基于PLC的全自动洗衣机控制系统设计Word格式.docx

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5.1GT软件介绍……………………………………………………………………34

5.2仿真结果………………………………………………………………………34

总结与展望…………………………………………………………………………38

致谢…………………………………………………………………………………39

参考文献……………………………………………………………………………40

摘要

中文摘要：

该毕业设计介绍了可编程序控制器（PLC）和PLC控制系统的基本知识，包括PLC的定义、特点、分类、技术指标、基本结构、工作原理、硬件知识及PLC控制系统等相关知识。

采用三菱公司的FX2N系列的PLC，设计了一个简单的全自动洗衣机控制系统。

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。

全自动洗衣机控制器来实现洗涤过程，省时省力。

关键词PLC控制 

全自动洗衣机 

可编程控制器 

简化结构 

降低成本

Abstract

Thegraduationdesignintroducestheprogrammablelogiccontroller（PLC）andPLCtocontrolthebasicknowledgeofthesystem，includePLCdefinition，characteristics，arrange，thetechniquetarget，basicstructure，theworkprinciple，thehardwareknowledgeandcontrolofPLCthesystemrelatedknowledge.ThedesignadoptthePLCoftheseriesofFX2NoftheSanLingcompany，designaninbriefcontrolsystemoffull-automaticwashingmachine.Thefull-automaticwashingmachinepassestheprogrammablelogiccontrollertocarryoutthewashprocess，savetimelabor-saving.

Inthemoderntime，theFull-automaticwasherisenteringeveryfamily.Thearticleintroducesanewdeceleratingclutch，whichisusedinfully-autowashingmachine，itcanimprovethecurrenttechnology，simplifystructure，itisalsohelpfultoreducecostandincreasesreliability.

Keywords:

PLCcontrol 

Fully-autoWashingMachine 

ProgrammableController 

SimplifyStructure 

DeclineLowCost

第一章绪论

1.1课题研究的意义

目前自动洗衣机已成为每个家庭所必需的电器，随着它的畅销出现了各种各样的全自动洗衣机，该设计实现了洗衣机由进水，洗涤，排水，脱水，报警到自动停机的循环过程设计了相应的系统软件。

以往以单片机为中心控制系统工作的全自动洗衣机中，存在着一些本身不能克服的缺点。

首先，由于单片机的指令系统相对复杂，编写洗涤、脱水程序也相对复杂；

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，这样不但增加了硬件的复杂性，而且隐含较高的故障率，还无形地增加了维修成本费用，如果在全自动洗衣机的控制系统中采用PLC来控制将能克服单片机的这些缺点。

因为它是整体模块，集中了驱动电路、检测电路和保护电路以及通讯联网功能。

所以，在使用中，硬件相对简单，编程语言也相对简单，并且测试容易，维修方便，更可以提高控制系统的设计的灵活性及控制系统的可靠性。

在工业系统控制中广泛应用的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连网功能，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很简单，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。

该系统由可编控制器，变频器和触摸屏等控制元件的组成，可编控制器完成整个系统逻辑控制，各运行相关参数传送与读写，设备运行状态显示功能。

全自动洗衣机利用可编程控制器，变频器与人机界面等自动化产品的有机结合来实现对工业洗涤设备的自动控制，其主要控制思路是对洗涤设备的进水/出水，洗涤模式，洗涤时间，脱水频率的设定，可编控制器通讯功能的运用，变频器简易PLC功能的运用进行有机的组合与设计。

该设计为全自动洗衣机的PLC控制，主要介绍了全自动洗衣机的工作原理，控制系统的PLC的选型和资源的配置，控制系统程序设计与调试，控制系统PLC程序。

1．2本课题主要的研究工作

1、根据洗衣机的工作要求设计出PLC洗衣机控制系统；

2、根据洗衣机控制系统的梯形图编写指令程序，然后将其输入PLC中；

3、检查调试运行洗衣机的控制指令程序。

1．3本章小结

本章节是绪论部分，简单介绍了课题的研究意义，以及接下来要做的研究工作，明确了课题的研究方向。

第二章全自动洗衣机的原理

2.1全自动洗衣机的系统与结构:

2.1.1 

全自动洗衣机控制原理与结构分析

全自动洗衣机综合运用了大量力学、电学、光学等知识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，污垢被迫脱离衣物。

其次，当衣物被放进洗涤液之后，由于惯性作用运动缓慢，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。

再次由于洗衣涌形状的不规则，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。

全自动洗衣机是通过水位开关与电磁水阀配合来控制进水、排水以及电机的通断：

从而实现自动控制的。

电磁进水阀起着通、断水源的作用。

当电磁线圈断电时，移动铁芯在重力和弹簧力的作用下，紧紧顶在橡胶膜片上，并将膜片的中心小孔堵塞，这样阀门关闭，水流不通。

当电磁线圈通电后，移动铁芯在磁力作用下上移，离开膜片，并使膜片的中心小孔打开，于是膜片上方的水通过中心小孔流入洗衣桶内。

由于中心小孔的流通能力大于膜片两侧小孔的流通能力，膜片上方压强迅速减小，膜片将在压力差的作用下上移，闭门开启，水流导通。

水位开关实际上是一个压力开关。

气室的入口与洗衣桶中的贮气室相联接。

当水注入洗衣桶后，贮气室口很快被封闭，随水位上升，贮气室的水位也上升，被封闭的空气压强亦增大，水位开关中的波纹膜片受压而胀起，推动顶杆运动而使触点改变，从而实现自动通断。

智能型模糊控制的全自动洗衣机还可以自动判断水温、水位、衣质衣量、衣物的脏污情况，决定投放适量的洗涤剂和最佳的洗涤程序。

其方法是：

在洗衣桶内注入一定量水后使电机低速运转，平稳后快速断电，洗衣桶在惯性作用下带动电机继续转动。

此时，电机绕组产生反电动势，对其半波整流并放大整形后获得一矩形脉冲系列。

通过分析脉冲个数和脉冲宽度。

就能得到衣质衣量情况。

衣物的脏污程度是通过水的透明度来判断的。

在洗衣桶的排水口处加一红外光电传感器，使红外光通过水而进入另一侧的接收管。

若水的透明度低，接收管获得的光能小，说明衣物较脏。

脱水时采用压电传感器。

当脱水桶高度旋转时，从脱水桶喷射出来的水作用于压电传感器上，根据这个压力变化，自动停止脱水运转。

2.1.2全自动洗衣机控制面板及控制系统

　全自动洗衣机控制面板由工作指示区、编程选择键、增键、减键、和启动键组成。

全自动洗衣机一般采用轻触式开关，在按下开关后，字符旁边的指示灯会亮。

当指示灯亮起表示程序选中，指示灯闪烁表示正在执行此程序，指示灯熄灭表示程序未选择或执行完毕。

　　全自动洗衣机电气控制系统包括微处理器、排水电磁铁、电容器、门开关、按键开关、指示灯、中间继电器，水位压力开关、蜂鸣器及进水电磁阀等部件组成。

通过微处理器，能自动完成进水，洗涤（漂洗）、排水、脱水、报警等全部程序，只需设计软件就可以来达到预想控制的目的。

2.1.3洗涤与脱水系统

　　全自动洗衣机主要是通过波轮对衣物的翻滚达到洗涤目的。

波轮安装在洗涤桶的正中，托盘连接着盛水桶。

套桶式全自动洗衣机的脱水桶（甩干篮）既要保证能离心脱水，又要能容纳洗涤的衣物，全自动洗衣机的洗涤桶其上部略大，下部略小，呈圆锥形。

为了保证洗涤效果，洗涤桶的内壁上必需设计成凸形来增大摩擦力，达到满意的洗涤效果，当衣物与洗涤桶接触时，桶壁就产生像搓板那样的洗涤作用，而且能增强涡旋作用，提高洗涤率。

　　洗涤系统的传动部分由风叶、皮带、皮带轮、和洗衣轴体组成。

脱水系统由脱水桶、脱水定时器、安全开关、电动机、制动机构等组成。

洗衣机具有盖的带锁装置，该锁定装置，包括洗衣机盖板、洗衣机箱体，还包括控制开关，与控制脱水的开关联动；

电磁铁，与控制开关连接；

洗衣机盖板翻口端内面在对应洗衣机箱体内壁处设有凹缘，凹缘上设有锁孔，洗衣机箱体上端设有所述电磁铁，电磁铁衔铁的伸缩口位于洗衣机箱体内壁，而且电磁铁通电后其衔铁伸出端正好位于盖好的洗衣机盖板凹缘的锁孔内。

由于电磁铁的控制开关与洗衣机控制脱水的开关联动，使洗衣机在脱水时电磁铁的衔铁能伸出，而且正好锁住洗衣机盖板凹缘的锁孔，使用户在脱水时不能打开洗衣机盖板，从而确保了洗衣机脱水时的操作安全。

2.1.4进水和排水系统

　　全自动洗衣机的进水系统采用水位压力开关和进水阀，由程序控制器调节。

设有溢水口，其位置在盛水桶上口部。

漂洗时，它能让洗涤液中的泡沫和污水溢出，有利于漂清。

　　全自动洗衣机水位开关一般有三档水位控制，并都有低水位、中水位、高水位、再注水等功能当进水阀注水，内桶水位增高到预选水位时，导通橡皮气膜受到内部空气的压缩而被顶出，中触片上跳，与上触片闭合。

此时主电机导通，进水阀断开（原来中触片与下闭合），并开始洗衣。

当旋钮旋至低水位时，凸轮转动，但曲率半径较小。

通过一定的机构，橡皮气膜压簧被压缩而产生压力P1，压迫气膜。

当桶内水量达到30L时，软管内的空气被压缩，产生空气压力F1，当F1>

P1时，中触片上跳，与上触片闭合，主电动机动作，进水阀关闭。

　　全自动洗衣机的排水系统由程序来控制排水电磁阀，牵引排水阀。

排水阀主要同阀盖、阀芯弹簧、阀芯拉簧，橡皮阀和阀体组成。

　　排水电磁铁主要用来控制自动型洗衣机排水阀的开闭，在套桶式自动型洗衣机中同起到改变减速离合大的洗涤、脱水状态、排水电磁铁主要由线圈、磁轭、静铁芯、衔铁和短路铜环等组成。

2.1.5传动系统、箱体与支承系统

　　全自动洗衣机的传动系统设在洗衣机脱水桶的底部，主要由波轮、脱水桶、离合器、传动带、电动机、电磁阀及单相电容式电动机组成。

离合器是内外轴复合为一体的结构。

离合器的内轴（洗涤轴），一端固定波轮，另一端固定离合套，离合套上固定大带轮，离合器外轴（离心轴）的一端固定离心桶（脱水桶），另一端通过抱簧与离合套连接。

内外桶的联动或分动（即实现脱水或洗洗涤），是由拨叉控制抱簧和刹车盘来实现的。

　　离合器轴包括脱水轴合洗涤轴。

洗涤或漂洗时，牵引电机处在断电状态，制动杆将制动带收紧，对脱水轴制动。

棘爪将棘轮拔动一定角度使方丝离合簧被拔松，所以电机做正转或反转转矩都不能传递给脱水轴，而只是经过行星减速器再输出给波轮，实现洗涤运转。

　　脱水时，牵引电机是通电状态，拉动制动杆使得制动带松开，棘轮和方丝离合器处于自由状态，大皮带轮顺时针旋转将方丝离合簧旋紧，使输入转矩有效地传递给脱水轴，实现高速脱水运转。

如果大皮带轮逆时针转动，则方丝离合簧被拨松而不能传递转矩给脱水轴，所以脱水只能顺时针单向转动。

洗衣机外箱体是洗衣机的盔甲，很多洗衣机采用高分子聚合塑钢材料作为外箱体，不怕水，不腐烂，永不生锈，耐碰撞，防漏电，机身轻便，易于搬动。

特意添加的抗老化剂，令外箱体历久弥新。

有的采用刚柔相济的不锈钢做内桶刚性，在于不锈钢材质表面分子结构致密，空隙小，故可抗击细菌等物质的侵入和腐蚀，以达到抗菌，抑菌，耐腐蚀的作用。

柔性，超级镜面不锈钢材料光滑柔细，即便是最娇柔的面料也不会受到损伤。

很多洗衣机内桶完全采用世界一流的不锈钢材料制成，拥有顶级的品质保证。

洗衣机的分类方法主要有三种：

按自动化程度分类，按洗涤方式分类，按结构方式分类。

1、按自动化程度分类，洗衣机可分为普通型、半自动型、全自动型三大类。

目前大多是全自动型洗衣机，它是指洗涤、漂洗、脱水各个功能之间的转换全部不用手工操作而能自动进行的洗衣机。

这种洗衣机在选定的工作程序内由机电式程序控制器或微电脑程序控制器适时发出各种指令，自动完成各个执行机构的动作，使整个洗衣过程自动化。

2、按结构方式分类，洗衣机可分为单桶、双桶、套桶三大类。

（1）单桶洗衣机。

单桶洗衣机自动化程度较低，多为简易型和普通型，少量的为半自动型。

其主要特点是占地面积小，价格便宜。

（2）双桶洗衣机。

双桶洗衣机实际上就是单桶洗衣机和脱水机的组合。

它的洗衣部分和甩干部分有各自的电动机和定时器。

双桶洗衣机功能齐全，使用方便，操作简单，省水，省电，价格适宜，品种多样。

目前，我国双桶波轮式洗衣机占主导地位。

双桶洗衣机。

脱水桶壁上设有许多小孔，甩干电动机高速运转，在强大的离心力作用下，衣物水分被甩出，并顺着排水管排出。

（3）套桶洗衣机。

该洗衣机的特点是内、外两个立式容器套装在同一个轴心上。

波轮式套桶洗衣机多为全自动型。

因其离心桶的外径小于盛水桶的内径，故将外桶和内桶套装在同一个轴心上，减少了占地面积。

其外桶作为盛水容器，内桶作为洗涤、漂洗、离心脱水用。

常见的波轮式套桶洗衣机是单电机的，洗涤及脱水工作由离合器控制。

洗涤时波轮转动而脱水桶不转，脱水是波轮与脱水桶一齐旋转。

3、按洗涤方式分类，洗衣机可分为波轮式、滚筒式等

波轮式滚筒式

图2-1

（1）波轮式洗衣机。

波轮式洗衣机是将洗涤衣物浸泡在水中，靠波轮正、反方向的交替转动或连续单方向的转动使衣物在水中不断翻滚，而达到洗净衣物的目的。

主要特点是：

洗涤能力强、洗涤时间短、结构简单、可调节水位、成本低、易维修、易操作。

（2）滚筒式洗衣机。

滚筒式洗衣机自动化程度高，洗涤性能好，容量大，质量高。

2.1.6进水电磁阀

进水电磁阀简称进水阀、注水阀。

在全自动洗衣机上，以内功用进水阀来实现自动注水和停止进水。

它和水位开关互相配合，对洗衣桶的水位高低进行自动控制。

进水阀是一种电磁阀，阀中心是铁心，铁心外为电磁线圈，线圈不通电时，在小弹簧的作用下铁心被压下，封住了橡胶阀上所装的塑料盘中间的泄压孔，这时书从加压针孔进入控制腔，使进水腔和控制腔的水压相等。

由于橡胶阀上部的受压面积大于下部的受压面积，所以橡胶阀被压紧在阀座上起到了封闭作用。

其封闭的可靠性是由铁心所受的压力决定的，铁心的下端与泄压孔接触，铁心的上端受压面积大于下端的受压面积，显然水的压力越大，铁心对泄压孔的封闭压力越大，封闭越可靠。

当线圈通电时，电磁力克服下弹簧的弹力将铁心吸上，泄压孔打开，由于泄压孔大于加压针孔，控制腔内的水将很快流出，压力降低，进水腔为自来水压，橡胶阀的下部压力大于上部压力，即被下部的水压推开，阀即开启注水。

2.1.7排水电磁阀

排水电磁阀是全自动洗衣机特有的电器部件。

它是一个受程控器控制的自动排水开关。

除了排水功能外，还控制着离合器的状态（洗涤或脱水）。

排水电磁阀由电磁铁和排水阀两部分组成，它们是相互独立的部件，两者用排水阀连接起来，在连接板的右端以开口销与电磁铁动铁心连接，而左端钩在排水阀的内弹簧上。

当电磁铁通电时，将动铁心往右拉，排水阀就呈打开状态。

此时盛水桶内的洗涤液便能通过水道和阀门，从排水口流出机外。

在连接板上还用螺栓固定着一个位置可调的定位套，在动铁心吸合的过程中，该定位套向右运动，拨动了离合器上的制动杆，为脱水做准备。

当电磁铁失电时，排水阀在自身弹簧作用下将铁心拉出，排水阀关闭，洗衣机停止排水。

同时，离合器上制动杆靠制动弹簧的作用恢复原位，为洗涤漂洗过程中波轮转动做好准备。

2.1.8水位开关

水位开关也叫压力开关，是一种气压式电触点开关。

它是利用洗衣桶内水位高低不同所产生的不同压力，来控制进水阀的开启和关闭。

此外，它还负责进水与洗涤之间的转换。

水位开关由三部分组成：

（1）压力传感部分由橡皮膜下部的气室组成；

（2）电气开关部分由中间的一组触点、簧片及开关小压簧组成；

（3）压力控制部分包括上部的顶心、压力弹簧以及调整压力的凸轮、杠杆等。

水位开关的气室经过软管与洗衣机外桶连接起来。

平时，橡皮膜处于平衡状态，当水注进外桶后，水首先将贮气室封闭起来，一部分的空气来不及跑出而被封闭在贮气室里。

由于贮气室与水位开关的气室间用压力软管相连通，贮气室的压力也就与水位开关气室的压力相同，随着外桶中水位的上升，贮气室、压力软管和水位开关气室间的空气不断的被压缩，随之压强也成比例地上升，这样就把外桶中的水压转换成了空气压力，并作用在橡皮膜上。

当注水到了预定的水位时，气室内的压力也升高到一定值。

当它足以克服压力弹簧通过顶心作用加在动簧片上的力时，就推动动簧片向上移动。

当动簧片移动到预定位置后，开关下压簧将推动动簧片弯到另一个方向，从而使动簧片上的公共触点与常闭触点分离，而与常开触点接触，这样就向程控器发出了“水位已到”的信号，由程控器来控制进水电磁阀关闭，随即进入洗涤程序。

当完成个洗衣程序后，程控器向排水电磁铁发出信号，排水阀开启并排水。

随着水位的下降，气室内的压力也逐渐减小，在压力弹簧的作用下，顶心和橡皮膜逐渐下移，到了某有程度时动簧片又弯向上方，常开与常闭触点都恢复原位，等待下一个进水程序，此时水位开关虽然复位，但并不影响洗衣机继续排水。

旋转凸轮使杠杆上下移动，从而改变压力弹簧的压缩程度。

如果压力弹簧的压缩长度大，则压力大气室内的压力要高一些才能将动簧片推到预定位置，以次达到控制水位的目的。

2.1.9离合器

减速离合器就是全自动洗衣机中完成降速并传递扭矩的部件。

目前大多数洗衣机采用减速离合器。

它有4根轴：

（1）洗涤输入轴；

（2）下半轴；

（3）中半轴；

（4）洗涤输出轴。

全自动洗衣机在洗涤、排水和脱水之间是自动转换的，这些转换由排水电磁阀和制动杆来控制。

当排水电磁铁吸合时，定位套就向上运动一段距离，使得制动杆克服制动弹簧的作用力被推向上方，制动弹簧的中心轴做逆时针方向转动，连接在制动杆另一端的刹车带被迫向下移动，与脱水轴上的刹车盘产生间隙，脱水轴因此失去控制，也就可以顺利的进行脱水转动了。

同时，制动杆将棘爪拨叉上的调节螺钉顶向上方，也就使拨叉克服弹簧的压力，饶弹簧的中心轴做顺时针方向转动，于是棘爪抬起，放松了对棘轮的限制，这样被棘轮扭转一个小角度的方丝离合簧杂自身弹力的作用下恢复原来的位置，抱紧离合套。

当大皮带在电动机的带动下顺时针旋转时，可以产生巨大的摩擦力，使离合套和下半轴（脱水轴）联为一体，脱水工作就可以顺利进行了。

2.2本章小结

本章主要介绍了全自动洗衣机的控制原理与结构，其中重点对结构系统进行了逐一分析，从而使我们对自动洗衣机的各个部件的运作有了大致的了解，使我们从整体上对系统有了解，方便对系统进行设计。

第三章PLC的基本知识

3.1PLC的定义

PLC自问世以来，尽管时间不长，但发展迅速。

为了使其生产和发展标准化，国际电工委员会（IEC）先后颁布了PLC标准的草案第一、二、三稿，并在1987年作了如下的定义：

“可编程控制器是一种数字运算操作的电子系统，专为在工业环境应用而设计的。

它采用一类可编程控制器，用于其内部存储程序、执行逻辑运算、顺序控制、定时、计数与算术操作等面向用户的指令，并通过数字或模拟式输入/输出控制各种类型的机械或生产过程。

可编程控制器及基有关外部设备，都应按易于与工业控制系统联成一个整体，易于扩充基其功能的原则设计的。

”总之，可编程控制器是一台专为工业环境而设计的计算机，它是将传统的计算机技术、继电器技术和通信技术相融合而发展起来的一种新型的控制装置。

在具体的国内工业应用中，由于它不是针对某一具体的工业应用，因此它的硬件应根据实际需要来进行配置，其软件则根据控制要求进行编写。

3.2PLC的特点：

PLC是传统的继电器技术和计算机技术相结合的产物，所以要工业控制方面，它具有继电器或通用计算机所无法比拟的特点。

3.2.1高可靠性

PLC的高可靠性主要表现在硬件和软件两