【正文】 動(dòng)完成，使洗衣機(jī)的發(fā)展躍上了一個(gè)新臺(tái)階。 第二次世界大戰(zhàn)結(jié)束后，洗衣機(jī)得到了迅速的發(fā)展，研制出具有獨(dú)特風(fēng)格的波輪式洗衣機(jī)。這種洗衣機(jī)由于其波輪安裝 在洗衣桶底，又稱渦卷式洗衣機(jī)。 近幾十年，在工業(yè)發(fā)達(dá)國家，全自動(dòng)洗衣 機(jī)制造技術(shù)得到 了 迅速發(fā)展 。目前世界洗衣機(jī)年總產(chǎn)量近 5000 萬臺(tái)，而全自動(dòng)洗衣機(jī)的產(chǎn)量呈增長趨勢(shì)，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(jī)制造技術(shù)得到迅速 提高 ， 全自動(dòng)洗衣機(jī)的年產(chǎn)量已占洗衣機(jī)總產(chǎn)量的 10%左右。生產(chǎn)規(guī)模不斷擴(kuò)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(hào)的全自動(dòng)洗衣機(jī)供應(yīng)市 。東華理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 系統(tǒng)需求分析 2 2 系統(tǒng)需求 分析 設(shè)計(jì)任務(wù) 通常地，人們采用傳統(tǒng)洗衣機(jī)洗衣服 需要經(jīng)歷洗衣、清洗、排水、脫水等 4 個(gè)環(huán)節(jié)，而在全自動(dòng)洗衣機(jī)中，這樣的一個(gè)過程完全由 控制系統(tǒng) 來完成。并且，全自動(dòng)洗衣機(jī)需要其控制系統(tǒng)足夠可靠，以避免洗衣機(jī)輕易出現(xiàn)故障。 全自動(dòng)洗衣機(jī)的簡(jiǎn)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(gè)方面需要在人們將衣服放入洗衣機(jī)洗衣服之后手動(dòng)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(dòng)按鈕 ，洗衣機(jī)就會(huì)自動(dòng)完成洗衣服的整個(gè)過程。 全自動(dòng)洗 衣服系統(tǒng)中， 控制系統(tǒng) 主要完成以下功能： （ 1）檢測(cè)功能。 （ a）檢測(cè)洗衣的方式：標(biāo)準(zhǔn)或者是柔和的選擇； （ b）檢測(cè)洗衣時(shí)的水位：高水位或者低水位的選擇； （ c）檢測(cè)進(jìn)水是否到了需要的水位，即進(jìn)水是否完成； （ d）檢測(cè)排水是否已經(jīng)完成。 （ 2）控制功能： 進(jìn)水 正轉(zhuǎn) 反轉(zhuǎn) 排水 排水 反轉(zhuǎn) 正轉(zhuǎn) 進(jìn)水 脫水 完成 圖 21 全自動(dòng)洗衣機(jī)工作流程 東華理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 系統(tǒng)需求分析 3 （ a） 控制進(jìn)水、洗衣、排水、清洗、脫水等洗衣機(jī)的動(dòng)作； （ b）控制洗衣、清洗、脫水等的時(shí)間長短； （ c）控制洗衣清洗等的次數(shù)； （ d）控制在洗衣機(jī)完成一個(gè)動(dòng)作后到下一個(gè)動(dòng)作的準(zhǔn)確轉(zhuǎn)換； （ e）控制完成洗衣時(shí)的信號(hào)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(dòng)洗衣機(jī)控制系統(tǒng)的安全性、擴(kuò)展性和可靠性方面考慮，目前常見的全自動(dòng)洗衣機(jī)自動(dòng)控制系統(tǒng)，主要有單片機(jī)控制、 PLC 控制、工業(yè)控制計(jì)算機(jī)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(jī)的普及，單片機(jī)全自動(dòng)洗衣機(jī)系統(tǒng)由單片計(jì)算機(jī)及其外圍芯片構(gòu)成控制系統(tǒng)。雖然單片機(jī)本身小巧、功耗低，實(shí)時(shí)控制功能強(qiáng)，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(duì)復(fù)雜；在設(shè)計(jì)控制系統(tǒng)硬件時(shí)，要有多種電路保護(hù)裝置，如電流保護(hù)、電壓保護(hù)、過載保護(hù)、過熱保護(hù)及欠壓保護(hù) 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(fèi)用。 進(jìn)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(dòng)洗衣機(jī)的按鈕圖 東華理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 系統(tǒng)需求分析 4 工業(yè)控制計(jì)算機(jī)全自動(dòng)洗衣機(jī)控制系統(tǒng)是利用通用計(jì)算機(jī)的擴(kuò)展槽或擴(kuò)展區(qū)，設(shè)計(jì)應(yīng)用系統(tǒng)硬件模板，如通訊板、 I/O 擴(kuò)展板等測(cè)控功能板，與通用計(jì)算機(jī)構(gòu)成一個(gè)用于完成預(yù)定測(cè)控功能的控制系統(tǒng)。其特點(diǎn)是系統(tǒng)有較強(qiáng)的軟、硬件支持。利用通用計(jì)算機(jī)的軟、硬件資源來支持控制系統(tǒng)進(jìn)行工作，具有自開發(fā)能力，有較強(qiáng)的可視能力和數(shù)據(jù)處理能力，更 適合于計(jì)算機(jī)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(dòng)化控制裝置。它以微處理器為核心，有機(jī)地將微型計(jì)算機(jī)技術(shù)、自動(dòng)化控制技術(shù)及通信技術(shù)融為一體。其特點(diǎn)如下： (1） 抗干擾能力強(qiáng)，可靠性極高。 PLC 是專為工業(yè)控制設(shè)計(jì)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(chǎng)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(jiǎn)單指令。 (3） 使用方便。 PLC 的結(jié)構(gòu)不僅具有先進(jìn)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(hù)方便。 PLC 模塊化的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，使操作人員在維修時(shí)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(yùn)行的時(shí)間。 (5） 設(shè)計(jì)、施工、調(diào)試周期短。用 PLC 完成一項(xiàng)控制工程時(shí)，由于其硬、軟件齊全，設(shè)計(jì)和施工可同時(shí)進(jìn)行，縮短了周期。 (6） 易于實(shí)現(xiàn)機(jī)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(qiáng)，使之易于安裝在機(jī)器設(shè)備內(nèi)部，制造出機(jī)電一體化產(chǎn)品。 (7） PLC 控制洗衣機(jī)洗衣程序有獨(dú)特之處。首先，它是一個(gè)順序控制系統(tǒng)程序；其次，洗滌、 漂洗、排水、脫水時(shí)間是由 PLC 內(nèi)的計(jì)數(shù)器和定時(shí)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(gè)程序時(shí)間長短；第三．通過改變 PLC 的型號(hào)，可以根據(jù)衣物的質(zhì)地、數(shù)量及臟污程度來實(shí)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(shí)現(xiàn)進(jìn)水、洗滌、漂洗、排水脫水的順序控制，也可實(shí)現(xiàn)或洗滌、或漂洗、或脫水等單體控制；第五，在設(shè)計(jì)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(dòng)洗衣機(jī)的控制系統(tǒng)是有多樣性的，雖然各種控制系統(tǒng)均可運(yùn)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(shì)，結(jié)合全自動(dòng)洗衣機(jī)自動(dòng)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(jià)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(jì)（論文） PLC 控制系統(tǒng)設(shè)計(jì) 5 3 PLC 控制系統(tǒng) 設(shè)計(jì) PLC 是專門為工業(yè)環(huán)境設(shè)計(jì)的控制裝置，所以，在設(shè)計(jì)前必須深入了解被控系統(tǒng)，這是系統(tǒng)設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)。同時(shí)，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(jì)。有時(shí)需要設(shè)置 PLC 之外的手動(dòng)的或機(jī)電的連鎖裝置來防止危險(xiǎn)的操作。 對(duì)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(gè)獨(dú)立的部分，各 部分分別用單獨(dú)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(jì)的基本原則 任何一種控制系統(tǒng)都是為了實(shí)現(xiàn)被控對(duì)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(jì) PLC 控制系統(tǒng)時(shí)，應(yīng)遵循以下基本原則： （ 1） 最大限度地滿足被控對(duì)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(duì)象的控制要求，是設(shè)計(jì) PLC 控制系統(tǒng)的首要前提，這也是設(shè)計(jì)中最重要的一條原則。這就要求設(shè)計(jì)人員在設(shè)計(jì)前就要深入現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行調(diào)查研究，收集控制現(xiàn)場(chǎng)的資料，收集相關(guān)先進(jìn)的國內(nèi)、國外資料。同時(shí)要注意和現(xiàn)場(chǎng) 的工程管理人員、工程技術(shù)人員、現(xiàn)場(chǎng)操作人員緊密配合，擬定控制方案，共同解決設(shè)計(jì)中的重點(diǎn)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(yùn)行，是設(shè)計(jì)控制系統(tǒng)的重要原則。這就要求設(shè)計(jì)者在系統(tǒng)設(shè)計(jì)、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(yùn)行，而且在非正常情況下（如突然掉電再上電、按鈕按錯(cuò)等），也能正常工作。 （ 3） 力求簡(jiǎn)單、經(jīng)濟(jì)、使用及維修方便 。 一個(gè)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(jì)效益和 社會(huì)效益，但新工程的投入、技術(shù)的培訓(xùn)、設(shè)備的維護(hù)也將導(dǎo)致運(yùn)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?cái)U(kuò)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(jì)者不僅應(yīng)該使控制系統(tǒng)簡(jiǎn)單、經(jīng)濟(jì)，而且要使控制系統(tǒng)的使用和維護(hù)方便、成本低，不宜盲目追求自動(dòng)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(huì)不斷地提高，設(shè)計(jì)時(shí)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(diǎn)數(shù)和內(nèi)存容量時(shí)，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(jìn)。 東華理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） PLC 控制系統(tǒng)設(shè)計(jì) 6 PLC 控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)的步驟 (1)分析被控對(duì)象并提出控制要求 ： 詳細(xì)分析被控對(duì)象的工藝過程及工作特點(diǎn)，了解被控對(duì)象機(jī)、電、液之間的配合，提出被控對(duì)象對(duì) PLC 控制系統(tǒng)的控制要求，確定控制方案，擬定設(shè)計(jì)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(hào)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(diǎn)數(shù)。 (3)選擇 PLC： PLC 選擇包括對(duì) PLC 的機(jī)型、容量、 I/O 模塊、電源等的選擇。 (4) 分配 I/O 點(diǎn)并設(shè)計(jì) PLC 外圍硬件線路 ： 分配 I/O 點(diǎn)、畫出 PLC 的 I/O 點(diǎn)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(jìn)行；設(shè)計(jì) 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(jìn)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(jì) ： 根據(jù)系統(tǒng)的控制要求，采用合適的設(shè)計(jì)方法來設(shè)計(jì) PLC 程序。程序要以滿足系統(tǒng)控制要求為主線，逐一編寫實(shí)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(qiáng)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(yùn)行的可靠性，使用時(shí)應(yīng)注意以下幾個(gè)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(shí)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(chǎng)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(qiáng)迫通風(fēng)。 (2)環(huán)境濕度適宜 PLC 工作環(huán)境的空氣相對(duì)濕度一般要求小于 85％，以保證 PLC 的絕緣性能。濕度太大也會(huì)影響模擬量輸入 /輸出裝置的精度。因此，不能將 PLC 安裝在