基于PLC的全自動洗衣機控制_畢業(yè)設(shè)計.doc

畢論業(yè)文23 介紹本次設(shè)計基于plc的全自動洗衣機控制，本文的課題源于市場上洗衣機產(chǎn)品。采用plc控制開發(fā)的周期短，開發(fā)成本低，可以直接用于工業(yè)現(xiàn)場控制。plc控制具有實時性、信號處理時間短、速度快、更能滿足各個領(lǐng)域大、中、小型工業(yè)控制項目，可靠性高，豐富的i/o卡件，質(zhì)優(yōu)價廉，性價比高，安裝簡單，維修方便，plc控制能在高粉塵、高噪聲、強電磁干擾和溫度變化劇烈的環(huán)境下正常工作。因為它是整體模塊，集中了驅(qū)動電路、檢測電路和保護電路以及通訊聯(lián)網(wǎng)功能，所以在使用中，硬件相對簡單，編程語言也相對簡單，并且測試容易，維修方便，更可以提高控制系統(tǒng)設(shè)計的靈活性及控制系統(tǒng)的可靠性。本設(shè)計以操作簡單、使用可靠、維護修理方便作為主要設(shè)計方向。世界上第一臺洗衣機于1858年誕生，但這臺洗衣機使用費力，且損傷衣服，因而沒被廣泛使用，但這卻標志了用機器洗衣的開端。1874年,“手洗時代”受到了前所未有的挑戰(zhàn)，美國人發(fā)明了木制手搖洗衣機。1880年，美國發(fā)明了蒸氣洗衣機，蒸氣動力開始取代人力。蒸汽洗衣機之后，水力洗衣機、內(nèi)燃機洗衣機也相繼出現(xiàn)。1910年，美國試制成功世界上第一臺電動洗衣機，電動洗衣機的問世，標志著人類家務(wù)勞動自動化的開端。1922年，美國改造了洗衣機的洗滌結(jié)構(gòu)，把拖動式改為攪拌式，使洗衣機的結(jié)構(gòu)固定下來，這也就是第一臺攪拌式洗衣機的誕生。1932年，美國研制成功第一臺前裝式滾筒洗衣機。1955年，在引進英國噴流式洗衣機的基礎(chǔ)之上，日本研制出獨具風格、并流行至今的波輪式洗衣機。全自動洗衣機從結(jié)構(gòu)上分有波輪式、攪拌式、滾筒式。目前,國內(nèi)市場上銷售的大都是波輪式和滾筒式，供應(yīng)最多的是波輪式洗衣機。波輪式洗衣機的特點是洗凈率高,但對衣服的磨損很大,隨著人們生活水平不斷地提高，絲綢、毛料、羊毛等大量走進普通家庭,廠商又適時地推出了滾筒洗衣機,它最大的優(yōu)點是磨損率小,但洗凈率比波輪式低、價格高。洗衣機產(chǎn)品可以分三類：普通型、半自動型和全自動型。普通型和半自動型洗衣機，都需要人為參與操作，才能完成洗衣、甩干、排水全過程；而全自動洗衣機在整個洗滌、甩干、排水過程中，無需人為操作和監(jiān)控。國內(nèi)外洗衣機品牌有海爾、小天鵝、榮事達、松下、惠而浦水仙、lg、熊貓、西門子、日立。本課題主要著重于全自動洗衣機的控制，要求洗衣機能實現(xiàn)進水、洗滌、排水、脫水、報警，所采用的控制方法操作簡單、穩(wěn)定可靠、維護與維修方便?？刂品椒ù_定后投入生產(chǎn)要縮短控制系統(tǒng)的設(shè)計的時間和調(diào)試周期，且要降低成本。傳統(tǒng)的洗衣機采用繼電器控制的優(yōu)點是裝置結(jié)構(gòu)簡單、價格便宜、抗干擾能力強。但是，這也是隨之帶來的一些問題，如絕大多數(shù)控制繼電器都是長期磨損和疲勞工作條件下進行的，容易損壞，而且繼電器的觸點容易產(chǎn)生電弧，甚至會熔在一起產(chǎn)生誤操作，引起嚴重的后果。在全負荷運載的情況下，大的繼電器將產(chǎn)生大量的熱及噪聲，同時也消耗了大量的電能。并且繼電器控制系統(tǒng)必須是手工接線、安裝，如果有簡單的改動，也需要花費大量時間及人力和物力去改制、安裝和調(diào)試。這種電路接線多，只適用于小型的控制電路。采用plc控制比繼電器控制好的多，我們采用plc來控制。（1）可靠性高，抗干擾能力強，高可靠性是電氣控制設(shè)備的關(guān)鍵性能。plc由于采用現(xiàn)代大規(guī)模集成電路技術(shù)，采用嚴格的生產(chǎn)工藝制造，內(nèi)部電路采取了先進的抗干擾技術(shù)，具有很高的可靠性。（2）配套齊全，功能完善，適用性強plc發(fā)展到今天，已經(jīng)形成了大、中、小各種規(guī)模的系列化產(chǎn)品?？梢杂糜诟鞣N規(guī)模的工業(yè)控制場合。（3）易學易用，深受工程技術(shù)人員歡迎plc作為通用工業(yè)控制計算機，是面向工礦企業(yè)的工控設(shè)備。（4）系統(tǒng)的設(shè)計、建造工作量小、維護方便、容易改造，plc用存儲邏輯代替接線邏輯，大大減少了控制設(shè)備外部的接線，使控制系統(tǒng)設(shè)計及建造的周期大為縮短，同時維護也變得容易起來。更重要的是使同一設(shè)備經(jīng)過改變程序改變生產(chǎn)過程成為可能。這很適合多品種、小批量的生產(chǎn)場合。（5）體積小，重量輕，能耗低，由于體積小很容易裝入機械內(nèi)部，是實現(xiàn)機電一體化的理想控制設(shè)備。1全自動洗衣機結(jié)構(gòu)設(shè)計與方案選擇 1.1 洗衣機的分類及工作原理（1）按結(jié)構(gòu)形式分：單桶、雙桶、多桶型。（2）按洗滌方式結(jié)構(gòu)原理分：.滾筒式洗衣機：衣物半浸沒于水中，滾筒作有規(guī)律的間歇的正反轉(zhuǎn)動，滾筒內(nèi)凸筋把衣物帶至高處再跌下，起揉搓作用，進行洗滌。類型：前裝式滾筒洗衣機.頂裝式滾筒洗衣機。波輪式（渦卷式）洗衣機（也稱日本式洗衣機）：優(yōu)點：結(jié)構(gòu)簡單，體積小，重量輕，操作方便，耗電量少，洗凈率高。缺點：漂洗衣物不均勻，損衣率高。攪拌式或擺動（葉）式洗衣機：洗衣機有一根主柱，由電動機帶動擺動葉繞定軸作周期往復(fù)運動，每次轉(zhuǎn)動角度小于360度。其他：噴流式、噴射式、振動式等，市場上比較少見。（3）按自動化程度分：普通型洗衣機：攪拌動作為電動機帶動正轉(zhuǎn)、反轉(zhuǎn)及停止定時器控制，而進水、排水、脫水等完全手動。半自動型洗衣機：（1）半自動單筒型：洗滌、漂洗、進出水均自動按設(shè)定程序與時間進行，沒有脫停機開關(guān)、貯水開關(guān)、漂洗選擇開關(guān)、洗滌選擇開關(guān)等組成。工作原理：通過各種開關(guān)組成控制電路，來控制電動機、進水閥、排水電磁鐵及蜂鳴器的電壓輸出，使洗衣機實現(xiàn)程序運轉(zhuǎn)。特點：（1）、波輪式洗衣機：洗衣特點：微電腦控制洗衣及甩干功能、省時省力。缺點：耗電、耗水、衣物易纏繞、清潔性不佳。適合洗滌衣物：除需要特別洗滌之外的所有衣物。波輪式洗衣機流行于日本、中國、東南亞等地。（2）、滾筒式洗衣機：洗衣特點：微電腦控制所有功能、衣物無纏繞。最不會損耗衣物的方式。缺點：耗時，時間是普通的幾倍，而且一旦關(guān)上門，洗衣過程中無法打開，潔凈力不強。適合洗滌衣物：羊毛、羊絨以及絲綢、純毛類織物。流行于歐洲、南美等主要穿毛、綿為主的地區(qū)，幾乎100的家庭使用的都是滾筒洗衣機。優(yōu)點：全面的洗滌能力鶴立雞群。因為衣物在洗滌過程中不纏繞、洗滌均勻、磨損小，所以就連羊絨、羊毛、真絲衣物也能在機內(nèi)洗滌，做到真正的全面洗滌性能?？梢岳眉訜峒せ钕匆路壑械幕钚悦?，充分發(fā)揮出洗衣粉的去污效能。由于用水量較小，可以在桶內(nèi)形成高濃度洗衣液，在節(jié)水的情況下帶來理想的洗衣效果。這種發(fā)源于歐洲的洗衣機是模仿棒錘擊打衣物原理設(shè)計，利用電動機的機械做功使?jié)L筒旋轉(zhuǎn)，衣物在滾筒中不斷地被提升摔下，再提升再摔下，做重復(fù)運動，加上洗衣粉和水的共同作用使衣物洗滌干凈。滾筒洗衣機的發(fā)展最為成熟，多年來在結(jié)構(gòu)上沒有多少變化，基本是不銹鋼內(nèi)桶，機械程序控制器，經(jīng)過磷化、電泳、噴涂三重保護的外殼，和兩塊笨重的水泥塊用于平衡滾筒旋轉(zhuǎn)時產(chǎn)生的巨大離心力，由于用料比波輪洗衣機好，所以壽命一般在15-20年，而以塑料件為主的波輪壽命一般只有8-10年左右。（3）、攪拌式洗衣機：洗衣特點：衣物潔凈力最強，省洗衣粉攪拌式洗衣機。缺點：喜歡纏繞相比前兩種方式損壞性加大，噪音最大。適合洗滌衣物：除需要特別洗滌之外的所有衣物。北美普遍使用。1.2 基于全自動洗衣機設(shè)計（1）操作面版設(shè)計：洗衣機控制版面上有“自動”、“手動”和“控制按扭”三部份組成，其中“自動”部分有“水位選擇”和“洗滌選擇”兩個撥動開關(guān)；“手動”部分有“注水”、“排水”、“洗滌”、“脫水”四個自鎖按扭；“控制按扭”部分有“啟動”、“停止”兩個按扭。（2）自動程序要求：通電后，進行“水位選擇”和“洗滌選擇”，然后按下“啟動”按扭，自動程序開始運行；“水位選擇”：高、中、低三種水位，通過水位傳感器關(guān)閉進水開關(guān)；“洗滌選擇”：“強洗”和“弱洗”兩種，進水結(jié)束2秒后開始洗滌。a.強洗：進水結(jié)束2秒后-洗滌(正轉(zhuǎn)3s, 停1s，反轉(zhuǎn)3s,停1s-循環(huán)100次)，排水，脫水(60s)，|進水結(jié)束2秒后-清洗(正轉(zhuǎn)3s, 停1s，反轉(zhuǎn)3s,停1s，循環(huán)30次)，排水，脫水(60s)，|報警3秒，停機。b.弱洗：進水結(jié)束2秒-，洗滌(正轉(zhuǎn)2s, 停1s，反轉(zhuǎn)2s,停1s，循環(huán)60次)，排水，脫水(60s)，|進水結(jié)束2秒-，清洗(正轉(zhuǎn)2s, 停1s，反轉(zhuǎn)2s,停1s，循環(huán)30次)，排水，脫水(60s)，|報警3秒，停機。（3）手動程序要求： 若按下“停止”按扭系統(tǒng)進入手動程序（或洗衣機通電后默認進入手動程序）。當分別按下“注水”、“排水”、“脫水”三個按扭時，洗衣機分別完成相應(yīng)動作，直至相應(yīng)按扭被彈起。若按下“洗滌”按扭，洗衣機開始洗濟(正轉(zhuǎn)3s, 停1s，反轉(zhuǎn)3s,停1s-循環(huán))，直至“洗滌”按扭被彈起時停機1.3 可編程控制器選擇 目前全自動洗衣機可采用plc和單片機兩種控制方式，下面將這兩種控制方案做以比較：plc優(yōu)點有： 1.可靠性高，抗干擾能力強，高可靠性是電氣控制設(shè)備的關(guān)鍵性能。plc由于采用現(xiàn)代大規(guī)模集成電路技術(shù)，采用嚴格的生產(chǎn)工藝制造，內(nèi)部電路采取了先進的抗干擾技術(shù)，具有很高的可靠性。 2.配套齊全，功能完善，適用性強plc發(fā)展到今天，已經(jīng)形成了大、中、小各種規(guī)模的系列化產(chǎn)品?？梢杂糜诟鞣N規(guī)模的工業(yè)控制場合。3.易學易用，深受工程技術(shù)人員歡迎plc作為通用工業(yè)控制計算機，是面向工礦企業(yè)的工控設(shè)備4.系統(tǒng)的設(shè)計、建造工作量小，維護方便，容易改造，plc用存儲邏輯代替接線邏輯，大大減少了控制設(shè)備外部的接線，使控制系統(tǒng)設(shè)計及建造的周期大為縮短，同時維護也變得容易起來。更重要的是使同一設(shè)備經(jīng)過改變程序改變生產(chǎn)過程成為可能。這很適合多品種、小批量的生產(chǎn)場合。5.體積小，重量輕，能耗低，由于體積小很容易裝入機械內(nèi)部，是實現(xiàn)機電一體化的理想控制設(shè)備。單片機：對于單片機比較實用與嵌入式系統(tǒng)，不太實用與工業(yè)，比較不精確?？煽啃圆桓撸垢蓴_能力差，需要很多外圍設(shè)備來驅(qū)動，在工業(yè)控制中多采用plc，此外單片機編程復(fù)雜，需要了解單片機內(nèi)部結(jié)構(gòu)以及工作方式。綜上所述本次全自動洗衣機采用plc 控制系統(tǒng)。2 硬件設(shè)計控制部分采用可編程序控制器plc為主對系統(tǒng)加以控制，plc是以微處理器為基礎(chǔ)，綜合了計算機技術(shù)、自動化控制技術(shù)和通信技術(shù)而發(fā)展起來的一種新型、通用的自動控制裝置。用可編程序控制器（軟件編程）來代替?zhèn)鹘y(tǒng)的繼電器硬件布線控制，使控制系統(tǒng)有了極大的柔性和通用性，同時由于plc功能齊全、不僅能完成復(fù)雜的邏輯控制而且安全性很高、穩(wěn)定性好、抗干擾能力強、性能優(yōu)越、靈活運用，使得系統(tǒng)可靠性大大提高：可以模擬全自動洗衣機的工作循環(huán)。也可以按照襲擊的要求任意設(shè)定儀器的工作循環(huán)。2.1 plc i/o分配表表2-1plci/o分配表 輸入輸出in0 (x0 ) kb1 啟動 開關(guān)out1(y1) 進水閥in1（x1） kb2 停止 開關(guān) out2(y2) 排水閥 in2 (x2) kb3 高水位 選擇開關(guān) out3(y3) 洗滌電機正轉(zhuǎn)in3（x3） kb4 中水位選擇開關(guān)out4(y4) 洗滌電機反轉(zhuǎn)in4 (x4) kb5 低水位選擇開關(guān) out5(y5) 脫水桶in5（x5） hl1 高水位傳感 out(y6) 報警器in6 (x6) hl2 中水位傳感in7（x7） hl3 低水位傳感in8 (x10) kb6 強洗開關(guān)in9（x11）kb7 弱洗開關(guān)in10 (x12) kb8注水開關(guān)in11（x13 kb9排水開關(guān)in12 ( x14)kb10洗滌開關(guān)in13（x15）kb11脫水開關(guān) 2.2plc接線圖圖2-1plc接線圖3軟件設(shè)計3.1全自動洗衣機控制流程圖軟件是建立在硬件之上，確定程序結(jié)構(gòu)然后進行主程序設(shè)計。使用fx編程軟件配合使用三菱plc控制。使用順序控制梯形圖的編程方法，利用stl法編程，實現(xiàn)全自動洗衣機的自動程序。公用程序fendcj p1 cj p0自動程序手動程序 m10 m10 p0 p1圖3-1自動/手動程序結(jié)構(gòu)圖3.2自動程序控制流程圖判斷清洗是否到20次清洗：計時2s，正轉(zhuǎn)2s停1s，反轉(zhuǎn)2s停1s判斷是否洗滌60次判斷清洗是否到30次清洗：計時2s，正轉(zhuǎn)3s停1s，反轉(zhuǎn)3s停1s判斷是否洗滌100次低、強洗中、強洗高、強洗洗滌：計時2s，正轉(zhuǎn)2s停1s，反轉(zhuǎn)2s停1s洗滌：計時2s，正轉(zhuǎn)3s停1s，反轉(zhuǎn)3s停1s功能選擇高、中、低水位。強、弱洗 開始判斷按鍵是否按下開始鍵低、弱洗高、弱洗中、弱洗手動程序否否 否 否排水，脫水60s報警3s排水，脫水60s報警3s 結(jié)束圖3-2自動程序結(jié)構(gòu)3.3自動程序順序功能圖 圖3-3順序功能圖4 調(diào)試與運行由于設(shè)備的限制，我們采用的是a/b混合液體的模型，進行模擬。然后這個模型只能實現(xiàn)部分的功能，低水位的功能實現(xiàn)不了，因為a/b混合液的低傳感器是控制水排完的。所以我只實現(xiàn)了自動部分的高、中水位的選擇。把我所需要的接線按照plc的i/o分配表進行連線，硬件部分連好后。我用fx軟件進行編程，按照我畫的順序功能圖，一步一步的編。進行運行調(diào)試，在調(diào)試的過程中，首先我先實現(xiàn)洗衣機的自動部分，自動部分運行沒有問題后。我在編寫手動程序和公用程序，編完后我進行調(diào)試，就出現(xiàn)問題了。程序一直在開始階段并沒有往下行駛，我就開始檢查，經(jīng)過不斷調(diào)試檢查后，發(fā)現(xiàn)原來自動程序和手動程序共用了輔助寄存器，出現(xiàn)在沖突，改過之后。再進行反復(fù)實驗，本次的洗衣機的功能就基本都實現(xiàn)了。結(jié)束語通過本次設(shè)計，讓我更深入的了解了plc的原理及廣泛應(yīng)用，經(jīng)過幾周的崗前綜合培訓(xùn)，把這兩年的知識都融會貫通的運用在本次設(shè)計中，在做實驗過程中會出現(xiàn)一些瑕疵，不過人無完人。都有沒有全面的意識，在設(shè)計一樣的東西的時候。每種情況都要去考慮，編程的時候需要心細，每一步都要考慮進去。有時候理論和實際操作是有很大的誤差。所以我們在理論上考慮的是理想型的，我們還要在實際操作上進行操作。在把誤差盡量化小。而且對我是一種提高，我懂了很多東西，也培養(yǎng)了自己的動手和思考能力。樹立了自立自強的信心，使我充分體會了在本次設(shè)計中的成功的喜悅，相信對我以后的工作有所幫助，雖然我是不斷經(jīng)過幾次修正，總結(jié)這次的感受還是終身受益的。讓我知道，知識是不斷累積的一個過程，以后面對問題要有分析問題和解決問題的能力。不懂的一些理論知識完全是依靠自己去查資料，提高了自己的一個自學能力?，F(xiàn)在每做一件事都是要依靠自己的能力去解決問題，對我自身有很大的提高。通過本次全自動洗衣機設(shè)計，收獲頗多，感謝老師的悉心指導(dǎo)。致謝此次設(shè)計是在唐民麗老師的悉心指導(dǎo)下完成的。唐老師為論文課題的研究提出了許多指導(dǎo)性的意見，為論文的撰寫、修改提供了許多具體的指導(dǎo)和幫助，唐民麗老師的嚴謹治學、不斷探索的科研作風，敏銳深邃的學術(shù)洞察力，孜孜不倦的敬業(yè)精神，給我留下了深刻的印象，使我受益良多。在