【正文】 內(nèi)桶）是以同一中心安放的，內(nèi)桶可以旋轉(zhuǎn)，作為脫水用。內(nèi)桶的周圍有許多小孔，使內(nèi)桶和外桶的水流相通，洗衣機(jī)的進(jìn)水和排水分別由進(jìn)水電磁閥和排水電磁閥來執(zhí)行。進(jìn)水時(shí)通過控制系統(tǒng)將進(jìn)水閥打開，經(jīng)進(jìn)水管將水注入到外桶。排水時(shí)，通過控制系統(tǒng)將排水電磁閥打開，將水由外桶排到機(jī)外。洗滌正傳反轉(zhuǎn)由洗滌電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)撥盤的正反轉(zhuǎn)來實(shí)現(xiàn)，此時(shí)脫水桶并不旋轉(zhuǎn)。脫水時(shí)，控制系統(tǒng)將離合器合上，由洗滌電動(dòng)機(jī)帶動(dòng)內(nèi)桶正傳進(jìn)行甩干。高、中、低水位控制開關(guān)分別用來檢測高、中、低水位。啟動(dòng)按鈕用來啟動(dòng)洗衣機(jī)工作，停止按鈕用來實(shí)現(xiàn)手動(dòng)停止進(jìn)水、洗衣、排水、脫水及報(bào)警。全自動(dòng)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(shí)現(xiàn)自動(dòng)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。全自動(dòng)洗衣機(jī)的示意圖如21所示。 M 進(jìn)水閥 進(jìn)水 高水位傳感器 中水位傳感器 低水位傳感器 水排空傳感器 出水 洗衣電機(jī) 出水閥 圖21 全自動(dòng)洗衣機(jī)示意圖 全自動(dòng)洗衣機(jī)的設(shè)備控制要求全自動(dòng)洗衣機(jī)控制系統(tǒng)的要求是能實(shí)現(xiàn)“正常運(yùn)行”和“強(qiáng)制停止” 兩種控制方式。正常運(yùn)行方式的具體控制要求如下：（1） 將水位能夠通過水位開關(guān)設(shè)在合適的位置（高、中、低），按下“啟動(dòng)”按鈕，開始進(jìn)水，到達(dá)設(shè)定的水位（高、中、低）后，停止進(jìn)水。（2） 進(jìn)水停止2秒后開始洗衣。（3） 洗衣時(shí)，正轉(zhuǎn)20秒，停2秒，然后反轉(zhuǎn)20秒，停2秒。（4） 如此循環(huán)共5次，總共220秒后開始排水，排空后脫水30秒。（5） 然后再進(jìn)水，重復(fù)以上過程，如此循環(huán)共3次。（6） 洗衣過程完成，報(bào)警3秒并自動(dòng)停機(jī)。“強(qiáng)制停止”方式的具體控制要求如下：（1） 若按下“停止”按鈕，洗衣過程停止，即洗滌電機(jī)和脫水桶停止轉(zhuǎn)動(dòng)、進(jìn)水電磁閥和排水電磁閥全部閉合。（2） 可用手動(dòng)排水開關(guān)和手動(dòng)脫水開關(guān)進(jìn)行手動(dòng)排水和脫水。根據(jù)全自動(dòng)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(gè)過程組成。在半自動(dòng)洗衣機(jī)中，這四個(gè)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(shí)現(xiàn)控制,用于說明PLC控制的原理方法、特點(diǎn)及工作特色。此次全自動(dòng)洗衣機(jī)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)需要利用西門子S7200系列PLC的特點(diǎn),對按鈕、電磁閥、開關(guān)等其他一些輸入/輸出點(diǎn)進(jìn)行控制,實(shí)現(xiàn)洗衣機(jī)洗衣過程的自動(dòng)化。3硬件設(shè)計(jì)硬件設(shè)計(jì)的整體思路就是通過PLC輸出的數(shù)字信號控制繼電器組，達(dá)到控制電路的目的?？刂齐娐返慕M成主要包括：可編程控制器、繼電器組和連接電路（變頻器）。其中，繼電器為主要執(zhí)行模塊，PLC所發(fā)出的數(shù)字指令控制繼電器線圈，而繼電器的開合直接控制電源電路，實(shí)現(xiàn)對電動(dòng)機(jī)的控制。另外，變頻器在電路中控制洗滌時(shí)的電機(jī)轉(zhuǎn)速，不作為必要裝置。在此控制系統(tǒng)中，PLC是控制核心，外部多種輸入信號如啟動(dòng)按鈕、高中低水位檢測等信號采樣進(jìn)來，經(jīng)過PLC內(nèi)部進(jìn)行邏輯運(yùn)算或數(shù)據(jù)處理后，提供多種輸出信號來控制進(jìn)水閥、出水閥動(dòng)作，和控制電機(jī)驅(qū)動(dòng)裝置進(jìn)而控制正反轉(zhuǎn)和脫水運(yùn)行。PLC用定時(shí)器記錄正反轉(zhuǎn)時(shí)間，脫水時(shí)間和報(bào)警時(shí)間，用計(jì)數(shù)器記錄正反轉(zhuǎn)次數(shù)和脫水次數(shù)，可以很容易地通過更改PLC定時(shí)器和計(jì)數(shù)器的參數(shù)，來滿足不同的洗滌條件和要求。根據(jù)以上要求，基于PLC的全自動(dòng)洗衣機(jī)控制系統(tǒng)框圖如圖31所示。圖31 全自動(dòng)洗衣機(jī)控制系統(tǒng)框圖PLC在系統(tǒng)中處于中心位置，啟動(dòng)、停止信號和水位開關(guān)是PLC的輸入信號，進(jìn)水閥，排水閥，電動(dòng)機(jī)和脫水桶是洗衣機(jī)各種動(dòng)作的執(zhí)行機(jī)構(gòu)。其中進(jìn)水閥和排水閥由PLC給定信號來決定其工作狀態(tài)，電動(dòng)機(jī)的工作狀態(tài)也由控制中心PLC給定信號來決定，而電動(dòng)機(jī)的正反轉(zhuǎn)狀態(tài)直接決定洗衣機(jī)的洗滌狀態(tài)和脫水狀態(tài)。系統(tǒng)的硬件電路圖如圖32所示。圖32 硬件電路圖⑴ 可編程控制器的基本概念國際電工委員會(huì)對PLC作了如下定義：可編程控制器是一種數(shù)字運(yùn)算操作的電子系統(tǒng)，專為在工業(yè)環(huán)境下應(yīng)用而設(shè)計(jì)。它采用可編程序的存儲(chǔ)器，用來在其內(nèi)部存儲(chǔ)執(zhí)行邏輯運(yùn)算、順序控制、定時(shí)、計(jì)數(shù)和算術(shù)運(yùn)算等操作的指令，并通過數(shù)字式、模擬式的輸入和輸出，控制各種類型的機(jī)械或生產(chǎn)過程?？删幊炭刂破骷捌溆嘘P(guān)設(shè)備，都應(yīng)按使工業(yè)控制系統(tǒng)形成一個(gè)整體，易于擴(kuò)充其功能的原則設(shè)計(jì)。⑵ 可編程控制器的基本結(jié)構(gòu)可編程邏輯控制器實(shí)質(zhì)是一種專用于工業(yè)控制的計(jì)算機(jī)，其硬件結(jié)構(gòu)基本與微型計(jì)算機(jī)相同，PLC主要由中央處理器（CPU）、存儲(chǔ)器、輸入/輸出（I/O）單元、電源部分、通信端口、編程器和特殊功能單元組成。典型的PLC控制系統(tǒng)的硬件組成框圖如圖33所示。1　 中央處理器（CPU）中央處理器(CPU)是可編程邏輯控制器的控制中樞。它通過系統(tǒng)總線與用戶存儲(chǔ)器、輸入/輸出(I/O)、通信端口等單元相連。它按照可編程邏輯控制器系統(tǒng)程序賦予的功能接收并存儲(chǔ)從編程器鍵入的用戶程序和數(shù)據(jù)；檢查電源、存儲(chǔ)器、I/O以及警戒定時(shí)器的狀態(tài)，并能診斷用戶程序中的語法錯(cuò)誤。當(dāng)可編程邏輯控制器投入運(yùn)行時(shí)，首先它以圖33 PLC控制系統(tǒng)的硬件組成框圖掃描的方式接收現(xiàn)場各輸入裝置的狀態(tài)和數(shù)據(jù)，并分別存入I/O映象區(qū)，然后從用戶程序存儲(chǔ)器中逐條讀取用戶程序，經(jīng)過命令解釋后按指令的規(guī)定執(zhí)行邏輯或算數(shù)運(yùn)算的結(jié)果送入I/O映象區(qū)或數(shù)據(jù)寄存器內(nèi)。等所有的用戶程序執(zhí)行完畢之后，最后將I/O映象區(qū)的各輸出狀態(tài)或輸出寄存器內(nèi)的數(shù)據(jù)傳送到相應(yīng)的輸出裝置，如此循環(huán)運(yùn)行，直到停止運(yùn)行。2　 存儲(chǔ)器 根據(jù)存儲(chǔ)器存儲(chǔ)內(nèi)容的不同，存儲(chǔ)器可以分為系統(tǒng)程序存儲(chǔ)器、用戶存儲(chǔ)器和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器。3　 輸入/輸出（I/O）單元輸入/輸出（I/O）單元是PLC與外部設(shè)備連接的紐帶。輸入單元接受現(xiàn)場設(shè)備箱PLC提供的開關(guān)量信號，經(jīng)過處理后，變成CPU能夠識別的信號。輸出單元將CPU的信號經(jīng)處理后來控制外部設(shè)備。4　 電源部分PLC一般使用AC220V電源或DC24V電源。內(nèi)部使用的電源是整體的供給中心，大部分PLC采用開關(guān)式穩(wěn)壓電源供電。5　 通信端口PLC的CPU模塊上至少有一個(gè)通信端口。通過這個(gè)通信端口，PLC可以直接和編程器或上位機(jī)相連。6　 編程器編程器用來生成用戶程序，并用它進(jìn)行編輯、檢查、修改和監(jiān)控用戶程序的執(zhí)行情況。手持式編程器不能直接輸入和編輯梯形圖，只能輸入和編輯指令表程序。一般用于小型機(jī)或用于現(xiàn)場調(diào)試和維護(hù)。使用編程軟件可以在計(jì)算機(jī)上直接生成梯形圖或指令表程序，并且可以實(shí)現(xiàn)不同編程語言之間的相互轉(zhuǎn)換。程序被編譯后通過PC/PPI電纜可以下載到PLC中去，也可以將PLC當(dāng)中的程序上傳到計(jì)算機(jī)當(dāng)中來。7　 特殊功能單元PLC的特殊功能模塊用來完成某些特殊的任務(wù)，如定時(shí)、計(jì)數(shù)等。（3）可編程控制器的基本特點(diǎn)可編程邏輯控制器具有以下鮮明的特點(diǎn)：1　 編程方法簡單易學(xué)、功能強(qiáng)大、性價(jià)比高、硬件配套齊全，系統(tǒng)構(gòu)成靈活，擴(kuò)展容易，以開關(guān)量控制為其特長；2　 也能進(jìn)行連續(xù)過程的PID回路控制；3　 并能與上位機(jī)構(gòu)成復(fù)雜的控制系統(tǒng)用戶使用方便、適應(yīng)性強(qiáng)、可靠性強(qiáng)、抗干擾能力強(qiáng)；4　 系統(tǒng)的設(shè)計(jì)、安裝、調(diào)試工作量少、維護(hù)工作量小、維護(hù)方便、體積小、能耗低等特點(diǎn)。（4）PLC的工作原理PLC的工作原理可以簡單的表述為在系統(tǒng)程序的管理下，通過運(yùn)行應(yīng)用程序，對控制要求進(jìn)行處理判斷，并通過執(zhí)行用戶程序來實(shí)現(xiàn)控制任務(wù)。但是，在時(shí)間上，PLC執(zhí)行的任務(wù)是按串行方式進(jìn)行的，其具體的運(yùn)行方式與繼電器接觸器控制系統(tǒng)及計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)都有著一定的差異與不同。 PLC的基本工作原理：PLC采用“順序掃描，不斷循環(huán)”的工作方式。1　 每次掃描過程，集中采集輸入信號，集中對輸出信號進(jìn)行刷新；2　 輸入刷新過程，當(dāng)輸入端口關(guān)閉時(shí)，程序在進(jìn)行執(zhí)行階段時(shí)，輸入端有新狀態(tài)，新狀態(tài)不能被讀入。只有程序進(jìn)行下一次掃描時(shí)，新狀態(tài)才被讀入；3　 一個(gè)掃描周期分為輸入采樣，程序執(zhí)行，輸出刷新；4　 元件映象寄存器的內(nèi)容是隨著程序的執(zhí)行變化而變化的；5　 掃描周期的長短由三條決定：CPU執(zhí)行指令的速度；指令本身占有的時(shí)間；指令條數(shù)，現(xiàn)在的PLC掃描速度都是非?？斓?；6　 由于采用集中采樣，集中輸出的方式，存在輸入/輸出滯后的現(xiàn)象，即輸入/輸出響應(yīng)延遲。（5）S7200系列PLC西門子公司的SIMATIC S7200系列屬于小型PLC，可以用于代替繼電器的簡單控制場合，也可以用于復(fù)雜的自動(dòng)化控制系統(tǒng)。由于它有極強(qiáng)的通信功能，在大型網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)中也能充分發(fā)揮其作用。S7200的可靠性非常高，可以用語句表、梯形圖和功能塊圖編程。它的指令豐富，簡單易學(xué)，內(nèi)置有高速計(jì)數(shù)器、高速脈沖輸出和PID控制器等特殊功能，最大可以擴(kuò)展到248點(diǎn)數(shù)字量I/O或35路模擬量I/O，最多有30多KB的程序和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)空間。S7200提供了近10種通訊方式以滿足不同的應(yīng)用需求，從RS485通信/編程接口通訊到自由口模式通訊，從PPI協(xié)議通訊到MPI協(xié)議通訊，從簡單的S7200之間的通訊到S7200通過ProfibusDP網(wǎng)絡(luò)通訊，甚至到S7200通過以太網(wǎng)通訊。在網(wǎng)絡(luò)需求已日益成為必要的今天，強(qiáng)大的通訊無疑會(huì)使S7200為更多用戶服務(wù)。本設(shè)計(jì)采用PLC S7200為控制核心，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)控制和手動(dòng)控制，硬件接線簡單，軟件開發(fā)周期短，具有工作可靠性高，操作方便，體積小、功耗低等特點(diǎn)，達(dá)到良好的經(jīng)濟(jì)效果。 繼電器（1） 繼電器簡介繼電器是一種電子控制器件，它具有控制系統(tǒng)（又稱輸入回路）和被控制系統(tǒng)（又稱輸出回路），通常應(yīng)用于自動(dòng)控制電路中，它實(shí)際上是用較小的電流去控制較大電流的一種“自動(dòng)開關(guān)”。故在電路中起著自動(dòng)調(diào)節(jié)、安全保護(hù)、轉(zhuǎn)換電路等作用。電磁式繼電器一般由鐵芯、線圈、銜鐵、觸點(diǎn)簧片等組成的。只要在線圈兩端加上一定的電壓，線圈中就會(huì)流過一定的電流，從而產(chǎn)生電磁效應(yīng)，銜鐵就會(huì)在電磁力吸引的作用下克服返回彈簧的拉力吸向鐵芯，從而帶動(dòng)銜鐵的動(dòng)觸點(diǎn)與靜觸點(diǎn)（常開觸點(diǎn)）吸合。當(dāng)線圈斷電后，電磁的吸力也隨之消失，銜鐵就會(huì)在彈簧的反作用力返回原來的位置，使動(dòng)觸點(diǎn)與原來的靜觸點(diǎn)（常閉觸點(diǎn)）吸合。這樣吸合、釋放，從而達(dá)到了在電路中的導(dǎo)通、切斷的目的。對于繼電器的“常開、常閉”觸點(diǎn)，可以這樣來區(qū)分：繼電器線圈未通電時(shí)處于斷開狀態(tài)的靜觸點(diǎn)，稱為“常開觸點(diǎn)”；處于接通狀態(tài)的靜觸點(diǎn)稱為“常閉觸點(diǎn)”。（2） 繼電器組的應(yīng)用及實(shí)現(xiàn)的功能在本次設(shè)計(jì)中，對繼電器的使用較為突出，原理是利用可編程序控制器的24V直流信號來控制繼電器線圈，實(shí)現(xiàn)由可控制的按預(yù)定程序?qū)?關(guān)斷的380V三相電源給電動(dòng)機(jī)供電。本次使用的繼電器模塊由三組三聯(lián)裝共九個(gè)繼電器組成，每組繼電器完成一個(gè)功能?？煞譃椋赫D(zhuǎn)控制組，反轉(zhuǎn)控制組及脫水控制組。控制線圈與PLC的輸出口相連，電動(dòng)機(jī)高壓電源通過變頻器以后與繼電器“常開引腳”相連，公共端接地。它們的開合直接由可編程序控制器輸出的離散信號控制。即當(dāng)洗衣機(jī)處在洗滌過程要求正轉(zhuǎn)時(shí)，正轉(zhuǎn)控制組閉和，反轉(zhuǎn)及脫水控制組斷開，三相電源按照原始順序接入，電源由變頻器控制頻率后給電動(dòng)機(jī)供電，此時(shí)電動(dòng)機(jī)正轉(zhuǎn)且速度為預(yù)定數(shù)值；當(dāng)洗衣機(jī)處在洗滌過程要求反轉(zhuǎn)時(shí)，反轉(zhuǎn)控制組閉和，正轉(zhuǎn)及脫水控制組斷開，此時(shí)，三相電源中的兩相已被繼電器互換相接，由于三相異步電動(dòng)機(jī)改變?nèi)我鈨上嚯姶帕叵喾矗娫丛儆勺冾l器控制頻率后給電動(dòng)機(jī)供電，此時(shí)電動(dòng)機(jī)反轉(zhuǎn)且速度為預(yù)定數(shù)值；當(dāng)洗衣機(jī)處在脫水過程要求高速正轉(zhuǎn)時(shí)，脫水控制組閉和，正轉(zhuǎn)及反轉(zhuǎn)控制組斷開，此時(shí)，三相電源按預(yù)定順序接入，電源直接接入電動(dòng)機(jī)，電動(dòng)機(jī)按額定轉(zhuǎn)速正轉(zhuǎn)。 PLC的選型　 I/O儲(chǔ)存器容量的估算PLC常用的內(nèi)存有EPROM、EEPROM和帶鋰電池供電的RAM。一般微型和小型PLC的存儲(chǔ)容量是固定的，介于1—2KB之間。用戶應(yīng)用程序占用多少內(nèi)存與許多因素有關(guān)，