学生公寓多台全自动洗衣机PLC控制系统设计

自动洗衣机PLC控制

摘 要

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，对欧姆龙CJ1M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欧姆龙CJ1M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，实现了洗衣机洗衣过程的自动化，并实现了多台控制。由于每遍的洗涤，排水，脱水的时间由PLC内计数器控制，所以只要改变计数器参数就可以改变时间。可以把上面设定的程序时间定下来，作为固定程序使用，也可以根据衣物的质地，数量及脏污的程度来编程。只要稍作改变，就可以设计出诸如要多洗多甩的牛仔类衣物，轻洗轻甩的羊毛类衣物以及通用的标准洗涤程序，充分表现现代家电用品的个性。

关键词：全自动洗衣机；PLC控制；CX-Programmer

自动洗衣机PLC控制

Abstract

According to the work principle of the full-automatic washer, make use of the programmable logical controller PLC realization control, explain the principle method of the PLC control, the special features of the characteristics and the control washer.According to the design of this system, had the thorough comprehension to the characteristics of the OMRON CJ1M series PLC in Europe.The full-automatic washer control system made use of the characteristics of the OMRON CJ1M series PLC in Europe, to the button, the electromagnetism valve, switch etc. a little bit other importation/ output to order to carry on the control, carry out the washer to do laundry the automation of the process, and carried out many pedestals control.Because each of rinse, drain, time that dehydrate from PLC inside count the machine control, so as long as the change count the machine parameter and can change time.Can settle down procedure time that the top set, the conduct and actions fixs the procedure usage, also can according to the quality of the clothes, the degree of the quantity and dirt to weave the distance.As long as make the change slightly, can design such as the cowboy clothes that want to wash much to jilt much, the wool clothes and in general use standards that wash lightly to jilt lightlies wash away dirt the procedure, expressing the character of the modern electrical appliance well.

Key words: full-automatic washer ; PLC control; CX-Programmer

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目 录

第1章 文献综述 .................................................................................................... 1

1.1 概述 ........................................................................................................... 1 1.2 PLC的发展过程及其特点 ........................................................................ 1 1.3 PLC的组成 ................................................................................................ 3 1.4 PLC的分类 ................................................................................................ 5 1.5 PLC的国内外状况 .................................................................................... 6 1.6 欧姆龙CJ系列PLC ................................................................................. 7 第2章 全自动洗衣机控制系统简介和设计要求 ................................................ 9

2.1 全自动洗衣机的发展趋势 ....................................................................... 9 2.2 全自动洗衣机中的传感器新技术 ......................................................... 10 2.3 PLC在全自动洗衣机中的应用 .............................................................. 11 2.4 全自动洗衣机控制系统的设计要求 ..................................................... 12 第3章 全自动洗衣机的PLC系统设计 ............................................................. 14

3.1 PLC控制系统设计的内容和步骤 .......................................................... 14 3.2 控制系统的硬件设计 ............................................................................. 16 3.3 控制系统的软件设计 ............................................................................. 18 3.4 控制系统的安装和调试 ......................................................................... 22 第4章 多台全自动洗衣机PLC控制系统应用软件设计 ................................. 23

4.1 全自动洗衣机控制系统的PLC选型和资源配置 ................................ 23 4.2 全自动洗衣机控制系统程序设计和调试 ............................................. 23 4.3 一台全自动洗衣机控制系统PLC程序 ................................................ 24 4.4 多台全自动洗衣机控制系统PLC程序 ................................................ 31 第5章 结论 .......................................................................................................... 35 参考文献 ................................................................................................................ 36 致 谢 ...................................................................................................................... 37 附录1 全自动洗衣机正常运行流程图 ............................................................... 38 附录2 全自动洗衣机控制系统PLC梯形图程序 ............................................... 39 附录3 全自动洗衣机控制系统PLC助记符程序 ............................................... 46

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第1章 文献综述

1.1 概述

可编程控制器是在计算机技术，通信技术和继电器控制技术的发展基础上开发起来的，最初叫做可编程逻辑控制器（Programmable Logic Controller）即PLC。现已广泛应用于工业控制的各个领域。他以微处理器为核心，用编写的程序不仅可以进行逻辑控制，还可以定时，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。美国电气制造商协会经过4年调查，于1980年将其正式命名为可编程控制器（Programmable Controller）,简写为PC。后来由于PC这个名称常常被用来称呼个人电脑（Personal Computer），为了区别，现在也把可编程控制器称为PLC。

1.2 PLC的发展过程及其特点

1.2.1 PLC的定义

最初，可编程逻辑控制器主要用于顺序控制，虽然采用了计算机的设计思想，但是实际上只能进行逻辑运算。

随着计算机技术的发展，可编程逻辑控制器的功能不断扩展和完善，其功能远远超出了逻辑控制，顺序控制的范围，具备了模拟量控制，过程控制以及远程通信等强大功能，所以美国电器制造商协会（NEMA）将其正式命名为可编程控制器（Programmable Controller），简称PC。但是为了和个人计算机（Personal Computer）的简称PC相区别，人们常常把可编程控制器人简称为PLC。

国际电工委员会（IEC）于1987年对PLC定义如下：

PLC是专为在工业环境下应用而设计的一种数字运算操作的电子装置，是带有存储器，可以编制程序的控制器。它能够存储和执行指令，进行逻辑运算，顺序控制，定时，计数和算术等操作，并通过数字式和模拟式的输入输出，控制各种类型的机械和生产过程。PLC及其有关的外围设备，都应按易于与工业控制系统形成一体，易于扩展其功能的原则设计。

事实上，PLC就是以嵌入式CPU为核心，配以输入，输出等模块，可以方便的用于工业控制领域的装置。PLC与机器人，计算机辅助设计与制造一起称为现代工业的三大支柱。

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1.2.2 PLC的特点

PLC具有以下几个显著的特点： 1. 可靠性好

由于PLC采用了输入和输出信号的光电隔离，滤波，电源的屏蔽，稳压和保护，故障诊断等技术，所以PLC可以在工业控制现场的恶劣环境中可靠的工作。平均无故障时间可高达5万-10万小时以上。

2. 功能完善

PLC种类多，模块丰富和指令功能强大，使目前的PLC几乎可以完成所有的工控制任务。

3. 编程简单

类似继电气控制系统图的梯形图语言易学易懂，非常容易被技术人员掌握。 4. 在线编程

在工业现场，可以使用手持编程器或笔记本电脑对PLC进行编程。当PLC联网后，可以在网络的任一位置对PLC编程。

5. 安装容易

由于采用模块化的结构，现场安装非常简单。 6. 体积小，重量轻，功耗低

在现代集成电路技术的支持下，PLC体积越来越小，重量也越来越轻，且功耗也越来越低。

7. 价格越来越便宜

在生产厂家增多，集成电路技术进步等因素的影响下，PLC的价格越来越低。

1.2.3 PLC的用途

PLC的用途主要有以下几方面： 1. 取代继电器控制

在灯光照明，机床电控，食品加工，印刷机械，电梯，自动化仓库，生产流水线等方面进行逻辑控制。

2. 过程控制

对温度，压力，流量，无谓高度等连续变化的物理量进行控制。 3. 位置，速度控制

在机器人，机床，电机调速等领域进行位置，速度控制。 4. 数据监控

在电力，自来水处理，化工，炼油，轧钢等方面进行数据采集，监测和控制。 5. 组成分散控制系统

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把PLC作为下位机，与上位机的计算机共同组成分散控制系统。

可以说PLC几乎应用到了工业控制的每一个领域，小到家庭的灯光照明，大到冶金，石化企业的生产过程都有PLC的应用。

1.2.4 PLC的发展

PLC现在发展很快，发展方向主要有以下几个方面。 1. 小型，微型化

PLC的一个发展方向是越来越小，一些PLC只有手掌大小，使用起来灵活方便。

2. 大型，超大型化

PLC的另一个发展方向是大型和超大型，这些PLC具有上万个输入输出量，用于石化，冶金，汽车制造等领域。

3. 智能化

PLC中的输入输出单元越来越智能化，这些单元具有模糊控制，PID控制，位置控制，温度控制，远程通信等功能，并根据生产需求，正在不断推出新的智能单元。

4. CPU能力更强

选用时钟更快，功能更强的CPU是PLC的发展趋势。 5. 支持更多的工业总线

支持多种工业标准总线，使联网更加容易和简单，更易于组成工程控制网。 6. 编程软件标准化

采用国际标准化的IEC1131-3编程语言，可以大大缩短开发周期。 7. 人机交流功能增强

在为PLC配置了操作面板，触摸屏等人机对话手段后，其应用领域进一步扩展，应用更加方便。

8. 数据处理能力大大增强

PLC于个人计算机技术结合后，使得PLC的数据处理，存储功能大大增强[1]。

1.3 PLC的组成

从结构上分，PLC分为固定式和组合式（模块式）两种。固定式PLC包括CPU板、I/O板、显示面板、内存块、电源等，这些元素组合成一个不可拆卸的整体。模块式PLC包括CPU模块、I/O模块、内存、电源模块、底板或机架，这些模块可以按照一定规则组合配置。

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1. CPU的构成

CPU是PLC的核心，起神经中枢的作用，每套PLC至少有一个CPU，它按PLC的系统程序赋予的功能接收并存贮用户程序和数据，用扫描的方式采集由现场输入装置送来的状态或数据，并存入规定的寄存器中，同时，诊断电源和PLC内部电路的工作状态和编程过程中的语法错误等。进入运行后，从用户程序存贮器中逐条读取指令，经分析后再按指令规定的任务产生相应的控制信号，去指挥有关的控制电路。

CPU主要由运算器、控制器、寄存器及实现它们之间联系的数据、控制及状态总线构成，CPU单元还包括外围芯片、总线接口及有关电路。内存主要用于存储程序及数据，是PLC不可缺少的组成单元。

在使用者看来，不必要详细分析CPU的内部电路，但对各部分的工作机制还是应有足够的理解。CPU的控制器控制CPU工作，由它读取指令、解释指令及执行指令。但工作节奏由震荡信号控制。运算器用于进行数字或逻辑运算，在控制器指挥下工作。寄存器参与运算，并存储运算的中间结果，它也是在控制器指挥下工作。

CPU速度和内存容量是PLC的重要参数，它们决定着PLC的工作速度，I/O数量及软件容量等，因此限制着控制规模。

2. I/O模块

PLC与电气回路的接口，是通过输入输出部分（I/O）完成的。I/O模块集成了PLC的I/O电路，其输入暂存器反映输入信号状态，输出点反映输出锁存器状态。输入模块将电信号变换成数字信号进入PLC系统，输出模块相反。I/O分为开关量输入（DI），开关量输出（DO），模拟量输入（AI），模拟量输出（AO）等模块。

开关量是指只有开和关（或1和0）两种状态的信号，模拟量是指连续变化的量。常用的I/O分类如下：

开关量：按电压水平分，有220VAC、110VAC、24VDC，按隔离方式分，有继电器隔离和晶体管隔离。

模拟量：按信号类型分，有电流型（4-20mA,0-20mA）、电压型（0-10V,0-5V,-10-10V）等，按精度分，有12bit,14bit,16bit等。

除了上述通用I/O外，还有特殊I/O模块，如热电阻、热电偶、脉冲等模块。 按I/O点数确定模块规格及数量，I/O模块可多可少，但其最大数受CPU所能管理的基本配置的能力，即受最大的底板或机架槽数限制。

3. 电源模块

PLC电源用于为PLC各模块的集成电路提供工作电源。同时，有的还为输入

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电路提供24V的工作电源。电源输入类型有：交流电源（220VAC或110VAC），直流电源（常用的为24VAC）。

4. 底板或机架

大多数模块式PLC使用底板或机架，其作用是：电气上，实现各模块间的联系，使CPU能访问底板上的所有模块，机械上，实现各模块间的连接，使各模块构成一个整体。

5. PLC系统的其它设备

(1) 编程设备：编程器是PLC开发应用、监测运行、检查维护不可缺少的器件，用于编程、对系统作一些设定、监控PLC及PLC所控制的系统的工作状况，但它不直接参与现场控制运行。小编程器PLC一般有手持型编程器，目前一般由计算机（运行编程软件）充当编程器。

(2) 人机界面：最简单的人机界面是指示灯和按钮，目前液晶屏（或触摸屏）式的一体式操作员终端应用越来越广泛，由计算机（运行组态软件）充当人机界面非常普及。

(3) 输入输出设备：用于永久性地存储用户数据，如EPROM、EEPROM写入器、条码阅读器，输入模拟量的电位器，打印机等。

6. PLC的通信联网

依靠先进的工业网络技术可以迅速有效地收集、传送生产和管理数据。因此，网络在自动化系统集成工程中的重要性越来越显著，甚至有人提出“网络就是控制器”的观点说法。

PLC具有通信联网的功能，它使PLC与PLC 之间、PLC与上位计算机以及其他智能设备之间能够交换信息，形成一个统一的整体，实现分散集中控制。多数PLC具有RS-232接口，还有一些内置有支持各自通信协议的接口[2]。

1.4 PLC的分类

PLC的分类没有一个严格的统一标准，而是按照结构形式，控制规模实现的功能进行大致的分类。

1. 按结构分类

PLC按照其硬件的结构形式可分为整体式和组合式。 2. 按控制规模分类

PLC的控制规模主要是指开关量的输入/输出点数及模拟量的输入/输出路数。 但主要以开关量的点数计数，模拟量的路数可以折算成开关量的点数。按照此项进行分类主要包括小型，中型和大型，下面进行详细介绍。

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(1) 小型PLC

输入/输出点数在128点以下的PLC称为小型PLC。其特点是体积小，结构紧凑，它可以连接开关量I/O模块，模拟量I/O模块以及其他各种特殊功能模块，能执行包括逻辑运算，计时，计数，算术运算，数据处理和传送，通信联网以及各种应用指令。

(2) 中型PLC

输入/输出点数在128-512点之间的PLC称为中型PLC。它除了具有小型机所能实现的功能外，还具有更强大的通信联网功能，更丰富的指令系统，更大的内存容量和更快的扫描速度。

(3) 大型PLC

输入/输出点数在512点以上的PLC成为大型PLC。它具有极强的软件和硬件功能，自诊断功能，通信联网功能，它可以构成三级通信网，实现工厂生产管理自动化。另外大型PLC还可以采用三CPU构成表决式系统，使机器具有更高的可靠性[3]。

1.5 PLC的国内外状况

目前，全世界的PLC生产厂家约有200家，生产300多个品种。主要集中在美国，德国，日本等多家公司。其中德国和美国是以大型PLC而闻名，而日本则主要生产小型PLC。下面就分别介绍这3个国家的PLC产品以及我国无锡生产的华光PLC。

1. 美国的PLC

美国的PLC厂家很多，现已超过百家。其中以A-B（ALLEN-BRADLEY）公司，美国通用（GE）公司生产的PLC最具有代表性。

A-B公司是美国的可编程控制器制造商，同时也是世界上最大的PLC制造商之一。该公司产品规格齐全，所提供的特殊模块和智能模块品种丰富。而且还有丰富的指令集和强大的软件功能。其主要代表机型有：SLC-500系列，PLC-5系列，PLC-5/250系列，还有早期的PLC-3和PLC-2系列等。

GE公司是世界上最早研制和生产PLC产品的主要厂商之一。其主要产品有小型机GE-1，GE-1/J，GE-1P等，中型机GE-III，还有大型机GE-V等。

2. 德国的PLC

德国的PLC主要以西门子（SIEMENS）为代表，它也是世界上较早研制和生产PLC的主要厂商之一。使用范围可覆盖从替代继电器的简单控制到更复杂的自动化控制。应用领域极为广泛，覆盖所有与自动检测，自动化控制有关的工业

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及民用领域，包括各种机床，机械，电力设施，民用设施和环境保护设备等。如冲压机床，磨床，印刷机械，橡胶化工机械，中央空调，电梯控制和运动系统等。其主要产品包括西门子S7-200，S7-400系列PLC。

3. 日本的PLC

日本的PLC一高性价比的小型机著称。其主要代表厂家为欧姆龙（OMRON），三菱等厂家。欧姆龙公司已经有50多年的历史，该公司以良好的性价比占据了我国PLC市场的较大份额。它的PLC指令系统功能强大，能够处理复杂的控制要求；具有品种齐全的通信模块，在CPU本体上备有标准上位接口，可配备6种通信模块；将PC卡使用在可编程控制器中，可以临时存储设备运行情况和各种生产过程数据，并能够十分方便的与以太网连接。主要产品有微型的C20P和C20，小型的C120和C200H，中型的C500和C1000H，大型的C2000H。

三菱公司也是日本生产PLC产品的主要厂家之一，很早就进入了中国市场。它具有固定灵活的系统配置，丰富的产品，无需维护的程序存储器，编程简单，共同的外部设备等特点。其主要产品有小型的F，F1，F2系列，还有FX0，FX2系列和A系列等。

4. 无锡华光PLC

华光电子工业有限公司是中日合资企业，成立于1989年4月。是生产开发销售可编程序控制器（PLC），触摸式工业图形显示器，接近开关，电子计数器，旋转编码器等电子控制产品的专业企业。它也生产多种型号与规格的PLC，如SU，SG等，发展也很快，并在价格上很有优势[1]。

1.6 欧姆龙CJ系列PLC

CJ系列PC是体积很小的可编程序控制器，以高速和先进功能为特色，具有与CS系列PC同样的结构。其特点如下：

(1) CJ系列具有高速、高能力和更多的微型PC的功能。 (2) 仅为CS系列PC的体积的30%～35%。

(3) 当在机械内安装空间受限制时（例如，上下线槽管道间的有限空间），CJ 系列PC可与电源和其它部件一起安装在DIN导轨上。

(4) 由于指令执行更快（对CJ1或CJ1-H CPU单元，基本指令：最小0.02或0.08μs，专用指令：0.06或0.12 μs，和浮点指令：最小8.0或10.2 μs）和系统管理、I/O刷新和外部服务的更快处理，循环时间得到大大减少。

(5) 具有高达120 K步的程序容量，256 K字的DM存储器和2,560点I/O，有足够的容量用于附加值程序，包括机械接口、通信、数据处理等。

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(6) 对于编程和内部设定（PC设置）与CS系列CPU单元几乎100%兼容。 (7) 同为CJ系列PC不需要底板，所以使需要较小空间的灵活系统配置成为可能。

(8) 将I/O控制单元连接到CPU机架和I/O接口单元连接到扩展机架，就可连接多达3个扩展机架。CPU机架可安装多达10个单元，由于3个扩展机架中的每一个都可以，所以使总数多达40个单元。

(9) CX-Programmer可用来分配I/O表中不用的字，用于传到CPU单元。这使得能保存未分配的字，供以后使用或使系统能标准化/模块化。

(10) 当程序被划分到任务以各别处理功能，控制系统或过程，几个编程员就可同时开发这些各别任务。可以有多达32个标准（循环执行的）任务和256个中断任务。有两种中断：电源断开中断和定时中断。在生成一新程序时，可将各标准程序组合成各任务以生成一完整的新程序。

(11) 可在编程中使用与I/O端子分配无关的任意符号（命名多达32个字符）。用符号生成的标准程序更通用、更易于在不同程序中作为任务再次使用。

(12) 通过将程序分为系统管理的任务和控制和执行使用的任务，仅需要执行控制任务，因此可改进系统的响应性能。

(13) 用协议宏功能，信息就可以被传送到标准串行设备和从其传出（根据预置参数设定）。协议宏功能支持处理选项，如再试、超时监控和错误检查。

在通信帧中可以包含读和写数据到CPU单元的符号，所以数据可以很方便地与CPU单元交换[4]。

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第2章 全自动洗衣机控制系统简介和设计要求

2.1 全自动洗衣机的发展趋势

洗衣机无论在质量、技术、功能还是在外观上面，谁能接近于为人们的生活服务这一主题，谁就能得到长足的进步和发展。从最初的单桶洗衣机到双桶、套桶洗衣机、全自动洗衣机，再到智能全模糊控制洗衣机。总之，每一次技术的进步都极大地推动了洗衣机自动化程度的提高。 今后一段时间，以下几种洗衣机将是市场和消费者的最爱。

1. 品种多样化

波轮式、滚筒式和仿生搓洗式洗衣机满足了不同偏好的消费者的需求。 2. 节能和健康化

现在的消费者在节能方面对家电提出了更高的要求，对于健康型洗衣机更是人们趋之若骛的首选。

3. 大容量和微型化

大容量洗衣机满足了人们洗大件衣物的需求。同时，微型化洗衣机也备受青睐，如市场上出现的1.5公斤、2.5公斤不等的海尔小小神童洗衣机，可以满足少量衣物即时洗的需要。

4. 组合化

荣事达集团最近推出的子母分洗式洗衣机，正好迎合了这部分消费者的需求，它的大桶容量为5.5公斤，小桶容量为2.5公升，两桶并列，缩小了较大一部分空间，而且具有人工智能模糊控制功能。满足了不同衣物分开洗、大量衣物同时洗、小件衣物即时洗的需求，开创了健康洗涤新概念，深受消费者的喜爱，组合化的另一个体现就是把洗涤、漂洗、脱水和烘干功能集于一身。

在今后一个时期内，家用电动洗衣机的产品性能质量将是企业竞争的焦点，开发新型的产品是竞争获胜的主要手段。今后，电动洗衣机将朝着多功能、节电、节水方向发展。多功能主要表现在以下几个方面：1、去污能力的多样化。如去除蛋白质、皮脂、血渍、奶渍、咖啡、果汁的能力。2、洗涤容量的多样化。洗涤容量可以从0.5kg到13kg。3、控制方式的多样化。如机械定时器、电动程控器、电子程控器、模糊电脑控制。4、外观造型多样化。为适应不同消费层次的需求，洗衣机的外观形状及颜色将是各种各样的。

节电、节水是今后电动洗衣机发展的主流。目前，我国正在修订的国标

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GB4288已将用电量、用水量指标列入了其考核的主要指标。另外，为了引导消费和指导洗衣机制造企业的设计和制造，新国标GB4288将洗净比、用电量、用水量、噪声、含水率、寿命这6个主要性能指标进行分等级考核，即以上6个指标分别分为A、B、C、D4个级别。消费者可根据自己的需要选择不同级别的产品[5]。

2.2 全自动洗衣机中的传感器新技术

近年来家电市场上的智能型模糊控制全自动洗衣机越来越受到消费者的青睐。这种洗衣机以人们洗衣操作的经验作为模糊控制的规则，采用多种传感器把水温，布质，布量，洗净度等洗衣状态信息检测出来，并将这些信息送到单片机中，单片机应用模糊控制程序对所检测到的信息进行分析，以确定其最佳的洗涤时间，水流强度，漂洗方式，脱水时间以及注水水位等参数，对洗衣机全过程进行自动控制，最大限度的模拟人工操作，达到最佳的洗涤效果。以下对全自动洗衣机的几种主要传感器作一介绍。

1. 衣量传感器

衣量传感器又称衣物负载传感器，它是用来检测洗衣时衣物量多少的。当洗涤桶内注入一定量的清水后将衣物放入桶内，这是让驱动电机一段需通电运转的方式工作一分钟左右，利用电机绕组上产生的感应电动势，经光电隔离及比较整型，产生脉冲信号，这种矩形脉冲数目与电机惯性转过的角度成比例。若衣物多，则电机受到的阻力大，电机惯性转过的角度就小，相应地，传感器产生的脉冲就少，这样就间接的“测量”出了衣物量的多少，下一步需要做的就是，根据衣物量来设定水位。

2. 衣质传感器

衣质传感器又叫布质传感器，它是为检测衣物的质地而设置的。根据衣物纤维中棉纤维，化学纤维所占比例的大小，衣物的布质分为“柔软棉”，“较硬棉”，“棉于化纤”，以及“化纤”四个档。衣质传感器各衣量传感器是同一个装置，只是检测的方法不同。在进行衣质检测时，首先是洗涤桶内的水位比设定水位低一个档级，然后仍按照侧衣物量的方法，让驱动电机以通断电的方式工作一段时间。检测每次断电期间衣量传感器发出的脉冲数并求其平均值。用测衣量时得到的脉冲数减去测衣质时得到的脉冲数，两者之差即可以判别衣质。若桶内的衣物面纤维所占比例大，脉冲数差就大；若化学纤维所占比例大，脉冲数差就小。

3. 水位传感器

用单片机控制电子式水位传感器可以自动准确的控制水位。洗涤桶内的水位

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不同，对桶底的压力也就不同，将这种压力转变为橡胶隔膜的形变，使固定在隔膜上的磁芯片发生位移，磁芯的移动使得电感线圈的电感量发生改变，从而使LC振荡电路的振荡频率也产生变化。对于不同的水位，LC电路都有对应的频率脉冲信号输出，将这个信号输入单片机接口，当水位传感器输出的脉冲信号与选定储存在单片机中频率相同时，单片机判定已达到了要求的水位，停止注水，开始执行洗涤程序。

4. 水温传感器

适当的洗衣温度有利于污垢的活化，可以提高洗涤效果。水温传感器装在洗涤桶的下部，以热敏电阻为检测原件。测定打开洗衣机开关使得温度为环境温度，注水结束时的温度为水温，将所测温度信号输入给单片机，为模糊推论提供信息。

5. 光传感器

光传感器即洗净程度传感器。人工洗衣时可以随时用眼睛检查衣物是否洗净，但在洗涤桶内的衣物不断地进行翻滚运行，无法直接检测衣物的洗净程度。全自动洗衣机通过采用光传感器检测洗涤液的透光率，从而检测了洗净程度。在洗衣机排水管两侧分别安装红外发光管和光电接受管。洗涤时，排水管中充满清水，光电接收管受光导通，以此时光敏三极管输出电压为设定值。洗涤开始后，衣物上的污垢不断的扩散到洗涤液中，洗涤液逐渐变浑浊，致使透光率降低，相应地，光敏三极管的输出电压也随之下降。经过一段时间后，该输出电压趋于稳定值，洗涤过程结束，然后进入漂洗阶段[6]。

2.3 PLC在全自动洗衣机中的应用

在全自动洗衣机中，洗衣机洗涤，脱水程序是有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，因含较高的故障率，无形的增加了维修成本费用。在工业控制系统中广泛运用的PLC能克服单片机的缺点，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。因此在运行中，硬件也相对简单，提高控制系统的可靠性，另外它在编程语言也相对简单。

PLC控制洗衣机洗涤程序有独特之处。首先，它是一个顺序控制系统程序；其次，洗涤，排水，脱水时间是由PLC内的计数器和定时器中参数控制的，只要改变它的参数大小就可改变整个程序时间长短；第三，通过改变PLC的型号，可以根据衣物的质地，数量及脏污程度来实现标准洗，强洗，快洗的多功能；第四，

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通过修改洗涤程序可实现进水洗涤，漂洗，排水，脱水的顺序控制，也可实现或洗涤，或漂洗，或脱水等单体控制；第五，在设计过程中，可以方便的加入相应的配套装置，如指示灯，蜂鸣器。

通过以上分析，说明可知全自动洗衣机的控制系统是有多种性的，各种最优控制系统均可运用，但是必须考虑它的结构和成本[7]。

2.4 全自动洗衣机控制系统的设计要求

2.4.1 全自动洗衣机的工作原理

洗衣机的工作流程由进水，洗衣，排水和脱水4个过程组成。在半自动洗衣机中，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进行，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传感器，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。水位传感器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。其示意图如图2.1所示。

图2.1 全自动洗衣机示意图

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2.4.2 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“强制停止”两种控制方式。

1. 正常运行

“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，进行洗涤正转；

(2) 洗涤时，正转15s,停3s,然后反转15s,停3s；

(3) 若正，反洗未满3次，则返回从正洗开始的动作，满3次时，则开始排水；

(4) 排空后脱水10s；

(5) 然后再进水，开始漂洗，重复(1)-(4)步，如此循环共3次； (6) 洗衣过程完成，报警10s后结束全部过程，自动停机。 2. 强制停止

“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停止转动，进水电磁阀和排水电磁阀全部闭合，报警解除；

(2) 可用手动排水按钮实现手动排水[8]。

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第3章 全自动洗衣机的PLC系统设计

3.1 PLC控制系统设计的内容和步骤

3.1.1 系统设计的主要内容

(1) 根据工艺流程，分析被控对象和控制要求，确定控制系统所需要实现的功能和控制指标；

(2) 被控对象确定后，需要进一步确定哪些需要用PLC控制，那些只能手动控制。据此确定I/O点数；

(3) 根据控制要求和被控对象的特点，选择合适的PLC；

(4) 分配PLC的I/O点，编制PLC的I/O分配表或者I/O端子接线图； (5) 编写程序，同时进行PLC控制柜等硬件的设计和现场施工； (6) 程序完成后，可在实验室进行离线模拟调试； (7) 离线模拟调试和现场施工完成后，进行现场联机调试； (8) 联机调试通过后，编写设计说明书和使用说明书。

3.1.2 系统设计的基本步骤

PLC控制系统设计的基本步骤如图3.1所示。 1. 分析工艺流程和控制要求

(1) 分析工艺流程及工作特点，确定被控对象，包括需要PLC控制的机械设备，电气设备，生产线等。

(2) 确定被控对象后，根据被控对象机，电之间的配合，确定PLC控制系统的控制要求。包括控制的基本方式，所需要完成的功能，必要的保护和报警等。

2. 确定输入/输出设备

根据控制要求，确定PLC控制系统所需的用户输入设备（包括按钮，转换开关，行程开关，限位开关和传感器等）和输出设备（接触器，继电器，电磁阀，报警指示灯等）。并且根据这些输入/输出设备确定系统的I/O点数。

3. 选择合适的PLC

PLC类型的选择主要从下面几个方面考虑： (1) PLC机型和容量的选择；

(2) 开关输入量的点数以及输入电压；

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图3.1 PLC控制系统设计的基本步骤

(3) 开关输出量的点数以及输出功率； (4) 模拟量输入/输出的点数；

(5) 系统的特殊要求，如远程I/O，通信网络等。

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4. I/O点分配

分配PLC的输入/输出点，画出PLC的I/O端子与输入/输出设备的连接图或分配表。在连接图或分配表中，必须指定每个I/O对应的模块编号，端子编号，

I/O地址，对应的输入/输出设备等。 5. 设计软件及硬件

此步骤是进行PLC程序设计和PLC控制柜等硬件的设计及现场施工。程序与硬件设计施工可同时进行。

(1) PLC程序设计的一般步骤

① 根据工艺流程和控制要求，画出系统的功能图或流程图；

② 根据I/O分配表或I/O端子接线图，将功能图和流程图转化成梯形图，即PLC编程。

(2) 硬件设计及现场施工的一般步骤

① 设计控制柜布置图，操作面板布置图和接线端子图等； ② 设计控制系统各部分的电气图； ③ 根据图纸进行现场接线。 6. 离线模拟调试

(1) 程序编写完成后，将程序输入PLC。如果用编程器输入，需要先将梯形图转换位助记符，然后输入。

(2) 程序输入PLC后，用按钮和开关模拟数字量，电压源和电流源代替模拟量，进行模拟调试，使控制程序基本满足控制要求。

7. 现场调试

离线模拟调试和控制柜等硬件施工完成后，就可以进行整个系统的现场联机调试。现场调试是指将模拟调试通过的程序结合现场设备进行联机调试。通过现场调试，可以发现在模拟调试中无法发现的实际问题，然后逐一排除这些问题，直至调试成功。

8. 整理技术文件

技术文件主要包括技术说明书，使用说明书，电气原理图，接线端子图，PLC梯形图和电器布置图等[9]。

3.2 控制系统的硬件设计

3.2.1 PLC机型的选择

1. 机型选择的基本原则

目前，随着PLC的普及，PLC的种类和数量越来越多，功能也越来越丰富。

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这就要求用户在选择PLC时，不要盲目的追求功能强大，而是在满足控制系统功能需要的前提下，选择最可靠，最稳定，使用维护最方便以及性价比最优的机型。

2. 结构形式的选择

在工艺流程相对固定，维修量较小，环境条件较好的小型控制系统中，一般选用整体式结构的PLC；在工艺流程较复杂，相对变动较大，维修量较大，环境条件较差的控制系统中，一般选用模块式结构的PLC。

3. 系统可靠性的要求

对于简单的控制系统，选用一般的机型就能满足其可靠性要求；对于控制要求较高的系统（比如实现PID运算，闭环控制等控制系统），应选用中档机或高档机，并考虑是否采用冗余控制系统。

4. 机型统一

对于一个企业来说，应做到机型统一。这样，同一机型的PLC模块互为备用，便于备件的采购和管理；同时由于其机型统一，资源可以共享，便于相互通信集中管理。

3.2.2 输入/输出点数的选择

在I/O点数选择时，首先要弄清楚控制系统的输入/输出点数，然后再留有一定数量的备用I/O点（大约为输入/输出点数的15%-20%）。控制系统I/O点数加上备用的I/O点数就是所需I/O的总点数。

3.2.3 存储器类型及存储容量的选择

1. 存储器类型的选择

PLC系统所用的存储器种类通常有3种，即RAM，EPROM，和E2PROM，其中E2PROM最为常用。

2. 存储容量的选择

PLC的存储量随着机型的大小变化，一般小型机的最大存储容量低于6KB，中型机的最大存储容量可达64KB，大型机的最大存储容量可达到上兆字节。用户存储容量只能作粗略的估算，一般用户存储容量=开关量输入点数×10+开关量输出点数×5+模拟量输入/输出点数×100字节。为了使用方便，一般应留有估算容量的30%-50%的裕量。对于经验缺乏者，留有的裕量应更大些。

3.2.4 PLC编程方式的选择

PLC的编程方式有两种：指令编程器和编程软件。指令编程器主要用于小型PLC，其控制规模小，编程简单：对于中型和大型PLC，主要用于编程软件进行

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编程。现在，随着笔记本电脑的普及和应用，编程软件应用的场合越来越广。

3.2.5 PLC环境因素的考虑

虽然大部分的PLC都能在相对恶劣的环境条件中可靠的工作，但是不同的PLC都有自己的环境性能指标，用户在选用时，应对环境因素予以充分的考虑。

3.3 控制系统的软件设计

3.3.1 CX-Programmer编程软件介绍

PLC编程软件CX-P是欧姆龙公司开发的新编程软件。该软件具有如下特点。 (1) 统一的Windows开发易于操作。

使用Windows环境下的各种工具可同时在不同程序之间剪切或粘贴程序语句或其它数据。使用统一的Windows工具能够毫不费力的开始设计和开发工作。

(2) 符号化编程功能使编程标准化。

符号编程功能使在编程时使用I/O名称而不必考虑其位和地址的分配成为可能。带I/O名称的程序只需在CX-Programmer软件上移动就可用于其他的系统。

(3) 用索引寄存器和数据处理指令使信息处理更好。

循环运行，（FOR-NEXT）索引寄存器，数据寄存器，文本串指令（如：LEN$,LEFT$,MID$）,记录处理和表数据操作以及其众多的指令使人们处理和掌握工厂自动化信息更有效率。

(4) 从同一个Host Link连接点可调试CPU单元和特殊I/O单元。

只需将个人计算机与CPU单元，串行通信单元或串行通信板相连，就可以使用Windows工具（CX-Programmer软件，CX协议等）提升整个系统的设计水平和减少开发时间。

(5) 结构化编程极大的提高了设计效率。

以前的程序只能是一个单一的长程序，而CS1系列PLC提供了单独控制的任务程序。单独的程序（任务）使得不止一个编程者能在同一时间开发和调试程序以适应不同的处理。

(6) 强大的监控和调试功能使程序开发更为简单。

A. 用Windows GUI接口的简单操作：工程数据用易于理解的树状目录显示。 B. 在梯形图内的状态类中，以助记符形式输入指令需要的时候转换成梯形图。

C. 预览，细览，屏幕分割（4屏，2屏）和滚动条：用户可使用这些和其它的功能显示和监控同一程序中的多个位置。

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