1、摘要：本文介紹了采用可編程控制器（PLC）作為核心控制部件，根據(jù)全自動洗衣機的基本結(jié)構(gòu)、工作流程和工作原理，以及對洗衣機的控制要求，利用可編程控制器PLC實現(xiàn)控制,說明了PLC控制的原理方法,特點及控制洗衣機的特色。全自動洗衣機控制系統(tǒng)利用了西門子S7-200系列PLC的特點,對按鈕,電磁閥,開關(guān)等其他一些輸入/輸出點進行控制,實現(xiàn)了洗衣機洗衣過程的自動化。由于每遍的洗滌,排水,脫水的時間由PLC內(nèi)定時器和計數(shù)器控制,所以只要改變定時器和計數(shù)器參數(shù)就可以改變時間。具有智能化程度高、安全可靠、方便、靈活等特點。PLC編程簡單易學(xué)，功能強大，性能穩(wěn)定，抗干擾能力強而且PLC的體積小巧，能耗低。所以

2、通過實驗證明，利用PLC完成對洗衣機的控制，控制性能穩(wěn)定。關(guān)鍵詞：PLC；全自動洗衣機；西門子Abstract：This article introduces the programmable controller (PLC) as the key control components, according to the basic structure of automatic washing machine, working process and working principle, as well as to the control requirements of the washing

3、 machine, using the programmable controller PLC control, that the PLC control method of the principle, characteristics and control the characteristics of the washing machine. Automatic washing machine control system using the Siemens series S7-200 PLC on the features of button, solenoid valves, swit

4、ch, or some other input/output control, realized the automation of washing machine laundry process. Since each time washing, drainage, dehydration time by PLC timer and counter in control, so just change the timer and counter parameters can change the time. With intelligent, safe and reliable, conve

5、nient and flexible etc. Characteristics. PLC programming is easy to follow and powerful, stable performance, strong anti-interference ability and PLC small size, low energy consumption. So through the experiment proves that the PLC to control the finish washing machine, the control performance is st

6、able.Keywords: PLC; Automatic washing machine; Siemens前言一直以來，洗衣服都是一項難于逃避的家務(wù)勞動，在洗衣機出現(xiàn)以前，這項勞動并不像田園詩描繪的那樣充滿樂趣、手搓、腳踩、棒擊、沖刷、摔打。這些不斷重復(fù)的簡單的體力勞動，留給人的感受常常是辛苦勞累。全自動洗衣機其特點是能自動完成洗滌，漂洗和脫水的轉(zhuǎn)換，整個過程不需要人工操作。這類洗衣機均采用套筒式結(jié)構(gòu)，其進水，排水都采用電磁閥，由程序控制器按人們預(yù)先設(shè)計好的程序不斷發(fā)出指令，驅(qū)動各執(zhí)行器件動作，整個洗衣過程自動完成。以可編程邏輯控制器PLC來控制， 用其內(nèi)部存貯執(zhí)行邏輯運算、順序控制、定時、

7、計數(shù)和算術(shù)運算等操作的指令, 并通過數(shù)字的、模擬的輸入和輸出, 控制各種類型的機械或生產(chǎn)過程。 在下文中會詳細(xì)介紹其控制過程。 1.全自動洗衣機控制系統(tǒng)總體控制方案確定1.1 控制系統(tǒng)的比較1.1.1 PLC系統(tǒng)的特點 1）可靠性高，PLC作為一種通用的工業(yè)控制器，它必須能夠在各種不同的工作環(huán)境中正常工作。對工作的環(huán)境要求較低，抗外部干擾能力強，平均無故障時間長。 2）使用方便靈活，PLC采用了基本單元擴展或者是模塊化的結(jié)構(gòu)形式，因此，輸入/輸出信號的數(shù)量，形式，驅(qū)動能力等都可以根據(jù)實際控制要求進行選擇與確定，而且在需要時可以隨時更換，近年來，PLC的特殊模塊增多這些可以滿足不同的控制要求，使

8、PLC的使用更加靈活與多變。 3）編程簡單，PLC的優(yōu)越性主要體現(xiàn)在它采用了獨特的，多種面向廣大工程設(shè)計人員的編程語言，如指令表，梯形圖，邏輯功能圖，順序功能圖等，程序簡潔，明了適合各類技術(shù)人員的傳統(tǒng)習(xí)慣，即使是沒有計算機知識的人員也很統(tǒng)一掌握，特別是梯形圖與邏輯功能圖，形象直觀，動態(tài)監(jiān)測效果逼真，且與計算機控制容易。1.1.2單片機系統(tǒng)的特點1）要求環(huán)境，單片機對環(huán)境的適應(yīng)能力較低，可靠性差。2）編程和PLC相比難以學(xué)習(xí)，主要是單片機采用匯編語言或者是C語言，這些高級語言和PLC語言相比，難以學(xué)習(xí)。3）功能單一只具有使用中所需要的功能。但是，它結(jié)構(gòu)簡單，處理速度快。1. 2 洗衣機的PLC控

9、制系統(tǒng)概述全自動洗衣機采用PLC控制系統(tǒng)將大大提高工作效率，和適應(yīng)工作環(huán)境的能力。在全自動洗衣機中，洗衣機洗滌、脫水程序是由單片機為中心控制系統(tǒng)工作的。首先由于單片機的指令系統(tǒng)相對復(fù)雜，編寫洗滌、脫水程序相對復(fù)雜；其次，在設(shè)計控制系統(tǒng)硬件時要有多種電路保護裝置，如電流保護、電壓保護、過載保護、過熱保護及欠壓保護等等 這樣增加了硬件的復(fù)雜性，隱含較高的故障率無形地增加了維修成本費用，在各種控制系統(tǒng)中廣泛運用的PLC能克服單片機的缺點。它是整體模塊，集中了驅(qū)動電路、檢測電路和保護電路以及通訊聯(lián)網(wǎng)功能。因此在運用中，硬件也相對簡單，提高控制系統(tǒng)的可靠性。另外它的編程語言也相對簡單。典型的PLC控制系

10、統(tǒng)的硬件組成框圖如圖1所示：圖1 PLC控制系統(tǒng)的硬件組成框圖1.3 PLC的設(shè)計步驟開發(fā)應(yīng)用PLC 的設(shè)計任務(wù)分為硬件和軟件設(shè)計兩部分。硬件設(shè)計主要包括:1）確定安排PLC 的輸入、輸出點;2）設(shè)計外圍電路, 包括主電路;3）選購PLC 并進行現(xiàn)場安裝接線等內(nèi)容；軟件設(shè)計, 大多數(shù)用梯形圖和指令程序, 主要包括:1）設(shè)計控制流程, 根據(jù)工藝要求先畫出工作循環(huán),如有必要再畫詳細(xì)的狀態(tài)流程圖;2）根據(jù)工作循環(huán)圖, 畫出虛擬的電路圖繼電器梯形圖;按梯形圖編寫指令程序表;3系統(tǒng)調(diào)試: 根據(jù)設(shè)計要求, 對程序進行調(diào)試和修改, 必要時還可對硬件進行修改, 直到滿足要求；在電腦控制的全自動洗衣機中，又存在

11、著兩種不同的控制方式，即程序控制和模糊控制。由于控制方式的不同，兩種洗衣機在結(jié)構(gòu)和原理上都有很大的區(qū)別。程序控制洗衣機以洗衣機生產(chǎn)廠家設(shè)定的數(shù)十種操作程序為基礎(chǔ)，用戶在使用時可根據(jù)洗衣量，布質(zhì)的輕重以及衣物的臟污程度性質(zhì)等因素，選擇不同的洗衣程序。程序控制全自動洗衣機的控制按鈕很多，對程序的選擇需要有一定的洗衣經(jīng)驗。模糊控制洗衣機以其內(nèi)部設(shè)置的各種傳感器為信息采集源，對傳感器傳回的洗衣量，衣物布質(zhì)，臟污程度以及臟污性質(zhì)信息進行模糊邏輯推理，從而自動設(shè)置相應(yīng)的洗滌參數(shù)，并對洗衣的全過程進行實時的檢測與控制。模糊控制全自動洗衣機的洗衣按鈕只有很少幾個。從控制類型上來說，模糊控制屬于智能控制，是自動

12、控制的較高形式，代表著自動控制的發(fā)展方向。但是，受自動控制水平的限制，目前的模糊控制洗衣機還不能實現(xiàn)全功能上的模糊控制，另外由于使用了各種傳感器和模糊邏輯控制器，使模糊控制機成本遠(yuǎn)高于程序控制洗衣機。故一般不采用。2全自動洗衣機PLC控制的控制要求2.1全自動洗衣機的基本結(jié)構(gòu)、工作流程和工作原理2.1.1全自動洗衣機的基本結(jié)構(gòu)全自動洗衣機的基本結(jié)構(gòu)如圖2所示。 圖2 全自動洗衣機的基本結(jié)構(gòu)圖2.1.2全自動洗衣機的工作流程全自動洗衣機的單循環(huán)工作流程示意圖如圖3所示。結(jié)束開始進水粗洗排水脫水 圖3全自動洗衣機的單循環(huán)工作流程示意圖2.1.3全自動洗衣機的工作原理洗衣機的進水、排水分別由進水電磁

13、閥和排水電磁閥執(zhí)行。洗滌正轉(zhuǎn)、反轉(zhuǎn)由洗滌電動機驅(qū)動波盤正、反轉(zhuǎn)來實現(xiàn)。脫水時，由脫水電磁離合器合上、排水電磁閥吸合，洗滌電動機正轉(zhuǎn)進行甩干。洗滌完成由蜂鳴器報警。2.2洗衣機控制要求1.全自動洗衣機控制系統(tǒng)的要求:（1） 按下啟動按扭及水位選擇開關(guān)，開始進水直到高（中、 低）水 位，關(guān)水（2） 2秒后開始洗滌（3） 洗滌時，正轉(zhuǎn)30秒，停2秒，然后反轉(zhuǎn)30秒，停2秒（4） 如此循環(huán)5次，總共320秒后開始排水，排空后脫水30秒（5） 開始清洗，重復(fù)（1）（4），清洗兩遍（6） 清洗完成，報警3秒并自動停機（7） 若按下停車按扭，可手動排水（不脫水）和手動脫水（不計數(shù)）3.電器元件的選擇3.1電

14、機的選擇根據(jù)本次設(shè)計要求和實際生活情況，選擇如下表3.1中所示規(guī)格電動機：圖4 電動機表1 電動機規(guī)格品牌型號電壓(V)頻率（Hz）功率（W）轉(zhuǎn)速（r/min）啟動轉(zhuǎn)矩（N.m）額定轉(zhuǎn)矩(N .m)科圣YS104-1803805018013502812.743.2接觸器的選擇交流接觸器的選擇主要考慮主觸點的額度電流、額定電壓、線圈電壓等。主觸點的額定電流In可根據(jù)下面的經(jīng)驗公式進行選擇：式中為接觸器主觸點額定電流；K為比例系數(shù)，一般取11.4；為被控電動機額定功率；為被控電動機額定線電壓。并且，交流接觸器主觸點額定電壓一般按高于電路額定電壓來確定。所以，取K=1 故選擇施奈德的LC1-D061

15、0M5C型交流接觸器。其外形圖如圖5所示圖5 交流接觸器該交流接觸器主要技術(shù)參數(shù)為：表2 交流接觸器主要參數(shù)額定絕緣電壓額定發(fā)熱電流220V6A3.3熱繼電器的選擇根據(jù)電動機頻繁換向啟動的工作情況，按下式選?。核?，故選取施奈德的LR2-D1306C型熱繼電器。外形圖如下圖6所示圖6 熱繼電器該熱繼電器主要技術(shù)參數(shù)為：表3 熱繼電器主要參數(shù)脫扣等級整定電流范圍10A1-1.6A3.4開關(guān)電源的選擇根據(jù)全自動洗衣機的設(shè)計要求，為保證安全，外部電器（包括電磁閥、蜂鳴器等）使用低電壓直流電，為此選擇了如下表4所示規(guī)格的開關(guān)電源，將交流電轉(zhuǎn)換為要求的直流電。圖7 開關(guān)電源表4 開關(guān)電源規(guī)格品牌型號輸出

16、電壓（V）輸出電流（A）效率哈克特HTSP-320F-24240-1387%3.5壓力開關(guān)的選擇根據(jù)設(shè)計要求，全自動洗衣機需要對超重與否進行檢測，為此選擇如圖3.6所示的壓力開關(guān)，具體規(guī)格如下表5所示，用于檢測超重與否。圖8 壓力開關(guān)表5 壓力開關(guān)的規(guī)格型號設(shè)定壓力范圍(KG)最大允許壓力(KG)最大允許電流(A)最大允許電壓(V)美國CCS壓力開關(guān)604G32.07-24.482.07-24.4815250根據(jù)設(shè)計要求，將壓力設(shè)為20Kg。3.6.水位浮球開關(guān)的選擇根據(jù)設(shè)計要求，選擇Daehansensor 品牌的DP-100S 水位浮球開關(guān)。圖9 水位浮球開關(guān)表6 水位浮球開關(guān)主要技術(shù)參數(shù)

17、供電電壓適用范圍壓力范圍適用溫度DC12 30V0.1-20-5 bar0-50水位浮球開關(guān)安裝示意圖如下圖10所示圖10 水位浮球開關(guān)安裝示意圖3.7電磁閥的選擇根據(jù)設(shè)計要求，選擇如下圖所示的電磁閥，規(guī)格如下表所示。 圖11 電磁閥 圖12 示意圖表7 電磁閥規(guī)格品牌型號流量（）壓力范圍（bar）供電電壓德國CO-AXMK102.50-4024V DC3.8.蜂鳴器的選擇根據(jù)設(shè)計要求，選擇如下圖13所示的蜂鳴器，表8所示規(guī)格的壓電式蜂鳴器。圖13 蜂鳴器表8 壓電式蜂鳴器的規(guī)格類型型號額定電壓Ue(V)響度dB/10cm光亮度cd/ 額定電流（mA）壓電式蜂鳴器NFM1-22/LCAC/DC

18、127085 20【注】AC、DC電壓的極限范圍為0.85Ue 1.1Ue3.9熔斷器的選擇根據(jù)單臺異步電動機頻繁變換轉(zhuǎn)向，運用： 其中 所以 故選用CHOKUN品牌的RT16-20型號熔斷器。圖14 熔斷器表9 熔斷器主要技術(shù)參數(shù)型號額定電壓（V）額定電流（A）額定分段能力（KA）熔斷體額定耗散功率（W）底座熔斷體500V690VCOSRT16-005001602120500.1-0.212【注】由于電機部分、PLC部分、開關(guān)電源部分的額定電流都小于2A，所以都選擇額定電流為2A的熔斷體。3.10按鈕的選擇全自動洗衣機的人機接口中有按鈕，方便操作時也要保證安全，為此選擇了施奈德品牌的低壓凸頭

19、按鈕，并且?guī)в兄甘緹鬖ED，供電電壓為直流電24V。根據(jù)設(shè)計要求選擇如下表10所示的開關(guān)和相應(yīng)的數(shù)量。表10 按鈕規(guī)格按鈕類別完整型號模塊型號(按鈕頭+觸點基座)備注啟動按鈕XB2-BW13B1CZB2BW13C+ZB2BWB31C綠燈、常開停止按鈕XB2-BW14B2CZB2BW14C+ZB2BWB42C紅燈、常閉高水位按鈕XB2-BW14B1CZB2BW14C+ZB2BWB41C紅燈、常開中水位按鈕XB2-BW16B1CZB2BW16C+ZB2BWB61C藍(lán)燈、常開低水位按鈕XB2-BW15B1CZB2BW15C+ZB2BWB51C黃燈、常開手動排水XB2-BW15B1CZB2BW15C+

20、ZB2BWB51C黃燈、常開手動脫水XB2-BW16B1CZB2BW16C+ZB2BWB61C藍(lán)燈、常開4全自動洗衣機控制系統(tǒng)的PLC選型和資源配置4.1控制系統(tǒng)硬件接線圖4.1.1PLC外形圖1.全自動洗衣機控制系統(tǒng)選擇西門子公司的S7-200系列PLC（6ES7 214-1AD23-0XB0）作為控制單元，如圖15所示為所選PLC外形圖。圖15 PLC（6ES7 214-1AD23-0XB0）外形圖2I/O地址分配由于S7-200 224 CPU模塊有14點數(shù)字量輸入，10點數(shù)字量輸出，所以不需要再增加擴展模塊。模塊上的輸入端對應(yīng)的輸入地址是I0.0I1.2，輸出端對應(yīng)的輸出地址是Q0.0

21、Q1.03.模塊功能概述CPU模塊采用西門子公司的6ES7 214-1AD23-0XB0模塊。由于該模塊采用直流24V供電(直流晶體管輸出)，有14點數(shù)字量輸入和10點數(shù)字量輸出，完全能滿足全自動洗衣機控制系統(tǒng)的要求，所以不在需要另外的數(shù)字量輸入/輸出模塊。4.1.2控制系統(tǒng)硬件接線圖全自動洗衣機控制系統(tǒng)硬件接線圖如下：圖16 硬件接線圖5全自動洗衣機控制系統(tǒng)程序設(shè)計與調(diào)試5.1編程軟件以西門子公司為S7-200PLC設(shè)計的V3.2 STEP 7 MicroWIN SP4編程軟件為例。5.2程序的流程圖正常運行流程圖如圖17所示。流程圖描述:按下啟動按扭,開始進水;進水到規(guī)定高度,使水位開關(guān)接

22、通,實現(xiàn)洗滌正轉(zhuǎn),并停止進水;洗滌正轉(zhuǎn)30S后,停止2秒,反轉(zhuǎn)30S后,停2秒。計數(shù)器加1,累計洗滌次數(shù);若未滿5次則重復(fù)進行洗滌,直至洗滌達(dá)到5次,開始排水.由于排水,水位降低,當(dāng)水位低于規(guī)定下限水位時,排空檢測開關(guān)接通,開始脫水,脫水30S后,計數(shù)器加1,脫水停止.然后再返回到進水動作 重復(fù)上述過程3次,報警并停機停機報警洗滌反轉(zhuǎn)30S暫停2S洗5次排水脫水30S脫水3次暫停2S30S洗滌正轉(zhuǎn)停止進水進水水滿起動 N Y N Y N Y N Y N Y NY 圖17 正常運行的流程圖5.3系統(tǒng)資源分配5.3.1.數(shù)字量輸入部分全自動洗衣機控制系統(tǒng)的輸入有啟動、停止、高水位、中水位、低水位、

23、手動排水和手動脫水按鈕以及高水位、中水位、低水位和排空檢測開關(guān)共11個輸入點。具體的輸入分配如表11所示。 表11 輸入地址分配信號名稱元件名稱元件符號地址編碼啟動信號常開按鈕SB1I0.0停止信號常開按鈕SB2I0.1高水位設(shè)定信號水位選擇開關(guān)QS1I0.2中水位設(shè)定信號水位選擇開關(guān)QS2I0.3低水位設(shè)定信號水位選擇開關(guān)QS3I0.4高水位檢測信號高水位傳感器ST1I0.5中水位檢測信號中水位傳感器ST2I0.6低水位檢測信號低水位傳感器ST3I0.7排空檢測信號零水位傳感器ST4I1.0手動排水信號常開按鈕SB6I1.1手動脫水信號常開按鈕SB7I1.25.3.2.數(shù)字量輸出部分全自動洗

24、衣機控制系統(tǒng)的外部設(shè)備有進水電磁閥、排水電磁閥、正/反轉(zhuǎn)洗滌電動機、蜂鳴器、指示燈等。具體的輸出分配如表12所示。 表12 輸出地址分配信號名稱元件名稱元件符號地址編碼進水閥控制信號進水電磁閥YA1Q0.0正轉(zhuǎn)及脫水控制信號接觸器KM1Q0.1反轉(zhuǎn)控制信號接觸器KM2Q0.2排水控制信號排水電磁閥YA2Q0.3報警信號報警蜂鳴器HAQ0.45.3.3定時器部分具體的定時器分配如表13所示。 表13 定時器分配定時器功能T37延時2秒開始洗滌T38洗滌正轉(zhuǎn)定時30秒T39洗滌反轉(zhuǎn)定時30秒T40脫水定時30秒T30報警定時3秒5.3.4計數(shù)器部分具體的計數(shù)器分配如表14所示。 表14 計數(shù)器分配計數(shù)器功能C1洗滌循環(huán)計數(shù)5次C2清洗和漂洗計數(shù)3次5.4程序梯形圖5.6程序調(diào)試將各個輸入/輸出端子和實際控制系統(tǒng)中的按鈕、所需控制設(shè)備正確連接，完成硬件的安裝。全自動洗衣機程序是由V3.2 STEP 7 MicroWIN SP4編程軟件的指令完成。若要修改程序，先將PLC設(shè)定在STOP狀態(tài)下,運行編程軟件，打開全自動洗衣機程序，即可在線調(diào)試。6.