全自动洗衣机控制系统设计.docx

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全自动洗衣机控制系统设计

内容摘要

随着科学技术不断进步和社会飞速发展，洗衣机成为人民日常生活息息相关的家用电器产品。

洗衣机的全自动化、多功能化、智能化是其发展方向。

基于全自动洗衣机的应用日益广泛，本次设计利用来PLC控制全自动洗衣机，与传统的继电器逻辑控制系统相比较，洗衣机可靠性、节能性得到了提高。

PLC控制不需要大量的活动部件和电子元器件，它的接线也大大减少，与此同时系统维修简单、维修时间缩短。

本次设计基于PLC的全自动洗衣机控制，课题源于市场上洗衣机产品。

本设计以操作简单、使用可靠、维护修理方便作为主要设计方向。

关键词：

全自动；洗衣机；PLC

第1章PLC控制系统概述

1.1PLC控制系统设计的基本原则……………………………………………1

1.2系统的控制要求………………………………………………………4

第2章主电路设计

2.1全自动洗衣机的工作原理…………………………………………………5

2.2主电路设计……………………………………………………………5

第3章PLC选择及I/O连接图

3.1PLC选择………………………………………………………………6

3.2系统资源分配………………………………………………………………6

3.3I/0连接图…………………………………………………………………8

第4章流程图、梯形图

4.1洗衣机工作流程图…………………………………………………………9

4.2梯形图……………………………………………………………………10

4.3语句表……………………………………………………………………14

结论…………………………………………………………………16

设计总结……………………………………………………………………17

致谢……………………………………………………………………18

参考文献……………………………………………………………………19

第1章PLC控制系统概述

1.1PLC控制系统设计的基本原则

任何一种控制系统都是为了实现被控对象的工艺要求，以提高生产效率和产品质量。

因此，在设计PLC控制系统时，应遵循以下基本原则：

1.最大限度地满足被控对象的控制要求

充分发挥PLC的功能，最大限度地满足被控对象的控制要求，是设计PLC控制系统的首要前提，这也是设计中最重要的一条原则。

这就要求设计人员在设计前就要深入现场进行调查研究，收集控制现场的资料，收集相关先进的国内、国外资料。

同时要注意和现场的工程管理人员、工程技术人员、现场操作人员紧密配合，拟定控制方案，共同解决设计中的重点问题和疑难问题。

2.保证PLC控制系统安全可靠

保证PLC控制系统能够长期安全、可靠、稳定运行，是设计控制系统的重要原则。

这就要求设计者在系统设计、元器件选择、软件编程上要全面考虑，以确保控制系统安全可靠。

例如：

应该保证PLC程序不仅在正常条件下运行，而且在非正常情况下（如突然掉电再上电、按钮按错等），也能正常工作。

3.在满足控制要求的前提下，力求简单、经济、使用及维修方便

一个新的控制工程固然能提高产品的质量和数量，带来巨大的经济效益和社会效益，但新工程的投入、技术的培训、设备的维护也将导致运行资金的增加。

因此，在满足控制要求的前提下，一方面要注意不断地扩大工程的效益，另一方面也要注意不断地降低工程的成本。

这就要求设计者不仅应该使控制系统简单、经济，而且要使控制系统的使用和维护方便、成本低，不宜盲目追求自动化和高指标。

4．考虑到生产发展和工艺的改进，在选用PLC时，在I/O点数和内存容量上适当留有余地。

PLC的工作原理

　一.扫描技术

　　当PLC投入运行后，其工作过程一般分为三个阶段，即输入采样、用户程序执行和输出刷新三个阶段。

完成上述三个阶段称作一个扫描周期。

在整个运行期间，PLC的CPU以一定的扫描速度重复执行上述三个阶段。

（一）输入采样阶段在输入采样阶段，PLC以扫描方式依次地读入所有输入状态和数据，并将它们存入I/O映象区中的相应的单元内。

输入采样结束后，转入用户程序执行和输出刷新阶段。

在这两个阶段中，即使输入状态和数据发生变化，I/O映象区中的相应单元的状态和数据也不会改变。

因此，如果输入是脉冲信号，则该脉冲信号的宽度必须大于一个扫描周期，才能保证在任何情况下，该输入均能被读入。

（二）用户程序执行阶段

　　在用户程序执行阶段，PLC总是按由上而下的顺序依次地扫描用户程序（梯形图）。

在扫描每一条梯形图时，又总是先扫描梯形图左边的由各触点构成的控制线路，并按先左后右、先上后下的顺序对由触点构成的控制线路进行逻辑运算，然后根据逻辑运算的结果，刷新该逻辑线圈在系统RAM存储区中对应位的状态；或者刷新该输出线圈在I/O映象区中对应位的状态；或者确定是否要执行该梯形图所规定的特殊功能指令。

　　即，在用户程序执行过程中，只有输入点在I/O映象区内的状态和数据不会发生变化，而其他输出点和软设备在I/O映象区或系统RAM存储区内的状态和数据都有可能发生变化，而且排在上面的梯形图，其程序执行结果会对排在下面的凡是用到这些线圈或数据的梯形图起作用；相反，排在下面的梯形图，其被刷新的逻辑线圈的状态或数据只能到下一个扫描周期才能对排在其上面的程序起作用。

　　在程序执行的过程中如果使用立即I/O指令则可以直接存取I/O点。

即使用I/O指令的话，输入过程影像寄存器的值不会被更新，程序直接从I/O模块取值，输出过程影像寄存器会被立即更新，这跟立即输入有些区别。

　　（三）输出刷新阶段

　　当扫描用户程序结束后，PLC就进入输出刷新阶段。

在此期间，CPU按照I/O映象区内对应的状态和数据刷新所有的输出锁存电路，再经输出电路驱动相应的外设。

这时，才是PLC的真正输出。

PLC的基本结构

　　PLC实质是一种专用于工业控制的计算机，其硬件结构基本上与微型计算机相同，基本构成为：

　　a、电源

　　PLC的电源在整个系统中起着十分重要的作用。

如果没有一个良好的、可靠的电源系统是无法正常工作的，因此PLC的制造商对电源的设计和制造也十分重视。

一般交流电压波动在+10%（+15%）范围内，可以不采取其它措施而将PLC直接连接到交流电网上去

　　b.中央处理单元（CPU）

　　中央处理单元（CPU）是PLC的控制中枢。

它按照PLC系统程序赋予的功能接收并存储从编程器键入的用户程序和数据；检查电源、存储器、I/O以及警戒定时器的状态，并能诊断用户程序中的语法错误。

当PLC投入运行时，首先它以扫描的方式接收现场各输入装置的状态和数据，并分别存入I/O映象区，然后从用户程序存储器中逐条读取用户程序，经过命令解释后按指令的规定执行逻辑或算数运算的结果送入I/O映象区或数据寄存器内。

等所有的用户程序执行完毕之后，最后将I/O映象区的各输出状态或输出寄存器内的数据传送到相应的输出装置，如此循环运行，直到停止运行。

　　为了进一步提高PLC的可靠性，近年来对大型PLC还采用双CPU构成冗余系统，或采用三CPU的表决式系统。

这样，即使某个CPU出现故障，整个系统仍能正常运行。

c、存储器

　存放系统软件的存储器称为系统程序存储器。

　　存放应用软件的存储器称为用户程序存储器。

　d、输入输出接口电路

　1．现场输入接口电路由光耦合电路和微机的输入接口电路，作用是PLC与现场控制的接口界面的输入通道。

　2．现场输出接口电路由输出数据寄存器、选通电路和中断请求电路集成，作用PLC通过现场输出接口电路向现场的执行部件输出相应的控制信号。

　e、功能模块

　　如计数、定位等功能模块。

f、通信模块

PLC程序设计方法

　1、分析控制系统的控制要求

　熟悉被控对象的工艺要求，确定必须完成的动作及动作完成的顺序，归纳出顺序功能图。

　2、选择适当类型的PLC

　根据生产工艺要求，确定I/O点数和I/O点的类型（数字量、模拟量等），并列出I/O点清单。

进行内存容量的估计，适当留有余量。

根据经验，对于一般开关量控制系统，用户程序所需存储器的容量等于I/O总数乘以8；对于只有模拟量输入的控制系统，每路模拟量需要100个存储器字；对于既有模拟量输入又有模拟量输出的控制系统，每路模拟量需要200个存储器字。

确定机型时，还要结合市场情况，考察PLC生产厂家的产品及其售后服务、技术支持、网络通信等综合情况，选定性能价格比好一些的PLC机型。

　3、硬件设计

　根据所选用的PLC产品，了解其使用的性能。

按随机提供的资料结合实际需求，同时考虑软件编程的情况进行外电路的设计，绘制电气控制系统原理接线图。

4、软件设计

（1）软件设计的主要任务是根据控制系统要求将顺序功能图转换为梯形图，在程序设计的时候最好将使用的软元件（如内部继电器、定时器、计数器等）列表，标明用途，以便于程序设计、调试和系统运行维护、检修时查阅。

（2）模拟调试。

将设计好的程序下载到PLC主单元中。

由外接信号源加入测试信号，可用按钮或小开关模拟输入信号，用指示灯模拟负载，通过各种指示灯的亮暗情况了解程序运行的情况，观察输入/输出之间的变化关系及逻辑状态是否符合设计要求，并及时修改和调整程序，直到满足设计要求为止。

　5、现场调试

在模拟调试合格的前提下，将PLC与现场设备连接。

现场调试前要全面检查整个PLC控制系统，包括电源、接地线、设备连接线、I/O连线等。

在保证整个硬件连接正确无误的情况下才可送电。

将PLC的工作方式置为“RUN”。

反复调试，消除可能出现的问题。

当试运一定时间且系统运行正常后，可将程序固化在具有长久记忆功能的存储器中，做好备份。

1.2系统的控制要求

（1）洗衣机的进水、排水分别有进水电磁阀和排水电磁阀执行。

（2）洗涤正转、反转由洗涤电机驱动波盘正、反转来实现。

（3）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。

（4）洗涤完成由蜂鸣器报警。

（5）停止按钮用手动结束洗涤过程，操作面板上设有启动按钮SA及停止按钮SB。

第2章

主电路设计

2.1全自动洗衣机的工作原理

以日常生活中最常见的波轮式全自动洗衣机为例，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。

内桶可以旋转，作脱水（甩水）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，将水由外桶排出到机外。

洗涤正转、反转由洗涤电动机驱动波盘正、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，由洗涤电动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。

波轮式全自动洗衣机的实物示意图如图1.1所示。

2.2主电路设计

家用洗衣机电相为单相电机，常采用电容启动，单相电机改变转向的原理是：

副绕组的电流超前或者滞后于主绕组便可以正传或者反转。

根据这个原理你可以调换主绕组或者副绕组的接线端即可。

图2.1单相电机正反转接线图

图2.2单相电机正反内部线路示意图

第3章PLC选择及I/O连接图

3.1PLC选择

本系统涉及输入口6个，输出口6个，故选择S7-200系列CPU222型PLC

3.2系统资源分配

1.输入地址分配

全自动洗衣机控制系统的输入有启动、停止按钮，高水位、低水位转换开关以及高水位、低水位检测开关，共6个输入点。

具体的输入分配如表3-1所示。

表3-1输入分配表

控制信号

信号名称

元件名称

符号

地址编码

输入信号

启动信号

启动按钮

SA

I0.0

停止信号

停止按钮

SB

I0.1

高水位探测信号

高水位检测开关

B1

I0.2

低水位抬测信号

低水位检测开关

B2

I0.3

高水位选择信号

高水位开关

SA1

I0.4

低水位选择信号

低水位开关

SA2

I0.5

2.输出地址分配

全自动洗衣机控制系统的外部设备有主电机正/反转洗涤继电器、进水电磁阀、排水电机电磁阀、脱水离合器、蜂鸣器。

具体的输出分配如表3-2所示。

表3-2输出分配表

控制信号

信号名称

元件名称

符号

地址编码

输出信号

电动机正转信号

主电机正转继电器

KM1

Q0.0

电动机反转信号

主电机反转继电器

KM2

Q0.1

进水信号

进水电磁阀

YV1

Q0.2

排水信号

排水电磁阀

YV2

Q0.3

脱水信号

脱水离合器

KM3

Q0.4

蜂鸣报警信号

报警蜂鸣器

HA

Q0.5

3.3I/0连接图

第4章流程图、梯形图

4.1洗衣机工作流程图

图4.1洗衣机工作流程图

4.2梯形图

4.3语句表

结论

本设计具有性能可靠，外围电路简单等优点，设计思路清晰，程序简单明了。

但由于篇幅限制，很多细节没有进行相应描述。

鉴于水平有限，有不对之处，望多提出批评指导。

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，但是在设计过程中所学到的东西是这次毕业设计的最大收获和财富，使我终身受益。

经过两周的奋战我的设计终于完成了。

在没有做课程设计以前觉得课程设计只是对这门机电传动与控制的总结，但是通过这次做课程设计发现自己的看法有点太片面。

本次课程设计使我深有感触，只要付出就有回报，遇到问题多与老师同学交流，利用网络资源学习。

通过这次课程设计，我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，努力提高自己的知识和综合素质。

设计总结

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，但是在设计过程中所学到的东西是这次毕业设计的最大收获和财富，使我终身受益。

经过两周的奋战我的设计终于完成了。

在没有做课程设计以前觉得课程设计只是对这门机电传动与控制的总结，但是通过这次做课程设计发现自己的看法有点太片面。

课程设计不仅是对这门课所学知识的一种检验，而且也是对自己能力的一种提高。

通过这次课程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。

在这次课程设计中也使我们的同学关系更进一步了，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有更好的理解知识，所以在这里非常感谢帮助我的同学。

我的心得也就这么多了，总之，不管学会的还是学不会的的确觉得困难比较多，真是万事开头难，不知道如何入手。

最后终于做完了有种如释重负的感觉。

此外，还得出一个结论：

知识必须通过应用才能实现其价值！

有些东西以为学会了，但真正到用的时候才发现是两回事，所以我认为只有到真正会用的时候才是真的学会了。

总的来说，通过本次课程设计自己对PLC指令的用法有了更深的学习和体会，通过思考和总结会有新的发现和收获。

致谢

在这次课程设计的撰写过程中，我得到了许多人的帮助。

首先我要感谢学校给我们这个设计的机会，然后感谢老师在课程设计上给予我的指导、提供给我的支持和帮助，这是我能顺利完成这次报告的主要原因，帮我解决了许多技术上的难题，让我能把系统做得更加完善。

在此期间，我不仅学到了许多新的知识，而且也开阔了视野，提高了自己的设计能力。

其次，我要感谢帮助过我的同学，他们也为我解决了不少我不太明白的设计上的难题。

同时也感谢学院为我提供良好的做毕业设计的环境。

最后再一次感谢所有在设计中曾经帮助过我的良师益友和同学。

参考文献

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中国水利水电出版社，1999.

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清华大学出版社.

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