家用電器plc控制設計

① 全自動洗衣機基於PLC的設計

基於PLC的全自動洗衣機控制
摘 要
隨著科學技術不斷進步和社會飛速發展，洗衣機成為人民日常生活息息相關的家用電器產品。
傳統洗衣機基於電器的控制，已經不能滿足人們對其自動化程度的要求了。洗衣機要更好地滿足人們的需求，必須藉助於自動化技術的發展。自動化技術的飛速發展，使得洗衣機由最初的半自動式發展到現在的全自動式，並正在向智能化洗衣機方向發展。
洗衣機的全自動化、多功能化、智能化是其發展方向。基於全自動洗衣機的應用日益廣泛，本次設計利用西門子公司生產的PLC控制全自動洗衣機，與傳統的繼電器邏輯控制系統相比較，洗衣機可靠性、節能性得到了提高。PLC控制不需要大量的活動部件和電子元器件，它的接線也大大減少，與此同時系統維修簡單、維修時間縮短。
本文首先介紹了洗衣機的發展，然後重點介紹了洗衣機的設計，對程序流程圖及編程軟體進行了說明，最後對系統進行了模擬。PLC采樣按鈕及限位開關外部輸入信號的變化，執行相應的程序，然後輸出控制電機正反轉及脫水處理，控制方式靈活多樣。
最後就本課題所做的工作進行了總結，並對進一步的研究提出了自己的看法。本次設計的全自動洗衣機工藝要求有待改善，不可以單獨脫水及洗衣時間的設置；由於時間有限，沒做進一步的改善。基於全自動洗衣機在日常生活中廣泛運用，本設計具有廣泛的推廣價值。
關鍵詞：全自動洗衣機, PLC, 控制

目 錄
1 緒論 1
1.1 課題概述 1
1.2 洗衣機發展概況 1
1.3 課題研究的目的與意義 2
1.4 本課題研究的主要內容 3
2 系統硬體設計 4
2.1 系統的控制要求 4
2.2 系統硬體設計 5
2.3 系統軟體設計 8
3 總結 13
3.1 工作總結 13
致謝 14
參考文獻 15
附錄 16
附錄一：梯形圖程序 16

1 緒論
1.1 課題概述
本次設計基於PLC的全自動洗衣機控制，採用PLC控制開發的周期短，開發成本低，可靠性高，可以直接用於現場控制。本設計以操作簡單、使用可靠、維護修理方便作為主要設計方向。
通常，人們採用洗衣機來洗衣服需要經歷洗衣、清洗、排水、脫水等4個環節，而在全自動洗衣機中，這樣的一個過程完全由PLC來完成。全自動洗衣機需要其控制系統足夠可靠，以避免洗衣機出現故障。
全自動洗衣機的簡單工作過程如圖 1.1所示，其中洗衣的方式、洗衣中的水位選擇等倆個方面需要將衣服放入洗衣機之後手動來選擇，並且是必須選擇的洗衣參數。當選擇了洗衣參數後，按下啟動按鈕，洗衣機就會自動完成整個過程。

圖1.1 全自動洗衣機的簡單工作過程
1.2 洗衣機發展概況
世界上第一台洗衣機於1858年誕生，但這台洗衣機使用費力，且損傷衣服，因而沒被廣泛使用，但這卻標志了用機器洗衣的開端。1874年,「手洗時代」受到了前所未有的挑戰，美國人發明了木製手搖洗衣機。1880年，美國發明了蒸氣洗衣機，蒸氣動力開始取代人力。蒸汽洗衣機之後，水力洗衣機、內燃機洗衣機也相繼出現。1910年，美國試製成功世界上第一台電動洗衣機，電動洗衣機的問世，標志著人類家務勞動自動化的開端。1922年，美國改造了洗衣機的洗滌結構，把拖動式改為攪拌式，使洗衣機的結構固定下來，這也就是第一台攪拌式洗衣機的誕生。1932年，美國研製成功第一台前裝式滾筒洗衣機。1955年，在引進英國噴流式洗衣機的基礎之上，日本研製出獨具風格、並流行至今的波輪式洗衣機。
全自動洗衣機從結構上分有波輪式,攪拌式,滾筒式。目前,國內市場上銷售的大都是波輪式和滾筒式，供應最多的是波輪式洗衣機。波輪式洗衣機的特點是洗凈率高,但對衣服的磨損很大,隨著人們生活水平不斷地提高，絲綢,毛料,羊毛等大量走進普通家庭,廠商又適時地推出了滾筒洗衣機,它最大的優點是磨損率小,但洗凈率比波輪式低,價格高。
洗衣機產品可以分三類：普通型、半自動型和全自動型。普通型和半自動型洗衣機，都需要人為參與操作，才能完成洗衣、甩干、排水全過程；而全自動洗衣機在整個洗滌、甩干、排水過程中，無需人為操作和監控。
國內外洗衣機品牌有海爾、小天鵝、榮事達、松下、惠而浦水仙、LG熊貓、西門子、日立好用。
1.3 課題研究的目的與意義
本課題主要著重於全自動洗衣機的控制，要求洗衣機能實現進水、洗滌、排水、脫水、報警，所採用的控制方法操作簡單、穩定可靠、維護與維修方便。控制方法確定後投入生產要縮短控制系統的設計的時間、調試周期，且要降低成本。
傳統的洗衣機採用繼電器控制的優點是裝置結構簡單、價格便宜、抗干擾能力強。但是，這也是隨之帶來的一些問題，如絕大多數控制繼電器都是長期磨損和疲勞工作條件下進行的，容易損壞，而且繼電器的觸點容易產生電弧，甚至會熔在一起產生誤操作，引起嚴重的後果。在全負荷運載的情況下，大的繼電器將產生大量的熱及雜訊，同時也消耗了大量的電能。並且繼電器控制系統必須是手工接線、安裝，如果有簡單的改動，也需要花費大量時間及人力和物力去改制、安裝和調試。這種電路接線多，只適用於小型的控制電路。
採用PLC控制比繼電器控制好的多，我們採用PLC來控制。
（1） 可靠性高，抗干擾能力強，高可靠性是電氣控制設備的關鍵性能。PLC由於採用現代大規模集成電路技術，採用嚴格的生產工藝製造，內部電路採取了先進的抗干擾技術，具有很高的可靠性。
（2） 配套齊全，功能完善，適用性強PLC發展到今天，已經形成了大、中、小各種規模的系列化產品。可以用於各種規模的工業控制場合。
（3） 易學易用，深受工程技術人員歡迎PLC作為通用工業控制計算機，是面向工礦企業的工控設備。
（4） 系統的設計、建造工作量小，維護方便，容易改造，PLC用存儲邏輯代替接線邏輯，大大減少了控制設備外部的接線，使控制系統設計及建造的周期大為縮短，同時維護也變得容易起來。更重要的是使同一設備經過改變程序改變生產過程成為可能。這很適合多品種、小批量的生產場合。
（5） 體積小，重量輕，能耗低，由於體積小很容易裝入機械內部，是實現機電一體化的理想控制設備。
1.4 本課題研究的主要內容
本課題需研製出可靠性高、易於操作的全自動洗衣機控制方法，該系統採用PLC控制，主要包括電動機正反轉控制、離合器控制、進排水電磁閥控制、循環控制、保護和聯鎖。
研究的具體內容包括：
（1） 深入了解洗衣機的發展、結構及控制要求。
（2） 控制系統設計。包括硬體設計，PLC的選擇，各硬體模塊的介紹，軟體設計，編程方法。
（3） 對編寫好的編譯程序進行模擬調試並模擬。
2 系統硬體設計
2.1 系統的控制要求
全自動洗衣機系統中，PLC主要完成一下功能。
1.檢測功能
（1）檢測洗衣機的方式；標准或者是柔和的選擇。
（2）檢測洗衣時的水位；高水位或者是低水位的選擇。
（3）檢測進水是否到了需要的水位，即進水是否完成。
（4）檢測排水是否已經完成。
2.控制功能
（1）控制進水、洗衣、排水、清洗、脫水等洗衣機的動作。
（2）控制洗衣、清洗、脫水等的時間長短。
（3）控制洗衣、清洗等的效果。
（4）控制在洗衣機完成一個動作和到下一個動作的准確轉換。
（5）控制完成洗衣機洗衣時的信號提示。
自動洗衣機的設計除了滿足上述功能以外，還需要考慮到外觀設計、造型等方面。尤其是在洗衣機的手動控制操作面板上，依序符合人機界面的基本要求。
設計全自動洗衣機的操作面板如圖2.1所示。其中進水、正轉、反轉、排水、脫水為信號燈指示單簽洗衣機的工作狀態；蜂鳴器為聲音指示，指示洗衣機在工作中的某些狀態的轉換；啟動、停止、高水位、低水位、標准、柔和等為手動控制按鈕，用來手動輸入一些控制信號。

圖2.1 全自動洗衣機操作面板
在實際生活中，操作面板一般位於洗衣機的上表面，需要在設計的時候加入更多的個性化平面設計元素，並且操作面板往往與恐怕給你賺錢不放置在一起，這就需要考慮線路布線的問題。
2.2 系統硬體設計
根據上節中隊全自動洗衣機的功能分析，可以設計出圖2.2所示的全自動洗衣機硬體系統框圖。

圖2.2 全自動洗衣機的硬體系統框圖
選擇西門子S7-200系列PLC作為此全自動洗衣機的控制主機。本控制系統中共有8哥數字量輸入和6個數字量輸出，共需14個I/O點數及程序容量，選擇了CPU222作為本系統的主機。
對PLC主機的I/O資源進行分配，其分配情況如表2.1所示

名稱 地址信號 說明
輸入信號
啟動按鈕 I0.0 啟動洗衣機
停止按鈕 I0.1 停止洗衣機
高水位按鈕 I0.2 高水位選擇
低水位按鈕 I0.3 低水位選擇
標准模式按鈕 I0.4 標准模式選擇
柔和模式按鈕 I0.5 柔和模式選擇
高水位探測器 I0.6 高水位檢測
低水位探測器 I0.7 低水位檢測
輸出信號
進水電磁閥 Q0.0 進水控制
電動機正轉接觸器 Q0.1 電動機正轉控制
電動機反轉接觸器 Q0.2 電動機反轉控制
排水離合器 Q0.3 排水控制
脫水電磁離合器 Q0.4 脫水控制
蜂鳴器 Q0.5 聲音提示
表2.1 全自動洗衣機控制系統中PLC主機的I/O資源分配

根據PLC主機的I/O資源分配以及PLC主機的硬體框圖，則PLC主機的硬體接線圖如圖2.3所示。

圖2.3 全自動洗衣機PLC控制部分硬體接線圖
1.輸入口
（1）啟動按鈕連至PLC主機的輸入口I0.0，停止按鈕連至主機的輸入口I0.1.
（2）高水位按鈕連至PLC主機的輸入口I0.2，低水位按鈕連至主機的輸入口I0.3.
（3）標准模式選擇按鈕連至PLC主機的輸入口I0.4，柔和模式選擇按鈕連至主機的輸入口I0.5
（4）高水位探測器連至PLC主機的輸入口I0.6，低水位探測器連至主機的輸入口I0.17
2.輸出口
（1）PLC主機輸出口Q0.0控制進水電磁閥。
（2）PLC主機輸出口Q0.1控制電動機正轉接觸器。
（3）PLC主機輸出口Q0.2控制電動機反轉接觸器。
（4）PLC主機輸出口Q0.3控制排水離合器。
（5）PLC主機輸出口Q0.4控制脫水電磁離合器。
（6）PLC主機輸出口Q0.5控制蜂鳴器。
2.3 系統軟體設計
全自動洗衣機控制系統的詳細工作過程如下。
（1）按下啟動按鈕，洗衣機電源導通，准備進入洗衣狀態。
（2）用戶設置水位高低，以及洗衣模式（標准模式或者柔和模式）。
（3）洗衣機打開進水電磁閥，開始從外界輸入水。
（4）水位探測器檢測到水已經到位，開始洗衣。
（5）電動機正轉與反轉按照設計的洗衣模式切換時間長度進行輪流工作。
（6）洗衣一直進行10min。
（7）洗衣機打開排水離合器開始排水，並且持續3min。
（8）洗衣機關閉排水離合器。
（9）重復（3）~（8）步驟一次。
（10）洗衣機打開進水電磁閥，開始進水。
（11）水位探測器檢測到睡已經到位，開始清洗衣服。
（12）電動機正轉與反轉按照設定的洗衣模式的切換時間長度進行輪流工作。
（13）洗衣一直進行5min。
（14）洗衣機打開排水離合器開始排水，並且持續3min。
（15）洗衣機關閉排水離合器。
（16）重復（10）~（15）步驟一次。
（17）洗衣機控制脫水電磁離合器，進行脫水，同時打開排水離合器，使得脫水過程可以及時排除洗衣機機桶內的臟水。
（18）持續脫水2min。
（19）完成洗衣。
根據上述對全自動洗衣機工作過程的描述，可以設計全自動洗衣機控制系統的PLC部分的主流程圖，如圖2.4所示。

圖2.4 全自動洗衣機主程序流程圖

洗衣子程序的流程圖如圖2.5所示。

圖2.5 洗衣子程序流程圖

洗衣機子程序工作過程如下。
（1）啟動洗衣機子程序。
（2）打開電磁閥進水，同時檢測水位。
（3）如果水位到達位置，選擇洗衣模式，標准或者柔和。
（4）洗衣10min。
（5）排水3min。
（6）排水時間到，洗衣子程序結束。
清洗過程子程序如圖2.6所示

圖2.6 清洗子程序流程圖
圖2.6所示的工作過程如下。
（1）啟動清洗子程序。
（2）打開電磁閥進水，並檢測水是否在指定水位。
（3）選擇清洗模式，標准或者柔和。
（4）開始清洗衣服，定時5min。
（5）定時時間到，開始排水。
（6）定時3min。
（7）排水結束，清洗子程序結束。
在洗衣子程序和清洗子程序中洗衣服的模式有標准模式和柔和模式之分。標准模式洗衣服的流程圖及柔和模式洗衣服的流程圖如圖2.7所示，過程如下。
（1）標准模式；電動機先正轉5s，停止1s，電動機再反轉5s。
（2）標准模式；電動機先正轉3s，停止1s，電動機再反轉3s。

圖2.7標准模式與柔和模式流程圖
全自動洗衣機控制系統的西門子S7-200系列PLC CPU222的梯形圖見附錄

3 總結
3.1 工作總結
在本課題的研究設計中，認真研究最新的控制方法。經過認真選擇和反復設計，確定了西門子PLC對全自動洗衣機進行控制，重點對軟硬體進行了設計和討論。
本文主要進行了以下研究工作。
① 綜述了全自動洗衣機的發展過程及控制技術的最新進展。
② 對全自動洗衣機的工作原理、要求進行了說明。
③ 對PLC控制技術進行了深入研究，並進行了設計。
本次畢業設計使我深有感觸，只要付出就有回報，遇到問題多與老師同學交流，利用網路資源學習。通過這次畢業設計，我才明白學習是一個長期積累的過程，在以後的工作、生活中都應該不斷的學習，努力提高自己的知識和綜合素質。總之，萬事開頭難，知識必須通過應用才能實現其價值！有些東西以為學會了，但真正到用的時候才發現是兩回事，所以我認為只有到真正會用的時候才是真的學會了。
致謝
本文是在高原老師的悉心指導下完成的。他淵博的學識、嚴謹的工作作風、敏銳的科學探索眼光、良好的科學素養以及對學生在學習上無微不至的關懷，使我深受教育和感動，並將使我受益終身。在此，特別向高老師致以最誠摯的謝意！
感謝在論文撰寫過程中給與我無私幫助的同學，是他們一直支持和幫助著我，最後的成功也有他們巨大的心血。
感謝東北大學秦皇島分校對我的培養，母校四年教授於我的不僅僅是專業技能，更是幫我樹立了樂觀、積極、奮進的人生觀和價值觀，這些都將是我畢生的財富。
特別感謝我的父母和家人在物質和精神上給予我的全力支持和無私關懷！是他們給我前進的力量，為我分擔失敗的痛苦，是他們給我智慧、勇氣、信念去面對人生、面對生活，感謝他們為我做的一切！
最後，向所有關心、理解、支持和幫助過我的同學、師長、親人和朋友致以誠摯的謝意！
在此由衷的說一聲：謝謝你們！

參考文獻
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[5]. 程子華，詹永瑞. 視頻學工控-西門子S7-200PLC應用技術[M]，人民郵電出版社，2010
[6]. 呂景泉.可編程式控制制器技術教程[M].北京：高等教育出版社，2001

附錄
附錄一：梯形圖程序

梯形圖你加我傳給你

② plc怎麼設計

要想怎樣設計plc，首先你必須對電路有所了解，然後對現場的工作的目的有所了解才能設計。

③ plc是怎麼控制電器的

plc通過do輸出，開控制主令開關的。
主令開關本來是斷開的，兩端同時接到plc的do兩端，通過plc程序來控制do的接通與斷開，就相當於主令開關的接通與斷開，不就實現了么

④ PLC控制設計目的及要求

PLC 可編程邏輯控制器 控制方式 可以代替繼電器電路 可以解決繼電器電路對觸點限制的要求 可以通過PLC內部電路進行一些 復雜的運算 達到繼電器電路無法或很難實現的 控制目的簡單說可以完成對電路的優化

⑤ 想要搭建一個家用plc控制系統控制家電怎麼做

想搭建一個PLC試驗台,可控制伺服電機,步進電機,氣缸完成動作.可以做一些程序實驗。誰知道需要哪些硬體啊？

⑥ PLC控制電動機如何設計

這就是電機的正反轉，停的時候用反接制動，中間的用時間繼電器來控制。蠻簡單的。

⑦ 請用PLC控制一台普通三相非同步電動機的正反轉控制，設計其控製程序梯形圖及主電路

翻出來以前的作業本，是這樣的嗎？已經全還給老師了

梯形圖的話完全可以根據這個畫的吧

⑧ 家電控制使用單片機和plc哪個成本更低

PLC和單片機的應用領域，太多太多創業成功的案例，做機械設備和電子設備的公司多如牛毛，這些公司或多或少都用到了這兩項技術。

作為高技術的PLC和單片機技術，學成之後哪種技術的創業更容易呢？

先看看PLC和單片機的運用方向，運用的行業類型和今後的發展前途在哪裡！

PLC由於其可靠性的比較好，主要運用在工業場合，這些場合包括生產各種消費產品和工業產品的生產設備，機器，和組裝生產線等。

還有就是大型的建設項目，如水電項目、化工項目、環保項目等。這些項目都要經過國家發改委的批准，每年都會有一些大項目。這樣，每一個工廠和建設領域都會需要用到PLC及其技術。

而單片機的運用則多為消費類電子產品，比如無人機、電子手環、手機電腦周邊產品，在工業類領域如變頻器、伺服控制器，溫度控制器，計數器，觸摸屏等作為PLC的下位機和上位機的產品。

PLC和單片機是互為互補的兩個系統，在工業系統中是你中有我，我中有你的關系。在自動控制領域，有些地方單片機無法取代，而有些地方，單片機系統也逐漸取代了PLC。

這在汽車上就很明顯，第一台PLC研發出來是用在汽車上的，但如今的汽車電路已直接用單片機開發。

很多機器設備的創新，都是建立在單片機上，原來用PLC控制的機器直接用單片機替代，這主要是這種使用PLC的機器設備量大或昂貴，使得單片機有機會取代PLC。

相比來講單片機運用更為廣泛，但單片機的學習成本更高，學習投入的時間更多，更新換代的周期越來越短。PLC相對來講比較穩定，因為其運用的場合就要求可靠。

學習PLC後的創業主要與使用機器設備的廠家或建設工程類項目部打交道，對於社交和人際關系的處理比較注重，需要一定的時間投入一定的精力去建立人脈關系。

學習完單片機後的創業則更偏重於營銷的影響，由於單價相比於機器設備比較低，設備的使用對象多是大眾消費者，在創業方面則要更多地了解消費者心理。

單片機在工業領域的運用，則是和使用PLC的機器設備製造商打交道，如果是選擇用單片機替代PLC，那就是與使用機器設備的廠家打交道，不同的客戶會選擇不同營銷方式。