PLC在洗衣机系统中的应用.docx

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PLC在洗衣机系统中的应用

目录

1.引言3

2.设计任务及要求3

2.1设计任务3

2．2设计要求3

2.2．1正常运行3

2.2．2强制停止4

2.2．3人为脱水4

3.系统总体设计4

3．1方案论证4

3．2系统结构框图设计及说明5

4.软件设计6

4．1软、硬件设计6

4.1.1外部接线图：

6

4．1．2软件系统总流程图及设计思路说明6

4．2．2软件各功能模块的流程图设计及思路说明9

4.2.3源程序及重要部分分析10

5.安装与调试15

5．1安装调试过程15

5．2故障分析17

6.结论17

7.使用仪器设备清单17

8.收获、体会和建议17

9.参考文献18

10.附录18

10.1触摸屏：

18

1.引言

可编程控制器是以计算机为核心的通用自动控制装置，它的功能强、可靠性极强、编程简单、使用方便、体积小。

现已广泛应用于工业控制的各个领域，它以微处理器为核心，用编写的程序进行逻辑控制、定时、记数和算术运算等，并通过数字量和模拟量的输入/输出来控制机械设备或生产过程。

该设计采用欧姆龙公司的CP1H系列可编程控制器。

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。

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。

最后，在该设计过程中给予极大鼓励和帮助的老师、同学，在此表示衷心的感谢。

由于在设计过程中存在许多不足，希望老师同学指正。

2.设计任务及要求

2.1设计任务

本次毕业设计是利用欧姆龙CP1H对洗衣机进行全自动控制，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。

全自动洗衣机控制系统的要求是能实现“正常运行”、“强制停止”和“人为脱水”三种控制方式。

自动洗衣机的进水、洗涤、排水和脱水是通过水位开关、电动机、电磁进水阀和电磁排水阀配合进行控制，从而实现自动控制的。

水位开关用来控制进水到洗衣机内高、中、低水位；电磁进水阀起着通/断水源的作用；电动机具有洗涤，脱水功能；电磁排水阀用来排水。

2．2设计要求

全自动洗衣机控制系统的要求是能实现“正常运行”、“强制停止”和“人为脱水”三种控制方式。

2.2．1正常运行

“正常运行”方式具体控制要求如下：

（1）按下开始按钮接通电源

（2）在“豪华周期”、“标准周期”和“经济周期”中选择最适宜自己的周期，以“进水-洗涤-排水-脱水”为一个基本循环，“豪华周期”具有4个基本循环，“标准周期”具有3个基本循环，“经济周期”具有2个基本循环。

（3）将水位通过水位选择开关设在合适的位置（高、中、低），开始进水，达到设定的水位（高、中、低）后，停止进水；

（4）在“强力清洗”、“通常清洗”和“柔和清洗”中选择适合衣物的洗涤方式，以“正转-正转停止-反转-反转停止”为电动机工作模式，“强力清洗”正转8S-正转停止2S-反转8S-反转停止2S，“通常清洗”正转5S-正转停止5S-反转5S-反转停止5S，“强力清洗”正转3S-正转停止7S-反转3S-反转停止7S。

（5）进水停止10s后开始洗涤；

（6）洗涤时间为120S，根据不同的洗涤方式，电动机会进行相应的工作模式

（7）洗涤结束，开始排水，以最高水位为基准，20S排干后进行脱水，脱水时间为40S，脱水时，电磁排水阀要保持开启状态

（8）脱水完再进水，重复相应的周期循环

（9）洗衣过程完成，报警60s并自动停机。

2.2．2强制停止

“强制停止”方式具体控制要求如下：

（1）若按下“停止”按扭，洗衣过程停止，即电动机关闭、进水电磁阀和排水电磁阀全部闭合；

2.2．3人为脱水

（1）按下“人为脱水”按钮可对衣物进行人为脱水

3.系统总体设计

3．1方案论证

方案一：

采用传统继电器控制，传统的洗衣机采用继电器控制的优点是装置结构简单、价格便宜、抗干扰能力强。

但是，这也是随之带来的一些问题，如绝大多数继电器都是在长期磨损和疲劳工作条件下进行的，容易损坏，而且继电器的触点容易产生电弧，甚至会熔在一起产生误操作，引起严重的后果。

在全负荷运载的情况下，大的继电器将产生大量的热及噪声，同时也消耗了大量的电能。

并且继电器控制系统必须是手工接线、安装，如果有简单的改动，也需要花费大量时间及人力物力去改制、安装和调试。

这种电路接线多，只适用于小型的控制电路。

方案二：

采用PLC控制，采用PLC控制具有以下优点，所以我们采用PLC来控制

（1）可靠性强，抗干扰能力强，高可靠性是电气控制设备的关键性能。

PLC由于采用现代大规模集成电路技术，采用严格的生产工艺制造，内部电路采取了先进的抗干扰技术，具有很高的可靠性。

（2）配套齐全，功能完善，适用性强，PLC发展到今天，已经形成了大、中、小各种规模的系列化产品。

可以用于各种规模的工业控制场合。

（3）统的设计、建造工作量小，维护方便，容易改造，PLC用存储逻辑代替接线逻辑，大大的减少了控制设备外部的接线，使控制系统设计及建造的周期大为缩短，同时维护也变得容易起来。

更重要的是使同一设备经过改变程序改变生产过程称为可能。

这很适合多品种、小批量的生产场合。

（4）体积小，重量轻，能耗低，由于体积小很容易装入机械内部，是实现机电一体化的理想控制设备。

3．2系统结构框图设计及说明

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：

可编程序控制器和继电器组。

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。

图3-21系统结构框图

在图3.21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。

4.软件设计

4．1软、硬件设计

4.1.1外部接线图：

4．1．2软件系统总流程图及设计思路说明

流程图：

图4.2.1-1系统流程图

设计思路说明：

PLC控制系统的设计思路，具体操作如下：

（1）控制要求分析

在设计PLC控制系统之前，必须对工艺流程进行细致的分析，详细了解控制对象和控制要求，这样才能真正明白自己要完成的任务，设计出令人满意的控制系统。

（2）确定I/O设备

根据控制要求选择合理的输入设备（控制按钮、开关、传感器等）和输出设备（接触器、继电器等）。

并根据选用的输入/输出设备的类型和数量，确定PLC的I/O点数。

（3）选择合适的PLC

确定PLC的点数后，就根据I/O点数、控制要求等来进行PLC的选择。

选择包括机型、存储器容量、输入/输出模块、电源模块和智能模块等。

（4）PLC程序设计

本阶段就是根据控制对象和控制要求对PLC进行编程。

首先把工艺流程分为若干阶段，确定每一阶段的输入信号和输出要控制的设备，还有不同阶段之间的关系，然后画出程序流程图，最后再进行程序编制。

（5）I/O点数分配

点数分配就是PLC的I/O端子和输入/输出设备的对应关系，画出I/O接线原理图。

输入

输出

地址

功能

地址

功能

0.02

豪华周期

100.00

进水

0.03

标准周期

100.01

排水

0.04

经济周期

100.02

电动机正转

0.05

高水位

100.03

电动机反转

0.06

中水位

100.04

报警

0.07

低水位

0.08

强力清洗

0.09

正常清洗

0.10

柔和清洗

1.05

高水位浮球

1.06

中水位浮球

1.07

低水位浮球

1.09

停止

1.10

开启

1.11

人为脱水

4．2．2软件各功能模块的流程图设计及思路说明

4.2.2-1电动机工作模式流程图

4.2.2-2人为脱水流程图

PLC控制系统是为工艺流程服务的，所以它首先要能很好的实现工艺提出的控制要求。

PLC控制系统的设计思路应遵循以下原则：

（1）根据工艺流程进行设计，力求设计出来的控制系统能最大限度满足控制要求。

（2）在满足控制要求的前题下，尽量减少PLC系统硬件费用。

（3）考虑到以后控制要求的变化，所以控制系统设计时应考虑到PLC的可扩展性。

控制系统使用和维护方便、安全可靠。

4.2.3源程序及重要部分分析

图4.2.3-1开始及周期选择梯形图

当按钮1.10按下时，接通电源，进入周期选择，按钮1.09用来紧急停止

图4.2.3-2水位选择及水位感应梯形图

周期选择完进入水位设定，选择最适宜当前衣物的清洗模式，清洗模式选择完毕，电磁进水阀打开，开始进水，水位达到预设位置，则感应开关得电，停止进水！

图4.2.3-3周期处理梯形图

图4.2.3-4周期计数梯形图

周期计数，以“进水-洗涤-排水-脱水”为一个基础循环，不同的周期有不同的循环次数，当周期结束时，报警器报警，并复位计数器

图4.2.3-5洗涤及排水处理梯形图

图4.2.3-6洗涤方式处理梯形图

图4.2.3-7洗涤时间及脱水时间梯形图

各状态设定结束，进水阀关闭，延迟10S后开始进入洗涤时间，洗涤时间为120S，洗涤结束后，排水阀打开，以最高水位为基准，排水20S排水结束后开始脱水，脱水时间为40S，在脱水时，排水阀要保持开启状态。

图4.2.3-8强力清洗模式梯形图

强力清洗模式下电动机工作状态，以“正转-正转停止-反转-反转停止”为基本电动机工作模式，强力清洗模式下，电动机将在洗涤时间内进行一个“正转8S-正转停止2S-反转8S-反转停止2S”的模式循环，直至洗涤时间结束。

图4.2.3-8正常清洗梯形图

正常清洗模式下电动机工作状态，以“正转-正转停止-反转-反转停止”为基本电动机工作模式，正常清洗模式下，电动机将在洗涤时间内进行一个“正转5S-正转停止5S-反转5S-反转停止5S”的模式循环，直至洗涤时间结束。

图4.2.3-9柔和清洗梯形图

柔和清洗模式下电动机工作状态，以“正转-正转停止-反转-反转停止”为基本电动机工作模式，柔和清洗模式下，电动机将在洗涤时间内进行一个“正转3S-正转停止7S-反转3S-反转停止7S”的模式循环，直至洗涤时间结束。

图4.2.3-10电动机正反转判断

根据定时器的通断电来判断电动机的正反转及停止，当人为脱水时，电动机持续正转

图4.2.3-11报警及人为脱水梯形图

在周期结束或者人为脱水结束的情况下，洗衣机报警，持续60S，60S后切断电源。

图4.2.3-12输出梯形图

5.安装与调试

5．1安装调试过程

编程软件采用欧姆龙公司为其生产的PLC而设计的编程软件CX-programmer。

（1）当按下1.10时，程序启动，内部继电器W2.00得电自锁。

（2）内部继电器W2.00得电自锁，进入周期选择，当按下相应周期（如：

经济周期0.04）时，内部继电器W0.00得电。

（3）周期选择完毕进入水位选择，根据当前的衣物数量选择相应水位（如：

低水位0.07）。

（4）水位选择完毕，进入清洗模式选择，可根据衣物质地选择相应的清洗模式（如：

强力清洗0.10），清洗模式选择完毕，电路导通，内部继电器W0.01得电，输出线圈100.00得电，电磁进水阀开启，开始进水。

（5）当水位达到内部水位浮球开关（如：

低水位浮球：

1.07）时，水位浮球开关得电，内部继电器W0.02得电。

水位警戒W0.02得电，则W0.02常闭触点断开，W0.01断电，电磁进水阀关闭，进水结束。

（6）内部继电器

（7）W0.02得电，进水结束，内部定时器T0003开始计数，延迟10S。

（8）延迟10S，T0003得电，常开触点闭合，内部继电器W0.06得电自锁。

（9）开关0.04和0.10闭合，则相应的内部继电器W0.05得电。

（10）内部继电器W0.06和W0.05得电，开关0.10闭合，则相应的内部机电W0.10得电。

（11）内部继电器W0.10得电，定时器T0004开始计数，总时间为120S

（12）当内部继电器W0.10得电时，定时器T0013、T0014、T0015和T0016开始计数分别对应电动机的正转3S，正转停止7S，反转3S，反转停止7S。

当T0016达到设定值时，T0016得电，其常闭触点断开，T0013、T0014、T0016、T0016复位，在洗涤时间内继续循环。

（13）当T0013开始计数时，电动机正转，计数结束T0013得电，常闭触点断开，T0014开始计数，电动机停止，T0014计数结束，T0015开始计数，电动机反转，计数结束，T0015得电，常闭触点断开，T0016开始计数，电动机停止，计数结束，T0016得电，常闭触点断开，T0013、T0014、T0015、T0016复位。

（14）当定时器T0004设定值为0时，T0004得电，洗涤结束，进入排水，T0021开始计数，同时输出线圈100.01得电，电磁排水阀打开，T0022开始计数。

（15）T0022计数结束得电，W0.11得电，输出线圈100.02得电，电动机正转，持续40S直至T0021设定值为0。

（16）T0021计数结束得电，计数器C0003减一，重复上述循环。

（17）当计数器C0003为0时，计数器得电，内部继电器W0.15得电，从而W0.14得电，输出线圈100.04得电，开始报警，C0003复位，T0023开始计数，持续60S。

T0023计数结束得电，常闭触点断开，切断电源。

从仿真调试上可以看出，本设计达到了系统控制要求。

5．2故障分析

（1）脱水结束时，电动机还在进行洗涤动作。

因为在排水中，水位浮球感应开关必须关闭，而在事实操作中，经常付略这一问题，导致系统的错误运行。

（2）如果现实生活中，有可能存在水源大小问题，从而导致以时间来确定水是否达到水位线，并不是一个很合理的设计，所以将时间控制电磁进水阀改为用浮球感应开关来控制进水系统。

（3）在脱水时没保持排水状态，导致脱水不够合理。

洗衣机的脱水状态必须是在排水状维持的前提下进行的。

（4）人为脱水完后没有切断电源，作为一个完整的操作系统，只要运行结束就必须报警提醒，报警持续一段时间后，断开电源。

6.结论

通过该系统的设计，对欧姆龙CP1H系列的特点有了更深的理解，全自动洗衣机控制系统利用了欧姆龙CP1H系列PLC的特点，对按扭、电磁阀、开关等其他一些输入/输出点进行控制，实现了洗衣机洗衣过程的自动化。

，并且性能稳定，操作方便，效果良好，具有很高的利用价值。

7.使用仪器设备清单

使用仪器设备清单：

电脑，PLC试验箱，两条数据线

8.收获、体会和建议

收获：

在本课题的设计中，已联系现实为核心，进过认真的选择和反复设计，确定了利用欧姆龙CP1H系列PLC对全自动洗衣机进行控制，重点对软件进行了设计和讨论。

随着对PLC控制的研究，更进一步的了解了欧姆龙CP1H这一系列PLC。

并对洗衣机有了更深的了解。

体会：

本次毕业设计使我深有感受，不管结果如何，付出总有回报。

要懂的交流，利用网络资源学习。

学习只是一个理论过程，设计才是实践理论的最好方法，哪怕遇到再多的挫折，但是，这是一个积累过程，万事开头难，只要积累到一定高度，知识必须通过应用才能体现价值！

本次设计只能满足大多数人的洗衣要求，现在的全自动洗衣机都是“一键式”单按钮控制方式，只需一按按钮，就会开始洗涤，直至完成。

未能实现的模式，以本人现在的能力，要想实现这些功能也是比较困难。

但是，只要假以时日和经验，相信自己一定能完成！

建议：

有些东西看似学会了，但是使用时才发现，这是两回事！

做设计得从基础做起，切莫眼高手低，只有一步一个脚印，才能做好！

在做设计的时候一定要联合实际，从实际出发！

9.参考文献

10.附录

10.1触摸屏：

图10.1-1主界面

图10.1-2周期选择界面

图10.1-4水位选择界面

图10.1-3强度选择界面

图10.1-5水位感应界面