【正文】 動完成，使洗衣機的發(fā)展躍上了一個新臺階。 第二次世界大戰(zhàn)結(jié)束后，洗衣機得到了迅速的發(fā)展，研制出具有獨特風(fēng)格的波輪式洗衣機。這種洗衣機由于其波輪安裝 在洗衣桶底，又稱渦卷式洗衣機。 近幾十年，在工業(yè)發(fā)達國家，全自動洗衣 機制造技術(shù)得到 了 迅速發(fā)展 。目前世界洗衣機年總產(chǎn)量近 5000 萬臺，而全自動洗衣機的產(chǎn)量呈增長趨勢，在技術(shù)性能上正向著節(jié)水、節(jié)能、高效、結(jié)構(gòu)更趨合理的方向發(fā)展。微電腦 控制功能、新型的洗滌方式、高速脫水以及低噪音等方面都有了很大 發(fā)展 。 近幾年，我國的洗衣機制造技術(shù)得到迅速 提高 ， 全自動洗衣機的年產(chǎn)量已占洗衣機總產(chǎn)量的 10%左右。生產(chǎn)規(guī)模不斷擴大，技術(shù)工藝日趨完善，產(chǎn)品質(zhì)量 穩(wěn)步提高，已生產(chǎn)出技術(shù)性能優(yōu)良的多種牌號的全自動洗衣機供應(yīng)市 。東華理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計（論文） 系統(tǒng)需求分析 2 2 系統(tǒng)需求 分析 設(shè)計任務(wù) 通常地，人們采用傳統(tǒng)洗衣機洗衣服 需要經(jīng)歷洗衣、清洗、排水、脫水等 4 個環(huán)節(jié)，而在全自動洗衣機中，這樣的一個過程完全由 控制系統(tǒng) 來完成。并且，全自動洗衣機需要其控制系統(tǒng)足夠可靠，以避免洗衣機輕易出現(xiàn)故障。 全自動洗衣機的簡單工作過程如圖 21 所示。其中，洗衣 的方式（標(biāo)準(zhǔn)或是柔和）、洗衣中的水位選擇（高水位洗衣、低水位洗衣）等兩個方面需要在人們將衣服放入洗衣機洗衣服之后手動來選擇，并且是必須選擇的洗衣參數(shù)。當(dāng)選擇了一種洗衣參數(shù)后，按下啟動按鈕 ，洗衣機就會自動完成洗衣服的整個過程。 全自動洗 衣服系統(tǒng)中， 控制系統(tǒng) 主要完成以下功能： （ 1）檢測功能。 （ a）檢測洗衣的方式：標(biāo)準(zhǔn)或者是柔和的選擇； （ b）檢測洗衣時的水位：高水位或者低水位的選擇； （ c）檢測進水是否到了需要的水位，即進水是否完成； （ d）檢測排水是否已經(jīng)完成。 （ 2）控制功能： 進水 正轉(zhuǎn) 反轉(zhuǎn) 排水 排水 反轉(zhuǎn) 正轉(zhuǎn) 進水 脫水 完成 圖 21 全自動洗衣機工作流程 東華理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計（論文） 系統(tǒng)需求分析 3 （ a） 控制進水、洗衣、排水、清洗、脫水等洗衣機的動作； （ b）控制洗衣、清洗、脫水等的時間長短； （ c）控制洗衣清洗等的次數(shù)； （ d）控制在洗衣機完成一個動作后到下一個動作的準(zhǔn)確轉(zhuǎn)換； （ e）控制完成洗衣時的信號提示。 設(shè)定（標(biāo)準(zhǔn) /柔和、高 /低水位等） 參數(shù)按鈕如圖 22 所示： 控制系統(tǒng)的選擇 從滿足全自動洗衣機控制系統(tǒng)的安全性、擴展性和可靠性方面考慮，目前常見的全自動洗衣機自動控制系統(tǒng)，主要有單片機控制、 PLC 控制、工業(yè)控制計算機集中控制等類型。 隨著集成芯片技術(shù)的不斷提高，特別是高檔 8 位單片機的普及，單片機全自動洗衣機系統(tǒng)由單片計算機及其外圍芯片構(gòu)成控制系統(tǒng)。雖然單片機本身小巧、功耗低，實時控制功能強，但是其軟、硬件的開發(fā)必須借助于開發(fā)工具，系統(tǒng)調(diào)試?yán)щy，不具有自開發(fā)能力，且編 寫洗滌、脫水等程序相對復(fù)雜；在設(shè)計控制系統(tǒng)硬件時，要有多種電路保護裝置，如電流保護、電壓保護、過載保護、過熱保護及欠壓保護 等等。這樣增加了硬件的復(fù)雜性，隱含較高的故障率，無形地增加了 成本 維修 費用。 進水 正轉(zhuǎn) 反轉(zhuǎn) 排水 脫水 蜂鳴器 柔和 標(biāo)準(zhǔn) 低水位 高水位 停止 正啟 22 全自動洗衣機的按鈕圖 東華理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計（論文） 系統(tǒng)需求分析 4 工業(yè)控制計算機全自動洗衣機控制系統(tǒng)是利用通用計算機的擴展槽或擴展區(qū)，設(shè)計應(yīng)用系統(tǒng)硬件模板，如通訊板、 I/O 擴展板等測控功能板，與通用計算機構(gòu)成一個用于完成預(yù)定測控功能的控制系統(tǒng)。其特點是系統(tǒng)有較強的軟、硬件支持。利用通用計算機的軟、硬件資源來支持控制系統(tǒng)進行工作，具有自開發(fā)能力，有較強的可視能力和數(shù)據(jù)處理能力，更 適合于計算機集中控制系統(tǒng)應(yīng)用。 PLC 是一種新型的具有極高可靠性的通用自動化控制裝置。它以微處理器為核心，有機地將微型計算機技術(shù)、自動化控制技術(shù)及通信技術(shù)融為一體。其特點如下： (1） 抗干擾能力強，可靠性極高。 PLC 是專為工業(yè)控制設(shè)計的，采取了精選元器件及多層次抗干擾等措施，能適應(yīng)工業(yè)現(xiàn)場的惡劣環(huán)境。 (2） 編程方便。 PLC 采用易于理解和掌握的梯形圖語言，以及面向工業(yè)控制的簡單指令。 (3） 使用方便。 PLC 的結(jié)構(gòu)不僅具有先進的通訊和輸入、輸出能力，而且其模塊化的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)、靈活的配置能力，使用戶可以靈活組成各 種規(guī)模和不同要求的控制系統(tǒng)。 (4） 維護方便。 PLC 模塊化的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，使操作人員在維修時只需要更換插入式模板或其它易損部件即可完成，既方便又減少了影響系統(tǒng)運行的時間。 (5） 設(shè)計、施工、調(diào)試周期短。用 PLC 完成一項控制工程時，由于其硬、軟件齊全，設(shè)計和施工可同時進行，縮短了周期。 (6） 易于實現(xiàn)機電一體化。 PLC 的結(jié)構(gòu)緊湊，體積小，重量輕，可靠性高，抗振防潮和耐熱能力強，使之易于安裝在機器設(shè)備內(nèi)部，制造出機電一體化產(chǎn)品。 (7） PLC 控制洗衣機洗衣程序有獨特之處。首先，它是一個順序控制系統(tǒng)程序；其次，洗滌、 漂洗、排水、脫水時間是由 PLC 內(nèi)的計數(shù)器和定時器中參數(shù)控制的，只要改變它的參數(shù)太小就可改變整個程序時間長短；第三．通過改變 PLC 的型號，可以根據(jù)衣物的質(zhì)地、數(shù)量及臟污程度來實現(xiàn)標(biāo)準(zhǔn)洗 衣 、柔和洗 衣 的多功能；第四，通過修改洗衣程序可實現(xiàn)進水、洗滌、漂洗、排水脫水的順序控制，也可實現(xiàn)或洗滌、或漂洗、或脫水等單體控制；第五，在設(shè)計過程中，可以方便地加入相應(yīng)的配套裝置，如指示燈、蜂鳴器。 通過以上分析、說明可知全自動洗衣機的控制系統(tǒng)是有多樣性的，雖然各種控制系統(tǒng)均可運用，但是必須考慮它的結(jié)構(gòu)和成本。鑒于 PLC 的諸多優(yōu) 勢，結(jié)合全自動洗衣機自動控制系統(tǒng)的需要，選擇德國西門子公司生產(chǎn)的具有高性能價格比的 S7200 系列可編程序控制器。東華理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計（論文） PLC 控制系統(tǒng)設(shè)計 5 3 PLC 控制系統(tǒng) 設(shè)計 PLC 是專門為工業(yè)環(huán)境設(shè)計的控制裝置，所以，在設(shè)計前必須深入了解被控系統(tǒng)，這是系統(tǒng)設(shè)計的基礎(chǔ)。同時，還要考慮 PLC 與其他智能設(shè)備的關(guān)系， PLC 是否需要通信聯(lián)網(wǎng)，需要顯示那些數(shù)據(jù)及顯示方式等等，電源突然停電及緊急情況的處理，以及安全電路的設(shè)計。有時需要設(shè)置 PLC 之外的手動的或機電的連鎖裝置來防止危險的操作。 對于大型復(fù)雜的控制系統(tǒng)，需要考慮將系統(tǒng)分解為幾個獨立的部分，各 部分分別用單獨的 PLC 或其他控制裝置來控制，并考慮它們之間的通信方式。 PLC 控制系統(tǒng)設(shè)計的基本原則 任何一種控制系統(tǒng)都是為了實現(xiàn)被控對象的工藝要求，以提高生產(chǎn)效率和產(chǎn)品質(zhì)量。因此，在設(shè)計 PLC 控制系統(tǒng)時，應(yīng)遵循以下基本原則： （ 1） 最大限度地滿足被控對象的控制要求 。 充分發(fā)揮 PLC 的功能，最大限度地滿足被控對象的控制要求，是設(shè)計 PLC 控制系統(tǒng)的首要前提，這也是設(shè)計中最重要的一條原則。這就要求設(shè)計人員在設(shè)計前就要深入現(xiàn)場進行調(diào)查研究，收集控制現(xiàn)場的資料，收集相關(guān)先進的國內(nèi)、國外資料。同時要注意和現(xiàn)場 的工程管理人員、工程技術(shù)人員、現(xiàn)場操作人員緊密配合，擬定控制方案，共同解決設(shè)計中的重點問題和疑難問題。 （ 2） 保證 PLC 控制系統(tǒng)安全可靠 。 保證 PLC 控制系統(tǒng)能夠長期安全、可靠、穩(wěn)定運行，是設(shè)計控制系統(tǒng)的重要原則。這就要求設(shè)計者在系統(tǒng)設(shè)計、元器件選擇、軟件編程上要全面考慮，以確?？刂葡到y(tǒng)安全可靠。例如：應(yīng)該保證 PLC 程序不僅在正常條件下運行，而且在非正常情況下（如突然掉電再上電、按鈕按錯等），也能正常工作。 （ 3） 力求簡單、經(jīng)濟、使用及維修方便 。 一個新的控制工程固然能提高產(chǎn)品的質(zhì)量和數(shù)量，帶來巨大的經(jīng)濟效益和 社會效益，但新工程的投入、技術(shù)的培訓(xùn)、設(shè)備的維護也將導(dǎo)致運行資金的增加。因此，在滿足控制要求的前提下，一方面要注意不斷地擴大工程的效益，另一方面也要注意不斷地降低工程的成本。這就要求設(shè)計者不僅應(yīng)該使控制系統(tǒng)簡單、經(jīng)濟，而且要使控制系統(tǒng)的使用和維護方便、成本低，不宜盲目追求自動化和高指標(biāo)。 （ 4） 適應(yīng)發(fā)展的需要 。 由于技術(shù)的不斷發(fā)展，控制系統(tǒng)的要求也將會不斷地提高，設(shè)計時要適當(dāng)考慮到今后控制系統(tǒng)發(fā)展和完善的需要。這就要求在選擇 PLC、輸入 /輸出模塊、 I/O 點數(shù)和內(nèi)存容量時，要適當(dāng)留有裕量，以滿足今后生產(chǎn)的發(fā)展和 工藝的改進。 東華理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計（論文） PLC 控制系統(tǒng)設(shè)計 6 PLC 控制系統(tǒng)設(shè)計的步驟 (1)分析被控對象并提出控制要求 ： 詳細(xì)分析被控對象的工藝過程及工作特點，了解被控對象機、電、液之間的配合，提出被控對象對 PLC 控制系統(tǒng)的控制要求，確定控制方案，擬定設(shè)計任務(wù)書。 (2)確定輸入／輸出設(shè)備 ： 根據(jù)系統(tǒng)的控制要求，確定系統(tǒng)所需的全部輸入設(shè)備（如：按紐、位置開關(guān)、轉(zhuǎn)換開關(guān)及各種傳感器等）和輸出設(shè)備（如：接觸器、電磁閥、信號指示燈及其它執(zhí)行器等），從而確定與 PLC 有關(guān)的輸入 /輸出設(shè)備，以確定 PLC 的 I/O 點數(shù)。 (3)選擇 PLC： PLC 選擇包括對 PLC 的機型、容量、 I/O 模塊、電源等的選擇。 (4) 分配 I/O 點并設(shè)計 PLC 外圍硬件線路 ： 分配 I/O 點、畫出 PLC 的 I/O 點與輸入／輸出設(shè)備的連接圖或?qū)?yīng)關(guān)系表，該部分也可在第２步中進行；設(shè)計 PLC 外圍硬件線路，畫出系統(tǒng)其它部分的電氣線路圖，包括主電路和未進入 PLC 的控制電路等。 由 PLC 的 I/O 連接圖和 PLC 外圍電氣線路圖組成系統(tǒng)的電氣原理圖。到此為止系統(tǒng)的硬件電氣線路已經(jīng)確定。 (5) 程序設(shè)計 ： 根據(jù)系統(tǒng)的控制要求，采用合適的設(shè)計方法來設(shè)計 PLC 程序。程序要以滿足系統(tǒng)控制要求為主線，逐一編寫實現(xiàn)各控制功能 或各子任務(wù)的程序，逐步完善系統(tǒng)指定的功能。 提高 PLC 控制系統(tǒng)可靠性的措施 雖然 PLC 具有很高的可靠性，并且有很強的抗干擾能力，但在過于惡劣的環(huán)境或安裝使用不當(dāng)?shù)惹闆r下，都有可能引起 PLC 內(nèi)部信息的破壞而導(dǎo)致控制混亂，甚至造成內(nèi)部元件損壞。為了提高 PLC 系統(tǒng)運行的可靠性，使用時應(yīng)注意以下幾個方面的問題。 (1)環(huán)境溫度適宜 通常 PLC 允許的環(huán)境溫度約在 0~55176。 C。因此，安裝時不要把發(fā)熱量大的元件放在PLC 的下方； PLC 四周要有足夠的通風(fēng)散熱空間；不要把 PLC 安裝在陽光直接照射或離暖氣、加熱 器、大功率電源等發(fā)熱器件很近的場所；安裝 PLC 的控制柜最好有通風(fēng)的百葉窗，如果控制柜溫度太高，應(yīng)該在柜內(nèi)安裝風(fēng)扇強迫通風(fēng)。 (2)環(huán)境濕度適宜 PLC 工作環(huán)境的空氣相對濕度一般要求小于 85％，以保證 PLC 的絕緣性能。濕度太大也會影響模擬量輸入 /輸出裝置的精度。因此，不能將 PLC 安裝在