全自动洗衣机的PLC控制电路设计
第1章 洗衣机简介
1.1 洗衣机类型
（1）滚筒式洗衣机：衣物半浸没于水中，滚筒作有规律的正反转动，依靠滚筒内的凸起把衣物带至高处再跌下，起到揉搓作用，然后进行洗涤。这类型有：a、前装式滚筒洗衣机；b、顶装式滚筒洗衣机。
（2）波轮式（涡卷式）洗衣机也称日本式洗衣机，其优点：结构简单，体积小，重量轻，操作方便，耗电量少，洗净率高。缺点：漂洗衣物不均匀，损衣率较高。
（3）搅拌式或摆动式洗衣机：洗衣机有一根主柱，由电动机的动力，带动摆动叶绕定轴作周期性往复运动，每次转动角度小于360度，通过旋转的力度来达到洗涤衣物的效果，其他形式有：喷流式、喷射式、振动式等等，市场上比较少见，北美普遍用。
洗衣机发展到现在的洗衣机真的是多种多样，在中国，双缸洗衣机购买的人已经是越来越少了，滚筒洗衣机和波轮洗衣机已经成为了市场的主流，使用洗衣机就是图个方便省力，现在的全自动洗衣机都符合人们的要求。那么洗衣机还会怎样进步或发展呢？归纳起来，有以下几个趋势：
（1）高度自动化； （2）健康化； （3）节能； （4）品种多样化。
1.2 洗衣机洗净衣物的原理
洗衣机的洗涤过程主要是在机械产生的排渗、冲刷等机械作用和洗涤剂的润湿、分散作用下，将污垢拉入水中来实现洗净的目的。首先充满于波轮叶片之间的洗涤液，在离心力的作用下被高速甩向桶壁，并沿桶壁上升。在波轮中心处，因甩出液体而形成低压区，又使得洗涤液流回波轮附近。这样，在波轮附近形成了以波轮轴线为中心的涡流。衣物，在涡流的作用下作螺旋式回转，吸入中心后又被甩向桶壁，与桶壁发生摩擦而达到洗衣的目的。又由于波轮中心是低压区，衣物易被吸在波轮附近，不断地与波轮发生摩擦，如同人工揉搓衣物，污垢被迫脱离衣物。其次，当衣物被放进洗涤液之后，由于惯性作用运动缓慢，在水流与衣物之间存在着速度差，使得两者发生相对运动，水流与衣物便发生相对摩擦，这种水流冲刷力同样有助于污垢离开衣物。再次由于洗衣桶形状
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的不规则，当旋转着的水流碰到桶壁后，其速度和方向都发生了改变，形成湍流。在湍流的作用下，衣物做无规则地运动并翻滚，其纤维不断被弯曲、绞纽扣拉长，衣物相互相摩擦，增大了洗涤的有效面积，提高衣物的洗净的均匀性。
1.3 PLC在全自动洗衣机中的应用
PLC的初期由于其价格高于继电器控制装置，使得其应用受到限制。但最近十多年来，PLC的应用面越来越广，其主要原因是：一方面由于微处理器芯片几有关元件的价格大大下降，使得PLC的成本下降；另一方面PLC的功能大大增强，它也能解决复杂的计算和通信问题。
全自动洗衣机控制系统利用了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。充分表现现代家电用品的个性，在全自动洗衣机中，洗衣机洗涤、脱水程序是由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，需要多种电路保护装置，如电流保护、电压保护、过载保护、过热保护以及欠压保护等。这样增加了硬件的复杂性，隐含较高的故障率，无形的增加了维修成本费用。在工业控制系统中广泛应用的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。另外它的编程语言也相对简单。因此在该设计中采用了PLC来实现全自动洗衣机的工作过程。
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第2章 可编程控制器PLC
2.1 PLC的基本概念
可编程控制器（programmable controller）是计算机家族总的一员，是为工业控制应用而设计制造的。早期的可编程控制器称作可编程逻辑控制器，简称PLC，它主要用来代替继电器实现逻辑控制。随着科技的发展，这种装置的功能已经大大超越了逻辑控制的范围，因此，这种装置称为可编程，简称PC。但为了避免和坚韧计算机的简称混淆，所以称为PLC。
2.2 PLC的定义
PLC是一种专门为在工业环境下应用而设计的数字运算操作的电子装置。它采用可以编制程序的存储器，用来在其内部存储执行逻辑运算、顺序运算、计时、计数和算术运算等操作的指令，并能通过数字式或模拟式的输入和输出，控制各种类型的机械或生产过程。PLC及其有关的外围设备都应该按易于与工业控制系统形成一个整体，易于扩展其功能的原则而设计。
2.3 PLC的特点
PLC是综合继电器接触器控制的优点及计算机灵活、方便的优点而设计制造和发展的，这就使PLC具有许多其他控制器所无法相比的特点。
（1）可靠性高，抗干扰能力强。 （2）通用性强，使用方便。
（3）采用模块化结构，使系统组合灵活方便。 （4）编程语言简单、易学，便于掌握。 （5）系统设计周期短。
（6）对生产工艺改变适应性强。
（7）安装简单、调试方便、维护工作量小。
2.4 PLC的基本结构
PLC实质是一种专用于工业控制的计算机其硬件结构基本上与微型计算机从结构上分，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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其结构如图2-1所示。
编程器 输入电路中央处理器 （CPU） 输出电路中央处理单元是PLC 的控制中枢，它按照PLC 系统程序赋予的功能接收并存储从编程器键入的用户程序和数据、检查电源、存储器I/O以及警戒定时器的状态，并能诊断用户程序中的语法错误。
2.5 PLC的工作原理
PLC的CPU采用顺序逻辑扫描用户程序的运行方式，循环扫描技术，即如果一个输出线圈或逻辑线圈被接通或断开，该线圈的所有触点，不会立即动作，必须等扫描到该触点时才会动作。PLC的控制需要内部处理、通信服务、输入扫描、执行扫描、输出扫描5个阶段才能完成控制过程。 (1) 内部处理
在内部处理阶段，PLC完成硬件自检测和监控定时器复位等内部工作。 (2) 通信服务
在通信服务阶段，PLC处理与计算机、编程器和别的智能装置的通信。 (3) 输入扫描
在输入采样阶段，PLC以扫描方式依次地读入所有输入状态和数据，并将它们存入I/O映象区中的相应得单元内。输入采样结束后，转入用户程序执行和输出刷新阶段。在这两个阶段中，即使输入状态和数据发生变化，I/O映象区中的相应单元的状态和数
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系统存储器 系统存储器 电源
2-1 PLC的结构图
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据也不会改变。因此，如果输入是脉冲信号，则该脉冲信号的宽度必须大于一个扫描周期，才能保证在任何情况下，该输入均能被读入。 (4) 执行扫描
在用户程序执行阶段，PLC总是按由上而下的顺序依次地扫描用户程序(梯形图)。在扫描每一条梯形图时，又总是先扫描梯形图左边的由各触点构成的控制线路，并按先左后右、先上后下的顺序对由触点构成的控制线路进行逻辑运算，然后根据逻辑运算的结果，刷新该逻辑线圈在系统RAM存储区中对应位的状态；或者刷新该输出线圈在I/O映象区中对应位的状态；或者确定是否要执行该梯形图所规定的特殊功能指令。即，在用户程序执行过程中，只有输入点在I/O映象区内的状态和数据不会发生变化，而其他输出点和软设备在I/O映象区或系统RAM存储区内的状态和数据都有可能发生变化，而且排在上面的梯形图，其程序执行结果会对排在下面的凡是用到这些线圈或数据的梯形图起作用；相反，排在下面的梯形图，其被刷新的逻辑线圈的状态或数据只能到下一个扫描周期才能对排在其上面的程序起作用。 (5) 输出扫描
当扫描用户程序结束后，PLC就进入输出刷新阶段。在此期间，CPU按照I/O映象区内对应的状态和数据刷新所有的输出锁存电路，再经输出电路驱动相应的外设。这时，才是PLC的真正输出
同样的若干条梯形图，其排列次序不同，执行的结果也不同。另外，采用扫描用户程序的运行结果与继电器控制装置的硬逻辑并行运行的结果有所区别。当然，如果扫描周期所占用的时间对整个运行来说可以忽略，那么二者之间就没有什么区别了。
一般来说，PLC的扫描周期包括自诊断、通讯等，即一个扫描周期等于自诊断、通讯、输入采样、用户程序执行、输出刷新等所有时间的总和。
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