机械毕业设计1254全自动洗衣机控制系统的设计正文

第一章概述

根据全自动洗衣机的工作原理,利用可编程控制器PLC实现控制,说明了PLC控制的原理方法,特点及控制洗衣机的特色。全自动洗衣机控制系统利用了西门子S7-200系列PLC的特点,对按鈕,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。由于每遍的洗涤,排水,脱水的时间由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。可以把上面设定的程序时间定下来,作为固定程序使用,也可以根据衣物的质地,数量及油污的程度来编程。只要稍作改变,就可以设计出诸如要多洗多甩的牛仔类衣物,轻洗轻甩的羊毛类衣物以及通用的标准洗涤程序,充分表现现代家电品的实用性。

在洗衣机控制方面，在PLC问世之前，工业控制领域中是继电器占主导地位。但继电器控制领域有着十分明显的缺点：体积大、耗电多、可靠性、寿命短、运行速度慢、适应性差、尤其当生产工艺发生变化时，就必须重新设计、重新安装，造成时间和资金的严重浪费。为了改变这一现状，PLC控制系统产生了。继1969年美国数字设备公司研制出世界第一台PLC，并在通用汽车公司自动装配线上试用，获得了成功，从而开创了工业控制新时期，从此，可编程控制器这一新的控制技术迅速发展起来了。在许多领域都有广泛的应用。PLC的优点是：可靠性高，耗电少，适应性强，运行速度快，寿命长等，为了进一步提高全自动洗衣机的功能和性能，避免传统控制的一些弊端，就提出了用PLC来控制全自动洗衣机这个课题。

第二章课题任务分析

2.1整体功能介绍

洗衣机的工作流程由进水，洗衣，排水，和脱水四个过程组成。在半自动洗衣机中，这四个过程分别用相应的按扭开关来控制。全自动洗衣机中，，这四个过程可做到全自动依次运行，直至洗衣结束。

2.2设备控制要求

全自动洗衣机控制要求是能实现”正常运行“和”强制停止“两种控制要求。

⑴按下启动按扭，开始进水直到水满（即水位达到高水位）时停止进水开始洗涤正转

⑵洗涤时，正转30秒，停两秒，然后反转30秒，停2秒

⑶如此循环5次，总共320秒开始排水

⑷水位下降到低水位时开始脱水并继续排水，脱水30秒

⑸开始清洗，重复（1）到（4），清洗两遍

⑹清洗完成，报警3秒并自动停机

⑺若按下排水按扭可以实现手动排水

⑻若按下停车按扭，可实现手动停止进水，排水脱水及报警

第三章控制系统的设计3.1控制系统框图

图1 系统框图

3.2控制系统对应设备及实现功能

3.3控制系统原理

自动洗衣机的进水，洗衣，排水，脱水是通过水位开关，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。进水时，电磁进水阀打开，将水注入，排水时，电磁排水阀打开，将水排出，洗衣时，洗涤电动机启动，脱水时，脱水桶启动。

第四章硬件电路的设计

4.1系统的选型

（1）IO点数统计：

I/O点数是PLC的一项重要指标。合理选择I/O点数既可使系统满足控制要求，又可使系统总投资最低。PLC的输入输出总点数和种类应根据被控对象所需控制的模拟量、开关量、输入输出设备情况来确定，一般一个输入输出元件要占用一个输入输出点。考虑到今后的调整和扩充，一般应在估计的总点数上再加上20%—30%的备用量。该系统有11个数字输入点6个数字输出点，考虑余量后需要14个数字输入点10个输出点。

统计得输入:

统计得输出:

（2）用户存储器容量的估算

PLC常用的内存有EPROM、EEPROM和带锂电池供电的RAM。一般微型和小型PLC 的存储容量是固定的，介于1—2KB之间。用户应用程序占用多少内存与许多因素有关，如I/O点数、控制要求、运算处理量、程序结构等。因此在程序设计之前只能粗略地估算。根据经验，每个I/O点及有关功能元件占用的内存量大致如下：

开关量输入元件：10—20B/点

开关量输出元件：5—10B/点

定时器/计数器：2B/个

模拟量：100—150B/个

通信接口：一个接口一般需要300B以上

根据上面算出的总字节数再考虑增加25%左右的备用量，就可估算出用户程序所需的内存容量，从而选择合适的PLC内存。该系统有11个数字输入点6个数字输出点，需内存280B，有定时器6个，计时器2个，需内存16B，考虑余量后需要内存370B。

（3）CPU功能与结构的选择

PLC的功能日益强大，一般PLC都具有开关量逻辑运算、定时、计数、数据处理等基本功能，有些PLC还可扩展各种特殊功能模块，如通信模块、位置控制模块等，选型时可考虑以下几点：功能与任务相适应，PLC的处理速度应满足实时控制的要求、PLC结构合理、机型统一、在线编程和离线编程的选择。全自动洗衣机控制所要求的控制功能简单，小型PLC 就能满足要求了。

综上所述，结合下表分析

该控制系统CPU模块可采用CPU-224（AC/DC/继电器）模块，它可控制整个系统按照控制要求有条不紊地进行。同时由于该模块采用交流220V供电，并且自带14个数字量输入点和10个数字量输出点，完全能满足全自动洗衣机控制系统的要求，所以不再需要另外的电源模块、数字量和输出模块。

综上所述选用西门子S7-200型PLC

4.2 CPU单元设计

集成的24V负载电源，可直接连接到传感器和变送器（执行器），CPU 221，222具有180mA输出，CPU 224，CPU 224XP，CPU 226分别输出280 mA，400mA。可用负载电源。本设计中所用CPU为CPU224 。

本机数字量输入/输出点

CPU224有14DI/10DO

本机模拟最输入/输出点

CPU 224XP有2个AI/1AO。