1、洛阳理工学院毕业设计（论文）IPLC 在全自动洗衣机控制系统中的应用摘 要随着社会经济的发展和科学技术水平的提高，全自动化成为必然的发展趋势。全自动洗衣机的产生极大的方便了人们的生活。洗衣机是国内家电业唯一不打价格战的行业，经过几年的平稳发展，国产洗衣机无论在质量上还是功能上都和世界领先水平同步。纵观洗衣机市场，高效节能、省水、省电、环保型洗衣机一直在市场上占主导地位。PLC 的优点是：可靠性高，耗电少，适应性强，运行速度快，寿命长等，为了进一步提高全自动洗衣机的功能和性能，避免传统控制的一些弊端，就提出了用 PLC 来控制全自动洗衣机这个课题。本设计介绍了采用西门子 S7-200 进行编程并
2、且利用计算机组态软件组态王进行组态监控的全自动洗衣机控制系统。本设计全面讲解了根据全自动洗衣机的工作原理，利用 PLC 对其进行控制，并介绍了详细的硬件及软件设计方法，以及建立组态监控的步骤，最终实现了全自动洗衣机的基本功能。关键词：PLC ，西门子，洗衣机，自动洛阳理工学院毕业设计（论文）IIThe application of PLC in the automatic washing machine control systemABSTRACTWith the improvement of socio-economic development and scientific and tech
3、nological level, the automation has become an inevitable trend. Automatic washing machine is a great convenience to peoples lives. The washing machine is a domestic appliance industry which is the only industry who does not make a price competition, after several years of steady development ,the dom
4、estic washing machine has come up with the worlds leading level synchronization in quality and functionality. Throughout the washing machine market, energy efficient, water-saving, energy saving, environment-friendly washing machine has been the market dominated.PLCs advantages are: high reliability
5、, low power consumption, adaptability, speed, long life, etc. In order to improve the functionality and performance of the automatic washing machine further, to avoid some drawbacks of the conventional control, it is proposed to control with PLC the subject of automatic washing machines. This design
6、 introduces a Siemens S7-200 programming and PC configuration software configuration to configuration monitoring, automatic washing machine control system. The design fully explain the steps of the automatic washing machine works, using PLC to control itself, and describes the details of the hardwar
7、e and software design methods, as well as to create a configuration monitoring and eventual realization of the basic functions of the automatic washing machine.KEY WORDS: PLC, Siemens, washing machine, automatic洛阳理工学院毕业设计（论文）III目 录前 言 .1第 1 章 绪论 .21.1 全自动洗衣机的研究背景 .21.2 全自动洗衣机研究的目的与意义 .21.3 洗衣机发展状况和前
8、景 .31.4 本课题研究的主要内容 .7第 2 章 系统硬件设计 .82.1 全自动洗衣机的原理和构造 .82.1.1 全自动洗衣机总体构造 .82.1.2 洗涤脱水系统 .82.1.3 排水和进水系统 .92.1.4 电动机及传动系统 .92.2 元件选择 .92.2.1 输入元件选择 .92.2.2 输出元件选择 .102.2.3 电动 机的选择 .112.2.4 PLC 的选择 122.3 I/O 地址分配表 132.3.1 输入地址分配表 .132.3.2 输出地址分配表 .142.3.3 内部元件地址分配表 .152.4 硬件连线图 .152.4.1 主电路电气原理图 .152.4
9、.2 I/O 外部接线图 16第 3 章 系统软件设计 .183.1 系统控制要求 .183.2 系统设计总流程图 .183.3 系统程序编写与分析 .203.3.1 启动停止及进水控制 .20洛阳理工学院毕业设计（论文）IV3.3.2 洗衣机洗涤控制 .213.3.3 排水及脱水控制 .233.3.4 洗衣机报警控制 .263.3.5 洗衣机指示灯控制 .27第 4 章 硬件软件仿真分析 .284.1 程序调试 .284.2 程序仿真 .28第 5 章 系统组态设计 .305.1 组态王软件介绍 305.2 组态监控设计 .305.2.1 创建新工程 .305.2.2 定义 I/O 设备 3
10、15.2.3 构建数据词典 .325.2.4 组态画面建立与动画连接 .335.3 组态设计的运行和调试 .355.3.1 启动及进水监控 .365.3.2 正转及反转监控 .365.3.3 排水及脱水监控 .385.3.4 报警监控 .39结 论 .41谢 辞 .42参考文献 .43附 录 .44外文资料翻译 .48洛阳理工学院毕业设计（论文）1前 言可编程控制器是以计算机为核心的通用自动控制装置，它的功能强、可靠性极强、编程简单、使用方便、体积小。现已广泛应用于工业控制的各个领域，它以微处理器为核心，用编写的程序进行逻辑控制、定时、记数和算术运算等，并通过数字量和模拟量的输入/输出来控制机
11、械设备或生产过程。 PLC 可控制编程器是一种数字运算操作的电子系统，专为工业环境应用而设计的，它采用一类可编程存储器，用于其内部存储程序，执行逻辑运算，顺序控制，定时，计数与算数操作等面向用户的指令，并通过数字或模拟式输入 输出控制各种类型的机械或生产产品。全自动洗衣机采用 PLC 控制系统将大大提高工作效率，适应工作环境。在全自动洗衣机中，洗衣机洗涤、脱水程序是由单片机为中心控制系统工作的。首先由于单片机的指令系统相对复杂，编写洗涤、脱水程序相对复杂；其次，在设计控制系统硬件时要有多种电路保护装置，如电流保护、电压保护、过载保护、过热保护及欠压保护等等，这样增加了硬件的复杂性，隐含较高的故
12、障率无形地增加了维修成本费用，在各种控制系统中广泛运用的 PLC 能克服单片机的缺点。它是整体模块，集中了驱动电路、检测电路和保护电路以及通讯联网功能。因此在运用中，硬件也相对简单，提高控制系统的可靠性。另外它的编程语言也相对简单。本课题主要着重于全自动洗衣机的控制，要求洗衣机能实现进水、洗涤、排水、脱水、报警，所采用的控制方法操作简单、稳定可靠、维护与维修方便。控制方法确定后投入生产要缩短控制系统的设计的时间、调试周期，且要降低成本。本课题为智能洗衣机的PLC控制，主要介绍了智能洗衣机的工作原理，控制系统的PLC的选型和资源的配置，控制系统程序设计与调试，控制系统PLC程序，以及用组态王对整
13、个洗衣过程进行仿真模拟，生动的体现了洗衣机从进水到报警的全部过程。洛阳理工学院毕业设计（论文）2第 1 章 绪论1.1 全自动洗衣机的研究背景本次设计基于 PLC 的全自动洗衣机控制，本文的课题源于市场上洗衣机产品。采用 PLC 控制 开发的周期短，开发成本低，可以直接用于工业现场控制。PLC 控制具有实时性、信号处理时间短、速度快、更能满足各个领域大、中、小型工业控制项目，可靠性高，丰富的 I/O 卡件，质优价廉，性价比高，安装简单，维修方便，PLC 控制能在高粉尘、高噪声、强电磁干扰和温度变化剧烈的环境下正常工作。因为它是整体模块，集中了驱动电路、检测电路和保护电路以及通讯联网功能，所以在
14、使用中，硬件相对简单，编程语言也相对简单，并且测试容易，维修方便，更可以提高控制系统设计的灵活性及控制系统的可靠性。本设计以操作简单、使用可靠、维护修理方便作为主要设计方向。1.2 全自动洗衣机研究的目的与意义本课题主要着重于全自动洗衣机的控制，要求洗衣机能实现进水、洗涤、排水、脱水、报警，所采用的控制方法操作简单、稳定可靠、维护与维修方便。控制方法确定后投入生产要缩短控制系统的设计的时间、调试周期，且要降低成本。传统的洗衣机采用继电器控制的优点是装置结构简单、价格便宜、抗干扰能力强。但是，这也是随之带来的一些问题，如绝大多数控制继电器都是长期磨损和疲劳工作条件下进行的，容易损坏，而且继电器的
15、触点容易产生电弧，甚至会熔在一起产生误操作，引起严重的后果。在全负荷运载的情况下，大的继电器将产生大量的热及噪声，同时也消耗了大量的电能。并且继电器控制系统必须是手工接线、安装，如果有简单的改动，也需要花费大量时间及人力和物力去改制、安装和调试。这种电路接线多，只适用于小型的控制电路。采用 PLC 控制比继电器控制好的多，我们采用 PLC 来控制。PLC 优点有： 1可靠性高，抗干扰能力强，高可靠性是电气控制设备的关键性能。PLC洛阳理工学院毕业设计（论文）3由于采用现代大规模集成电路技术，采用严格的生产工艺制造，内部电路采取了先进的抗干扰技术，具有很高的可靠性。2配套齐全，功能完善，适用性强
16、 PLC 发展到今天，已经形成了大、中、小各种规模的系列化产品。可以用于各种规模的工业控制场合。3易学易用，深受工程技术人员欢迎 PLC 作为通用工业控制计算机，是面向工矿企业的工控设备。4系统的设计、建造工作量小，维护方便，容易改造，PLC 用存储逻辑代替接线逻辑，大大减少了控制设备外部的接线，使控制系统设计及建造的周期大为缩短，同时维护也变得容易起来。更重要的是使同一设备经过改变程序改变生产过程成为可能。这很适合多品种、小批量的生产场合。5体积小，重量轻，能耗低，由于体积小很容易装入机械内部，是实现机电一体化的理想控制设备。1.3 洗衣机发展状况和前景从 古 到 今 ， 洗 衣 服 都 是
17、 一 项 难 于 逃 避 的 家 务 劳 动 ， 而 在 洗 衣 机 出 现 以 前 ， 对于 许 多 人 而 言 ， 它 并 不 像 田 园 诗 描 绘 的 那 样 充 满 乐 趣 ， 手 搓 、 棒 击 、 冲 刷 、 甩打 这 些 不 断 重 复 的 简 单 的 体 力 劳 动 ， 留 给 人 的 感 受 常 常 是 ： 辛 苦 劳 累 。1874 年 ， “手 洗 时 代 ”受 到 了 前 所 未 有 的 挑 战 有 人 发 明 了 木 制 手 摇 洗衣 机 。 发 明 者 是 美 国 人 比 尔 布 莱 克 斯 。 布 莱 克 斯 的 洗 衣 机 构 造 极 为 简 单 ， 是 在木
18、 筒 里 装 上 6 块 叶 片 ， 用 手 柄 和 齿 轮 传 动 ， 使 衣 服 在 筒 内 翻 转 ， 从 而 达 到 “净 衣 ”的 目 的 。 这 套 装 置 的 问 世 ， 让 那 些 为 提 高 生 活 效 率 而 冥 思 苦 想 的 人 士 大 受 启 发 ，洗 衣 机 的 改 进 过 程 开 始 大 大 加 快 。1880 年 ， 美 国 又 出 现 了 蒸 气 洗 衣 机 ， 蒸 气 动 力 开 始 取 代 人 力 。 之 后 ， 水 力洗 衣 机 、 内 燃 机 洗 衣 机 也 相 继 出 现 。 到 1911 年 ， 美 国 试 制 成 功 世 界 上 第 一 台 电动
19、 洗 衣 机 。 电 动 洗 衣 机 的 问 世 ， 标 志 着 人 类 家 务 劳 动 自 动 化 的 开 端 。电 动 洗 衣 机 几 经 完 善 ， 在 1922 年 迎 来 一 种 崭 新 的 洗 衣 方 式 “搅 拌 式 ”。 搅 拌式 洗 衣 机 由 美 国 玛 依 塔 格 公 司 研 制 成 功 。 这 种 洗 衣 机 是 在 筒 中 心 装 上 一 个 立 轴 ，在 立 轴 下 端 装 有 搅 拌 翼 ， 电 动 机 带 动 立 轴 ， 进 行 周 期 性 的 正 反 摆 动 ， 使 衣 物 和 水流 不 断 翻 滚 ， 相 互 摩 擦 ， 以 此 涤 荡 污 垢 。 搅 拌
20、式 洗 衣 机 结 构 科 学 合 理 ， 受 到 人 们洛阳理工学院毕业设计（论文）4的 普 遍 欢 迎 。 不 过 10 年 之 后 ， 美 国 本 德 克 斯 航 空 公 司 宣 布 ， 他 们 研 制 成 功 第 一台 前 装 式 滚 筒 洗 衣 机 ， 洗 涤 、 漂 洗 、 脱 水 在 同 一 个 滚 筒 内 完 成 。 这 意 味 着 电 动 洗衣 机 的 型 式 跃 上 一 个 新 台 阶 ， 朝 自 动 化 又 前 进 了 一 大 步 ！ 直 至 今 日 ， 滚 筒 式 洗 衣机 在 欧 美 国 家 仍 得 到 广 泛 应 用 。随 着 工 业 化 的 加 速 ， 世 界 各
21、 国 也 加 快 了 洗 衣 机 研 制 的 步 伐 。 首 先 由 英 国 研 制并 推 出 了 一 种 喷 流 式 洗 衣 机 ， 它 是 靠 筒 体 一 侧 的 运 转 波 轮 产 生 的 强 烈 涡 流 ， 使 衣物 和 洗 涤 液 一 起 在 筒 内 不 断 翻 滚 ， 洗 净 衣 物 。 1955 年 ， 在 引 进 英 国 喷 流 式 洗 衣机 的 基 础 之 上 ， 日 本 研 制 出 独 具 风 格 、 并 流 行 至 今 的 波 轮 式 洗 衣 机 。 至 此 ， 波 轮式 、 滚 筒 式 、 搅 拌 式 在 洗 衣 机 生 产 领 域 三 分 天 下 的 局 面 初 步
22、形 成 。20 世 纪 60 年 代 以 后 ， 洗 衣 机 在 一 些 发 达 国 家 的 消 费 市 场 开 始 形 成 系 列 ， 家庭 普 及 率 迅 速 上 升 。 此 间 洗 衣 机 在 日 本 的 发 展 备 受 瞩 目 。 60 年 代 的 日 本 出 现 了带 干 桶 的 双 桶 洗 衣 机 ， 人 们 称 之 为 “半 自 动 型 洗 衣 机 ”。 70 年 代 ， 生 产 出 波 轮 式套 桶 全 自 动 洗 衣 机 。 70 年 代 后 期 ， 微 电 脑 控 制 的 全 自 动 洗 衣 机 横 空 出 世 ， 让 人耳 目 一 新 。 到 80 年 代 ， “模 糊
23、控 制 ”的 应 用 使 得 洗 衣 机 操 作 更 简 便 ， 功 能 更 完 备 ，洗 衣 程 序 更 随 人 意 ， 外 观 造 型 更 为 时 尚 进 入 90 年 代 ， 由 于 电 机 调 速 技 术 的提 高 ， 洗 衣 机 实 现 了 宽 范 围 的 转 速 变 换 与 调 节 ， 诞 生 了 许 多 新 水 流 洗 衣 机 。 此 后 ，随 着 电 机 驱 动 技 术 的 发 展 与 提 高 ， 日 本 生 产 出 了 电 机 直 接 驱 动 式 洗 衣 机 ， 省 去 了齿 轮 传 动 和 变 速 机 构 ， 引 发 了 洗 衣 机 驱 动 方 式 的 巨 大 革 命 。在
24、中国，由于历史原因，洗衣机工业起步较晚，直到 1978 年才正式生产家用洗衣机。但是，随着人们认识的发展，尤其是改革开放的不断深化，进入 80年代后的洗衣机工业并没有像一些人预料的那样停步不前，而是保持着旺盛的发展势头。1983 年洗衣机产量由 1978 年的 400 台飙升到 365 万台，此后全国各地掀起了大规模的技术引进热潮，大约有 40 多个厂家先后从洗衣机技术先进国日本、英国、法国、意大利、澳大利亚等引进技术 60 多项。技术的引进、吸收和创新，极大地提升了国产洗衣机的产业素质与生产能力，缩短了同发达国家之间的差距。如今，我国洗衣机年产量约占世界年产量的四分之一，居于世界首位。除了在
25、数量和品种上满足国内市场外，还出口到北美、欧洲、东南亚等地，跻身于国际洗衣机市场的竞争行列。全自动洗衣机可分为两大类：第一类：电动控制洗衣机，它的程序控制器由电动元件组成。洛阳理工学院毕业设计（论文）5第二类：电脑控制洗衣机，它的程序控制器由微型计算机组成。电动控制全自动洗衣机是较早出现的自动控制类家用电器，其产品类型还属于传统的机械产品，是自动控制的初级阶段。随着计算机的及微电子技术的发展，自动控制系统正在逐步实现硬件化。因此，电动控制洗衣机将逐步退出家电舞台。全自动洗衣机从结构上分有波轮式、搅拌式、滚筒式。目前,国内市场上销售的大都是波轮式和滚筒式，供应最多的是波轮式洗衣机。波轮式洗衣机的
26、特点是洗净率高,但对衣服的磨损很大,随着人们生活水平不断地提高，丝绸,毛料,羊毛等大量走进普通家庭,厂商又适时地推出了滚筒洗衣机,它最大的优点是磨损率小,但洗净率比波轮式低,价格高。洗衣机产品可以分三类：普通型、半自动型和全自动型。普通型和半自动型洗衣机，都需要人为参与操作，才能完成洗衣、甩干、排水全过程；而全自动洗衣机在整个洗涤、甩干、排水过程中，无需人为操作和监控。国 内 外 洗 衣 机 品 牌 有 海尔、小天鹅、荣事达、松下、惠而浦水仙、LG 熊猫、西门子、日立好用。洗衣机是国内家电业唯一不打价格战的行业，经过几年的平稳发展，国产洗衣机无论在质量上还是功能上都和世界领先水平同步。纵观省会
27、的洗衣机市场，高效节能、省水、省电、环保型洗衣机一直在市场上占主导地位。 洗衣机无论在质量、技术、功能还是在外观上面，谁能接近于为人们的生活服务这一主题，谁就能得到长足的进步和发展。今后一段时间，以下几种洗衣机将是市场和消费者的最爱。 高度自动化：从最初的单桶洗衣机到双桶、套桶洗衣机、全自动洗衣机，再到智能全模糊控制洗衣机。总之，每一次技术的进步都极大地推动了洗衣机自动化程度的提高。 品种多样化：波轮式、滚筒式和仿生搓洗式洗衣机满足了不同偏好的消费者的需求。 节能和健康化：现在的消费者在节能方面对家电提出了更高的要求，对于健康型洗衣机更是人们趋之若骛的首选。 大容量和微型化：大容量洗衣机满足了
28、人们洗大件衣物的需求。同时，微型化洗衣机也备受青睐，如市场上出现的 1.5 公斤、2.5 公斤不等的海尔小小神童洗衣机，可以满足少量衣物即时洗的需要。 洛阳理工学院毕业设计（论文）6组合化：荣事达集团最近推出的子母分洗式洗衣机，正好迎合了这部分消费者的需求，它的大桶容量为 5.5 公斤，小桶容量为 2.5 公升，两桶并列，缩小了较大一部分空间，而且具有人工智能模糊控制功能。满足了不同衣物分开洗、大量衣物同时洗、小件衣物即时洗的需求，开创了健康洗涤新概念，深受消费者的喜爱，组合化的另一个体现就是把洗涤、漂洗、脱水和烘干功能集于一身。 在今后一个时期内，家用电动洗衣机的产品性能质量将是企业竞争的焦
29、点，开发新型的产品是竞争获胜的主要手段。今后，家用电动洗衣机将朝着多功能、节电、节水方向发展。节电、节水是今后我国家用电动洗衣机发展的主流。目前，我国正在修订的国标 GB4288 已将用电量、用水量指标列入了其考核的主要指标。另外，为了引导消费和指导洗衣机制造企业的设计和制造，新国标 GB4288 将洗净比、用电量、用水量、噪声、含水率、寿命这 6 个主要性能指标进行分等级考核，即以上 6 个指标分别分为 A、B、C 、 D4 个级别。消费者可根据自己的需要选择不同级别的产品。1.4 本课题研究的主要内容本课题需研制出可靠性高、易于操作的全自动洗衣机控制方法，该系统采用PLC 控制，主要包括电
30、动机正反转控制、离合器控制、进排水电磁阀控制、循环控制、保护和联锁。研究的具体内容包括：1. 深入了解洗衣机的发展、结构及控制要求。2. 控制系统设计。包括硬件设计，PLC的选择，各硬件模块的介绍，软件设计，编程方法。3. 对编写好的编译程序进行实际调试。4用组态王软件对系统进行仿真。 洛阳理工学院毕业设计（论文）7第 2 章 系统硬件设计2.1 全自动洗衣机的原理和构造2.1.1 全自动洗衣机总体构造全自动洗衣机在结构上大致可分为 3 中类型，即波轮式，滚筒式和搅拌式。我国的洗衣机在结构上主要有波轮式和滚筒式两类，产品的类型以波轮式为主，其他类型为辅，外形结构图如图 2-1 所示。洛阳理工学
31、院毕业设计（论文）8图 2-1 全自动洗衣机外形结构图2.1.2 洗涤脱水系统洗涤脱水系统主要由盛水桶，洗涤桶和波轮组成。盛水桶又称为外桶，主要用来盛放洗涤液。盛水桶固定在钢制底板上，通过 4 根吊杆悬挂在洗衣机箱体上。电动机，离合器，排水阀等部件都装在桶底下面。洗涤桶又称为脱水桶或者离心桶，也称为内桶，它的主要功能是用来盛放衣物，在洗涤时配合波轮完成洗涤功能，在脱水时便成为离心式的脱水桶。波轮是全自动洗衣机中对衣物产生机械作用的主要部件。按波轮的形状来分，基本上有小波轮（直径在 160mm 左右）的涡卷式水流和大波轮（直径在 300mm 左右）新水流两类。2.1.3 排水和进水系统全自动洗衣
32、机的进排水系统都采用了电磁阀控制。为了对桶内的水位进行检测和控制，洗衣机上都安装有水位控制器（水位开关） 。全自动套桶洗衣机使用最多的水位开关是空气压力式开关，主要有气压传感器装置，控制装置及电触点开关 3 部分组成，用来监视水位的高低。此外电磁阀分进水和排水电磁阀，进水电磁阀是洗衣机上的自动进水开关，它受水位开关动断触点的控制。而排水电磁阀是全自动洗衣机上的自动排水装置，同时还起改变离合器工作状态。进水、排水电磁阀是采用电流流过线圈形成磁场的原理，洗衣机电磁阀在进，排水时使用，220V 交流电压与电磁阀线圈接通，形成磁场，电磁线圈吸合。自动打开阀门，洛阳理工学院毕业设计（论文）9洗衣机里的水
33、就顺着管道流出去了。断电后，电磁阀线圈失去电流，磁场消失，电磁铁松开，阀门自动关闭，洗衣机里的水就流不出去了。2.1.4 电动机及传动系统全自动套桶洗衣机的电动机及传动系统主要由电动机和离合器组成，离合器又有普通离合器和减速离合器两种。其中普通离合器用在采用小波轮的套桶洗衣机上，这种洗衣机在洗涤或者漂洗时波轮的转速和脱水时离心桶的转速相同，目前各种大波轮新水流套桶洗衣机普遍采用减速离合器，它在洗涤，漂洗时波轮的转速较慢，而脱水时离心桶的转速较快。电动机同时作为洗涤和脱水时的动力源，普遍采用主，副绕组完全对称的电容式电动机。由于一般全自动套桶洗衣机的额定洗涤容量较大，因此电动机的功率较大。2.2
34、 元件选择2.2.1 输入元件选择根据要求，可以选择 4 个按钮(SB)作为程序选择和暂停，选用三个位置开关（SQ）作为高、中、低水位的输入。1按扭（SB）按钮是一种人工控制的主令电器。主要用来发布操作命令，接通或开断控制电路，控制机械与电气设备的运行。按钮的工作原理很简单，对于常开触头,在按钮未被按下前,电路是断开的,按下按钮后,常开触头被连通,电路也被接通；对于常闭触头，在按钮未被按下前，触头是闭合的，按下按钮后，触头被断开，电路也被分断。其正好可以作为开启和停止洗衣机工作的按钮。2位置开关（SQ）位置开关，称限位开关，是一种将机器信号转换为电气信号，以控制运动部件位置或行程的自动控制电器
35、。是一种常用的小电流主令开关。在电气控制系统中，位置开关的作用是实现顺序控制、定位控制和位置状态的检测。一类为以机械行程直接接触驱动，作为输入信号的行程开关和微动开关；另一类为以电磁信号（非接触式）作为输入动作信号的接近开关。洛阳理工学院毕业设计（论文）102.2.2 输出元件选择 1继电器（KM）电 磁 继 电 器 一 般 由 铁 芯 、 线 圈 、 衔 铁 、 触 点 簧 片 等 组 成 的 。 只 要 在 线 圈 两端 加 上 一 定 的 电 压 ， 线 圈 中 就 会 流 过 一 定 的 电 流 ， 从 而 产 生 电 磁 效 应 ， 衔 铁 就会 在 电 磁 力 吸 引 的 作 用
36、下 克 服 返 回 弹 簧 的 拉 力 吸 向 铁 芯 ， 从 而 带 动 衔 铁 的 动 触点 与 静 触 点 （ 常 开 触 点 ） 吸 合 。 当 线 圈 断 电 后 ， 电 磁 的 吸 力 也 随 之 消 失 ， 衔 铁就 会 在 弹 簧 的 反 作 用 力 返 回 原 来 的 位 置 ， 使 动 触 点 与 原 来 的 静 触 点 （ 常 闭 触 点 ）释 放 。 这 样 吸 合 、 释 放 ， 从 而 达 到 了 在 电 路 中 的 导 通 、 切 断 的 目 的 。 2电磁阀（YV）电磁阀是用电磁控制的工业设备，用在工业控制系统中调整介质的方向、流量、速度和其他的参数。电磁阀可以
37、配合不同的电路来实现预期的控制，而控制的精度和灵活性都能够保证。电磁阀有很多种，不同的电磁阀在控制系统的不同位置发挥作用，最常用的是单向阀、安全阀、方向控制阀、速度调节阀等。而在本设计中，可用来控制洗衣机的进水和排水等动作。3指示灯（HL）用来显示洗衣机的实时工作情况，使用户一目了然。选用 4 个指示灯分别用作电源指示（表示洗衣机电源已接通，等待选择以全自动、单排水、单脱水三者中的那种工作方式运行） 、全自动运行指示、单排水指示、单脱水指示。对于洗衣机的运行指示选用 24V 的指示灯便可。2.2.3 电动机的选择选用 Y132M-4 型异步电动机，相关参数为：额定功率为 7.5kW、额定电压为
38、220V、额定电流为 15.4A、额定转速为 1440rpm（ r/min）功率因素为 0.85、效率为 87%。由于洗衣机容量为 300kg，其负载转矩理论上为：LTFrmgDkgNmN1309.8/214704式中：T L为负载转矩，Nm；F 为力，N；r 为圆心到力的有效距离，m；，D 为圆柱的直径，设为两米，由于圆柱类物体其重力在数学微积分算得在洛阳理工学院毕业设计（论文）11其半径的一半处，所以 ， ，为重力加速度。14rD9.8/gNk而电动机的输出转矩为： NNPTmn5017.6输出转矩比负载转矩大，所示能带动，同时有一定的余量，是考虑到传动装置、摩擦等因素要有一定的阻转矩。异
39、步电动机转速与变频器频率关系计算：同步转速： 160502fNr/minP转差率： 111450NS.转速与频率关系： 11 116069298fN()(S).f.fp所以，转速 N 与频率 f1对应关系如表 2-1 所示。表 2-1 频率与转速的关系异步电动机的转速（r/min）40 70 600 800 1200异步电动机的转速（r/min）1.33 2.33 20.00 26.68 40.022.2.4 PLC 的选择1. I/O 点数统计I/O 点数是 PLC 的一项重要指标。合理选择 I/O 点数既可使系统满足控制要求，又可使系统总投资最低。考虑到今后的调整和扩充，一般应在估计的总点
40、数上再加上 20%30%的备用量。该系统有 11 个数字输入点 10 个数字输出点，具洛阳理工学院毕业设计（论文）12体的输入输出如表 2-2 所示。表 2-2 I/O 点数统计表输入点 输出点启动按扭 进水电磁阀停止按扭 排水电磁阀水位选择开关（高水位） 洗涤电动机正转继电器水位选择开关（中水位） 洗涤电动机反转继电器水位选择开关（低水位） 脱水桶手动排水开关 报警器手动脱水开关 运行指示灯高水位传感器 高水位指示灯中水位传感器 中水位指示灯低水位传感器 低水位指示灯水排空传感器2. I/O 容量估计PLC 常用的内存有 EPROM、EEPROM 和带锂电池供电的 RAM。一般微型和小型 P
41、LC 的存储容量是固定的，介于 12KB 之间。用户应用程序占用多少内存与许多因素有关，如 I/O 点数、控制要求、运算处理量、程序结构等。因此在程序设计之前只能粗略地估算。根据经验，每个 I/O 点及有关功能元件占用的内存量大致如下：开关量输入元件：1020B/点开关量输出元件：510B/点定时器/计数器：2B/个模拟量：100150B/个通信接口：一个接口一般需要 300B 以上根据上面算出的总字节数再考虑增加 25%左右的备用量，就可估算出用户程序所需的内存容量，从而选择合适的 PLC 内存。该系统有 11 个数字输入点 10 个数字输出点，需内存 280B，有定时器 6 个，计时器 2
42、 个，需内存 16B，考虑余量后需要内存 370B。洛阳理工学院毕业设计（论文）133. CPU 的选择PLC 的功能日益强大，一般 PLC 都具有开关量逻辑运算、定时、计数、数据处理等基本功能，有些 PLC 还可扩展各种特殊功能模块，如通信模块、位置控制模块等，选型时可考虑以下几点：功能与任务相适应，PLC 的处理速度应满足实时控制的要求、PLC 结构合理、机型统一、在线编程和离线编程的选择。该控制系统 CPU 模块可采用 CPU-226（AC/DC/继电器）模块，它可控制整个系统按照控制要求有条不紊地进行。同时由于该模块采用交流 220V 供电，并且自带 14 个数字量输入点和 10 个数
43、字量输出点，完全能满足全自动洗衣机控制系统的要求，所以不再需要另外的电源模块、数字量和输出模块。2.3 I/O 地址分配表2.3.1 输入地址分配表根据系统要求，输入地址的分配如表 2-3 所示。表 2-3 输入地址分配表名称 符号 地址启动按钮 SB1 I0.0停止按钮 SB2 I0.1高水位按钮 SB3 I0.2中水位按钮 SB4 I0.3低水位按钮 SB5 I0.4手动排水开关 ST1 I0.5手动脱水开关 ST2 I0.6高水位传感器 ST3 I0.7中水位传感器 ST4 I1.0低水位传感器 SB6 I1.1排空检测开关 SB7 I1.22.3.2 输出地址分配表根据系统要求，输出地
44、址的分配如表 2-4 所示。洛阳理工学院毕业设计（论文）14表 2-4 输出地址分配表名称 符号 地址进水电磁阀 YV1 Q0.0排水电磁阀 YV2 Q0.1洗涤电动机正转继电器 KM1 Q0.2洗涤电动机反转继电器 KM2 Q0.3脱水 KM3 Q0.4报警 HA Q0.5运转指示灯 HL1 Q0.7高水位指示灯 HL2 Q1.0中水位指示灯 HL3 Q1.1低水位指示灯 HL3 Q1.22.3.3 内部元件地址分配表全制动洗衣机控制时，需用到 PLC 内部的计时器和计数器对其进行过程控制，现对控制中要用到的内部位元件地址分配表归纳如表 2-5 所示。表 2-5 内部地址分配表定时器/计时器
45、 对应的作用T37 进水暂停计时T38 正洗计时T39 正洗暂停计时T40 反转计时T41 反转暂停计时T42 脱水计时T43 报警计时C50 正反洗循环计数C51 大循环计数洛阳理工学院毕业设计（论文）152.4 硬件连线图2.4.1 主电路电气原理图图中 KM1，KM2 代表 2 个继电器“正转”、 “反转”，为控制电动机电源方向的两个继电器组，它们的线圈分别与 PLC 的输出端 Q0.2、Q0.3 相连，受控于 PLC的输出信号。其中正转组和反转组是通过变频器的限制后接入电动机的，因此，改变变频器参数就可以改变洗涤时的速度。而脱水继电器组直接与电源和电动机相连，这样，当洗衣机处于脱水状态
46、时，电动机按额定转速工作。其中加入了不少电气保护元件，如果出现突发情况，如短路、短路等时，可以保护其它电气元件不会因为突发情况而损坏，具体主电路电气原理图如图 2-2 所示。洛阳理工学院毕业设计（论文）16MQ SK M 1F RK M 2L 1L 2L 33 F U图 2-2 主电气原理图2.4.2 I/O 外部接线图洗衣机要实现衣服的洗涤和脱水，就要通过上述动作来实现，而这些动作可以通过 PLC 控制来实现。同时加上开关和按钮，数码管显示器，蜂鸣报警器和欠电压检测保护电路等，就可以形成完整的 PLC 控制系统。通过软件编程达到对整个洗衣过程进行检测控制和用户交互，外部接线图如图 2-3 所
47、示。洛阳理工学院毕业设计（论文）17I 0 . 0S B 1S B 2S T 1S T 2S T 3S B 3S B 4S T 4S T 5S T 6I 0 . 1I 0 . 2I 0 . 3I 0 . 4I 0 . 5I 0 . 6I 0 . 7I 1 . 0I 1 . 11 M2 MQ 0 . 0Q 0 . 1Q 0 . 2Q 0 . 3Q 0 . 4Q 0 . 5Q 0 . 7Q 1 . 0启 动 按 钮停 止 按 钮高 水 位 选 择 开 关中 水 位 选 择 开 关低 水 位 选 择 开 关手 动 排 水手 动 脱 水高 水 位 传 感 器中 水 位 传 感 器低 水 位 传 感 器
48、进 水 电 磁 阀排 水 电 磁 阀正 转反 转脱 水报 警运 转 指 示 灯高 水 位 指 示 灯S7-200Y 0Y 2K M 1K M 2K M 3M 1L 1L 2中 水 位 指 示 灯Q 1 . 1排 空 传 感 器S T 7L 3I 1 . 2Q 1 . 2L 4低 水 位 指 示 灯2 4 v2 L1 L2 2 0 vC P U 2 2 6 C N图 2-3 PLC 外部接线图洛阳理工学院毕业设计（论文）18第 3 章 系统软件设计3.1 系统控制要求根据设计说明书，系统控制要求如下：(1) 启动时开始进水；(2) 水满(即水位达到高水位)时，PLC停止进水后，并开始洗涤正转；(
49、3) 正转14S后暂停；(4) 暂停3S后开始洗涤反转；(5) 反转15S后暂停；(6) 暂停3S后，若正、反转未满3次时，返回从正洗开始的动作；(7) 若正、反洗涤满3次时则开始排水；(8) 水位下降到低水位时开始脱水并继续排水；(9) 脱水10S即完成一次从进水到排水的大循环过程；(10)若未完成 3次大循环，则返回从进水的全部动作，进行下次大循环；(11)若完成3次大循环，则进行洗完报警，报警10S 后自动停机。3.2 系统设计总流程图洗衣机的工作流程由进水、洗衣、排水和脱水 4 个过程组成。在半自动洗衣机中，这四个过程分别用相应的按钮开关来控制。自动洗衣机的进水、洗衣、排水和脱水是通过水位开关、电磁进水阀和电磁排水阀配合进行控制，从而实现自动控制。全自动洗衣机正常运行时，从选择水位，按下启动按扭，开始进水直到水满（即水位达到高水位）时停止进水开始洗涤正转，洗涤时，正转 15 秒，停 3 秒，然后反转 15 秒，停 3 秒，如此循环 3 次，开始排水，水位下降到低水位时开始脱水并继续排水，脱水 10 秒，开始清洗，重复以上过程，清洗 3 遍，清洗完成，报警 10 秒并自动停机。按照以上的工作流程，作出全自动洗衣机的正常运行工作流程图如图 3-1 所示。洛阳理工学院毕业设计（
