1、全自動洗衣機PLC控制系統設計 設計人：王宇【摘 要】洗衣機是人們日常生活中常見的一種家用電器，已成為人們生活中不可缺少的家用電器。但是傳統洗衣機基于繼電器的控制，已經不能滿足人們對自動化程度的要求了。為滿足人們需要必須借助于自動化技術的發展。本設計是根據設計課題的要求設計的全自動洗衣機控制系統。在實現全自動控制的基礎上設計了相應的硬件系統，結合相應的系統軟件，最后通過西門子公司的S7-200系列的PLC仿真系統模擬出全自動洗衣機的運行過程。關鍵詞：可編程序控制器 觸摸屏 洗衣機 自動控制第一章 概述1. 1引言20世紀60年代以后，洗衣機在一些發達國家的消費市場開始形成系列，家庭普及率迅速上

2、升。此間洗衣機在日本的發展備受矚目。60年代的日本出現了帶干桶的雙桶洗衣機，人們稱之為“半自動型洗衣機”。70年代，生產出波輪式套桶全自動洗衣機。在中國，由于歷史原因，洗衣機工業起步較晚，直到1978年才正式生產家用洗衣機。但是，隨著人們認識的發展，尤其是改革開放的不斷深化，進入80年代后的洗衣機工業并沒有像一些人預料的那樣停步不前，而是保持著旺盛的發展勢頭。1983年洗衣機產量由1978年的400臺飆升到365萬臺，此后全國各地掀起了大規模的技術引進熱潮，大約有40多個廠家先后從洗衣機技術先進國日本、英國、法國、意大利、澳大利亞等引進技術60多項。技術的引進、吸收和創新，極大地提升了國產洗衣

3、機的產業素質與生產能力，縮短了同發達國家之間的差距。如今，我國洗衣機年產量約占世界年產量的四分之一，居于世界首位。除了在數量和品種上滿足國內市場外，還出口到北美、歐洲、東南亞等地，躋身于國際洗衣機市場的競爭行列。以往以單片機為中心控制系統工作的全自動洗衣機中，存在著一些本身不能克服的缺點。首先由于單片機的指令系統相對復雜，編寫洗滌、脫水程序也相對復雜；其次，在設計控制系統硬件時，要有多種電路保護裝置，如電流保護、電壓保護、過載保護、過熱保護及欠壓保護等等，這樣不但增加了硬件的復雜性，而且隱含較高的故障率，還無形地增加了維修成本費用。而如果在全自動洗衣機的控制系統中采用PLC 來控制將能克服單片

4、機的這些缺點。而且在使用中，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的設計的靈活性及控制系統的可靠性?？删幊炭刂破魇菍⒗^電器控制的概念和設計思想與計算機技術及微電子技術相結合而的微機系統。12 PLC的應用領域1開關量的邏輯控制 這是PLC最基本、最廣泛的應用領域，它取代傳統的繼電器電路，實現邏輯控制、順序控制，既可用于單臺設備的控制，也可用于多機群控及自動化流水線。如注塑機、印刷機、組合機床、包裝生產線等。 2 模擬量控制 在工業生產過程當中，有許多連續變化的量，如溫度、壓力、流量、液位和速度等都是模擬量。為了使可編程控制器處理模擬量，必須實現模擬量（An

5、alog）和數字量（Digital）之間的A/D轉換及D/A轉換。PLC廠家都生產配套的A/D和D/A轉換模塊，使可編程控制器用于模擬量控制。 3. 運動控制 PLC可以用于圓周運動或直線運動的控制。從控制機構配置來說，早期直接用于開關量I/O模塊連接位置傳感器和執行機構，現在一般使用專用的運動控制模塊。 4. 過程控制 過程控制是指對溫度、壓力、流量等模擬量的閉環控制。作為工業控制計算機，PLC能編制各種各樣的控制算法程序，完成閉環控制。 5 數據處理 現代PLC具有數學運算（含矩陣運算、函數運算、邏輯運算）、數據傳送、數據轉換、排序、查表、位操作等功能，可以完成數據的采集、分析及處理。6

6、通信及聯網PLC通信含PLC間的 l通信及PLC與其它智能設備間的通信。隨著計算機控制的發展，工廠自動化網絡發展得很快，各PLC廠商都十分重視PLC的通信功能，紛紛推出各自的網絡系統。新近生產的PLC都具有通信接口，通信非常方便。 第二章 設計方案21 設計內容全自動洗衣機的洗衣桶（外桶）和脫水桶（內桶）是以同一心安放的，內桶可以旋轉，作為脫水用。內桶的周圍有許多小孔，使內桶和外桶的水流相通，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行。進水時通過控制系統將進水電磁閥打開，經進水管將水注入到外桶。排水時，通過控制系統將排水電磁閥打開，將水由外桶排到機外。 圖2-1元件分布示意圖洗滌正轉

7、、反轉由洗滌電動機驅動波盤的正、反轉來實現，此時脫水桶并不旋轉。脫水時，由脫水電動機帶動內桶正轉進行甩干。高、低水位控制開關分別用來檢測高、低水位。起動按鈕用來啟動洗衣機工作，停止按鈕用來實現手動停止進水、排水、脫水及報警。元件分布如圖2-1所示。22 檢測要求 檢測洗衣的方式：標準或者是柔和的選擇。 檢測洗衣的水位：高水位或者低水位的選擇。 檢測進水是否到了需要的水位，即進水是否完成。 檢測排水是否完成。23 控制要求控制進水，洗衣，排水，清洗，脫水等洗衣機的動作?？刂葡匆?，清洗，脫水等的時間長短。控制洗衣，清洗等的效果?？刂圃谙匆聶C完成一個動作后到下一個動作的準確切換?？刂仆瓿上匆聶C洗衣時

8、間的信號提示。24 控制過程1) 按下啟動按鈕，洗衣機電源導通，進入準備洗衣狀態。2) 用戶設置水位高低，以及洗衣模式（標準模式或者柔和模式）。3) 洗衣機打開進水電磁閥，開始從外界輸入水。4) 水位探測器檢測到水已經到位，開始洗衣。5) 電動機正轉與反轉按照設定的洗衣模式切換時間長度進行輪流工作。6) 洗衣一直進行6min.7) 洗衣機打開排水離合器開始排水，并持續2min.8) 洗衣機關閉排水離合器。9) 重復3-8步驟一次。10) 洗衣機打開進水電磁閥，開始進水。11) 水位探測器檢測到水已經到位，開始清洗衣服。12) 電動機正轉與反轉按照設定的洗衣模式切換時間長度進行輪流工作。13)

9、洗衣一直進行5min.14) 洗衣機打開排水離合器開始排水，并持續2min.15) 洗衣機關閉排水離合器。16) 重復1015步驟一次。17) 洗衣機控制脫水電磁離合器，進行脫水，同時打開排水離合器，使得脫水過程可以及時排除洗衣機桶內的臟水。18) 持續脫水2min。19) 完成洗衣，蜂鳴器報警5s。第三章 硬件設計31 元器件分析通過對全自動洗衣機的了解和認識我們大概的可以將全自動洗衣機的硬件分析如下：1、 PLC主機選擇西門子S7-200系列的PLC作為此全自動洗衣機的控制主機。本控制系統中共有9個數字量輸入和11個數字量輸出，共需18個I/0。根據I/O點數和程序容量，選擇CPU224作

10、為本系統的主機。2、 起動按鈕啟動按鈕用來控制全自動洗衣機開始工作。一般的，用戶在洗衣機內放入衣服且已經準備好開始洗衣服之后，按下啟動按鈕，全自動洗衣機開始工作。3、 停止按鈕停止按鈕用來控制運行中的全自動洗衣機停止工作。在洗衣的過程中，用戶需要停止洗衣機，就可以直接按下停止按鈕，洗衣機即會停止工作。4、 高水位 高水位是指洗衣機洗衣過程中，洗衣機桶內保持水位的高低。一旦選擇了高水位，在洗衣過程中，水位保持系統會保持相對較高的水位。在操作面板上有一個高水位按鈕來設置高水位，按下按鈕表示選擇高水位。（需要注意的是用戶在洗衣時只可以選擇一個水位進行洗衣。）5、 低水位低水位是指洗衣機洗衣過程中，洗

11、衣機桶內保持水位的高低。一旦選擇了低水位，在洗衣過程中，水位保持系統會保持相對較低的水位。在操作面板上有一個低水位按鈕來設置低水位，按下按鈕表示選擇低水位。（需要注意的是用戶在洗衣時只可以選擇一個水位進行洗衣。）6、標準模式按鈕標準按鈕用來設置洗衣機洗衣服的模式，當按下標準按鈕時，選擇了標準模式，洗衣機自動按照柔和模式洗衣服。需要注意的是用戶在洗衣時只可以選擇一個模式進行洗衣。7、柔和模式按鈕柔和按鈕用來設置洗衣機洗衣服的模式，當按下柔和按鈕時，選擇了柔和模式，洗衣機自動按照柔和模式洗衣服。需要注意的是用戶在洗衣時只可以選擇一個模式進行洗衣。8、高水位探測器 高水位探測器用來檢測洗衣機水位是否

12、已經達到高水位。采用數字量輸出式水位探測器，這樣就可以直接將高水位探測器的輸出直接送至PLC主機的數字量輸入端口上。9、 低水位探測器低水位探測器用來檢測洗衣機水位是否已經達到低水位。采用數字量輸出式水位探測器，這樣就可以直接將低水位探測器的輸出直接送至PLC主機的數字量輸入端口上。10、進水電磁閥進水電磁閥用來控制洗衣機的進水。當洗衣機需要外界的進水時，PLC主機發出控制信號，進水電磁閥會打開，水自動從外界送入洗衣機桶內，當水已經達到了設定的水位時，PLC主機發出信號自動關閉進水電磁閥，同時控制洗衣機進入下一個洗衣步驟。11、電動機正轉接觸器電動機正轉接觸器用于PLC控制洗衣機正轉，可以直接

13、與PLC數字量輸出端口相連，在洗衣過程中控制洗衣機正轉。在洗衣過程中，電動機會正轉與反轉輪流進行。12、電動機反轉接觸器電動機正轉接觸器用于PLC控制洗衣機反轉，可以直接與PLC數字量輸出端口相連，在洗衣過程中控制洗衣機反轉。在洗衣過程中，電動機會正轉與反轉輪流進行。13、排水離合器 排水離合器用于PLC主機控制洗衣機桶內的排放。選用數字式離合器，可以直接與PLC輸出端口相連。當洗衣完成后，PLC發出控制命令打開排水離合器，進行排水。14、脫水電磁閥 洗衣機洗衣服的最后一道程序就是對衣服進行脫水，脫水離合器正是用于PLC主機控制洗衣機進行脫水。脫水需要電動機帶動機桶旋轉，有了電磁離合器后，就可

14、以直接使用PLC數字量輸出端口來控制電磁離合器，最終達到電動機脫水的目的。在脫水過程中不涉及脫水電動機的調速問題，因此用PLC加電磁離合器這種簡單的方法可以完成控制任務。15、蜂鳴器 蜂鳴器是用來指示洗衣機洗衣過程中的一些聲音提示。采用工業用直流供電的蜂鳴器，這樣就可以直接用PLC主機的數字量輸出端口來控制蜂鳴器。32 硬件接線圖在對上述全自動洗衣機各個硬件組成部分進行詳細的分析后，可以很好的對PLC主機的I/O資源進行分配，其分配情況如表3-1(a)(b)所示。表3-1(a) 輸入接口分配表名稱地址編號元件符號說明給電開關I0.0SB1控制洗衣機得電停止開關I0.1SB2控制洗衣機停止起動開

15、關I0.2SB3控制洗衣機運行高水位按鈕I0.3SB4選擇高水位低水位按鈕I0.4SB5選擇低水位標準模式按鈕I0.5SB6選擇標準模式柔和模式按鈕I0.6SB7選擇柔和模式高水位限位I0.7SQ1高水位限制低水位限位I1.0SQ2低水位限制表3-1(b) 輸出接口分配表名稱地址編號說明電源指示燈QO.0電源指示高水位指示燈Q0.1高水位指示低水位指示燈Q0.2低水位指示標準模式指示燈Q0.3標準模式指示柔和模式指示燈Q0.4柔和模式指示進水電磁閥Q0.5進水指示正轉電機Q0.6電動機正轉指示反轉電機Q0.7電動機反轉指示排水離合器Q1.0排水指示脫水離合器Q1.1脫水指示蜂鳴器Q1.2蜂鳴器

16、指示而根據PLC主機的I/O資源分配以及PLC主機的硬件框圖，則PLC外部的硬件接線圖如圖3-1所示。 3-1 PLC外部硬件接線圖 33材料選擇通過對洗衣機元器件的分析和洗衣機的控制要求選擇洗衣機的材料，洗衣機材料的數量，型號，額定值，轉速，規格，用途如表3-2。表3-2 材料選擇表選擇材料數量型號額定值轉速規格用途單相電機1Y801-1220V/1.5A 0.3KW1390轉/分由于農村普遍為220V電壓，所以單相電機比較適用。單相電機1Y920-2220V/1.7A 0.35KW1700轉/分由于農村普遍為220V電壓，所以單相電機比較適用。刀開關2DH17220V/3A電磁閥1ZCA

17、DN25220V/1A電磁閥1ZCA DN25220V/1A水位開關3HA211-75/3按鈕開關2LA4-3導線若干227 IECO1(BV)截面積為：1平方毫米 1.5平方毫米西門子PLC1S7-200交流接觸器3MY4NJ220V34 洗衣機主電路圖 圖3-2為洗衣機主電路圖，它有一個空氣開關，兩個熔斷器，兩個電容，三個交流接觸器和兩個單相電機構成，實現洗衣機的正反轉和脫水功能。圖3-2主電路第四章 控制模塊41觸摸屏觸控屏（Touch panel）又稱為觸控面板，是個可接收觸頭等輸入訊號的感應式液晶顯示裝置，當接觸了屏幕上的圖形按鈕時，屏幕上的觸覺反饋系統可根據預先編程的程式驅動各種連

18、結裝置，可用以取代機械式的按鈕面板，并借由液晶顯示畫面制造出生動的影音效果。根據這一效果本設計運用ev500系列觸摸屏進行了模擬，如圖4-1到4-5所示：全自動洗衣機觸摸屏啟動畫面，觸摸后圖 4-1啟動畫面 會進入到圖4-2的控制模塊。這里看到的是全自動洗衣機的控制畫圖 4-2控制畫面一 面當我們要進行洗衣時可以再上面進行 操作。此畫面指示的是選擇高水位、標準模式下的洗衣。圖 4-3控制畫面二此畫面指示的是選擇低水位、柔和模式下的洗衣。圖 4-4控制畫面三此畫面為用戶選擇畫面，當用戶因情 圖 4-5控制設置畫面 況，不想進行順序洗衣時，可以選擇。42 PLC程序421 順序功能圖如圖4-6為本

19、設計的順序流程圖，我們可以詳細的看出全自動洗衣機的工作模式。 圖 4-6順序流程圖如圖4-7所示為本設計的電氣原理圖在圖中我們可以清晰的看出，這是電腦程序控制組件，主要是進水閥、排水電機、洗滌電機、安全開關和水位傳感器組成。其中進水閥是控制洗衣機進水的，排水電機是用來控制排水和脫水的，水位傳感器是選擇高低水位后進行的水位控制，它有兩個位置，一個高水位傳感器，一個低水位傳感器，安全開關是起安全保護的，當洗衣機高速脫水的時候，若打開洗衣機箱蓋，它便會使洗衣機停止工作并發出報警蜂鳴。圖4-7 電氣原理圖422 PLC梯形圖根據題目的控制要求和I/O分配表進行編程得到的PLC梯形圖如下：(注：在編寫程

20、序時要考慮過載保護、方便、安全等因素。)第五章 調試及小結51調試由于一些客觀原因我的設計是在模擬裝置上進行模擬的但不影響我設計的實用性。編程通過在微機上面提供的西門子S7-200軟件創建、測試、仿真和修改PLC控制程序，使用的西門子提供的專用電纜非常簡單的將程序載入和載出模塊。畫面控制是通過EV200的觸摸屏進行的調試。下面是我在實驗臺上模擬時出來現象。 對程序和畫面上載完成后，由于SB1相當于電源插座，開機得電，故可以省略。開機完成后，選擇高（SB2）/低水位（SB3）和標準（SB4）/柔和模式（SB5），點觸起動按鈕（即SB2），洗衣機正反轉電機線圈得電，洗衣機進水，到達水位檢測（SQ1

21、或SQ2）后開始正轉5S停1S，反轉5S停1S洗衣，計數器計數30（標）/45（柔）次后排水，經過循環指令循環洗一次，執行下一指令進行漂洗，洗衣機再次進水，到達水位檢測后開始正轉3S反轉3S漂洗，計數器計數30次后排水，經過循環指令循環洗一次，執行下一指令進行2分鐘脫水，脫水電機得電進行脫水，脫水完成后報警器動作，蜂鳴10S，洗衣機停止，洗衣完成。經過調試在試驗臺上模擬時出來的現象與設計題目里面的控制要求完全一致，說明我的設計是可行的。當然我的設計也有些缺點比如我使用了雙電機。但是我覺的雙電機有安裝方便，排線簡單，容易查找故障，容易維修等優點，所有我覺得雙電機全自動洗衣機值得嘗試。52 設計小結這次全自動洗衣機設計給了我很大的收獲，我感受到學習是踏實積累的過程。對于PLC而言我開始只是一個很模糊的概念，而經過這次設計我在這一方面學到了很多，特別是對可編程控制器，觸摸屏技術的應用以及電力電子技術等都有了很深的認識和見解。本來在我看來PLC就是單純的編寫程序而已，現在看來它不僅如此，它有著諸多的作用，如：開關量的邏輯控制、模擬量控制、運動控制、過程控制、數據處理、通信聯網等。它取代傳統的繼電器電路，實現邏輯控制、順序控制，既可用于單臺設備的控制，也可用于多機群控及自動化