基于PLC控制的节能洗衣机系统设计

一般洗衣机的控制系统都采用单片机控制，一旦出现故障，维修比较困难，而采用目前工业控制常用的PLC控制器作为主控元件的控制系统，其特点是价格低，编程简单，一般工程技术人员以及稍懂电气维修人员都能编程，并且易于功能扩展，实现洗涤时间设置的更改，平均无故障时间有可靠的保障，适合各型全自动洗衣机使用。在全自动洗衣机中，洗衣机洗涤，脱水程序是由PLC位中心控制系统工作的。它是整体模块。集中了驱动电路，检测电路和保护电路以及通讯联网功能。因此在运用中，硬件也相对简单，提高控制系统的可靠性。另外它的编程也是比较简单的。

课题来源

课题来源:本项目来PLC控制在洗衣机中的实际应用。
研究内容:本设计研究可编程控制器在洗衣机系统中的应用。并且与变频技术相结合，让洗衣机操作简单，安全，快捷，节能。
研究结果：经过研究设计，实际运行，该系统具有以下基本功能:
（1）根据赃物的程度自行选者洗涤的程度。
（2）节能，采用变频技术，控制洗衣机转数，达到节能效果。
（3）具有自动报警功能，洗衣机在工作过程中,如发生下列情况之一:门锁开关、门折页开关因故断开；电机过流使热继电器动作；在脱水和甩干过程中, 洗衣机由于震动幅度过大, 使安装在洗衣机上的平衡开关断开。这时系统就会自动切断控制回路,使洗衣机停止工作,并由蜂鸣器报警。

设计任务

本次毕业设计课题是PLC控制的节能洗衣机系统，我的主要任务是应用软件设计和程序的设计，大体为以下五项内容：

1. PLC控制的洗衣机现状和发展 主要介绍其采用可编程序的存贮器, 用来在其内部存贮执行逻辑运算、顺序控制、定时、计数和算术运算等操作的指令, 并通过数字的、模拟的输入和输出, 控制各种类型的机械或生产过程. 其特点是价格低,编程简单,并且易于功能扩展,维修简单,可靠性强.
2. 洗衣机控制系统的PLC选型和资源配置。
3. PLC控制的洗衣机系统的理论原理以及总体方按的设计
4. 系统硬件设计：
   (1) 确定安排PLC 的输入、输出点；
   (2) 设计外围电路, 包括主电路；
   (3) 选购PLC 并进行现场安装接线等内容
5. 软件设计：
   (1) 洗衣机控制系统的控制要求设计
   (2) 洗衣机控制系统的PLC选型和资源配置
   (3) 洗衣机控制系统程序设计和调试
   (4) 系统调试：根据设计要求, 对程序进行调试和修改, 必要时还可对硬件进行修改, 直到符合要求为止

衣机的工作原理

洗衣机的工作流程由开始变频，进水、洗衣、排水和脱水5个过程组成。在半自动洗衣机中, 进水、洗衣、排水和脱水这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。水位开关是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。

洗衣机的设备控制要求

全自动洗衣机控制系统的要求是能实现“正常运行”和“强制运行”两种控制方式。

“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(高、中、低)后,停止进水；
(2)进水停止2S后开始洗衣；
(3)洗衣时,正转20S,停止2S,然后反转20S,停止2S；
(4)如此循环共5次,总共220S后开始排水,排空后脱水30S；
(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3S并自动停机。

“强制停止”方式具体控制要求如下:
(1)若按下“停止”按钮,洗衣过程停止,即洗涤电机和脱水桶转,进水电磁阀和排水阀全部闭合；
(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。

控制系统构成图

PLC和变频器的选择

全自动洗衣机控制采用西门子公司的S7-200系列整体式PLC。

利用日本安川VS-616G5 变频器可编写速度曲线的优点, 对现有的洗衣机转速调速控制系统进行改进, 既可以达到节能的要求。

洗衣机控制系统资源分配

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,水位选择开关(高水位,中水位,低水位),手动排水开关,自动排水开关,高水位浮球开关,中水位浮球开关,低水位浮球开关,水排空浮球开关共11个输入点。具体的输入分配如表4-4所示。

2、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,脱水桶.报警器共5个设备.但是由于洗涤电动机有正转和反转两个状态,分别都应正转继电器和反转继电器,所以输出点应该有6个,具体输出分配如表4-5所示。

4.3.1 源程序
在本程序中,M0.0是按下启动开关按钮的辅助继电器；M0.1是判断洗衣机水位是否和设定水位不一致的辅助继电器;M0.2是判断洗衣机水位是否和设定水位一致的辅助继电器;M0.3是停止自动洗衣机的辅助继电器。

     NETWORK 1
     //
     //按下启动按钮,开始洗衣
     //
     LD      I0.0
     O       M0.0
     AN      I0.1
     =       M0.0
     NETWORK 2
     //
     //洗衣机水位与设定水位不一致辅助继电器
     //
     LD       I0.2
     AN       I0.7
     LD       I0.3
     AN       I1.0
     OLD
     LD       I0.4
     AN       I1.1
     OLD
     =        M0.1
     NETWORK 3
     //
     //洗衣机水位与设定水位相一致辅助继电器
     //
     LD       I0.2
     A        I0.7
     LD       I0.3
     A        I1.0
     OLD
     LD       I0.4
     A        I1.1
     OLD
     =        M0.2
     NETWORK 4
     //
     //停止自动洗衣机辅助继电器
     //
     LD       I0.1
     O        M0.3
     AN       Q0.0
     =        M0.3

所对应的梯形图如图4-6、4-7所示

进水、洗衣、排水、脱水、洗完报警程序

1、进水程序
在正常情况下,按下启动按钮或者脱水完毕,而且洗衣大循环未到3次时,开始进水,当水位到设定水位后停止进水,等待2S后进入洗衣过程.在强制停止的情况下,当停止按钮下时立即停止进水.它的助记符号程序为:

      NETWORK 5
//
//进水设定的水位
//
LD       M0.0
LD       T40
AN       C51
OLD
O        Q0.0
A        M0.1  
AN       I0.1
=        Q0.0
NETWORK 6
//
//进水到设定的水位后等待2S
//
LD       M0.2
AN       Q0.1
AN       Q0.2
AN       Q0.3
TON      T37,+20

所对应的梯形图,如图4-8所示

2 、洗衣程序
进水到设定水位2S后,开始正转20S,然后再反转20S,这样循环5次后进入排水过程。

NETWORK 7
//
//洗涤电动机正转20S
//
LD       T37
LDN      C50
A        T39
OLD
O        Q0.2
AN       T38
=        Q0.2
TON      T38,+200
NETWORK 8
//
//洗涤电动机反转20S
LD       T38
O        Q0.3
AN       T39
=        Q0.3
TON      T39,+200

所对应的梯形图,如图4-9所示