结构框图第三章 基于PLC的全自动洗衣机的系统硬件设计3.1 全自动洗衣机的硬件设计3.1.1 全自动洗衣机的硬件系统设计及控制电路图全自动洗衣机的工作过程包括启动、进水、洗涤、排水和脱水等功能。在实现控制过程中，各种采用信息都是通过控制中心进行各种判断、比较和选择，在经信息线路反馈给洗衣机各控制执行机构，决定洗衣机的工作状态。如图3.1所示，由PLC控制洗衣机各种动作典型的系统控制图：图3.1全自动洗衣机系统结构图由图3.1可知，PLC在系统中式处中心位置的，水位开关是PLC的输入信号控制开关、进水阀、排水阀和电机是洗衣机各种动作的执行机构。其中进水阀和排水阀由PL
36、C给定信号来决定其工作状态；电机的工作状态也由可知中心PLC给定信号来决定，而电机的正反状态直接决定了洗衣机的洗涤状态和脱水状态。另外由于洗衣机工作过程是顺序过程，所以利用PLC作为洗衣机的控制系统是可行的。9PLC输出的数字信号控制继电器组，达到控制电路的目的。如图3.2：图3.2控制电路图图中“正转”、“反转”、“脱水”为控制电动机电源方向的三个继电器组，它们的线圈分别与PLC的输出端“Q0.2”“Q0.3”“Q0.4”相连，受控于PLC的输出信号。其中正转组和反转组是通过变频器的限制后接入电动机的，因此，改变变频器参数就可以改变洗涤和漂洗时的速度。而脱水继电器组直接与电源和电动机相连，这
37、样，当洗衣机处于脱水状态时，电动机按额定转速工作。所以，在演示时转速会和洗涤漂洗有所区别。83.1.2 全自动洗衣机的控制系统的运作要求全自动洗衣机的控制系统的运作要求：波轮式全自动洗衣机的洗衣桶（外桶）和脱水桶（内桶）上以同一个中心安装的。外桶固定作为盛水桶，内桶可以旋转，作为脱水桶。内桶的四周有许多小孔，使内外桶的水流相通。洗衣机的进水和排水分别由进水电阀和排水电阀控制。进水时，控制系统使进水阀打开，将水注入外桶，排水时，使排水阀打开，将水由外桶排到机外。洗涤和脱水由同一台电机拖动，通过电磁离合器来控制，将动力传递给洗涤波轮或甩干桶（内桶）。电磁离合器失电，电动机带动洗涤波轮实现正、反转进
38、行洗涤；电磁离合器得电，电动机带动内桶单向旋转，进行甩干（此时波轮不转）。水位高低分别由高低水位开关进行检测。启动按钮用来启动洗衣机工作。83.2 全自动洗衣机的电气接线图及控制要求3.2.1 全自动洗衣机的I/O分配表全自动洗衣机的I/O分配表如表3-1所示为：表3-1 全自动洗衣机的I/O分配表输入 输出 I0.0 启动按钮 Q0.0 进水指示灯 I0.1 停止按钮 Q0.1 排水指示灯 I0.2 上限按钮 Q0.2 正搅拌指示灯 I0.3 下限按钮 Q0.3 反搅拌指示灯 I0.4 手动排水按钮 Q0.4 甩干桶指示灯 Q0.5蜂鸣器指示灯3.2.2 全自动洗衣机的电气接线图依照S7-2
39、00系列PLC的I/O地址分配表，结合系统的控制要求，设洗衣机当中电磁阀、指示灯等采用直流12V电流供电，并且负载电流较小，可又PLC输出点直接驱动， PLC控制电气接线图如图3.3。9图3.3 全自动洗衣机的电气接线图3.2.3 全自动洗衣机的控制要求及机型选择1.启动时：首先进水，到高水位时停止进水，开始洗涤。正转15s，暂停3s后反转洗涤15s，暂停3s后再正传洗涤，如此反复30次。洗涤结束后，开始排水，当水位下降到低水位时，进行脱水（同时排水），脱水时间为10s。这样完成一次从进水到脱水的大循环过程。经过3次上述大循环后（第2、3次为漂洗），进行洗衣完成报警，报警10s后结束全过程，自
40、动停机。2.全自动洗衣机的机型选择和编号分配PLC是一种用作数字控制的专用电子计算机。它根据用户给的指令，通过输入接口现场采样信息执行逻辑或数值运算，在通过输出接口去控制各种执行机构动作。它和单片机一样，主要有CPU、存储器、I/O接口模块三部分。它是整体模块形式，因此又他作为洗衣机控制系统，在硬件设计上就相对简单点。通过对系统结构图的分析，可知全自动洗衣机的I/O点不多，选择西门子S7-200系列可以完全满足其要求如表3-2所示：表3-2 输入/输出设备点的分配输入设备点编号输入编号输出设备输出启动开关X0进水电磁阀Y0电机正转控制Y1高水位开关X3电机反转控制Y2排水电磁阀Y3低水位开关X
41、4脱水电磁离合器Y4报警蜂鸣器Y53.3 全自动洗衣机的控制系统设计线路图根据PLC主机的I/O资源分配以及PLC主机的硬件框图，则PLC主机的硬件接线图如图3.3，说明如下：1输入口（1）启动按钮连到PLC主机的输入口I0.0,停止按钮连至PLC主机的输入口I0.1。（2） 高水位按钮连至PLC主机的输入口I0.2，低水位按钮连至PLC主机的输入口I0.3。（3）标准模式选择按钮连至PLC主机的输入口I0.4，柔和模式选择按钮连至PLC主机的输入口I0.5。（4）高水位探测器连至PLC主机的输入口I0.6，低水位探测器连至PLC主机的输入口I0.7。2输出口（1）PLC主机输出口Q0.0控制
42、进水电磁阀。（2）PLC主机输出口Q0.1控制电机正转接触器。（3）PLC主机输出口Q0.2控制电机反转接触器。（4）PLC主机输出口Q0.3控制排水离合器。（5）PLC主机输出口Q0.4控制脱水离合器。（6）PLC主机输出口Q0.5控制蜂鸣器。12PLC主机的外部接线线路图如图3.3。图3.3 S7-200PLC线路图第四章 基于PLC的全自动洗衣机的系统软件设计4.1 PLC可编程控制技术的概述PLC的定义：可编程序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，它采用可编程序的储存器，用来在其内部存储执行逻辑运算、顺序控制、定时、计数和算术运算等操作命令，并通过数字式、模
43、拟式的输入和输出，控制各种类型的机械或生产过程。可编程控制器及其有关的外部设备，都应按易于工业控制系统联成一个整体，易于扩充其功能的原则而设计。可编程控制技术的特点：PLC综合继电器接触器控制的优点及计算机的灵活、方便的优点而设计制造和发展的，这就使PLC具有许多其它控制器无法相比的特点。131.可靠性高，抗干扰能力强2.通用性强，使用方便3.采用模块化结构，使系统组合灵活方便4.编程语言简单、易学、便于掌握5.系统设计周期短6.对生产工艺改变适应性强7.安装简单、调试方便、维护工作量小PLC的应用：PLC是以微处理器为核心，综合了计算机技术、自动化技术和通信技术发展起来的一种通用的工业自动断
44、控制装置，它具有可靠性高、体积小、功能强、程序设计简单、灵活通用、维护方便等一系列优点，因而在冶金、能源、化工、交通、电力等领域中有着广泛的应用，成为现代工业的三大支柱（PLC、 机器人和CAD/CAM）之一。12PLC的发展前景：为了适应市场的各方面的需求，各生产厂家对PLC不断进行改进，推出功能更强、结构更完善的新产品。这些新产品总体来说，朝两个方向发展：一个是超小型、专用化和低价格的方向发展，以进行单机控制；另一个是向大型、高速、多功能和分布式全自动网络化方向发展，以适应现代化的大型工厂、企业自动化的需要。134.2 可编程控制技术PLC的基本结构图PLC的组成：PLC的主机由微处理器（
45、CPU）、传感器（EPROM、RAM）、输入/输出模块、外设I/O接口、通信接口及电源组成。对于整体式的PLC，这些部件都在同一个极壳内。而对于模块式结构的PLC，部件独立封装，称为模块，模块通过机架和电缆连接在一起。其基本机构如图4.1所示。可编程控制系统基本结构图：图4.1 可编程控制系统的基本结构图主机内的各个部分均通过电源总线、控制总线、地址总线和数据总线连接。根据实际控制对象的需要配备一定的外部设备，可构成不同的PLC控制系统。下面分别介绍PLC 各组成部分及其作用：1.处理单元（CPU）CPU是PLC的控制中枢，PLC在CPU的控制下有条不紊的工作，从而实现对现场的各个设备进行控制
46、。CPU的具体作用如下：（1）.接受、存储用户程序（2）.以扫描方式接收来自输入单元的数据和状态信息，并存入相应的数据存储区。（3）.执行监控程序和用户程序。（4）.响应外部的请求2.存储器可编程控制器有两种存储器，即系统存储器（EPROM）和用户存储器(RAM)。系统存储器用来存放系统管理程序，用户不能访问和修改这部分存储器的内容。用户存储器用来存放编制的应用程序和工作数据状态。存放工作数据状态的用户存储器部分数据存储区。它包括输入、输出数据映像区，定时器/计数器预置数和当前的数据区，存放中间结果的缓冲区。143.输入/输出模块PLC的控制对象是工业生产过程，实际生产过程中的信号电平时多种多样的，外部执行机构所需的电平也是各不相同的，而可编程控制器的CPU所处理的信号只能是标准电平，这样就需要相应的I/O模块作为CPU与工业生产的桥梁，进行信号电平的转换。144.3 PLC的工作原理PLC是一种