叶修桧——基于PLC的全自动洗衣机控制

基于PLC的全自动洗衣机控制摘要随着科学技术不断进步和社会飞速发展，洗衣机成为人民日常生活息息相关的家用电器产品。

洗衣机的全自动化、多功能化、智能化是其发展方向。

基于全自动洗衣机的应用日益广泛，本次设计利用三菱公司生产的PLC控制全自动洗衣机，与传统的继电器逻辑控制系统相比较，洗衣机可靠性、节能性得到了提高。

PLC控制不需要大量的活动部件和电子元器件，它的接线也大大减少，与此同时系统维修简单、维修时间缩短。

本文首先介绍了洗衣机的发展，然后重点介绍了洗衣机的设计，对程序流程图及编程软件进行了说明，最后对系统进行了仿真。

本次设计采用步进顺控指令编程，根据工艺要求编程简单、可允许双线圈使用，PLC采样按钮及限位开关外部输入信号的变化，执行相应的程序，然后输出控制电机正反转及脱水处理。

最后就本课题所做的工作进行了总结，并对进一步的研究提出了自己的看法。

本次设计的全自动洗衣机工艺要求有待改善，不可以单独脱水及洗衣时间的设置；由于时间有限，没做进一步的改善。

基于全自动洗衣机在日常生活中广泛运用，本设计具有广泛的推广价值。

关键词全自动洗衣机；PLC控制；步进顺控指令目录1 绪论 (1)1.1 课题概述 (1)1.2 洗衣机发展概况 (1)1.3 课题研究的目的与意义 (2)1.4 本课题研究的主要内容 (2)2 系统硬件设计 (4)2.1 系统简介 (4)2.1.1 全自动洗衣机的工作原理 (4)2.1.2 系统的控制要求 (5)2.2 系统的组成与功能 (5)2.3 系统控制主电路 (6)2.4 PLC控制系统设计 (7)2.4.1 PLC的发展概况和发展方向 (7)2.4.2 PLC的选型 (8)2.4.3 FX2N功能介绍 (13)2.4.4 FX2N规格型号 (13)2.4.5 I/O分配表 (15)2.4.6 PLC接线图 (16)2.5 本章小结 (16)3 系统软件设计 (17)3.1 程序流程图 (17)3.2 程序说明 (19)3.3 本章小结 (21)4 系统仿真 (22)4.1 编程软件的介绍 (22)4.2 仿真结果 (23)4.3 本章小结 (25)5 总结与展望 (26)5.1 工作总结 (26)5.2 工作展望 (26)参考文献 (27)致谢 ................................................................................................ 错误！未定义书签。

附录 ................................................................................................ 错误！未定义书签。

1 绪论1.1 课题概述本次设计基于PLC的全自动洗衣机控制，本文的课题源于市场上洗衣机产品。

采用PLC控制开发的周期短，开发成本低，可以直接用于工业现场控制。

PLC控制具有实时性、信号处理时间短、速度快、更能满足各个领域大、中、小型工业控制项目，可靠性高，丰富的I/O卡件，质优价廉，性价比高，安装简单，维修方便，PLC 控制能在高粉尘、高噪声、强电磁干扰和温度变化剧烈的环境下正常工作。

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设计的灵活性及控制系统的可靠性。

本设计以操作简单、使用可靠、维护修理方便作为主要设计方向。

1.2 洗衣机发展概况世界上第一台洗衣机于1858年诞生，但这台洗衣机使用费力，且损伤衣服，因而没被广泛使用，但这却标志了用机器洗衣的开端。

1874年,“手洗时代”受到了前所未有的挑战，美国人发明了木制手摇洗衣机。

1880年，美国发明了蒸气洗衣机，蒸气动力开始取代人力。

蒸汽洗衣机之后，水力洗衣机、内燃机洗衣机也相继出现。

1910年，美国试制成功世界上第一台电动洗衣机，电动洗衣机的问世，标志着人类家务劳动自动化的开端。

1922年，美国改造了洗衣机的洗涤结构，把拖动式改为搅拌式，使洗衣机的结构固定下来，这也就是第一台搅拌式洗衣机的诞生。

1932年，美国研制成功第一台前装式滚筒洗衣机。

1955年，在引进英国喷流式洗衣机的基础之上，日本研制出独具风格、并流行至今的波轮式洗衣机。

全自动洗衣机从结构上分有波轮式,搅拌式,滚筒式。

目前,国内市场上销售的大都是波轮式和滚筒式，供应最多的是波轮式洗衣机。

波轮式洗衣机的特点是洗净率高,但对衣服的磨损很大,随着人们生活水平不断地提高，丝绸,毛料,羊毛等大量走进普通家庭,厂商又适时地推出了滚筒洗衣机,它最大的优点是磨损率小,但洗净率比波轮式低,价格高。

洗衣机产品可以分三类：普通型、半自动型和全自动型。

普通型和半自动型洗衣机，都需要人为参与操作，才能完成洗衣、甩干、排水全过程；而全自动洗衣机在整个洗涤、甩干、排水过程中，无需人为操作和监控。

国内外洗衣机品牌有海尔、小天鹅、荣事达、松下、惠而浦水仙、LG熊猫、西门子、日立好用。

1.3 课题研究的目的与意义本课题主要着重于全自动洗衣机的控制，要求洗衣机能实现进水、洗涤、排水、脱水、报警，所采用的控制方法操作简单、稳定可靠、维护与维修方便。

控制方法确定后投入生产要缩短控制系统的设计的时间、调试周期，且要降低成本。

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，如绝大多数控制继电器都是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和物力去改制、安装和调试。

这种电路接线多，只适用于小型的控制电路。

采用PLC控制比继电器控制好的多，我们采用PLC来控制。

（1）可靠性高，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）易学易用，深受工程技术人员欢迎PLC作为通用工业控制计算机，是面向工矿企业的工控设备。

（4）系统的设计、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成为可能。

这很适合多品种、小批量的生产场合。

（5）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。

1.4 本课题研究的主要内容本课题需研制出可靠性高、易于操作的全自动洗衣机控制方法，该系统采用PLC 控制，主要包括电动机正反转控制、离合器控制、进排水电磁阀控制、循环控制、保护和联锁。

研究的具体内容包括：（1）深入了解洗衣机的发展、结构及控制要求。

（2）控制系统设计。

包括硬件设计，PLC的选择，各硬件模块的介绍，软件设计，编程方法。

（3）对编写好的编译程序进行实际调试并仿真。

2 系统硬件设计2.1 系统简介2.1.1 全自动洗衣机的工作原理以日常生活中最常见的波轮式全自动洗衣机为例，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，通过电控系统使进水阀打开，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。

波轮式全自动洗衣机的实物示意图如图2.1所示。

图2.1 洗衣机示意图2.1.2 系统的控制要求PLC投入运行，系统处于初始状态，准备好启动。

（1）按下启动按扭，开始进水，水满（即水位到达高低）时停止进水。

（2） 2秒后开始洗涤。

（3）洗涤时，正转15秒后暂停，暂停3秒后开始反转洗涤，反转洗涤15秒后暂停，暂停3秒。

（4）如此循环3次，总共180秒后开始排水，排空后（水位下降到低位）开始脱水并继续排水。

脱水10秒即完成一次从进水到脱水的工作循环过程。

（5）若未完成3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3次大循环，则进行洗完报警。

（6）报警10秒结束全部过程，自动停机。

（7）此外按排水按钮可实现手动排水；按停车按扭可停止进水、排水、脱水及报警。

2.2 系统的组成与功能该系统的设计主要包含两大部分，硬件部分选型，软件部分设计。

其中软件部分包括PLC软件部分设计，组态软件设计两部分部分。

而软件设计是核心内容。

一般来说，PLC控制系统有以下三种类型。

（1） PLC构成的单机系统这种系统的被控对象是单一的机器生产或生产流水线，其控制器是由单台PLC构成，一般不需要与其他PLC或计算机进行通信。

但是，设计者还要考虑将来是否有联网的需要，如果有的话，应当选用具有通信功能的PLC。

如图2.2所示。

PLC被控对象图2.2 PLC单机控制（2） PLC构成的集中控制系统这种系统的被控对象通常是数台机器或数台流水线构成，该系统的控制单元由单台PLC构成，每个被控对象与PLC指定的I/O相连。

由于采用一台PLC控制，因此，各被控对象之间的数据、状态不需要另外的通信线路。

但是，这种系统也有一个缺点，一但PLC出现故障，整个系统将停止工作。

对于大型的集中系统，通常采取冗余系统克服上述缺点。

如图2．3所示。

图2.3 PLC 集中控制（3） PLC 构成的分布式控制系统这类系统的被控对象通常比较多，分布在一个较大的区域内，相互之间比较远，而且，被控对象之间经常的交换数据和信息。

这种系统的控制器采用若干个相互之间具有通信能力的PLC 构成，系统地上位机可以采用PLC ，也可以采用工控机。

如图2．4所示。

图2.4 PLC 分布式控制由于本次设计的系统只有1台被控电机以及数量不是很多的其他被控对象，采用PLC 集中控制方法，单台PLC 进行多个对象的控制，只要适当的选用PLC ，完全能够完成任务。