【正文】 志著人類家務(wù)勞動(dòng)自動(dòng)化的開端。 1922年，美國(guó)改造了洗衣機(jī)的洗滌結(jié)構(gòu)，把拖動(dòng)式改為攪拌式，使洗衣機(jī)的結(jié)構(gòu)固定下來，這也就是第一臺(tái)攪拌式洗衣機(jī)的誕生。 1932 年，美國(guó)研制成功第一臺(tái)前裝式滾筒洗衣機(jī)。 1955 年，在引進(jìn)英國(guó)噴流式洗衣機(jī)的基礎(chǔ)之上，日本研制出獨(dú)具風(fēng)格、并流行至今的波輪式洗衣機(jī)。 70 年代后期 ，微電腦控制的全自動(dòng)洗衣機(jī)出現(xiàn)引領(lǐng)新的發(fā)展方向，讓人耳目一新。 90年代，由于電動(dòng)機(jī)調(diào)速技術(shù)的提高，洗衣機(jī)實(shí)現(xiàn)了較寬范圍的轉(zhuǎn)速變換與調(diào)節(jié)，誕生了許多新水流洗衣機(jī)。 全自動(dòng)洗衣機(jī)的特點(diǎn)是能自動(dòng)完成洗滌，漂洗和脫水的轉(zhuǎn)換，整個(gè)過程不需要人工操作。這類洗衣機(jī)均采用套筒式結(jié)構(gòu)，其進(jìn)水，排水都采用電磁閥，由程序控制器按人河南理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）說明書 2 們預(yù)先設(shè)計(jì)好的程序不斷發(fā)出指令，驅(qū)動(dòng)各執(zhí)行器件動(dòng)作，整個(gè)洗衣過程自動(dòng)完成，所用的程序控制器可分為電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)式和單片機(jī)式。從控制方式的發(fā)展階段上分，全自動(dòng)洗衣機(jī)可分為兩大類： 第一類：電動(dòng)控制洗衣機(jī)，它的 程序控制器由電動(dòng)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(dòng)控制全自動(dòng)洗衣機(jī)是較早出現(xiàn)的自動(dòng)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(dòng)控制的初級(jí)階段。隨著計(jì)算機(jī)及微電子技術(shù)的發(fā)展，自動(dòng)控制系統(tǒng)正在逐步實(shí)現(xiàn)硬件化。因此，電動(dòng)控制洗衣機(jī)將逐步退出家電舞臺(tái)。 全自動(dòng)洗衣機(jī)從結(jié)構(gòu)上分有波輪式、攪拌式、滾筒式。目前 ,國(guó)內(nèi)市場(chǎng)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(duì)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(dòng)型和全自動(dòng)型。普通型和半自動(dòng)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(dòng)洗衣機(jī)在整個(gè)洗滌、甩干、排水過程中，無需人為操作和監(jiān)控。 國(guó)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。 畢業(yè)設(shè)計(jì)的研究?jī)?nèi)容及意義 本設(shè)計(jì)是基于 PLC 的全自動(dòng)洗衣機(jī)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)，采用西門子公司的 S7200 系列的 PLC 作為核心控制部件 ，利用其特點(diǎn)，對(duì)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。首先需要對(duì)全自動(dòng)洗衣機(jī)的控制系統(tǒng)進(jìn)行分析，進(jìn)行流程圖和梯形圖的設(shè)計(jì)，并進(jìn)行仿真測(cè)試。為了能更直觀的顯示出整個(gè)自動(dòng)控制過程，本設(shè)計(jì)運(yùn)用組態(tài)王軟件建立一個(gè)全自動(dòng)洗衣機(jī)的監(jiān)控系統(tǒng)畫面。 本文的課題源于市場(chǎng)上的洗衣機(jī)產(chǎn)品。傳統(tǒng)的洗衣機(jī)采用繼電器控制，而大多數(shù)繼電器的優(yōu)點(diǎn)是裝置結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、價(jià)格便宜、抗干擾能力強(qiáng)，但其容易損壞，產(chǎn)生噪音，耗能大。也有采用單片機(jī)控制的洗衣機(jī)，單片機(jī)系統(tǒng)的特點(diǎn)是結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，處理速度快，但其對(duì)環(huán)境的適 應(yīng)能力較低，可靠性差，采用匯編語(yǔ)言或者是 C語(yǔ)言，這些高級(jí)語(yǔ)言和 PLC語(yǔ)言相比難以學(xué)習(xí)，而且功能單一，只具有使用中所需要的功能，硬件較為復(fù)雜。 PLC系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)是：可靠性高，耗電少，適應(yīng)性強(qiáng)，運(yùn)行速度快。 為了進(jìn)一步提高全自動(dòng)洗衣機(jī)的功能和性能，為了避免傳統(tǒng)控制和單片機(jī)控制的一河南理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）說明書 3 些弊端，就提出了用 PLC來控制全自動(dòng)洗衣機(jī)這個(gè)課題。 PLC具有以下優(yōu)點(diǎn)： （ 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，可以用于各種規(guī)模的工業(yè)控制場(chǎng)合。 （ 3）編程簡(jiǎn)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(yǔ)言如指令表，梯形圖，邏輯功能圖，順序功能圖等，程序簡(jiǎn)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(shí)的人員也很容易掌握，特別是梯形圖與邏輯功能圖，形象直觀，動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)效果逼真，且與計(jì)算機(jī)控制容易連接，深受工程技術(shù)人員歡迎。 （ 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(chǔ)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)過改變程序而改變生產(chǎn)過程成為可能。這很適合多品種、小批量的生產(chǎn)場(chǎng)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。 全自動(dòng)洗衣機(jī)采用 PLC 控制系統(tǒng)將大大提高工作效率，和適應(yīng)工作環(huán)境的能力。它是整體模塊，集中了驅(qū)動(dòng)電路、檢測(cè)電路、保護(hù)電路以及通訊聯(lián)網(wǎng)功能。因此在運(yùn)用中硬件也相對(duì)簡(jiǎn)單，大大提高了控制系統(tǒng)的可靠性。另外它 的編程語(yǔ)言也相對(duì)簡(jiǎn)單。其次，它能實(shí)現(xiàn)脫機(jī)手動(dòng)工作，聯(lián)機(jī)自動(dòng)就地工作，上機(jī)控制的單周期運(yùn)行方式，自動(dòng)啟動(dòng)、自動(dòng)停機(jī)控制方式。 河南理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）說明書 4 2 系統(tǒng)總體分析 全自動(dòng)洗衣機(jī)的工作原理 全自動(dòng)洗衣機(jī)的工作原理：全自動(dòng)洗衣機(jī)的洗衣桶（外桶）和脫水桶（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(cè)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。 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 M 河南理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）說明書 5 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(duì)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。 河南理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）說明書 6 3 硬件設(shè)計(jì) 硬件電路設(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(hào)控制繼電器組，達(dá)到控制電路的目的 。 控制電路的組成主要包括：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(duì)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(hào)如啟動(dòng)按鈕、高中低水位檢測(cè)等信號(hào)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(hào)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。 PLC啟 動(dòng) 按 鈕停 止 按 鈕手 動(dòng) 排 水 開 關(guān)手 動(dòng) 脫 水 開 關(guān)水 位 選 擇 開 關(guān)電 磁 進(jìn) 水 閥電 磁 排 水 閥脫 水 桶洗 滌 電 動(dòng) 機(jī) 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(hào)和水位開關(guān)是 PLC 的輸入信號(hào)，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(hào)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(hào)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)。 河南理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）說明書 7 系統(tǒng)的硬件電路圖如圖 32 所示。 圖 32 硬件電路圖 可編程控制器 ⑴ 可編程控制器的基本概念 國(guó)際電工委員會(huì)對(duì) 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 河南理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）說明書 8 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(yǔ)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 電 源C P U輸入單元輸出單元通信端口擴(kuò)展接口擴(kuò)展單元C P U 輸 入 設(shè) 備輸出設(shè)備 編 程 器 寫 入 器 打 印 機(jī) 人 機(jī) 界 面上 位 計(jì) 算 機(jī) P L C輸 入 接 口輸 出 接 口 總 線 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(chǎng)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(chǎng)設(shè)備箱 PLC提供的開關(guān)量信號(hào)，經(jīng)過處理后，變成 CPU 能夠識(shí)別的信號(hào)。輸出單元將 CPU 的信號(hào)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，大部河南理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）說明書 9 分