关于全自动洗衣机控制系统设计.docx

关于全自动洗衣机控制系统设计.docx

《关于全自动洗衣机控制系统设计.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《关于全自动洗衣机控制系统设计.docx（25页珍藏版）》请在冰点文库上搜索。

关于全自动洗衣机控制系统设计

（此文档为word格式，下载后您可任意编辑修改！

）

全自动洗衣机控制系统设计

目录

摘要5

第一章绪论6

一、选题的背景意义6

二、洗衣机的发展历史6

三、自动控制的应用领域8

四、本次毕设主要研究的内容8

第二章系统的总体设计9

一、洗衣机控制系统简介9

二、控制系统的组成9

第三章硬件的理论与设计11

一、硬件设计11

二、可编程序控制器12

（一）可编程控制器的基本概念与基本结构12

（二）可编程控制器的基本特点13

（三）欧姆龙C系列PLC13

（四）PLC接线图，如图3.215

（五）开关量I/O模块的选择15

（六）可编程序控制器I/O分配表，如表3.118

三、继电器18

（一）继电器简介18

（二）继电器组的应用及实现的功能18

（三）数码管显示时候计时的设计19

第四章程序设计21

一、梯形图程序设计21

（一）程序流程图，如图4.121

（二）梯形图，如图4.222

致谢24

参考文献25

附录Ⅰ参数表26

附录Ⅱ参数表29

摘要

本文介绍了采用可编程控制器（PLC）作为核心控制部件的全自动洗衣机控制系统。

文章介绍了洗衣机的结构，对全自动洗衣机的控制系统进行了分析，在此基础上提出了基于PLC的全自动洗衣机控制方案，并对方案进行了论证，根据洗衣机的工作原理，设计了流程及程序，对按钮，继电器，开关，变频器等其它一些输入/输出点进行控制，实现了洗衣机洗衣过程的自动化。

由于洗涤，排水，脱水的时间均由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。

具有智能化程度高、安全可靠、方便、灵活等特点。

关键词：

PLC；全自动洗衣机；变频器；继电器

Abstract

ThisarticleusedprogrammablecontrollerPLCtorealizethewashercompletelyautomaticcontrol,explainedthePLCcontrolprinciplemethod,thecharacteristicandcontrolledthewasherthecharacteristic.Thearticleduringintroductionwasherstructure,carriesontheanalysistothecompletelyautomaticwashercontrolsystem,proposedinthisfoundationbasedonthePLCcompletelyautomaticwashercontrolplan,andhascarriedontheprooftotheplan,hascarriedonthedesignaccordingtothewasherprincipleofworktotheprocedureandtheflow,hastheintellectualismdegreehigh,safereliableandsoonthecharacteristics.Tothebutton,therelay,theswitch,thefrequencychangesandsoonothersomeI/Ospotcarriesonthecontrol,realizedthewashertowashclothestheprocessautomation.Becausespreadseverytimelaxation,drainingwater,dehydratedtimebyPLCincountercontrol,solongasthereforethechangecounterparametermaychangethetime.

Keyword:

ProgrammableLogicController;Theautomaticprocess;converter;controlrelay

第一章绪论

本章阐述了毕业论文选题的背景意义、洗衣机的发展历史以及自动化控制在工业生产和生活中所体现的应用价值，包括目前的应用范围及发展的前景。

一、选题的背景意义

洗衣机是人们日常生活中常见的一种家电，已经成为人们生活中不可缺少的家用电器。

在工业生产中的应用也十分广泛，本课题在于自动控制洗衣机的研究，自动控制用洗衣机适用于洗涤棉、毛、化纤、丝绸等衣物织品。

水磨洗涤机可用于服装厂水洗牛仔服及丝绸等衣物。

自动控制用洗衣机适用于宾馆、饭店、医院、学校、工厂等领域，满足大容量的洗衣要求。

但是传统的基于半手动的控制，已经不能满足人们对洗衣机的自动化程度的要求了。

洗衣机需要更好地满足人们的需求，必须借助于自动化技术的发展。

而随着PLC技术的发展，用PLC作为控制器，就能很好地满足全自动洗衣机对自动化的要求，并且控制方式灵活多样，控制模式可以根据不同场合的应用而有所不同。

自动化技术的飞速发展使得洗衣机由初始的半自动式洗衣机发展到现在的全自动洗衣机，又正在向智能化洗衣机方向发展。

工业洗衣机主要特点：

工业洗衣机采用卧室滚筒型,工业洗衣机的内外筒均采用优质不锈钢板精制而成,平整光亮,耐腐蚀,对织物的磨损小且无损伤,机器使用寿命长；　　

工业洗衣机内筒门盖均装有不锈钢安全锁紧机构,外筒门盖上设有电器互锁装置,运转安全可靠；　　

工业洗衣机采用三角胶带传动,振动小、运转平稳、经久耐用。

工业洗衣机专业用于服装厂，水洗厂，宾馆，酒店，医院，工矿企业等。

二、洗衣机的发展历史

从古到今，洗衣服都是一项难于逃避的家务劳动，而在洗衣机出现以前，对于许多人而言，它并不像田园诗描绘的那样充满乐趣，手搓、棒击、冲刷、甩打……这些不断重复的简单的体力劳动，留给人的感受常常是：

辛苦劳累。

1874年，“手洗时代”受到了前所未有的挑战——有人发明了木制手摇洗衣机。

发明者是美国人比尔·布莱克斯。

布莱克斯的洗衣机构造极为简单，是在木筒里装上6块叶片，用手柄和齿轮传动，使衣服在筒内翻转，从而达到“净衣”的目的。

这套装置的问世，让那些为提高生活效率而冥思苦想的人士大受启发，洗衣机的改进过程开始大大加快。

1880年，美国又出现了蒸汽洗衣机，蒸汽动力开始取代人力。

之后，水力洗衣机、内燃机洗衣机也相继出现。

到1911年，美国试制成功世界上第一台电动洗衣机。

电动洗衣机的问世，标志着人类家务劳动自动化的开端。

电动洗衣机几经完善，在1922年迎来一种崭新的洗衣方式“搅拌式”。

搅拌式洗衣机由美国玛依塔格公司研制成功。

这种洗衣机是在筒中心装上一个立轴，在立轴下端装有搅拌翼，电动机带动立轴，进行周期性的正反摆动，使衣物和水流不断翻滚，相互摩擦，以此涤荡污垢。

搅拌式洗衣机结构科学合理，受到人们的普遍欢迎。

不过10年之后，美国本德克斯航空公司宣布，他们研制成功第一台前装式滚筒洗衣机，洗涤、漂洗、脱水在同一个滚筒内完成。

这意味着电动洗衣机的型式跃上一个新台阶，朝自动化又前进了一大步！

直至今日，滚筒式洗衣机在欧美国家仍得到广泛应用。

随着工业化的加速，世界各国也加快了洗衣机研制的步伐。

首先由英国研制并推出了一种喷流式洗衣机，它是靠筒体一侧的运转波轮产生的强烈涡流，使衣物和洗涤液一起在筒内不断翻滚，洗净衣物。

1955年，在引进英国喷流式洗衣机的基础之上，日本研制出独具风格、并流行至今的波轮式洗衣机。

至此，波轮式、滚筒式、搅拌式在洗衣机生产领域三分天下的局面初步形成。

20世纪60年代以后，洗衣机在一些发达国家的消费市场开始形成系列，家庭普及率迅速上升。

此间洗衣机在日本的发展备受瞩目。

60年代的日本出现了带干桶的双桶洗衣机，人们称之为“半自动型洗衣机”。

70年代，生产出波轮式套桶全自动洗衣机。

70年代后期，微电脑控制的全自动洗衣机横空出世，让人耳目一新。

到80年代，“模糊控制”的应用使得洗衣机操作更简便，功能更完备，洗衣程序更随人意，外观造型更为时尚……进入90年代，由于电机调速技术的提高，洗衣机实现了宽范围的转速变换与调节，诞生了许多新水流洗衣机。

此后，随着电机驱动技术的发展与提高，日本生产出了电机直接驱动式洗衣机，省去了齿轮传动和变速机构，引发了洗衣机驱动方式的巨大革命。

三、自动控制的应用领域

现代社会要求制造业对市场需求做出迅速的反应，生产出小批量、多品种、多规格、低成本和高质量的产品，为了满足这一要求，生产设备和自动生产线的控制系统必须具有极高的可靠性和灵活性，可编程控制器简称PLC（ProgrammableLogicController）正是顺应这一要求出现的，它是以微处理器为基础的通用工业控制装置。

PLC的应用面广、功能强大、使用方便，是当代工业自动化的主要设备之一。

PLC已经广泛地应用在各种机械设备和生产过程的自动控制系统中，当然PLC 在其他领域也得到了迅速的发展。

在发达的工业国家，PLC已经广泛的应用在所有的工业部门，随着其性能价格比的不断提高，应用范围不断扩大，在我国有越来越多的行业领域开始应用到PLC。

PLC的应用领域主要有数字量逻辑控制、运动控制、闭环过程控制、数据处理、通信联网等几个方面。

四、本次毕设主要研究的内容

本次毕业设计是利用欧姆龙C系列P型机PLC对洗衣机进行全自动控制，掌握STEP7-Micro/KINGVIEW组态王的组态理论和组态方法，制作整个洗衣过程监控界面，对电动机及其他设备进行实时监控。

在实现以上全部功能的前提下，再对监控界面的控制功能作进一步研究，监控界面的控制功能就是不在现场的情况下，对现场的设备进行控制。

第二章系统的总体设计

本段落将介绍所设计的全自动洗衣机整体结构，给出控制系统和执行机构的框图，并附文字说。

介绍流程、工作方式及工作特点。

一、洗衣机控制系统简介

本次设计的全自动洗衣机是以工业使用为目的，在一些工业环境下，洗衣机的工作强度要比家用洗衣机大得多。

要想在相对恶劣的条件下长时间连续工作，就需要洗衣机的控制系统更加稳定耐用，从而达到更好的经济收益。

但是，对于控制系统来说，能达到如此的地步，就需要相当的技术标准。

这样来说，成本就将大幅度提高。

作为工业用途的洗衣机，其过高的成本可以凭借其出色的性能所带来的经济效益来弥补。

可编程序控制器是一种能够适应多种工业环境的控制装置，其稳定的性能受到广大工业生产者的好评。

这种控制系统具有极高的可靠性和灵活性。

应用面广、功能强大、使用方便，是当代工业自动化的主要设备之一。

PLC已经广泛地应用在各种机械设备和生产过程的自动控制系统中，当然PLC 在其他领域也得到了迅速的发展。

在性能价格比不断提高的同时，它所带来的成果越来越明显。

综上，本次设计的工业用途洗衣机控制系统将由PLC可编程序控制器来作为主要组成部分。

二、控制系统的组成

本次设计的控制系统主要是以可编程序逻辑控制器所输出的离散型指令为指令源。

通过这些数字信号的输出以及其他控制电路的受控行为来指挥供电电路给电动机供电，实现了对模拟洗衣机的控制。

控制电路的组成主要包括：

可编程序控制器、继电器组和连接电路（变频器）。

其中，继电器为主要执行模块，PLC所发出的数字指令控制继电器线圈，而继电器的开合直接控制电源电路，实现对电动机的控制。

另外，变频器只是作为演示时增强效果的连接装置，在电路中控制洗涤时的电机转速，不作为必要装置。

图2.1系统结构框图

在图2.1中可以看出，对供电电路的控制是本次设计的最终目的，也就是说，继电器的开合为控制电路的主要动作。

模拟洗衣机的电动机是满足工业380V三相电源的交流异步电动机，要想改变电动机的旋转方向只需调换其中的任意两相。

这就是继电器组的主要功能。

第三章硬件的理论与设计

本章将给出本次设计的洗衣机电路原理图和各个主要器件的具体介绍和说明。

原理图中包括了供电回路图和控制回路图。

元器件除PLC以外还包括了继电器组和变频器等。

一、硬件设计

硬件设计的整体思路就是通过PLC输出的数字信号控制继电器组，达到控制电路的目的。

如图3.1：

图3.1

图中“正转”、“反转”、“脱水”为控制电动机电源方向的三个继电器组，它们的线圈分别与PLC的输出端“Q0.2”“Q0.3”“Q0.4”相连，受控于PLC的输出信号。

其中正转组和反转组是通过变频器的限制后接入电动机的，因此，改变变频器参数就可以改变洗涤和漂洗时的速度。

而脱水继电器组直接与电源和电动机相连，这样，当洗衣机处于脱水状态时，电动机按额定转速工作。

所以，在演示时转速会和洗涤漂洗有所区别。

二、可编程序控制器

（一）可编程控制器的基本概念与基本结构

随着微处理器、计算机和数字通讯技术的飞速发展，计算机控制已经扩展到了几乎所有的工业领域。

⑴可编程控制器的基本概念

国际电工委员会对PLC作了如下定义：

可编程控制器是一种数字运算操作的电子系统，专为在工业环境下应用而设计。

它采用可编程序的存储器，用来在其内部存储执行逻辑运算、顺序控制、定时、计数和算术运算等操作的指令，并通过数字式、模拟式的输入和输出，控制各种类型的机械或生产过程。

可编程控制器及其有关设备，都应按以于使工业控制系统形成一个整体，易于扩充其功能的原则设计。

⑵可编程控制器的基本结构

PLC主要由CPU模块、输入模块、输出模块和编程装置组成，如图1-1所示。

PLC的特殊功能模块用来完成某些特殊的任务。

图3.2可编程控制器的基本结构图

CPU模块

CPU模块主要由微处理器（CPU芯片）和存储器组成。

在PLC控制系统中，CPU模块相当于人的大脑和心脏，它不断地采集输入信号，执行用户程序，刷新系统的输出；存储器用来储存程序和数据。

I/O模块

输入（Input）模块和输出（Output）模块简称I/O模块它们是联系系统外部设备和CPU模块的桥梁。

编程器

编程器用来生成用户程序，并用它进行编辑、检查、修改和监控用户程序的执行情况。

手持式编程器不能直接输入和编辑梯形图，只能输入和编辑指令表程序。

一般用于小型机或用于现场调试和维护。

使用编程软件可以在计算机上直接生成梯形图或指令表程序，并且可以实现不同编程语言之间的相互转换。

程序被编译后通过PC/PPI电缆可以下载到PLC中去，也可以将PLC当中的程序上传到计算机当中来。

电源

PLC一般使用AC220V电源或DC24V电源。

内部的开关电源为各种模块提供不同电压等级的直流电源。

（二）可编程控制器的基本特点

可编程控制器具有编程方法简单易学、功能强大、性价比高、硬件配套齐全，用户使用方便、适应性强、可靠性强、抗干扰能力强、系统的设计、安装、调试工作量少、维护工作量小、维护方便、体积小、能耗低等特点。

（三）欧姆龙C系列PLC

C系列P型机内部资源分配是指对它的用户存储器（存储区）存放不同数据和信息，例如输入、输出数据，中间变量提供的定时器、计数器、寄存器数据以及系统程序所使用和管理的系统状态和标志信息。

这些存储器具有掉电保护功能，可以由用户增删和修改。

C系列P型机引用了电气控制系统中的术语，用继电器定义存储区中的位，将用户数据区按继电器的类型分为7大类，即I/O继电器区、专用继电器区、暂存继电器区、保持继电器区、定时/计数继电器区和数据存储区。

对各区的访问采用通道的概念，将各区划分为若干连续的通道。

有些区可按继电器（位）寻址，要在通道号后面再加两位数字0015组成继电器号（位号）来标识通道中的各位。

整个数据存储区的任一继电器或位都可用通道号或继电器号唯一表示。

数据区通道号分配如表3.1.1所示。

表3.1.1数据区通道号分配表

区域名称

通道号

I/O继电器

00~09

内部辅助继电器区

10~17

专用继电器区

18~19

暂存继电器区

0~8

保持继电器区

0~9

定时/计数继电器区

00~47

数据存储区

00~63

（四）PLC接线图，如图3.2

图3.2洗衣机PLC接线图

（五）开关量I/O模块的选择

⑴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。

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。

开关量输入模块主要有汇点式和分组式两种接线方式，即汇点式和分组式。

汇点式的开关量输入模块所有输入点共用一个公共端（COM）；而分组式的开关量输入模块是将输入点分成若干组，每一组（几个输入点）有一个公共端，各组之间是分隔的。

分组式的开关量输入模块价格较汇点式的高，如果输入信号之间不需要分隔，一般选用汇点式的。

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％。

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。

⑵开关量输出模块的选择

开关量输出模块是将PLC内部低电压信号转换成驱动外部输出设备的开关信号，并实现PLC内外信号的电气隔离。

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。

开关量输出模块主要有分组式和分隔式两种接线方式。

分组式输出是几个输出点为一组，一组有一个公共端，各组之间是分隔的，可分别用于驱动不同电源的外部输出设备；分隔式输出是每一个输出点就有一个公共端，各输出点之间相互隔离。

选择时主要根据PLC输出设备的电源类型和电压等级的多少而定。

一般整体式PLC既有分组式输出，也有分隔式输出。

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。

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％。

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，晶闸管的最大输出电流随环境温度升高会降低，在实际使用中也应注意。

（六）可编程序控制器I/O分配表，如表3.1

输入

输出

地址

功能

地址

功能

0000

启动

0500

进水阀

0001

停止

0501

正转

0002

排水

0502

反转

0003

高水位

0503

排水阀

0004

低水位

0504

脱水阀

CNT06

小循环计数器

0505

蜂鸣器

CNT07

大循环计数器

表3.1洗衣机PLCI/O分配表

三、继电器

（一）继电器简介

继电器是一种电子控制器件，它具有控制系统（又称输入回路）和被控制系统（又称输出回路），通常应用于自动控制电路中，它实际上是用较小的电流去控制较大电流的一种“自动开关”。

故在电路中起着自动调节、安全保护、转换电路等作用。

电磁式继电器一般由铁芯、线圈、衔铁、触点簧片等组成的。

只要在线圈两端加上一定的电压，线圈中就会流过一定的电流，从而产生电磁效应，衔铁就会在电磁力吸引的作用下克服返回弹簧的拉力吸向铁芯，从而带动衔铁的动触点与静触点（常开触点）吸合。

当线圈断电后，电磁的吸力也随之消失，衔铁就会在弹簧的反作用力返回原来的位置，使动触点与原来的静触点（常闭触点）吸合。

这样吸合、释放，从而达到了在电路中的导通、切断的目的。

对于继电器的“常开、常闭”触点，可以这样来区分：

继电器线圈未通电时处于断开状态的静触点，称为“常开触点”；处于接通状态的静触点称为“常闭触点”。

（二）继电器组的应用及实现的功能

在本次设计中，对继电器的使用较为突出，原理是利用可编程序控制器的24V直流信号来控制继电器线圈，实现由可控制的按预定程序导通/关断的380V三相电源给电动机供电。

本次使用的继电器模块由三组三联装共九个继电器组成，每组继电器完成一个功能。

可分为：

正转控制组，反转控制组及脱水控制组。

控制线圈与PLC的输出口相连，电动机高压电源通过变频器以后与继电器“常开引脚”相连，公共端接地。

它们的开合直接由可编程序控制器输出的离散信号控制。

即当洗衣机处在洗涤过程要求正转时，正转控制组闭和，反转及脱水控制组断开，三相电源按照原始顺序接入，电源由变频器控制频率后给电动机供电，此时电动机正转且速度为预定数值；当洗衣机处在洗涤过程要求反转时，反转控制组闭和，正转及脱水控制组断开，此时，三相电源中的两相已被继电器互换相接，由于三相异步电动机改变任意两相电磁力矩相反，电源再由变频器控制频率后给电动机供电，此时电动机反转且速度为预定数值；当洗衣机处在脱水过程要求高速正转时，脱水控制组闭和，正转及反转控制组断开，此时，三相电源按预定顺序接入，电源直接接入电动机，电动机按额定转速正转。

（三）数码管显示时候计时的设计

为了更加人性化的设计全自动洗衣机,在本次设计中,加入了洗衣时间的显示,本设计模块是用单片机来控制数码管显示时间的,在洗衣机开始工作起,单片机就开始通电,数码管就开始显示数字,并倒计时,计时时间是通过C语言程序来控制的,接线图如图3.4.1。

第四章程序设计

一、梯形图程序设计

（一）程序流程图，如图4.1

图5.1

图4.1洗衣机PLC程序流程图

（二）梯形图，如图4.2

如图4.2洗衣机PLC梯形图

致谢

随着毕业日子的到来，毕业设计也接近了尾声。

经过几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几年来所学知识的单纯总结，但是通过这次做课程设计发现自己的看法有点太片面。

毕业设计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。

在这次毕业设