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1、全自动洗衣机控制系统设计容摘要 该课程设计采用可编程控制器（PLC）作为核心控制部件来控制在经过高低水位和强弱洗模式选择后，洗衣机的进水、洗涤、排水、脱水、报警等的全自动控制系统。文章介绍了洗衣机的结构，对全自动洗衣机的控制系统进行了分析，在此基础上提出了基于PLC的全自动洗衣机控制方案。 根据洗衣机的工作要求，设计了流程图与程序梯形图，对按钮与其它一些输入/输出点进行控制，实现了洗衣机洗衣过程的自动化。由于洗涤，排水，脱水的时间均由PLC计计时器控制，所以只要改变计时器参数就可以改变时间。具有智能化程度高、方便、灵活等优点。 关键词：PLC；全自动洗衣机；循环控制目 录第1章 引言1第2章
2、系统硬件设计 22.1 控制系统流程图 22.2 控制系统方案设计 3 2.3 洗衣机硬件硬件配置与组成原理 3第3章 PLC控制系统设计 63.1 确定I/O信号数量，选择PLC型号 63.2 I/O点的分配与编号6 3.3 PLC外部接线图7 3.4 程序梯形图8 3.5 控制程序调试17设计总结 25致词 26附录 27参考文献 3233 / 34第1章 引 言 全自动洗衣机是将洗衣机的全过程如进水、洗涤、排水、脱水、报警等过程预先写入N个程序，由程序来控制洗衣机的进水量、洗涤时间、循环次数、排水、脱水洗涤等，所有工作完成后有蜂鸣器报警提示。 根据全自动洗衣机的工作原理，利用可编程控制器
3、PLC来实现洗涤过程的控制。全自动洗衣机控制系统利用西门子S7-200系列PLC的特点，对按钮，电磁阀，开关等其他一些输入/输出点进行控制,实现了洗衣机洗衣过程的自动化。由于每遍的洗涤，排水，脱水的时间由PLC定时器和计数器控制，所以只要改变定时器和计数器参数就可以改变洗涤时间和循环次数。也可以把上面设定的程序时间定下来，作为固定程序使用,充分表现现代家电品的实用性。 在洗衣机控制方面，在PLC问世之前，工业控制领域中是继电器占主导地位。但继电器控制领域有着十分明显的缺点：体积大、耗电多、可靠性、寿命短、运行速度慢、适应性差、尤其当生产工艺发生变化时，就必须重新设计、重新安装，造成时间和资金的
4、严重浪费。而利用PLC控制的优点是：可靠性高，耗电少，适应性强，运行速度快，寿命长等，为了进一步提高全自动洗衣机的功能和性能，避免传统控制的一些弊端，就提出了用PLC来控制全自动洗衣机这个课题。第2章 系统硬件设计2.1控制系统流程图如图2-1为全自动洗衣机的洗涤动作程流程图,根据控制流程图并按照设计任务书进行程序的设计:图2-1全自动洗衣机的洗涤动作程流程图2.2控制系统方案设计 通常地，人们采用洗衣机来洗衣服需要经历洗涤、漂洗、排水、脱水等4个环节，而在全自动洗衣机中，这样的一个过程全由PLC来完成。并且，全自动洗衣机需要其控制系统足够可靠，以避免洗衣机轻易出现故障。 全自动洗衣机的简单工
5、作过程如图2.1所示。其中，洗衣的方式（强洗或是弱洗）、洗衣中的水位选择（高水位洗衣、低水位洗衣等）等两个方面需要在人们将衣服放入洗衣机洗衣服之后手动来选择。并且是必须选择的洗衣参数。当选择了一种洗衣参数后，洗衣机就会自动完成洗衣服的整个过程。 全自动洗衣机系统中，PLC主要完成以下功能：1检测功能（1）检测洗衣时的水位：高水位或者是低水位的选择。（2）检测洗衣的方式：强洗或者是弱洗的选择。（3）检测进水是否到了需要的水位，即进水是否完成。（4）检测排水是否已经完成。2. 控制功能（1）控制进水、洗涤、排水、脱水等洗衣机的动作。（2）控制洗涤、脱水等的时间长短。（3）控制洗涤的次数。（4）控制
6、在洗衣机完成一个动作后到下一个动作的准确转换。（5）控制完成洗衣时的信号提示。 针对洗涤循环次数的控制有两种方案可供选择： 方案一、利用计数器来控制循环次数，每循环一次，计数器加1，达到设定值后执行下一个程序。优缺点：思路简单，易于理解，但程序量稍大，易出错。方案二、利用循环程序指令，调用强洗弱洗子程序，循环完成执行下一程序。优缺点：优化程序结构，结构清晰，但在所下载模拟器中无法运行，调试。方案选择：为加强常用计数器的运用熟练程度，并根据编者水平和无法调试的具体情况选择方案一为最终方案。2.3洗衣机硬件配置与组成原理高低水位是指洗衣机在洗衣过程中，洗衣机筒保持的水位高低，一旦选择了高水位，则在
7、洗衣过程中的水位将保持系统设定下的两个水位中的相对高一点的水位。反之则是低水位。强洗弱洗按钮用来设置洗衣机洗衣服的模式，当选择强洗时，洗衣机自动按照强洗模式洗衣服。反之则选择弱洗模式。需要说明的是，强洗模式与弱洗模式的选择必须在进水指示灯熄灭之后进行。高水位探测器用来检测洗衣机水位是否已经达到了高水位。采用数字量输出式水位探测器这样就可以直接将高水位探测器的输出直接送到PLC主机的数字量输入端口上。低水位探测器用来检测洗衣机水位是否已经达到了低水位。采用数字量输出式水位探测器这样就可以直接将低水位探测器的输出直接送到PLC主机的数字量输入端口上。同样零水位探测器用来探测是否将水排干。采用数字量
8、输出式水位探测器这样就可以直接将零位探测器的输出直接送到PLC主机的数字量输入端口上。进水电磁阀用来控制洗衣机的进水。当然洗衣机需要外界进水时，PLC主机发出控制信号，进水电磁阀会打开，水自动从外界送入洗衣机筒，当水已经达到了设定的水位时，PLC主机发出信号自动关闭进水电磁阀，同时控制洗衣机进入下一个洗衣步骤。电机正转接触器用于PLC主机控制洗衣机电机的正转。可以直接用PLC主机的数字量输出端口来连接电机正转接触器，在洗衣机洗衣服的过程中，电机会正转与反转轮流进行。电机反转接触器用于PLC主机控制洗衣机电机的反转。可以直接用PLC主机的数字量输出端口来连接电机反转接触器，在洗衣机洗衣服的过程中
9、，电机会正转与反转轮流进行。排水电磁阀用于PLC主机控制洗衣机机筒的排放。选用数字式电磁阀，可以直接用PLC主机的数字量输出端口来连接到排水电磁阀，当洗衣机在完成洗衣或者漂洗后，需要将机筒的脏水排出机筒，此时，PLC主机发出控制命令打开排水电磁阀，进行排水。洗衣机洗衣服的最后一道工序就是对衣服进行脱水，脱水电磁离合器正是用于PLC主机控制洗衣机进行脱水，脱水需要电机带动机筒旋转，有了电磁离合器后，就可以直接使用PLC主机的数字量输出端口来控制电磁离合器，最终达到控制脱水执行电机的目的。在脱水过程不涉与电机的调速问题，因此，用PLC主机加电磁离合器这样一种比较觉得简单的方式就可以完成控制任务。蜂
10、鸣器用来指示洗衣机洗衣过程中的一些声音提示，对于各个程序中的指示灯采用输出线圈直接驱动。洗衣机的电动机是满足220V三相电源的交流异步电动机，要想改变电动机的旋转方向只需使用两个接触器的常开主触点即可达到控制电机正反转的目的。如图2-2为主电路电机正反转的控制线路：图2.2洗涤电动机正反转主电路图第3章 PLC控制系统设计3.1确定I/O信号数量，选择PLC型号 全自动洗衣机控制系统为单机控制系统。 PLC的输入点，包括高/低水位选择按钮、强洗/弱洗模式选择按钮、高水位探测器、低水位探测器、零水位探测器一共7点；输出点包括进水电磁阀、电机正转接触器、电机反转接触器、排水电磁阀、脱水离合器、蜂鸣
11、器和四个指示灯一共10点。由于点数不多，考虑20%30%的余量，选用小型PLC便可实现， 本次设计选择西门子S7-200系列的CPU224型的PLC，可以满足使用需求。它的主要特点是：14输入/10输出共24个数字量I/O点。13KB的程序和数据存储空间。6个独立的30KHZ的高速计数器，2路独立的20KHZ的高速脉冲输出。具有PID控制器。1个RS485通信/编程口。具有多点接口MPI（Multi Point Interface）通信协议具有点对点接口PPI(Point to Point Interface)通信协议具有自由通信口3.2 I/O点的分配与编号表3-1 输入输出分配表3.3 P
12、LC外部接线图图3.1 接线图3.4 程序梯形图图3.2 梯形图3.5 控制程序调试在用V4.0 STEP 7 MicroWIN SP9软件编写完程序后点击文件中的导出选项，导出一个awl后缀命名的文件，将这个文件在S7_200.exe模拟调试软件中进行调试，cpu型号选为cpu224，运行的预期效果为：1. 进水过程：按下低水位选择按钮（I0.0），开始进水，即进水电磁阀（Q0.4）吸合，进水指示灯（Q0.0）亮。如图3-4所示。当水位到达时，低水位检测开关（I0.5）接通，进水电磁阀断开，同时进水这是灯灭，如图3-5所示。高水位选择用I0.1实现，高水位的进水过程和低水位进水过程一样，只是
13、选择按钮不同，故不在此演示。在进水过程中，零水位检测开关（I0.4）始终接通，直到排水完成。图3-4 进水过程图图3-5 进水完成图2.强洗/弱洗模式下的洗涤过程按强洗选择按钮（I0.2）或者是弱洗选择按钮（I0.3），洗涤过程自动进行，在此过程中，洗涤指示灯（Q0.1）始终亮，正转接触器Q0.7、暂停、反转接触器Q1.0、暂停四个过程循环运行，如图3-6、3-7、3-8、3-9、3-10、3-11所示。直到计数器计数值等于预设值时洗涤完成，洗涤指示灯熄灭，进入排水过程。图3-6 强洗正转图3-7 强洗暂停图3-8 强洗反转图3-9 弱洗正转图3-10 弱洗暂停图3-11 弱洗反转3.排水过程
14、，排水指示灯（Q0.3）亮，排水电磁阀（Q0.5）吸合。直到水排空，零水位检测开关（I0.4）断开时，开始脱水。但在脱水过程中仍然有排水动作，如图3-12所示。图3-12 排水过程4.脱水过程，当零水位检测开关断开时，开始脱水。动作有排水电磁阀（Q0.5）吸合，排水指示灯（Q0.3）亮、脱水电磁离合器（Q0.6）吸合,、脱水指示灯（Q0.3）亮、电机正转，如图3-13所示。图3-13 脱水过程5. 报警停止过程，脱水完成（即T45计时结束）后，蜂鸣器（Q1.1）动作，T46计时5秒后，停止，如图3-14、3-15所示。图3-14 报警过程图3-15 停止设计总结 此PLC控制程序可以实现，洗衣
15、机的进水，排水，分别有进水电磁和排水电磁阀执行。洗涤正转反转由洗涤电机驱动拨盘，正反转来实现。脱水时由脱水电磁离合器合上，排水电磁阀吸合，洗涤电机正转进行甩干。洗涤完成由蜂鸣器报警，洗衣机通过高水位限位检测ST3，低水位限位检测ST2，零水位限位检测ST1，来检测水位的高度位置，水位选择由一个按钮完成。洗涤方式选择也由一个按钮完成，用四个LED发光二极管来指示当前的工况状态，等一系列的要求可以实现。 本程序设计若对强弱洗循环中控制一样时间的计时器进行合并则可进一步简化程序。除此之外还可以用循环指令代替计数器实现循环次数的控制。通过这次课程设计不仅使我对于机电传动控制这门课进行了一次综合性的复习
16、，同时还让我学到了很多东西，比如说当自己觉得程序设计的挺好时，可在运行时却发现运行的结果漏洞百出，自己或没想到或想得太简单，总是前后不能兼顾。在不断修改完善中运行结果才按要求一一实现。在完成程序设计的同时毫无疑问对于plc的理解与以前相比深了很多。有很多细节是在做了之后才会真正的去发现一些从未注意的东西，比如，在这次的课程设计，我就发现word其实并不是像我以前想的那么人性化，因为自己以前从来没有注意这些细节的容所以才会以为有那么多的不顺手的地方。对于这次的课程设计，对于PLC的设计使我对于电路的控制有了更加具体话的了解，像洗衣机，电梯，各种设备都可以用PLC进行控制设计，生活中有那么多的电器
17、可以用他它来进行控制，这让我看到了我们现在学习的东西并非是一无是处，都将会在社会中有用武之地的。致辞两周的课程设计也接近了尾声，经过两周的奋战我的设计终于完成了。在没有做plc课程设计以前觉得课程设计只是对这半年来所学知识的单纯总结，但是通过这次做课程设计发现自己的看法有点太片面。课程设计不仅是对前面所学知识的一种检验，而且也是对自己能力的一种提高。通过这次设计使我明白了自己原来知识还比较欠缺。自己要学习的东西还太多，以前老是觉得自己什么东西都会，什么东西都懂，有点眼高手低。通过这次课程设计，我才明白学习是一个长期积累的过程，在以后的工作、生活中都应该不断的学习，努力提高自己知识和综合素质。在
18、这次课程设计中同学们之间的关系更进一步了，同学之间互相帮助，有什么不懂的大家在一起商量，听听不同的看法对我们更好的理解知识，所以在这里非常感我的同学的帮助。 在此我要感我的指导老师王老师对我们悉心的照顾，感老师对我们的督促，感老师的耐心解答和良好的指导。在设计过程中，我通过查阅大量有关资料，与同学交流经验和自学，并向老师请教等方式，使自己学到了不少知识，也经历了不少艰辛，但收获同样巨大。在整个设计中我懂得了许多东西，也培养了我独立工作的能力，树立了对自己工作能力的信心，相信会对今后的学习工作生活有非常重要的影响。而且大大提高了动手的能力，使我充分体会到了在创造过程中探索的艰难和成功时的喜悦。虽然这个设计做的也不太好，但是在设计过中所学到的东西是这次课程设计的最大收获和财富，使我终身受益。附录程序语句表参考文献1 王宗才. 机电传动与控制. : 电子工业. 2011.2 于庆广.可编程控制器原理与系统设计.:清华大学.2004.3 胡学林. 电气控制与PLC. ：冶金工业, 1997.4 马光.全自动洗衣机中的传感器J.:家用电器,1999.5 振强.可编程控制器原理与应用教程.：清华大学.2003.6 金周.全自动洗衣机的PC智能控制J.机电一体化,2004.