【正文】 洗衣機(jī)均采用套筒式結(jié)構(gòu)，其進(jìn)水，排水都采用電磁閥，由程序控制器按人們預(yù)先設(shè)計(jì)好的程序不斷發(fā)出指令，驅(qū)動各執(zhí)行器件動作，整個洗衣過程自動完成，所用的程序控制器可分為電動機(jī)驅(qū)動式和單片機(jī)式。從控制方式的發(fā)展階段上分，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(jì)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(jì)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(shí)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(diǎn)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(shí)地推出了滾筒洗衣機(jī),它最大的優(yōu)點(diǎn)是磨損率小,但洗凈率比波輪式低,價(jià)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。 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(shí)現(xiàn)進(jìn)水、洗滌、排水、脫水、報(bào)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(jì)的時(shí)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(diǎn)是裝置結(jié)構(gòu)簡單、價(jià)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(diǎn)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(yùn)載的情況下，大的繼電器將產(chǎn)生大量的熱及噪聲，同時(shí)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(fèi)大量時(shí)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） 配套齊全，功能完善，適用性強(qiáng)PLC發(fā)展到今天，已經(jīng)形成了大、中、小各種規(guī)模的系列化產(chǎn)品?？梢杂糜诟鞣N規(guī)模的工業(yè)控制場合。（3） 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(jì)算機(jī)，是面向工礦企業(yè)的工控設(shè)備。（4） 系統(tǒng)的設(shè)計(jì)、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(jì)及建造的周期大為縮短，同時(shí)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。（5） 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(shí)現(xiàn)機(jī)電一體化的理想控制設(shè)備。 本課題研究的主要內(nèi)容本課題需研制出可靠性高、易于操作的全自動洗衣機(jī)控制方法，該系統(tǒng)采用PLC控制，主要包括電動機(jī)正反轉(zhuǎn)控制、離合器控制、進(jìn)排水電磁閥控制、循環(huán)控制、保護(hù)和聯(lián)鎖。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(jì)。包括硬件設(shè)計(jì)，PLC的選擇，各硬件模塊的介紹，軟件設(shè)計(jì)，編程方法。 （3） 對編寫好的編譯程序進(jìn)行實(shí)際調(diào)試。 2 PLC 結(jié)構(gòu)和工作原理 PLC 控制特點(diǎn)1. PLC系統(tǒng)的特點(diǎn)：（ 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(shí)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(shí)際控制要求進(jìn)行選擇與確定，而且在需要時(shí)可以隨時(shí)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(dú)特的，多種面向廣大工程設(shè)計(jì)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(jì)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(jì)算機(jī)控制容易。2. 單片機(jī)系統(tǒng)的特點(diǎn)：（1）要求環(huán)境，單片機(jī)對環(huán)境的適應(yīng)能力較低，可靠性差。（2）編程和PLC相比難以學(xué)習(xí)，主要是單片機(jī)采用匯編語言或者是C語言，這些高級語言和PLC語言相比，難以學(xué)習(xí)。（3）功能單一只具有使用中所需要的功能。但是，它結(jié)構(gòu)簡單，處理速度快。典型的PLC控制系統(tǒng)的硬件組成框圖如圖1所示： 圖1 PLC 控制系統(tǒng)的硬件組成框圖 控制系統(tǒng)框圖 此次設(shè)計(jì)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(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。此次全自動洗衣機(jī)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)利用了西門子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)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)框圖如圖2所示。 圖2 PLC 控制系統(tǒng)圖 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(bào)警等控制要求，對控制所需的外部設(shè)備初步設(shè)計(jì)如表1所示 表1 外部設(shè)備初步設(shè)計(jì)表對應(yīng)的外部設(shè)備對應(yīng)的輸出設(shè)備啟動按鈕停止按鈕水位選擇開關(guān)（高水位）水位選擇開關(guān)（中水位）水位選擇開關(guān)（低水位）手動排水開關(guān)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進(jìn)水電磁閥排水電磁閥洗條電動機(jī)正轉(zhuǎn)繼電器洗條電動機(jī)反轉(zhuǎn)繼電器脫水桶報(bào)警器 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(shí)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(shí)，電磁進(jìn)水閥打開，將水注入，排水時(shí)，電磁排水閥打開，將水排出，洗衣時(shí)，洗滌電動機(jī)啟動，脫水時(shí)，脫水桶啟動。 PLC的基本機(jī)構(gòu)PLC實(shí)質(zhì)是一種用于工業(yè)控制的計(jì)算機(jī)，其硬件結(jié)構(gòu)基本上與微型計(jì)算機(jī)相同。根據(jù)結(jié)構(gòu)形式的不同，PLC的基本結(jié)構(gòu)分為整體式和模塊式結(jié)構(gòu)兩類。整體式結(jié)構(gòu)的PLC由中央處理器（CPU）、存儲器、I/O單元、電源電路和通信端口等組成，并將這些組裝在一起。基本結(jié)構(gòu)框圖如圖3所示。電源中央處理器系統(tǒng)總線輸入/輸出單元存儲器編程器 圖3 整體式結(jié)構(gòu) 模塊式結(jié)構(gòu)的PLC模塊式結(jié)構(gòu)的PLC是將中央處理器（CPU）、存儲器、輸入/輸出單元、電源電路和通信端口等分別做成相應(yīng)的模塊，應(yīng)用時(shí)將這些模塊根據(jù)要求插在機(jī)架上，各模塊間通過機(jī)架上的總線想到聯(lián)系。基本結(jié)構(gòu)框圖如圖4所示編程器其他PLC或上位機(jī)現(xiàn)場設(shè)備電源模塊CPU模塊通信模塊輸入模塊輸出模塊殊功功能模塊 機(jī) 架圖4 模塊式結(jié)構(gòu) PLC各組成部分介紹 （1）中央處理器中央處理器（CPU）是PLC的核心部分，相當(dāng)于PLC的“大腦”。它通過系統(tǒng)總線與用戶存儲器、輸入/輸出（I/O）、通信端口等單元相連。通過制造廠家預(yù)制在系統(tǒng)存儲器內(nèi)部的系統(tǒng)程序完成各項(xiàng)任務(wù)。其主要功能是由編程器寫入控制程序和數(shù)據(jù)到存儲器、檢驗(yàn)用戶程序、從存儲器上讀取和執(zhí)行程序，還可以進(jìn)行PLC內(nèi)部故障的診斷等。（2）存儲器根據(jù)存儲器存儲內(nèi)容的不同，我們把存儲器分為系統(tǒng)程序存儲器、用戶程序存儲器和數(shù)據(jù)存儲器。系統(tǒng)程序存儲器：用來存入軟件的存儲器。系統(tǒng)程序相當(dāng)于計(jì)算機(jī)操作系統(tǒng)，是PLC廠家根據(jù)選用的CPU的指令系統(tǒng)編寫的，并固化到ROM里，用戶不能修改其內(nèi)容。用戶程序存儲器：用來存放用戶根據(jù)控制要求編制的程序。不同類型的PLC，其存儲容量也不一樣。數(shù)據(jù)存儲器：用以存放PLC運(yùn)行中的各種數(shù)據(jù)的存儲器。因?yàn)檫\(yùn)行中數(shù)據(jù)不斷變化，所以這種存儲器必須可讀寫。（3）輸入/輸出單元輸入/輸出單元是PLC與外部設(shè)備連接的紐帶。輸入單元接收現(xiàn)場設(shè)備向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)備的。（4）電源部分不同型號的PLC有不同的供電方式，所以PLC電源的輸入電壓既有12V和24V直流，又有110V和220V交流。（5）編程器幾乎每個PLC廠家都有自己的編程器，用戶通過編程器來編寫控制程序，