全自动洗衣机控制系统毕业设计

安徽工商职业学院毕业论文摘要本次设计主要采用PLC控制技术来设计全自动洗衣机控制系统，跟传统的洗衣机相比更具有智能，实时监控，人性化的功能。本系统最大的优点集中体现在实现功能齐全、外围电路简单、时间计算精确以及可维护方便等。具有可靠性高、安全性好、开发价值高等一系列优点。可编程控制器PLC是以计算机技术为核心的通用自动化控制装置,它的功能性强,可靠性高,编程简单,使用方便,体积小巧,近年来在工业生产中得到广泛的应用,被誉为当代工业自动化主要支柱之一。在现代的社会，全自动洗衣机进入各个家庭，本文介绍了PLC用于全自动洗衣机的控制系统，其可改进现有技术的不足，简化结构，有利于降低成本和提高可靠性。关键词PLC、洗衣机、全自动ABSTRACTTHEDESIGNMAINLYADOPTSPLCCONTROLTECHNOLOGYTODESIGNAUTOMATICWASHINGSYSTEM,COMPAREDWITHTHETRADITIONALWASHINGMACHINEITCONCLUDESAMOREREALTIMEMONITORING,HUMANINTELLIGENCEOURGREATESTSTRENGTHSEMBODIEDINFUNCTIONISSTRONGANDTHEEXTERNALCIRCUITSISSIMPLE,TIMECALCULATEACCURATELY,ANDSAFEGUARDITCONVENIENTLYITHASAHIGHRELIABILITY,SECURITYANDDEVELOPMENTOFHIGHVALUEONANUMBEROFADVANTAGESPLCISTAKESCORETOCONTROLDEVISEDTHECALCULATORTECHNIQUEASTHEINGENERALUSEAUTOMATIONCONTROLEQUIPTOCOMPUTERSKILLSITSFUNCTIONISSTRONG,THECREDIBILITYISHIGH,THEPLAITDISTANCEISSIMPLE,THEUSAGEISCONVENIENT,THEPHYSICALVOLUMEISCLEVERLYMADE,INTHESEYEARS,PLCISTHEEXTENSIVEAPPLICATION,ANDDRIVEFORCONTEMPORARYTHEINDUSTRIALAUTOMATIONMAINLYPAYSONEOFTHEPILLARSINTHEMODERNTIME,THEFULLAUTOMATICWASHERISENTERINGEVERYFAMILYTHEARTICLEINTRODUCESANEWDECELERATINGCLUTCH,WHICHISUSEDINFULLYAUTOWASHINGMACHINE,ITCANIMPROVETHECURRENTTECHNOLOGY,SIMPLIFYSTRUCTURE,ITISALSOHELPFULTOREDUCECOSTANDINCREASESRELIABILITYKEYWORDSPLC、WASHINGMACHINE、AUTOMATION安徽工商职业学院毕业论文2目录第一章绪论311PLC的基本概念312PLC的结构及工作原理413全自动洗衣机的结构和工作原理614电动机正反转工作原理9第二章PLC控制系统设计基本原则与设计步骤1021PLC控制系统设计的基本原则1022设计步骤11第三章全自动洗衣机控制系统的PLC选型和资源配置1331控制系统图如图二所示。1332PLC框架配置图及机型1333I/O地址分配14第四章全自动洗衣机控制系统程序设计和调试1541流程图1542程序的构成15第五章全自动洗衣机控制系统PLC程序1851系统资源分配（I/O口分配）1852功能图1953梯形图2154指令表2455波形仿真2556PLC接线图错误未定义书签。第六章设计的不足及需改进方法29第七章课程设计总结30第八章致谢31第九章参考文献32安徽工商职业学院毕业论文3第一章绪论11、PLC的基本概念PLC可编程序控制器PLC英文全称PROGRAMMABLELOGICCONTROLLER,中文全称为可编程逻辑控制器，定义是一种数字运算操作的电子系统，专为在工业环境应用而设计的。它采用一类可编程的存储器，用于其内部储存程序，执行逻辑运算，顺序运算，定时，计数与算术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声场过程。PLC是基于电子计算机，且适用于工业现场工作的电控制器。它源于继电控制装置，但它不像继电装置那样，通过电路的物理过程实现控制，而主要靠运行储存于PLC内存中的程序，进行出入信息变换实现控制。出入信息变换，可靠物理实现，可以说是PLC实现控制的两个基本要点。出入信息变换运行储存于PLC内存中的程序实现。PLC程序既有生产厂家的系统程序（不可更改），又有用户自行开发的应用（用户）程序。系统程序提供运行平台，同时，还为PLC程序可靠运行及信号与信息转换进行必要的公共处理。用户程序由用户按控制要求设计。什么样的控制要求，就应有什么样的用户程序。可靠物理实现主要靠输入（INPUT）及输出（OUTPUT）电路。PLC的I/O电路，都是专门设计的。输入电路要对输入信号进行滤波，以去掉高频干扰。而且与内部计算机电路在电上是隔离的，靠光耦元件建立联系。输出电路还要进行功率放大，已足以带动一般的工业控制元件，如电磁阀、接触器等等。I/O电路是很多的，每一输出点或输入点都要有一个I或O电路。PLC有多I/O用点，一般也就有多少个I/O用电路。但由于它们都是有高度集成化的电路组成的，所以，所占体积并不大。输入电路时刻监视着输入状态，并将其暂存于输入暂存器中。每一输入点都有一个对应的存储其信心的暂存器。输出电路要把输出锁存器的信息传送给输出点。输出锁存器与输出点也是一一对应。这里的输入暂存器及输出锁存器实际就是PLC处理器I/O口的寄存器。它们与计算机内存交换信息通过计算机总线，并主要由运行系统程序实现。把输入暂存器的而信息独到PLC的内存中，称输入刷新。PLC内存有专门开辟的存放输入信息的映射区。这个区的每安徽工商职业学院毕业论文4一对应位（BIT）称之为输入继电器，或称软接点。这些位置成1，表示接点通，置成0为接点断。由于它的状态是由输入刷新得到的，所以，它反映的就是输入状态。12、PLC的结构及工作原理121PLC的结构PLC主要由CPU模块、输入模块、输出模块和编程模块装置组成，它的特殊功能模块用来完成某些特殊的任务。1CPU模块CPU主要又微处理器（CPU芯片）和存储器组成。在PLC控制系统中CPU模块相当于人的大脑和心脏，它不断的采集输入信号，执行用户程序，刷新系统的输出；2存储器模块存储器用来存储程序和数据。可编程控制器配有两种存储器系统存储器和用户存储器系统存储器存放系统管理程序,用只读存储器实现用户存储器存放用户编制的控制程序,一般用RAM实现或固化到只读存储器中3I/O模块输入模块INPUT和输出模块OUTPUT简称I/O模块，它们是联系系统外部设备和CPU模块的桥梁,是连接用户输入输出设备和PLC控制器,将各输入信号转换成PLC标准电平供PLC处理,再将处理好的输出信号转换成用户设备所要求的信号驱动外部负载对输入输出接口的要求良好的抗干扰能力对各类输入输出信号开关量、模拟量、直流量、交流量的匹配能力PLC输入输出接口的类型模拟量输入输出接口、开关量输入输出接口直流、交流及交直流用户应根据输入输出信号的类型选择合适的输入输出接口4编程模块编程器是PLC必不可少的重要外部设备。编程器将用户所希望的功能通过编程语言送到PLC的用户程序存储器中。编程器不仅能对程序进行写入、读出、修改，还能对PLC的工作状态进行监控，同时也是用户与PLC之间进行人机对话的界面。随着PLC的功能不断增强，编程语言多样化，编程已经可以在计算机上完成。安徽工商职业学院毕业论文5图11PLC结构图122PLC的工作原理一基本工作模式PLC有运行模式和停止模式1运行模式它分为内部处理、通信操作、输入处理、程序执行、输出处理五个阶段2停止模式当处于停止工作模式时,PLC只进行内部处理和通信服务等内容二PLC工作过程A内部处理阶段在此阶段,PLC检查CPU模块的硬件是否正常,复位监视定时器,以及完成一些其它内部工作B通信服务阶段在此阶段,PLC与一些智能模块通信、响应编程器键入的命令,更新编程器的显示内容等,当PLC处于停止状态时,只进行内容处理和通信操作等内容C输入处理阶段输入处理也叫输入采样在此阶段顺序读取所有输入端子的通断状态,并将所读取的信息存到输入映象寄存器中,此时,输入映像寄存器被刷新D程序处理阶段按先上后下,先左后右的步序,对梯形图程序进行逐句扫描并根据采样到输入映像寄存器中的结果进行逻辑运算,运算结果再存入有关映像寄存器中但遇到程序跳转指令,则根据跳安徽工商职业学院毕业论文6转条件是否满足来决定程序的跳转地址E输出刷新阶段程序处理完毕后,将所有输出映象寄存器中各点的状态,转存到输出锁存器中,再通过输出端驱动外部负载在运行模式下,PLC按上述五个阶段进行周而复始的循环工作,称为循环扫描工作方式三PLC工作方式与特点集中采样、集中输出、周期性循环扫描,“串行“工作方式1扫描周期PLC的工作方式是一个不断循环的顺序扫描工作方式每一次扫描所用的时间称为扫描周期或工作周期PLC运行正常时,扫描周期的长短与CPU的运算速度有关,与I/O点的情况有关,与用户应用程序的长短及编程情况等均有关通常用PLC执行1K指令所需时间来说明其扫描速度一般110MS/K2输出滞后指从PLC的外部输入信号发生变化至它所控制的外部输出信号发生变化的时间间隔一般为几十100MS引起输出滞后的因素输入模块的滤波时间、输出模块的滞后时间、扫描方式引起的滞后3由于PLC是集中采样,在程序处理阶段即使输入发生了变化,输入映象寄存器中的内容也不会变化,要到下一周期的输入采样阶段才会改变4由于PLC是串行工作,所以PLC的运行结果与梯形图程序的顺序有关13、全自动洗衣机的结构和工作原理1、全自动洗衣机的实物示意图全自动洗衣机的洗衣桶（外桶）和脱水桶（内桶）是以同一中心安放的。外桶固定，作盛水用。内桶可以旋转，作脱水（甩水）用。内桶的四周有很多小孔，使内外桶的水流相通。该洗衣机的进水和排水分别由进水电磁阀和排水电磁阀来执行。进水时，通过电控系统使进水阀打开，经进水管将水注入到外桶。排水时，通过电控系统使排水阀打开，将水由外桶排出到机外，洗涤正转、反转由洗涤电动机驱动波盘正反转来实现，此时，脱水桶并不旋转。脱水时，通过电控系统将离合器合上，由洗涤电动机带动内桶正转进行甩干。高低水位开关分别用来检测高低水位。启动按钮用来启动洗衣机工作，停止按钮用来手动停止进水、停水、脱水及报警，排水按钮用来手动排水。安徽工商职业学院毕业论文7图12自动洗衣机示意图2、普通洗衣机的工作流程示意图如图13所示。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4个过程分别用相应的按钮开关来控制。全自动洗衣机中，这4个过程可做到全自动依次运行，直至洗衣结束。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，从而实现自动控制的。水位开关用来控制进水到洗衣机内高、中、低水位；电磁进水阀起着通断水源的作用。进水时，电磁进水阀打开，将水注入；排水时，电磁排水阀打开，将水排出；洗衣时，洗涤电动机启动；脱水时，脱水桶启动。安徽工商职业学院毕业论文8开始洗衣排水图13普通洗衣机的工作流程示意图3、设备控制要求全自动洗衣机控制系统的要求是能实现“正常运行”和“强制停止”两种控制方式。1）正常运行“正常运行”方式具体控制要求如下。（1）将水位通过水位选择开关设在合适的位置（高、中、低），按下“启动”按钮，开始进水，达到设定的水位后，停止进水。（2）进水停止5S后开始洗衣。（3）洗衣时，正转30S，停止5S，然后反转30S，停5S。（4）如此循环共5次，总共375S后开始排水，排空后脱水20S。（5）然后再进水，重复（1）4步，如此循环共3次。（6）洗衣过程完成，报警10S并自动停机。2）强制停止“强制停止”方式具体控制要求如下。脱水进水结束安徽工商职业学院毕业论文9（1）若按下“停止”按钮，洗衣过程停止，即洗涤电机会和脱水桶停止转动、进水电磁阀和排水电磁阀全部闭合。（2）可用手动排水开关和手动脱水开关进行手动排水和脱水。14电动机正反转工作原理图14电动机正反转接线图当在控制电路中，按下正转启动按钮时，KM1线圈通电，其主触点及辅助触点吸合，形成自锁，电动机正转；同理，按下反转启动按钮时，KM2线圈通电，其主触点及辅助触点吸合，形成自锁，电动机反转。安徽工商职业学院毕业论文10第二章PLC控制系统设计基本原则与设计步骤21PLC控制系统设计的基本原则任何一种控制系统都是为了实现被控对象的工艺要求，以提高生产效率和产品质量。因此，再设计PLC控制系统时，因遵循以下基本原则1最大限度地满足被控对象的控制要求充分发挥PLC的功能，最大限度地满足被控对象的控制要求，是设计PLC控制系统的首要的前提，这也是设计中最重要的一条原则。这就要求设计人员在设计前就要深入现场进行调查研究，手机控制现场的资料，收集相关国内、国外资料。同时要注和现场的工程管理人员、工程技术人员、现场操作人员紧密配合，拟定控制方案，共同解决设计中的重点为难题和疑难问题。2保证PLC控制系统的安全可靠保证PLC控制系统能长期安全、可靠、稳定运行，是设计控制系统重要原则。这就要求设计者在系统设计、元器件选择、软件编程上要全面考虑，以确保控制系统安全可靠。例如应电保证PLC程序不仅在正常条件下运行，而且在非正常条件下（如突然掉电再上电、按钮按错等），也能正常工作。3力求简单、经济、使用及维修方便一个新的控制工程固然能提高产品的质量和数量，带来巨大的经济效益和社会效益，担心工程的投入、技术的培训、设备的维护也将导致运行资金的增加。因此，在满足控制要求的前提下，一方面不断地扩大工程的效益，另一方面也要注意不断地降低工程的成本。这就要求设计者不仅应该是、使控制系统简单、经济，而且要是控制系统的使用和维护方便、成本低，不宜盲目追求自动化和高指标。4适应发展的需要由于技术的不断发展，控制系统也将不断地提高，设计时要适当考虑到今后控制系统的发展和完善的需要。这就要求在选择PLC、输入输出模块、IO数和内存容量时，要适当留有余量，以满足今后的生产发展和工艺的改进。安徽工商职业学院毕业论文1122设计步骤一般PLC控制系统的设计步骤如下图21所示，具体操作如下（1）控制要求分析在设计PLC控制系统之前，必须对工艺流程进行细致的分析，详细了解控制对象和控制要求，这样才能真正明白自己要完成的任务，设计出令人满意的控制系统。（2）确定I/O设备根据控制要求选择合理的输入设备（控制按钮、开关、传感器等）和输出设备（接触器、继电器等）。并根据选用的输入、输出设备的类型和数量，确定PLC的I/O点数。（3）选择合适的PLC确定PLC的点数后，就根据I/O点数、控制要求等来进行PLC的选择。选择包括机型、存储器容量、输入输出模块、电源模块和智能模块等。（4）PLC程序设计本阶段就是根据控制对象和控制要求对PLC进行编程。首先把工艺流程分为若干阶段，确定每一阶段的输入信号和输出要控制的设备，还有不同阶段之间的关系，然后画出程序流程图，最后再进行程序编制。（5）I/O点数分配点数分配就是PLC的I/O端子和输入/输出设备的对应关系，画出I/O接线原理图。（6）模拟调试程序编制好后，可以用按钮和开关模拟数字量，电压源和电流源代替模拟量，进行模拟调试，使控制程序基本满足控制要求。（7）现场联机调试现场联机调试就是将PLC与现场设备进行调试。在这一步中可以发现程序存在的实际问题，然后经过修正后使其满足控制要求。（8）整理技术文件这一步主要包括整理与设计有关的文档，包括设计说明书、I/O接线原理图、程序清单和使用说明书等。安徽工商职业学院毕业论文12图21设计步骤示意图安徽工商职业学院毕业论文13第三章全自动洗衣机控制系统的PLC选型和资源配置31控制系统图如图31所示。启动按钮停止按钮手动排水开关手动脱水开关水位选择开关（高、中、低）电磁进水阀电磁排水阀洗涤电动机PLC图31全自动洗衣机控制系统图32PLC框架配置图及机型全自动洗衣机控制采用三菱FX2N系列整体式PLC。PLC框架配置如图32所示。水位选择开关（高、中、低）脱水桶安徽工商职业学院毕业论文14CPU模块FX2N24MR001图32PLC框架配置图规格型号FX2N24MR001产品用途由于FX2N系列PLC具有对于输入/输出、逻辑控制以及通讯/链接功能的可扩展性，因此它对普遍的解决方案有广泛的适用范围。产地上海供货地上海输入输出形式继电器尺寸（MM）宽厚高90X75X9036X30X35FX2N系列PLC是一种普遍选择方案，最多可达128点控制。由于FX2N系列PLC具有对于输入/输出、逻辑控制以及通讯/链接功能的可扩展性，因此它对普遍的解决方案有广泛的适用范围33I/O地址分配由于CPU模块有14点数字量输入，有10点数字量输出，因此不需要输入/输出模块。I/O分配采用自动分配方式，模块上的输入端子对应的输入地址是X0X10，输出端子对应的输出地址是Y0Y5。安徽工商职业学院毕业论文15第四章全自动洗衣机控制系统程序设计和调试41流程图（1）正常运行流程图如图41所示。（2）强制停止流程图如图42所示。42程序的构成这个程序有自动方式和手动方式两种。在自动方式下，PLC将运行已经设置好的程序和参数（适用于机械一切都工作正常的情况下）。在手动方式下是在紧急停止情况下，可以手动进行排水和脱水。33程序的下载、安装和调试将各个输入/输出端子和实际控制系统中的按钮、所需控制设备正确连接，完成硬件的安装。全自动洗衣机程序是由GXDEVELOPER软件的指令完成，正常工作时程序存放在存储卡中，若要修改程序，先将PLC设定在STOP状态下，运行GXDEVELOPER编程软件，打开全自动洗衣机程序，即可在线调试，也可用编程器进行调试。安徽工商职业学院毕业论文16开始正常运行按动停止按钮洗涤电动机和脱水桶停止转动、进水和排水电磁阀闭合打开手动排水开关排水打开手动脱水开关脱水结束图41强制停止流程图安徽工商职业学院毕业论文17开始进水高水位正转洗衣计时30S停止洗衣暂停5S反转洗衣计时30S排水停止洗衣暂停5S洗衣5次水是否排完脱水计时20S洗衣过程运行3次洗衣报警计时10S结束NYNYYYYYYYYYNNNNNNNN图42正常运行流程安徽工商职业学院毕业论文18第五章全自动洗衣机控制系统PLC程序51系统资源分配（I/O口分配）1）数字量输入部分这个控制系统的输入有启动按钮、停止按钮、高水位、脱水等输入点。具体的输入地址分配如表一所示。表51输入地址分配功能名称地址启动S41X0高水位SHX3脱水SB3X4停止S42X12）数字量输出部分这个控制系统需要控制的外部设备有进水电磁阀、排水电磁阀、洗涤电动机、脱水桶、报警器共个设备。但是由于洗涤电动机有正转和反转两个状态，分别都对应正转和反转，所以输出点该有个。具体的输出地址分配如表所示。表52输出地址分配功能名称地址正洗KM1Y1反洗KM2Y2脱水YC1Y4进水电磁阀YV1Y0排水电磁阀YV2Y3报警KM3Y53）定时器、计数器部分该控制系统用到了6个定时器、两个计数器，具体如下安徽工商职业学院毕业论文19表53定时计数器类别器件号设定值作用定时器T030S正转洗30ST15S暂停5ST230S反转洗30ST35S暂停5ST420S脱水20ST510S报警10S计数器C05次正反转循环次数C13次大循环次数52PLC接线图图51安徽工商职业学院毕业论文2053顺序功能图安徽工商职业学院毕业论文2154梯形图安徽工商职业学院毕业论文22安徽工商职业学院毕业论文23安徽工商职业学院毕业论文2455指令表安徽工商职业学院毕业论文2556波形仿真1高水位安徽工商职业学院毕业论文263正洗安徽工商职业学院毕业论文273反洗4排水安徽工商职业学院毕业论文285脱水6报警安徽工商职业学院毕业论文29第六章设计的不足及需改进方法不足一进水量必须超过设定水位较多后才会停止进水分析与检修此现象说明实际水位已达到规定高度时，水压开关集气室内的空气压力仍达不到规定值，只有继续升高水位，水压开关彩绘动作。具体原因和处理方法如下（1）水压开关集气室导气接嘴堵塞或漏气。只要清除导气接嘴处杂物；或在漏气处用胶水封好即可，若是导气软管老化扭结或破裂漏气则要更换导气软管；（2）水压开关水位控制弹簧压缩量过大。只要将调节螺钉旋出一些，减小水位控制弹簧预压缩量即可；（3）水压开关内换向顶杆及传动部件变形或损坏。可通过修复校正来解决，严重时则要更换水压开关。不足二排水速度变慢分析与检修此故障一般是排水阀未完全打开或排水管路不畅所致。具体原因和处理方法是（1）排水阀内有杂物堵塞或排水软管弯折变形。只要清除排水阀内杂物或更换排水软管即可解决；（2）排水拉杆与橡胶阀门间隙变大，只要适当调小排水拉杆与橡胶阀门的间隙即可；（3）排水阀内弹簧太长或失去弹性。只要更换内弹簧即可不足三洗涤时，电机正反转正常，而波轮只能单向反转不能正转分析与检修此故障系离合器棘爪拨叉变形或调节螺钉旋入过深，使棘爪工作位置不能到位，导致洗涤轴与脱水轴在洗涤状态下未分离所致。因离合器棘爪工作位置不到位时，方丝离合簧不能被拨松，使洗涤轴和脱水轴都被离合簧抱紧，而脱水轴在洗涤状态下又被制动带抱紧。当离合器皮带轮顺时针方向正转时，则不能带动拨轮逆时针方向反转时，既是离合器方丝离合簧旋松方向，使洗涤轴与脱水轴分离，又是离合器钮簧旋紧方向，脱水轴仍被制动带抱紧，此时拨轮可以反向转动。先适当调整调节螺钉，使棘爪拨叉与制动杆间隙在正常范围内，若棘爪拨叉变形损坏，可对棘爪拨叉进行修复校正，严重时要更换棘爪拨叉才能解决问题。安徽工商职业学院毕业论文30第七章课程设计总结随着毕业日子的到来，课程设计也接近了尾声。经过几周的奋战，我的课程设计终于写完了。在没有做课程设计之前觉得课程设计只是对这几年来所学知识的单纯总结，但是通过这次做课程设计发现自己的想法太片面了。课程设计不仅是对前面所学知识的一种检验，而且也是对自己能力的一种提高。通过这次课程设计是我明白了自己原来的知识还比较欠缺。自己要学的东西还很多，以前总是觉得自己什么东西都会，什么东西都懂，有点眼高手低。通过这次的毕业