【最新版】基于PLC的全自动洗衣机的毕业论文

目录

绪论 (3)

1 洗衣机的类别 (6)

1.1.1 按自动化分类 (6)

1.2 按结构方式分类 (6)

2 洗衣机的主要部件 (8)

2.1 洗衣机的电机 (8)

2.2 定时器 (8)

2.3 进水电磁阀 (8)

2.3.1 工作原理 (9)

2.3.2 主要性能参数 (9)

2.4 排水电磁阀 (9)

2.4.1 电磁铁 (10)

1. 交流电磁铁 (10)

2. 直流电磁铁 (11)

2.4.2 排水阀 (11)

2.5 水位开关 (12)

2.5.1 工作原理 (12)

2.5.2 水位开关的主要技术参数如表2-2-5 (13)

2.6 离合器 (14)

2.6.1 结构和工作原理 (14)

2.6.2主要技术参数 (15)

3 可编程序控制技术 (17)

3.1 PLC的定义及特点 (17)

3.2 PLC的基本组成及工作原理 (18)

3.2.1 PLC的基本组成 (18)

3.3.4 顺序功能图语言 (19)

4. 三菱FX系列PLC的简介 (20)

4.1 FX系列PLC的特点 (20)

4.2 FX2N系列PLC (21)

4.2 FX系列PLC的内部资源 (22)

5 PLC控制系统设计与应用 (23)

5.1 PLC控制系统设计的基本原则 (23)

5.2 PLC控制系统 (23)

5.3 PLC控制系统设计的一半步骤 (24)

6 系统硬件的设计 (26)

6.1系统硬件分析 (26)

6.2全自动洗衣机的控制系统的运作要求： (27)

6.3控制要求： (27)

附录 (29)

结束语 (32)

参考文献 (34)

摘要

描述了全自动洗衣机控制系统的运作要求。实现了洗衣机进水、洗涤、排水、脱水、报警到自动停机的循环过程。设计了相应的系统软件，结合相应的硬件系统，并通过三菱的F1系列的plc仿真系统模拟出全自动洗衣机的运行过程。此项设计对提高学生的动手能力和帮助学生对一些理论知识的理解都具有积极作用。

【关键词】PLC 洗衣机全自动控制程序器

绪论

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、可靠性强、编程简单、使用方便、体积小。现广泛应用于工业控制的各个领域，它以微软处理器为核心，用编写的程序进行逻辑控制、定时、计数和算术运算等，并通过数字量和模拟量的输入输出来控制机械设备或生产过程。

该设计主要介绍了全自动洗衣机洗衣的工作原理、控制系统的PLC的造型和资源的配置、控制系统程序设计与调试、控制系统PLC 程序。根据全自动洗衣机的工作原理，利用可编程控制器PLC实现控制，说明了PLC控制的原理方法，特点及控制洗衣机的特色。通过本系统的设计，对三菱的F1系列PLC的特点有了深入的理解。全自动洗衣机控制系统利用了三菱的F1系列PLC的特点，对按钮、电磁阀、开关等其它一些输入输出点进行控制，实现洗衣机洗衣过程的自动

化。充分表现现代家电用品的个性。

在全自动洗衣机中，洗衣机洗涤、脱水程序是由以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、过热保护以及欠压保护等等。这样增加了硬件的复杂性，隐含较高的故障率，无形的增加了维修成本费用。在工业控制系统中广泛应用的PLC能克服单片机的确点，它是整模块，集中了驱动电路、检测电路和保护电路以及通讯联网功能。因此该设计中采用了PLC来实现洗衣机的工作过程。

1 洗衣机的类别

1.1 洗衣机的分类

目前，我国洗衣机的分类方法主要有三种：按自动化程度分类，按洗涤方式分类，按结构方式分类。

1.1.1 按自动化分类，洗衣机可分为普通型、半自动型、全自动型三类。

目前大多是全自动型洗衣机，它是指洗涤、漂洗、脱水各个功能之间的转换全部不用手工操作而能自动进行的洗衣机。这种洗衣机在选定的工作程序内由机电式程序控制器或微电脑程序控制器适时发出各种指令，自动完成各个执行机构的动作，使整个洗衣过程自动

化。

1.2 按结构方式分类，洗衣机可分为单桶、双桶、套桶三大类。

(1) 单桶洗衣机。单桶洗衣机自动化程度较低，多为简易和普通型，少量的为半自动型。其主要特点是占地面积小，价格便宜。

（2）双桶洗衣机。双桶洗衣机实际上就是单桶洗衣机和脱水机的组合。它的洗衣部分和甩干部分有各自的电动机和定时器。双桶洗衣机功能齐全，使用方便，操作简单，省电，省水，价格适宜，品种多样。目前，我国双桶波轮式洗衣机占主导地位。

双桶洗衣机。脱水桶壁上没有许多小孔，甩干电动机高速运转，在强大的离心力作用下，衣物水分被甩出，并顺着排水管排出。

（3）套桶洗衣机。该洗衣机的特点是内、外两个立式容器套装在同一轴

心

上。波轮式套桶洗衣机多为全自动型。因其离心桶的外径小于盛水桶的内径，故将外桶和内筒套装在同一个轴心上，减少了占地面积。其外桶作为盛水容器，内筒作为洗涤、漂洗、离心脱水作用。常见波轮式套桶洗衣机是单电机的，洗涤及脱水工作由离合器控制。洗涤时波轮转动而脱水桶不转，脱水是波轮与脱水桶一起旋转。

3 按洗涤方式分类，洗衣机可分为波轮式和滚筒式等。

（1）波轮式洗衣机。波轮式洗衣机是将洗涤衣物浸泡在水中，靠波

轮正、反方向的交替转动或连续单方向的转动使衣物在水中不断滚动，而达到洗净衣物的目的。

主要特点:洗涤能力强、洗涤时间短、结构简单、可调节水位、成本低、易维修、易操作。

（2）滚筒式洗衣机。滚筒式洗衣机的自动化程度高，洗涤性能好，容量大，质量高，

2 洗衣机的主要部件

2.1 洗衣机的电机

2.2 定时器

定时器是普通型波轮式洗衣机中的关键部件之一。它主要起两个作用：一是控制洗涤电机和脱水电机运转时间的长短；二是控制电机预定的的程序自动的实现正反转、停转的时间。

普通型轮式洗衣机，大多采用发条定时器。而许多大波轮新水流式洗衣机使用电动式定时器。

2.3 进水电磁阀

进水电磁阀简称水阀、注水阀。在全自动洗衣机上，以内供用水阀来实现自动注水和停水。它与水位开关相互配合，对洗衣机水位高低仅系自动控制。

2.3.1 工作原理

进水阀是一种电磁阀，阀中心是磁芯，铁芯外为电磁线圈，线圈不通电时，在小弹簧的作用铁芯被压下，封住了橡胶阀上所装的塑料盘中间的泄压孔，这时书从加压针孔进入控制腔，是进水和控制腔的水压相等。由于橡胶阀上部的受压面积大于下部的受压面积，所以橡胶阀被压紧在阀座上起到封闭作用。其封闭的

可靠性是由铁芯所受的压力决定的，铁芯的下端与泄压孔接触，铁芯的上端受压面积大于下端受益面积，显然水的压力越大，铁芯对泄孔的封闭压力越大，封闭越可靠。其水压低时，阀的封闭性就差，所以对水压有最低的要求，不能低于0.3Mpa。

2.3.2 主要性能参数

进水电磁阀的主要性能参数见表2-2-1

2.4 排水电磁阀

排水电磁阀是全自动洗衣机特有的电器部件。它是一个受程序控制的自动排水开关。除了排水功能外，还控制着离合器的状态（洗涤或脱水）。

排水电磁阀由电磁铁和排水阀两部分组成，它们是相互独立的部

件，两者用排水阀相互连接起来，在连接板的右端以开口销与电磁铁动铁心连接，而左端钩在排水阀的内弹簧上。当电磁铁通电时，将动铁心往右拉，排水阀就呈打开状态。此时盛水桶内的洗涤液便能通过水道和阀门，从排水孔流出机外。在连接板上还用螺栓固定着一个位置可调的定位套，在动铁心吸合的过程中，该定位套向右移动，拨动了离合器上的制动杆，为脱水做准备。当电磁铁失电时，排水阀在自身弹簧作用下将铁心拉出，排水阀关闭，洗衣机停止排水。同时，离合器上制动杆靠制动弹簧的作用恢复原位，为洗涤漂洗过程中波轮转动做好准备。

2.4.1 电磁铁

电磁铁有两种直流和交流，电动式程控式（机械式）全自动洗衣机一般采用交流式电磁铁，而微电脑程控器式（电脑式）全自动洗衣机一般采用直流式电磁铁。

1. 交流电磁铁

交流电磁铁的磁心和衔铁是由硅钢叠压铆接而成的。衔铁至于铁心之中。

在线圈通电后，铁心和衔铁同时被磁化，相对的两个面上产生了异名磁极这种吸引力使衔铁向磁心运动，从而带动拉杆将阀打开。虽然线圈中电流的方向不断发生变化，但由于铁心与衔铁的磁极同时变化，使它们之间出现的总是吸引力。

2. 直流电磁铁

直流电磁铁具有吸引力大、体积小、噪音低和安全性能高等优点，它的线圈分成吸合线圈和保持线圈两组，由其内部的微动开关控制这两组线圈的工作。线圈和铁心用环氧树脂灌装加固和密封。2.4.2 排水阀

排水阀装配于排水阀体之外，为弹簧将橡胶阀压在阀体的底部，使橡胶阀的环形密封环产生少量的变

形，保持水不从阀口泄露，橡胶阀的右端环形边被阀盖压紧。排水阀杆嵌在橡胶阀上，与橡胶阀成一体，装于排水阀拉杆内部的内弹簧与排水阀连接板连接，在排水阀关闭时，连接板抵在排水拉杆上，这时内弹簧的弹力对排水阀来说是内力，

对排水阀不起作用。

排水时，电磁铁通电，动铁心被吸入，牵引排水阀连接拉杆拉动内弹簧，同时连接板上的定位套推动制动杆使处于脱水状态。只要连接板的左端一离开排水拉杆，内弹簧就不再是排水阀的内力，而变成了外力，它要与外弹簧的弹力和橡胶阀的弹力相平衡，当内弹力的拉力（即连接不能的拉力）大于外弹簧的弹力时，外弹簧被压缩，带动橡胶阀向右移动，把阀拉离阀座，排水开始。这些动作都是在电磁铁得电的瞬间完成的。因为内弹簧的刚度比外弹簧的刚度大，加上装配排水阀连接板时，内弹簧已有了一定的预紧力，因而在牵引排水过程中，内弹簧并不需要产生很大的拉伸变形，也就可以使橡胶阀向右移动较大的距离，从而保证足够的排水速度。处于正常的排水阀开启量时橡胶阀左端与阀体平面的距离应小于10mm 。阀体多由半透明塑料

制成，从外部可以看到阀的开启量。

2.5 水位开关

水位开关也叫压力开关，是一种气压式电触点开关。它是利用洗衣桶内水位高低不同所产生的不同压力，来控制进水阀的开启和关闭。此外，它还负责进水与洗涤之间的转换。

2.5.1 工作原理

水位开关由三部分组成;(1)压力传感部分有橡皮膜下部的气室组成；（2）电气开关部分由中间的的一组触电、簧片及开关小压簧组成；（3）压力控制部分包括上部的顶心、压力弹簧以及调整压力的凸轮、杠杆等。水位开关的气室经过软管与洗衣机外筒连接起来。平时，橡皮膜处于平衡状态，当水注进外筒后，水首先将贮气室封闭起来，一部分的空气来不及跑出而被封闭在贮气室里。由于贮气室与水位开关的气室间用压力软管相连通，贮气室的压力也就与水位开关气室的压力相同，随着外桶中水位的上升，贮气室、压力软管和水位开关气室间的空气不断的被压缩，随之压强也成比例的上升，这样就把外桶中的水压转换成了空气压力，并作用在橡皮膜上。当水注到预定的水位时，气室内的压力也升高到一定值。当它足以克服压力弹簧通过顶心作用加在弹簧片上的力时，就推动簧片向上移动。当簧片移动预定位置后，开关下压簧将推动动簧片弯到另一个方向，从而使动簧片上的公共触点与常闭触点分离，而与常开触点接触，这样就向程控器发出了“水位已到”的信号，由程控器来控制进水电磁阀关闭，随

即进入洗涤程序

当完成洗衣程序后，程控器向排水电磁铁发出信号，排水阀开启并排水。岁着水位的下降，气室内的压力也逐渐减小，在压力弹簧的作用下，顶心和橡皮膜逐渐下移，到了某一程度时动弹簧又弯向上方，常开与常闭触点都恢复原位，等待下一个进水程序，此时水位开关虽然复位，但并不影响洗衣机继续排水。

旋转凸轮使杠杆上下移动，从而改变压力弹簧的压缩程度。如果压力弹簧的压缩长度大，则压力气室内的压力要高一些才能将动簧片推到预定位置，以此达到控制水位的目的

。

2.5.2 水位开关的主要技术参数如表2-2-5

2.6 离合器

减速离合器就是全自动洗衣机中完成降速并传递扭矩的部件。

2.6.1 结构和工作原理

目前大多数洗衣机采用减速离合器。它有四根轴（1）洗涤输入轴（2）下半轴（3）中半轴（4）洗涤输入轴

谈减速离合器的工作原理。

全自动洗衣机在洗涤、排水和脱水之间是自动转换的，这些转换由排水电磁阀和制动杆来控制。

当排水电磁铁吸合时，定位套就想上运动一段距离，使得制动杆克服制动弹簧的作用力被推向上方，制动弹簧的中心轴做逆时针方向转动，连接在制动杆另一端的刹车被迫向下移动，与脱水轴上的刹车盘产生间隙，脱水因此失去控制，也就可以顺利的进行脱水转动了。同时，制动杆将棘爪拨叉上的调节螺钉顶向上方，也就使拨叉克服弹簧的压力，绕弹簧的中心轴做顺时针方向转动，于是棘爪拾起，放松了对棘轮的限制，这样被棘轮扭转一个小角度的方丝离合簧杂自身弹力的作用下恢复原来的位置，抱紧离合套。当大皮带在电动机的带动下顺时针旋转时，可以产生巨大的摩擦力，使离合套和下半轴（脱水轴）联为一体，脱水工作就可以顺利进行了。

2.6.2主要技术参数

减速离合器主要技术参数：

额定传动功率：200W 额定洗涤力矩：12.5N.m；

洗涤传动比：5.2：1 脱水传动比:1:1

输出启动力矩:<0.45N.m 脱水轴正转启动力矩：

15N.m;

脱水轴正转制动力矩：3-6N.m 脱水轴反转制动力矩:15N.m 制动杆开启力矩：<35N.m 脱水制动时间：<10 s

3 可编程序控制技术

3.1 PLC的定义及特点

3.1.1 PLC的定义

可编程序控制器是一种数字运算操作的电子系统，专为在工业环境下应用而设计，它采用可编程序的储存器，用来在其内部存储执行逻辑运算、顺序控制、定时、计数和算术运算等操作命令，并通过数字式、模拟式的输入和输出，控制各种类型的机械或生产过程。可编程控制器及其有关的外部设备，都应按易于工业控制系统联成一个整体，易于扩充其功能的原则而设计。

3.1.2 PLC的特点

PLC时综合继电器接触器控制的优点及计算机的灵活、方便的优点而设计制造和发展的，这就使PLC具有许多其它控制器无法相比的特点。

（1）可靠性高，抗干扰能力强

（2）通用性强，使用方便

（3）采用模块化结构，使系统组合灵活方便

（4）编程语言简单、易学、便于掌握

（5）系统设计周期短

（6）对生产工艺改变适应性强

（7）安装简单、调试方便、维护工作量小

3.2 PLC的基本组成及工作原理

3.2.1 PLC的基本组成

输入模块

主机

图3-1 PLC硬件系统结构框图

在图3-1中，PLC的主机由微处理器（CPU）、传感器（EPROM、RAM）、输入输出模块、外设IO接口、通信接口及电源组成。对于整体式的PLC，这些部件都在同一个极壳内。而对于模块式结构的PLC，个部件独立封装，称为模块，个模块通过机架和电缆连接在一起。

主机内的各个部分均通过电源总线、控制总线、地址总线和数据总线连接。根据实际控制对象的需要配备一定的外部设备，可构成不同的PLC控制系统。下面分别介绍PLC 各组成部分及其作用：

(1)处理单元（CPU）CPU是PLC的控制中枢，PLC在CPU的控

制下有条不紊的工作，从而实现对现场的各个设备进行控

制。

CPU的具体作用如下：

1.接受、存储用户程序

2.以扫描方式接收来自输入单元的数据和状态信息，并存入相

应的数据存储区。

执行监控程序和用户程序。悉数字电路的人比较容易掌握。

3.3.4 顺序功能图语言

顺序功能图常用来编制控制类程序，可以将一个复杂的控制过程分解为一些具体的工作状态，把这些具体的状态依据依一定顺序控制要求，组合成整体的控制程序。

4. 三菱FX系列PLC的简介

4.1 FX系列PLC的特点

(1)先进美观的外部结构三菱公司FX系列PLC吸收了整体式和模块式可编程序控制器的优点，它的基本单元、扩展单元和扩展模块的高度和宽带相同。它们的相互连接不用基板，仅用扁平电缆连接，紧密拼装后组成一个整齐的长方体。

其体积小，很适于在电机一体化产品中使用。

(2)多种系列机型供用户选择 FX0s、FX0Ｎ和ＦＸ２Ｎ外观

相似，其性能和价格上还是有某些差别（见表４－４－１）

FX2N的功能最强，可用于要求很高的系统。由于不同的FX系列PLC 可供不同的用户系统选用，避免了功能的浪费，使用户用最少的投资来满足系统的要求。（３）灵活多变的系统配置FX系列PLC的系统配置灵活，用户除了可以选用不同型号的FX系列PLC外，还可以选用各种扩展单元和扩展模块，组成不同IO点和不同功能的控制系统。

4.2 FX2N系列PLC

FX2N是FX系列中功能最强＼速度最高的微型可编程控制器。其基本单元如表4-4-2所示，扩展单元如表４－４－３所示。用户存储器容量可扩展到１６Ｋ步。ＩＯ点最大可扩展到２５６点。它有２７条基本指令，基本指令的执行速度超过了很多大型ＰＬＣ。有多种特殊功能模块，使用特殊功能模块和功能扩展板，可实现模拟控制＼位置控制和联网通信等功能。

ＦＸ２Ｎ有３０００多点辅助继电器、１０００点状态继电器、200点16位加计数器、35点32位加减计数器、800多点16位数据寄存器、128点跳步指针、15点中断指针。这为应用程序的设计提供了丰富的资源。

表4-4-2 FX2N系列PLC基本单元

4.2 FX系列PLC的内部资源

FX系列PLC的内部有CPU、存储器、输入输出接口单元等硬件资源，按存储设数据的性质吧这些数据寄存器RAM命名为输入继电器区，复杂继电器区，状态继电器区，定时器、计数器区，数据寄存器区，变址寄存器区等。

5 PLC控制系统设计与应用

5.1 PLC控制系统设计的基本原则

任何一种电气控制系统都是为了实现被控制对象（生产设备或生产过程）的工艺要求，以提高生产效率和产品质量。以此，在设计PLC控制系统时，应遵循以下基本原则：

（1）最大限度的满足被控对象的控制要求

（2）在满足控制要求的前提下，力求使控制系统简单、经济、实用、维修方便。

（3）保证系统控制的安全、可靠。

（4）考虑到生产发展和工艺的改进，在选择PLC容量时，应适当留有余地。

5.2 PLC控制系统是由PLC与用户输入、输出设备连接而成的。因此，PLC控制系统的基

本内容包括如下几点：

（1）选择用户输入设备（按钮、操作开关、限位开关和传感器等）、输出设备（继

电器、接触器和信号灯等执行元件）以及由输出设备驱动的控制对象（电动机、电磁阀）。

（2）P LC的选择。PLC是PLC控制系统的核心部件，正确选择PLC，对于保证整

个控制系统的技术经济性能指标其重要作用。

（3）分配IO点，绘制电气连接接口图，考虑必要的安全保护措施。

（4）设计控制程序。包括设计梯形图、程序清单或控制系统流程图。

（5）必要时还需设计控制台。

（6）编制系统的技术文件，包括说明书、电气图及电气元件明细表等。

5.3 PLC控制系统设计的一半步骤

设计PLC控制系统的一半设计步骤如图5-1所示

图5-1 PLC控制系统设计步骤