摘 要
在科技高速发展的今天，自动洗衣机早已是常见的必备家庭日用电器。本文以可编程控制器（PLC）为控制核心，设计了由可编程控制器（PLC）控制的波轮自动洗衣机的控制系统，改进了现有洗衣机的控制系统，简化了程序，使控制系统更加易懂且操作方便，并利用该机解放了人们的双手。根据自动洗衣机的工作过程和控制要求，采用PLC设计了自动洗衣机的控制系统，实现了控制系统的灵活性、高稳定性和可靠性，为检测人员随时输入、调试和修改控制程序提供了方便。
关键词
全自动洗衣机，PLC，系统设计
目 录
第1章 引言 .............................................. 1 第2章 背景 .............................................. 1 2.1洗衣机综述 ........................................ 1 2.2 PLC 的诞生 ........................................ 1 2.3洗衣机的工作原理 ................................... 2 第3章 工艺要求及动作流程 ................................ 2 3.1工艺要求及动作流程 ................................. 2 3.2具体控制要求....................................... 3 第4章 PLC控制结构和原理 ................................. 4 第5章 硬件设计及I/O分配 ................................ 6 5.1硬件设计结构接线图 ................................. 6 5.2 I/O分配表 ........................................ 6 第6章 程序设计与调试 .................................... 6 6.1程序设计 .......................................... 6 6.2程序调试 .......................................... 7 第7章 控制系统程序设计 .................................. 8 7.1调节水位程序段 ..................................... 8 7.2启动、手动停止、手动排水程序段 ..................... 8 7.3到达指定水位开始运行程序段 ......................... 8 7.4小循环洗衣程序段 ................................... 9 7.5正转脱水和大循环程序段 ............................. 9
7.6洗涤结束报警程序段 ................................ 10 第8章 结束语 ........................................... 10 参考文献 ................................................ 11 致谢 .................................................... 11
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基于PLC的全自动洗衣机控制系统设计
第1章 引言
基于单片机控制系统的自动洗衣机存在着自身无法克服的缺点。首先，单片机控制系统指令复杂，清洗脱水程序相对复杂。其次，在设计控制系统的硬件时，必须有多种电路保护装置，这会增加硬件的复杂度。如果全自动洗衣机控制系统采用PLC控制，这些缺点单片机控制可以克服[1]。PLC是以计算机技术为核心的通用工业自动化设备。它将传统的继电控制系统与计算机技术相结合。它是一个完整的模块。它集驱动电路、检测电路、保护电路和通信网络功能于一体。它具有硬件相对简单、可靠性高、灵活通用、编程调试方便、使用维护方便等特点，可以提高控制系统设计的灵活性和控制系统的可靠性。目前，它已广泛应用于工业自动化控制、机电一体化和传统产业的改造。它被誉为现代工业生产自动化的三大支柱[2]。根据自动洗衣机的控制要求，采用三菱PLC设计了自动洗衣机控制系统。
第2章 背景
2.1洗衣机综述
在当今社会，洗衣机是人们生活中不可缺少的家用电器之一。一般来说，洗衣机的分类有两种方法：①根据不同的洗涤方法；②根据洗衣机的自动化程度。根据洗涤方法的不同，洗衣机可分为波轮洗衣机和滚筒洗衣机。按自动化程度可分为：普通洗衣机、半自动洗衣机、自动洗衣机等。
2.2 PLC 的诞生
20世纪60年代末，美国通用公司提出了一系列要求：它需要开发一个简单的程序，并有自己的技术语言、系统，易于使用。为了满足通用公司的要求，美国数字设备公司开发了世界上第一台可编程控制器PDP-14（PLC）。这种先进的工业控制元件可以通过编程来修改控制方案，也可以应用于逻辑控制。
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2.3洗衣机的工作原理
众所周知，洗衣机的工作原理是将衣物放入洗衣桶，加入适量的水和清洁剂，然后控制按钮启动洗衣机。洗衣机启动后，洗衣机底部的轮子开始转动并相应地运转。包括洗涤、干燥、排水等一系列工作。在工作中，衣物和清洁剂由于滚筒的旋转而旋转。在旋涡的作用下，它们在桶壁上螺旋摩擦，产生用手摩擦衣物的效果，使污垢与衣物分离。同时，由于洗衣粉中含有活性分子，活性分子可以通过衣服表面的毛孔进入衣服，在水的作用下膨胀，从而在膨胀过程中，衣服中的污垢和灰尘颗粒杂质可以排出。然后漂洗脱水，将洗涤液中的污垢从水中洗掉，然后在离心力的作用下将大部分水排出，最终达到洗涤衣物的目的。
第3章 工艺要求及动作流程
3.1工艺要求及动作流程
自动洗衣机的结构图如图1所示。洗衣斗(外斗)和清衣斗(内斗)位于同一中心。外管固定以盛水。内筒可旋转脱水。内管周围有许多小孔，使内管与外管的流动连接起来。自动洗衣机的进水和出水分别由进水电磁阀和出水电磁阀进行。进水时，由电控系统打开进水电磁阀，通过进水管[3]将水注入外筒。排水时，由电气控制系统打开排水电磁阀，水从外筒排到机器外部。正反面洗波板由洗波电机驱动，正反面洗波。此时，脱水滚筒不旋转。脱水时，离合器由电控系统关闭，内缸由清洗电机驱动，向前旋转干燥。高水位和低水位开关分别用于检测高水位和低水位。启动按钮是用来启动洗衣机的。停止按钮用于实现进水、排水、脱水、报警的手动停止。排水按钮用于手动排水。
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图1全自动洗衣机外形图
1.波盘；2.外桶；3.内桶；4.进水口；5.启动按钮；6.排水按钮；7停止按钮；8.高水位按钮； 9.中水位按钮；10.低水位按钮；11.显示器；12.高水位开关；13.中水位开关；14.低水位开关； 15.排水口；16.洗涤电动机
图2PLC控制洗衣机的控制图
自动洗衣机的操作一般包括启动、灌装、清洗、排水和脱水。在控制过程中，控制中心对各种采样信息进行判断、比较和选择，然后通过信息电路反馈给洗衣机的各种控制机构，确定洗衣机的工作状态。PLC在系统中的中心地位,水位开关是PLC的输入信号控制开关,入口阀,排污阀和电机驱动器的各种行为的洗衣机,进口阀和排水阀是由信号给PLC,电动机的工作状态也由PLC[4]。输出信号由控制中心PLC给出，电机的正负状态由控制中心PLC给出的信号直接决定。确定了洗衣机的洗涤状态和脱水状态。由PLC控制的洗衣机各动作控制图如图2所示。
3.2具体控制要求
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自动洗衣机的PLC控制系统要求系统处于初始状态，准备启动。选择水位，按下启动按钮打开进水阀，自来水通过进水管进入外缸。当达到预定水位时，停止进水口，开始冲洗和正旋转。正洗30秒后，洗涤电机暂停；暂停2秒后，洗涤反转开始；反洗30秒后，洗涤电机暂停2秒（小循环）。如果正、反洗周期小于5次，则返回正洗周期，开始下一个小周期；如果正、反洗周期满5次，则结束小周期，开始排水。当水位降到低水位时，开始脱水，排水持续30秒。完成一个大周期；如果完成三个大周期，清洗过程将完成，警报将完成5秒。如果你按下停止按钮，你可以手动排水和脱水。流程图如图3所示。
图3全自动洗衣机的控制流程图
第4章 PLC控制结构和原理
PLC是工业控制的专用设备。其硬件组成与计算机应用系统相似。传统的PLC主要由以下部分组成：存储器、控制接口、外围接口、扩展接口、电源等[5]。一般来说，传统硬件的框图如图4所示。
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图4 PLC控制系统硬件结构图
中央处理器(CPU)是PLC的控制中心和操作中心。在系统程序的配合下，接收和存储用户程序和程序员的输入数据，诊断程序中PLC电源和内部电路的工作状态和语法错误。输入设备被扫描并存储在相应的存储单元中，以便从内存中读取用户程序。编译器对其进行解释并将其转换为相应的机器码。根据机器产生相应的控制信号，完成用户程序[6]。操作和控制任务需要输出相应的计算结果和控制信号来完成打印、显示、通信等。
PLC采用连续循环方式对每个循环的所有输入信号进行采样。PLC循环扫描的主要工作过程分为三个阶段:输入采样阶段、程序执行阶段和输出刷新阶段。PLC控制技术通过现场总线将PLC与上位机连接起来，监控并分析各PLC[7]的状态，并将信息反馈给管理人员。
在数控系统中，PLC在解决开关量辅助控制问题中起着重要作用。主要负责数控侧和机侧逻辑信号处理。在NC中，M、S、T等辅助功能的代码信息发送到NC。PCL将M、S、T指令的响应信号发送回CNC，控制CNC设定机床坐标参考点。在机器端，PLC向机器发送信号以控制机器的执行，机器向PLC发送操作面板上的开关和按钮等信号[8]。
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第5章 硬件设计及I/O分配
5.1硬件设计结构接线图
根据全自动洗衣机的控制系统的要求，PLC控制的硬件设计接线图如图5所示。
图5 PLC在全自动洗衣机控制系统的接线图[9]
5.2 I/O分配表
PLC的I/O分配表如表1所示。
表1PLC的I/O地址分配表
第6章 程序设计与调试
6.1程序设计
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根据全自动洗衣机的PLC控制系统的要求及I/O分配，实现该功能的指令程序如表2所示。
表2全自动洗衣机PLC控制的指令程序表[10]
6.2程序调试
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连接PLC，打开软件并选择适当的通信端口。[12]。
第7章 控制系统程序设计
7.1调节水位程序段
启动洗衣机时，第一步是调整水位。洗衣机有“低”、“中”、“高”三种水位。默认情况下，该过程将水位设置为中等。按下按钮X005调整水位。顺序是Y010、Y011、Y012(中、高、低)，然后是循环，如图6所示。
图6
7.2启动、手动停止、手动排水程序段
X000表示启动洗衣机，Y007表示启动操作指示灯，Y000表示进入水电磁阀。但按下X000、Y007、Y000电源按钮，操作指示灯亮，进水电磁阀打开进水。按下按钮X001手动停止操作[13]。按下按钮X002手动排水，如图7所示。
图7
7.3到达指定水位开始运行程序段
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X003、X007、X006分别为指定高度和水位的传感器输入信号，T0为水位达到指定水位时2S的暂停时间，如图8所示。
图8
7.4小循环洗衣程序段
挂2s后，Y001开始运转（即正转洗衣机）15s，T2正转洗衣机15s，3s，Y002开始运转（即反转洗衣机）15s，T4反转洗衣机15s，3s，然后跳到Y001正转洗衣机[14]。三个循环后（即C0为3），Y003导线开始排水，如图9所示。
图9
7.5正转脱水和大循环程序段
当排水水位到达低水位X004感应,使离合器Y004传导,离合器是关闭,Y005传导开始是脱水,时间10秒后,脱水,然后T5 10年代,重置C0, Y000 Y005,指令”开始,手动停止,手动排水程序段”开始洗,直到3 C1,大周期三结束[15],如图10所示。
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图10
7.6洗涤结束报警程序段
Y006为报警T6为10S报警时间，10S报警结束后，复位C1、Y007，整个洗涤过程结束，如图11所示[16]。
图11
第8章 结束语
采用PLC作为控制核心的自动洗衣机，具备合理完善的结构和便捷可靠的检测方法。具有较强的灵活性，提高了设备运行的可靠性，缩短了产品开发周期，保证了产品技术开发的同步性，并且提高了效率，取得了良好的经济效益。此外，可编程逻辑控制器可重复使用，大大降低了成本。它的灵活性和操作方便性也便于测试人员随时输入、调试和修改控制程序。PLC还具有与计算机方便连接的串行接口，构成测控系统，为系统的维护和使用带来极大的方便。
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参 考 文 献
[1] 史国生.电气控制与可编程控制器技术[M].北京:化学工业出版社,2005.
[2] 李俊秀.可编程控制器应用技术[M].北京:化学工业出版社, 2008. [3] 施永.PLC 操作技能[M].北京:中国社会劳动保障出版社,2006. [4] 石玉明,张屏.基于 PLC 的自动洗衣机控制系统[J].机械工程与自动化,2007(3).
[5]中国机械杂志.工业可编程序控制器的现状与发展趋势[J].航天技术与民品，1999，16（7）：5-7.
[6]王振民.PLC原理及应用[M].大庆石油学院，2003：13-15.
[7]谢克明，夏路易.可编程控制器原理与程序设计[M].北京：电子工业出版社，2005：106-109.
[8]刘涳.常用低压电器与可编程序控制器[M].西安：西安电子科技大学出版社，2005：175-180.
[9]中国制冷与暖通空调信息网.洗衣机迎来科技新时代[EB/OL].2004. [10]马光.全自动洗衣机中的传感器[J].家用电器，1999，12（6）：20-23. [11]廖常初.可编程序控制器应用技术[M].重庆大学出版社,2002. [12]谢克明.可编程控制器原理与程序设计[M].电子工业出版社. [13]王春刚.洗衣机的特点及原理[M].农村读物出版社,2002 [14]胡学林.可编程控制器教程(实训篇)[M].电子工业出版社,2004. [15]王亚欣.全自动洗衣机的PLC控制[J].科技广场,2008(03).
[16]宋德玉.可编程序控制器原理及应用系统设计技术[M].冶金工业出版社,2001.
致 谢
时光荏苒，岁月如梭，马上就毕业了，就要离开我亲爱的学校以及我敬爱的老师们和亲爱的同学们。虽然并不想承认，但我清楚地知道，在我完成这篇论文的这一刻，我的校园生活也将就此画上一个圆满的句号了。此时此刻，停下匆忙
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的脚步回首望去，一切都是那样的熟悉，都是那样的热爱。不知不觉间，在这个美丽的校园里，我已经度过了人生最为宝贵的四年韶华。虽然朝暮勤勉，扬鞭自奋，师长劝助，同窗互促，故学有小成，但距恩师之期盼、时代进步之速，学科发展之切，深感差距悬殊，故常觉内心惶恐，寝夜难眠。诚所谓，人生有限而学海无涯。从论文的起草到撰写完成，我要感谢的人太多太多。首先，要感谢学校和学院为我提供了这样一个优秀的学习平台和良好的学习环境。也要感谢院系所有的老师，不管我是否上过他们的课，都同样要感谢他们在这四年来对我的悉心教导。他们严禁端正的作风一直是我学习、工作中的榜样；他们言传身教的影响和不拘泥于固有的思路给了我无穷启迪。他们的谆谆教诲，将是我今后人生路途中永远不敢忘却的财富。另外，要特别感谢我的指导老师，从论文的开篇立题到论文的撰写完成，整个过程无不浸透着老师的心血。这篇论文的顺利完成，离不开老师的悉心指导，在此对老师致以深深的谢意。老师广博的学识，严肃的科学态度，严谨的治学精神，灵活的思维方式深深感染并且激励着我；她在生活中却又是平易近人的，对学生关怀备至，这份师恩，我永生难忘。最后，我要感谢专业的所有同学们，感谢他们的一路相伴和鼓励支持，让我在求学的过程中倍感温馨。回首这三年，我结识了很多人，也有幸得到了很多人的关心与帮助。我自知学术水平有限，所作的研究和论文难免有不足之处，恳切希望得到老师们的批评指正和宝贵意见。
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