【正文】 行過程分析 ...................................................... 28 洗衣機進(jìn)水 ....................................................... 28 正反轉(zhuǎn)洗衣 ....................................................... 28 大循環(huán)洗衣 ....................................................... 28 強 制停止 ......................................................... 28 8 系統(tǒng)仿真 .............................................................. 29 S7200 仿真軟件簡介 ： ........................................... 29 系統(tǒng)程序仿真 ： .................................................. 30 9 總結(jié)與展望 ............................................................ 31 總結(jié) ............................................................. 31 展望 ............................................................. 32 結(jié)束語 .................................................................. 34 致謝 .................................................................... 35 參考文獻(xiàn) ................................................................ 36 1 1 緒論 課題研究背景 本次設(shè)計基于 PLC 的全自動洗衣機控制，本文的課題源于市場上洗衣機產(chǎn)品。采用 PLC 控制開發(fā)的周期短，開發(fā)成本低，可以直接用于工業(yè)現(xiàn)場控制 。 PLC 控制具有實時性、信號處理時間短、速度快、更能滿足各個領(lǐng)域大、中、小型工業(yè)控制項目，可靠性高，豐富的 I/O 卡件，質(zhì)優(yōu)價廉，性價比高，安裝簡單，維修方便， PLC 控制能在高粉塵、高噪聲、強電磁干擾和溫度變化劇烈的環(huán)境下正常工作。因為它 是整體模塊，集中了驅(qū)動電路、檢測電路和保護(hù)電路以及通訊聯(lián)網(wǎng)功能，所以在使用中，硬件相對簡單，編程語言也相對簡單，并且測試容易，維修方便，更可以提高控制系統(tǒng)設(shè)計的靈活性及控制系統(tǒng)的可靠性。本設(shè)計以操作簡單、使用可靠、維護(hù)修理方便作為主要設(shè)計方向。 洗衣機發(fā)展概況和現(xiàn)狀 從古到今，洗衣服都是一項難以逃避的家務(wù)勞動，在洗衣機出現(xiàn)以前，這項勞動并不像田園詩描繪的那樣充滿樂趣、手搓、腳踩、棒擊、水沖、摔打。這些不斷重復(fù)的簡單的體力勞動，留給人的感受常常是辛苦勞累。 世界上第一臺洗衣機于 1858 年誕生，但其使用 費力，損傷衣服，因而沒被廣泛使用，但這卻標(biāo)志了用機器洗衣的開端。1874 年 ,“手洗時代”受到了前所未有的挑戰(zhàn)，美國人發(fā)明了木制手搖洗衣機。 1880年， 美國發(fā)明了蒸氣洗衣機，蒸氣動力開始取代人力。蒸汽洗衣機之后，水力洗衣機、內(nèi)燃機洗衣機也相繼出現(xiàn)。 1910 年，美國試制成功世界上第一臺電動洗衣機，電動洗衣機的問世，標(biāo)志著人類家務(wù)勞動自動化的開端。 1922 年，美國改造了洗衣機的洗滌結(jié)構(gòu)， 把拖動式改為攪拌式，使洗衣機的結(jié)構(gòu)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(jìn)英國噴流式洗衣機的基礎(chǔ)之上，日本研制出獨具風(fēng)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(xiàn)引領(lǐng)新的發(fā)展方向，讓人耳目一新。 90 年代，由于電動機調(diào)速技術(shù)的提高，洗衣機實現(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。 全自動洗衣機其特點是能自動完成洗滌，漂洗和脫水的轉(zhuǎn)換，整個過程不需要人工操作。這類洗衣機均采用套筒式結(jié)構(gòu)，其進(jìn)水，排水都 采用電磁閥，由程序控制器 2 按人們預(yù)先設(shè)計好的程序不斷發(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驅(qū)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(xiàn)的自動控制類家用電器，其產(chǎn)品類型還屬于傳統(tǒng)的機械產(chǎn)品，是自動控制的初級階段。隨著計算機的及微電子技術(shù)的發(fā)展，自動控制系統(tǒng)正在逐步實現(xiàn)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(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。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(jìn)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(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，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(nèi)外洗衣機品牌有 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的控制，要求洗衣機能實現(xiàn)進(jìn)水、洗滌、排水、脫水、報警，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。控制方法確定后投入生產(chǎn)要縮短控制系統(tǒng)的設(shè)計的時間、調(diào)試周期，且要降低成本。 傳統(tǒng)的洗衣機采用繼電器控制的優(yōu)點是裝置結(jié)構(gòu)簡單、價格便宜、抗干擾能力強。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)荷運載的情況下，大的繼電器將產(chǎn)生大量的熱及噪聲，同時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，也需要花費大量時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。 3 （ 1） 可靠性高，抗干擾能力強，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 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)控制計算機，是面向工礦企業(yè)的工控設(shè)備。 （ 4） 系統(tǒng)的設(shè)計、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)計及建造的周期大為縮短，同時維護(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械內(nèi)部，是實現(xiàn)機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控制方法，該系統(tǒng)采用 PLC 控制，主要包括電動機正反轉(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） 深入了解洗衣機的發(fā)展、結(jié)構(gòu)及控制要求。 （ 2） 控制系統(tǒng)設(shè)計。包括硬件設(shè)計， PLC的選擇，各硬件模塊的介紹，軟件設(shè)計，編程方法。 （ 3） 對編寫好的編譯程序進(jìn)行實際調(diào)試。 4 2 PLC 結(jié)構(gòu)和工作原理 PLC 控制特點 1. PLC 系統(tǒng)的特點： （ 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，平均無故障時間長。 （ 2）使用方便靈活， PLC 采用了基本單元擴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)實際控制要求進(jìn)行選擇與確定，而且在需要時可以隨時更換，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)在它采用了獨特的，多種面向廣大工程設(shè)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(shù)人員的傳統(tǒng)習(xí)慣，即使是沒有計算機知識的人員也很統(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，且與計算機控制容易。 2. 單片機系統(tǒng)的特點： （ 1）要求環(huán)境，單片機對環(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 5 控制系統(tǒng)框圖 此次設(shè)計根據(jù)全自動洗衣機的工作原理 , 洗衣機的工作流程由進(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 實現(xiàn)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(shè)計利用了西門 子 S7200 系列 PLC 的特點 ,對按鈕 ,電磁閥 ,開關(guān)等其他一些輸入 /輸出點進(jìn)行控制 ,實現(xiàn)了洗衣機洗衣過程的自動化。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、報警等控制要求，對控制所需的外部設(shè)備初步設(shè)計如表 1 所示 6 表 1 外部設(shè)備初步設(shè)計表 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 洗條電動機正轉(zhuǎn)繼電器 洗條電動機反轉(zhuǎn)繼電器 脫水桶 報警器 控制系統(tǒng)原理 自動洗衣機的進(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，從而實現(xiàn)自動控制的，水位開關(guān)用來控制進(jìn)水到洗衣機內(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，電磁進(jìn)水閥打開，將水注入，排水時，電磁排水閥打開，將水排出，洗衣時，洗滌電動機啟動，脫水時，脫水桶啟動。 PLC 的基本機構(gòu) PLC 實質(zhì)是一種用于工業(yè)控制的計算機，其硬件結(jié)構(gòu)基本上與微型計算機相同。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。 PLC 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。 7 中央處理器 系統(tǒng)總線 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