基于PLC的全自動(dòng)洗衣機(jī)畢業(yè)設(shè)計(jì)論文

摘要隨著可編程控制器（PLC）在工業(yè)控制領(lǐng)域的廣泛應(yīng)用，及傳統(tǒng)的控制技術(shù)的不斷更新。本文依據(jù)PLC為主要部件設(shè)計(jì)完成了全自動(dòng)洗衣機(jī)的控制系統(tǒng)。該控制系統(tǒng)的工作流程主要由進(jìn)水、洗滌、排水、脫水4個(gè)步驟組成，在本控制系統(tǒng)中4個(gè)步驟依次運(yùn)行直至洗衣結(jié)束。所采用的控制方法操作簡(jiǎn)單、穩(wěn)定可靠、維護(hù)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(jì)的時(shí)間、調(diào)試周期，且要降低成本。根據(jù)洗衣機(jī)的工作原理從而對(duì)程序及其流程進(jìn)行了設(shè)計(jì),該系統(tǒng)具有智能化程度高、安全可靠和運(yùn)行穩(wěn)定等特點(diǎn)。同時(shí)本文介紹了全自動(dòng)洗衣機(jī)的控制系統(tǒng)的PLC設(shè)計(jì)方法、程序流程圖、系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖、程序指令、梯形圖等，實(shí)現(xiàn)全自動(dòng)洗衣過程。在系統(tǒng)資源分配中給出了詳細(xì)的I/O地址分配及輔助繼電器，是程序設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)，設(shè)計(jì)出的全自動(dòng)洗衣機(jī)控制系統(tǒng)中克服了單片機(jī)的缺點(diǎn)，具有PLC可靠性高，耗電少，硬件簡(jiǎn)單，運(yùn)行速度高等優(yōu)點(diǎn)。關(guān)鍵詞：PLC自動(dòng)控制洗衣機(jī)AbstractWiththeprogrammablelogiccontroller(PLC)iswidelyusedinindustrialcontrolfield,andconstantlyupdatedtraditionalcontroltechnology.Inthispaper,themaincomponentsofthedesignbasisforPLCcompletedtheautomaticwashingmachinecontrolsystem.Theworkflowcontrolsystemismainlycomposedofwater,washing,draining,dewateringfoursteps,inthepresentcontrolsysteminfourstepsinsequenceuntilthelaundryoperationends.Controlmethodusedissimple,reliable,easytomaintainandrepair.Afterdeterminingthecontrolmethodtoshortenproductiontimecontrolsystemdesign,debugcycle,andtoreducecosts.MeanwhilearticledescribesthedesignmethodPLCcontrolsystem,automaticwashingmachine,programflow,thesystemstructure,programinstructions,ladder,etc.,toachieveautomaticlaundryprocess.TheallocationofresourcesinthesystemaregivenindetailintheI/Oaddressassignmentandauxiliaryrelays,isthebasisforprogramdesign,designafullyautomaticwashingmachinecontrolsystemtoovercometheshortcomingsofthemicrocontroller,PLCwithhighreliability,lowpowerconsumption,simplehardware,operatingspeedadvantages.Keywords:PLCTheautomaticcontrolThewashingmachine目錄摘要 IAbstract II目錄 III引言 11課題背景及意義 21.1洗衣機(jī)發(fā)展概況和現(xiàn)狀 21.2研究的目的和意義 32可編程序控制技術(shù) 42.1PLC的定義 42.2PLC的硬件結(jié)構(gòu) 42.3PLC的基本工作原理 52.3.1基本工作模式 52.3.2PLC工作過程 52.4PLC工作方式與特點(diǎn) 63全自動(dòng)洗衣機(jī)的控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方法 73.1全自動(dòng)洗衣機(jī)的控制系統(tǒng)工作原理 73.2控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu) 83.2.1電動(dòng)機(jī)及傳動(dòng)系統(tǒng) 93.2.2

進(jìn)水和排水系統(tǒng) 93.2.3檢測(cè)電路系統(tǒng) 93.3全自動(dòng)洗衣機(jī)的控制系統(tǒng)功能 103.4全自動(dòng)洗衣機(jī)的控制要求 114硬件設(shè)計(jì)及I/O分配 124.1硬件設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)連線圖 124.2可編程控制器I/O口分配 134.3可編程控制器的指令程序表 144.4系統(tǒng)梯形圖 15結(jié)束語 16參考資料 17致謝 18引言可編程序控制器(ProgrammableLogicController,PLC)技術(shù)是以微處理器為基礎(chǔ)，綜合了計(jì)算機(jī)技術(shù)、自動(dòng)控制技術(shù)和通訊技術(shù)，是一種新型工業(yè)控制器裝置，是對(duì)傳統(tǒng)繼電器一接觸器控制系統(tǒng)的改進(jìn)。可編程邏輯控制器的內(nèi)部編程使用面向用戶的指令，并且使用數(shù)字式或模擬式的輸入／輸出來控制工業(yè)生產(chǎn)過程，使得PLC的操作更加方便靈活。它具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、編程方便、可靠性高等優(yōu)點(diǎn)，已經(jīng)廣泛應(yīng)用于工業(yè)自動(dòng)化、機(jī)電一體化、計(jì)算機(jī)控制等方面。在以單片機(jī)為基礎(chǔ)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)的全自動(dòng)洗衣機(jī)中，存在著一些缺點(diǎn)。第一，控制指令較PLC而言相對(duì)復(fù)雜；第二，相同控制系統(tǒng)穩(wěn)定性中，單片機(jī)需要多種電路保護(hù)裝置，例如過載保護(hù)、電流保護(hù)、電壓保護(hù)等，正因?yàn)樵黾恿诉@么多的電路從而大大增加了硬件隱含的故障率。如果采用基于PLC控制的全自動(dòng)洗衣機(jī)控制系統(tǒng)則能有效克服這些缺點(diǎn)，首先PLC的編程語言簡(jiǎn)單，梯形圖明確，測(cè)試容易。其次，PLC采用了整體模塊，系統(tǒng)驅(qū)動(dòng)電路，檢測(cè)電路和保護(hù)電路等都集中在一個(gè)模塊中，硬件簡(jiǎn)單?；诖耸沟每刂葡到y(tǒng)的可靠性大大增加。1課題背景及意義1.1洗衣機(jī)發(fā)展概況和現(xiàn)狀自1858年，一個(gè)叫漢密爾頓·史密斯的美國(guó)人在匹茨堡制成了世界上第一臺(tái)洗衣機(jī)，至今洗衣機(jī)的發(fā)展經(jīng)歷了一個(gè)多世紀(jì)。世界上第一臺(tái)電動(dòng)洗衣機(jī)于1910年問世，這標(biāo)志著人類家務(wù)勞動(dòng)自動(dòng)化的開端。第一臺(tái)自動(dòng)洗衣機(jī)于1937年問世。1955年，在英國(guó)噴流式洗衣機(jī)的基礎(chǔ)之上，波輪式洗衣機(jī)由日本研發(fā)生產(chǎn)。至此，洗衣機(jī)大體上被分為波輪式、滾筒式、攪拌式三種類型的局面初步形成。被稱之為“半自動(dòng)型洗衣機(jī)”的可甩干衣服的雙桶洗衣機(jī)，在60年代出現(xiàn)首次出現(xiàn)于日本，到了70年代，則生產(chǎn)出了波輪式套桶全自動(dòng)洗衣機(jī)。70年代后期，以電腦（實(shí)際上是微處理器）控制的全自動(dòng)洗衣機(jī)在日本問世，開創(chuàng)了洗衣機(jī)發(fā)展史的新階段。80年代，“模糊控制”的應(yīng)用使得洗衣機(jī)操作更簡(jiǎn)便，功能更完善，更可以人為選擇洗衣程序，隨著加工技術(shù)的發(fā)展，洗衣機(jī)的外觀也更加時(shí)尚。90年代，出現(xiàn)的寬范圍的轉(zhuǎn)速變換與調(diào)節(jié)技術(shù)，在這個(gè)基礎(chǔ)上研發(fā)出來了新水流洗衣機(jī)。隨著電機(jī)驅(qū)動(dòng)方式的日新月異，日本研發(fā)了不需要齒輪傳動(dòng)和變速機(jī)構(gòu)，改為電機(jī)直接驅(qū)動(dòng)式的洗衣機(jī)，這在根本上改變了洗衣機(jī)的驅(qū)動(dòng)方式。之后，隨著科技的進(jìn)一步發(fā)展，滾筒洗衣機(jī)已經(jīng)成了大家非常熟悉的產(chǎn)品。伴隨著科技的進(jìn)一步發(fā)展，相信新型更適合人們使用的洗衣機(jī)會(huì)給我們的生活帶來新的方式。20

世紀(jì)末到

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世紀(jì)初，變頻洗衣機(jī)問世，使洗衣機(jī)的功能更加人性化，實(shí)現(xiàn)了真正意義上的智能化控制。按洗衣機(jī)結(jié)構(gòu)原理分類1.波輪式洗衣機(jī)：在洗衣機(jī)的底部中心處裝有一個(gè)帶凸筋的波輪，波輪旋轉(zhuǎn)時(shí)，洗滌液在桶內(nèi)形成螺旋狀渦卷水流，從而帶動(dòng)衣物旋轉(zhuǎn)翻動(dòng)而達(dá)到洗滌目的。這種洗衣機(jī)的主要優(yōu)點(diǎn)是洗滌時(shí)間短，洗凈度較高，水位可調(diào)，品種多，適宜于洗滌棉、麻、纖和混紡等織物。缺點(diǎn)是易使衣物纏繞，影響洗凈的均勻性，磨損率也較高。新穎的大波輪、新水流洗衣機(jī)，其性能有明顯的改善。

2.滾筒式洗衣機(jī)：滾筒式洗衣機(jī)為套桶裝置，內(nèi)桶為圓柱形臥置的滾筒，筒內(nèi)有3～4條凸棱，當(dāng)滾筒繞軸心旋轉(zhuǎn)時(shí)，帶動(dòng)衣物翻滾，并循環(huán)反復(fù)地摔落在洗滌液中，從而達(dá)到洗滌的目的。滾筒式洗衣機(jī)，按投放衣物的位置不同，可分為上裝入式和側(cè)裝式。其優(yōu)點(diǎn)是洗滌動(dòng)作比較柔和，對(duì)衣物的磨損小，用水量和洗滌劑都比較省，適合洗滌毛料織物。但機(jī)器結(jié)構(gòu)復(fù)雜，洗凈度低，耗電量大，售價(jià)較高。

3.攪拌式洗衣機(jī)：攪拌式洗衣機(jī)在立式洗衣桶的中央置有一根垂直立軸，軸上裝有攪拌槳?？枯S的旋轉(zhuǎn)使衣物在洗滌液中不斷地被攪動(dòng)，達(dá)到洗滌的目的。這種洗衣機(jī)好似手工洗滌的揉搓，衣物受力均勻，衣物磨損小，洗滌容量大。缺點(diǎn)是洗滌時(shí)間長(zhǎng)，結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜，售價(jià)高。

4.噴流式洗衣機(jī)：噴流式洗衣機(jī)的洗滌容器為立桶，只是波輪裝在桶的側(cè)壁上。電動(dòng)機(jī)起動(dòng)后，側(cè)壁波輪產(chǎn)生強(qiáng)烈的水流將衣物在洗滌液中甩打、拋擲、揉搓、沖刷，使衣物洗凈。其特點(diǎn)是洗滌時(shí)間短，污垢容易洗掉，機(jī)器結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，故障較少。但由于水流激烈，衣物容易擰絞在一起，因而洗滌不均，對(duì)衣物損傷較重，洗滌時(shí)洗滌液容易飛濺。1.2研究的目的和意義以單片機(jī)為中心控制系統(tǒng)工作的全自動(dòng)洗衣機(jī)，存在著一些本身不能克服的缺點(diǎn)如單片機(jī)制作的主控板受制版工藝、布局結(jié)構(gòu)、器件質(zhì)量等因素的影響導(dǎo)致抗干擾能力差，故障率高，不易擴(kuò)展，對(duì)環(huán)境依賴性強(qiáng),開發(fā)周期長(zhǎng)。而且洗衣機(jī)控制系統(tǒng)中相對(duì)復(fù)雜的指令系統(tǒng)，編寫洗滌、脫水程序相對(duì)復(fù)雜；其次，在設(shè)計(jì)控制系統(tǒng)硬件時(shí)，需要多種電路保護(hù)裝置，如電流保護(hù)、電壓保護(hù)、過載保護(hù)及欠壓保護(hù)等等。將PLC引入全自動(dòng)洗衣機(jī)控制系統(tǒng)則可以有效的避免上述問題。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(chǎng)控制。PLC控制具有實(shí)時(shí)性、信號(hào)處理時(shí)間短、速度快、更能滿足各個(gè)領(lǐng)域大、中、小型工業(yè)控制項(xiàng)目，可靠性高，豐富的I/O卡件，質(zhì)優(yōu)價(jià)廉，性價(jià)比高，安裝簡(jiǎn)單，維修方便，PLC控制能在高粉塵、高噪聲、強(qiáng)電磁干擾和溫度變化劇烈的環(huán)境下正常工作。因?yàn)樗钦w模塊，集中了驅(qū)動(dòng)電路、檢測(cè)電路和保護(hù)電路以及通訊聯(lián)網(wǎng)功能，并且測(cè)試容易，維修方便，更可以提高控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)的靈活性及控制系統(tǒng)的可靠性。本設(shè)計(jì)以操作簡(jiǎn)單、使用可靠、維護(hù)修理方便作為主要設(shè)計(jì)方向。

2可編程序控制技術(shù)2.1PLC的定義可編程序控制器是一種數(shù)字運(yùn)算操作的電子系統(tǒng)，專為在工業(yè)環(huán)境下應(yīng)用而設(shè)計(jì)，它采用可編程序的儲(chǔ)存器，用來在其內(nèi)部存儲(chǔ)執(zhí)行邏輯運(yùn)算、順序控制、定時(shí)、計(jì)數(shù)和算術(shù)運(yùn)算等操作命令，并通過數(shù)字式、模擬式的輸入和輸出，各種類型的機(jī)械或生產(chǎn)過程的控制?？删幊炭刂破骷捌溆嘘P(guān)的外圍設(shè)備，都應(yīng)按易于工業(yè)控制系統(tǒng)聯(lián)成一個(gè)整體，擴(kuò)大其功能的原則進(jìn)行設(shè)計(jì)。2.2PLC的硬件結(jié)構(gòu)輸入模塊用戶輸入設(shè)備CPU輸入模塊用戶輸入設(shè)備CPU輸入模塊用戶輸出設(shè)備EPROM輸入模塊用戶輸出設(shè)備EPROMI/O接口外圍設(shè)備I/O接口外圍設(shè)備RAM通信接口計(jì)算機(jī)或其他PLC電源模塊通信接口計(jì)算機(jī)或其他PLC電源模塊1.中央控制處理單元(CPU)是可編程控制器的控制中樞，在系統(tǒng)監(jiān)控下工作，承擔(dān)著將外部輸入信號(hào)的狀態(tài)寫入輸入映像寄存器區(qū)域，然后將結(jié)果送到輸出映像寄存器區(qū)域。通用微處理器有8080、8086、80286、80386等；單片機(jī)有8031、8096等。2.可編程控制器的存儲(chǔ)器由只讀存儲(chǔ)器ROM和隨機(jī)存儲(chǔ)器RAM兩大部分構(gòu)成，只讀存儲(chǔ)器ROM用以存放系統(tǒng)程序；中間運(yùn)算數(shù)據(jù)和用戶程序存放在隨機(jī)存儲(chǔ)器RAM中，掉電時(shí)，中間運(yùn)算數(shù)據(jù)和用戶程序保存在只讀存儲(chǔ)器EEPROM或由高能電池支持的RAM中。3.輸入輸出接口作用：連接用戶輸入輸出設(shè)備和PLC控制器，將各輸入信號(hào)轉(zhuǎn)換成PLC標(biāo)準(zhǔn)電平供PLC處理，再將處理好的輸出信號(hào)轉(zhuǎn)換成用戶設(shè)備所要求的信號(hào)驅(qū)動(dòng)外部負(fù)載。4.開關(guān)量輸入接口電路，各種輸入接口均采取了抗干擾措施。如帶有光耦合器隔離使PLC與外部輸入信號(hào)進(jìn)行隔離；并設(shè)有RC濾波器，用以消除輸入觸點(diǎn)的抖動(dòng)和外部噪聲干擾。通常有三種類型：直流(12∽24)V輸入、交流(100∽120)V輸入與交流(200∽240)V輸入和交直流(12∽24)V輸入。直流輸入模塊的電源一般由機(jī)內(nèi)24v電源提供，輸入輸出端子的兩種接法：隔離式，輸出各自獨(dú)立，無公共點(diǎn)：各輸出端子各自形成獨(dú)立回路；匯點(diǎn)式，全部輸入點(diǎn)（輸出點(diǎn)）共用一個(gè)公共點(diǎn)。組內(nèi)的各點(diǎn)必須使用同一電壓類型和同一電壓等級(jí)，各組可使用不同電壓類型和等級(jí)的負(fù)載。5.電源：PLC的供電電源一般是市電，其內(nèi)部配有一個(gè)專用開關(guān)式穩(wěn)壓電源，將交流/直流供電電源轉(zhuǎn)化為PLC內(nèi)部電路需要的工作電源（5V直流）。當(dāng)輸入端子為非干結(jié)點(diǎn)（無源結(jié)點(diǎn)）結(jié)構(gòu)時(shí)，為外部輸入元件提供24V直流電源（僅供輸入端點(diǎn)使用）。6.外圍設(shè)備：編程器、打印機(jī)、演示板等。利用編程器可將用戶程序輸入PLC的存儲(chǔ)器，還可以用編程器檢查程序、修改程序；利用編程器還可以監(jiān)視PLC的工作狀態(tài)。7.用戶輸入輸出設(shè)備，用戶輸入器件有控制開關(guān)和檢測(cè)元件，即各種開關(guān)、按鈕、傳感器等；用戶輸出設(shè)備主要有接觸器、電磁閥、指示燈等。信號(hào)接通時(shí)輸入電流一般小于10mA；交流輸入模塊的電源一般由用戶提供。2.3PLC的基本工作原理2.3.1基本工作模式PLC的基本工作模式有運(yùn)行模式和停止模式。運(yùn)行模式：分為內(nèi)部處理、通信操作、輸入處理、程序執(zhí)行、輸出處理五個(gè)階段；停止模式當(dāng)處于停止工作模式時(shí)，PLC只進(jìn)行內(nèi)部處理和通信服務(wù)等內(nèi)容。2.3.2PLC工作過程PLC采用循環(huán)掃描的工作方式。這種工作方式是在系統(tǒng)程序的控制下順序掃描各輸入點(diǎn)的狀態(tài)，根據(jù)用戶程序進(jìn)行運(yùn)算處理，則該序列相應(yīng)的控制信號(hào)的輸出。順序掃描的工作方式簡(jiǎn)單直觀，它簡(jiǎn)化了程序的設(shè)計(jì)并提供了一個(gè)非常有用的，以確保PLC的可靠運(yùn)行。一方面后，掃描的指令被執(zhí)行，結(jié)果可以立即掃描被指導(dǎo)使用；另一方面，為了避免在CPU內(nèi)部故障使程序進(jìn)入一個(gè)由錯(cuò)誤的結(jié)果導(dǎo)致無限循環(huán)。從而避免由于內(nèi)部CPU進(jìn)入一個(gè)無限循環(huán)程序的故障和失效產(chǎn)生的影響。PLC的工作過程就是程序執(zhí)行過程。PLC投入運(yùn)行后，便進(jìn)入程序執(zhí)行過程。它分為三個(gè)階段進(jìn)行，即輸入采樣（或輸入處理）階段、程序執(zhí)行（或程序處理）階段和輸出刷新（或輸出處理）階段。1.輸入處理：PLC在執(zhí)行程序前，將PLC的整個(gè)輸入端子的ON／OFF狀態(tài)寫入到輸入數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器中。在執(zhí)行程序的過程中，即使輸入變化，輸入數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器的內(nèi)容也不變，而在下一個(gè)周期的輸入處理時(shí)，寫入這種變化。輸入濾波器會(huì)造成輸入響應(yīng)滯后(約10ms)，如采用數(shù)字濾波的輸入端子，可以通過程序修改濾波時(shí)間。

2.程序處理：PLC根據(jù)程序存儲(chǔ)器的指令內(nèi)容，從輸入數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器與其他軟器件的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器中讀出各軟器件的ON／OFF狀態(tài)，從零開始寫操作步驟的順序每次將結(jié)果寫入數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器。此外，輸出繼電器的內(nèi)部觸點(diǎn)可利用輸出數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器的內(nèi)容執(zhí)行。

3.輸出處理：所有命令執(zhí)行結(jié)束時(shí)，對(duì)在末端的ON/OFF狀態(tài)的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)和輸出數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器Y輸出，這成為PLC的實(shí)際輸出。PLC的外部輸出觸點(diǎn)的動(dòng)作按輸出用器件的響應(yīng)滯后時(shí)間動(dòng)作(10ms)。2.4PLC工作方式與特點(diǎn)PLC的工作包括集中采樣、集中輸出、周期性循環(huán)掃描，“串行”工作方式。1.掃描周期：PLC的工作方式是一個(gè)不斷循環(huán)的順序掃描工作方式。每一次掃描所用的時(shí)間稱為掃描周期或工作周期。PLC運(yùn)行正常時(shí)，掃描周期的長(zhǎng)短與CPU的運(yùn)算速度有關(guān)，與I/O點(diǎn)的情況有關(guān)，與用戶應(yīng)用程序的長(zhǎng)短及編程情況等均有關(guān)。通常用PLC執(zhí)行1K指令所需時(shí)間來說明其掃描速度(一般1~10ms/K)。2.輸出滯后：指從PLC的外部輸入信號(hào)發(fā)生變化至它所控制的外部輸出信號(hào)發(fā)生變化的時(shí)間間隔。一般為幾十—100ms。引起輸出滯后的因素：輸入模塊的濾波時(shí)間、輸出模塊的滯后時(shí)間、掃描方式引起的滯后。3.由于PLC是集中采樣，在程序處理階段即使輸入發(fā)生了變化，輸入映象寄存器中的內(nèi)容也不會(huì)變化，要到下一周期的輸入采樣階段才會(huì)改變。4.由于PLC是串行工作，所以PLC的運(yùn)行結(jié)果與梯形圖程序的順序有關(guān)。這與繼電器控制系統(tǒng)“并行”工作有質(zhì)的區(qū)別。避免了觸點(diǎn)的臨界競(jìng)爭(zhēng)，減少繁瑣的聯(lián)鎖電路。3全自動(dòng)洗衣機(jī)的控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方法3.1全自動(dòng)洗衣機(jī)的控制系統(tǒng)工作原理洗衣機(jī)一般由支承系統(tǒng)、洗滌系統(tǒng)、脫水系統(tǒng)、電器控制系統(tǒng)及進(jìn)排水系統(tǒng)組成。按部件來分又可以細(xì)分為由電機(jī)、定時(shí)器、進(jìn)水電磁閥、排水電磁閥、水位開關(guān)、離合器、蜂鳴器等組成。洗衣桶(外桶)和脫水桶(內(nèi)桶)是以同一中心安放的。外桶固定，作盛水用；內(nèi)桶可以旋轉(zhuǎn)，內(nèi)桶可以旋轉(zhuǎn)主要作為洗滌、脫水用，內(nèi)桶與外桶有小孔相連，實(shí)現(xiàn)水流相通。洗衣機(jī)的進(jìn)水和排水靠進(jìn)水電磁閥和排水電磁閥執(zhí)行。其中進(jìn)水閥和排水閥由PLC給定信號(hào)來決定其工作狀態(tài)；洗滌要求中的正轉(zhuǎn)和反轉(zhuǎn)主要是靠電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)波盤的正、反轉(zhuǎn)來實(shí)現(xiàn)，而電動(dòng)機(jī)的正、反轉(zhuǎn)狀態(tài)直接決定了洗衣機(jī)的洗滌狀態(tài)和脫水狀態(tài)，而電動(dòng)機(jī)的工作狀態(tài)也是由控制中心PLC給定信號(hào)來決定的。電機(jī)在快速轉(zhuǎn)換過程中，電勢(shì)能夠快速轉(zhuǎn)換，但電機(jī)內(nèi)部磁場(chǎng)和電勢(shì)不是同步換向的，因此在設(shè)計(jì)控制過程中要考慮電機(jī)有一個(gè)暫停過程，以便電機(jī)可靠地轉(zhuǎn)換電勢(shì)方向下。PLC在系統(tǒng)中是處于中心位置，如果沒有暫停的過程將直接影響洗衣機(jī)的洗滌和脫水程序在實(shí)現(xiàn)控制過程中，各種采樣信息都是通過控制中心進(jìn)行各種判斷、比較和選擇，再經(jīng)信息線路反饋給洗衣機(jī)各控制執(zhí)行機(jī)構(gòu)，決定洗衣機(jī)的工作狀態(tài)。圖2PLC對(duì)洗衣機(jī)的控制圖3.2控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)由于洗衣機(jī)型號(hào)的不同全自動(dòng)洗衣機(jī)的電氣控制系統(tǒng)而不盡相同，但控制的基本原理都不盡相同，而且主要的電氣控制系統(tǒng)程序控制器，電機(jī)，進(jìn)水電磁閥，排水閥也都相同。全自動(dòng)洗衣機(jī)可以實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化洗衣，整個(gè)洗衣過程都是在程序控制器的“指揮”下進(jìn)行的。如把離合器比作全自動(dòng)套桶洗衣機(jī)的心臟，則程序控制器就是全自動(dòng)洗衣機(jī)的“大腦”。如圖所示以程序控制器為核心的波輪式全自動(dòng)套桶洗衣機(jī)控制系統(tǒng)的基本原理方框圖。程序控制程序控制器水位開關(guān)進(jìn)水電磁閥水位開關(guān)進(jìn)水電磁閥離合器選擇開關(guān)離合器選擇開關(guān)關(guān)排水電磁閥閥排水閥水位開關(guān)關(guān)水位開關(guān)關(guān)安全開關(guān)安全開關(guān)電動(dòng)機(jī)脫水桶水位開關(guān)電動(dòng)機(jī)脫水桶水位開關(guān)3.2.1電動(dòng)機(jī)及傳動(dòng)系統(tǒng)一般全自動(dòng)洗衣機(jī)的電動(dòng)機(jī)及傳動(dòng)系統(tǒng)主要由電動(dòng)機(jī)和離合器組成，傳動(dòng)系統(tǒng)是工業(yè)洗衣機(jī)極其重要的組成部分,因主要為洗衣機(jī)提供動(dòng)力支持而參與全部洗滌過程。傳動(dòng)系統(tǒng)由電動(dòng)機(jī)和各種變速機(jī)構(gòu)組成,現(xiàn)在主要使用變頻器,故而顯著簡(jiǎn)化了其組成部件,一般是由變頻器、變頻電動(dòng)機(jī)、帶輪及傳動(dòng)帶等組成。且其整個(gè)洗滌階段,隨著變頻器的頻率自動(dòng)調(diào)節(jié)而實(shí)現(xiàn)無沖擊、無中間過渡(變速箱、變速裝置或聯(lián)軸器、離合器等)裝置的恒轉(zhuǎn)矩變速(無級(jí)調(diào)速),使洗滌過程的能耗得到明顯下降電動(dòng)機(jī)同時(shí)作為洗滌和脫水時(shí)的動(dòng)力源，普遍采用主，副繞組完全對(duì)稱的電容式電動(dòng)機(jī)。電動(dòng)機(jī)的功率跟全自動(dòng)套桶洗衣機(jī)的額定洗滌容量有關(guān)。3.2.2

進(jìn)水和排水系統(tǒng)全自動(dòng)洗衣機(jī)的進(jìn)排水系統(tǒng)都采用了電磁閥控制。為了對(duì)桶內(nèi)的水位進(jìn)行檢測(cè)和控制，洗衣機(jī)上都安裝有水位控制器（水位開關(guān)）。此外電磁閥分進(jìn)水和排水電磁閥，進(jìn)水電磁閥是洗衣機(jī)上的自動(dòng)進(jìn)水開關(guān)，它受水位開關(guān)動(dòng)斷觸點(diǎn)的控制。它由排水旋鈕、拉帶、彈簧、密封套和四通排水管組成。排水閥閥體內(nèi)部的結(jié)構(gòu)是橡膠密封套內(nèi)裝有一只壓縮彈簧。橡膠密封套依靠彈簧彈力的作用緊貼閥體底部，關(guān)閉閥門，于是洗滌桶內(nèi)就可蓄水洗滌。需排水時(shí)，由于拉帶下端與密封套底部連接，當(dāng)旋動(dòng)排水旋鈕時(shí)，向上提起拉帶，橡膠密封套克服彈簧的彈力向上收縮，閥門被打開，洗滌捅排水。排水結(jié)束，放下拉帶，橡膠密封套又在彈簧的彈力作用下關(guān)閉閥門3.2.3檢測(cè)電路系統(tǒng)檢測(cè)電路主要由各類傳感器組成。在洗衣過程中起決定作用的物理量有衣量、衣質(zhì)、水位、水溫和渾濁度等這些物理量都需要有適當(dāng)?shù)膫鞲衅鱽慝@取信息并轉(zhuǎn)換成PLC能接收的電信號(hào)。⑴水位傳感器是用來檢測(cè)洗衣機(jī)內(nèi)水位高低的，它的精確度直接影響洗凈程度、洗滌時(shí)間等參數(shù)。⑵渾濁度傳感器是用來判斷衣物的臟污程度，在洗衣桶的排水口處加一紅外光電傳感器，使紅外光通過水而進(jìn)入另一側(cè)的接收管。若水的透明度低，接收管獲得的光能小，說明衣物較臟。

洗滌前，排水管中為清水，清水透明度高所以光電接收管感光被導(dǎo)通，通過先前測(cè)試測(cè)得輸出電壓，此時(shí)光敏三極管輸出電壓為先前測(cè)定值。洗滌開始后，衣物上的污垢擴(kuò)散至洗滌液中，洗滌液逐漸變渾濁，透光率也會(huì)隨之降低。紅外線在溶液中的透光性就決定接收產(chǎn)生光電電流的大小，光電流經(jīng)放大和數(shù)據(jù)處理就可以判斷出水的渾濁程度。⑶衣質(zhì)傳感器又稱為布質(zhì)傳感器，它的功能是檢測(cè)衣物的質(zhì)地。為了測(cè)出布置，先加入一定的水并讓電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)，突然切斷電源，由于慣性的作用電機(jī)會(huì)維持短時(shí)間的旋轉(zhuǎn)。此時(shí)電機(jī)處于發(fā)電機(jī)狀態(tài)，會(huì)產(chǎn)生一定感應(yīng)電勢(shì)并逐漸衰減的零。由于衰減速率與布阻成一定的線性關(guān)系，通過對(duì)定子繞組兩端電勢(shì)進(jìn)行整流和檢測(cè)，經(jīng)光電隔離后形成脈沖信號(hào)。脈沖信號(hào)多則布抗小，通過模糊推理得出布質(zhì)地。⑷衣量傳感器衣量傳感器又稱衣物負(fù)載傳感器，衣質(zhì)傳感器和衣量傳感器是同一個(gè)裝置，只是檢測(cè)的方法不同。它的作用是用來檢測(cè)洗衣時(shí)衣物量多少的。當(dāng)洗滌桶注入有一定量的水，并把衣物放入桶中，然后用一分鐘左右的間歇性的動(dòng)力運(yùn)行模式驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)。由電機(jī)繞組上產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)，經(jīng)光電隔離及比較整型，產(chǎn)生脈沖信號(hào)。這種矩形脈沖數(shù)目與電機(jī)慣性轉(zhuǎn)過的角度成比例。若衣物多，則電機(jī)受到的阻力大，電機(jī)慣性轉(zhuǎn)過的角度就小，相應(yīng)地，傳感器產(chǎn)生的脈沖就少，這樣就間接地“測(cè)量出了衣物量的多少。⑸水溫傳感器，它的內(nèi)部結(jié)構(gòu)均為熱敏電阻，而且溫度越低阻值越高，溫度越高阻值越低。測(cè)定打開洗衣機(jī)開關(guān)時(shí)的溫度為環(huán)境溫度，注水結(jié)束時(shí)的溫度為水溫，將所測(cè)溫度信號(hào)輸給PLC，適當(dāng)?shù)南匆聹囟扔欣谔岣呦匆乱褐忻傅幕钚?，可以提高洗滌效果?.3全自動(dòng)洗衣機(jī)的控制系統(tǒng)功能在全自動(dòng)洗衣機(jī)控制系統(tǒng)中，PLC主要完成的控制功能如下：第一，控制洗衣機(jī)的進(jìn)水、排水、脫水動(dòng)作；第二，控制洗滌過程中循環(huán)的次數(shù)；第三，控制各動(dòng)作間的轉(zhuǎn)換；第四，控制完成時(shí)的蜂鳴提示。在整個(gè)過程中，PLC需要同時(shí)完成兩個(gè)檢測(cè)功能：一個(gè)是檢測(cè)進(jìn)水是否到了需要的水位即進(jìn)水是否完成。如果進(jìn)水完成，即開始進(jìn)行洗滌。第二個(gè)就是檢測(cè)排水是否完成。如果排水完成，即開始進(jìn)行脫水。3.4全自動(dòng)洗衣機(jī)的控制要求啟動(dòng)啟動(dòng)水位選擇達(dá)到預(yù)設(shè)水位是否洗滌3次蜂鳴器是否已正反洗滌3次暫停洗滌反轉(zhuǎn)洗滌正轉(zhuǎn)水位選擇達(dá)到預(yù)設(shè)水位是否洗滌3次蜂鳴器是否已正反洗滌3次暫停洗滌反轉(zhuǎn)洗滌正轉(zhuǎn)排水排水達(dá)到低水位達(dá)到低水位暫停脫水暫停脫水否否是否是否停止停止圖3全自動(dòng)洗衣機(jī)的控制流程圖全自動(dòng)洗衣機(jī)控制系統(tǒng)的要求是能夠?qū)崿F(xiàn)“正常運(yùn)行”和“強(qiáng)制停止”兩種控制方式。只需要在正常操作期間按下電源按鈕。然后按“啟動(dòng)／暫?！卑粹o，洗衣機(jī)自動(dòng)執(zhí)行所有的洗衣過程到結(jié)束為止。強(qiáng)制停止是指在正常運(yùn)行的過程中。不希望再運(yùn)行時(shí)．可以通過手動(dòng)某些按鈕或開關(guān)之類的控制設(shè)備來強(qiáng)制停止在運(yùn)行的程序。(1)全自動(dòng)洗衣機(jī)處于正常運(yùn)行狀態(tài)。系統(tǒng)在初始狀態(tài)，準(zhǔn)備好啟動(dòng)。選擇水位，按啟動(dòng)按鈕打開進(jìn)水閥，自來水經(jīng)進(jìn)水管進(jìn)入到外筒。到達(dá)預(yù)定水位時(shí)，停止進(jìn)水，并開始洗滌正轉(zhuǎn)當(dāng)按下啟動(dòng)按鈕，洗衣機(jī)即開始進(jìn)行正常的工作。定時(shí)2s，開始進(jìn)行洗滌。洗滌開始后，開啟計(jì)數(shù)器l和計(jì)數(shù)器2，先讓電動(dòng)機(jī)正轉(zhuǎn)，并同時(shí)開始定時(shí)10s，定時(shí)完成后，電動(dòng)機(jī)停止轉(zhuǎn)動(dòng)，同時(shí)定時(shí)2s。2s的定時(shí)完成后，電動(dòng)機(jī)開始反轉(zhuǎn)，并同時(shí)定時(shí)10s，定時(shí)器10s完成后，再定時(shí)2s。然后計(jì)數(shù)器l加l，如此重復(fù)正轉(zhuǎn)和反轉(zhuǎn)電動(dòng)機(jī)的循環(huán)，并對(duì)計(jì)數(shù)器進(jìn)行加l，直至計(jì)數(shù)器為15后，停止電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)，并開啟排水閥門，待水排空后，即排空傳感器輸入信號(hào)時(shí)，洗衣機(jī)開始脫水。這時(shí)定時(shí)器定時(shí)20s。之后，計(jì)數(shù)器2加1。重復(fù)上述洗滌過程，并每完成一次，計(jì)數(shù)器2加l。知道計(jì)數(shù)器2的數(shù)值為3，則停止洗滌。并開啟蜂鳴器和定時(shí)器，完成2s的蜂鳴。其流程如圖3所示。(2)全自動(dòng)洗衣機(jī)處于強(qiáng)制停止?fàn)顟B(tài)。全自動(dòng)洗衣機(jī)的“強(qiáng)制停止”具體控制要求如下：在操作過程中，如果按下“啟動(dòng)／暫停”鍵，當(dāng)前洗衣過程暫停，相應(yīng)的電動(dòng)機(jī)、進(jìn)、排水電磁閥和脫水設(shè)備全部關(guān)閉；等到繼續(xù)時(shí)，再次按下“啟動(dòng)/暫?！辨I在相應(yīng)的裝置處恢復(fù)程序，相應(yīng)的設(shè)備再次開啟；在操作過程中，若按下“電源”按鈕，洗衣過程停止，相應(yīng)的電動(dòng)機(jī)、進(jìn)、排水電磁閥和脫水設(shè)備全部關(guān)閉；完全“停止”后可通過手動(dòng)“電源”按鈕和“脫水”按鈕來排水和脫水。當(dāng)按“脫水”按鈕后洗衣機(jī)是自動(dòng)確定排水和不排水，未排完則自動(dòng)開啟排水電磁閥脫水。4硬件設(shè)計(jì)及I/O分配4.1硬件設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)連線圖根據(jù)以上對(duì)全自動(dòng)洗衣機(jī)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)所提出的要求，PLC控制的硬件設(shè)計(jì)接線如圖所示。4.2可編程控制器I/O口分配輸入輸出元件元件名稱PLC地址元件元件名稱PLC地址SB1電源按鈕X0YV1進(jìn)水電磁閥Y0SB2啟動(dòng)按鈕X1YV2排水電磁閥Y1SB3高水位選擇按鈕X2KM1洗滌電動(dòng)機(jī)正轉(zhuǎn)接觸器Y2SB4中水位選擇按鈕X3KM2洗滌電動(dòng)機(jī)反轉(zhuǎn)接觸器Y3SB5低水位選擇按鈕X4YC脫水電磁離合器Y4SB6排水按鈕X5HA報(bào)警蜂鳴器Y5SQ1高水位限位開關(guān)X6HL1電源指示燈Y6SQ2中水位限位開關(guān)X7HL2高水位指示燈Y7SQ3低水位限位開關(guān)X10HL3中水位指示燈Y8SQ4最低水位限位開關(guān)X11HL4低水位指示燈Y9PLC的I/O地址分配表4.3可編程控制器的指令程序表步序指令元件設(shè)定值步序指令元件設(shè)定值步序指令元件設(shè)定值0LDX033ANIM266ORT21ANIM034ANIM367ANIT32LDIX035OUTM468OUTT3K203ANDY036OUTY369LDT34ORB37LDM270OUTC05ANIT538ORM371LDX26OUTY039ORM472OUTC0K57LDX040ANIM573LDX28ANDY041ANIY674ORC09LDX042OUTY575ORY610ANDM043LDX676ANDY011ORB44ANDM277ANIT412OUTM045LDX778OUTY613LDY046ANDM379LDC014ANDX147ORB80RETC015OUTM148LDX1081LDIY516LDX349ANDM482ANDX1117ORM250ORB83OUTY718ANDM151OUTM584OUTY1019ANIM352LDM585LDY720ANIM453ANIT086OUTT4K30021OUTM254ANIY387LDT422OUTY155OUTY1088OUTC1K323LDX456LDY1089LDC124ORM357ORT090ORY425ANDM158ANIT391ANIT526ANIM259OUTT0K30092ANIM127ANIM460LDT093OUTY428OUTM361OUTT1K2094LDC129OUTY262LDT195RETC130LDX563ANIT296LDY431ORM464OUTY1197OUTT5K5032ANDM165LDY1198END全自動(dòng)洗衣機(jī)PLC控制的指令程序表4.4系統(tǒng)梯形圖被稱為PLC第一編程語言的就是梯形圖，這主要是因?yàn)樘菪螆D與電器控制系統(tǒng)的電路圖很相似，它們的優(yōu)點(diǎn)就是直觀易懂，同時(shí)它也是最常用的的圖形編程語言。特別是用于開關(guān)邏輯控制。梯形圖常被稱為電路或程序，因此梯形圖的設(shè)計(jì)稱為編程。PLC的梯形圖編程中的一些元件繼續(xù)使用了繼電器這個(gè)名稱，如輸入繼電器、輸出繼電器、內(nèi)部輔助繼電器等，但他們不是真正的物理繼電器，而是一些存儲(chǔ)單元（軟繼電器），每一軟繼電器與PLC存儲(chǔ)器中映像寄存器的一個(gè)存儲(chǔ)單元相對(duì)應(yīng)。該存儲(chǔ)單元如果為“1”狀態(tài)，則表示梯形圖中對(duì)應(yīng)軟繼電器的線圈“通電”，其常開觸點(diǎn)接通，常閉觸點(diǎn)斷開，稱這種狀態(tài)是該軟繼電器的“1”或“ON”狀態(tài)。如果該存儲(chǔ)單元為“0”狀態(tài)，對(duì)應(yīng)軟繼電器的線圈和觸點(diǎn)的狀態(tài)與上述的相反，稱該軟繼電器為“0”或“OFF”狀態(tài)。梯形圖繪制原則盡管梯形圖與繼電器電路圖在結(jié)構(gòu)形式、元件符號(hào)及邏輯控制功能等方面相類似，但它們又有許多不同之處，梯形圖具有自己的編程規(guī)則。1每一邏輯行總是起于左母線，然后是觸點(diǎn)的連接，最后終止于線圈或右母線（右母線可以不畫出）。注意：接觸必須是左母線和線圈，并且所述線圈和右邊的總線不能有任何的接觸。2梯形圖中的觸點(diǎn)可以任意串聯(lián)或并聯(lián)，但繼電器線圈只能并聯(lián)而不能串聯(lián)。3觸點(diǎn)可以反復(fù)使用，他的的使用次數(shù)不受限制。4正常情況下，在梯形圖中同一線圈只能出現(xiàn)一次。如果在程序中，同一線圈使用了兩次或多次，稱為“雙線圈輸出”。對(duì)于“雙線圈輸出”，有些PLC將其視為語法錯(cuò)誤，絕對(duì)不允許；有些PLC則將前面的輸出視為無效，只有最后一次輸出有效；而有些PLC，在含有跳轉(zhuǎn)指令或步進(jìn)指令的梯形圖中允許雙線圈輸出。5對(duì)于不可編程梯形圖必須經(jīng)過等效變換，變成可編程梯形圖。6有幾個(gè)串聯(lián)電路相并聯(lián)時(shí)，應(yīng)將串聯(lián)觸點(diǎn)多的回路放在上方；在有幾個(gè)并聯(lián)電路相串聯(lián)時(shí)，應(yīng)將并聯(lián)觸點(diǎn)多的回路放在左方這樣所編制的程序簡(jiǎn)潔明了，語句較少。結(jié)束語在本次畢業(yè)設(shè)計(jì)中，提出的全自動(dòng)洗衣機(jī)控制系統(tǒng)采用PLC為控制核心結(jié)構(gòu)，它具有較強(qiáng)的靈活性，提高了設(shè)備運(yùn)行的可靠性，縮短了產(chǎn)品開發(fā)周期，保證產(chǎn)品各項(xiàng)技術(shù)開發(fā)的同步性，提高了效率，達(dá)到了良好的經(jīng)濟(jì)效果。此外，PLC可以重復(fù)使用，降低了成本。它的靈活性，方便隨時(shí)測(cè)試輸入操作方便，調(diào)試和修改控制程序。PLC還具有串行接口，方便與計(jì)算機(jī)連接，組成測(cè)控系統(tǒng)維護(hù)和使用的系統(tǒng)帶來了極大的方便。大學(xué)四年的時(shí)間大多在學(xué)習(xí)理論基礎(chǔ)知識(shí)，實(shí)踐的并不是太多。經(jīng)過這次畢業(yè)設(shè)計(jì)，在這次畢業(yè)設(shè)計(jì)中，使我收益非淺，我系統(tǒng)地學(xué)習(xí)和總結(jié)了四年來所學(xué)的專業(yè)知識(shí)。尤其在于，這次設(shè)計(jì)涉及到的課程使我有了深刻的理解，例如PLC原理及應(yīng)