全自动洗衣机设计及组态王仿真毕业设计 - 图文

基于组态王kingview6.50实现全自动洗衣机控制

毕业设计（论文）原创性声明和使用授权说明

原创性声明

本人郑重承诺：所呈交的毕业设计（论文），是我个人在指导教师的指导下进行的研究工作及取得的成果。尽我所知，除文中特别加以标注和致谢的地方外，不包含其他人或组织已经发表或公布过的研究成果，也不包含我为获得 及其它教育机构的学位或学历而使用过的材料。对本研究提供过帮助和做出过贡献的个人或集体，均已在文中作了明确的说明并表示了谢意。

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使用授权说明

本人完全了解 大学关于收集、保存、使用毕业设计（论文）的规定，即：按照学校要求提交毕业设计（论文）的印刷本和电子版本；学校有权保存毕业设计（论文）的印刷本和电子版，并提供目录检索与阅览服务；学校可以采用影印、缩印、数字化或其它复制手段保存论文；在不以赢利为目的前提下，学校可以公布论文的部分或全部内容。

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学位论文原创性声明

本人郑重声明：所呈交的论文是本人在导师的指导下独立进行研究所取得的研究成果。除了文中特别加以标注引用的内容外，本论文不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写的成果作品。对本文的研究做出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。本人完全意识到本声明的法律后果由本人承担。

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学位论文版权使用授权书

本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定，同意学校保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被查阅和借阅。本人授权 大学可以将本学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编本学位论文。

涉密论文按学校规定处理。

作者签名： 日期： 年 月 日 导师签名： 日期： 年 月 日

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注 意 事 项

1.设计（论文）的内容包括：

1）封面（按教务处制定的标准封面格式制作） 2）原创性声明

3）中文摘要（300字左右）、关键词 4）外文摘要、关键词 5）目次页（附件不统一编入）

6）论文主体部分：引言（或绪论）、正文、结论 7）参考文献 8）致谢

9）附录（对论文支持必要时）

2.论文字数要求：理工类设计（论文）正文字数不少于1万字（不包括图纸、程序清单等），文科类论文正文字数不少于1.2万字。

3.附件包括：任务书、开题报告、外文译文、译文原文（复印件）。 4.文字、图表要求：

1）文字通顺，语言流畅，书写字迹工整，打印字体及大小符合要求，无错别字，不准请他人代写

2）工程设计类题目的图纸，要求部分用尺规绘制，部分用计算机绘制，所有图纸应符合国家技术标准规范。图表整洁，布局合理，文字注释必须使用工程字书写，不准用徒手画

3）毕业论文须用A4单面打印，论文50页以上的双面打印 4）图表应绘制于无格子的页面上

5）软件工程类课题应有程序清单，并提供电子文档 5.装订顺序 1）设计（论文）

2）附件：按照任务书、开题报告、外文译文、译文原文（复印件）次序装订

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1. 概述

1.1 选题背景

洗衣机是人们日常生活中常见的一种家电，已经成为人们生活中不可缺少的家用电器。在工业生产中应用也十分广泛。但是传统的基于继电器的控制，已经不能满足人们对洗衣机的自动化程度的要求了。洗衣机需要更好地满足人们的需求，必须借助于自动化技术的发展。而随着PLC技术的发展，用PLC来作为控制器，就能很好地满足全自动洗衣机对自动化的要求，并且控制方式灵活多样，控制模式可以根据不同场合的应用而有所不同。自动化技术的飞速发展使得洗衣机由初始的半自动式洗衣机发展到现在的全自动洗衣机，又正在向智能化洗衣机方向发展。

1.2 全自动洗衣机发展概况

全自动洗衣机是一种除放、取衣物和开动洗衣机这三道手续外，其余洗衣各程序全部自动完成的设备。1874年美国的比尔·布莱克斯通发明了木制手摇洗衣机，这是世界上第一台人工搅动洗衣机。1911年美国人又研制了世界上第一台电动洗衣机。1920年美国的玛依塔格公司又把洗衣机的木制桶改为铝制桶体，第二年又把铝制桶体改为外层铸铝、内层为铜板的双层结构。1936年，他们又将搪瓷用于洗衣机桶体。与此同时，世界各地也相继出现了洗衣机。欧洲国家研究成功了喷流式洗衣机和滚筒式洗衣机。1932年后，美国一家公司研制成功了第一台前装式滚筒全自动洗衣机，洗涤、漂洗和脱水都在同一个滚筒内自动完成，使洗衣机的发展跃上了一个新台阶。这种滚筒洗衣机，目前在欧洲、美洲等地得到了广泛的应用。第二次世界大战结束后，洗衣机得到了迅速的发展，研制出具有独特风格的波轮式洗衣机。这种洗衣机由于其波轮安装在洗衣桶底，又称涡卷式洗衣机。近几十年，在工业发达国家，全自动洗衣机制造技术又得到迅速发展，其年总产量及社会普及率均以达到相当高得水平。

目前世界洗衣机年总产量近5000万台，而全自动洗衣机的产量呈增长趋势，在技术性能上正向着节水、节能、高效、结构更趋合理的方向发展。微电脑控制功能、新型的洗涤方式、高速脱水以及低噪音等方面都有了很大提高。近几年，我国的洗

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衣机制造技术得到迅速发展，从生产单桶波轮式、双桶波轮式洗衣机逐步向套桶波轮式全自动洗衣机和滚筒式全自动洗衣机方向发展其中全自动洗衣机的年产量已占洗衣机总产量的10%左右。生产规模不断扩大，技术工艺日趋完善，产品质量稳步提高，已生产出技术性能优良多种牌号的全自动洗衣机供应市场。

1.3 控制系统的选择

从满足全自动洗衣机控制系统的安全性、扩展性和可靠性方面考虑，目前常见的全自动洗衣机自动控制系统，主要有单片机控制、PLC控制、工业控制计算机集中控制等类型。随着集成芯片技术的不断提高，特别是高档8位单片机的普及，单片机全自动洗衣机系统由单片计算机及其外围芯片构成控制系统。虽然单片机本身小巧、功耗低，实时控制功能强，但是其软、硬件的开发必须借助于开发工具，系统调试困难，不具有自开发能力，且编写洗涤、脱水等程序相对复杂；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，无形地增加了维修成本费用。工业控制计算机全自动洗衣机控制系统是利用通用计算机的扩展槽或扩展区，设计应用系统硬件模板，如通讯板、I/O扩展板等测控功能板，与通用计算机构成一个用于完成预定测控功能的控制系统。其特点是系统有较强的软、硬件支持。利用通用计算机的软、硬件资源来支持控制系统进行工作，具有自开发能力，有较强的可视能力和数据。处理能力，更适合于计算机集中控制系统应用。 PLC是一种新型的具有极高可靠性的通用自动化控制装置。它以微处理器为核心，有机地将微型计算机技术、自动化控制技术及通信技术融为一体。其特点如下：抗干扰能力强，可靠性极高。PLC是专为工业控制设计的，采取了精选元器件及多层次抗干扰等措施，能适应工业现场的恶劣环境。

1）编程方便。PLC采用易于理解和掌握的梯形图语言，以及面向工业控制的简单指令。

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标准与柔和模式的互锁。也可将标准与柔和按钮设计成一个按钮，按下去时为柔和模式，不按下去则为标准模式。需要说明的是，标准模式与柔和模式的 选择必须在用户一开始洗衣之前完成。

8. 高水位探测器 高水位探测器用来检测洗衣机水位是否已经达到了高水位。采用数字量输出式水位探测器这样就可以直接将高水位探测器的输出直接送到PLC主机的数字量输入端口上。

9. 低水位探测器 低水位探测器用来检测洗衣机水位是否已经达到了低水位。采用数字量输出式水位探测器这样就可以直接将低水位探测器的输出直接送到PLC主机的数字量输入端口上。

10．进水电磁阀 进水电磁阀用来控制洗衣机的进水。当然洗衣机需要外界进水时，PLC主机发出控制信号，进水电磁阀会打开，水自动从外界送入洗衣机筒内，当水已经达到了设定的水位时，PLC主机发出信号自动关闭进水电池阀，同时控制洗衣机进入下一个洗衣步骤。

11. 电机正转接触器 电机正转接触器用于PLC主机控制洗衣机电机的正转。可以直接用PLC主机的数字量输出端口来连接电机正转接触器，在洗衣机洗衣服的过程中，电机会正转与反转同时轮流进行。

12. 电机反转接触器 电机反转接触器用于PLC主机控制洗衣机电机的反转。可以直接用PLC主机的数字量输出端口来连接电机反转接触器，在洗衣机洗衣服的过程中，电机会正转与反转同时轮流进行。

13. 排水离合器 排水离合器用于PLC主机控制洗衣机机筒内的排放。选用数字式离合器，可以直接用PLC主机的数字量输出端口来连接到排水离合器，当洗衣机在完成洗衣或者漂洗后，需要将机筒内的脏水排出机筒，此时，PLC主机发出控制命令打开排水离合器，进行排水。

14. 脱水离合器 洗衣机洗衣服的最后一道工序就是对衣服进行脱水，脱水电磁离合器正是用于PLC主机控制洗衣机进行脱水，脱水需要电机带动机筒旋转，有了电磁离合器后，就可以直接使用PLC主机的数字量输出端口来控制电磁离合器，最终达到控制脱水执行电机的目的。在脱水过程不涉及电机的调速问题，因此，用PLC主机加电磁离合器这样一种比较觉得简单的方式就可以完成控制任务。

15. 蜂鸣器 蜂鸣器用来指示洗衣机洗衣过程中的一些声音提示。采用工业用直流供电的蜂鸣器，这样就可以直接用PLC主机的数字量输出端口来控制蜂鸣器。

2.3 系统配置

全自动洗衣机控制系统为单机控制系统。 PLC的输入点，包括启动按钮、停止按钮、高水位按钮、低水位按钮、标准模式按钮、柔和模式按钮、高水位探测器、低水位探测器，一共8点；输出点包括进水电磁阀、电机正转接触器、电机反转接触器、排水离合器、脱水离合器、蜂鸣器，一共6点。

由于点数不多，考虑20%～30%的余量，选用小型PLC便可实现，结合培训站的现有教学实验条件，本次设计选择西门子S7-200系列的CPU224型的PLC，可以满足使用需求。它的主要特点是： 1）14输入/10输出共40个数字量I/O点。

2）可连接7个扩展模版单元，最大可扩展至168个数字量I/O点或35路模拟量I/O。

3）13KB的程序和数据存储空间。

4）6个独立的30KHZ的高速计数器，2路独立的20KHZ的高速脉冲输出。 5）具有PID控制器。 6）1个RS485通信/编程口。

7）具有多点接口MPI（Multi Point Interface）通信协议。 8）具有点对点接口PPI(Point to Point Interface)通信协议。 9）具有自由通信口。

10）I/O端子排可以很容易地整体拆卸 输入、输出编程元件地址分配表分别如表2.1所示:

表2.1 I/O端子

2.4 控制面板

全自动洗衣机的设计必须在满足上述功能以外，还需要考虑外观设计、造型等方面。尤其是在洗衣机的手动控制操作面板上，必须符合人机界面的基本要求。设计全自动洗衣机的操作面板如图2.4所示。其中，进水、正转、反转、排水、脱水为信号灯指示当前洗衣机的工作状态；蜂鸣器为声音指示，指示洗衣机整个洗衣过程完成的提示；启动、停止、高水位、低水位、标准、柔和等为手动控制按钮，用来人为手动地输入一些控制信号。在实际中，操作面板一般位于洗衣机

的上表面，需要在设计的时候加入更多的个性化平面设计元素，并且操作面板往往与控制器不放置在一起，这就需要考虑线路布线的问题。

2.5 PLC外部接线图

根据PLC主机的I/O资源分配以及PLC主机的硬件框图，则PLC主机的外部接线图如图2.5所示：

图2.5 外部接线图 说明如下： 1．输入口

（1） 启动按钮连到PLC主机的输入口I0.0,停止按钮连至PLC主机的输入口I0.1。

（2） 高水位按钮连至PLC主机的输入口I0.2，低水位按钮连至PLC主机的输入口I0.3。

（3）标准模式选择按钮连至PLC主机的输入口I0.4，柔和模式选择按钮连至PLC主机的输入口I0.5。

（4）高水位探测器连至PLC主机的输入口I0.6，低水位探测器连至PLC主机的输入口I0.7。 2．输出口

（1）PLC主机输出口Q0.0控制进水电磁阀。 （2）PLC主机输出口Q0.1控制电机正转接触器。 （3）PLC主机输出口Q0.2控制电机反转接触器。 （4）PLC主机输出口Q0.3控制排水离合器。 （5）PLC主机输出口Q0.4控制脱水离合器。 （6）PLC主机输出口Q0.5控制蜂鸣器。

2.6 控制系统流程图

全自动洗衣机控制系统的详细工作过程如下：

1. 按下启动按钮，洗衣机电源导通，准备进入洗涤状态。 2. 用户设置水位高低，以及洗衣模式（标准模式或柔和模式）。 3. 洗衣机打开进水电磁阀，开始从外界输入水。 4. 水位探测器检测到水已经到位，开始洗涤。

5. 电机正转与反转按照设定的洗衣模式的切换时间的长度进行轮流工作。 6. 洗衣一直进行10min。

7. 洗衣机打开排水离合器，开始排水，并且持续3min。 8. 洗衣机关闭排水离合器。 9. 重复（3）至（8）步骤一次。

10. 洗衣机打开进水电磁阀，开始从外界输入水。

11. 水位探测器检测到水位已经到位，开始漂洗衣服。

12. 电机正转与反转按照设定的洗衣模式的切换时间长度进行轮流工作。 13. 洗衣一直进行5min。

14. 洗衣机打开排水离合器开始排水，并且持续3min。 15. 洗衣机关闭排水离合器。 16. 重复（10）至（15）步骤一次。

17. 洗衣机控制脱水电磁阀离合器，进行脱水，同时打开排水离合器使得脱水出来的水可以及时排出洗衣机筒内。 18. 持续脱水2min。

19. 蜂鸣器发出响声，持续发声20s，提醒用户洗衣完成。 20. 完成洗衣。

PLC 投入运行，系统处于初始状态，准备好启动。按下启动按钮时开始进水，水满(即水位到达高水位)时停止进水，2s后开始正转洗涤。正转洗涤30s后暂停，暂停2s后开始反转洗涤。反转洗涤30s 后暂停，暂停2s 后，若正、反洗涤未满5 次，则返回从正转洗涤开始的动作; 若正、反洗涤满5 次时，则开始排水。排水水位若下降到低水位时，开始脱水并继续排水。脱水30s即完成一次从进水到脱水的工作循环过程。若未完成2 次大循环，则返回从进水开始的全部动作，进行下一次大循环; 若完成了2 次大循环，则进行洗完报警。报警3s结束全部过程，自动停机。若按下停止按钮，可以手动排水和手动脱水。根据上述对全自动洗衣机工作过程的描述，可以设全自动洗衣机控制系统的PLC部分的主流程图，如图2.6所示。

图2.6 主流程图

其中，洗涤子过程的流程图如图2.7所示。 漂洗子过程流程图如图2.8所示。

图2.7 洗涤子过程的流程图

图2.8 漂洗子过程流程图

2.7 控制系统时序图

根据控制系统主程序流程图可绘画出控制系统时序图如图2.9所示。

图2.9 控制系统时序图

3. 性能测试与分析

3.1 各个模块的调试

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