【文章內(nèi)容簡介】 鵝 、 榮事達 、 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行的，容易損壞，而且繼電器的觸點容易產(chǎn)生 電弧，甚至會熔在一起產(chǎn)生誤操作，引起嚴重的后果。在全負荷運載的情況下，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，如果有簡單江蘇科技大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計（論文） 2 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。 （ 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)，采用嚴格的生產(chǎn)工藝制造，內(nèi)部電路采取了先進的抗干擾技術(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、進排水電磁閥控制、循環(huán)控制、保護和聯(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行實際調(diào)試。 江蘇科技大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計（論文） 3 第二章 概述 PLC 的控制特點 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。 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，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。 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 江蘇科技大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計（論文） 4 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)框圖如下圖 2。 圖 2 控制系統(tǒng)框圖 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 11 江蘇科技大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計（論文） 5 表 21 對應(yīng)設(shè)備及功能表 對應(yīng)的外部設(shè)備 對應(yīng)的輸出設(shè)備 啟動按扭 進水電磁閥 停止按扭 排水電磁閥 水位選擇開關(guān)（高水位） 洗滌電動機正轉(zhuǎn)繼電器 水位選擇開關(guān)（中水位） 洗滌電動機反轉(zhuǎn)繼電器 水位選擇開關(guān)（低水位） 脫水桶 手動排水開關(guān) 報警器 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 控制系統(tǒng)原理 自動洗衣機的進水，洗衣，排水，脫水是通過水位開關(guān)，電磁進水閥和電磁排水閥配合進行控制，從而實現(xiàn)自動控制的，水位開關(guān)用來控制進水到洗衣機內(nèi)高中低水位，電磁進水閥起著通斷水源的作用。進水時，電磁進水閥打開，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。 江蘇科技大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計（論文） 6 第三章 硬件電路的設(shè)計 PLC 的選擇 I/O 點數(shù)統(tǒng)計 I/O 點數(shù)是 PLC 的一項重要指標。合理選擇 I/O 點數(shù)既可使系統(tǒng)滿 足控制要求，又可使系統(tǒng)總投資最低。 PLC 的輸入輸出總點數(shù)和種類應(yīng)根據(jù)被控對象所需控制的模擬量、開關(guān)量、輸入輸出設(shè)備情況來確定，一般一個輸入輸出元件要占用一個輸入輸出點。考慮到今后的調(diào)整和擴充，一般應(yīng)在估計的總點數(shù)上再加上 20%— 30%的備用量。 [該系統(tǒng)有 11 個數(shù)字輸入點 6 個數(shù)字輸出點，具體的輸入輸出見表 31. [7] 表 31 I/O 點數(shù)統(tǒng)計表 輸入點 輸出點 啟動按扭 進水電磁閥 停止按扭 排水電磁閥 水位選擇開關(guān)（高水位） 洗滌電動機正轉(zhuǎn)繼電器 水位選擇開關(guān)（中水位） 洗滌電動機反轉(zhuǎn)繼電器 水位選擇開關(guān)（低水位） 脫水桶 手動排水開關(guān) 報警器 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 I/O 儲存器容量的估算 PLC 常用的內(nèi)存有 EPROM、 EEPROM 和帶鋰電池供電的 RAM。一般微型和小型 PLC 的存儲容量是固定的，介于 1— 2KB 之間。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 點數(shù)、控制要求、運算處理量、程序結(jié)構(gòu)等。因此在程序設(shè)計之前只能粗略地估算。根據(jù)經(jīng)驗，每個 I/O 點及有關(guān)功能元件占用的內(nèi)存量大致如下： 開關(guān)量輸入元件： 10— 20B/點 開關(guān)量輸出元件： 5— 10B/點 定時器 /計數(shù)器： 2B/個 模擬量： 100— 150B/個 江蘇科技大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計（論文） 7 通信接口：一個接口一般需要 300B 以上 [8] 根據(jù)上面算出的總字節(jié)數(shù)再考慮增加 25%左右的備用量，就可估算出用戶程序所需的內(nèi)存容量，從而選擇合適的 PLC 內(nèi)存。該系統(tǒng)有 11 個數(shù)字輸入點 6 個數(shù)字輸出點，需內(nèi)存 280B，有定時器 6 個，計時器 2 個，需內(nèi)存 16B，考慮余量后需要內(nèi)存370B。 CPU 功能與結(jié)構(gòu)的選擇 PLC 的功能日益強大，一般 PLC 都具有開關(guān)量邏輯運算、定時、計數(shù)、數(shù)據(jù)處理等基本功能，有些 PLC 還可擴展各種特殊功能模塊，如通信模塊、位置控制模塊等，選型時可考慮以下幾點：功能與任務(wù)相適應(yīng)， PLC 的處理速度應(yīng)滿足實時控制的要求、 PLC 結(jié)構(gòu)合理、機型統(tǒng)一、在線編程和離線編程的選擇。全自動洗衣機控制所要求的控制功能簡單，小型 PLC 就能滿足要求了。 該控制系統(tǒng) CPU 模塊可采用 CPU224（ AC/DC/繼電器）模塊，它可控制整個系統(tǒng)按照控制要求有條不紊地進行。同時由于該模塊采用交流 220V 供電，并且自帶 14個數(shù)字 量輸入點和 10 個數(shù)字量輸出點，完全能滿足全自動洗衣機控制系統(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。 [9] 綜上所述此次設(shè)計選用西門子 S7200 型 PLC。 PLC 外部接線圖 根據(jù)全自動洗衣機的控制要求，對系統(tǒng)控制的 I/O 點數(shù)進行了統(tǒng)計和 PLC 型號進行了選擇，現(xiàn)根據(jù)以上的統(tǒng)計和選擇對控制系統(tǒng) PLC 的外部接線設(shè)計如下圖 3。 江蘇科技大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計（論文） 8 圖 3 PLC 外部接線圖 PLC 外部接線圖 如圖 22 所示為洗衣機示意圖，在圖中 ST4 為高水位傳感器， ST5 為中水位傳感器， ST6 為低水位傳感器， ST7 位水排盡傳感器，當選擇好水位后， YV1 打開開始進水，當水位到達相應(yīng)水位時，相應(yīng)的傳感器送出 ON 信號否則為 OFF,只有當水上升到與選擇水位相開關(guān)一致時， YV1 關(guān)閉停止進水，開始洗衣。 [10] 江蘇科技大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計（論文） 9 圖 4 洗衣機示意