【文章內(nèi)容簡介】 理，自動判別衣服質(zhì)地、重量、臟污程度，從而自動選擇最佳的洗滌時間、進水量、漂洗次數(shù)、脫水時間，達到了整個洗滌時間自動化，使用方便，節(jié)能節(jié)水。全自動洗衣機從結(jié)構(gòu)上主要有波輪式、攪拌式、滾筒式三種。它們的特點如下：洗衣特點：省時省力。缺點：耗電、耗水、衣物易纏繞、清潔性不佳，洗衣特點：衣物無纏繞，最不會損耗衣物的方式。缺點：特別耗時，潔凈力不強，適合洗滌羊毛、羊絨以及絲綢、純毛類織物。洗衣特點：衣物潔凈力最強，省洗衣粉。缺點：喜歡纏繞，相比前兩種方式損壞性加大，噪音最大。國內(nèi)一般選用波輪式，攪拌式少見,滾筒式比波輪式昂貴。為了滿足公共場合自助洗衣需要，全自動洗衣機又有投幣式、感應(yīng)式、IC卡式等；從控制系統(tǒng)分，有集成電路控制、單片機控制和PLC控制、模糊控制等。單片機以其控制功能強、環(huán)境適應(yīng)性好、開發(fā)方便、體積小、價格適中等優(yōu)點在家用電器上得到日益廣泛的應(yīng)用。但是它也有不少的缺點：指令系統(tǒng)復(fù)雜，編程難度大且控制系統(tǒng)的硬件要求多種電路保護裝置；而基于PLC控制的全自動洗衣機具有編程簡單、實現(xiàn)功能齊全、外圍電路簡單、時間計算精確以及可維護方便等一系列優(yōu)點。只是它的價格比單片機昂貴的多，比較適合溫度過高、震動和沖擊過強等工業(yè)環(huán)境，在家用電器控制中應(yīng)用并不廣泛。目前市場上的全自動洗衣機也多采用單片機控制，本文選用PLC來控制是從探究、學(xué)習(xí)的角度出發(fā)的，對PLC在工業(yè)洗衣機中的應(yīng)用也具有重要參考價值。 課題研究的目的對于本次設(shè)計，其目的在于：（1）掌握 PLC的原理、性能、使用特點和方法，提高運用PLC梯形圖對系統(tǒng)進行編程的能力。（2）本課題的研究可以使本人更好地掌握基于PLC控制系統(tǒng)的分析與設(shè)計方法，培養(yǎng)創(chuàng)新意識和理論聯(lián)系實際的學(xué)風(fēng)，提高自動化家電產(chǎn)品研發(fā)素質(zhì)，增強針對實際應(yīng)用進行控制系統(tǒng)設(shè)計的能力。 論文的主要內(nèi)容（1）概要闡述課題來源、研究現(xiàn)狀及研究意義；（2）簡要論述PLC的產(chǎn)生和發(fā)展，介紹PLC的工作原理及控制系統(tǒng)的設(shè)計方法、原則；（3）對基于PLC投幣式洗衣機的控制系統(tǒng)進行設(shè)計，主要包括控制要求、PLC選型、硬件接線、控制程序設(shè)計（流程圖和程序框圖）PLC的概述 PLC的產(chǎn)生和發(fā)展1969年美國數(shù)字設(shè)備公司（DEC），研制出了世界上第一臺可編程控制（Programmable Logic Controller, 簡稱PLC），在美國通用汽車公司的生產(chǎn)線上試用成功，并取得了滿意效果，可編程控制器由此誕生。早期的可編程控制器主要由分立元件和中小規(guī)模集成電路組成，只具有邏輯運算功能。20世紀(jì)70年代中期，微處理器及其他大規(guī)模集成電路芯片成為其核心部件，是其具有自我診斷功能，可靠性、性價比有很大突破。到20世紀(jì)80年代，可編程控制器采用微處理器（CPU）、只讀存儲器、隨機存儲器或是單片機作為其核心，處理速度大大提高，功能更強體積又小。90年代末，PLC幾乎完全計算機化，各種智能模塊不斷開發(fā)出來，使其不斷擴展著它在各類工業(yè)控制過程中的作用。PLC一直在飛速發(fā)展中，因此一直沒有比較明確的定義。1987年，國際電工委員會（IEC）對PLC做出的定義如下：“可編程序控制器是一種數(shù)字運算操作的電子系統(tǒng)，專為工業(yè)環(huán)境而設(shè)計。它采用了可編程序的存儲器，用來在其內(nèi)部存儲執(zhí)行邏輯運算、順序控制、定時、計數(shù)和算術(shù)運算等操作的指令，并通過數(shù)字式和模擬式的輸入和輸出，控制各種機械和生產(chǎn)過程。而有關(guān)的外圍設(shè)備，都應(yīng)按照易于與工業(yè)系統(tǒng)聯(lián)成一體，易于擴充其功能的原則設(shè)計?！倍x強調(diào)了PLC直接應(yīng)用于工業(yè)環(huán)境；是“數(shù)字運算操作的電子系統(tǒng)”，即計算機；是用軟件方式來實現(xiàn)“可編程”的。 PLC的基本結(jié)構(gòu)PLC實質(zhì)上是一種工業(yè)控制用的專用計算機。從結(jié)構(gòu)上分，PLC分為固定式和組合式（模塊式）兩種。這里介紹一般PLC的結(jié)構(gòu)：、存儲器、輸入/輸出（I/O）模塊及電源組成。（1）中央處理單元CPUPLC的CPU與通用微機的CPU一樣，是PLC的核心部分，它按PLC中系統(tǒng)程序賦予的功能，接收并存儲從編程器鍵入的用戶程序和數(shù)據(jù)；用掃描方式查詢現(xiàn)場輸入裝置的各種信號狀態(tài)或數(shù)據(jù)，并存入輸入過程狀態(tài)寄存器或數(shù)據(jù)寄存器中；診斷電源及PLC內(nèi)部電路工作狀態(tài)和編程過程中的語法錯誤等；在PLC進入運行狀態(tài)后，從存儲器逐條讀取用戶程序，經(jīng)過命令解釋后，按指令規(guī)定的任務(wù)產(chǎn)生相應(yīng)的控制信號，去啟閉有關(guān)的控制電路；分時、分渠道地去執(zhí)行數(shù)據(jù)的存取、傳送、組合、比較和變換等動作，完成用戶程序中規(guī)定的邏輯運算或算術(shù)運算等任務(wù)；根據(jù)運算結(jié)果，更新有關(guān)標(biāo)志位的狀態(tài)和輸出狀態(tài)寄存器的內(nèi)容，再由輸出狀態(tài)寄存器的位狀態(tài)或數(shù)據(jù)寄存器的有關(guān)內(nèi)容實現(xiàn)輸出控制、制表打印、數(shù)據(jù)通信等功能。以上這些都是在CPU的控制下完成的。PLC常用的CPU主要采用通用微處理器、單片機或雙極型位片式微處理器。（2）存儲器存儲器（簡稱內(nèi)存），用來存儲數(shù)據(jù)或程序。它包括隨機存取存儲器（RAM）和只讀存儲器（ROM）等。PLC配有系統(tǒng)程序存儲器和用戶程序存儲器，分別用以存儲系統(tǒng)程序和用戶程序。系統(tǒng)程序存儲器用來存儲監(jiān)控程序、模塊化應(yīng)用功能子程序和各種系統(tǒng)參數(shù)等，一般使用ROM；用戶程序存儲器用作存放用戶編制的梯形圖等程序，一般使用RAM，若程序不經(jīng)常修改，也可寫入到EPROM中；存儲器的容量以字節(jié)為單位。系統(tǒng)程序存儲器的內(nèi)容不能由用戶直接存取。因此一般在產(chǎn)品樣本中所列的存儲器型號和容量，均是指用戶程序存儲器。（3）輸入/輸出（I/O）模塊I/O模塊是CPU與現(xiàn)場I/O設(shè)備或其他外部設(shè)備之間的連接部件。PLC提操作電平和輸出驅(qū)動能力的I/O模塊供用戶選用。I/O模塊要求具有抗干擾性能，并與外界絕緣。因此，多數(shù)都采用光電隔離回路、消抖動回路、多級濾波等措施。I/O模塊可以制成各種標(biāo)準(zhǔn)模塊，根據(jù)輸入、輸出點數(shù)來增減和組合。I/O 模塊還配有各種發(fā)光二極管來指示各種運行狀態(tài)。（4）電源PLC配有開關(guān)式穩(wěn)壓電源的電源模塊，用來對PLC的內(nèi)部電路供電。了很大方便。（5）編程器編程器分簡易型和智能型兩種。簡易型編程器只能在線編程，它通過一個專用接口與PLC連接。智能型編程器即可在線編程又可離線編程，還以遠離PLC插到現(xiàn)場控制站的相應(yīng)接口進行編程。智能型編程器有許多不同的應(yīng)用程序軟件包，功能齊全，適應(yīng)的編程語言和方法也較多。PLC的軟件系統(tǒng)是指PLC所使用的各種程序的集合。它包括系統(tǒng)程序和用戶程序。（1）系統(tǒng)程序統(tǒng)程序包括監(jiān)控程序、編譯程序及診斷程序等。監(jiān)控程序又稱為管理程序，主要用于管理全機。編譯程序用來把程序語言翻譯成機器語言。診斷程序用來診斷機器故障。系統(tǒng)程序由PLC生產(chǎn)廠家提供，并固化在EPROM中，用戶不能直接存取，故也不需要用戶干預(yù)。（2）用戶程序用戶程序是用戶根據(jù)現(xiàn)場控制的需要，用PLC的程序語言編制的應(yīng)用程序，用以實現(xiàn)各種控制要求。PLC的編程語言有梯形圖、指令表和順序功能流程圖三種。 PLC的用途及特點PLC可實現(xiàn)順序控制、運動控制、閉環(huán)過程控制、數(shù)據(jù)處理及通信和聯(lián)網(wǎng)等功能。其中順序控制是PLC最廣泛應(yīng)用的領(lǐng)域，主要用來取代傳統(tǒng)的繼電器順序控制。PLC可應(yīng)用于單機控制、多集群控制、生產(chǎn)自動線控制，例如注塑機、訂書機械、組合機床、裝配生產(chǎn)線及電梯控制等。PLC的特點：（1）可靠性高，抗干擾能力強（2）適應(yīng)性強，應(yīng)用靈活（3）編程方便，易于使用（4）功能強，擴展能力強（5）PLC系統(tǒng)設(shè)計、安裝、調(diào)試方便（6）維修方便，維修工作量小（7）PLC體積小，重量輕，易于實現(xiàn)機電一體化基于以上特點，使PLC應(yīng)用范圍極為廣泛，可以說只要有工廠，有控制要求，就會有PLC的應(yīng)用。 PLC的工作過程PLC是按照上電處理、掃描過程、出錯處理這個順序來運行的。當(dāng)PLC處于正常運行時，它將不斷重復(fù)圖掃描過程，不斷循環(huán)地工作下去。如果對遠程I/O特殊模塊和其他通信服務(wù)暫不考慮，這樣掃描過程就只剩下“輸入采樣”、“程序執(zhí)行”和“輸出刷行”三個階段了。如下圖21 所示：（1）輸入采樣階段 PLC在輸入采樣階段。此時，輸入映像寄存器被刷新。接著，進入程序執(zhí)行階段，在程序執(zhí)行階段和輸出刷新階段，輸入映像寄存器與外界隔離，無論輸入信號如何變化，其內(nèi)容保持不變，直到下一掃描周期的輸入采樣階段，才重新寫入輸入端的新內(nèi)容。所以一般來說，輸入信號的寬度要大于一個掃描周期，否則很可能造成信號的丟失（2）程序執(zhí)行階段 根據(jù) PLC梯形圖程序掃描原則，一般來說，PLC按先左后右、先上后下的步序逐句掃描。但遇到程序跳轉(zhuǎn)指令，則根據(jù)跳轉(zhuǎn)條件是否滿足來決定程序的跳轉(zhuǎn)地址。當(dāng)指令中涉及輸入、輸出狀態(tài)時，PLC就從輸入映像寄存器中“讀入”對應(yīng)輸入端子狀態(tài)，從元件映像寄存器“讀入”對應(yīng)元件（“軟繼電器”）的當(dāng)前狀態(tài)。然后，進行相應(yīng)的運算，運算結(jié)果再存入元件映像寄存器中。對元件映像寄存器來說，每一個元件（“軟繼電器”）的狀態(tài)會隨著程序執(zhí)行過程而變化。（3）輸出刷新階段 在所有指令執(zhí)行完畢后，元件映像寄存器中所有輸出繼電器的狀態(tài)（接通/斷開）在輸出刷新階段轉(zhuǎn)存到輸出鎖存器中，通過一定方式輸出，最后經(jīng)過輸出端子驅(qū)動外部負載。 PLC的設(shè)計內(nèi)容及原則：（1）選擇用戶輸入設(shè)備(按鈕、操作開關(guān)、限位開關(guān)、傳感器等)、輸設(shè)備(繼電器、接觸器、信號燈等執(zhí)行元件)以及由輸出設(shè)備驅(qū)動的控制對象(電動機、電磁閥等)。這些設(shè)備屬于一般的電器元件，其選擇的方法在其他有關(guān)書籍中已有介紹。（2）PLC的選擇。PLC是PLC控制系統(tǒng)的核心部件，正確選擇PLC對保證整個控制系統(tǒng)的技術(shù)經(jīng)濟性能指標(biāo)起著重要的作用。選擇PLC，應(yīng)包括機型的選擇、容量的選擇、I/O模塊的選擇、電源模塊的選擇等。（3）分配I/O點，繪制I/O連接圖。（4）設(shè)計控制程序。包括設(shè)計梯形圖、語句表(即程序清單)或控制系統(tǒng)流程圖?？刂瞥绦蚴强刂普麄€系統(tǒng)工作的條件，是保證系統(tǒng)工作正常、安全可靠的關(guān)鍵?？刂葡到y(tǒng)的設(shè)計必須經(jīng)過反復(fù)調(diào)試、修改，直到滿足要求為止。（5）必要時還需設(shè)計控制臺(柜)。（6）編制控制系統(tǒng)的技術(shù)文件。包括說明書、電器固件及電器元件明細表等。．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。設(shè)計前，應(yīng)深入現(xiàn)場進行調(diào)查研究，搜集資料，并與機械部分的設(shè)計人員和實際操作人員密切配合，共同擬定電器控制方案，協(xié)同解決設(shè)計中出現(xiàn)的各種問題。（2）在滿足控制要求的前提下，力求使控制系統(tǒng)簡單、經(jīng)濟，使用及維修方便。（3）保證控制系統(tǒng)的安全、可靠。（4）考慮到生產(chǎn)的發(fā)展和工藝的改進，在選擇容量時，應(yīng)適當(dāng)留有裕量。基于PLC的投幣式洗衣機控制系統(tǒng)的設(shè)計 工藝介紹及控制要求 以波輪式洗衣機為例：波輪式全自動洗衣機主要由機械系統(tǒng)、控制系統(tǒng)、給排水系統(tǒng)和支撐吊桿系統(tǒng)等組成，以一個電動機完成洗滌和脫水。波輪式投幣洗衣機的洗衣桶（外桶）和脫水桶（內(nèi)桶）是以同一中心安放的。外桶固定，作盛水用。內(nèi)桶可以旋轉(zhuǎn)，作脫水（甩水）用。內(nèi)桶的四周有很多小孔，使內(nèi)外桶的水流相通。外桶下部壁上裝有儲氣管，與水位傳感器連接，控制水位高低。桶壁上部開有溢水孔，用于排出溢水和漂洗時洗滌液泡迅速排出。洗衣機的進水和排水分別由進水電磁閥和排水電磁閥來執(zhí)行。進水時，通過電控系統(tǒng)使進水閥打開，經(jīng)進水管將水注入到外桶。排水時，通過電控系統(tǒng)使排水閥打開，將水由外桶排出到機外。洗滌正轉(zhuǎn)、反轉(zhuǎn)由洗滌電動機驅(qū)動波盤正、反轉(zhuǎn)來實現(xiàn)，此時脫水桶并不旋轉(zhuǎn)。脫水時，通過電控系統(tǒng)將離合器合上，由洗滌電動機帶動內(nèi)桶甩干。投幣器掛在洗衣機體側(cè)面也可以掛在墻壁上，體積小，美觀大方。通過對投幣總值進行判別就可以啟動不同的洗滌程序（一元單脫水、兩元快洗、三元標(biāo)準(zhǔn)洗）。