基于PLC的洗衣機(jī)控制

包頭輕工職業(yè)技術(shù)院畢業(yè)論文題目基于PLC的洗衣機(jī)控制班級姓名指導(dǎo)教師包頭輕工職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)論文PAGEIII摘要隨著社會經(jīng)濟(jì)的發(fā)展和科學(xué)技術(shù)水平的提高，家庭電器全自動化成為必然的發(fā)展趨勢。全自動洗衣機(jī)的產(chǎn)生極大的方便了人們的生活。洗衣機(jī)是國內(nèi)家電業(yè)唯一不打價格戰(zhàn)的行業(yè)，經(jīng)過幾年的平穩(wěn)發(fā)展，國產(chǎn)洗衣機(jī)無論在質(zhì)量上還是功能上都和世界領(lǐng)先水平同步?？v觀洗衣機(jī)市場，高效節(jié)能、省水、省電、環(huán)保型洗衣機(jī)一直在市場上占主導(dǎo)地位。根據(jù)全自動洗衣機(jī)的工作原理,利用可編程控制器PLC實現(xiàn)控制,說明了PLC控制的原理方法,特點及控制洗衣機(jī)的特色。PLC的優(yōu)點是：可靠性高，耗電少，適應(yīng)性強(qiáng)，運行速度快，壽命長等，為了進(jìn)一步提高全自動洗衣機(jī)的功能和性能，避免傳統(tǒng)控制的一些弊端，就提出了用PLC來控制全自動洗衣機(jī)這個課題。全自動洗衣機(jī)控制系統(tǒng)利用了西門子S7-200系列PLC的特點,對按鈕,電磁閥,開關(guān)等其他一些輸入/輸出點進(jìn)行控制,實現(xiàn)了洗衣機(jī)洗衣過程的自動化。由于每遍的洗滌,排水,脫水的時間由PLC內(nèi)計數(shù)器控制,所以只要改變計數(shù)器參數(shù)就可以改變時間?？梢园焉厦嬖O(shè)定的程序時間定下來,作為固定程序使用,也可以根據(jù)衣物的質(zhì)地,數(shù)量及油污的程度來編程。該論文就怎樣利用PLC來控制全自動洗衣機(jī)進(jìn)行了調(diào)查，對其中軟件設(shè)計、硬件設(shè)計等問題進(jìn)行了分析和研究，實現(xiàn)了全自動洗衣機(jī)的正常運行和強(qiáng)制性停止功能。關(guān)鍵詞：PLC，洗衣機(jī)，控制目錄第一章緒論 11.1課題的研究背景 11.2洗衣機(jī)發(fā)展概況和現(xiàn)狀 11.3課題研究的目的與意義 21.4本課題研究的主要內(nèi)容 2第二章概述 32.1PLC的控制特點 32.2控制系統(tǒng)框圖 32.3控制系統(tǒng)對應(yīng)設(shè)備及功能 42.4控制系統(tǒng)原理 4第三章硬件電路的設(shè)計 63.1PLC的選擇 63.1.1輸入地址分配表 63.1.2輸出地址分配表 63.1.3CPU功能與結(jié)構(gòu)的選擇 63.2PLC外部接線圖 73.3洗衣機(jī)示意圖 7第四章軟件的設(shè)計 94.1PLC控制順序功能圖 94.2系統(tǒng)梯形圖 104.3系統(tǒng)指令語句表 13結(jié)論 15致謝 16參考文獻(xiàn) 17PAGE17第一章緒論1.1課題的研究背景本次設(shè)計基于PLC的全自動洗衣機(jī)控制，本文的課題源于市場上洗衣機(jī)產(chǎn)品。采用PLC控制開發(fā)的周期短，開發(fā)成本低，可以直接用于工業(yè)現(xiàn)場控制。PLC控制具有實時性、信號處理時間短、速度快、更能滿足各個領(lǐng)域大、中、小型工業(yè)控制項目，可靠性高，豐富的I/O卡件，質(zhì)優(yōu)價廉，性價比高，安裝簡單，維修方便，PLC控制能在高粉塵、高噪聲、強(qiáng)電磁干擾和溫度變化劇烈的環(huán)境下正常工作。因為它是整體模塊，集中了驅(qū)動電路、檢測電路和保護(hù)電路以及通訊聯(lián)網(wǎng)功能，所以在使用中，硬件相對簡單，編程語言也相對簡單，并且測試容易，維修方便，更可以提高控制系統(tǒng)設(shè)計的靈活性及控制系統(tǒng)的可靠性。本設(shè)計以操作簡單、使用可靠、維護(hù)修理方便作為主要設(shè)計方向。1.2洗衣機(jī)發(fā)展概況和現(xiàn)狀從古到今，洗衣服都是一項難于逃避的家務(wù)勞動，在洗衣機(jī)出現(xiàn)以前，這項勞動并不像田園詩描繪的那樣充滿樂趣、手搓、腳踩、棒擊、沖刷、摔打。這些不斷重復(fù)的簡單的體力勞動，留給人的感受常常是辛苦勞累。世界上第一臺洗衣機(jī)于1858年誕生，但這臺洗衣機(jī)使用費力，且損傷衣服，因而沒被廣泛使用，但這卻標(biāo)志了用機(jī)器洗衣的開端。1874年,“手洗時代”受到了前所未有的挑戰(zhàn)，美國人發(fā)明了木制手搖洗衣機(jī)。1880年，美國發(fā)明了蒸氣洗衣機(jī)，蒸氣動力開始取代人力。蒸汽洗衣機(jī)之后，水力洗衣機(jī)、內(nèi)燃機(jī)洗衣機(jī)也相繼出現(xiàn)。1910年，美國試制成功世界上第一臺電動洗衣機(jī)，電動洗衣機(jī)的問世，標(biāo)志著人類家務(wù)勞動自動化的開端。1922年，美國改造了洗衣機(jī)的洗滌結(jié)構(gòu)，把拖動式改為攪拌式，使洗衣機(jī)的結(jié)構(gòu)固定下來，這也就是第一臺攪拌式洗衣機(jī)的誕生。1932年，美國研制成功第一臺前裝式滾筒洗衣機(jī)。1955年，在引進(jìn)英國噴流式洗衣機(jī)的基礎(chǔ)之上，日本研制出獨具風(fēng)格、并流行至今的波輪式洗衣機(jī)。70年代后期，微電腦控制的全自動洗衣機(jī)出現(xiàn)引領(lǐng)新的發(fā)展方向，讓人耳目一新。90年代，由于電動機(jī)調(diào)速技術(shù)的提高，洗衣機(jī)實現(xiàn)了較寬范圍的轉(zhuǎn)速變換與調(diào)節(jié)，誕生了許多新水流洗衣機(jī)。全自動洗衣機(jī)可分為兩大類：第一類：電動控制洗衣機(jī)，它的程序控制器由電動元件組成。第二類：電腦控制洗衣機(jī)，它的程序控制器由微型計算機(jī)組成。電動控制全自動洗衣機(jī)是較早出現(xiàn)的自動控制類家用電器，其產(chǎn)品類型還屬于傳統(tǒng)的機(jī)械產(chǎn)品，是自動控制的初級階段。隨著計算機(jī)的及微電子技術(shù)的發(fā)展，自動控制系統(tǒng)正在逐步實現(xiàn)硬件化。因此，電動控制洗衣機(jī)將逐步退出家電舞臺。全自動洗衣機(jī)從結(jié)構(gòu)上分有波輪式、攪拌式、滾筒式。目前,國內(nèi)市場上銷售的大都是波輪式和滾筒式，供應(yīng)最多的是波輪式洗衣機(jī)。波輪式洗衣機(jī)的特點是洗凈率高,但對衣服的磨損很大,隨著人們生活水平不斷地提高，絲綢,毛料,羊毛等大量走進(jìn)普通家庭,廠商又適時地推出了滾筒洗衣機(jī),它最大的優(yōu)點是磨損率小,但洗凈率比波輪式低,價格高。洗衣機(jī)產(chǎn)品可以分三類：普通型、半自動型和全自動型。普通型和半自動型洗衣機(jī)，都需要人為參與操作，才能完成洗衣、甩干、排水全過程；而全自動洗衣機(jī)在整個洗滌、甩干、排水過程中，無需人為操作和監(jiān)控。國內(nèi)外洗衣機(jī)品牌有海爾、小天鵝、榮事達(dá)、松下、惠而浦水仙、LG熊貓、西門子、日立好用。1.3課題研究的目的與意義本課題主要著重于全自動洗衣機(jī)的控制，要求洗衣機(jī)能實現(xiàn)進(jìn)水、洗滌、排水、脫水、報警，所采用的控制方法操作簡單、穩(wěn)定可靠、維護(hù)與維修方便?？刂品椒ù_定后投入生產(chǎn)要縮短控制系統(tǒng)的設(shè)計的時間、調(diào)試周期，且要降低成本。傳統(tǒng)的洗衣機(jī)采用繼電器控制的優(yōu)點是裝置結(jié)構(gòu)簡單、價格便宜、抗干擾能力強(qiáng)。但是，這也是隨之帶來的一些問題，如絕大多數(shù)控制繼電器都是長期磨損和疲勞工作條件下進(jìn)行的，容易損壞，而且繼電器的觸點容易產(chǎn)生電弧，甚至?xí)墼谝黄甬a(chǎn)生誤操作，引起嚴(yán)重的后果。在全負(fù)荷運載的情況下，大的繼電器將產(chǎn)生大量的熱及噪聲，同時也消耗了大量的電能。并且繼電器控制系統(tǒng)必須是手工接線、安裝，如果有簡單的改動，也需要花費大量時間及人力和物力去改制、安裝和調(diào)試。這種電路接線多，只適用于小型的控制電路。采用PLC控制比繼電器控制好的多，我們采用PLC來控制。1、可靠性高，抗干擾能力強(qiáng)，高可靠性是電氣控制設(shè)備的關(guān)鍵性能。PLC由于采用現(xiàn)代大規(guī)模集成電路技術(shù)，采用嚴(yán)格的生產(chǎn)工藝制造，內(nèi)部電路采取了先進(jìn)的抗干擾技術(shù)，具有很高的可靠性。2、易學(xué)易用，深受工程技術(shù)人員歡迎PLC作為通用工業(yè)控制計算機(jī)，是面向工礦企業(yè)的工控設(shè)備。3、系統(tǒng)的設(shè)計、建造工作量小，維護(hù)方便，容易改造，PLC用存儲邏輯代替接線邏輯，大大減少了控制設(shè)備外部的接線，使控制系統(tǒng)設(shè)計及建造的周期大為縮短，同時維護(hù)也變得容易起來。更重要的是使同一設(shè)備經(jīng)過改變程序改變生產(chǎn)過程成為可能。這很適合多品種、小批量的生產(chǎn)場合。4、體積小，重量輕，能耗低，由于體積小很容易裝入機(jī)械內(nèi)部，是實現(xiàn)機(jī)電一體化的理想控制設(shè)備。1.4本課題研究的主要內(nèi)容研究的具體內(nèi)容包括：1、深入了解洗衣機(jī)的發(fā)展、結(jié)構(gòu)及控制要求。2、控制系統(tǒng)設(shè)計。包括硬件設(shè)計，PLC的選擇，各硬件模塊的介紹，軟件設(shè)計，編程方法。3、對編寫好的編譯程序進(jìn)行實際調(diào)試。第二章概述2.1PLC的控制特點PLC系統(tǒng)的特點：1）可靠性高，PLC作為一種通用的工業(yè)控制器，它必須能夠在各種不同的工作環(huán)境中正常工作。對工作的環(huán)境要求較低，抗外部干擾能力強(qiáng)，平均無故障時間長。2）使用方便靈活，PLC采用了基本單元擴(kuò)展或者是模塊化的結(jié)構(gòu)形式，因此，輸入/輸出信號的數(shù)量，形式，驅(qū)動能力等都可以根據(jù)實際控制要求進(jìn)行選擇與確定，而且在需要時可以隨時更換，近年來，PLC的特殊模塊增多這些可以滿足不同的控制要求，使PLC的使用更加靈活與多變。3）編程簡單，PLC的優(yōu)越性主要體現(xiàn)在它采用了獨特的，多種面向廣大工程設(shè)計人員的編程語言，如指令表，梯形圖，邏輯功能圖，順序功能圖等，程序簡潔，明了適合各類技術(shù)人員的傳統(tǒng)習(xí)慣，即使是沒有計算機(jī)知識的人員也很統(tǒng)一掌握，特別是梯形圖與邏輯功能圖，形象直觀，動態(tài)監(jiān)測效果逼真，且與計算機(jī)控制容易。典型的PLC控制系統(tǒng)的硬件組成框圖如圖2-1所示：圖2-1PLC控制系統(tǒng)的硬件組成框圖2.2控制系統(tǒng)框圖此次設(shè)計根據(jù)全自動洗衣機(jī)的工作原理,洗衣機(jī)的工作流程由進(jìn)水，洗衣，排水，和脫水四個過程組成。在半自動洗衣機(jī)中，這四個過程分別用相應(yīng)的按扭開關(guān)來控制。利用可編程控制器PLC實現(xiàn)控制,用于說明PLC控制的原理方法,特點及工作特色。此次全自動洗衣機(jī)控制系統(tǒng)設(shè)計利用了西門子S7-200系列PLC的特點,對按鈕,電磁閥,開關(guān)等其他一些輸入/輸出點進(jìn)行控制,實現(xiàn)了洗衣機(jī)洗衣過程的自動化。根據(jù)以上要求PLC的控制系統(tǒng)框圖如下圖2-2：圖2-2控制系統(tǒng)框圖2.3控制系統(tǒng)對應(yīng)設(shè)備及功能根據(jù)控制過程中的進(jìn)水、洗滌、脫水、報警等控制要求，對控制所需的外部設(shè)備初步設(shè)計如表1-1表2-3對應(yīng)設(shè)備及功能表對應(yīng)的外部設(shè)備對應(yīng)的輸出設(shè)備啟動按扭進(jìn)水電磁閥停止按扭排水電磁閥水位選擇開關(guān)（高水位）洗滌電動機(jī)正轉(zhuǎn)繼電器水位選擇開關(guān)（中水位）洗滌電動機(jī)反轉(zhuǎn)繼電器水位選擇開關(guān)（低水位）脫水桶手動排水開關(guān)報警器手動脫水開關(guān)高水位傳感器中水位傳感器低水位傳感器水排空傳感器2.4控制系統(tǒng)原理自動洗衣機(jī)的進(jìn)水，洗衣，排水，脫水是通過水位開關(guān)，電磁進(jìn)水閥和電磁排水閥配合進(jìn)行控制，從而實現(xiàn)自動控制的，水位開關(guān)用來控制進(jìn)水到洗衣機(jī)內(nèi)高中低水位，電磁進(jìn)水閥起著通斷水源的作用。進(jìn)水時，電磁進(jìn)水閥打開，將水注入，排水時，電磁排水閥打開，將水排出，洗衣時，洗滌電動機(jī)啟動，脫水時，脫水桶啟動。第三章硬件電路的設(shè)計3.1PLC的選擇3.1.1輸入地址分配表表3-1輸入地址分配表輸入地址對應(yīng)的外部設(shè)備I0.0啟動按扭I0.1停止按扭I0.2水位選擇開關(guān)（高水位）I0.3水位選擇開關(guān)（中水位）I0.4水位選擇開關(guān)（低水位）I0.5手動排水開關(guān)I0.6手動脫水開關(guān)I0.7高水位傳感器I1.0中水位傳感器I1.1低水位傳感器I1.2水排空傳感器3.1.2輸出地址分配表表3-2輸出地址分配表輸出地址對應(yīng)的輸出設(shè)備Q0.0進(jìn)水電磁閥Q0.1排水電磁閥Q0.2洗滌電動機(jī)正轉(zhuǎn)繼電器Q0.3洗滌電動機(jī)反轉(zhuǎn)繼電器Q0.4脫水Q0.5報警器3.1.3CPU功能與結(jié)構(gòu)的選擇PLC的功能日益強(qiáng)大，一般PLC都具有開關(guān)量邏輯運算、定時、計數(shù)、數(shù)據(jù)處理等基本功能，有些PLC還可擴(kuò)展各種特殊功能模塊，如通信模塊、位置控制模塊等，選型時可考慮以下幾點：功能與任務(wù)相適應(yīng)，PLC的處理速度應(yīng)滿足實時控制的要求、PLC結(jié)構(gòu)合理、機(jī)型統(tǒng)一、在線編程和離線編程的選擇。全自動洗衣機(jī)控制所要求的控制功能簡單，小型PLC就能滿足要求了。該控制系統(tǒng)CPU模塊可采用CPU-224模塊，它可控制整個系統(tǒng)按照控制要求有條不紊地進(jìn)行。同時由于該模塊采用交流220V供電，并且自帶10個數(shù)字量輸入點和14個數(shù)字量輸出點，完全能滿足全自動洗衣機(jī)控制系統(tǒng)的要求，所以不再需要另外的電源模塊、數(shù)字量和輸出模塊。綜上所述此次設(shè)計選用西門子S7-200型PLC。3.2PLC外部接線圖根據(jù)全自動洗衣機(jī)的控制要求，對系統(tǒng)控制的I/O點數(shù)進(jìn)行了統(tǒng)計和PLC型號進(jìn)行了選擇，現(xiàn)根據(jù)以上的統(tǒng)計和選擇對控制系統(tǒng)PLC的外部接線設(shè)計如下圖3-3。圖3-3PLC外部接線圖3.3洗衣機(jī)示意圖如圖3-4所示為洗衣機(jī)示意圖，在圖中ST4為高水位傳感器，ST5為中水位傳感器，ST6為低水位傳感器，ST7位水排盡傳感器，當(dāng)選擇好水位后，YV1打開開始進(jìn)水，當(dāng)水位到達(dá)相應(yīng)水位時，相應(yīng)的傳感器送出ON信號否則為OFF,只有當(dāng)水上升到與選擇水位相開關(guān)一致時，YV1關(guān)閉停止進(jìn)水，開始洗衣。圖3-4洗衣機(jī)示意圖第四章軟件的設(shè)計4.1PLC控制順序功能圖順序功能圖，它是描述控制系統(tǒng)的控制過程、功能和特性的一種圖形，順序功能圖并不涉及所描述的控制功能的具體技術(shù)，他是一種通用的技術(shù)語言。全自動洗衣機(jī)控制系統(tǒng)PLC控制狀態(tài)流程圖見圖6。[11]圖6PLC控制狀態(tài)流程圖4.2系統(tǒng)梯形圖梯形圖是PLC模擬繼電器控制系統(tǒng)的編程方法。它由觸點、線圈或功能方框等構(gòu)成，梯形圖左、右的垂直線稱為左、右母線。畫梯形圖時，從左母線開始，經(jīng)過觸點和線圈（或功能方框），終止于右母線。在梯形圖中，可以把左母線看作是提供能量的母線。觸點閉合可以使能量流過，直到下一個元件；觸點斷開將阻止能量流過。這種能量流，我們稱之為“能流”。實際上，梯形圖是CPU仿真繼電器控制電路圖，使來自“電源”的“電流”通過一系列的邏輯控制條件，根據(jù)運算結(jié)果決定邏輯輸出的模擬過程。梯形圖中的基本編程元素有觸點、線圈和方框。觸點：代表邏輯控制條件。觸點閉合時表示能量可以流過。觸點分常開觸點和常閉觸點兩種形式。線圈：通常代表邏輯“輸出”的結(jié)果。能量流到，則該線圈被激勵。方框：代表某種特定功能的指令。能量流通過方框時，則執(zhí)行方框所代表的功能。方框所代表的功能有很多種，例如：定時器、計數(shù)器、數(shù)據(jù)運算等。

4.3系統(tǒng)指令語句表Network1//NetworkTitleNetwork1//NetworkTitle//進(jìn)水LDM1.3AT43OSM0.1OM0.0OI0.1ANM0.1=M0.0Network2LDI0.2OI0.3OI0.4LDI0.0AM0.0LDM1.2ANC51OLDALDOM0.1ANI0.1ANM0.2=M0.1=Q0.0Network3//進(jìn)水完停2秒LDI0.2AI0.7LDI0.3AI1.0OLDLDI0.4AI1.1OLDAM0.1OM0.2ANM0.3=M0.2TONT37,+20Network4//正轉(zhuǎn)LDM0.2AT37LDM0.7ANC50OLDOM0.3ANI0.1ANM0.4=M0.3Network5LDM0.3=Q0.2TONT38,+300Network6//正轉(zhuǎn)完停2秒LDM0.3AT38OM0.4ANM0.5=M0.4TONT39,+20Network7//反轉(zhuǎn)30秒LDM0.4AT39OM0.5ANI0.1ANM0.6=M0.5Network8LDM0.5=Q0.3TONT40,+300Network9//反轉(zhuǎn)完停2秒LDM0.5LDM0.5AT40OM0.6ANM0.7=M0.6TONT41,+20Network10//正反轉(zhuǎn)小循環(huán)5次LDM0.6AT41OM0.7ANM1.0ANM0.3=M0.7Network11LDM0.7LDM1.0CTUC50,+5Network12//排水LDM0.7AC50OM1.0ANM1.1ANI0.1=M1.0Network13LDM0.0AI0.5OQ0.1OM1.1OM1.0ANT42ANI0.1=Q0.1Network14//脫水30秒LDM1.0AI1.2OM1.1ANM1.2ANI0.1=M1.1Network15LDM1.1OQ0.4ANT42OI0.6LPSANI0.1=Q0.4LPPTONT42,+300Network16//大循環(huán)3次LDM1.1AT42OM1.2ANM1.3ANM0.1=M1.2Network17LDM1.2LDM1.3CTUC51,+3Network18//洗衣結(jié)束報警3秒LDC51AM1.2OM1.3ANM0.0=M1.3Network19LDM1.3OQ0.5LDM0.0AQ0.1AT42OLDANT43=Q0.5TONT43,+30結(jié)論通過本系統(tǒng)的設(shè)計，對全自動洗衣機(jī)的控制系統(tǒng)有了深入的理解。全自動洗衣機(jī)控制系統(tǒng)利用了西門子PLC的特點，對按鈕、電磁閥、開關(guān)等其他一些輸入輸出點設(shè)備進(jìn)行控制，實現(xiàn)了洗衣機(jī)洗衣過程的自動化。由于每遍的洗滌,排水,脫水的時間由PLC內(nèi)計數(shù)器控制,所以只要改變計數(shù)器參數(shù)就可以改變時間?？梢园焉厦嬖O(shè)定的程序時間定下來,作為固定程序使用,也可以根據(jù)衣物的質(zhì)地,數(shù)量及油污的程度來編程。只要稍作改變,就可以設(shè)計出諸如要多洗多甩的牛仔類衣物,輕洗輕甩的羊毛類衣物以及通用的標(biāo)準(zhǔn)洗滌程序,充分表其實用性。通過這次設(shè)計，對自動控制原理及應(yīng)用有了進(jìn)一步認(rèn)識，在一個多月的設(shè)計過程中學(xué)到