基于PLC的全自動(dòng)洗衣機(jī)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)

題目：基于PLC的全自動(dòng)洗衣機(jī)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)第一章緒論1.1課題背景隨著社會(huì)的不斷進(jìn)步，我國(guó)人民的生活得到了一定的改善，人們對(duì)于生活質(zhì)量的要求也越來(lái)越高，無(wú)論是從衣食住行，還是生活所需都引發(fā)了人民的高度關(guān)注。洗衣機(jī)可以說(shuō)是家家戶(hù)戶(hù)都有的家用電器，所以，為了滿(mǎn)足千家萬(wàn)戶(hù)的廣泛需求，眾多的生產(chǎn)廠家紛紛研制出各種先進(jìn)的洗衣機(jī)種類(lèi)，我們以前見(jiàn)到的老式洗衣機(jī)的工作是受繼電器操控的，經(jīng)過(guò)時(shí)間和實(shí)踐的考驗(yàn)，這類(lèi)的洗衣機(jī)容易出現(xiàn)無(wú)力、洗不干凈衣服、噪音大等毛病。已經(jīng)不能很好地滿(mǎn)足廣大人民的需求了。隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，具有更多功能的自動(dòng)化洗衣機(jī)已經(jīng)悄然問(wèn)世，很快被人民所認(rèn)可并逐漸普及到人民的日常生活中。如今，隨著單片機(jī)的迅速發(fā)展和全面推廣，單片機(jī)的成本也在日益降低，所以，一般以單片機(jī)用做全自動(dòng)洗衣機(jī)控制系統(tǒng)的中心進(jìn)行控制。然而,PLC因?yàn)槠涠喾N多樣的控制方式，控制功能很強(qiáng)大，已經(jīng)廣泛應(yīng)用于工業(yè)的眾多領(lǐng)域，正在逐步取代傳統(tǒng)的控制系統(tǒng)。近年來(lái),成本價(jià)格逐漸降低,PLC在工業(yè)自動(dòng)洗衣機(jī)控制系統(tǒng)開(kāi)始使用,在這一領(lǐng)域取得了很好的使用效果和反應(yīng)。這時(shí)候，還有很多的洗衣機(jī)生產(chǎn)廠家在洗衣機(jī)的工作操控方面采用PLC控制原理，這一控制原理可以讓洗衣機(jī)在未來(lái)的研制方面朝著人工智能化方向發(fā)展，使用者操作更容易、更簡(jiǎn)單，這樣的洗衣機(jī)必然會(huì)受到消費(fèi)者的青睞。以單片機(jī)作為核心控制器，它的優(yōu)點(diǎn)是：價(jià)格低廉；指令集豐富多變；有Flash存儲(chǔ)器和RAM存儲(chǔ)器；有定量的中斷源和I/O接線(xiàn)口；使用技術(shù)比較成熟；基本能滿(mǎn)足一般需要。這種技術(shù)中的不足有：很難進(jìn)行一些指令性程序代碼的編譯和設(shè)計(jì)，而且程序語(yǔ)言也不是我們程序員經(jīng)常使用的種類(lèi)；對(duì)于電路的要求較高，需要特別的電路硬件來(lái)予以保證。[17]。而本課題的設(shè)計(jì)選用PLC來(lái)作為控制核心。因PLC的成本較為低廉，有適量的I/O接線(xiàn)口，能夠滿(mǎn)足本課題的設(shè)計(jì)需要，又因?yàn)镻LC的指令集很簡(jiǎn)單，使得軟件的編程更加方便簡(jiǎn)化，用戶(hù)如果要進(jìn)行程序修改，可以只通過(guò)編程器軟件就可進(jìn)行，能夠滿(mǎn)足各式各樣的功能需求，硬件電路很簡(jiǎn)單，便于設(shè)計(jì)人員維修護(hù)理。1.2PLC控制全自動(dòng)洗衣機(jī)的研究現(xiàn)狀1969年創(chuàng)立了工業(yè)控制技術(shù)的新時(shí)代?？焖侔l(fā)展從那時(shí)起,PLC的控制新技術(shù),它可以滿(mǎn)足工業(yè)控制領(lǐng)域的要求,功能豐富,并添加人機(jī)界面和通信單元,如PLC控制設(shè)備的應(yīng)用,越來(lái)越多的簡(jiǎn)單的廣泛的應(yīng)用在許多領(lǐng)域。我們提出基于PLC的全自動(dòng)洗衣機(jī)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)這個(gè)課題，其中以PLC作為控制器是為了更深層次得改善全自動(dòng)洗衣機(jī)的性能和功能，同時(shí)也可以避免傳統(tǒng)控制的些許缺點(diǎn)。20世紀(jì)70年代，我國(guó)的PLC從國(guó)外引入并初步發(fā)展了起來(lái)，它的技術(shù)特點(diǎn)主要與三菱和西門(mén)子的PLC相兼容。目前,國(guó)內(nèi)PLC主要是小型計(jì)算機(jī)。制造商正在逐年增加,已經(jīng)超過(guò)數(shù)十家,雖然在中國(guó)工廠生產(chǎn)時(shí)間較長(zhǎng),但尚未掌握其核心技術(shù)。目前市場(chǎng)上，臺(tái)達(dá)PLC占國(guó)產(chǎn)市場(chǎng)的第一。S7-200系列的PLC是由德國(guó)西門(mén)子公司生產(chǎn)制造的，其中CPU226型號(hào)的PLC將微處理器、I/O接口和集成電源集成在它的內(nèi)部，使整體結(jié)構(gòu)較為緊湊。另外為了消費(fèi)者更好的使用該洗衣機(jī)的設(shè)計(jì)，還允許在外部設(shè)計(jì)一種拓展模塊，這樣的設(shè)計(jì)會(huì)讓洗衣機(jī)的控制更加順手。人們還可以使用STEP7-Micro/WIN32軟件編寫(xiě)程序，并可以在線(xiàn)創(chuàng)建、調(diào)試、仿真和修改程序，然后再將程序經(jīng)過(guò)專(zhuān)用電纜下載到PLC芯片中，實(shí)現(xiàn)具體的控制功能。PLC編程語(yǔ)言很簡(jiǎn)單,容易學(xué)習(xí)。與此同時(shí),PLC可以重復(fù)使用,降低測(cè)試成本。PLC也有串口設(shè)置,可以簡(jiǎn)單的連接到電腦,提供了簡(jiǎn)單的系統(tǒng)操作和維護(hù)便利。在2002年，廠家提議采用三菱F1-20MR型PLC來(lái)設(shè)計(jì)洗衣機(jī)控制系統(tǒng)，能夠滿(mǎn)足人們生活的基本需求。在2004年的時(shí)候，該廠家設(shè)計(jì)部門(mén)就建議使用日本三菱FX1S-30MRPLC控制系統(tǒng)，這一設(shè)計(jì)不再是采用人工或機(jī)械進(jìn)行注水，洗衣機(jī)在洗滌或甩干時(shí)也不再具有很大的噪音，特別是甩干的時(shí)候衣物可以自由放置，不會(huì)因放置不平衡而出現(xiàn)的大幅度晃動(dòng)等問(wèn)題，另外，該設(shè)計(jì)的控制系統(tǒng)使用時(shí)間會(huì)更長(zhǎng)。1.3研究意義在中國(guó)洗衣機(jī)的發(fā)展中,我們可以看到,中國(guó)家電行業(yè)從完整的復(fù)制外國(guó)技術(shù)和創(chuàng)新,開(kāi)始重視利用當(dāng)?shù)刭Y源,實(shí)現(xiàn)本地化設(shè)計(jì)。不僅改變了初期時(shí)國(guó)外品牌一統(tǒng)我國(guó)市場(chǎng)的局面，同時(shí)我國(guó)產(chǎn)品遠(yuǎn)銷(xiāo)到國(guó)外市場(chǎng)，并且以過(guò)高的品質(zhì)，出色的設(shè)計(jì)和豐富的功能，贏得了良好的口碑?？删幊绦蜻壿嬁刂破魇且环N高性能的智能化集成芯片，其研發(fā)的基礎(chǔ)就是微型處理器，涉及到電感、通信等方面的因素，具有很高的自動(dòng)化。自動(dòng)洗衣機(jī)對(duì)控制系統(tǒng)的所有要求基本上都可以由它來(lái)滿(mǎn)足，得到了很多企業(yè)的喜愛(ài)。所以,通過(guò)使用先進(jìn)的技術(shù)和低成本用于改善現(xiàn)有的洗衣機(jī)控制系統(tǒng)是必要的,這樣我們就能使洗衣機(jī)有一個(gè)廣闊的市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力。技術(shù)的提高要求設(shè)計(jì)人員能夠不停的提出新的建議和項(xiàng)目，滿(mǎn)足人們?nèi)粘Ｉ畹男枨?，并設(shè)計(jì)出功能更加完善、耗能更加節(jié)約、使用更加人性化的產(chǎn)品。因此，本文以PLC作為控制器來(lái)設(shè)計(jì)全自動(dòng)洗衣機(jī)的控制系統(tǒng)很符合對(duì)洗衣機(jī)的使用實(shí)際現(xiàn)狀，具有很強(qiáng)的實(shí)用性。1.4設(shè)計(jì)要求依照現(xiàn)實(shí)情形，這一次的設(shè)計(jì)的控制系統(tǒng)依然是PLC控制器，我們要設(shè)計(jì)一種全自動(dòng)洗衣機(jī)的控制系統(tǒng)。全自動(dòng)洗衣機(jī)要求可以實(shí)現(xiàn)以下功能：(1)自動(dòng)判定水位；(2)根據(jù)衣物重量選定水位和注水量；(3)洗衣機(jī)自行完成洗衣的各項(xiàng)任務(wù)和計(jì)劃。達(dá)到保證衣服的干凈、用水量的控制和節(jié)約等各項(xiàng)要求。設(shè)計(jì)的該控制系統(tǒng)不能對(duì)電路的硬件要求過(guò)高，控制程序的編碼也要盡可能通俗易懂，使用過(guò)程更易于操作，工作狀態(tài)更為穩(wěn)定，電能和水源的利用率要高，節(jié)約時(shí)間而且機(jī)器本身使用周期更長(zhǎng)，售價(jià)更低等9]。根據(jù)不同洗滌方式的需求，洗滌被分為自動(dòng)洗滌和手動(dòng)洗滌兩種。使用自動(dòng)洗滌時(shí)，洗衣機(jī)運(yùn)行標(biāo)準(zhǔn)程序，即按照初期編寫(xiě)好的程序，自動(dòng)運(yùn)行直到結(jié)束整個(gè)洗衣的過(guò)程(注水、洗滌、排水、漂洗、排水、脫水、報(bào)警)。消費(fèi)者根據(jù)衣服的骯臟程度可以自主選擇手洗功能，需要按停止鍵，這時(shí)，洗衣機(jī)會(huì)馬上停下來(lái)，手洗完之后，需要讓洗衣機(jī)運(yùn)行時(shí)，還要再按一下啟動(dòng)鍵。此外，用戶(hù)也可以手動(dòng)按下排水或脫水按鈕進(jìn)行排水或脫水[1]。1.5實(shí)現(xiàn)目標(biāo)本次設(shè)計(jì)的重點(diǎn)是根據(jù)實(shí)際項(xiàng)目，完成以PLC為核心控制器的全自動(dòng)洗衣機(jī)控制系統(tǒng)的開(kāi)發(fā)與設(shè)計(jì)，最大程度上滿(mǎn)足技術(shù)要求,同時(shí)充分考慮控制系統(tǒng)的要求,設(shè)計(jì)一個(gè)成本低,易于維護(hù),操作方便,可靠性高,合理的，技術(shù)先進(jìn)的PLC控制系統(tǒng)。主要實(shí)現(xiàn)目標(biāo)為：(1)憑借洗衣機(jī)的運(yùn)轉(zhuǎn)結(jié)構(gòu)和流程，設(shè)計(jì)全自動(dòng)洗衣機(jī)手動(dòng)洗滌、自動(dòng)洗滌、運(yùn)行、停止等方面的自動(dòng)化控制，其中要經(jīng)過(guò)各種控制形式和方案的對(duì)比，選擇合適的設(shè)計(jì)方案。(2)程序設(shè)計(jì)。對(duì)于洗衣機(jī)的每一個(gè)工作流程,繪制工作流程圖和梯形圖。包括:啟動(dòng)/暫停;洗滌過(guò)程,漂洗過(guò)程等。1.6本章小結(jié)本章描述了課題設(shè)計(jì)的背景,對(duì)洗衣機(jī)的發(fā)展做一個(gè)簡(jiǎn)單的介紹,以及PLC控制的自動(dòng)洗衣機(jī),在國(guó)內(nèi)外現(xiàn)狀的基礎(chǔ)上,提出了以PLC為控制器,全自動(dòng)洗衣機(jī)控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)。還講解了全自動(dòng)洗衣機(jī)可以實(shí)現(xiàn)的功能，制定了本次設(shè)計(jì)需要實(shí)現(xiàn)的目標(biāo)任務(wù)等。

第二章全自動(dòng)洗衣機(jī)的控制2.1洗衣機(jī)的工作原理常見(jiàn)的全自動(dòng)洗衣機(jī)的種類(lèi)有兩種，其中一種是波輪洗衣機(jī)，另一種是滾筒洗衣機(jī)。我們先介紹波輪洗衣機(jī)各種工作部門(mén)的組成，從洗衣機(jī)的外部構(gòu)造來(lái)看，主要有箱體、洗衣機(jī)蓋、進(jìn)水管和排水管、電源線(xiàn)和洗滌功能的控制組件等，從洗衣機(jī)的內(nèi)部來(lái)看，主要有洗滌桶、工作電機(jī)、定時(shí)器、感應(yīng)器以及轉(zhuǎn)動(dòng)輪和皮帶等等部分。波輪式洗衣機(jī)的結(jié)構(gòu)圖如圖2.1所示。滾筒洗衣機(jī)里面是由不銹鋼制成，它也配備有兩個(gè)內(nèi)部重混凝土塊，以及由程序控制器和其它部件的外殼。雖然他們的清洗有不同的原則，但均采用仿人工揉搓衣物的原則，經(jīng)過(guò)衣物和水摩擦、翻轉(zhuǎn)、洗滌等機(jī)械作用和表面活化洗滌劑，將污漬去除來(lái)達(dá)到目的，使衣物干凈。圖2.1波輪式洗衣機(jī)的結(jié)構(gòu)圖其基本原理是，以換洗的衣物放入洗衣機(jī)中，然后加入適量的水和清潔劑。通過(guò)操縱洗衣機(jī)電機(jī)正反轉(zhuǎn)和停止，在洗衣機(jī)波輪控制的底部驅(qū)動(dòng)停止。由于葉輪旋轉(zhuǎn)引起渦流使衣服和洗滌劑旋轉(zhuǎn)，則渦流的作用下，衣物與洗衣機(jī)桶壁摩擦發(fā)生碰撞，衣服像是人們用手擦洗，污點(diǎn)已被迫脫離出衣物。如今，全自動(dòng)洗衣機(jī)基本上都采用波輪式洗衣機(jī)。因?yàn)椴ㄝ喪较匆聶C(jī)整體結(jié)構(gòu)較為簡(jiǎn)單輕便，操作方便容易。一般的全自動(dòng)洗衣機(jī)都具備如下的功能：(1)強(qiáng)、弱洗滌功能；(2)自動(dòng)報(bào)警功能；(3)手動(dòng)選擇功能；(4)正常洗滌功能。這些功能的完成都需要洗衣機(jī)控制系統(tǒng)具有正確的控制系統(tǒng)電路。2.2洗衣機(jī)的工作過(guò)程全自動(dòng)洗衣機(jī)的工作過(guò)程包括：注水、洗滌、漂洗、排水、脫水等五個(gè)步驟，并且這五個(gè)步驟是自動(dòng)順次執(zhí)行，直到洗衣完成并報(bào)警示意洗衣結(jié)束。全自動(dòng)洗衣機(jī)的整個(gè)工作過(guò)程離不開(kāi)其每一個(gè)組件的合作運(yùn)行，其中主要的部分是水位開(kāi)關(guān)、電磁閥以及感應(yīng)器，比如：洗滌運(yùn)轉(zhuǎn)，需要波輪的正反向循環(huán)轉(zhuǎn)動(dòng)，這種轉(zhuǎn)動(dòng)受到電機(jī)的完全驅(qū)動(dòng)，而且是正反循環(huán)驅(qū)動(dòng)；漂洗運(yùn)轉(zhuǎn)，控制系統(tǒng)要完成根據(jù)桶內(nèi)的水位高低自動(dòng)選擇進(jìn)水，洗滌完畢后要實(shí)現(xiàn)自動(dòng)排水，并且進(jìn)行衣物的自動(dòng)甩干。脫水完畢后報(bào)警示意，然后自動(dòng)斷開(kāi)電源[10]。全自動(dòng)洗衣機(jī)必須實(shí)現(xiàn)工作和停止這兩種運(yùn)行方法，其中工作就是一般洗滌時(shí)的“正常工作”，停止即用戶(hù)要在任何時(shí)候需要的“強(qiáng)制停止”其工作的功能?！罢９ぷ鳌钡目刂品绞綉?yīng)滿(mǎn)足如下要求：(1)按下啟動(dòng)按鈕，洗衣機(jī)通電，系統(tǒng)處于初始狀態(tài)開(kāi)始運(yùn)行；(2)啟動(dòng)后洗衣機(jī)自動(dòng)開(kāi)始進(jìn)水(3)水滿(mǎn)時(shí)停止進(jìn)水并開(kāi)始洗滌；(4)正轉(zhuǎn)30s后暫停；(5)暫停2秒之后波輪立即進(jìn)行反向轉(zhuǎn)動(dòng)；(6)反轉(zhuǎn)30s后暫停；(7)暫停2秒之后，自動(dòng)檢測(cè)波輪的轉(zhuǎn)動(dòng)是否運(yùn)轉(zhuǎn)5次，其中包括正向轉(zhuǎn)動(dòng)和反向轉(zhuǎn)動(dòng)，如果沒(méi)有轉(zhuǎn)動(dòng)5次，那么就要自動(dòng)重新轉(zhuǎn)動(dòng)。(8)暫停5s后，若洗滌滿(mǎn)5次則開(kāi)始排水；(9)洗滌桶內(nèi)的水位一旦低于刻度標(biāo)準(zhǔn)時(shí)，認(rèn)為洗滌完成，立即進(jìn)行甩干功能；(10)甩干時(shí)間自動(dòng)設(shè)定為30秒，在30秒內(nèi)實(shí)現(xiàn)洗衣的整個(gè)過(guò)程；(11)洗衣過(guò)程一旦超過(guò)2次循環(huán)，洗衣機(jī)會(huì)進(jìn)行自動(dòng)停止運(yùn)轉(zhuǎn)，在停止運(yùn)轉(zhuǎn)前有3秒的自動(dòng)報(bào)警時(shí)間；“強(qiáng)制停止”控制方式要求如下：(1)在洗衣機(jī)的洗滌時(shí)，用戶(hù)根據(jù)需要可以讓洗衣機(jī)停止工作，需要按下停止鍵，洗衣機(jī)停止工作，用戶(hù)可以進(jìn)行手動(dòng)洗滌、手動(dòng)進(jìn)水和甩干等功能。(2)手動(dòng)按下排水鍵，洗衣機(jī)的排水功能可以完全受到人工的控制；(3)用戶(hù)可以根據(jù)衣服的質(zhì)地自己選擇甩干功能，按下“脫水”鍵進(jìn)行甩干功能；2.3洗衣機(jī)的工作特點(diǎn)波輪式洗衣機(jī)由于其極大強(qiáng)度的洗滌，有優(yōu)異的清潔性能，所以只需要相對(duì)較短的時(shí)間，但磨損這樣的服裝率較高。此外，由于當(dāng)洗滌衣服需要用水淹沒(méi)衣物，因此需要大量的水和洗滌劑，而且這是一個(gè)冷水機(jī)，從而洗滌劑的溶解性是比較低的，更多的浪費(fèi)資源，不易漂洗。然而波輪式洗衣機(jī)所需的材料要求較低，容易制作，費(fèi)用低廉，適合家用，為人們的生活帶來(lái)了很大的便利，提高了人的生活水平質(zhì)量。2.4洗衣機(jī)的控制系統(tǒng)無(wú)論是哪種洗衣機(jī)，其最核心的部分是控制系統(tǒng)，其好比人的大腦，在需要的時(shí)候發(fā)布指令，進(jìn)行各項(xiàng)工作，全自動(dòng)洗衣機(jī)的控制系統(tǒng)主要有下列幾個(gè)部分：控制器：內(nèi)部由微處理器和一些外圍電路組成，這些外圍電路主要包括電源電路、驅(qū)動(dòng)電路、顯示電路和按鍵等。電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)：電動(dòng)機(jī)需要相對(duì)大的電流來(lái)驅(qū)動(dòng)，由控制器生成一個(gè)驅(qū)動(dòng)信號(hào)，驅(qū)動(dòng)電路后，使得電動(dòng)機(jī)可以正轉(zhuǎn)或反轉(zhuǎn)。供水和排水系統(tǒng)：洗滌開(kāi)始前，需要進(jìn)行注水，那么控制器便會(huì)發(fā)出注水指令，注水閥自動(dòng)進(jìn)行注水功能，一旦桶內(nèi)的水位達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)時(shí)，位置傳感器就向注水閥發(fā)送停止注水信號(hào)，此時(shí)自動(dòng)關(guān)閉了注水功能，排水的時(shí)候，同樣是由控制器發(fā)出排水指令，排水口接受到指令后自動(dòng)進(jìn)行排水功能，水位一旦低于某個(gè)標(biāo)準(zhǔn)，位置傳感器同樣會(huì)發(fā)出停止排水的信號(hào)，洗衣機(jī)自動(dòng)關(guān)閉排水。用戶(hù)接口系統(tǒng)：該系統(tǒng)是由操作顯示屏和電路顯示屏組合而成，實(shí)際上就是一個(gè)控制按鈕的組合開(kāi)關(guān)，其顯示功能是通過(guò)數(shù)字來(lái)實(shí)現(xiàn)的。門(mén)蓋狀態(tài)檢測(cè)系統(tǒng)：洗衣機(jī)的門(mén)蓋實(shí)質(zhì)上是電動(dòng)機(jī)的另一個(gè)手動(dòng)開(kāi)關(guān)，也就是說(shuō)一旦門(mén)蓋打開(kāi)，電路就會(huì)被切斷，無(wú)論是電機(jī)還是滾筒以及任何設(shè)施都會(huì)停止工作；由于衣物在桶內(nèi)的放置位置是隨機(jī)性的，有時(shí)會(huì)出現(xiàn)不平衡現(xiàn)象，那么控制器會(huì)根據(jù)重力的作用自動(dòng)判斷電機(jī)是否工作，一旦出現(xiàn)重力失衡，洗衣機(jī)會(huì)自動(dòng)切斷電機(jī)電源，停止工作。蜂鳴報(bào)警系統(tǒng)：和普通洗衣機(jī)類(lèi)似，全自動(dòng)洗衣機(jī)也可以根據(jù)各種工作模塊運(yùn)行狀態(tài)的完成情況進(jìn)行適時(shí)報(bào)警，比如，在結(jié)束洗滌任務(wù)時(shí)，控制器會(huì)向報(bào)警系統(tǒng)發(fā)出指令，告知用戶(hù)完成狀態(tài)。全自動(dòng)洗衣機(jī)的控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)圖如圖2.2所示。圖2.2洗衣機(jī)控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖控制器發(fā)出的指令行為都是一些程序源代碼，是通過(guò)PLC離散型指令來(lái)進(jìn)行的。這些指令與供電線(xiàn)路相互合作運(yùn)行，根據(jù)命令確定是否向電機(jī)供電，從而來(lái)控制全自動(dòng)洗衣機(jī)的各種功能的運(yùn)轉(zhuǎn)。洗衣機(jī)的控制系統(tǒng)也是極其重要的，PLC是一種控制器，它可以接收到模擬信號(hào)，這些信號(hào)被暫時(shí)存儲(chǔ)到其自身的存儲(chǔ)器中，中央處理器需要把眾多的信號(hào)進(jìn)行分門(mén)別類(lèi)，然后將指令送達(dá)到各個(gè)工作端，并且對(duì)每一功能進(jìn)行整體控制。它們的運(yùn)行狀態(tài)將會(huì)決定洗衣機(jī)的工作狀況。這次的研究?jī)?nèi)容需要將洗衣機(jī)的控制系統(tǒng)每一項(xiàng)目進(jìn)行詳細(xì)的列舉并制成表格，然后分析控制系統(tǒng)的組成結(jié)構(gòu)和每一模塊的運(yùn)行順序，繪制圖形，最后組合在一起得到硬件示意圖。還應(yīng)根據(jù)課題的實(shí)際情況來(lái)設(shè)置PLC的各種參數(shù)，以實(shí)現(xiàn)洗衣機(jī)的自動(dòng)控制。2.5本章小結(jié)本章首先講述了全自動(dòng)洗衣機(jī)的工作原理，在分析了洗衣機(jī)的工作過(guò)程之后，簡(jiǎn)單概括了一下洗衣機(jī)的工作特點(diǎn)。最后從全自動(dòng)洗衣機(jī)的構(gòu)造、運(yùn)行順序、控制形式等方面做出明確的理論研究，可以為全自動(dòng)洗衣機(jī)的整體設(shè)計(jì)思路奠定一定的基礎(chǔ)。

第三章系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)3.1系統(tǒng)硬件電路設(shè)計(jì)任何一種電器的硬件都是其功能運(yùn)作的保障，洗衣機(jī)也不例外，硬件的設(shè)計(jì)和配置要充分滿(mǎn)足控制系統(tǒng)的各種要求，我們?cè)谠O(shè)計(jì)電路的時(shí)候要利用PLC來(lái)進(jìn)行信息的處理和傳輸。其他部分，可以用轉(zhuǎn)換線(xiàn)圈和開(kāi)關(guān)的方式來(lái)進(jìn)行控制，比如波輪的正向轉(zhuǎn)動(dòng)和反向轉(zhuǎn)動(dòng)。接觸器線(xiàn)圈由PLC的輸出信號(hào)控制的。洗衣機(jī)進(jìn)行洗衣工作時(shí)，要實(shí)現(xiàn)電源線(xiàn)路中電阻的可控性，電阻適當(dāng)增大，可以讓電機(jī)的云心速度減緩，洗滌完成后，衣物的脫水和甩干就需要電機(jī)高速運(yùn)轉(zhuǎn)，此時(shí)，電機(jī)線(xiàn)路中的電阻要盡量降到最小。所以，洗衣機(jī)在洗滌時(shí)，波輪轉(zhuǎn)速慢，當(dāng)脫水時(shí)，波輪轉(zhuǎn)速快。如圖3.1所示，該設(shè)計(jì)圖是全自動(dòng)洗衣機(jī)的控制系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)整體布局和構(gòu)造組成圖。圖3.1洗衣機(jī)控制系統(tǒng)硬件電路框圖控制系統(tǒng)中的核心組件PLC需要擔(dān)負(fù)的任務(wù)很多，從注水、洗滌、排水、脫水、等一系列任務(wù)，因此涉及到的硬件很多，包含有電動(dòng)機(jī)、控制面板、指示燈、感應(yīng)器等等。電動(dòng)機(jī)的工作是最為關(guān)鍵的，是依靠復(fù)雜的程序代碼來(lái)完成工作時(shí)間的長(zhǎng)短。進(jìn)水閥和排水閥的開(kāi)關(guān)則是通過(guò)水位檢測(cè)傳感器把信號(hào)返回到PLC中對(duì)電磁閥進(jìn)行控制。LED燈用來(lái)指示洗衣機(jī)的工作狀態(tài)和運(yùn)行時(shí)間。蜂鳴器在整個(gè)洗滌過(guò)程中起到預(yù)警和提示的作用，用來(lái)提示某項(xiàng)工作程序已經(jīng)完成，用戶(hù)可以進(jìn)行下一項(xiàng)工作的手動(dòng)操作。在這里，因?yàn)槲覀兊膶?shí)驗(yàn)器材有一定的局限性和可操作性，電磁閥和蜂鳴器僅由LED指示燈來(lái)表示，傳感器用開(kāi)關(guān)代替，人為設(shè)定水位的高低，還省略了全自動(dòng)洗衣機(jī)的自動(dòng)稱(chēng)重、選擇洗滌程序等功能。3.2PLC控制全自動(dòng)洗衣機(jī)中的PLC控制核心需要編譯完整的程序代碼，用以完成各項(xiàng)功能，同時(shí)還要兼顧洗衣機(jī)的硬件配置，保證洗滌周期更長(zhǎng)，洗衣機(jī)的使用年限更長(zhǎng)。還需要盡量避免與外部電路的鏈接，從而達(dá)到更具智能化的要求。所以，本次課題采用PLC作為全自動(dòng)洗衣機(jī)系統(tǒng)的控制器，PLC選用的型號(hào)為西門(mén)子S7-200。3.3電動(dòng)機(jī)選型電動(dòng)機(jī)是整個(gè)洗衣機(jī)硬件配置中的核心部件，它的主要作用就是將電能轉(zhuǎn)化為動(dòng)能，通過(guò)控制器的指令來(lái)完成正向或逆向運(yùn)動(dòng)從而帶動(dòng)波輪進(jìn)行相應(yīng)方向轉(zhuǎn)動(dòng)。其工作原理是通過(guò)線(xiàn)圈產(chǎn)生較強(qiáng)的旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)，進(jìn)而轉(zhuǎn)動(dòng)。在選擇電動(dòng)機(jī)方面，可以將兩根電源線(xiàn)的接觸點(diǎn)進(jìn)行調(diào)換，電流方向會(huì)發(fā)生改變，旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)也會(huì)改變旋轉(zhuǎn)方向，達(dá)到波輪正向和逆向的相反轉(zhuǎn)動(dòng)。圖3.4電動(dòng)機(jī)正反轉(zhuǎn)控制電路綜上所述，本課題選用三相交流電動(dòng)機(jī)，用作全自動(dòng)洗衣機(jī)的洗滌電動(dòng)機(jī)。電動(dòng)機(jī)實(shí)現(xiàn)正反轉(zhuǎn)的原理圖如圖3.4所示，其中以斷路器QF作為開(kāi)關(guān)電源，它可以對(duì)電路進(jìn)行短路、過(guò)載和失電壓保護(hù)。其中線(xiàn)路的兩個(gè)接入點(diǎn)不同可以實(shí)現(xiàn)電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)向的不同。想避免相間短路故障，那么就不能同時(shí)閉合兩個(gè)接觸器的觸點(diǎn)，因此這就需要分別在雙方的電路設(shè)計(jì)中串聯(lián)對(duì)方的常閉觸點(diǎn)，以達(dá)到互鎖的目的。如果需要點(diǎn)擊順時(shí)針?lè)较蜻\(yùn)轉(zhuǎn)，據(jù)要按下相應(yīng)的案件SB2，實(shí)際上就是把另一條線(xiàn)路關(guān)閉，或者將接觸點(diǎn)移位。需要逆時(shí)針?lè)较蜻\(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，將SB1按鍵接通然后將之前斷開(kāi)的接觸點(diǎn)再次回位，并且切斷SB2的電源線(xiàn)路，按下SB3按鍵，當(dāng)KM2線(xiàn)路通電后，電機(jī)將會(huì)逆時(shí)針?lè)较蜻\(yùn)轉(zhuǎn)。3.4I/O端口設(shè)置PLC的輸入輸出量分別有開(kāi)關(guān)量和模擬量。在此系統(tǒng)中，PLC的信號(hào)需要經(jīng)過(guò)隔離和轉(zhuǎn)換后再進(jìn)行輸入和輸出。輸入接口連接的設(shè)備有開(kāi)關(guān)、按鈕等。輸出接口連接的設(shè)備有電動(dòng)機(jī)、指示裝置等。由于PLC的輸入輸出接口比較多，具有很強(qiáng)大的控制功能，所以需要根據(jù)設(shè)計(jì)的實(shí)際需求設(shè)置I/O端口，以實(shí)現(xiàn)控制要求。聯(lián)系本課題需要完成的功能，PLC的I/O分配表如表3.1所示。I/O接線(xiàn)圖如圖3.5所示。表3.1I/O分配表輸入輸出啟動(dòng)按鈕SB1IO.O進(jìn)水LED1QO.0停止按鈕SB2IO.1排水LED2QO.1排水按鈕SB3IO.2脫水LED3QO.2脫水按鈕SB4IO.3正轉(zhuǎn)LED4QO.3高水位開(kāi)關(guān)SQ1IO.4反轉(zhuǎn)LED5QO.4低水位開(kāi)關(guān)SQ2IO.5報(bào)警LED6QO.5電動(dòng)機(jī)正轉(zhuǎn)KM1Q0.6電動(dòng)機(jī)反轉(zhuǎn)KM2Q0.7電動(dòng)機(jī)脫水KM3Q1.0圖3.5I/O接線(xiàn)圖3.5本章小結(jié)本章主要講述的是全自動(dòng)洗衣機(jī)的硬件設(shè)計(jì)，因要用PLC作為控制器，所以先大概講解了一下PLC的定義、工作原理和工作特點(diǎn)。然后對(duì)洗滌電動(dòng)機(jī)的選擇、實(shí)驗(yàn)板的制作、I/O口的分配都進(jìn)行了方案設(shè)計(jì)。為實(shí)現(xiàn)全自動(dòng)洗衣機(jī)的控制做了充分的準(zhǔn)備。

第四章系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)4.1功能流程設(shè)計(jì)全自動(dòng)洗衣機(jī)的工作過(guò)程包括：注水、洗滌、漂洗、排水、脫水等五個(gè)步驟，并且這五個(gè)步驟是自動(dòng)順次執(zhí)行，直到洗衣完成并報(bào)警示意洗衣結(jié)束。關(guān)于注水和排水環(huán)節(jié)，是由水位上限和水位下限分別予以提示，并將信息輸送到傳感器，實(shí)現(xiàn)運(yùn)行和停止活動(dòng)，洗衣環(huán)節(jié)，電動(dòng)機(jī)帶動(dòng)皮帶等傳動(dòng)裝置，而后進(jìn)行波輪的正向運(yùn)動(dòng)和反向運(yùn)動(dòng)，以此來(lái)達(dá)到洗滌的目的。漂洗環(huán)節(jié)，依然需要注水和排水裝置受到控制器的指令來(lái)完成，漂洗任務(wù)結(jié)束后，將進(jìn)行脫水和衣物甩干環(huán)節(jié)，脫水完畢后報(bào)警示意，然后自動(dòng)斷開(kāi)電源。全自動(dòng)洗衣機(jī)的控制模塊必須可以實(shí)現(xiàn)“正常運(yùn)行”和“強(qiáng)制停止”這兩大功能，只有這樣才能保證用戶(hù)洗衣的便利性和人性化。其運(yùn)行順序可以用圖4.1、圖4.2和圖4.3來(lái)表示。圖4.1“強(qiáng)制停止”流程圖圖4.2手動(dòng)排水脫水流程圖圖4.3“正常工作”流程圖4.2功能程序設(shè)計(jì)(1)如圖4.4所示，該程序段編寫(xiě)了洗衣機(jī)的洗滌過(guò)程，由T37和T39計(jì)算正反轉(zhuǎn)時(shí)間，當(dāng)這兩個(gè)計(jì)時(shí)器其中一個(gè)達(dá)到預(yù)定參數(shù)時(shí)T37或T39啟動(dòng)，電機(jī)接通另一個(gè)旋轉(zhuǎn)方向。由于在電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)向期間采用了換向延遲措施，減少了換向?qū)ο匆聶C(jī)的沖擊。圖4.4洗滌程序(2)洗衣機(jī)在完成洗滌任務(wù)后，緊接著進(jìn)行排水和甩干的任務(wù)，如此循環(huán)兩次才算真正完成洗衣任務(wù)，這個(gè)過(guò)程中具體的來(lái)講，首先是注水，控制器在洗滌任務(wù)開(kāi)始前根據(jù)衣物的體積大小向注水系統(tǒng)發(fā)出注水指令，當(dāng)水位達(dá)到覆蓋衣物水平面時(shí)，停止注水，進(jìn)行洗滌任務(wù)，當(dāng)洗滌完畢之后，控制器還需要向排水系統(tǒng)發(fā)出指令，進(jìn)行排水，一旦水位低于下限，排水閥關(guān)閉排水口，然后再進(jìn)行脫水，將衣物甩干。當(dāng)達(dá)到預(yù)定循環(huán)次數(shù)時(shí)，循環(huán)計(jì)數(shù)器導(dǎo)通，循環(huán)完成標(biāo)志位置位。排水和脫水的梯形圖如圖4.5所示。圖4.5排水脫水程序(3)洗衣機(jī)有“正常工作”和“強(qiáng)行停止”的功能，并能夠?qū)崿F(xiàn)手動(dòng)排水和脫水。洗衣機(jī)啟動(dòng)后根據(jù)編好的程序執(zhí)行，按照“正常工作”方式進(jìn)行工作，若按下停止按鈕能夠立即停止全自動(dòng)洗衣機(jī)的所有工作?！皬?qiáng)制停止”的運(yùn)行方法為：當(dāng)按下啟動(dòng)按鈕后，手動(dòng)按下排水按鈕即可使排水閥置位打開(kāi)并開(kāi)始排水，在水位達(dá)到低水位后排水閥馬上復(fù)位停止排水(手動(dòng)排水程序如圖4.6所示)。手動(dòng)脫水時(shí)，洗衣機(jī)會(huì)先檢測(cè)水位是否達(dá)到低水位，若沒(méi)有則先進(jìn)行排水，然后再進(jìn)行脫水；若已經(jīng)到達(dá)低水位，則直接進(jìn)行脫水，由計(jì)時(shí)器T44計(jì)時(shí)脫水時(shí)間(手動(dòng)脫水程序如圖4.7所示)。圖4.6手動(dòng)排水程序圖4.7手動(dòng)脫水程序4.3本章小結(jié)本章在硬件設(shè)計(jì)之后，對(duì)軟件設(shè)計(jì)進(jìn)行了綜述，針對(duì)洗衣機(jī)的運(yùn)行過(guò)程繪制了工作流程圖，使人們更加直觀的了解洗衣機(jī)的工作方式。并且編寫(xiě)了全自動(dòng)洗衣機(jī)的功能程序梯形圖，詳細(xì)解釋了PLC梯形圖是通過(guò)何種方式實(shí)現(xiàn)該功能的。（完整程序見(jiàn)附錄）

參考文獻(xiàn)[1]劉祖其，劉海，井建康.PLC在全自動(dòng)洗衣機(jī)控制設(shè)計(jì)中的研究與應(yīng)用[J].機(jī)電產(chǎn)品開(kāi)發(fā)與創(chuàng)新，2010，03：164-165+16[2]李文耿.PLC應(yīng)用過(guò)程中的問(wèn)題分析[J].企業(yè)家天地（理論版），2010，09：252[3]溫林，殷永生.基于PLC的全自動(dòng)洗衣機(jī)控制[J].電子世界，2012，17：16-17[4]吳中俊，黃永紅主編.可編程序控制器原理及應(yīng)用[M].機(jī)械工業(yè)出版社，2004[5]李道霖主編.電氣控制與PLC原理及應(yīng)用[M].電子工業(yè)出版社，2004[6]張海波.全自動(dòng)洗衣機(jī)控制器的設(shè)計(jì)[D].南京理工大學(xué)，2012[7]徐良雄.PLC和變頻器在工業(yè)洗衣機(jī)控制系統(tǒng)中的應(yīng)用[J].實(shí)驗(yàn)室研究與探索，2012，08：207-210[8]關(guān)紅.全自動(dòng)洗衣機(jī)PLC控制的應(yīng)用[J].電子世界，2012，16：28-29[9]程立新.利用PLC實(shí)現(xiàn)對(duì)全自動(dòng)洗衣機(jī)的控制[J].科技情報(bào)開(kāi)發(fā)與經(jīng)濟(jì)，2008，0