1、/WIN32软件编程，并可在线创建、测试、仿真和修改，然后再通过专用电缆下载到 PLC芯片，实现具体的各种控制功能。PLC 编程语言简单，容易学习。同时，PLC 可以反复使用，降低了测试费用。PLC 也设置有串口，可以方便的与计算机连接，给系统的维护和使用带来了方便15-16。2002年有人提出采用三菱 F1-20MR型PLC 设计洗衣机控制系统，也能满足基 本 需 要 。 软件设计程序采用梯形图形式。2004年则提出采用三菱FX1S-30MRPLC 设计洗衣机控制系统，改变了以往机械式洗衣机在进水、清洗、放水、甩干等环节转换时继电器触点动作声音过大，使用寿命短等缺点，PLC 无触点连接，几乎
2、听不到继电器动作声音，延长了零部件的寿命。20 世纪末期，工业发展迅猛，对自动控制的要求也越来越高，传统的微处理器也不能满足工业要求，而可编程控制器也不断发展，出现了大型机和超小型机，能够满足各种工业领域的控制要求，功能也更加丰富，增加了各种人机界面单元、通信单元，使应用可编程控制器的工业控制设备的配套更加容易。目前，可编程控制器在各个工业领域都得到了广泛应用。1996 年德国西门子公司将 LOGO！投入市场，填补了继电器与 PLC 之间的技术空间。LOGO！本身集成了编程能力，用户只需使用LOGO！面板上的键盘与屏幕，就可轻松编写控制程序并可随时修改程序以及调整参数设置。继电器输出的LOGO
3、!的承载电流高达10A，无须中间继电器与接触器，可直接接入负载。提供了 12V、24V 和 115240V 三种工作电压等级，可适用于各种不同的应用场合。也开始把 LOGO!运用到洗衣机控制系统中，对自动洗衣机控制系统进行了创造性的设计，为以后的发展做了一个很好的尝试。国外一些研究者后来逐渐把把PLC运用到洗衣机控制系统中。主要使用的也是西门子S7-200型和三菱FX2N系列PLC作为控制核心。1.3 研究意义 中国洗衣机行业经过 20 多年的高速发展，目前年产量已经超过1200 万台，跃居世界第一位。在中国洗衣机的发展过程中，我们可以看出：中国家电业从完全挪用国外的技术和设计，转变到开始重视
4、利用本土化的资源，进行本土化设计。不仅改变了初期国外品牌一统市场的局面，同时产品销售到国外市场，并且以过硬的质量，优秀的设计和多样化的功能，赢得良好的口碑。目前，在一些工业环境下，洗衣机的工作强度要比家用洗衣机大得多。就需要洗衣机在相对恶劣的条件下长时间连续工作，控制系统也要更加稳定耐用，从而达到更好的经济收益。但是，对于控制系统来说，能达到如此的地步，就需要相当的技术标准。作为工业用途的洗衣机，其相对较高的成本可以凭借其出色的性能所带来的经济效益来弥补。社会的快速发展和人们生活节奏的加快使全自动洗衣机得到很快发展，PLC的出现为全自动洗衣机的自动控制提供了新的平台。PLC 是以微处理器为基础
5、，综合了计算机技术、自动化控制技术和通信技术发展起来的一种新型控制装置，能够满足全自动洗衣机对控制系统的要求，赢得了很多企业的青睐，所以，有必要通过先进的技术和较低的成本开发和改善现有洗衣机，使其拥有更广阔的市场竞争力。而随着 PLC 的价格逐渐下降，我们可以应用 PLC 实现对洗衣机的开发，更好地为消费者服务。技术的进步要求设计人员能够不断的提出新的建议和课题，满足人们生活的需要，并设计出更加节能、功能更完善、更人性化的产品。因此，本文以 PLC 作为控制器设计全自动洗衣机控制系统具有很强的实用性和现实性。1.4 设计目标 由于 PLC 是模块化形式，根据目前实际情况，本次设计采用 PLC
6、作为控制核心，设计制作一个全自动工业洗衣机控制系统。 全自动洗衣机要求实现以下功能： 1.自动执行标准程序 2.自动测量衣物重量 3.根据衣物重量选定水位和注水量 4.自动选择浸泡和洗涤时间 5.自动判定水位 自动完成整个洗衣过程（进水、浸泡、洗涤、排水、漂洗、排水、脱水、完成报警）等。整个系统需要具有以下特点：硬件电路简单、编程简单易读、可靠性较高、耗电量较少、运行速度快、寿命长、价格便宜等。根据使用需要，洗衣程序设计有自动方式和手动方式两种。洗衣机程序处于自动方式时，洗衣机执行标准程序，即PLC按照事先编写好的程序工作，包括自动完成衣物称重，自动设定水位和注水，自动设定浸泡时间、洗涤、漂洗
7、、脱水时间，并且按照各个过程所设定的时间完成注水、浸泡、洗涤、排水、注水、漂洗、排水、脱水等整个洗衣过程。当洗衣机程序处于在手动方式时，可以人为的在洗衣机洗衣过程中按下电源停止按钮，使电源断开，强制洗衣过程停止。也可以再通过启动电源按钮，继续洗衣过程。并且，可以通过手动脱水按钮进行排水和脱水，以控制水位和排水量。在整个过程中，可以根据自身需要，自行设定每个过程的时间，达到个性化洗涤的目的。1.5 研究内容本次设计的中心是根据实际控制项目，完成 PLC 为核心的全自动洗衣机控制系统的设计，最大限度地满足工艺要求，同时较全面地考虑控制系统的要求，设计一个成本较低、易维护、易操作、技术先进合理、可靠
8、性较高的 PLC 控制系统。主要研究工作包括：（1）根据全自动洗衣机工作原理进行控制系统方案设计。包括各种控制方案的比较，硬件设备的选型，对方案进行优化，最后选择最优设计方案。 （2）关键技术研究。整个控制系统的关键点就是对衣物重量及类别的识别，其中核心内容则是对判别算法的修正，使整个洗衣过程更加节能、环保。同时，还需要对每个洗衣过程进行试验，得到预期结果。 （3）程序设计。对每个工作过程，画出功能状态图和梯形图。包括，电源启动暂停；选择水位与浸泡、洗涤时间；水位判断；漂洗过程。 第二章 工业洗衣机控制系统2.1工业洗衣机工作原理洗衣机按照洗涤方式的不同，可以分为波轮式洗衣机和滚筒式洗衣机。虽
9、然它们的洗涤原理也有所不同，但是都是由模拟人工搓、揉衣物的原理而发展起来的，通过对衣物和水的摩擦、翻滚、冲刷等机械作用和洗涤液的表面活化作用，将附着在衣物上的污垢去掉，达到洗净衣物的目的。洗衣机工作的基本原理是将被洗衣物放进洗衣桶，同时，加入适量的水和洗衣粉（或液）。通过控制洗衣机的洗涤电动机运行，包括正反转和停止，带动洗衣机底部波轮也进行相应的运行，即正反转和停止。衣物和洗衣粉（或液）由于波轮转动产生涡流，然后在涡流的作用下，作螺旋式回转，与桶壁发生摩擦，如同人工揉搓衣物，污垢被迫脱离衣物。同时，由于洗涤粉（或液）具有表面活性作用，即在洗涤粉（或液）表面存在活性分子，这种活性分子通过衣物表面
10、的微孔能够进入衣物内部，并在水的作用下，开始膨胀，分子膨胀过程中，可以将衣物微孔中的污垢颗粒等杂质排出。同时，在波轮的作用下，污垢颗粒能够迅速溶解在洗衣桶内部。然后，再经过漂洗和脱水过程，悬浮于洗涤液中的污垢就会被水流带走，从而达到洗净衣物的目的。波轮式洗衣机由洗衣桶、电动机、定时器、传动部件、箱体、箱盖及控制面板等组成。主要通过洗衣桶底部的波轮转动，带动衣物和水也跟随转动，使衣物之间、衣物与桶壁之间，在水中进行柔和地摩擦和对衣物的冲刷，这样反复的机械运动，便产生了类似手工洗衣时的手搓、棒打的洗涤效果，从而达到洗净的目的。滚筒式洗衣机是由一个不锈钢内桶，程序控制器，外壳，和两块笨重的水泥块组成
11、。首先将衣物放在滚筒内，外桶里面注水，衣物部分浸没于水中，不锈钢内桶依靠电动机转动，带动衣物上升，当衣物到达滚筒顶部时，由于重力作用，衣物又跌落至桶底，然后又通过电动机转动，将衣物带到滚筒顶部，如此反复摔打，就如同人工锤打，达到洗净衣物的目的。滚筒机通常都会将水加热再进行洗涤，激活洗衣粉中的活性酶，提高去污能力。目前，全自动洗衣机主要采用的是波轮式洗衣机。这种洗衣机结构较为简单，操作方便。注水时，由进水电磁阀开关执行注水动作，然后，通过水位开关判断水位，以确定水位到达最高值时关闭进水电磁阀，停止注水。洗涤过程是由洗涤电动机正反转带动波轮也相应的正反转，实现自动洗涤功能。脱水过程是由洗涤电动机通
12、过离合器，带动洗衣机内桶正转，实现自动脱水功能。另外，当用户由于各种原因需要自行设定注水量、洗涤时间、排水量、脱水时间等，可以通过洗衣机的各种功能按钮完成。启动按钮完成启动洗衣机的工作。停止按钮完成手动停止进水、排水、脱水及报警等动作。排水按钮完成手动排水。波轮式工业洗衣机结构图如图 2-1 所示。 一般全自动洗衣机都具有以下基本功能： 1.强、弱洗涤功能； 2.快速和标准洗涤功能； 3.自动报警功能； 4.手动方式功能。这些功能都要求洗衣机控制系统有正确的电路控制系统。 2.3 工业洗衣机特点 工业洗衣机由于工作在较为恶劣的工业环境中，比如用服装厂、水洗厂、宾馆、酒店、医院、工矿企业等。所以
13、，内外筒均采用优质不锈钢板精制而成，平整光亮，耐腐蚀，对衣物的磨损小且无损伤，机器使用寿命长。并且，内筒门盖均装有不锈钢安全锁紧机构，外筒门盖上设有电器互锁装置，保障运转安全可靠。同时，采用三角胶带传动，确保振动小、运转平稳、经久耐用。2.4 洗衣机控制系统 在全自动洗衣机结构中，最为关键的部件就是控制系统，主要实现洗衣机的各种洗涤功能。全自动洗衣机控制系统是一般情况下，主要包括一下几个部分，全自动洗衣机控制系统结构图如图2-2所示。各个模块的功能如下： 控制器：主要是微处理器以及一些外围电路，比如供电电路，驱动电路，按键、显示电路等。或者使用 PLC 作为主控制器，由于 PLC 自身驱动能力
14、较强，所以，可以减少部分驱动电路。 供电系统：由于我国使用的电网为交流 220V 电压，所以需要经过二极管整流电路后，再进行稳压，形成方波信号，最后输入到控制器。当正弦交流电过零点时，控制器选择在适当的时刻控制可控硅输出。 电机驱动系统：电动机需要较大电流进行驱动，驱动信号由控制器产生，经过驱动电路后，驱动电动机正转或者反转。当交流电过零时，控制器发出信号控制正转可控硅，关闭反向可控硅，从而控制电机正、反转。 供排水系统：在供水时，控制器发出注水信号，控制可控硅打开进水阀，当水位到达设定的水位高度时，水位传感器发出数字信号，关闭进水阀，并停止注水。当需要排水时，控制器给出排水信号，控制排水可控
15、硅导通，进行排水，当水位下降到水位传感器以下位置，关闭排水可控硅，停止排水。 负载检测系统：由重量传感器组成，负载重量信号经整形电路后转换为矩形波信号。控制器计算矩形波信号的宽窄判断衣物的轻重。然后，根据衣物重量设置水位和洗涤时间等。 用户接口系统：主要包括按键电路、显示电路、键盘电路等。按键电路由一个控制板通过7X8 矩阵管理组成。显示电路主要分为LED 显示和数码显示，LED显示也是由控制板上的 7X8 矩阵控制，数码管显示是由 7 段数码管组成，通过位选扫描进行显示。 门盖状态检测：当打开洗衣机盖门时，通过传感器输出数字信号，关闭电机驱动电路电源，使电机停止转动。当内筒运转偏离重心，引起
16、洗衣机剧烈晃动时，不平衡开关启动，同时，关闭电动机驱动电路电源，使电动机停止转动。 蜂鸣报警系统：控制器根据洗衣机运行的过程或状态相应的给出蜂鸣或报警。比如，在洗衣过程结束后，自动进行蜂鸣器报警，提示用户洗衣完成。 可编程序控制器是一种能够适应多种工业环境的控制装置，其稳定的性能受到广大工业生产者的好评。这种控制系统具有极高的可靠性和灵活性。应用面广、功能强大、使用方便，是当代工业自动化的主要设备之一。PLC 已经广泛地应用在各种机械设备和生产过程的自动控制系统中，当然 PLC 在其他领域也得到了迅速的发展。在性能价格比不断提高的同时，它所带来的成果越来越明显。综上所述，本次设计的洗衣机控制系
17、统将由 PLC 可编程序控制器作为主要组成部分。 控制系统主要是以可编程序逻辑控制器所输出的离散型指令为指令源。通过这些数字信号的输出以及其他控制电路的受控行为来指挥供电电路给电动机供电，实现了对模拟洗衣机的控制。 控制电路的组成主要包括：可编程序控制器、继电器组和连接电路（变频器）。其中，继电器为主要执行模块，PLC 所发出的数字指令控制继电器线圈，而继电器的开合直接控制电源电路，实现对电动机的控制。另外，变频器只是作为演示时增强效果的连接装置，在电路中控制洗涤时的电机转速，不作为必要装置。全自动洗衣机洗衣过程控制流程图如图所示。 继电器的开合为控制电路的主要动作。洗衣机的电动机是满足工业3
18、80V三相电源的交流异步电动机，要想改变电动机的旋转方向只需调换其中的任意两相。这就是继电器组的主要功能。第三章 系统硬件设计3.1 控制器方案选择 3.1.1 微处理器控制 微处理器控制就是控制器采用微处理器。这种以微处理器控制器的核心的全自动洗衣机控制系统主要是由单片机，稳压电路，放大驱动电路，输入电路，显示电路等组成。由于目前单片机结构简单，编程功能强大，在全自动洗衣机控制系统已得到广泛应用。各个生产厂家在洗衣机生产过程已经将洗衣过程的程序写在单片机内部。当用户需要使用洗衣机时，只需要接通洗衣机电源，然后通过洗衣机上面板上的功能选择键，选定某种洗衣程序后，电脑程序控制器就能根据输入的操作
19、指令，从单片机存储器中取出并依次执行对应的程序，然后将输出端上的输出信号，经放大、驱动电路后，驱动电动机正反转、电磁阀开关等动作，完成洗衣机各个工作过程，从而实现整个洗衣过程的自动化操作。 由于电脑程序控制器其自身使用的是低压直流电源，所以需要将电网中交流220V电压，通过变压器降压、二极管整流、电容滤波、稳压芯片稳压等电路，产生稳压电源。一般情况下，稳压电路采用三端集成稳压器进行稳压。另外，单片机输出信号电流较小，驱动能力较弱，不能直接带动电动机等大功率器件工作，所以需要经过电流放大后，驱动执行器件完成动作。在以单片机为控制核心的洗衣机控制系统中，单片机的每个输出接口接一个三极管，由于三极管
20、具有功率放大的作用，能够驱动继电器动作。另外，也可以将三极管更换为双向可控硅，只需要控制可控硅的控制极，以控制可控硅的通断情况，从而驱动执行器件工作。 特别需要注意的是，单片机输出的控制信号最终都是由继电器或双向可控硅来实现对电动机或者电磁阀的控制。单片机程序控制器的键盘通常都采用轻触式按键，进行动态扫描输入，由微处理器产生的扫描信号来识别每个键的开关状态，并接在同一个矩阵中。当键盘有输入时，就会接通矩阵中相应的电路，产生信号，并由处理器进行处理，完成键盘控制。 3.1.2 电动机控制 由于电动程序控制器输出电流较大，驱动能力较强，其触点能够直接控制电动机、电磁阀等。其控制电路基本原理图如图
21、3-2 所示。 电动机控制器内部是由同步电动机作为动力装置，由于同步电动机转速较高，容易造成设备损坏，所以，需要减速装置将转速稳定在一个应许范围。然后，再驱动凸轮结构转动，由于凸轮机构能够将转动转换为移动，并且移动轨迹是连续有规律的曲线。所以，凸轮机构通过电触点与各种开关连接，控制这些开关的通断，从而驱动执行器件的工作。水位是由水位开关控制，进水电磁阀执行。当水位到达设定水位时，触点动作，进水阀关闭，同时，电动机通电启动，开始洗涤过程。在洗涤过程中，程序控制器控制高速凸轮组使波轮重复“正转-停-反转-停”的过程。在洗涤结束后，程序控制器使电动机断电，波轮也随之停止转动。同时，排水阀开启，进行排
22、水过程。水排净后，程序控制器又使电动机通电，脱水电动机启动，并高速运转，完成脱水过程。脱水结束后，电动机停止转动。开始进行第一次漂洗过程，整个漂洗过程包括注水、洗涤、排水、脱水过程。然后再进行第二次漂洗。当漂洗过程结束，进行最后一次排水、脱水。在整个洗衣过程中，程序控制器中各电触点的自动转换是靠凸轮机构的运动特性控制的。其运动轨迹和转速由凸轮的形状和转动的速度决定。 电动程序器式全自动洗衣机的程序是由生产厂家预先将程序写入到程序控制器中，然后由用户通过程序选择开关进行选定。在程序执行过程中，如误将盖打开，则安全开关的动断触点立即断开，切断电动机电源，使之停止运转。在脱水时，如脱水桶振动过大，也
