1、洗衣机论文毕 业 论 文题 目: PLC在全自动洗衣机控制系统中的应用学 生 专 业 指导教师 完成日期 湖职院自动化类专业毕业论文PLC在全自动洗衣机控制系统中的应用学 生： 指导教师： 年 月 摘 要全自动洗衣机是一种除放、取衣物和开动洗衣机这三道手续外，其余洗衣个程序全部自动完成的装置。本文描述了全自动洗衣机控制系统的运作要求。实现了洗衣机由进水、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，并通过三菱公司的F1系列的PLC仿真系统模拟出全自动洗衣机的运行过程。此项设计对于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的作用。多年来，可
2、编程控制器（以下简称PLC）从其产生到现在，实现了接线逻辑到存储逻辑的飞跃；其功能从弱到强，实现了逻辑控制到数字控制的进步；其应用领域从小到大，实现了单体设备简单控制到胜任运动控制、过程控制及集散控制等各种任务的跨越。今天的PLC在处理模拟量、数字运算、人机接口和网络的各方面能力都已大幅提高，成为工业控制领域的主流控制设备，在各行各业发挥着越来越大的作用。随着国民经济的发展，人民的生活水平不断提高，全自动洗衣机作为将人们从繁复的家务劳动中解放出来的好助手，愈来愈受到消费者的喜爱。全自动洗衣机综合运用了大量力学、电学。洗衣机作为走入我们家庭生活的洗衣设备,也在不断更新.本设计针对当前家庭需要在设
3、计上突出简便易操作的特点,更结合当前家用洗衣机的优势以及人们平时生活习惯而设计,以PLC为基础而设计,是人们所容易接受的洗衣产品。关键字：PLC；洗衣机；全自动；程序控制器目 录摘 要 目 录 第一章绪论 引言 1.1本课题设计的背景 1.2 本课题设计的内容 1.3本课题设计的目的和意义 第二章 工业洗衣机介绍 2.1洗衣机的工作原理 2.2洗衣机主要部件 2.2.1洗衣机电机 2.2.2定时器 2.2.3进水电磁阀 2.2.4排水电磁阀 2.2.5 水位开关 第三章 控制方案确定 第四章 硬件系统设计 4.1全自动洗衣机示意图及介绍 4.2接线图 4.3 系统硬件设计 4.3.1系统硬件分
4、析 4.3.2全自动洗衣机的控制系统的运作要求 4.3.3 控制要求 4.3.4机型选择和编号分配 第五章 系统软件设计 5.1 工艺流程分析 5.2 梯形图 第六章 结论 致谢 参考文献 第一章绪论引言可编程控制器是以计算机为核心的通用自动控制装置，它的功能强、可靠性极强、编程简单、使用方便、体积小。现已广泛应用于工业控制的各个领域，它以微处理器为核心，用编写的程序进行逻辑控制、定时、记数和算术运算等，并通过数字量和模拟量的输入/输出来控制机械设备或生产过程。该设计主要介绍了全自动洗衣机的工作原理、控制系统的PLC的造型和资源的配置、控制系统程序设计与调试、控制系统PLC程序。根据全自动洗衣
5、机的工作原理，利用可编程控制器PLC实现控制，说明了PLC控制的原理方法，特点及控制洗衣机的特色。通过本系统的设计，对三菱的F1系列PLC的特点有了深入的理解。全自动洗衣机控制系统利用了三菱的F1系列PLC的特点，对按钮、电磁阀、开关等其它一些输入/输出点进行控制，实现了洗衣机洗衣过程的自动化，充分表现现代家电用品的个性。在全自动洗衣机中，洗衣机洗涤、脱水程序是由以单片机为中心控制系统工作的。首先由于单片机的指令系统相对复杂，编写洗涤、脱水程序相对复杂；其次，在设计控制系统硬件时，要有多种电路保护装置，如电流保护、电压保护、过载保护、过热保护以及欠压保护等等。这样增加了硬件的复杂性，隐含较高的
6、故障率，无形的增加了维修成本费用。在工业控制系统中广泛应用的PLC能克服单片机的缺点，它是整体模块，集中了驱动电路、检测电路和保护电路以及通讯联网功能。因此在运用中，硬件也相对简单，提高控制系统的可靠性。另外它的编程语言也相对简单。因此在该设计中采用了PLC来实现全自动洗衣机的工作过程。1.1本课题设计的背景根据全自动洗衣机的工作原理,利用可编程控制器PLC实现控制,说明了PLC控制的原理方法,特点及控制洗衣机的特色。全自动洗衣机控制系统利用了三菱FX2N系列PLC的特点,对按鈕,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
7、内计数器控制,所以只要改变计数器参数就可以改变时间。可以把上面设定的程序时间定下来,作为固定程序使用,也可以根据衣物的质地,数量及油污的程度来编程。只要稍作改变,就可以设计出诸如要多洗多甩的牛仔类衣物, 轻洗轻甩的羊毛类衣物以及通用的标准洗涤程序,充分表现现代家电品的实用性。1.2 本课题设计的内容洗衣机的工作流程由进水，洗衣，排水，和脱水四个过程组成。在半自动洗衣机中，这四个过程分别用相应的按扭开关来控制。全自动洗衣机中，这四个过程可做到全自动依次运行，直至洗衣结束。A系统运行循环三次：第一次循环转鼓进水至中水位时开始洗涤；第二、三次转鼓进水至高水位时开始洗涤。B 洗涤方式分轻洗、标准洗、强
8、洗（按正转、停止、反转、停止四步动作循环至洗涤时间到达）C在20-80HZ频率脱水环节时如转鼓出现运行振动较大，则变频器停止输出至转鼓停止后再从20HZ重新脱水。1.3本课题设计的目的和意义随着社会经济的发展和科学技术水平的提高，家庭电器全自动化成为必然的发展趋势。全自动洗衣机的产生极大的方便了人们的生活。洗衣机是国内家电业唯一不打价格战的行业，经过几年的平稳发展，国产洗衣机无论在质量上还是功能上都和世界领先水平同步。纵观洗衣机市场，高效节能、省水、省电、环保型洗衣机一直在市场上占主导地位。目前中国洗衣机市场正进入更新换代期，市场潜力巨大，人们对于洗衣机的要求也越来越高，目前的洗衣机主要有强弱
9、洗涤功能、进排水系统故障自动诊断功能、暂停等七大功能，在许多方面还不能达到人们的需求。这就要求设计者们有更高的专业和技术水平，能够提出更多好的建议和新的课题，将人们的需要变成现实，设计出更节能、功能更全面、更人性化的全自动洗衣机。目前的洗衣机都没有实现全方面的兼容，大多洗衣的厂家都注重各自品牌的洗衣机的特长，突出一两个与别的洗衣机不同的个性化的功能，洗衣机的各项功能是由PLC控制实现的，单片机功能灵活，因此，设计出基于PLC的全自动洗衣机控制电路系统具有很强的实用性。第二章 工业洗衣机介绍2.1洗衣机的工作原理水位开关由三部分组成：（1）压力传感部分由橡皮膜下部的气室组成；（2）电气开关部分由
10、中间的一组触点、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。水位开关的气室经过软管与洗衣机外桶连接起来。平时，橡皮膜处于平衡状态，当水注进外桶后，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，随之压强也成比例地上升，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。当注水到了预定的水位时，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动簧片上的
11、力时，就推动动簧片向上移动。当动簧片移动到预定位置后，开关下压簧将推动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。当完成个洗衣程序后，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小，在压力弹簧的作用下，顶心和橡皮膜逐渐下移，到了某有程度时动簧片又弯向上方，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，则压力大气
12、室内的压力要高一些才能将动簧片推到预定位置，以次达到控制水位的目的。2.2洗衣机主要部件2.2.1洗衣机电机该电机的性能特点：起动转矩大、起动电流小、过载能力强、机械特性硬。 全自动洗衣机电机XD-180W型 号 XD-180W XD-180W XD-135W XD-120W额定电压 220V 220-240V 220V 220V额定频率 50HZ 60HZ 50HZ 50HZ 额定转速 1370 1370 1370 1370输出功率 180W 180W 135W 120W额定电流 1.75A 1.75A 1.25A 1.10A电 容 量 13 13 10 10噪 音 45 45 45 45性
13、能特点：起动转矩大、起动电流小、过载能力强、机械特性硬。2.2.2定时器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；二是控制电机按预定的程序自动地实现正反转、停转的时间。普通型波轮式洗衣机，大多采用发条式定时器。而许多大波轮新水流式洗衣机使用电动式定时器。2.2.3进水电磁阀进水电磁阀简称进水阀、注水阀。在全自动洗衣机上，以内功用进水阀来实现自动注水和停止进水。它和水位开关互相配合，对洗衣桶的水位高低进行自动控制。2.2.4排水电磁阀排水电磁阀是全自动洗衣机特有的电器部件。它是一个受程控器控制的自动排水开关。除了排水功能外，还控制着离
14、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，从排水口流出机外。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，该定位套向右运动，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。电磁铁有两种交流和直流，电动式
15、程控式（机械式）全自动洗衣机一般采用交流电磁铁，而微电脑程控器式（电脑式）全自动洗衣机一般采用直流电磁铁。1交流电磁铁交流电磁铁的铁心和衔铁是由硅钢片叠压铆接而成的。衔铁置于铁心之中。在线圈通电后，铁心和衔铁同被磁化，相对的两个面上产生了异名磁极这种吸引力使衔铁向铁心运动，从而带动拉杆将阀打开。虽然线圈中电流的方向不断发生变化，但由于铁心与衔铁的磁极同时变化，使它们之间出现的总是吸引力。2 直流电磁铁直流电磁铁具有吸引力大、体积小、噪音低和安全性能高等优点，它的线圈分成吸合线圈和保持线圈两组，由其内部的微动开关控制这两组线圈的工作。线圈和铁心用环氧树脂灌装加固和密封。排水阀装配于排水阀体之中，
16、为弹簧将橡胶阀压在阀体的底部，使橡胶阀的环行密封环产生少量变形，保持水不从阀口泄露，橡胶阀的右端环行边被阀盖压紧。排水阀杆嵌在橡胶阀上，与橡胶阀成为一体，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，牵引排水阀连接板拉动内弹簧，同时连接板上的定位套推动制动杆使 处于脱水状态。只要连接板的左端一离开排水拉杆，内弹簧的拉力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（即连接板的拉力）大于外弹簧的弹力时，外弹簧被压缩，带动橡胶阀向
17、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，就可以使外弹簧有较大的弹性变形，也就是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不小于10mm。阀体多有半透明塑料制成，从外部可以看到阀的开启量。2.2.5 水位开关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。 第三
18、章 控制方案确定单片机采用C语言或汇编语言。C语言的数据库功能强大，能开发出复杂的控制指令，通用性很强。C语言为如今开发单片机最为常用的语言。单片机的编程，往往需要聘请专业人员，C语言是一种高级的计算机语言，不易被大众学习掌握，对人员技术（编程能力）要求高，很容易形成技术垄断。产品功能开发、调试周期长。汇编语言是一种用文字助记符来表示机器指令的符号语言(更为复杂,不易掌握的语言,但程序执行效率优于C语言)，使用汇编语言编程的话是比较繁琐的，对于一个比较大的程序来说编写起来将非常耗时，开发周期比较长。单片机前期需要专业人员设计开发，安装使用后，对于固定的使用环境，使用还是很方便的。如果一旦改变了
19、使用环境，系统程序的更改是相当复杂的，因此，对于维护人员的素质要求高。继电器投入相对较大。不但要购买继电器产品，还要购买电线进行配线实现逻辑运算。前期需要进行复杂的手工安装，使用一旦出现故障，排除很难，不易改变控制。PLC：梯形图语言（LD）、指令表语言（IL）、功能模块图语言（FBD）、顺序功能流程图语言（SFC）及结构化文本语言（ST）。编程指令丰富，对于不同的控制要求可以进行控制模块的扩展。其中最为常用的为梯形图语言。阶梯图较C语言容易学习掌握，对人员的技术要求一般。程序开发周期短，效率高。需要专业人员进行安装设计的。可适应生产环境的变化调整程序，维护相对单片机简单。在三者的比较下，故选
20、用PLC作为本次设计的方案。目前大多数洗衣机采用减速离合器。它有4根轴（1）洗涤输入轴；（2）下半轴；（3）中半轴；（4）洗涤输出轴。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，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带被迫向下移动，与脱水轴上的刹车盘产生间隙，脱水轴因此失去控制，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，饶弹簧的中心轴做顺时针方向转动，于是棘爪抬起，放松了对棘轮的限制，这样被
21、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。 第四章 硬件系统设计4.1全自动洗衣机示意图及介绍洗衣机是国内家电业唯一不打价格战的行业，经过几年的平稳发展，国产洗衣机无论在质量上还是功能上都和世界领先水平同步。目前的洗衣机主要有强弱洗涤功能、进排水系统故障自动诊断功能、暂停等七大功能，在许多方面还不能达到人们的需求。洗衣机的工作流程由进水，洗衣，排水，和脱水四个过程组成。在半自动洗衣机中，这四个过程分别用相应的按扭开关来控制。全自动洗衣机中，
22、这四个过程可做到全自动依次运行，直至洗衣结束4.2接线图输入输出地址及接线如图所示X0启动 进水Y0 正转Y1 X3高水位 反转Y2X4低水位 排水Y3 脱水Y4COM （X） 报警Y5 （Y） COM I/O接线图 4.3 系统硬件设计 4.3.1系统硬件分析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，各种采样信息都是通过控制中心进行各种判断、比较和选择，再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41所示，由PLC控制洗衣机各种动作典型的系统控制图： 进水阀 水位开关 PLC 电机正反转排水阀图41 系统结构图 由图可知，PLC在系
23、统中是处中心位置，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PLC给定信号来决定其工作状态；电机的工作状态也由控制中心PLC给定信号来决定，而惦记的正反转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。4.3.2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磁阀和排水电磁阀控制。进水时，控
24、制系统使进水阀打开，将水注入外桶，排水时，使排水电磁阀打开，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。4.3.3 控制要求启动时：首先进水，到高水位时停止进水，开始洗涤。正转洗涤15s，暂停3s后反转洗涤15s，暂停3s后再正转洗涤，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
25、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，自动停机。4.3.4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接口模板三部分。它是整体模块形式，因此由它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，选择三菱FX系列可以完全满足其要求如表4-2所示：表4-2 输入/输出设备点的分配 第五章 系统软件设计5.1 工艺流程分
26、析 初始状态 X0 进 水 X3 洗涤正转 T0 15s暂 停 T1 3s洗涤反转 T2 15s暂 停 正反洗不满30次 T3 3s 满30次排 水 X4排水、脱水 大循环不满3次 T4 10s 满3次报 警 T5 10s停 机 图51工艺流程图根据前面的编号表和系统结构图分析而得全自动洗衣机的PLC控制系统程序工艺流程图。其如图51所示。由流程图可知，实现自动控制要设置6个计时器和2个计数器。T0正转洗涤15S T1暂停3S T2反转洗涤15S T3暂停3S T4脱水10 S T5报警5S C0正反转洗涤30次 C1大循环3次 5.2 梯形图 梯形图（如图52所示）根据工艺流程图而得出的结果
27、。作为全自动洗衣机控制系统程序图它本身具有一定的特色：首先，整个工作程序所需的时间约50分钟左右。其次，洗涤时间为12分钟；漂洗有两次，共有24分钟；脱水为三次，共15分钟。其三，整个程序有三次循环，每一循环过程都改变洗涤物的洗净度。 M8002 SET S0 ZRST S20 S30 S0 X0 STL SET S20 S20 X3 STL （Y0） X3 SEI S21 S21 STL （Y1） （T0 K150） T0 SET S22 S22 STL （T1 K30） T1 SET S23 S23 STL （Y2） （T2 K150） T2 SET S24 S24 STL （T3 K30
28、） （C0 K30） T2 C0 SET S21 T2 C0 SET S25 S25 X4 STL （Y3） X4 SET S26 S26 STL （Y4） （Y3） （T4 K100） （C1 K3） T4 C1 SET S20 T4 C1 SET S27 S27 STL （Y5） （T5 K100） T5 RSE Y5 RET END图52梯形图第六章 结论这次毕业设计对以前学过的理论知识起到了很好的回顾作用，现在通过全自动洗衣机控制系统的毕业设计，让我很好的运用了PLC、单片机方面的知识，对其加以进一步的消化和巩固，并知道两者在洗衣机控制中的不同。该系统采用PLC为核心，结构合理、测试方
29、法可靠，他具有较强的灵活性，提高了设备运行的可靠性，缩短产品开发周期，保证新产品各项技术开发的同步性，提高了劳动效率，达到了良好的经济效果。此外，PLC可以重复使用，降低了测试经费。它的灵活性、操作方便性也方便测试者随时输入、调试和修改控制程序。PLC又设有串行接口，方便的于计算机进行连接，组成测控系统，给系统的维护和使用带来了很大的方便。致谢大学三年的时间大多在学习理论基础知识，实践的并不是太多。经过这次毕业设计，我接触了更多的元器件，知道它们的工作原理和参数性能，发现自己有很多不足之处，体会到理论知识的重要性，知识掌握得越扎实，设计得就更全面、更顺利、更好。在设计过程中，通过针对性地查找资
30、料，了解有关电子方面的资料，既增长了自己的知识面，补充最新的专业知识，又提高了自己的应用能力。大学的生活也许将要以此作为一个结束了，但大学结束了，我们的精神不能结束，我们追求我们事业的雄心壮志永远也不能结束。大学给了我一个追求辉煌的梦想。而我就在这个梦想下努力地朝着她飞翔！在论文即将完成之际，我的心情无法平静，从开始进入课题到论文的顺利完成，有多少可敬的师长、同学、朋友给了我无言的帮助，在这里请接受我诚挚的谢意！最后，我要感谢我的指导老师，是他给了我许多的帮助。参考文献1中国家用电器研究所. 家用电器时尚消费，200220032王春刚，洗衣机的特点及原理. 北京：农村读物出版社，20023吴存宏，浅谈PLC在全自动洗衣机中运用.J家用电器科技，2004 4余雷声，方宗达等编.电气控制与PLC应用. 北京：机械工业出版社，19965邓则名，电器与可编程序控制器应用技术. 北京：机械工业出版社，19986韩服善，张石平. 全自动洗衣机PC控制系统设计 J 家用电器.消费，2002，（06）7宋德玉主编，可编程序控制器原理及应用系统设计技术. 北京：冶金工业出版社，20018胡学林主编，可编程控制器教程（基础篇），北京
