【正文】 。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。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。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。 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。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。 PLC具有以下優(yōu)點(diǎn)： （ 1）可靠性高，抗干擾能力強(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。 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。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。另外它 的編程語言也相對(duì)簡(jiǎn)單。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。 高、中、低水位控制開關(guān)分別用來檢測(cè)高、中、低水位。 全自動(dòng)洗衣機(jī)的示意圖如 21所示。 （ 3） 洗衣時(shí)，正轉(zhuǎn) 20 秒，停 2 秒，然后反轉(zhuǎn) 20 秒，停 2 秒。 “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。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。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。 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。 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)。 典型的 PLC控制系統(tǒng)的硬件組成框圖如圖 33 所示。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)。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)。 ⑤ 通信端口 PLC 的 CPU 模塊上至少有一個(gè)通信端口。一般用于小型機(jī)或用于現(xiàn)場(chǎng)調(diào)試和維護(hù)。 （ 3）可編程控制器的基本特點(diǎn) 可編程邏輯控制器具有以下鮮明的特點(diǎn)： ① 編程方法簡(jiǎn)單易學(xué)、功能強(qiáng)大、性價(jià)比高、硬件配套齊全，系統(tǒng)構(gòu)成靈活，擴(kuò)展容易，以開關(guān)量控制為其特長(zhǎng)； ② 也能進(jìn)行連續(xù)過程的 PID 回路控制； ③ 并能與上位機(jī)構(gòu)成復(fù)雜的控制系統(tǒng)用戶使用方便、適應(yīng)性強(qiáng)、可靠性強(qiáng)、抗 干擾能力強(qiáng)； ④ 系統(tǒng)的設(shè)計(jì)、安裝、調(diào)試工作量少、維護(hù)工作量小、維護(hù)方便、體積小、能耗低等特點(diǎn)。 ① 每次掃描過程，集中采集輸入信號(hào)，集中對(duì)輸出信號(hào)進(jìn)行刷新； ② 輸入刷新過程，當(dāng)輸入端口關(guān)閉時(shí)，程序在進(jìn)行執(zhí)行階段時(shí)，輸入端有新狀態(tài)，新狀態(tài)不能被讀入。 S7200 的可靠性非常高，可以用語句表、梯形圖和功能塊圖編程。 本設(shè)計(jì)采用 PLC S7200 為控制核心，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)控制和手動(dòng)控制，硬件接線簡(jiǎn)單，軟件開發(fā)周期短，具有工作可靠性高，操作方便，體積小、功耗低等特點(diǎn)，達(dá)到良好的經(jīng)濟(jì)效果。只要在線圈兩端加上一定的電壓，線圈中就會(huì)流過一定的電流，從而產(chǎn)生電磁效應(yīng)，銜鐵就會(huì)在電磁力吸引的作用下克服返回彈簧的拉力吸向鐵芯，從而帶動(dòng)銜鐵的動(dòng)觸點(diǎn)與靜觸點(diǎn)（常開觸點(diǎn)）吸合。 （ 2） 繼電器組的應(yīng)用及實(shí)現(xiàn)的功能 在本次設(shè)計(jì)中，對(duì)繼電器的使用較為突出，原理是利用可編程序控制器的 24V 直流信號(hào)來控制繼電器線圈，實(shí)現(xiàn)由可控制的按預(yù)定程序?qū)?/關(guān)斷的 380V 三相電源給電動(dòng)機(jī)供電。它們的開合直接由可編程序控制器輸出的離散信號(hào)控制。用戶應(yīng)用程序占用多少內(nèi)存與許多因素有關(guān)，如 I/O點(diǎn)數(shù)、控制要求、運(yùn)算處理量、程序結(jié)構(gòu)等。 該系統(tǒng)有 11 個(gè)數(shù)字輸入點(diǎn) 6個(gè)數(shù)字輸出點(diǎn)，需內(nèi)存 280B，有定時(shí)器 7個(gè)，計(jì)數(shù)器2個(gè)，需內(nèi)存 18B，考慮余量后需要內(nèi)存 370B。同時(shí)由于該模塊采用交流 220V 供電，并且自帶 14個(gè)數(shù)字量 輸入點(diǎn)和 10 個(gè)數(shù)字量輸出點(diǎn)，完全能滿足全自動(dòng)洗衣機(jī)控制系統(tǒng)的要求，所以不再需要另外的電源模塊、數(shù)字量和輸出模塊。 PLC 的外圍接線圖如圖 35 所示。 現(xiàn)在根據(jù)全自動(dòng)洗衣機(jī)的實(shí)際工作狀態(tài)對(duì) PLC 控制系統(tǒng)的輸入地址進(jìn)行分配。 具體的輸出分配如表 32 所示。 STEP7Micro/WIN32是西門子公司專為 SIMATIC S7200系列可編程序控制器研制開發(fā)的編程軟件，它是基于 Windows 的應(yīng)用軟件，功能強(qiáng)大，既可用于開發(fā)用戶程序，又可實(shí)時(shí)監(jiān)控用戶程序的執(zhí)行狀態(tài)。 （ 3）在編輯程序的過程中進(jìn)行語法檢查，可以避免一些語法錯(cuò)誤和數(shù)據(jù)類型方面的錯(cuò)誤。 軟件主界面一般可分為以下 6 個(gè)區(qū)域：菜單欄（ 包含 8 個(gè)主菜單項(xiàng)）、工具欄（快捷按鈕）、瀏覽欄（快捷操作窗口）、指令樹 (快捷操作窗口 )、輸出窗口和用戶窗口（可同時(shí)或分別打開圖中的 5個(gè)用戶窗口）。 全自動(dòng)洗衣機(jī)工作方式有自動(dòng)方式和手動(dòng)方式兩種。 開 始設(shè) 定 水 位按 啟 動(dòng) 鍵進(jìn) 水水 位 到 位停 止 進(jìn) 水計(jì) 時(shí) 2 s正 轉(zhuǎn) 洗 衣計(jì) 時(shí) 2 0 s反 轉(zhuǎn) 洗 衣計(jì) 時(shí) 2 0 s洗 衣 5 次排 水停 止 洗 衣計(jì) 時(shí) 2 s停 止 洗 衣計(jì) 時(shí) 2 s水 排 完脫 水計(jì) 時(shí) 3 0 s洗 衣 過 程 運(yùn) 行 3 次洗 衣 報(bào) 警計(jì) 時(shí) 3 s結(jié) 束 否 是 是否是否否是 是否是否是 否否 是 否是否 是否是是否 圖 41 正常運(yùn)行流程圖 河南理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）說明書 18 強(qiáng)制停止流程圖如圖 42所示。每一步代表一個(gè)控制功能任務(wù)，用方框表示。 全自動(dòng)洗衣機(jī)控制系統(tǒng) PLC 控制狀態(tài)流程圖如圖 43所示。項(xiàng)目以擴(kuò)展名為 的文件格式保存。 在本設(shè)計(jì)中選用了 CPU224的 PLC，需要在對(duì)話框中選擇正確的 CPU 版本。 編程軟件可實(shí)現(xiàn) 3種編程語言之間的任意切換，執(zhí)行菜單【查看】→【梯形圖】或【 STL】 或【 FBD】選項(xiàng)便可進(jìn)入相應(yīng)的編程環(huán)境。 圖 46用戶程序結(jié)構(gòu)選擇編輯窗口 主程序在每個(gè)掃描周期內(nèi)均被順序執(zhí)行一次。 （ 4）編譯 程序編輯完成后 ,用“ PLC”菜單中的“編譯”命令進(jìn)行離線編譯。按下啟動(dòng)按鈕， 輸出。在強(qiáng)制停止情況下，當(dāng)停止按鈕按下時(shí)立即停止進(jìn)水。 T38 計(jì)時(shí) 30 秒， 斷開，正洗暫停， T39 開始計(jì)時(shí)。 排水梯形圖如圖 413 所示。因?yàn)榕袛嗨趴帐欠裨谂潘戤吅?，所以要用到排水完畢輔助繼電器。 另外，仿真軟件還有讀取 CPU 和擴(kuò)展模塊的信息、設(shè)置 PLC 實(shí)時(shí)時(shí)鐘、控制循環(huán)掃描次數(shù)等功能。 CPU 模塊的下方是用于輸入數(shù)字量信號(hào)的小開關(guān)面板，具有和 CPU224 對(duì)應(yīng)的 14個(gè)河南理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）說明書 28 輸入點(diǎn)，單擊面板中的開關(guān)按鈕可使其 0， 1 狀態(tài)切換，在 CPU 面板上的模擬 LED 燈對(duì)應(yīng)滅，亮。 圖 52 CPU 選型框 （ 2）程序的下載 仿真軟件不能直接接收 S7200 程序代碼，在 STEP7Micro/WIN 中將程序編譯并導(dǎo)出成 ASCII 文本文件（擴(kuò)展名為 awl），文件名為：全自動(dòng)洗衣機(jī) .awl。 （ 3）仿真測(cè)試 在仿真軟件中點(diǎn)擊工具欄上的 按鈕，啟動(dòng)運(yùn)行，使仿真 PLC 切換到 RUN 模式開始仿真測(cè)試。進(jìn)水完成后，高水位傳感器傳出數(shù)據(jù)，進(jìn)水電磁閥關(guān)閉，洗滌電動(dòng)機(jī)開始正轉(zhuǎn)，洗衣過程開始。它具有適應(yīng)性強(qiáng)、開放性好、易于擴(kuò)展、經(jīng)濟(jì)、開發(fā)周期短等優(yōu)點(diǎn)。通過對(duì)監(jiān)控系統(tǒng)要求及實(shí)現(xiàn)功能的分析，采用組態(tài)王對(duì)監(jiān)控系統(tǒng)進(jìn)行設(shè)計(jì)。它還具有豐富的 設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序 和靈活的組態(tài)方式、數(shù)據(jù)鏈接功能，擁有豐富的動(dòng)畫制作功能，其動(dòng)畫鏈接功能更是使工程技術(shù)人員運(yùn)用組態(tài)王制作畫面如虎添翼。圖形對(duì)象與變量之間有豐富的連接類型，給工程人員設(shè)計(jì)圖形界面提供了極大的方便。 河南理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）說明書 32 命令語言都是靠事件觸發(fā)執(zhí)行的，如定時(shí)、數(shù)據(jù)的變化、鍵盤鍵的按下、鼠標(biāo)的點(diǎn)擊等。 組態(tài)王軟件的工程管理器界面如圖 61所示。 河南理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）說明書 33 圖 62 工程瀏覽器界面 圖 63 信息窗口 河南理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）說明書 34 監(jiān)控系統(tǒng)功能要求 用組態(tài)王設(shè)計(jì)的全自動(dòng)洗衣機(jī)控制系統(tǒng)監(jiān)控畫面需要實(shí) 現(xiàn)洗衣機(jī)自動(dòng)洗衣的功能，直觀、形象地顯示全自動(dòng)洗衣機(jī)洗衣時(shí)的工作畫面。 新建一個(gè)工程 啟動(dòng)“組態(tài)王”工程管理器，選擇菜單“文件 \新建工程”或單擊“新建”按鈕。如圖 64 所示。 然后為設(shè)備選擇連接的串口： COM2 口。 河南理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）說明書 36 本設(shè)計(jì)創(chuàng)建的畫面名稱依次為：全自動(dòng)洗衣機(jī)控制畫面，中水位。在實(shí)際運(yùn)用中，應(yīng)將從 PLC 中直接input\output 的信號(hào)變量定義為離散型信號(hào)，如啟動(dòng)、停止、正反轉(zhuǎn)等。 （ 4） 動(dòng)畫連接 給圖形對(duì)象定義動(dòng)畫連接是在 “ 動(dòng)畫連接 ” 對(duì)話框中進(jìn)行的。 在畫面制作過程中經(jīng)常用到指示燈，指示燈可以用作報(bào)警顯示，開關(guān)狀態(tài)指示。此外，畫面需要有退出按鈕，方便畫面在運(yùn)行時(shí)退出，選擇函數(shù)Exit(0)來實(shí)現(xiàn)。設(shè)計(jì)好的組態(tài)界面 全自動(dòng)洗衣機(jī)控制畫面如圖 67所示，中水位畫面如圖 68所示。 圖 69所示畫面分析：按下啟動(dòng)按鈕，水位選擇高水位后，進(jìn)水閥打開，開始進(jìn)水，啟動(dòng)指示燈亮。當(dāng)水排空時(shí)，開始進(jìn)行脫水。不同結(jié)構(gòu)的洗衣機(jī)，各自有不同的規(guī)定用水量和規(guī)定水位高度。 河南理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）說明書 40 圖 611 手動(dòng)排水時(shí)的運(yùn)行畫面 圖 611 所示畫面分析：當(dāng)系統(tǒng)處在正常運(yùn)行方式時(shí)，按下停止按鈕，電機(jī)停轉(zhuǎn)，所有的指示燈滅。當(dāng)選擇水位開關(guān)，進(jìn)行動(dòng)畫演示時(shí)，通過對(duì)水位這個(gè)參數(shù)進(jìn)行設(shè)定使洗衣機(jī)在達(dá)到設(shè)定水位時(shí)，暫停幾秒后電機(jī)開始正轉(zhuǎn)，洗衣過程開始。由于每遍的洗滌 ,排水 ,脫水的時(shí)間由 PLC 內(nèi)計(jì)數(shù)器控制 ,所以只要改變計(jì)數(shù)器參數(shù)就可以改變時(shí)間 。 在本次設(shè)計(jì)中主要完成了以下工作： （ 1） 通過分析把整個(gè)系統(tǒng)分成了若干個(gè)模塊，分析全自動(dòng)洗衣機(jī)控制系統(tǒng)框圖； （ 2） 根據(jù)輸入 /輸出點(diǎn)，對(duì) CPU 進(jìn)行選型，設(shè)計(jì) PLC 的外圍接線圖，并進(jìn)行 I/O 地址和內(nèi)部元件地址的分配； （ 3） 繪制了系統(tǒng)的正常運(yùn)行流程圖和強(qiáng)制停止流程圖，對(duì)其順序功能圖進(jìn)行分析； （ 4） 使用 STEP7Micro/WIN32 軟件進(jìn)行 了梯形圖的編程； （ 5） 使用 S7200 的仿真軟件對(duì)程序進(jìn)行了仿真； （ 6） 利用組態(tài)王軟件制作了該控制系統(tǒng)的工作畫面。 在組態(tài)畫面的設(shè)計(jì)過程中，按下啟動(dòng)按鈕時(shí)，洗衣 機(jī)中的變量水位在沒有按下啟動(dòng)按鈕時(shí)就開始上升，出現(xiàn)此問題的原因是因?yàn)樵谶M(jìn)行新建設(shè)備時(shí)選擇的是仿真 PLC，水位是從其得到。 河南理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）說明書 42 展望 經(jīng)過幾年的平穩(wěn)發(fā)展，洗衣機(jī)無論在質(zhì)量上還是功能上都有很大的提升。 （ 2） 洗滌容量的多樣化。 具有以下優(yōu)點(diǎn)的幾種洗衣機(jī)將會(huì)是消費(fèi)者青睞的。 大容量和微型化：大容量 洗衣機(jī)滿足了人們洗大件衣物的需求。 河南理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）說明書 43 致謝 在老師的指導(dǎo)、同學(xué)的幫助以及自己的努力下，畢業(yè)設(shè)計(jì)終于完成 。 在論文寫作