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1、-全自动洗衣机PLC控制-第 23 页全自动洗衣机PLC控制系统摘 要在现代的社会，全自动洗衣机进入各个家庭。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。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。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PLC的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
2、理论知识的理解都具有积极作用。关键词：PLC，洗衣机，全自动，程序控制器PLC-BASED CONTROL OF AUTOMATIC WASHING MACHIIESABSTRACTIn the modern time, the Full-automatic washer is entering every family. Its function is strong, the credibility is high, the plait distance is simple, the usage is convenient, the physical volume is cleverly m
3、ade, in these years.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.Have described that the full-automatic washing machine controls th
4、e systematic operation request .Have come true the washing machine 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 o
5、peration process combining with the corresponding hardware system ,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
6、student.KEY WORDS: PLC，Washing machine，Full-automati，Cprocedure controll目录前言1第1章 绪论21.1 选题的背景意义21.2 洗衣机的分类21.3 本次设计的主要研究内容3第2章 全自动洗衣机的总体设计52.1 系统原理52.1.1 全自动洗衣机的构造及工作描述52.1.2 全自动洗衣机进水电磁阀的工作原理62.1.3 排水电磁阀及其的介绍72.1.4 水位开关及其工作原理82.1.5 离合器的组成及其工作原理92.2 系统的控制要求102.3 电气控制系统102.3.1 控制系统原理102.3.2 控制系统结构112.
7、3.3 检测电路系统12第3章 系统的硬件设计143.1 PLC控制系统设计143.1.1 PLC的选择143.1.2 输入/输出分配143.2 硬件设计153.3 电动机的选择153.4 传感器的选择163.4.1 水温传感器的选择163.4.2 水位传感器的选择163.4.3 浑浊度传感器的选择163.4.4 衣质传感器的选择17第4章 系统的软件设计184.1 控制流程图184.2 梯形图194.3 语句表23第5章 调试285.1 系统硬件的调试285.2 系统软件的调试28结论29谢 辞30参考文献31前言从古到今，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
8、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
9、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，整个过程不需要人工操作。这类洗衣机均采用套桶式结构，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。第1章 绪论1.1 选题的背景意义洗衣机是人们日常生活中常见的一种家电，已经成为人们生活中不可缺少的家用电器。在工业生产中的应用也十分广泛，本课题在于工业用洗衣机的研究，工业洗衣机适用于洗涤棉、毛、化纤、丝绸等衣物织品。水磨洗涤机可用于服装厂水洗牛仔服及丝绸等衣物。工业用洗衣机适用于宾馆、饭
10、店、医院、学校、工厂等领域，满足大容量的洗衣要求。但是传统的基于继电器的控制，已经不能满足人们对洗衣机的自动化程度的要求了。洗衣机需要更好地满足人们的需求，必须借助于自动化技术的发展。而随着PLC技术的发展，用PLC作为控制器，就能很好地满足全自动洗衣机对自动化的要求，并且控制方式灵活多样，控制模式可以根据不同场合的应用而有所不同。自动化技术的飞速发展使得洗衣机由初始的半自动式洗衣机发展到现在的全自动洗衣机，又正在向智能化洗衣机方向发展。目前，大部分洗衣机的控制普遍采用固定转换时间间隔的控制方法。为此，采用不依赖数学模型的模糊控制方法设计洗衣机控制器，能较好地解决这个问题。另外随着众多高科技技
11、术在日常生活的普遍应用，城市空中各种电磁干扰日益严重，为保证洗衣机控制的可靠、稳定，选择了能够在恶劣的电磁干扰环境下正常工作的PLC是必要的。随着科学技术的日新月异，自动化程度要求越来越高，原有的洗衣机装置远远不能满足当前高度自动化的需要。可编程控制器洗衣机控制系统集成自动控制技术、计量技术、新传感器技术、计算机管理技术于一体的机电一体化产品；充分利用计算机技术对生产过程进行集中监视、控制管理和分散控制；充分吸收了分散式控制系统和集中控制系统的优点，采用标准化、模块化、系统化设计，配置灵活、组态方便。1.2 洗衣机的分类洗衣机的分类方法主要有三种：按自动化程度分类、按洗涤方式分类和按结构方式分
12、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。目前大多数是全自动型洗衣机，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。这种洗衣机在特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。2、 按结构方式分类，洗衣机可分为单桶、双桶、套桶三类。（1） 单桶洗衣机。单桶洗衣机自动化程度低，多为简易型和普通型，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衣机和脱水洗衣机的组合。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
13、衣机功能齐全，使用方便，操作简单，省水省电，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。双桶洗衣机的脱水孔壁上设有许多小孔，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个轴心上。波轮式套桶洗衣机多为全自动型。因其离心桶的外径小于成水桶的内径，故将外桶和内桶套装在同一个轴心上，减小了占地面积。其外桶作为盛水容器，内桶作为洗涤、漂洗、离心脱水用。常见的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。洗涤时波轮转动而脱水桶不转，脱水是波轮与脱水桶一起旋转。3、 按洗涤方式分类，洗衣机
14、可分为波轮式、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翻滚，从而达到洗净衣物的目的。其主要特点是洗涤能力强、洗涤时间短、结构简单、可调节水位、成本低、已维修、已操作。（2） 滚桶式洗衣机。滚桶式洗衣机自动化程度高、洗涤性能好、容量大、质量高。1.3 本次设计的主要研究内容本次毕业设计是利用西门子S7-200PLC对洗衣机进行全自动控制,研制出可靠性高、易于操作的全自动洗衣机控制方法，该系统采用PLC控制，主要包括电动机正反转控制、离合器控制、进排水电磁阀控制、循环控制、保护和联锁。研究的具体内容包括：（1）
15、深入了解洗衣机的发展、结构及控制要求。（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。对编写好的编译程序进行模拟调试并仿真。第2章 全自动洗衣机的总体设计2.1 系统原理2.1.1 全自动洗衣机的构造及工作描述全自动洗衣机是指洗涤、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。这种洗衣机在特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。全自动洗衣机的外形结构示意图如图2-1所示。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
16、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。排水按钮用来实现手动排水。图2-1 全自动洗衣机外形结构示意图2.1.2 全自动洗衣机进水电磁阀的工作原理进水电
17、磁阀（如图2-2）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
18、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。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。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。 （a） （b）图2-2 进水电磁阀外形和内部结构示意图（a）外形；（b)内部结构2.1.3 排水电磁阀及其的介绍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，两者用排水阀相互连接起来，在连
19、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，它能让洗涤液中的泡沫和污水溢出，有
20、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、阀芯弹簧、阀芯拉簧，橡皮阀和阀
21、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。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，同时连接板上的定位套推动制动杆使处于脱水状态
22、。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，从外部可以看到阀的开启量。2.1.4 水位开
23、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。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
24、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，排水阀开启并排水。随着水位的下降，气室内的压力也逐渐减
25、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。2.1.5 离合器的组成及其工作原理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，定位套就向上运动一段距离，
26、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。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。2.2 系统的控制要求全自动洗衣机的工作方式：（1） 按启动按钮，首先进
27、水电磁阀打开，指示进水灯亮。（2） 水位上限开关闭合（ON），进水指示灯灭，搅轮正转40s，停止2s，再反转40s，停止2s。正反转指示灯轮流亮灭4次。（3） 排水灯亮。（4） 待水位降低于水位下限开关时（OFF），甩干桶运转指示灯与排水指示灯亮几秒。（5） 排水灯灭，进水灯亮，自动重复（1）（4）的过程4次。（6） 4次洗涤甩干完成后，蜂鸣器指示灯亮5s后灭，整个过程结束。（7） 操作过程中，按停止按钮可结束动作过程。手动排水按钮式独立操作命令，按手动排水时，必须要先按停止按钮结束进行动作，然后执行排水动作。2.3 电气控制系统2.3.1 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
28、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
29、靠等优点。目前，机械式程序控制器基本上已被淘汰。用PLC控制的全自动洗衣机各种动作典型的系统结构如图2-3所示：图2-3 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。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。2.3.2 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
30、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。如把离合器比作全自动套桶洗衣机的心脏，则程序控制器就是全自动洗衣机的“大脑”。如图2-4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2-4 波轮式全自动套桶洗衣机控制系统的基本原理方框图2.3.3 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、
31、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
32、。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，
33、只是检测的方法不同。在进行衣质检测时。首先使洗涤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。第3章 系统的硬件设计3.1 PLC控制系统设计3.
34、1.1 PLC的选择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
35、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。但它结构简单，处理速度快。根据控制系统的设计要求，考虑到系统的扩展和功能，可选择继电器输出结构的CPU224小型PLC作为控制元件。3.1.2 输入/输出分配结合设计要求和PLC型号，全自动洗衣机PLC控制系统的I/O地址分配表见表3-1。表3-1
36、全自动洗衣机PLC控制系统的I/O地址分配表输入信号输出信号名称功能编号名称功能编号SB1启动按钮I0.0YV1进水电磁阀Q0.0SB2停止按钮I0.1YV2排水电磁阀Q0.1SQ1水位上限开关I0.2KM1电动机正传接触器Q0.2SQ2水位下限开关I0.3KM2电动机反转接触器Q0.3SB3手动排水按钮I0.4YC甩干桶离合器Q0.4HA蜂鸣器Q0.53.2 硬件设计依照PLC的I/O地址分配表，结合系统的控制要求，洗衣机当中电磁阀、指示灯等采用直流12V电源供电，并且负载电流较小，可由PLC输出点直接驱动，PLC控制电气接线图如图3-1所示。图3-1洗衣机PLC控制I/O接线图3.3 电动
37、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瓦,额定电压220V，转速1350r/min，电流1.7A
38、。3.4 传感器的选择3.4.1 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440,在该温度范围内MTS102线性好,温度敏感,水温检测常选用它。3.4.2 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。
39、3.4.3 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。3.4.4 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。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
40、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。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。 第4章 系统的软件设计4.1 控制流程图图4-1洗衣机控制流程图4.2
41、梯形图图4-2洗衣机控制梯形图4.3 语句表ORGANIZATION_BLOCK 主程序:OB1TITLE=全自动洗衣机程序设计BEGINNetwork 1 / 初始化、停止LD SM0.1O I0.1R M0.0, 2S M0.0, 1R C0, 2Network 2 / 启动、进水LD M0.0A I0.0LD M0.7A T41AN C1OLDS M0.1, 1R M0.0, 1R M0.7, 1Network 3 / 正转洗涤搅拌40sLD M0.1A I0.2LD M0.5A T40AN C0OLDS M0.2, 1R M0.1, 1R M0.5, 1Network 4 / 正转洗涤
42、搅拌40sLD M0.2= Q0.2TON T37, 400Network 5 / 停止2sLD M0.2A T37S M0.3, 1R M0.2, 1Network 6 / 停止2sLD M0.3TON T38, 20Network 7 / 反转洗涤搅拌40sLD M0.3A T38S M0.4, 1R M0.3, 1Network 8 / 反转洗涤搅拌40sLD M0.4= Q0.3TON T39, 400Network 9 / 停止2sLD M0.4A T39S M0.5, 1R M0.4, 1Network 10 / 停止2sLD M0.5TON T40, 20Network 11 /
43、 排水LD M0.5A T40A C0S M0.6, 1R M0.5, 1Network 12 / 排水、甩干LD M0.6AN I0.3S M0.7, 1R M1.0, 1Network 13 / 蜂鸣器报警LD M0.7A T41A C1S M1.0, 1R M0.7, 1Network 14 / 洗涤甩干结束LD M1.0A T42S M0.0, 1R M1.0, 1Network 15 / 进水电磁阀LD M0.1= Q0.0Network 16 / 自动排水/手动排水LD M0.6O M0.7LD I0.4A M0.0OLD= Q0.1Network 17 / 甩干10sLD M0.
44、7= Q0.4TON T41, 100Network 18 / 蜂鸣器报警5sLD M1.0= Q0.5TON T42, 50Network 19 / 正反转洗涤次数4次LD M0.4LD M0.0O M0.6CTU C0, 4Network 20 / 甩干次数4次LD M0.7LD M0.0O M1.0CTU C1, 4END_ORGANIZATION_BLOCK第5章 调试5.1 系统硬件的调试硬件调试是利用开发系统、基本测试仪器（万用表、示波器等），检查用户系统硬件中存在的故障。硬件调试可分为静态调试与动态调试两步进行。（1）静态调试 静态调试是在用户系统未工作时的一种硬件检测。 第一步
45、：目测。检查外部的各种元件或者是电路是否有断点。 第二步：用万用表测试。先用万用表复核目测中有疑问的连接点，再检测各种电源线与地线之间是否有短路现象。 第三步：加电检测。给板加电，检测所有的插座或是器件的电源端是否符合要求的值 第四步：是联机检查。因为只有用可编程控制器开发系统才能完成对用户系统的调试。 （2）动态调试 动态调试是在用户系统工作的情况下发现和排除用户系统硬件中存在的器件内部故障、器件连接逻辑错误等的一种硬件检查。动态调试的一般方法是由近及远、由分到合。 由分到合是指首先按逻辑功能将用户系统硬件电路分为若干块，当调试电路时，与该元件无关的 器件全部从用户系统中去掉，这样可以将故障范围限定在某个局部的电路上。当各块电路无故障后，将各电路逐块加入系统中，在对各块电路功能及各电路间可能存在的相互联系进行调试。 由近及远是将信号流经的各器件按照距离可编程控制器的逻辑距离进行由近及远的分层，然后分层调试。5.2 系统软件的调试软件调试是通过对拥护程序的汇编、连接、执行来发现程序中存在的语法错误与逻辑错误并加以排除纠正的过程。程序后，