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大连工业大学课程设计

大连工业大学课程设计（论文）任务书

专业

自动化

班级学号

12级4班

号

姓名

题目

课题3:

全自动洗衣机PLC控制

子题

指导教师

祖龙起

答疑教师

祖龙起

设计时间

2015年6月29日至2015年7月3日共1周

设计要求

设计（论文）的任务和基本要求，包括设计任务、查阅文献、方案设计、说明书（计算、图纸、撰写内容及规范等）、工作量等内容。

设计要求：

1、设计出一套完整的全自动洗衣机运行框图及梯形图控制程序的编制。

2、完成PLC控制系统硬件系统流程图、接线图、工艺循环表、主电路图及其有关图纸（A4AUTOCAD3张）。

3、完成PLC控制系统梯形图软件的编制任务（T型图与助记符至少30行）。

4、在有条件情况下，通过试验调试初步验证其程序的正确性。

5、完成控制系统设计说明书（报告）一份（不少于20页）。

6、参考文献至少3篇。

指导教师签字：

系（教研室）主任签字：

2015年7月3日

目录

课程设计任务书1

绪论3

一设计目的4

二控制要求4

三设备选型4

四总体设计方案及设计步骤5

五硬件设计方法及设计过程6

（一）模拟量I/0单元的设计

（二）变频器设计及操作说明

（三）系统设计接线图

六软件设计15

（一）I/O地址分配表:

（二）流程图:

（三）PLC梯形图程序:

（四）程序说明

（五）助记符:

七调试及设计结果21

参考文献22

心得体会23

绪论

可编程控制器（PLC）是以计算机技术为核心的通用自动化控制装置,它的功能性强,可靠性高,编程简单,使用方便,体积小巧,近年来在工业生产中得到广泛的应用,被誉为当代工业自动化主要支柱之一。

在现代的社会，全自动洗衣机进入各个家庭，本文介绍了PLC用于全自动洗衣机的控制系统，其可改进现有技术的不足，简化结构，有利于降低成本和提高可靠性。

关键词:

全自动洗衣机;可编程控制器;机械结构；梯形图语言

一、引言

从古到今，洗衣服都是一项难于逃避的家务劳动，在洗衣机出现以前，这项劳动并不像田园诗描绘的那样充满乐趣、手搓、脚踩、棒击、冲刷、摔打。

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——美国人比尔·布莱克斯发明了木制手摇洗衣机。

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。

1911年，美国试制成功世界上第一台电动洗衣机，标志着人类家务劳动自动化的开端。

1922年，电动洗衣机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。

70年代后期，微电脑控制的全自动洗衣机出现引领新的发展方向，让人耳目一新。

90年代，由于电动机调速技术的提高，洗衣机实现了较宽范围的转速变换与调节，诞生了许多新水流洗衣机。

全自动洗衣机其特点是能自动完成洗涤，漂洗和脱水的转换，整个过程不需要人工操作。

这类洗衣机均采用套筒式结构，其进水，排水都采用电磁阀，由程序控制器按人们预先设计好的程序不断发出指令，驱动各执行器件动作，整个洗衣过程自动完成。

所用的程序控制器可分为电动机驱动式和单片机式。

从控制方式的发展阶段上分：

全自动洗衣机可分为两大类：

第一类电动控制洗衣机，它的程序控制器由电动元件组成。

第二类是电脑控制洗衣机，它的程序控制器由微型计算机组成。

电动控制全自动洗衣机是较早出现的自动控制类家用电器，其产品类型还属于传统的机械产品，是自动控制的初级阶段。

随着计算机的及微电子技术的发展，自动控制系统正在逐步实现硬件化。

因此，电动控制洗衣机将逐步退出家电舞台。

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贮器,用来在其内部存贮执行逻辑运算、顺序控制、定时、计数和算术运算等操作的指令,并通过数字的、模拟的输入和输出,控制各种类型的机械或生产过程.可编程序控制器及其有关设备,都应按易于与各种控制系统形成一个整体,易于扩充其功能的原则设计。

二控制要求

（1）按下启动按扭及水位选择开关，开始进水直到高（中、低）水

位，关水

（2）2秒后开始洗涤

（3）洗涤时，正转3口秒，停2秒，然后反转3口秒，停2秒

（4）如此循环5次，总共32口秒后开始排水，排空后脱水30秒

（5）开始清洗，重复

（1）~（4），清洗两遍

（6）清洗完成，报警3秒并自动停机

（7）若按下停车按扭，可手动排水《不脱水》和手动脱水《不计数》

输入点:

输出点:

启动10001低水位检测10009启动洗衣机00001

停止10002手动排水10010进水阀00002

高水位10003手动脱水10011正转及脱水00003

中水位10004反转00004

低水位10005排水00005

排空检测10006报警00006

高水位检测10007

中水位检测10008

三设备选型

1、PLC选型

根据输入信号及输出信号的数量，经过初略计算，输人点数为6点，输出点数为6点；输人、输出信号都是数字量。

增加20%备用量，以便随时增加控制功能：

输入点数为：

9×（1+20%）=11

输出点数为：

6×（1+20%）=8

根据I/O点数，可选欧姆龙CP1H型可编程控制器（PLC），其输入点11点，输出点8点，扩展模块可用点数为16点。

2、变频调速器

3、0.5KW三相交流异步电动机

四总体设计方案及设计步骤

4.1总体控制方案确定

全自动洗衣机采用PLC控制系统将大大提高工作效率，和适应工作环境的能力。

在全自动洗衣机中，洗衣机洗涤、脱水程序是由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地增加了维修成本费用，在各种控制系统中广泛运用的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。

典型的PLC控制系统的硬件组成框图如图1所示：

图1PLC控制系统的硬件组成框图

4.2PLC的设计步骤

开发应用PLC的设计任务分为硬件和软件设计两部分。

硬件设计主要包括:

1）确定安排PLC的输入、输出点;

2）设计外围电路,包括主电路;

3）选购PLC并进行现场安装接线等内容；

软件设计,大多数用梯形图和指令程序,主要包括:

1）设计控制流程,根据工艺要求先画出工作循环,如有必要再画详细的状态流程图;

2）根据工作循环图,画出虚拟的电路图———继电器梯形图;按梯形图编写指令程序表;

3）系统调试:

根据设计要求,对程序进行调试和修改,必要时还可对硬件进行修改,直到满足要求；

在电脑控制的全自动洗衣机中，又存在着两种不同的控制方式，即程序控制和模糊控制。

由于控制方式的不同，两种洗衣机在结构和原理上都有很大的区别。

程序控制洗衣机以洗衣机生产厂家设定的数十种操作程序为基础，用户在使用时可根据洗衣量，布质的轻重以及衣物的脏污程度性质等因素，选择不同的洗衣程序。

程序控制全自动洗衣机的控制按钮很多，对程序的选择需要有一定的洗衣经验。

五硬件设计方法及设计过程

5.1全自动洗衣机的原理

全自动洗衣机在结构上大致可分为3中类型，即波轮式，滚筒式和搅拌式。

我国的洗衣机在结构上主要有波轮式和滚筒式两类，产品的类型以波轮式为主，其他类型为辅。

首先做一下比较：

滚筒式洗衣机具有如下性能：

1）更好的软化衣物纤维，减小洗涤过程中衣物的损伤和变形，并且还可以使洗后的衣物柔软而蓬松。

2）提高温度来洗涤可充分溶解洗衣粉，加快洗衣粉中弱酸性物质与污物的化学反应速度，提高洗衣粉中酶的活性，同时有利于溶解汗渍，血渍，降低灰尘，油污的粘附作用，从而可在同样的洗净比下大幅度降低洗涤过程对机械力的需求。

3）温度高有利于污物在水中的扩散。

4）高温能有效的杀死一些细菌。

没有加温的洗涤的波轮式洗衣机无论怎样的水流，要达到一定的洗净比，都必须有足够的机械力，而机械力对衣物是由损伤的，这就决定了波轮式洗衣机的磨损率大大高于滚筒式洗衣机。

各种新水流基本原理是一样的，就是尽量以紊乱的水流减小衣物的缠绕，增大水流的冲刷力以用于洗涤，与以前依靠衣物与桶壁和衣物相互之间的摩擦方式相比，水流冲刷对衣物的损伤较小。

滚筒式洗衣机有如下特点：

1）磨损低，没有缠绕，机械传动部分简单可靠，寿命长于波轮式洗衣机。

2）自动化程度高，可以自动投放洗衣粉，漂白粉等，为不同质地的棉制品，化纤制品，羊毛制品设计了不同的洗涤程序和洗涤温度，使洗涤更为科学。

设有防皱浸泡功能，可将洗好的衣物浸泡在清水里，到晾晒前再甩干，避免衣物甩干后不能及时取出晾晒而起皱。

A、省水，省洗衣粉。

滚筒式洗衣机不需要水位高过衣物，从而可节约用水，并可减少洗衣粉的投放量。

B、高温洗涤有一定的灭菌作用。

C、洗涤过程噪声小，滚筒式洗衣机属封闭式洗涤，可以有效屏蔽内桶转动声和水流声；而波轮式洗涤的水流声，脱水内桶转动声是不可避免的且刹车装置和电磁阀动作声音也很大。

由于滚筒式洗衣机的价格大大高于波轮式洗衣机，所以波轮式洗衣机仍然受到普遍欢迎。

波轮式洗衣机的特点：

A、水流方面。

现在波轮式全自动洗衣机出现了一种新水流的形式。

B、程序控制器。

新推出的波轮式全自动洗衣机均采用单片机程序控制器，原来的机械式程序控制器基本上已被淘汰。

各厂家生产的各种型号的波轮式全自动洗衣机的控制程序有所不同。

如在模糊控制的洗衣机中，单片机通过采集水位传感器，布量传感器，光传感器的信号以及电动机的转速，判断出衣物的质地，多少，赃物程度，从而自动调整对衣物进行合理的洗涤。

C、不锈钢内桶。

波轮式洗衣机采用了不锈钢内桶，减小衣物和内桶壁摩擦力，从而减轻衣物的磨损。

D、同心洗。

同心洗是直接把电动机轴与洗衣桶主轴同心安装，直接驱动。

使洗涤和脱水时洗衣桶振动减小，噪声降低。

E、变频波轮式洗衣机可以对不同质地的衣物自动选择不同的电动机转速，从而给不同质地的衣物以恰当的洗涤强度，在保证洗得干净的同时，也最大限度地降低衣物的磨损。

同时还可以在脱水甩干时，由慢到快地启动，使衣物在桶内分布均匀，脱水效果好，同时由于衣物均匀分布在洗衣桶的四周，洗衣桶的重心落在轴心上，可以减小振动，降低噪声，但是价格较贵。

全自动洗衣机通常都采用将洗涤（脱水）桶套装在盛水桶内的同轴套桶式结构，虽然它们各自牌号和型号都不同，但其结构都是由洗涤，脱水系统，进，排水系统，电动机和传动系统，电器控制系统以及支撑机构5大部分组成的。

支撑机构主要有箱体，吊杆及控制台组成，它除了安装和连接洗衣机的各种零件外，还具有减振及防护，装饰的作用。

如图所示：

全自动套筒洗衣机内部结构图。

图2全自动套筒洗衣机内部结构图

5.2控制系统结构

全自动洗衣机的电气控制系统由于洗衣机型号的不同而不尽相同，但电气控制系统主要有程序控制器，电动机，进水电磁阀，排水电磁阀，水位开关，安全开关及各种功能选择开关等组成的，控制的基本原理也都一样。

全自动洗衣机能实现洗衣的自动化，整个洗衣过程都是在程序控制器的“指挥”下进行的。

如把离合器比作全自动套桶洗衣机的心脏，则程序控制器就是全自动洗衣机的“大脑”。

如图所示以程序控制器为核心的波轮式全自动套桶洗衣机控制系统的基本原理方框图。

图3全自动洗衣机控制系统的基本原理方框图

5.2控制系统原理

程序控制器中存储着多种程序，一旦通过选择开关选好某种程序后，程序控制器便按这种程序自动实施对电动机，进水和排水电磁阀的控制。

安全开关又称为盖开关，在洗衣机运行过程中起安全保护作用，它的功能为：

在洗衣机工作时误开盖，安全开关便会切断电动机电源，自动中断程序；在脱水过程中如桶内衣物摆放不均匀而产生大幅度振动时，安全开关自动中断脱水过程，启动蜂鸣器。

按照采用的程序控制器的不同，波轮式全自动套桶洗衣机的电气控制电路可分为电动机驱动式程序控制器和单片机式程序控制器电路。

电动机驱动式程序控制器又称为机械式程序控制器，它具有程序组合量大，工作可靠，抗干扰能力强，而且能直接控制较大电流等优点，单片机程序控制器具有结构紧凑，操作简便，功能齐全，运行可靠等优点。

目前，机械式程序控制器基本上已被淘汰。

用PLC控制的全自动洗衣机各种动作典型的系统结构如图所示：

图4全自动洗衣机各种动作典型的系统结构图

PLC在系统中是处于中心位置，水位开关的PLC的输入信号控制开关，进水阀，排水阀和电动机是洗衣机各种动作的执行机构。

其中进水阀和排水阀由PLC给定信号来决定其工作状态；电动机的工作状态也由控制中心PLC给定信号来决定，而电动机的正反转状态直接决定了洗衣机的洗涤状态和脱水状态。

5．4电动机的选择

由于家庭提供的电源限制故选单相电容运转式异步电动机。

以3.6公斤全自动洗衣机为例，由于全自动洗衣机的脱水桶直径较大，这一偏心不能不考虑，所以计算时应以洗涤物可能产生前最大偏心为计算依据。

脱水时电机功率比洗涤时要大，在确定电机功率时应以脱水时消耗的功率为依据，也就是说脱水时电机功率就是该洗衣机所确定的电机额定功率。

由于在计算时一些因素如电机转子的转动惯量等没考虑，造成一些偏差，所以3.6公斤全自动洗衣机电机额定功率选为180瓦。

符合全自动洗衣机的功率范围120W～250W。

故选择YY104-180型号单相电容运转式电动机，功率180瓦,额定电压220V，转速1350r/min，电流1.7A。

5.5可编程控制器外部设计

图5可编程控制器外围接线图

洗衣机要实现衣服的洗涤，漂洗和脱水，就要通过上述动作来实现，而这些动作可以通过PLC控制来实现。

同时加上开关和按钮，数码管显示器，蜂鸣报警器和欠电压检测保护电路等，就可以形成完整的PLC控制系统。

通过软件编程达到对整个洗衣过程进行检测控制和用户交互。

此外，在少数全自动洗衣机上，以继电器作各电气工作部件驱动电路的电源开关，由PLC控制继电器触点开关的通断，实现洗衣机的程序运转。

六软件设计

6．1I/O地址分配表:

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、高水位、中水位、低水位、手动排水和手动脱水按钮以及高水位、中水位、低水位和排空检测开关等共15个输入点。

具体的输入分配如表所示。

启动

1.00

停止

1.01

低水位检测

1.02

中水位检测

1.03

高水位检测

1.04

排空检测

1.05

低水位开关

1.06

中水位开关

1.07

高水位开关

1.08

手动排水

1.09

手动脱水

1.10

2.输出地址分配

全自动洗衣机控制系统的外部设备有进水电磁阀、排水电机继电器、主电机正/反转洗涤继电器、蜂鸣器、指示灯等。

具体的输出分配如下表所示。

启动洗衣机

200.00

进水阀

200.01

排水阀

200.02

脱水阀

200.03

电机正转

200.04

电机反转

200.05

报警

200.06

图6可编程控制器I/O口分配表

6．2流程图:

图7全自动洗衣机控制系统顺序功能图

PLC投入运行，系统处于初始状态，准备好启动。

按下启动按钮时开始进水，水满（即水位到达高水位）时停止进水，2s后开始正转洗涤。

正转洗涤30s后暂停，暂停2s后开始反转洗涤。

反转洗涤30s后暂停，暂停2s后，若正、反洗涤未满5次，则返回从正转洗涤开始的动作;若正、反洗涤满5次时，则开始排水。

排水水位若下降到低水位时，开始脱水并继续排水。

脱水30s即完成一次从进水到脱水的工作循环过程。

若未完成2次大循环，则返回从进水开始的全部动作，进行下一次大循环;若完成了2次大循环，则进行洗完报警。

报警3s结束全部过程，自动停机。

若按下停止按钮，可以手动排水和手动脱水。

6．3PLC梯形图程序:

6.4助记符:

LDNOTC0002

OUT300.02

AND1.00

LDTR0

OUT200.01

AND300.07

LD1.02

OUT220.04

AND1.06

LDTR0

LD1.03

AND1.05

AND1.07

OUTTR0

ORLD

ANDNOTT0006

LD1.04

OUT220.07

AND1.08

LDTR0

ORLD

ANDC0002

ANDLD

OUT300.03

OUT300.00

LDTR0

LD300.00

LD220.07

TIM0001#20

CNT0002#2

ANDT0001

LD300.03

OUT300.01

OUTTR0

LDNOTC0001

ANDNOTT0007

AND300.01

OUT200.06

OUTTR0

LDTR0

ANDNOTT0005

TIM0007#30

TIM0002#300

LDNOT1.00

LDTR0

OUTTR0

ANDT0002

AND1.09

TIM0003#20

OUT220.05

LDTR0

LDTR0

ANDT0003

AND1.10

TIM0004#300

OUT220.08

LDTR0

LD220.04

ANDT0004

LD220.05

TIM0005#20

OUT200.02

LDTR0

LD220.07

OUT200.00

OR220.08

ANDNOTT0002

OUT200.03

ANDNOTT0003

ANDNOTT0004

ANDNOTT0005

OUT200.04

LDTR0

ANDNOTT0004

ANDNOTT0005

OUT200.05

LDTR0

ANDT0005

LD300.07

CNT0001#5

LDC0001

OUTTR0

ANDT0006

6．5程序说明

全自动洗衣机工作原理：

全自动洗衣机的洗衣桶（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，通过电动控制系统，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。

七调试及设计结果

该系统采用PLC为控制核心结构合理、测试方法可靠，它具有较强的灵活性，提高了设备运行的可靠性，缩短产品开发周期，保证新产品各项技术开发的同步性，提高了劳动效率，达到了良好的经济效果。

此外，PLC可以重复使用，降低了测试经费。

它的灵活性、操作方便性也方便测试者随时输入、调试和修改控制程序。

PLC又设有串行接口，方便地与计算机进行连接，组成测控系统，给系统的维护和使用带来了很大方便。

心得体会

课程设计是培养学生综合运用所学知识,发现,提出,分析和解决实际问题,锻炼实践能力的重要环节,是对学生实际工作能力的具体训练和考察过程.随着科学技术发展的日新日异，PLC已经成为当今空前活跃的领域，在生活中可以说得是无处不在。

因此作为二十一世纪的大学来说掌握PLC的开发技术是十分重要的。

回顾起此次PLC设计，至今我仍感慨颇多，的确，从选题到定稿，从理论到实践，在作课程设计的日子里，可以说得是苦多于甜，但是可以学到很多很多的东西，同时不仅可以巩固了以前所学过的知识，而且学到了很多在书本上所没有学到过的知识。

通过这次设计使我懂得了理论与实际相结合是很重要的，只有理论知识是远远不够的，只有把所学的理论知识与实践相结合起来，从理论中得出结论，才能真正为社会服务，从而提高自己的实际动手能力和独立思考的能力。

在设计的过程中遇到问题，可以说得是困难重重，这毕竟第一次做的，难免会遇到过各种各样的问题，同时在设计的过程中发现了自己的不足之处，对以前所学过的知识理解得不够深刻，掌握得不够牢固，通过这次毕业设计之后，一定把以前所学过的知识重新温故。

参考文献

[1]魏志精.可编程控制器应用基础【M】．电子工业出版社,2003

[2]周恩涛.可编程控制器原理及其在液压系统中的应用【M】．机械工业出版社．

[3]潘月琴.全自动洗衣机的维修【M】．北京科学技术出版社,2004

[4]廖常初.PLC基础及应用．北京：

机械工业出版社,2003

[5]李国厚.PLC原理及应用设计.化学工业出版社,2005