【正文】 志著人類家務勞動自動化的開端。 1922年，美國改造了洗衣機的洗滌結構，把拖動式改為攪拌式，使洗衣機的結構固定下來，這也就是第一臺攪拌式洗衣機的誕生。 1932 年，美國研制成功第一臺前裝式滾筒洗衣機。 1955 年，在引進英國噴流式洗衣機的基礎之上，日本研制出獨具風格、并流行至今的波輪式洗衣機。 70 年代后期 ，微電腦控制的全自動洗衣機出現引領新的發(fā)展方向，讓人耳目一新。 90年代，由于電動機調速技術的提高，洗衣機實現了較寬范圍的轉速變換與調節(jié)，誕生了許多新水流洗衣機。 全自動洗衣機的特點是能自動完成洗滌，漂洗和脫水的轉換，整個過程不需要人工操作。這類洗衣機均采用套筒式結構，其進水，排水都采用電磁閥，由程序控制器按人河南理工大學畢業(yè)設計（論文）說明書 2 們預先設計好的程序不斷發(fā)出指令，驅動各執(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驅動式和單片機式。從控制方式的發(fā)展階段上分，全自動洗衣機可分為兩大類： 第一類：電動控制洗衣機，它的 程序控制器由電動元件組成。 第二類：電腦控制洗衣機，它的程序控制器由微型計算機組成。電動控制全自動洗衣機是較早出現的自動控制類家用電器，其產品類型還屬于傳統(tǒng)的機械產品，是自動控制的初級階段。隨著計算機及微電子技術的發(fā)展，自動控制系統(tǒng)正在逐步實現硬件化。因此，電動控制洗衣機將逐步退出家電舞臺。 全自動洗衣機從結構上分有波輪式、攪拌式、滾筒式。目前 ,國內市場上銷售的大都是波輪式和滾筒式，供應最多的是波輪式洗衣機。波輪式洗衣機的特點是洗凈率高 ,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 走進普通家庭 ,廠商又適時地推出了滾筒洗衣機 ,它最大的優(yōu)點是磨損率小 ,但洗凈率比波輪式低 ,價格高。 洗衣機產品可以分三類：普通型、半自動型和全自動型。普通型和半自動型洗衣機，都需要人為參與操作，才能完成洗衣、甩干、排水全過程；而全自動洗衣機在整個洗滌、甩干、排水過程中，無需人為操作和監(jiān)控。 國內外洗衣機品牌有 海爾、小天鵝、榮事達、松下、惠而浦水仙、 LG熊貓、西門子、日立好用。 畢業(yè)設計的研究內容及意義 本設計是基于 PLC 的全自動洗衣機控制系統(tǒng)設計，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，對按鈕、電磁閥、開關等其他一些輸入 /輸出點進行控制，實現洗衣機洗衣過程的自動化。首先需要對全自動洗衣機的控制系統(tǒng)進行分析，進行流程圖和梯形圖的設計，并進行仿真測試。為了能更直觀的顯示出整個自動控制過程，本設計運用組態(tài)王軟件建立一個全自動洗衣機的監(jiān)控系統(tǒng)畫面。 本文的課題源于市場上的洗衣機產品。傳統(tǒng)的洗衣機采用繼電器控制，而大多數繼電器的優(yōu)點是裝置結構簡單、價格便宜、抗干擾能力強，但其容易損壞，產生噪音，耗能大。也有采用單片機控制的洗衣機，單片機系統(tǒng)的特點是結構簡單，處理速度快，但其對環(huán)境的適 應能力較低，可靠性差，采用匯編語言或者是 C語言，這些高級語言和 PLC語言相比難以學習，而且功能單一，只具有使用中所需要的功能，硬件較為復雜。 PLC系統(tǒng)的優(yōu)點是：可靠性高，耗電少，適應性強，運行速度快。 為了進一步提高全自動洗衣機的功能和性能，為了避免傳統(tǒng)控制和單片機控制的一河南理工大學畢業(yè)設計（論文）說明書 3 些弊端，就提出了用 PLC來控制全自動洗衣機這個課題。 PLC具有以下優(yōu)點： （ 1）可靠性高，抗干擾能力強。高可靠性是電氣控制設備的關鍵性能。 PLC 由于采用現代大規(guī)模集成電路技術，采用嚴格的生產工藝制造，內部電路采取了先進的抗干擾技術，具有 很高的可靠性。 （ 2）配套齊全，功能完善，適用性強。 PLC 發(fā)展到今天，已經形成了大、中、小各種規(guī)模的系列化產品，可以用于各種規(guī)模的工業(yè)控制場合。 （ 3）編程簡單。 PLC 的優(yōu)越性主要體現在它采用了獨特的，多種面向廣大工程設計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，適合各類技術人員的傳統(tǒng)習慣，即使是沒有計算機知識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，動態(tài)監(jiān)測效果逼真，且與計算機控制容易連接，深受工程技術人員歡迎。 （ 4）系統(tǒng)的設計、建造工作量小，維護方便，容易 改造。 PLC 用存儲邏輯代替接線邏輯，大大減少了控制設備外部的接線，使控制系統(tǒng)設計及建造的周期大為縮短，同時維護也變得容易起來。更重要的是使同一設備經過改變程序而改變生產過程成為可能。這很適合多品種、小批量的生產場合。 （ 5）體積小，重量輕，能耗低。由于體積小很容易裝入機械內部，是實現機電一體化的理想控制設備。 全自動洗衣機采用 PLC 控制系統(tǒng)將大大提高工作效率，和適應工作環(huán)境的能力。它是整體模塊，集中了驅動電路、檢測電路、保護電路以及通訊聯(lián)網功能。因此在運用中硬件也相對簡單，大大提高了控制系統(tǒng)的可靠性。另外它 的編程語言也相對簡單。其次，它能實現脫機手動工作，聯(lián)機自動就地工作，上機控制的單周期運行方式，自動啟動、自動停機控制方式。 河南理工大學畢業(yè)設計（論文）說明書 4 2 系統(tǒng)總體分析 全自動洗衣機的工作原理 全自動洗衣機的工作原理：全自動洗衣機的洗衣桶（外桶）和脫水桶（內桶）是以同一中心安放的，內桶可以旋轉，作為脫水用。內桶的周圍有許多小孔，使內桶和外桶的水流相通，洗衣機的進水和排水分別由進水電磁閥和排水電磁閥來執(zhí)行。進水時通過控制系統(tǒng)將進水閥打開，經進水管將水注入到外桶。排水時，通過控制系統(tǒng)將排水電磁閥打開，將水由外桶排到機 外。洗滌正傳反轉由洗滌電動機驅動撥盤的正反轉來實現，此時脫水桶并不旋轉。脫水時，控制系統(tǒng)將離合器合上，由洗滌電動機帶動內桶正傳進行甩干。 高、中、低水位控制開關分別用來檢測高、中、低水位。啟動按鈕用來啟動洗衣機工作，停止按鈕用來實現手動停止進水、洗衣、排水、脫水及報警。全自動洗衣機的進水，洗衣，排水，脫水是通過水位開關，電磁進水閥和電磁排水閥配合進行控制，從而實現自動控制的。水位開關用來控制進水到洗衣機內高中低水位，電磁進水閥起著通斷水源的作用。 全自動洗衣機的示意圖如 21所示。 進水閥 進水 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 出水閥 圖 21 全自動洗衣機示意圖 M 河南理工大學畢業(yè)設計（論文）說明書 5 全自動洗衣機的設備控制要求 全自動洗衣機控制系統(tǒng)的要求是能實現“正常運行”和“強制停止” 兩種控制方式。 正常運行 方式的具體控制要求如下： （ 1） 將水位能夠通過水位開關設在合適的位置（高、中、低），按下“啟動”按鈕，開始進水，到達設定的水位（高、中、低）后，停止進水。 （ 2） 進水停止 2 秒后開始洗衣。 （ 3） 洗衣時，正轉 20 秒，停 2 秒，然后反轉 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） 然后再進水，重復以上過程，如此循環(huán)共 3 次。 （ 6） 洗衣過程完成，報警 3秒并自動停 機。 “強制停止”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，即洗滌電機和脫水桶停止轉動、進水電磁閥和排水電磁閥全部閉合。 （ 2） 可用手動排水開關和手動脫水開關進行手動排水和脫水。 根據全自動洗衣機的工作原理 ,洗衣機的工作流程由進水、洗衣、排水和脫水四個過程組成。在半自動洗衣機中，這四個過程分別用相應的按扭開關來控制。利用可編程控制器 PLC 實現控制 ,用于說明 PLC 控制的原理方法、特點及工作特色。此次全自動洗衣機控制系統(tǒng)設計需要利用西門子 S7200 系列 PLC 的特點 ,對按鈕、電磁閥、開關等其他一些輸 入 /輸出點進行控制 ,實現洗衣機洗衣過程的自動化。 河南理工大學畢業(yè)設計（論文）說明書 6 3 硬件設計 硬件電路設計 硬件設計的整體思路就是通過 PLC 輸出的數字信號控制繼電器組，達到控制電路的目的 。 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，實現對電動機的控制。另外，變頻器在電路中控制洗滌時的電機轉速，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按鈕、高中低水位檢測等信號采樣進 來，經過 PLC 內部進行邏輯運算或數據處理后，提供多種輸出信號來控制進水閥、出水閥動作，和控制電機驅動裝置進而控制正反轉和脫水運行。 PLC 用定時器記錄正反轉時間，脫水時間和報警時間，用計數器記錄正反轉次數和脫水次數，可以很容易地通過更改 PLC 定時器和計數器的參數，來滿足不同的洗滌條件和要求。 根據以上要求，基于 PLC的全自動洗衣機控制系統(tǒng)框圖如圖 31 所示。 PLC啟 動 按 鈕停 止 按 鈕手 動 排 水 開 關手 動 脫 水 開 關水 位 選 擇 開 關電 磁 進 水 閥電 磁 排 水 閥脫 水 桶洗 滌 電 動 機 圖 31 全自動洗衣機控制系統(tǒng)框圖 PLC 在系統(tǒng)中處于中 心位置，啟動、停止信號和水位開關是 PLC 的輸入信號，進水閥，排水閥，電動機和脫水桶是洗衣機各種動作的執(zhí)行機構。其中進水閥和排水閥由 PLC給定信號來決定其工作狀態(tài)，電動機的工作狀態(tài)也由控制中心 PLC 給定信號來決定，而電動機的正反轉狀態(tài)直接決定洗衣機的洗滌狀態(tài)和脫水狀態(tài)。 河南理工大學畢業(yè)設計（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 國際電工委員會對 PLC 作了如下定義：可編程控制器是一種數字運算操作的電子系統(tǒng)，專為在工業(yè)環(huán)境下應用而設計。它采用可編程序的存儲器， 用來在其內部存儲執(zhí)行邏輯運算、順序控制、定時、計數和算術運算等操作的指令，并通過數字式、模擬式的輸入和輸出，控制各種類型的機械或生產過程?？删幊炭刂破骷捌溆嘘P設備，都應按使工業(yè)控制系統(tǒng)形成一個整體，易于擴充其功能的原則設計。 ⑵ 可編程控制器的基本結構 可編程邏輯控制器實質是一種專用于工業(yè)控制的計算機，其硬件結構基本與微型計算機相同， PLC 主要由中央處理器（ CPU）、存儲器、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 河南理工大學畢業(yè)設計（論文）說明書 8 接收并存儲從編程器鍵入的用戶程序和數據；檢查電源、存儲器、 I/O 以及警戒定時器的狀態(tài)，并能診斷用戶程序中的語法錯誤。當可編程邏輯控制器投入運行時，首先它以 電 源C P U輸入單元輸出單元通信端口擴展接口擴展單元C P U 輸 入 設 備輸出設備 編 程 器 寫 入 器 打 印 機 人 機 界 面上 位 計 算 機 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 掃描的方式接收現場各輸入裝置的狀態(tài)和數據，并分別 存入 I/O 映象區(qū)，然后從用戶程序存儲器中逐條讀取用戶程序，經過命令解釋后按指令的規(guī)定執(zhí)行邏輯或算數運算的結果送入 I/O映象區(qū)或數據寄存器內。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)或輸出寄存器內的數據傳送到相應的輸出裝置，如此循環(huán)運行，直到停止運行。 ② 存儲器 根據存儲器存儲內容的不同，存儲器可以分為系統(tǒng)程序存儲器、用戶存儲器和數據存儲器。 ③ 輸入 /輸出（ I/O）單元 輸入 /輸出（ I/O）單元是 PLC 與外部設備連接的紐帶。輸入單元接受現場設備箱 PLC提供的開關量信號，經過處理后，變成 CPU 能夠識別的信號。輸出單元將 CPU 的信號經處理后來控制外部設備。 ④ 電源部分 PLC 一般使用 AC220V 電源或 DC24V 電源。內部使用的電源是整體的供給中心，大部河南理工大學畢業(yè)設計（論文）說明書 9 分