基于PLC的全自動洗衣機控制系統(tǒng)設(shè)計論文

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江西農(nóng)業(yè)工程職業(yè)學院機電工程系2010屆機電一體化專業(yè)畢業(yè)論文 江西農(nóng)業(yè)工程職業(yè)學院 畢業(yè)設(shè)計（論文） 基于PLC的全自動洗衣機控制系統(tǒng)設(shè)計論文 學 生 向 汝 冰 指導(dǎo)教師 聶 衛(wèi) 平（講師） 專 業(yè) 機電一體化 層 次 大 學 專 科 班 級 07大專機電（2） 學 號 A0711235 日 期 2 0 10年3 月 江西農(nóng)業(yè)工程職業(yè)學院科研處制 32 原 創(chuàng) 性 聲 明 本人聲明所呈交的畢業(yè)論文（設(shè)計）是我個人進行的研究工作及取得的研究成果。盡我所知，除了文中特別加以標注和致謝的地方外，論文（設(shè)計）中不包含其他人已經(jīng)發(fā)表或撰寫過的研究成果。對本文的研究做出重要貢獻的個人和集體，已在畢業(yè)論文（設(shè)計）中作了明確的說明并表示了謝意。 學生簽名: 時間： 年 月 日 關(guān)于論文（設(shè)計）使用授權(quán)的說明 本人完全了解《江西農(nóng)業(yè)工程職業(yè)學院本、專科畢業(yè)論文（設(shè)計）工作條例（暫行規(guī)定）》對：“成績?yōu)閮?yōu)秀畢業(yè)論文（設(shè)計），江西農(nóng)業(yè)工程職業(yè)學院將有權(quán)選取部分論文（設(shè)計）全文匯編成集或者在網(wǎng)上公開發(fā)布。如因著作權(quán)發(fā)生糾紛，由學生本人負責”完全認可，并同意江西農(nóng)業(yè)工程職業(yè)學院可以以不同方式在不同媒體上發(fā)表、傳播畢業(yè)論文（設(shè)計）的全部或部分內(nèi)容。江西農(nóng)業(yè)工程職業(yè)有權(quán)保留送交論文（設(shè)計）的復(fù)印件和磁盤，允許論文（設(shè)計）被查閱和借閱，可以采用影印、縮印或掃描等復(fù)制手段保存、匯編論文（設(shè)計）。 [保密的畢業(yè)論文（設(shè)計）在解密后應(yīng)遵守此協(xié)議] 學生簽名: 時間： 年 月 日 密級： 摘 要 本文介紹了利用三菱FX2N系列PLC對全自動洗衣機控制系統(tǒng)總體控制,闡述了控制方案。實現(xiàn)全自動洗衣機控制系統(tǒng)總體控制有多種，可以采用早期的模擬電路、數(shù)字電路或模數(shù)混合電路。近年來隨著科技的飛速發(fā)展，單片機、PLC的應(yīng)用不斷地走向深入，同時帶動傳統(tǒng)的控制檢測技術(shù)的不斷更新。本文采用日本三菱公司生產(chǎn)的FX2N-48MR型PLC 作為核心控制器進行全自動洗衣機控制系統(tǒng)的設(shè)計，并且設(shè)計出了系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖、程序指令、梯形圖以及輸入輸出端子的分配方案。同時根據(jù)全自動洗衣機控制系統(tǒng)總體控制要求和特點,確定PLC 的輸入輸出分配,并進行現(xiàn)場調(diào)試 關(guān)鍵字：PLC 全自動洗衣機控制系統(tǒng) PLC程序設(shè)計 Pick This paper describes the use of PLC FX2N mitsubishi series of automatic washing machine control system, overall control, this paper expounds the control scheme. Realize full-automatic washing machine control system has a variety of overall control, can use the analog and digital early hybrid circuit module circuit or. In recent years, with the rapid development of science and technology, the application of PLC and single-chip constantly to further, while traditional control test technology constantly updated. Based on the production FX2N mitsubishi Japan as the core 48MR - type PLC controller for automatic washing machine control system design, and the system structure and design program instruction, ladder diagram and the input and output terminals of allocation scheme. According to the overall control of automatic washing machine control system, PLC requirements and characteristics of distribution of input and output, and commissioning Key words: PLC automatic washing machine control system, PLC program design 目錄 1 引言 2 2 全自動洗衣機控制系統(tǒng)總體控制方案確定 3 2.1 總體控制方案確定 3 2.1.1 控制系統(tǒng)的比較 3 2.2.2 洗衣機的PLC控制系統(tǒng)概述 3 3 全自動洗衣機的基本結(jié)構(gòu) 5 3.1 全自動洗衣機的原理和構(gòu)造 5 3.2 洗滌脫水系統(tǒng) 7 3.3 排水和進水系統(tǒng) 7 3.4 電動機及傳動系統(tǒng) 8 4 電氣控制系統(tǒng) 9 4.1 控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu) 9 4.2 控制系統(tǒng)原理 9 4.3 檢測電路系統(tǒng) 10 5 主要器件的選擇 11 5.1 電動機的選擇 11 5.2 傳感器的選擇 11 5.3 可編程控制器外部設(shè)計 12 6 軟件設(shè)計 14 6.1 系統(tǒng)的順序功能圖設(shè)計 14 6.2 全自動洗衣機的控制要求 14 6.3 控制系統(tǒng)順序功能圖 15 6.4 控制系統(tǒng)的梯形圖設(shè)計 16 6.5 程序語句表 18 設(shè)計體會…………………………………………………………………………… 18 7 結(jié)束語 18 致謝 19 參考文獻 20 1 引言 從古到今，洗衣服都是一項難于逃避的家務(wù)勞動，在洗衣機出現(xiàn)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(fù)的簡單的體力勞動，留給人的感受常常是辛苦勞累。 1874年，“手洗時代”受到了前所未有的挑戰(zhàn)——美國人比爾布萊克斯發(fā)明了木制手搖洗衣機。 1880年，美國又出現(xiàn)了蒸汽洗衣機，蒸汽動力開始取代人力。之后，水力洗衣機，內(nèi)燃機洗衣機也相繼出現(xiàn)。 1911年，美國試制成功世界上第一臺電動洗衣機，標志著人類家務(wù)勞動自動化的開端。 1922年，電動洗衣機迎來一種嶄新的洗衣方式——攪拌式。攪拌式洗衣機由美國瑪依塔格公司研制成功。 70年代后期，微電腦控制的全自動洗衣機出現(xiàn)引領(lǐng)新的發(fā)展方向，讓人耳目一新。 90年代，由于電動機調(diào)速技術(shù)的提高，洗衣機實現(xiàn)了較寬范圍的轉(zhuǎn)速變換與調(diào)節(jié)，誕生了許多新水流洗衣機。 全自動洗衣機其特點是能自動完成洗滌，漂洗和脫水的轉(zhuǎn)換，整個過程不需要人工操作。這類洗衣機均采用套筒式結(jié)構(gòu)，其進水，排水都采用電磁閥，由程序控制器按人們預(yù)先設(shè)計好的程序不斷發(fā)出指令，驅(qū)動各執(zhí)行器件動作，整個洗衣過程自動完成。所用的程序控制器可分為電動機驅(qū)動式和單片機式。從控制方式的發(fā)展階段上分： 全自動洗衣機可分為兩大類： 第一類電動控制洗衣機，它的程序控制器由電動元件組成。 第二類是電腦控制洗衣機，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(xiàn)的自動控制類家用電器，其產(chǎn)品類型還屬于傳統(tǒng)的機械產(chǎn)品，是自動控制的初級階段。隨著計算機的及微電子技術(shù)的發(fā)展，自動控制系統(tǒng)正在逐步實現(xiàn)硬件化。因此，電動控制洗衣機將逐步退出家電舞臺。 可編程控制器是一種數(shù)字運算操作的電子系統(tǒng), 專為在工業(yè)環(huán)境下應(yīng)用而設(shè)計。它采用可編程序的存貯器, 用來在其內(nèi)部存貯執(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)字的、模擬的輸入和輸出, 控制各種類型的機械或生產(chǎn)過程. 可編程序控制器及其有關(guān)設(shè)備, 都應(yīng)按易于與各種控制系統(tǒng)形成一個整體,易于擴充其功能的原則設(shè)計。 2 全自動洗衣機控制系統(tǒng)總體控制方案確定 2.1 總體控制方案確定 2.1.1 控制系統(tǒng)的比較 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。 2.2.2 洗衣機的PLC控制系統(tǒng)概述 全自動洗衣機采用PLC控制系統(tǒng)將大大提高工作效率，和適應(yīng)工作環(huán)境的能力。在全自動洗衣機中，洗衣機洗滌、脫水程序是由單片機為中心控制系統(tǒng)工作的。首先由于單片機的指令系統(tǒng)相對復(fù)雜，編寫洗滌、脫水程序相對復(fù)雜；其次，在設(shè)計控制系統(tǒng)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 這樣增加了硬件的復(fù)雜性，隱含較高的故障率無形地增加了維修成本費用，在各種控制系統(tǒng)中廣泛運用的PLC能克服單片機的缺點。它是整體模塊，集中了驅(qū)動電路、檢測電路和保護電路以及通訊聯(lián)網(wǎng)功能。因此在運用中，硬件也相對簡單，提高控制系統(tǒng)的可靠性。另外它的編程語言也相對簡單。 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 2.2.3 PLC的設(shè)計步驟 開發(fā)應(yīng)用PLC 的設(shè)計任務(wù)分為硬件和軟件設(shè)計兩部分。硬件設(shè)計主要包括: 1）確定安排PLC 的輸入、輸出點; 2）設(shè)計外圍電路, 包括主電路; 3）選購PLC 并進行現(xiàn)場安裝接線等內(nèi)容； 軟件設(shè)計, 大多數(shù)用梯形圖和指令程序, 主要包括: 1）設(shè)計控制流程, 根據(jù)工藝要求先畫出工作循環(huán),如有必要再畫詳細的狀態(tài)流程圖; 2）根據(jù)工作循環(huán)圖, 畫出虛擬的電路圖———繼電器梯形圖;按梯形圖編寫指令程序表; 3系統(tǒng)調(diào)試: 根據(jù)設(shè)計要求, 對程序進行調(diào)試和修改, 必要時還可對硬件進行修改, 直到滿足要求； 在電腦控制的全自動洗衣機中，又存在著兩種不同的控制方式，即程序控制和模糊控制。由于控制方式的不同，兩種洗衣機在結(jié)構(gòu)和原理上都有很大的區(qū)別。程序控制洗衣機以洗衣機生產(chǎn)廠家設(shè)定的數(shù)十種操作程序為基礎(chǔ)，用戶在使用時可根據(jù)洗衣量，布質(zhì)的輕重以及衣物的臟污程度性質(zhì)等因素，選擇不同的洗衣程序。程序控制全自動洗衣機的控制按鈕很多，對程序的選擇需要有一定的洗衣經(jīng)驗。 模糊控制洗衣機以其內(nèi)部設(shè)置的各種傳感器為信息采集源，對傳感器傳回的洗衣量，衣物布質(zhì)，臟污程度以及臟污性質(zhì)信息進行模糊邏輯推理，從而自動設(shè)置相應(yīng)的洗滌參數(shù)，并對洗衣的全過程進行實時的檢測與控制。模糊控制全自動洗衣機的洗衣按鈕只有很少幾個。從控制類型上來說，模糊控制屬于智能控制，是自動控制的較高形式，代表著自動控制的發(fā)展方向。但是，受自動控制水平的限制，目前的模糊控制洗衣機還不能實現(xiàn)全功能上的模糊控制，另外由于使用了各種傳感器和模糊邏輯控制器，使模糊控制洗衣機的成本遠高于程序控制洗衣機。故一般不采用。 3 全自動洗衣機的基本結(jié)構(gòu) 3.1 全自動洗衣機的原理和構(gòu)造 全自動洗衣機在結(jié)構(gòu)上大致可分為3中類型，即波輪式，滾筒式和攪拌式。我國的洗衣機在結(jié)構(gòu)上主要有波輪式和滾筒式兩類，產(chǎn)品的類型以波輪式為主，其他類型為輔。首先做一下比較： 滾筒式洗衣機具有如下性能： 1）更好的軟化衣物纖維，減小洗滌過程中衣物的損傷和變形，并且還可以使洗后的衣物柔軟而蓬松。 2）提高溫度來洗滌可充分溶解洗衣粉，加快洗衣粉中弱酸性物質(zhì)與污物的化學反應(yīng)速度，提高洗衣粉中酶的活性，同時有利于溶解汗?jié)n，血漬，降低灰塵，油污的粘附作用，從而可在同樣的洗凈比下大幅度降低洗滌過程對機械力的需求。 3）溫度高有利于污物在水中的擴散。 4）高溫能有效的殺死一些細菌。 沒有加溫的洗滌的波輪式洗衣機無論怎樣的水流，要達到一定的洗凈比，都必須有足夠的機械力，而機械力對衣物是由損傷的，這就決定了波輪式洗衣機的磨損率大大高于滾筒式洗衣機。 各種新水流基本原理是一樣的，就是盡量以紊亂的水流減小衣物的纏繞，增大水流的沖刷力以用于洗滌，與以前依靠衣物與桶壁和衣物相互之間的摩擦方式相比，水流沖刷對衣物的損傷較小。 滾筒式洗衣機有如下特點： 1）磨損低，沒有纏繞，機械傳動部分簡單可靠，壽命長于波輪式洗衣機。 2）自動化程度高，可以自動投放洗衣粉，漂白粉等，為不同質(zhì)地的棉制品，化纖制品，羊毛制品設(shè)計了不同的洗滌程序和洗滌溫度，使洗滌更為科學。設(shè)有防皺浸泡功能，可將洗好的衣物浸泡在清水里，到晾曬前再甩干，避免衣物甩干后不能及時取出晾曬而起皺。 1） 省水，省洗衣粉。滾筒式洗衣機不需要水位高過衣物，從而可節(jié)約用水，并可減少洗衣粉的投放量。 2） 高溫洗滌有一定的滅菌作用。 3） 洗滌過程噪聲小，滾筒式洗衣機屬封閉式洗滌，可以有效屏蔽內(nèi)桶轉(zhuǎn)動聲和水流聲；而波輪式洗滌的水流聲，脫水內(nèi)桶轉(zhuǎn)動聲是不可避免的且剎車裝置和電磁閥動作聲音也很大。 由于滾筒式洗衣機的價格大大高于波輪式洗衣機，所以波輪式洗衣機仍然受到普遍歡迎。波輪式洗衣機的特點： 1） 水流方面?，F(xiàn)在波輪式全自動洗衣機出現(xiàn)了一種新水流的形式。如LG的拳擊棒，松下的雙瀑布，榮事達的網(wǎng)絡(luò)水流等都采用了這種水流。 2） 程序控制器。新推出的波輪式全自動洗衣機均采用單片機程序控制器，原來的機械式程序控制器基本上已被淘汰。各廠家生產(chǎn)的各種型號的波輪式全自動洗衣機的控制程序有所不同。如在模糊控制的洗衣機中，單片機通過采集水位傳感器，布量傳感器，光傳感器的信號以及電動機的轉(zhuǎn)速，判斷出衣物的質(zhì)地，多少，贓物程度，從而自動調(diào)整對衣物進行合理的洗滌。 3） 不銹鋼內(nèi)桶。波輪式洗衣機采用了不銹鋼內(nèi)桶，減小衣物和內(nèi)桶壁摩擦力，從而減輕衣物的磨損。 4） 同心洗。同心洗是直接把電動機軸與洗衣桶主軸同心安裝，直接驅(qū)動。使洗滌和脫水時洗衣桶振動減小，噪聲降低。 5） 變頻波輪式洗衣機可以對不同質(zhì)地的衣物自動選擇不同的電動機轉(zhuǎn)速，從而給不同質(zhì)地的衣物以恰當?shù)南礈鞆姸?，在保證洗得干凈的同時，也最大限度地降低衣物的磨損。同時還可以在脫水甩干時，由慢到快地啟動，使衣物在桶內(nèi)分布均勻，脫水效果好，同時由于衣物均勻分布在洗衣桶的四周，洗衣桶的重心落在軸心上，可以減小振動，降低噪聲，但是價格較貴。 波輪式全自動洗衣機通常都采用將洗滌（脫水）桶套裝在盛水桶內(nèi)的同軸套桶式結(jié)構(gòu)，雖然它們各自牌號和型號都不同，但其結(jié)構(gòu)都是由洗滌，脫水系統(tǒng)，進，排水系統(tǒng)，電動機和傳動系統(tǒng)，電器控制系統(tǒng)以及支撐機構(gòu)5大部分組成的。支撐機構(gòu)主要有箱體，吊桿及控制臺組成，它除了安裝和連接洗衣機的各種零件外，還具有減振及防護，裝飾的作用。如圖所示：全自動套筒洗衣機內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖。 圖2 全自動套筒洗衣機內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖 3.2 洗滌脫水系統(tǒng) 它主要有盛水桶，洗滌桶和波輪組成。盛水桶又稱為外桶，主要用來盛放洗滌液。盛水桶固定在鋼制底板上，通過4根吊桿懸掛在洗衣機箱體上。電動機，離合器，排水閥等部件都裝在桶底下面。洗滌桶又稱為脫水桶或者離心桶，也稱為內(nèi)桶，它的主要功能是用來盛放衣物，在洗滌或漂洗時配合波輪完成洗滌或漂洗功能，在脫水時便成為離心式的脫水桶。波輪是全自動洗衣機中對衣物產(chǎn)生機械作用的主要部件。按波輪的形狀來分，基本上有小波輪（直徑在160mm左右）的渦卷式水流和大波輪（直徑在300mm左右）新水流兩類。 3.3 排水和進水系統(tǒng) 波輪式全自動洗衣機的進排水系統(tǒng)都采用了電磁閥控制。為了對桶內(nèi)的水位進行檢測和控制，洗衣機上都安裝有水位控制器（水位開關(guān)）。波輪式全自動套桶洗衣機使用最多的水位開關(guān)是空氣壓力式開關(guān)，主要有氣壓傳感器裝置，控制裝置及電觸點開關(guān)3部分組成，用來監(jiān)視水位的高低。此外電磁閥分進水和排水電磁閥，進水電磁閥是洗衣機上的自動進水開關(guān)，它受水位開關(guān)動斷觸點的控制。而排水電磁閥是全自動洗衣機上的自動排水裝置，同時還起改變離合器工作狀態(tài)。進水、排水電磁閥是采用電流流過線圈形成磁場的原理，洗衣機電磁閥在進，排水時使用，220V交流電壓與電磁閥線圈接通，形成磁場，電磁線圈吸合。自動打開香蕉閥門，洗衣機里的水就順著管道流出去了。斷電后，電磁閥線圈失去電流，磁場消失，電磁鐵松開，橡膠閥門自動關(guān)閉，洗衣機里的水就流不出去了。 3.4 電動機及傳動系統(tǒng) 波輪式全自動套桶洗衣機的電動機及傳動系統(tǒng)主要由電動機和離合器組成，離合器又有普通離合器和減速離合器兩種。其中普通離合器用在采用小波輪的套桶洗衣機上，這種洗衣機在洗滌或者漂洗時波輪的轉(zhuǎn)速和脫水時離心桶的轉(zhuǎn)速相同，目前各種大波輪新水流套桶洗衣機普遍采用減速離合器，它在洗滌，漂洗時波輪的轉(zhuǎn)速較慢，而脫水時離心桶的轉(zhuǎn)速較快。電動機同時作為洗滌和脫水時的動力源，普遍采用主，副繞組完全對稱的電容式電動機。由于一般全自動套桶洗衣機的額定洗滌容量較大，因此電動機的功率較大。采用減速離合器的全自動套桶洗衣機傳動系統(tǒng)的原理如圖所示： 圖3 采用減速離合器的全自動套桶洗衣機傳動系統(tǒng)的原理圖 電動機與固定在離合器下端的大傳動帶盤之間用V帶傳動。經(jīng)第一級減速后大傳動帶盤得到150r/min的轉(zhuǎn)速。當洗衣機處于洗滌或漂洗狀態(tài)時，再經(jīng)離合器內(nèi)部的行星齒輪減速后，使波輪得到175r/min低轉(zhuǎn)速。此時，洗滌（脫水）桶不動。當洗衣機處于脫水狀態(tài)時，離合器輸出的是未經(jīng)減速的850r/min的高轉(zhuǎn)速，驅(qū)動脫水桶和波輪作同步高速運轉(zhuǎn)。對于使用普通離合器的小波輪套桶洗衣機來說，有區(qū)別的僅僅是離合器內(nèi)部沒有行星齒輪減速機構(gòu)，因此在洗滌或漂洗時其波輪的轉(zhuǎn)速與脫水時的轉(zhuǎn)速時相同的。 4 電氣控制系統(tǒng) 4.1 控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu) 波輪式全自動洗衣機的電氣控制系統(tǒng)由于洗衣機型號的不同而不盡相同，但電氣控制系統(tǒng)主要有程序控制器，電動機，進水電磁閥，排水電磁閥，水位開關(guān)，安全開關(guān)及各種功能選擇開關(guān)等組成的，控制的基本原理也都一樣。全自動洗衣機能實現(xiàn)洗衣的自動化，整個洗衣過程都是在程序控制器的“指揮”下進行的。如把離合器比作全自動套桶洗衣機的心臟，則程序控制器就是全自動洗衣機的“大腦”。如圖所示以程序控制器為核心的波輪式全自動套桶洗衣機控制系統(tǒng)的基本原理方框圖。 圖4 波輪式全自動套桶洗衣機控制系統(tǒng)的基本原理方框圖 4.2 控制系統(tǒng)原理 程序控制器中存儲著多種程序，一旦通過選擇開關(guān)選好某種程序后，程序控制器便按這種程序自動實施對電動機，進水和排水電磁閥的控制。安全開關(guān)又稱為蓋開關(guān)，在洗衣機運行過程中起安全保護作用，它的功能為：在洗衣機工作時誤開蓋，安全開關(guān)便會切斷電動機電源，自動中斷程序；在脫水過程中如桶內(nèi)衣物擺放不均勻而產(chǎn)生大幅度振動時，安全開關(guān)自動中斷脫水過程，啟動蜂鳴器。按照采用的程序控制器的不同，波輪式全自動套桶洗衣機的電氣控制電路可分為電動機驅(qū)動式程序控制器和單片機式程序控制器電路。電動機驅(qū)動式程序控制器又稱為機械式程序控制器，它具有程序組合量大，工作可靠，抗干擾能力強，而且能直接控制較大電流等優(yōu)點，單片機程序控制器具有結(jié)構(gòu)緊湊，操作簡便，功能齊全，運行可靠等優(yōu)點。目前，機械式程序控制器基本上已被淘汰。用PLC（單片機）控制的全自動洗衣機各種動作典型的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖所示： 圖5 全自動洗衣機各種動作典型的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖 PLC在系統(tǒng)中是處于中心位置，水位開關(guān)的PLC的輸入信號控制開關(guān)，進水閥，排水閥和電動機是洗衣機各種動作的執(zhí)行機構(gòu)。其中進水閥和排水閥由PLC給定信號來決定其工作狀態(tài)；電動機的工作狀態(tài)也由控制中心PLC給定信號來決定，而電動機的正反轉(zhuǎn)狀態(tài)直接決定了洗衣機的洗滌狀態(tài)和脫水狀態(tài)。 4.3 檢測電路系統(tǒng) 檢測電路主要由各類傳感器組成。在洗衣過程中起決定作用的物理量有衣量、衣質(zhì)、水位、水溫和渾濁度等,這些物理量都需要有適當?shù)膫鞲衅鱽慝@取信息,并轉(zhuǎn)換成PLC能接收的電信號。 1）水位傳感器 水位檢測的精度直接影響洗凈度、水流強度、洗滌時間等參數(shù)。 2）渾濁度傳感器 人工洗衣時可以隨時用眼睛檢查衣物是否洗凈，但在洗滌桶內(nèi)的衣物不斷地進行翻滾運行，無法直接撿測衣物的洗凈程度。全自動洗衣機通過采用光傳感器檢測洗滌液的透光率，從而間接撿測了洗凈程度。在洗衣機排水管兩側(cè)分別安裝紅外發(fā)光管和光電接收管。洗滌前，排水管中充滿清水，光電接收管受光導(dǎo)通，以此時光敏三極管輸出電壓為設(shè)定值。洗滌開始后，衣物上的污垢不斷地擴散到洗滌液中， 洗滌液逐漸變渾濁，致使透光率降低．相應(yīng)地，光敏三極管的輸出電壓也隨之下降。經(jīng)過一段時間后，該輸出電壓趨于穩(wěn)定值，洗滌過程結(jié)束，然岳進漂洗階段。 3）衣質(zhì)傳感器 衣質(zhì)傳感器又叫布質(zhì)傳感器，它是為檢測衣物的質(zhì)地而設(shè)置的。根據(jù)衣物纖維中棉纖維、化學纖維所占比例的大小，衣物的布質(zhì)分為“柔軟棉”、“較硬棉”、“棉與化纖”以及“化纖”四個擋 。 4）衣量傳感器 衣量傳感器又稱衣物負載傳感器，它是用來檢測洗衣時衣物量多少的。當洗滌桶內(nèi)注入一定量的清水后將衣物放入桶內(nèi)，這時讓驅(qū)動電機以斷續(xù)通電運轉(zhuǎn)的方式工作一分鐘左右。利用電機繞組上產(chǎn)生的感應(yīng)電動勢，經(jīng)光電隔離及比較整型，產(chǎn)生脈沖信號。這種矩形脈沖數(shù)目與電機慣性轉(zhuǎn)過的角度成比例。若衣物多，則電機受到的阻力大，電機慣性轉(zhuǎn)過的角度就小，相應(yīng)地，傳感器產(chǎn)生的脈沖就少，這樣就間接地“測量 出了衣物量的多少。下一步需要做的就是，根據(jù)衣物量來設(shè)定水位。 衣質(zhì)傳感器和衣量傳感器是同一個裝置，只是檢測的方法不同。在進行衣質(zhì)檢測時。首先使洗滌桶內(nèi)的水位比設(shè)定水位低一個擋級，然后仍按照測衣物量的方法讓驅(qū)動電機以通斷電的方式工作一段時間。檢測每次斷電期間衣量傳感器發(fā)出的脈沖數(shù)并求其平均值。用測衣量時得到的脈沖數(shù)減去測衣質(zhì)時得到的脈沖數(shù)，二者之差即可以判別衣質(zhì)。若桶內(nèi)的衣物棉纖維所占比例大，脈沖數(shù)差就大，若化學纖維所占比例大脈沖數(shù)差就小。 5）水溫傳感器 適當?shù)南匆聹囟扔欣谖酃傅淖兓??？梢蕴岣呦礈煨Ч?。水溫傳感器裝在洗滌桶的下部。以熱敏電阻為檢測元件。測定打開洗衣機開關(guān)時的溫度為環(huán)境溫度，注水結(jié)束時的溫度為水溫，將所測溫度信號輸給PLC。 5 主要器件的選擇 5.1 電動機的選擇 由于家庭提供的電源限制故選單相電容運轉(zhuǎn)式異步電動機。以3.6公斤全自動洗衣機為例，由于全自動洗衣機的脫水桶直徑較大，這一偏心不能不考慮，所以計算時應(yīng)以洗滌物可能產(chǎn)生前最大偏心為計算依據(jù)。脫水時電機功率比洗滌時要大，在確定電機功率時應(yīng)以脫水時消耗的功率為依據(jù)，也就是說脫水時電機功率就是該洗衣機所確定的電機額定功率。由于在計算時一些因素如電機轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)動慣量等沒考慮，造成一些偏差，所以3.6公斤全自動洗衣機電機額定功率選為180瓦。符合全自動洗衣機的功率范圍120W～250W。 故選擇YY104-180型號單相電容運轉(zhuǎn)式電動機，功率180瓦,額定電壓220V，轉(zhuǎn)速1350r/min，電流1.7A。 5.2 傳感器的選擇 5.2.1 水溫傳感器的選擇 水溫檢測可用熱敏電阻或MTS102 半導(dǎo)體溫度檢測器。洗衣機水溫一般為4 ℃～40 ℃,在該溫度范圍內(nèi)MTS102線性好,溫度敏感,水溫檢測常選用它。 5.2.2 水位傳感器的選擇 對于PLC控制的洗衣機,要求水位的檢測必須是連續(xù)的,諧振式水位傳感器是利用電磁諧振電路LC 作為傳感器的敏感元件,將被測物體的變化轉(zhuǎn)變?yōu)長C 參數(shù)的變化,最終以頻率參數(shù)輸出。其工作原理是將水位的高低通過導(dǎo)管轉(zhuǎn)換成一個測試內(nèi)腔氣體變化的壓力,驅(qū)動內(nèi)腔上方的一塊隔膜移動,帶動隔膜中心的磁芯在某線圈內(nèi)移動,從而線圈電感發(fā)生變化。由此引起諧振電路的固有頻率隨水位變化。故常采用諧振式水位傳感器。 5.2.3 渾濁度傳感器的選擇 渾濁度傳感器主要采用紅外光電傳感器。由紅外發(fā)射管發(fā)出一定強度的紅外光,紅外接收管在溶液的另一側(cè)接收紅外線。紅外線在溶液中透光性的大小就決定接收方產(chǎn)生光電電流的大小,光電流經(jīng)整形放大和數(shù)據(jù)處理后,就可以判斷出水的渾濁程度。 5.2.4 衣質(zhì)傳感器的選擇 衣質(zhì)的檢測一般在洗滌之前，且主要用來測定所洗衣物屬于棉類還是化纖類。在一定水位的前提下不同的衣物成分不同,其布阻抗就不同。為了測出衣質(zhì),先加入一定的水并讓電機轉(zhuǎn)動,突然切斷電源,由于慣性作用電機會維持短時間旋轉(zhuǎn)。此時電機處于發(fā)電機狀態(tài),會產(chǎn)生一定感應(yīng)電勢并逐漸衰減到零。由于衰減速率與布阻抗有一定的線性關(guān)系,通過對定子繞組兩端電熱進行整流和檢測,經(jīng)光電隔離后形成脈沖,脈沖信號多，則布阻抗小,反之亦然。經(jīng)過幾次測量就可以判斷出布阻抗,通過推理得出衣質(zhì)。故選擇電阻傳感器。 5.3 可編程控制器外部設(shè)計 5.3.1 可編程控制器的選擇 根據(jù)輸入信號及輸出信號的數(shù)量，經(jīng)過初略計算， 輸人點數(shù)為6點，輸出點數(shù)為6點；輸人、輸出信號都是數(shù)字量。增加20%備用量，以便隨時增加控制功能： 輸入點數(shù)為： 6(1+20%)=7.2 輸出點數(shù)為： 6(1+20%)=7.2 根據(jù)I/O點數(shù)，可選松下FP0-C16型可編程控制器，其輸入點8點，輸出點8點，擴展模塊可用點數(shù)為16點。 5.3.2 可編程控制器I/O口分配 輸入 啟動 高水位傳感器 低水位傳感器 渾濁度傳感器 衣質(zhì)傳感器 停止 PLC輸入 X0 X1 X2 X3 X4 X5 輸出 Y0 Y1 Y2 Y6 Y3 Y7 Y4 Y5 PLC輸出 報警器 進水控制閥 正轉(zhuǎn)高速洗滌 正轉(zhuǎn)低速洗滌 反轉(zhuǎn)高速洗滌 反轉(zhuǎn)低速洗滌 排水控制閥 脫水 圖6 可編程控制器I/O口分配表 5.3.3 外圍接線圖 圖7 可編程控制器外圍接線圖 洗衣機要實現(xiàn)衣服的洗滌，漂洗和脫水，就要通過上述動作來實現(xiàn)，而這些動作可以通過PLC控制來實現(xiàn)。同時加上開關(guān)和按鈕，數(shù)碼管顯示器，蜂鳴報警器和欠電壓檢測保護電路等，就可以形成完整的PLC控制系統(tǒng)。通過軟件編程達到對整個洗衣過程進行檢測控制和用戶交互。 此外，在少數(shù)全自動洗衣機上，以繼電器作各電氣工作部件驅(qū)動電路的電源開關(guān)，由PLC控制繼電器觸點開關(guān)的通斷，實現(xiàn)洗衣機的程序運轉(zhuǎn)。 6 軟件設(shè)計 6.1 系統(tǒng)的順序功能圖設(shè)計 全自動洗衣機工作原理：全自動洗衣機的洗衣桶(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。該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，通過電動控制系統(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)桶正轉(zhuǎn)進行甩干。高、低水位開關(guān)分別用來檢測高、低水位。啟動按鈕用來啟動洗衣機工作。停止按鈕用來實現(xiàn)手動停止進水、排水、脫水及報警。排水按鈕用來實現(xiàn)手動排水。 6.2 全自動洗衣機的控制要求 1）PLC投入運行，系統(tǒng)處于初始狀態(tài)準備好啟動； 2）啟動時開始進水； 3）水滿(上限位)時停止進水并開始洗滌正轉(zhuǎn)； 4）正轉(zhuǎn)30s后暫停； 5）暫停2s后開始洗滌反轉(zhuǎn)； 6）反轉(zhuǎn)30s后暫停； 7）暫停2s后，若正、反轉(zhuǎn)未滿5次時，返回從正洗開始的動作； 8）暫停5s后，若正、反洗滌滿5次時則開始排水； 9）水位下降到低水位時開始脫水井繼續(xù)排水； 10）脫水30s即完成一次從進水到排水的大循環(huán)過程； 11）若完成2次大循環(huán)，洗完報警3s后自動停機； 12）可以按“停止”按鈕實現(xiàn)手動停止進水、排水、脫水及報警； 13）可以按“排水”按鈕實現(xiàn)手動排水； 6.3 控制系統(tǒng)順序功能圖 圖 9 全自動洗衣機控制系統(tǒng)順序功能圖 PLC 投入運行，系統(tǒng)處于初始狀態(tài)，準備好啟動。按下啟動按鈕時開始進水，水滿(即水位到達高水位)時停止進水，2s后開始正轉(zhuǎn)洗滌。正轉(zhuǎn)洗滌30s后暫停，暫停2s后開始反轉(zhuǎn)洗滌。反轉(zhuǎn)洗滌30s 后暫停，暫停2s 后，若正、反洗滌未滿5 次，則返回從正轉(zhuǎn)洗滌開始的動作; 若正、反洗滌滿5 次時，則開始排水。排水水位若下降到低水位時，開始脫水并繼續(xù)排水。脫水30s即完成一次從進水到脫水的工作循環(huán)過程。若未完成2 次大循環(huán)，則返回從進水開始的全部動作，進行下一次大循環(huán); 若完成了2 次大循環(huán)，則進行洗完報警。報警3s結(jié)束全部過程，自動停機。若按下停止按鈕，可以手動排水和手動脫水。 6.4 控制系統(tǒng)的梯形圖設(shè)計 圖10 PLC控制系統(tǒng)的梯形圖 按下啟動按鈕S1，X0 動合觸點閉合，內(nèi)部輔助繼電器R10得電為“1”，同時R10動合觸點閉合自鎖; R10動合觸點閉合使輸出繼電器Y1 得電為“1”，進水閥打開，開始注水。到高水位檢測傳感器，K1 閉合，使其動斷觸點X1 斷開，進水閥關(guān)閉; 同時X1動合觸點閉合，計時器T0開始通電計時，2s 后T0 動合觸點閉合，輸出繼電器Y2 得電為“1”，洗衣機開始正轉(zhuǎn)洗滌；同時計時器T1 得電，30s 后T1 動斷觸點斷開，Y2 斷電，正轉(zhuǎn)洗滌停止。同時T1 動合觸點閉合，計時器T2得電，2s后T2動合觸點閉合，輸出繼電器Y3得電為“1”，洗衣機開始反轉(zhuǎn)洗滌，同時計時器T3得電，30s后T3動合觸點閉合，T4 得電，2s 后T4 動合觸點閉合，計數(shù)器CT100 計數(shù)1 次; T4 動斷觸點斷開，計時器T0、T1、T2、T3、T4 失電復(fù)位，T4失電后其動斷觸點恢復(fù)閉合，T0得電，2s后，Y2得電，開始正轉(zhuǎn)洗滌，如此循環(huán)5次，計數(shù)器CT100計數(shù)5次后，C100 動合觸點閉合，輸出繼電器Y4 得電為“1”，排水閥打開排水，待排水至低水位檢測開關(guān)K2時，輸入繼電器X2動斷觸點斷開，Y4 失電為“0”，停止排水，同時X2 動合觸點閉合，輸出繼電器Y5 得電為“1”，脫水電機運轉(zhuǎn)，開始脫水，同時計時器T5 得電，30s 后T5 動斷觸點斷開，Y5 失電為“0”，脫水停止; 同時T5 動合觸點閉合，計數(shù)器CT101計數(shù)1 次。同時T5 動合觸點閉合，使高水位進水閥打開注水，開始第2 次大循環(huán)，第2 次大循環(huán)結(jié)束后，計數(shù)器CT101 動合觸點閉合，輸出繼電器Y0 得電為“1”，報警器報警，同時計時器T6 得電，3s 后T6 動斷觸點斷開，Y0 失電為“0”，報警停止，自動洗衣過程完成。其中S2為手動排水按鈕，S3為手動脫水按鈕，S4 為手動停止按鈕。 6.5 程序語句表 圖11程序語句表 畢業(yè)設(shè)計體會 經(jīng)過一個多月的努力我的畢業(yè)設(shè)計終于完成了,但是現(xiàn)在回想起來做畢業(yè)設(shè)計的整個過程，頗有心得，其中有苦也有甜，艱辛同時又充滿樂趣,不過樂趣盡在其中！通過本次畢業(yè)設(shè)計，沒有接受任務(wù)以前覺得畢業(yè)設(shè)計只是對這幾年來所學知識的單純總結(jié)，但是通過這次做畢業(yè)設(shè)計發(fā)現(xiàn)畢業(yè)設(shè)計不僅是對前面所學知識的一種檢驗，而且也是對自己能力的一種提高。 這次畢業(yè)設(shè)計要求設(shè)計一個全自動洗衣機控制，自行設(shè)計這對我將來踏上工作崗位是非常有幫助的。盡管上一屆的同學已經(jīng)完成的非常出色，但是我仍然希望通過自己的努力完成設(shè)計并希望有所突破。這也是我對自己的考驗。于是本次設(shè)計過程中我完全按照軟件設(shè)計步驟的要求來進行，從課題分析開始，再進行總體設(shè)計、詳細設(shè)計,最后到系統(tǒng)實現(xiàn)。每一步都讓我將理論學習的知識應(yīng)用到實踐中去。也使我掌握了一整套規(guī)范的設(shè)計操作流程。 在課題分析階段，由于本次是設(shè)計一個PLC控制系統(tǒng)，所以對其中的PLC的工作分析尤為重要。對指導(dǎo)老師提供的資料必須要吃透。這是關(guān)鍵，從查閱資料、提出問題，到慢慢一一解決問題，老師給了我很大的幫助。 在總體設(shè)計階段，由于課題分析做的比較全面，很快就對系統(tǒng)的功能，控制機制有了充分的認識，形成了裝備流水線的控制 詳細設(shè)計階段，首先考慮各電路模塊的主要功能及軟件的設(shè)計，分別進行安裝調(diào)試。其次，將寫好的程序進行上機調(diào)試，這時就遇到了非常大的困難，煩瑣的接口采集數(shù)據(jù),分析數(shù)據(jù),檢測，調(diào)用，很容易出錯。 最后，系統(tǒng)運行環(huán)節(jié)。對已完成的程序和硬件系統(tǒng)相結(jié)合。調(diào)試時，由于控制邏輯上出現(xiàn)了一點問題，使得硬件和軟件不能完全統(tǒng)一。當時我心里是非常焦急的，這一出錯也意味著前功盡棄。然而，在指導(dǎo)老師的分析與鼓勵下，我重新糾錯找到了錯誤并改正。使我意識到今后不論遇到什么情況都要分析原因，列出可能的情況后，沉著應(yīng)對，必然能“化險為夷”。 下面我對整個畢業(yè)設(shè)計的過程做一下簡單的總結(jié)。 第一，接到任務(wù)以后進行選題。選題是畢業(yè)設(shè)計的開端，選擇恰當?shù)?、感興趣的題目. 第二，題目確定后就是找資料了。查資料是做畢業(yè)設(shè)計的前期準備工作，到圖書館、書店、資料室去雖說是比較原始的方式，但也有可取之處的?？傊?，不管通過哪種方式查的資料都是有利用價值的，要一一記錄下來以備后用。 第三，通過上面的過程，已經(jīng)積累了不少資料，對所選的題目也大概有了一些了解，這一步就是在這樣一個基礎(chǔ)上，綜合已有的資料來更透徹的分析題目。 第四，有了研究方向，就要動手實現(xiàn)。編寫源代碼的時候最好是編寫一個小模塊就進行調(diào)試，這樣可以避免設(shè)計的最后出現(xiàn)太多的錯誤而亂成一團糟。一步步地做下去之后，你會發(fā)現(xiàn)要做出來并不難，只不過每每做一會兒會發(fā)現(xiàn)一處錯誤要修改，就這樣在不斷的修改調(diào)試，再修改再調(diào)試。 第五, 寫論文能提升以下幾個方面的能力: 1、文字表述:論文里的語言非常講究，這方面需要繼續(xù)加強。 2、交流、討論:文章的大致內(nèi)容寫完后，一定要和老師、其他同學多交流，讓他們多提點建議。一些計量軟件使用方法，可以向?qū)W長們請教。 3、細心:模型公式編輯、標點符號、文章各段格式等，都需要細心。 4、搜索:需要搜索很多資料，如何在短時間找到你想要得資料，得在搜索關(guān)鍵詞上有所設(shè)置才行。一些好的統(tǒng)計數(shù)據(jù)網(wǎng)站，需要隨時記錄下來，以便日后繼續(xù)使用。 我的心得也就這么多了，總之，這次畢業(yè)設(shè)計讓我學習到很多。雖然結(jié)束了，但這只能是一個開始。今后作為技術(shù)員，要學習的規(guī)范，程序設(shè)計語言還有很多。怎樣使自己從普通的PG升為SE，在微型計算機控制領(lǐng)域，要學的實在太多，僅大學生涯所學實在有限。我們只有對自己有了更高的要求，才能作為動力不斷取得新的成績! 不管學會的還是學不會的的確覺得困難比較多，真是萬事開頭難，不知道如何入手。 在此要感謝我的指導(dǎo)老師聶老師對我悉心的指導(dǎo)，感謝老師給我的幫助。在設(shè)計過程中，我通過查閱大量有關(guān)資料，與同學交流經(jīng)驗和自學，并向老師請教等方式，使自己學到了不少知識，也經(jīng)歷了不少艱辛，但收獲同樣巨大。在整個設(shè)計中我懂得了許多東西，也培養(yǎng)了我獨立工作的能力，樹立了對自己工作能力的信心，相信會對今后的學習工作生活有非常重要的影響。而且大大提高了動手的能力，使我充分體會到了在創(chuàng)造過程中探索的艱難和成功時的喜悅。雖然這個設(shè)計做的也不太好，但是在設(shè)計過程中所學到的東西是這次畢業(yè)設(shè)計的最大收獲和財富，使我終身受益。 7 結(jié)束語 該系統(tǒng)采用PLC 為控制核心結(jié)構(gòu)合理、測試方法可靠，它具有較強的靈活性，提高了設(shè)備運行的可靠性，縮短產(chǎn)品開發(fā)周期，保證新產(chǎn)品各項技術(shù)開發(fā)的同步性，提高了勞動效率，達到了良好的經(jīng)濟效果。 此外，PLC 可以重復(fù)使用，降低了測試經(jīng)費。它的靈活性、操作方便性也方便測試者隨時輸入、調(diào)試和修改控制程序。PLC 又設(shè)有串行接口，方便地與計算機進行連接，組成測控系統(tǒng)，給系統(tǒng)的維護和使用帶來了很大方便。 參考文獻 [1] 魏志精.可編程控制器應(yīng)用基礎(chǔ)【M】．電子工業(yè)出版社,2003 [2] 周恩濤.可編程控制器原理及其在液壓系統(tǒng)中的應(yīng)用【M】．機械工業(yè)出版社． [3] 潘月琴.全自動洗衣機的維修【M】．北京科學技術(shù)出版社,2004 [4] 廖常初.PLC基礎(chǔ)及應(yīng)用．北京：機械工業(yè)出版社,2003 [5] 李國厚.PLC原理及應(yīng)用設(shè)計.化學工業(yè)出版社,2005 [6] 潘海燕.波輪式全自動洗衣機的單片控制[J].電子世界，2003（3） [7] 吳存宏.淺談PLC在全自動洗衣機中運用[J].設(shè)計與開發(fā),1999 [8] 王玉梅.全自動洗衣機的模糊控制系統(tǒng)[J].濰坊學院學報,2000 [9] 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