基于PLC控制系统的洗衣机设计.docx
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基于PLC控制系统的洗衣机设计
论文题目：
基于PLC控制系统的洗衣机设计
教学点：
指导老师：
职称：
学生姓名：
学号:
专业：
机械制造与自动化
年月日
题目：
基于PLC控制系统的洗衣机设计
任务与要求：
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。
通过本系统的
设计，对XQB40—F系列PLC的特点有了深入的理解。
时间：
年月日至年月日共周
毕业设计（论文）进度计划表
日期
工作内容
执行情况
指导教师
签字
4月15日
至
4月20日
准备
良好
***
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教师对进度计划实施情况总评
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签名
年月日
本表作评定学生平时成绩的依据之一。
摘要
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。
通过本系统的设计，对XQB40—F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XQB40—F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，并实现了多台控制。
由于每遍的洗涤，排水，脱水的时间由PLC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，数量及脏污的程度来编程。
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，充分表现现代家电用品的个性。
关键词：
全自动洗衣机、PLC控制
Abstract
CX-Programmer AbstractAccording to the work principle of the full-automatic washer, make use of the programmable logical controller PLC realization control, explain the principle method of the PLC control, the special features of the characteristics and the control washer.According to the design of this system, had the thorough comprehension to the characteristics of theXQB40-F series PLC in Europe.The full-automatic washer control system made use of the characteristics of the XQB40-F series PLC in Europe, to the button, the electromagnetism valve, switch etc. a little bit other importation/ output to order to carry on the control, carry out the washer to do laundry the automation of the process, and carried out many pedestals control.Because each of rinse, drain, time that dehydrate from PLC inside count the machine control, so as long as the change count the machine parameter and can change time.Can settle down procedure time that the top set, theconduct and actions fixs the procedure usage, also can according to the quality of the clothes, the degree of the quantity and dirt to weave the distance.As long as make the change slightly, can design such as the cowboy clothes that want to wash much to jilt much, the wool clothes and in general use standards that wash lightly to jilt lightlies wash away dirt the procedure, expressing the character of the modern electrical appliance well.
Key words:
full-automatic washer PLC control; CX-Programmer
第一章 PLC洗衣机控制系统设计
第一节PLC控制系统设计的基本原则
（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。
由于技术的不断发展，控制系统的要求也将会不断地提高，设计时要适当考虑到今后控制系统发展和完善的需要。
这就要求在选择PLC、输入/输出模块、I/O点数和内存容量时，要适当留有裕量，以满足今后生产的发展和工艺的改进。
（5）软件设计主要是指编写程序，要求程序结构清楚，可读性强，程序简短，占用内存少，扫描周期短。
第二节PLC洗衣机的基本结构
（1）一般讲，PLC分为箱体式和模块式两种。
（2）但它们的组成式相同的，对箱体式PLC，有一块CPU板、I/O板、显示面板。
内存块、电源等，当然按CPU性能可分成若干型号，并按I/O点数又有若干规格。
对模块式PLC，有CPU模块、I/O模块、内存、电源模块、底板或机架。
无论哪种结构类型的PLC，都属于总线式开放型结构，其I/O能力可按用户需要进行扩展与组合。
（3）全自动洗衣机的由内外桶、进水口、启动和停止按钮、控制器、进水按钮、水位开关、排水口和洗条电机组成。
洗衣桶（外桶）和脱水桶（内桶）是以同一中心安放的，作脱水（甩干）用。
内桶的四周有很多小孔，使内、外桶的水流相通。
PLC洗衣机的结构图
第三节开关量I／O模块的选择
（1）开关量输入模块的选择
开关量输入模块是用来接收现场输入设备的开关信号，将信号转换为PLC内部接受的低电压信号，并实现PLC内、外信号的电气隔离。
选择时主要应考虑以下几个方面：
（2）输入信号的类型及电压等级
开关量输入模块有直流输入、交流输入和交流／直流输入三种类型。
选择时主要根据现场输入信号和周围环境因素等。
直流输入模块的延迟时间较短，还可以直接与接近开关、光电开关等电子输入设备连接；交流输入模块可靠性好，适合于有油雾、粉尘的恶劣环境下使用。
开关量输入模块的输入信号的电压等级有：
直流5Ｖ、12Ｖ、24Ｖ、48Ｖ、60Ｖ等；交流110Ｖ、220Ｖ等。
选择时主要根据现场输入设备与输入模块之间的距离来考虑。
一般5Ｖ、12Ｖ、24Ｖ用于传输距离较近场合，如5Ｖ输入模块最远不得超过１０米。
距离较远的应选用输入电压等级较高的模块。
可以看出，输入接口中都有滤波电路及耦合隔离电路。
录播有抗干扰的作用，耦合有抗干扰及产生标准信号的作用。
中输入口的电源部分都画在了输入口外，这是分体式输如口的画法，在一般单元式可编程控制器中输入口都使用可编程本机的直流电源供电，不再需要外接电源。
（3）注意同时接通的输入点数量
对于选用高密度的输入模块（如32点、48点等），应考虑该模块同时接通的点数一般不要超过输入点数的60％。
（4）输入门槛电平
为了提高系统的可靠性，必须考虑输入门槛电平的大小。
门槛电平越高，抗干扰能力越强，传输距离也越远，具体可参阅PLC说明书。
（5）输出方式
开关量输出模块有继电器输出、晶闸管输出和晶体管输出三种方式。
继电器输出的价格便宜，既可以用于驱动交流负载，又可用于直流负载，而且适用的电压大小范围较宽、导通压降小，同时承受瞬时过电压和过电流的能力较强，但其属于有触点元件，动作速度较慢（驱动感性负载时，触点动作频率不得超过1HZ）、寿命较短、可靠性较差，只能适用于不频繁通断的场合。
对于频繁通断的负载，应该选用晶闸管输出或晶体管输出，它们属于无触点元件。
但晶闸管输出只能用于交流负载，而晶体管输出只能用于直流负载。
（6）各类输出接口中也都具有隔离耦合电路。
这里特别要指出的是，输出接口本身都不带电源，而且在考虑外驱动电源时，还需要考虑输出器件的类型。
继电器式输出接口可用于交流及直流两种电源，但接通断开的频率低，晶体管式的输出接口有较高的接通断开频率，但只适用于直流驱动的场合，可控硅型的输出接口仅使用于交流驱动场合。
（7）驱动能力
开关量输出模块的输出电流（驱动能力）必须大于PLC外接输出设备的额定电流。
用户应根据实际输出设备的电流大小来选择输出模块的输出电流。
如果实际输出设备的电流较大，输出模块无法直接驱动，可增加中间放大环节。
（8）注意同时接通的输出点数量
选择开关量输出模块时，还应考虑能同时接通的输出点数量。
同时接通输出设备的累计电流值必须小于公共端所允许通过的电流值，如一个220V／2A的８点输出模块，每个输出点可承受2A的电流，但输出公共端允许通过的电流并不是16A（8×2A），通常要比此值小得多。
一般来讲，同时接通的点数不要超出同一公共端输出点数的60％。
（9）输出的最大电流与负载类型、环境温度等因素有关
开关量输出模块的技术指标，它与不同的负载类型密切相关，特别是输出的最大电流。
另外，晶闸管的最大输
（10）出电流随环境温度升高会降低，在实际使用中也应注意。
模拟量I／O模块的选择
模拟量I／O模块的主要功能是数据转换，并与PLC内部总线相连，同时为了安全也有电气隔离功能。
模拟量输入（A／D）模块是将现场由传感器检测而产生的连续的模拟量信号转换成PLC内部可接受的数字量，模拟量输出（D／A）模块是将PLC内部的数字量转换为模拟量信号输出。
典型模拟量I／O模块的量程为-10V～+10V、0～+10V、4～20mA等，可根据实际需要选用，同时还应考虑其分辨率和转换精度等因素。
（11）特殊功能模块的选择
为了适应复杂的控制工作的需要，可编程控制器还有一些智能控制单元。
如PID工作单元、高速计数器工作单元、温度控制单元等。
这类单元大多是独立的工作单元，它们和普通输入输出接口的区别在于一般带有单独的CPU，有专门的处理功能。
在具体的工作中，每个扫描周期智能单元和主机的CPU交换一次信息，共同完成控制任务。
从近期的发展来看，不少新型的可编程控制器本身也带有PID功能及高速计数器接口，但它们的功能一般比专用单元的功能弱。
第二章全自动洗衣机PLC控制
第一节 控制要求
（1）按下启动按扭及水位选择开关。
（2）注水直到高（中、低）水位，停止进水3、开始洗涤4、洗涤时，正转15秒，暂停3秒，然后反转15秒，暂停3秒5、如此循环30次，总共1080秒后开始排水，排空后脱水10秒6、开始清洗，重复
（2）～（5），清洗三遍。
（3）清洗完成，报警10秒并自动停机8、若按下停车按扭，可手动排水（不脱水）和手动脱水（不计数）。
（4）I/O设备及I/O点编号的分配
表1I/O点分配表
T450——高水位暂停计时
T451——正洗计时
T452——正洗暂停计时
T453——反洗计时
T454——反洗暂停计时
T455——脱水计时
T456——报警计时
C460——正反洗循环计数
C461——大循环计数
运行中按停止按钮时，X001常闭断开，则M100、Y030、Y030、Y034、Y035断开，停止进水、排水、脱水及报警。
按排水按钮时，X002常开闭合，Y033接通并自锁，进行手动排水。
PLC程序助记符语言
步序指令 ：
0 LD X000
1 OR M100
2ANI X001
3 ANI C461
4 OUT M100
5 LD M100
6 ANI X003
7 ANI Y033
8 ANI T450
9 OUT Y030
10 LD X003
11 OUT T450
12 K3
13 LD T450
14 ANI T451
15 ANI Y033
16 OUT Y031
17 LD Y031
18 OR T451
19 ANI T454
20 OUT T451
21 K15
22 LD T451
23 OUT T452
24 K3
25 LD T452
26 ANI T453
27 OUT Y032
28 LD Y032
29 OR T453
30 ANI T454
31 OUT T453
32 K15
33 L
D T453
34 OUT T454
35 K3
36 LD C460
37 RST C460
38 LD T454
39 OUT C460
40 K30
41 LD X002
42 OR C460
43 OR Y033
44 ANI X001
45 ANI T455
46 OUT Y433
47 LDI X004
48 AND Y033
49 OUT Y031
50 OUT Y034
51 LD Y034
52 OUT T455
53 K15
54 LD C461
55 RST C461
56 LD T455 57 OUT C461
58 K3
59 LD C461
60 OR Y435
61 ANI T456
62 ANI X001
63 OUT Y035
64 LD Y035
65 OUT T456
66 K10
67 END
第二节程序运行说明
用基本逻辑指令编程其程序运行过程如下：
按下起动按钮，X000常开接通，M100接通后并自锁，Y030接通,进水。
到高水位时，X003常开接通，常闭断开，Y030断开，进水停止；X003常开闭合，T450开始计时。
T450计时到，T450常闭断开，T450常开闭合，Y031接通，正洗，T451开始计时，T451计时到，T451常闭断开，Y031断开，正洗暂停：
T451常开闭合，使T451自锁，T452开始记时。
T452计时到，T451常开闭合，Y032接通，反洗，T453开始计时，T453计时到，T453常闭断开，Y032断开，反洗暂停；T453常开闭合，使T453自锁，T454开始计时。
T454计时到，T454常开闭合，C460计数一次：
T454常闭断开，使T451、T452、T453、T454复位，Y030又接通，重复进行以上从正洗开始的全部动作，直到C460计数满5次，C460常开接通，Y033接通并自锁，排水，C460复位，准备好下次循环时再计数。
排水到低水位时，X004断开，X004常闭闭合，Y031，Y034接通，脱水，T455开始计时。
T455计时到，T455常闭断开，Y033、Y031、Y034断开，停止排水和脱水；T455常开接通，C461计数一次。
Y033常闭闭合，Y030又接通，重复进行从进水开始的全部动作，直到C461计数满2次时，C461常闭断开，M100断开，停止洗涤；C461常开接通，Y035接通并自锁，报警。
C461常开接通又使C461复位，C461常闭闭合，准备好下次起动。
Y035常开接通，T456开始计时。
T456计时到，T456常闭断开，停止报警。
运行中按停止按钮时，X001常闭断开，则M100、Y030、Y033、Y034、Y035断开，停止进水、排水、脱水及报警，X002常开闭合，硬件结构接线图；
图2-1梯形图
第三章PLC洗衣机工作原理
（1）波轮式洗衣机
洗衣特点：
微电脑控制洗衣及甩干功能、省时省力。
缺点：
耗电、耗水、衣物易缠绕、清洁性不佳，
适合洗涤衣物：
除需要特别洗涤之外的所有衣物。
轮式洗衣机流行于日本、中国、东南亚等地。
（2）滚筒式洗衣机
洗衣特点：
微电脑控制所有功能衣物无缠绕。
最不会损耗衣物的方式
缺点：
耗时，时间是普通的几倍,而且一旦关上门，洗衣过程中无法打开,洁净力不强。
适合洗涤衣物：
羊毛、羊绒以及丝绸、纯毛类织物。
流行于欧洲、南美等主要穿毛、绵为主的地区,几乎100％的家庭使用的都是滚筒洗衣机。
（3）搅拌式洗衣机
洗衣特点:
衣物洁净力最强,省洗衣粉
缺点:
喜欢缠绕相比前两种方式损坏性加大,噪音最大
适合洗涤衣物：
除需要特别洗涤之外的所有衣物。
北美普遍用洗衣机发展趋势现在的洗衣机真的是多种多样，在上海这样的大城市，双缸洗衣机购买的人已经是越来越少了，滚筒洗衣机和波轮洗衣机将成为市场的主流，使用洗衣机就是图个方便省力，现在的全自动洗衣机都符合人们的要求。
（4）全自动洗衣机水位开关及新技术
夜位开关种类很多，考虑到各种因素，洗衣机中一般采用压力式水位开关，它装在洗涤缸的上部，它有一根下端开口的气管通到缸底，进水时管里的空气被封闭在里面出不来，就形成比外界稍高的压力。
水位越高压力越高，这样根据压力就可间接测知水位。
而压力的测量仍然用弹性元件，靠元件的变形带动触点完成通断动作。
这种测液位的方法叫做“静压法”，在工业中用的不少。
全自动洗衣机控制系统利用了欧姆龙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
（5）洗衣机洗净衣物的原理
洗衣机的洗涤过程主要是在机械产生的排渗、冲刷等机械作用和洗涤剂的润湿、分散作用下，将污垢拉入水中来实现洗净的目的。
首先充满于波轮叶片间的洗涤液，在离心力的作用下被高速甩向桶壁，并沿桶壁上升。
在波轮中心处，因甩出液体而形成低压区，又使得洗涤液流回波轮附近。
这样，在波轮附近形成了以波轮轴线为中心的涡流。
衣物，在涡流的作用下，作螺旋式回转，吸入中心后又被甩向桶壁，与桶壁发生摩擦。
又由于波轮中心是低压区，衣物易被吸在波轮附近，不断地与波轮发生摩擦，如同人工揉搓衣物，运动缓慢，在水流与衣物之间存在着速度差，使得两者发生相对运动，水流与衣物便发生相对摩擦，这种水流冲刷力同样有助于污垢离开衣物。
再次由于洗衣桶形状的不规则，当旋转着的水流碰到桶壁后，其速度和方向都发生了改变，形成湍流。
在湍流的作用下，衣物做无规则地运动并翻滚，其纤维不断被弯曲、绞纽扣拉长，衣物相互相摩擦，增大了洗涤的有效面积，提高衣物的洗净的均匀性。
结束语
毕业的时间一天一天的临近，毕业设计也接近了尾声。
在不断的努力下我的毕业设计终于完成了。
在没有做毕业设计以前觉得毕业设计只是对这几年来所学知识的大概总结，但是真的面对毕业设计时发现自己的想法基本是错误的。
毕业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。
通过这次毕业设计使我明白了自己原来知识太理论化了，面对单独的课题的是感觉很茫然。
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。
通过这次毕业设计，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。
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。
在此要感谢我们的指导老师张老师对我悉心的指导，感谢老师们给我的帮助。
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。
谢辞
我通过关于PLC原理的学习对全自动洗衣机进行设计。
在这次全自动洗衣机的设计的作业即洗衣机的设计与实践中我遇到了一系列的问题。
但蒋老师在我完成这次作业中给予了我很大的帮助，如我在做全自动洗衣机设计时不知道该怎么进行时，老师给我讲解了其设计的精髓和应该注意的问题，帮助我很好的完成了这次设计和实践。
在此我深深的感谢蒋老师你对我的帮助和指导。
让我在社会实践的道路上有了新的认识和体会，更加深刻的理解和明白了光控音乐门铃的设计的精髓。
最后我对***说一句：
老师你辛苦了！
参考文献
1.王振民 .《PLC原理及应用[M].大庆石油学院》.
2.史增芳.《可编程控制器
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