PLC自動(dòng)化課程設(shè)計(jì)—智能洗衣機(jī)控制系統(tǒng)PLC作為控制核心，接收來自各種按鈕、開關(guān)和傳感器的輸入信號(hào)，根據(jù)預(yù)設(shè)的控制邏輯和程序參數(shù)，驅(qū)動(dòng)相應(yīng)的執(zhí)行元件（電磁閥、電機(jī)等）動(dòng)作，完成洗衣全過程。內(nèi)部定時(shí)器、計(jì)數(shù)器用于實(shí)現(xiàn)時(shí)間控制，內(nèi)部繼電器用于邏輯狀態(tài)的中間轉(zhuǎn)換。三、控制系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)3.1主電路設(shè)計(jì)洗衣機(jī)的主電路主要為洗滌電機(jī)和脫水電機(jī)（若分開）提供動(dòng)力。實(shí)際洗衣機(jī)中，洗滌和脫水通常共用一個(gè)電機(jī)，通過機(jī)械離合器實(shí)現(xiàn)洗滌（低速正反轉(zhuǎn)）和脫水（高速單向）的切換。為簡化設(shè)計(jì)，可假設(shè)洗滌電機(jī)負(fù)責(zé)洗滌時(shí)的正反轉(zhuǎn)，脫水電機(jī)負(fù)責(zé)高速脫水。*洗滌電機(jī)控制：采用接觸器實(shí)現(xiàn)正反轉(zhuǎn)控制。主電路中需包含斷路器、熱繼電器（過載保護(hù)）、正轉(zhuǎn)接觸器KM1、反轉(zhuǎn)接觸器KM2。*脫水電機(jī)控制：由接觸器KM3控制。同樣需有過載保護(hù)。*進(jìn)水閥、排水閥：通常為AC220V電磁閥，由PLC輸出繼電器直接控制其通斷。3.2PLCI/O地址分配根據(jù)控制要求，進(jìn)行PLC的I/O地址分配如下表所示（以某型號(hào)PLC為例，具體地址需根據(jù)所選PLC型號(hào)確定）：表1PLCI/O地址分配表類別地址編號(hào)信號(hào)名稱說明:-----:-------:---------------:---------------------------------------**輸**I0.0啟動(dòng)按鈕按下開始運(yùn)行**入**I0.1停止按鈕按下停止運(yùn)行**信**I0.2程序選擇1如“標(biāo)準(zhǔn)洗”**號(hào)**I0.3程序選擇2如“快速洗”I0.4程序選擇3如“輕柔洗”I0.5手動(dòng)/自動(dòng)切換切換至手動(dòng)模式I0.6手動(dòng)進(jìn)水手動(dòng)模式下有效I0.7手動(dòng)排水手動(dòng)模式下有效I1.0手動(dòng)洗滌正轉(zhuǎn)手動(dòng)模式下有效I1.1手動(dòng)洗滌反轉(zhuǎn)手動(dòng)模式下有效I1.2手動(dòng)脫水手動(dòng)模式下有效I1.3蓋門開關(guān)蓋門關(guān)閉為ON，打開為OFFI1.4高水位傳感器水位到達(dá)高水位時(shí)ONI1.5中水位傳感器水位到達(dá)中水位時(shí)ONI1.6低水位傳感器水位到達(dá)低水位時(shí)ONI1.7排水完成傳感器排水完成時(shí)ON（或水位低于低水位）**輸**Q0.0進(jìn)水閥得電打開進(jìn)水**出**Q0.1排水閥得電打開排水**信**Q0.2洗滌電機(jī)正轉(zhuǎn)接觸器得電電機(jī)正轉(zhuǎn)**號(hào)**Q0.3洗滌電機(jī)反轉(zhuǎn)接觸器得電電機(jī)反轉(zhuǎn)Q0.4脫水電機(jī)接觸器得電脫水電機(jī)運(yùn)行Q0.5蜂鳴器報(bào)警或洗衣完成提示Q0.6運(yùn)行指示燈系統(tǒng)運(yùn)行時(shí)常亮Q0.7洗滌狀態(tài)指示燈洗滌過程中閃爍或常亮Q1.0漂洗狀態(tài)指示燈漂洗過程中閃爍或常亮Q1.1脫水狀態(tài)指示燈脫水過程中閃爍或常亮Q1.2故障指示燈系統(tǒng)故障時(shí)常亮或閃爍*注：水位傳感器可采用數(shù)字量（高中低三個(gè)開關(guān)量）或模擬量。若為模擬量，則需占用PLC的模擬量輸入通道，并通過程序進(jìn)行比較判斷水位。*3.3電氣控制原理圖設(shè)計(jì)要點(diǎn)電氣控制原理圖應(yīng)包括主電路和控制電路兩部分。*主電路：繪制洗滌電機(jī)（M1）、脫水電機(jī)（M2）的供電回路，包含斷路器、熱繼電器、接觸器主觸點(diǎn)。*控制電路：主要為PLC的I/O接線圖。*所有輸入按鈕、開關(guān)、傳感器的觸點(diǎn)均接入PLC的輸入端子，并根據(jù)需要配置合適的電源（通常為DC24V）。*PLC的輸出端子通過繼電器或直接驅(qū)動(dòng)接觸器線圈、電磁閥、指示燈、蜂鳴器等負(fù)載。對(duì)于感性負(fù)載（如接觸器線圈、電磁閥），需并聯(lián)續(xù)流二極管或RC吸收回路以保護(hù)PLC輸出點(diǎn)。*繪制時(shí)需遵循電氣制圖規(guī)范，元件標(biāo)注清晰，導(dǎo)線編號(hào)合理。3.4主要傳感器選型*水位傳感器：常用的有壓力式水位傳感器（模擬量輸出，通過檢測水壓變化反映水位）或電極式水位傳感器（數(shù)字量輸出，設(shè)定幾個(gè)固定水位點(diǎn)）。對(duì)于課程設(shè)計(jì)，電極式或浮球式開關(guān)量傳感器更簡單易行。*蓋門開關(guān)：選用行程開關(guān)或微動(dòng)開關(guān)，安裝在洗衣機(jī)蓋門處，蓋門關(guān)閉時(shí)觸發(fā)。*溫度傳感器：若需實(shí)現(xiàn)水溫控制，可選用NTC熱敏電阻或PT100等，輸出模擬信號(hào)。四、控制系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)4.1主程序流程圖設(shè)計(jì)主程序流程圖是軟件設(shè)計(jì)的核心，它清晰地描述了系統(tǒng)的整體工作邏輯和各個(gè)環(huán)節(jié)的轉(zhuǎn)換關(guān)系。智能洗衣機(jī)控制系統(tǒng)的主程序流程大致如下：1.初始化：系統(tǒng)上電后，PLC進(jìn)行初始化，所有輸出復(fù)位，狀態(tài)指示燈初始化為待機(jī)狀態(tài)。2.等待啟動(dòng)：檢測啟動(dòng)按鈕是否按下。若未按下，則循環(huán)等待，并可響應(yīng)程序選擇等設(shè)置操作。3.啟動(dòng)與程序選擇：啟動(dòng)按鈕按下后，系統(tǒng)讀取當(dāng)前選定的洗衣程序，并根據(jù)程序參數(shù)初始化相關(guān)定時(shí)器設(shè)定值（洗滌時(shí)間、漂洗間隔、脫水時(shí)間等）。4.進(jìn)水環(huán)節(jié)：打開進(jìn)水閥，根據(jù)選定程序的水位設(shè)定，實(shí)時(shí)檢測水位傳感器信號(hào)。當(dāng)水位到達(dá)設(shè)定水位時(shí)，關(guān)閉進(jìn)水閥。若進(jìn)水超時(shí)（如設(shè)定時(shí)間內(nèi)未達(dá)到水位），則進(jìn)入故障報(bào)警。5.洗滌環(huán)節(jié)：啟動(dòng)洗滌電機(jī)，按照“正轉(zhuǎn)-暫停-反轉(zhuǎn)-暫?！钡难h(huán)模式運(yùn)行，總時(shí)長由程序設(shè)定的洗滌時(shí)間控制。在此過程中，可實(shí)時(shí)檢測蓋門狀態(tài)（部分程序可能允許洗滌時(shí)開蓋）。6.排水環(huán)節(jié)（洗滌后）：洗滌時(shí)間結(jié)束，關(guān)閉洗滌電機(jī)，打開排水閥。檢測排水完成信號(hào)，排水完成后關(guān)閉排水閥。若排水超時(shí)，進(jìn)入故障報(bào)警。7.漂洗環(huán)節(jié)：漂洗通常重復(fù)“進(jìn)水-洗滌/攪拌-排水”過程，次數(shù)由程序設(shè)定。每次漂洗的水位和攪拌時(shí)間可與主洗相同或不同（如輕柔洗漂洗水位更高，攪拌更弱）。8.脫水環(huán)節(jié)：最后一次漂洗排水完成后，進(jìn)入脫水環(huán)節(jié)。首先檢測蓋門是否關(guān)閉，若關(guān)閉則啟動(dòng)脫水電機(jī)高速運(yùn)行，同時(shí)點(diǎn)亮脫水指示燈。脫水過程中持續(xù)檢測蓋門狀態(tài)，若打開則立即停止脫水電機(jī)，蜂鳴報(bào)警，直至蓋門重新關(guān)閉后可繼續(xù)脫水（或需要手動(dòng)復(fù)位）。脫水達(dá)到設(shè)定時(shí)間后，停止脫水電機(jī)。9.程序完成：脫水結(jié)束，蜂鳴器發(fā)出提示音（如響3秒停2秒，重復(fù)幾次），所有狀態(tài)指示燈指示完成狀態(tài)。10.返回待機(jī)：用戶開蓋取衣或經(jīng)過一定延時(shí)后，系統(tǒng)自動(dòng)復(fù)位，返回待機(jī)狀態(tài)。此外，程序中還需包含手動(dòng)模式處理分支，當(dāng)切換至手動(dòng)模式時(shí)，系統(tǒng)響應(yīng)相應(yīng)的手動(dòng)操作按鈕，直接控制各執(zhí)行元件。4.2主要功能模塊設(shè)計(jì)軟件設(shè)計(jì)采用模塊化編程思想，將不同的功能劃分為獨(dú)立的子程序或功能塊，便于調(diào)試和維護(hù)。主要功能模塊包括：*主程序模塊：負(fù)責(zé)調(diào)用各功能模塊，實(shí)現(xiàn)整體流程控制和模式切換。*初始化模塊：完成系統(tǒng)上電初始化、參數(shù)復(fù)位等。*手動(dòng)控制模塊：處理手動(dòng)操作按鈕信號(hào)，直接控制對(duì)應(yīng)輸出。*自動(dòng)控制模塊：根據(jù)選定程序，按順序調(diào)用進(jìn)水、洗滌、排水、脫水等子模塊。*進(jìn)水控制模塊：實(shí)現(xiàn)進(jìn)水邏輯及水位檢測。*洗滌控制模塊：實(shí)現(xiàn)洗滌電機(jī)的正反轉(zhuǎn)及時(shí)間控制。*排水控制模塊：實(shí)現(xiàn)排水邏輯及排水完成檢測。*脫水控制模塊：實(shí)現(xiàn)脫水電機(jī)控制及蓋門安全保護(hù)。*傳感器信號(hào)處理模塊：對(duì)水位、蓋門等傳感器信號(hào)進(jìn)行濾波、判斷處理。*定時(shí)器管理模塊：負(fù)責(zé)各類定時(shí)器（進(jìn)水超時(shí)、洗滌計(jì)時(shí)、脫水計(jì)時(shí)等）的啟動(dòng)、復(fù)位和時(shí)間值比較。*報(bào)警模塊：處理各類故障報(bào)警（進(jìn)水超時(shí)、排水超時(shí)、開蓋脫水等），驅(qū)動(dòng)蜂鳴器和故障指示燈。*狀態(tài)指示模塊：控制各狀態(tài)指示燈的顯示。4.3梯形圖程序設(shè)計(jì)示例（關(guān)鍵部分）以下為部分關(guān)鍵控制環(huán)節(jié)的梯形圖設(shè)計(jì)思路描述（實(shí)際編程需使用具體PLC的編程軟件和指令集）：*程序選擇與參數(shù)賦值：使用中間繼電器（如M0.0,M0.1,M0.2）分別代表不同的選定程序。當(dāng)某個(gè)程序選擇按鈕按下并保持時(shí)，對(duì)應(yīng)的中間繼電器得電自鎖。根據(jù)該中間繼電器的狀態(tài)，通過比較指令或傳送指令，將預(yù)設(shè)的水位值、洗滌時(shí)間T37、漂洗次數(shù)C0、脫水時(shí)間T38等參數(shù)傳送到相應(yīng)的存儲(chǔ)單元。*洗滌電機(jī)正反轉(zhuǎn)控制：設(shè)計(jì)一個(gè)洗滌周期的控制邏輯。例如，正轉(zhuǎn)15秒，暫停3秒，反轉(zhuǎn)15秒，暫停3秒?？墒褂脙蓚€(gè)定時(shí)器T0（正轉(zhuǎn)計(jì)時(shí)）和T1（暫停計(jì)時(shí)），以及中間繼電器M1.0（正轉(zhuǎn)標(biāo)志）、M1.1（反轉(zhuǎn)標(biāo)志）來實(shí)現(xiàn)。當(dāng)進(jìn)入洗滌環(huán)節(jié)，M1.0置位，Q0.2（正轉(zhuǎn)接觸器）得電，T0開始計(jì)時(shí)15秒。T0計(jì)時(shí)到，M1.0復(fù)位，Q0.2失電，T1開始計(jì)時(shí)3秒。T1計(jì)時(shí)到，M1.1置位，Q0.3（反轉(zhuǎn)接觸器）得電，T0重新計(jì)時(shí)15秒。T0再次計(jì)時(shí)到，M1.1復(fù)位，Q0.3失電，T1再次計(jì)時(shí)3秒。如此循環(huán)，直至洗滌總時(shí)間定時(shí)器T37計(jì)時(shí)到，整個(gè)洗滌環(huán)節(jié)結(jié)束。*脫水控制與蓋門保護(hù)：脫水啟動(dòng)條件：排水完成信號(hào)有效、蓋門關(guān)閉信號(hào)有效、脫水環(huán)節(jié)標(biāo)志位有效。當(dāng)滿足啟動(dòng)條件時(shí)，Q0.4（脫水接觸器）得電，T38（脫水時(shí)間定時(shí)器）開始計(jì)時(shí)。并聯(lián)一個(gè)常閉的蓋門開關(guān)信號(hào)（I1.3）在Q0.4的控制回路中（或在程序中串入其常閉觸點(diǎn)）。一旦蓋門打開，I1.3信號(hào)變?yōu)镺FF，Q0.4立即失電，脫水停止，同時(shí)觸發(fā)故障報(bào)警（Q1.2得電，蜂鳴器Q0.5間歇鳴響）。只有當(dāng)蓋門重新關(guān)閉（I1.3為ON），且手動(dòng)復(fù)位故障或滿足特定條件后，才能重新啟動(dòng)脫水。4.4定時(shí)器、計(jì)