1、包頭輕工職業技術院畢業論文 題 目 基于PLC的洗衣機控制班 級 電氣自動化103004班姓 名 周庭毅 指導教師 石磊 2012年3月29日包頭輕工職業技術學院畢業論文摘要隨著社會經濟的發展和科學技術水平的提高，家庭電器全自動化成為必然的發展趨勢。全自動洗衣機的產生極大的方便了人們的生活。洗衣機是國內家電業唯一不打價格戰的行業，經過幾年的平穩發展，國產洗衣機無論在質量上還是功能上都和世界領先水平同步。縱觀洗衣機市場，高效節能、省水、省電、環保型洗衣機一直在市場上占主導地位。根據全自動洗衣機的工作原理,利用可編程控制器PLC實現控制,說明了PLC控制的原理方法,特點及控制洗衣機的特色。PLC的

2、優點是：可靠性高，耗電少，適應性強，運行速度快，壽命長等，為了進一步提高全自動洗衣機的功能和性能，避免傳統控制的一些弊端，就提出了用PLC來控制全自動洗衣機這個課題。全自動洗衣機控制系統利用了西門子S7-200系列PLC的特點,對按鈕,電磁閥,開關等其他一些輸入/輸出點進行控制,實現了洗衣機洗衣過程的自動化。由于每遍的洗滌,排水,脫水的時間由PLC內計數器控制,所以只要改變計數器參數就可以改變時間。可以把上面設定的程序時間定下來,作為固定程序使用,也可以根據衣物的質地,數量及油污的程度來編程。該論文就怎樣利用PLC來控制全自動洗衣機進行了調查，對其中軟件設計、硬件設計等問題進行了分析和研究，實

3、現了全自動洗衣機的正常運行和強制性停止功能。關鍵詞：PLC，洗衣機，控制目 錄第一章 緒論11.1 課題的研究背景11.2 洗衣機發展概況和現狀11.3 課題研究的目的與意義21.4 本課題研究的主要內容2第二章 概述32.1 PLC的控制特點32.2 控制系統框圖32.3 控制系統對應設備及功能42.4控制系統原理4第三章 硬件電路的設計63.1 PLC的選擇63.1.1 輸入地址分配表63.1.2 輸出地址分配表63.1.3 CPU功能與結構的選擇63.2 PLC外部接線圖73.3 洗衣機示意圖7第四章 軟件的設計94.1 PLC控制順序功能圖94.2 系統梯形圖104.3 系統指令語句表

4、13結 論15致 謝16參考文獻17III第一章 緒論1.1 課題的研究背景本次設計基于PLC的全自動洗衣機控制，本文的課題源于市場上洗衣機產品。采用PLC控制開發的周期短，開發成本低，可以直接用于工業現場控制。PLC控制具有實時性、信號處理時間短、速度快、更能滿足各個領域大、中、小型工業控制項目，可靠性高，豐富的I/O卡件，質優價廉，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境下正常工作。因為它是整體模塊，集中了驅動電路、檢測電路和保護電路以及通訊聯網功能，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

5、設計的靈活性及控制系統的可靠性。本設計以操作簡單、使用可靠、維護修理方便作為主要設計方向。 1.2 洗衣機發展概況和現狀從古到今，洗衣服都是一項難于逃避的家務勞動，在洗衣機出現以前，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、沖刷、摔打。這些不斷重復的簡單的體力勞動，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，但這臺洗衣機使用費力，且損傷衣服，因而沒被廣泛使用，但這卻標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，美國人發明了木制手搖洗衣機。1880年，美國發明了蒸氣洗衣機，蒸氣動力開始取代人力。蒸汽洗衣機之后，水力洗衣機、內燃機洗衣機也

6、相繼出現。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，標志著人類家務勞動自動化的開端。1922年，美國改造了洗衣機的洗滌結構，把拖動式改為攪拌式，使洗衣機的結構固定下來，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，在引進英國噴流式洗衣機的基礎之上，日本研制出獨具風格、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引領新的發展方向，讓人耳目一新。90年代，由于電動機調速技術的提高，洗衣機實現了較寬范圍的轉速變換與調節，誕生了許多新水流洗衣機。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

7、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的自動控制類家用電器，其產品類型還屬于傳統的機械產品，是自動控制的初級階段。隨著計算機的及微電子技術的發展，自動控制系統正在逐步實現硬件化。因此，電動控制洗衣機將逐步退出家電舞臺。全自動洗衣機從結構上分有波輪式、攪拌式、滾筒式。目前,國內市場上銷售的大都是波輪式和滾筒式，供應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,羊毛等大量走進普通家庭,廠商又適時地推出了滾筒洗衣機,它最大的優點是磨損率小,但洗凈率比波輪式低,價格高。洗

8、衣機產品可以分三類：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，無需人為操作和監控。國內外洗衣機品牌有海爾、小天鵝、榮事達、松下、惠而浦水仙、LG熊貓、西門子、日立好用。1.3 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，要求洗衣機能實現進水、洗滌、排水、脫水、報警，所采用的控制方法操作簡單、穩定可靠、維護與維修方便。控制方法確定后投入生產要縮短控制系統的設計的時間、調試周期，且要降低成本。傳統的洗衣機采用繼電器控制的優點是裝置結構簡單、價格便宜、抗干擾能力強。但是，這也是隨之帶

9、來的一些問題，如絕大多數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生電弧，甚至會熔在一起產生誤操作，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備的關鍵性能。PLC由于采用現代大規模集成電路技術，采用嚴格的生產工藝制造，內部電路采取了先進的抗干擾技術，具有很高

10、的可靠性。2、易學易用，深受工程技術人員歡迎PLC作為通用工業控制計算機，是面向工礦企業的工控設備。3、系統的設計、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，大大減少了控制設備外部的接線，使控制系統設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備經過改變程序改變生產過程成為可能。這很適合多品種、小批量的生產場合。4、體積小，重量輕，能耗低，由于體積小很容易裝入機械內部，是實現機電一體化的理想控制設備。1.4 本課題研究的主要內容研究的具體內容包括：1、深入了解洗衣機的發展、結構及控制要求。2、控制系統設計。包括硬件設計，PLC的選擇，各硬件模塊的介紹

11、，軟件設計，編程方法。3、對編寫好的編譯程序進行實際調試。 第二章 概述2.1 PLC的控制特點 PLC系統的特點： 1）可靠性高，PLC作為一種通用的工業控制器，它必須能夠在各種不同的工作環境中正常工作。對工作的環境要求較低，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構形式，因此，輸入/輸出信號的數量，形式，驅動能力等都可以根據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的優越性主要體現在它采用了獨特的，多種面向廣大工程設

12、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，明了適合各類技術人員的傳統習慣，即使是沒有計算機知識的人員也很統一掌握，特別是梯形圖與邏輯功能圖，形象直觀，動態監測效果逼真，且與計算機控制容易。典型的PLC控制系統的硬件組成框圖如圖2-1所示：圖2-1 PLC控制系統的硬件組成框圖2.2 控制系統框圖 此次設計根據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的按扭開關來控制。利用可編程控制器PLC實現控制,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設計利用了西門子S7

13、-200系列PLC的特點,對按鈕,電磁閥,開關等其他一些輸入/輸出點進行控制,實現了洗衣機洗衣過程的自動化。根據以上要求PLC的控制系統框圖如下圖2-2：圖2-2控制系統框圖2.3 控制系統對應設備及功能根據控制過程中的進水、洗滌、脫水、報警等控制要求，對控制所需的外部設備初步設計如表1-1表2-3對應設備及功能表對應的外部設備對應的輸出設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（高水位）洗滌電動機正轉繼電器水位選擇開關（中水位）洗滌電動機反轉繼電器水位選擇開關（低水位）脫水桶手動排水開關報警器手動脫水開關高水位傳感器中水位傳感器低水位傳感器水排空傳感器2.4控制系統原理自動洗衣機的

14、進水，洗衣，排水，脫水是通過水位開關，電磁進水閥和電磁排水閥配合進行控制，從而實現自動控制的，水位開關用來控制進水到洗衣機內高中低水位，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。第三章 硬件電路的設計3.1 PLC的選擇3.1.1 輸入地址分配表表3-1輸入地址分配表輸入地址對應的外部設備I0.0啟動按扭I0.1停止按扭I0.2水位選擇開關（高水位）I0.3水位選擇開關（中水位）I0.4水位選擇開關（低水位）I0.5手動排水開關I0.6手動脫水開關I0.7高水位傳感器I1.0中水位傳感器I1.1

15、低水位傳感器I1.2水排空傳感器3.1.2 輸出地址分配表表3-2輸出地址分配表輸出地址對應的輸出設備Q0.0進水電磁閥Q0.1排水電磁閥Q0.2洗滌電動機正轉繼電器Q0.3洗滌電動機反轉繼電器Q0.4脫水Q0.5報警器3.1.3 CPU功能與結構的選擇PLC的功能日益強大，一般PLC都具有開關量邏輯運算、定時、計數、數據處理等基本功能，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：功能與任務相適應，PLC的處理速度應滿足實時控制的要求、PLC結構合理、機型統一、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

16、控制系統CPU模塊可采用CPU-224模塊，它可控制整個系統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10個數字量輸入點和14個數字量輸出點，完全能滿足全自動洗衣機控制系統的要求，所以不再需要另外的電源模塊、數字量和輸出模塊。綜上所述此次設計選用西門子S7-200型PLC。3.2 PLC外部接線圖根據全自動洗衣機的控制要求，對系統控制的I/O點數進行了統計和PLC型號進行了選擇，現根據以上的統計和選擇對控制系統PLC的外部接線設計如下圖3-3。圖3-3 PLC外部接線圖3.3 洗衣機示意圖如圖3-4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

17、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，當水位到達相應水位時，相應的傳感器送出ON信號否則為OFF,只有當水上升到與選擇水位相開關一致時，YV1關閉停止進水，開始洗衣。圖3-4洗衣機示意圖第四章 軟件的設計4.1 PLC控制順序功能圖順序功能圖，它是描述控制系統的控制過程、功能和特性的一種圖形，順序功能圖并不涉及所描述的控制功能的具體技術，他是一種通用的技術語言。全自動洗衣機控制系統PLC控制狀態流程圖見圖6。11圖6 PLC控制狀態流程圖4.2 系統梯形圖梯形圖是PLC模擬繼電器控制系統的編程方法。它由觸點、線圈或功能方框等構成，梯形圖左、右的垂直

18、線稱為左、右母線。畫梯形圖時，從左母線開始，經過觸點和線圈（或功能方框），終止于右母線。在梯形圖中，可以把左母線看作是提供能量的母線。觸點閉合可以使能量流過，直到下一個元件；觸點斷開將阻止能量流過。這種能量流，我們稱之為“能流”。實際上，梯形圖是CPU仿真繼電器控制電路圖，使來自“電源”的“電流”通過一系列的邏輯控制條件，根據運算結果決定邏輯輸出的模擬過程。梯形圖中的基本編程元素有觸點、線圈和方框。觸點：代表邏輯控制條件。觸點閉合時表示能量可以流過。觸點分常開觸點和常閉觸點兩種形式。線圈：通常代表邏輯“輸出”的結果。能量流到，則該線圈被激勵。方框：代表某種特定功能的指令。能量流通過方框時，則執

19、行方框所代表的功能。方框所代表的功能有很多種，例如：定時器、計數器、數據運算等。 4.3 系統指令語句表Network 1 / Network Title/ 進水LD M1.3A T43O SM0.1O M0.0O I0.1AN M0.1= M0.0Network 2 LD I0.2O I0.3O I0.4LD I0.0A M0.0LD M1.2AN C51OLDALDO M0.1AN I0.1AN M0.2= M0.1= Q0.0Network 3 / 進水完停2秒LD I0.2A I0.7LD I0.3A I1.0OLDLD I0.4A I1.1OLDA M0.1O M0.2AN M0.3

20、= M0.2TON T37, +20Network 4 / 正轉LD M0.2A T37LD M0.7AN C50OLDO M0.3AN I0.1AN M0.4= M0.3Network 5 LD M0.3= Q0.2TON T38, +300Network 6 / 正轉完停2秒LD M0.3A T38O M0.4AN M0.5= M0.4TON T39, +20Network 7 / 反轉30秒LD M0.4A T39O M0.5AN I0.1AN M0.6= M0.5Network 8LD M0.5= Q0.3TON T40, +300Network 9 / 反轉完停2秒LD M0.5A

21、T40O M0.6AN M0.7= M0.6TON T41, +20Network 10 / 正反轉小循環5次LD M0.6A T41O M0.7AN M1.0AN M0.3= M0.7Network 11 LD M0.7LD M1.0CTU C50, +5Network 12 / 排水LD M0.7A C50O M1.0AN M1.1AN I0.1= M1.0Network 13 LD M0.0A I0.5O Q0.1O M1.1O M1.0AN T42AN I0.1= Q0.1Network 14 / 脫水30秒LD M1.0A I1.2O M1.1AN M1.2AN I0.1= M1.1

22、Network 15 LD M1.1O Q0.4AN T42O I0.6LPSAN I0.1= Q0.4LPPTON T42, +300Network 16 / 大循環3次LD M1.1A T42O M1.2AN M1.3AN M0.1= M1.2Network 17 LD M1.2LD M1.3CTU C51, +3Network 18 / 洗衣結束報警3秒LD C51A M1.2O M1.3AN M0.0= M1.3Network 19 LD M1.3O Q0.5LD M0.0A Q0.1A T42OLDAN T43= Q0.5TON T43, +30結 論通過本系統的設計，對全自動洗衣機

23、的控制系統有了深入的理解。全自動洗衣機控制系統利用了西門子PLC的特點，對按鈕、電磁閥、開關等其他一些輸入輸出點設備進行控制，實現了洗衣機洗衣過程的自動化。由于每遍的洗滌,排水,脫水的時間由PLC內計數器控制,所以只要改變計數器參數就可以改變時間。可以把上面設定的程序時間定下來,作為固定程序使用,也可以根據衣物的質地,數量及油污的程度來編程。只要稍作改變,就可以設計出諸如要多洗多甩的牛仔類衣物,輕洗輕甩的羊毛類衣物以及通用的標準洗滌程序,充分表其實用性。通過這次設計，對自動控制原理及應用有了進一步認識，在一個多月的設計過程中學到了許多東西，不僅僅是畢業設計中的。也學到了不少其它的東西。設計中，我們遇到不懂或不明白的地方。除了查閱相關資料， 石磊老師也給了我們很多的指導。總之，這次設計為我們打開了以后面向實際應用的大門，為我們以后做各項工作和進一步學習奠定了基礎。 致 謝畢業設計是培養學生綜合運用所學知識,發現,提出,分析和解決實