全自动洗衣机的PLC控制电路设计
第3章 全自动洗衣机的设计
3.1 全自动洗衣机设计方案
洗衣机是一种在家庭中不可缺少的家用电器，发展非常快，全自动式洗衣机因使用方便得到大家的青睐，全自动即进水、浸泡、洗涤、漂洗、排水、甩干等一系列过程自动完成，控制器通常设有几种洗涤程序，对不同的衣物可供用户选择。全自动洗衣机控制系统可选择多种控制方案，如继电器、单片机、PLC等均能完成。 1.继电器控制方案分析
继电器是一种电子控制器件，它具有控制系统和被控制系统通常应用于自动控制电路中，它实际上是用较小的电流去控制较大电流的一种“自动开关”。故在电路中起着自动调节、安全保护、转换电路等作用。电磁式继电器一般由铁芯、线圈、衔铁、触点簧片等组成的。只要在线圈两端加上一定的电压，线圈中就会流过一定的电流，从而产生电磁效应，衔铁就会在电磁力吸引的作用下克服返回弹簧的拉力吸向铁芯，从而带动衔铁的动触点与静触点（常开触点）吸合。当线圈断电后，电磁的吸力也随之消失，衔铁就会在弹簧的反作用力返回原来的位置，使动触点与原来的静触点（常闭触点）吸合。这样吸合、释放，从而达到了在电路中的导通、切断的目的。
继电器一般都有能反映一定输入变量的感应机构，有能对被控电路实现“通”、“断”控制的执行机构，在继电器的输入部分和输出部分之间，还有对输入量进行耦合隔离，功能处理和对输出部分进行驱动的中间机构。具有动作快、工作稳定、使用寿命长、体积小等优点。广泛应用于电力保护、自动化、运动、遥控、测量和通信等装置中。但缺点明显，机械寿命短,容易受到干扰而引起误操作,继电器控制是硬接线，逻辑一旦确定，要改变逻辑或增加功能很是困难；继电器控制速度慢，触点易抖动；继电器控制定时精度不高，容易受环境温度变化影响，且无记数功能；继电器控制定时精度不高，容易受环境温度变化影响，且无记数功能。
2.单片机控制方案分析
单片机是指一个集成在一块芯片上的完整计算机系统,尽管它的大部分功能集成在一块小芯片上，但是它具有一个完整计算机所需要的大部分部件：CPU、内存、内部和外部总线系统，目前大部分还会具有外存。同时集成诸如通讯接口、定时器，实时时钟等外围设备。而现在最强大的单片机系统甚至可以将声音、图像、网络、复杂的输入输
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出系统集成在一块芯片上。单片机又称单片微控制器,它不是完成某一个逻辑功能的芯片,而是把一个计算机系统集成到一个芯片上。概括的讲：一块芯片就成了一台计算机。它的体积小、质量轻、价格便宜、为学习、应用和开发提供了便利条件。同时，学习使用单片机是了解计算机原理与结构的最佳选择。单片机内部也用和电脑功能类似的模块，比如CPU，内存，并行总线，还有和硬盘作用相同的存储器件，不同的是它的这些部件性能都相对我们的家用电脑弱很多，不过价钱也是低的，一般不超过10元即可，用它来做一些控制电器一类不是很复杂的工作足矣了。
我们现在用的全自动滚筒洗衣机、排烟罩、VCD等等的家电里面都可以看到它的身影，它主要是作为控制部分的核心部件。目前单片机渗透到我们生活的各个领域，几乎很难找到哪个领域没有单片机的踪迹。因此，单片机的学习、开发与应用将造就一批计算机应用与智能化控制的科学家、工程师。它是一种在线式实时控制计算机，需要有较强的抗干扰能力，较低的成本，这也是和离线式计算机的（比如家用PC）的主要区别。
单片机是靠程序的，并且可以修改。通过不同的程序实现不同的功能，尤其是特殊的独特的一些功能，这是别的器件需要费很大力气才能做到的，有些则是花大力气也很难做到的。一个不是很复杂的功能要是用美国50年代开发的74系列，或者60年代的CD4000系列这些纯硬件来搞定的话，电路一定是一块大PCB板，但是如果要是用美国70年代成功投放市场的系列单片机，结果就会有天壤之别。因为单片机的通过你编写的程序可以实现高智能，高效率，以及高可靠性。
由于单片机对成本是敏感的，所以目前占统治地位的软件还是最低级汇编语言，它是除了二进制机器码以上最低级的语言了，既然这么低级为什么还要用呢？很多高级的语言已经达到了可视化编程的水平为什么不用呢？原因很简单，就是单片机没有家用计算机那样的CPU，也没有像硬盘那样的海量存储设备。一个可视化高级语言编写的小程序里面即使只有一个按钮，也会达到几十K的尺寸！对于家用PC的硬盘来讲没什么，可是对于单片机来讲是不能接受的。单片机在硬件资源方面的利用率必须很高才行，所以汇编虽然原始却还是在大量使用。一样的道理，如果把巨型计算机上的操作系统和应用软件拿到家用PC上来运行，家用PC的也是承受不了的。
3.PLC控制方案分析
PLC可编程逻辑控制器，一种数字运算操作的电子系统，专为在工业环境应用而设
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计的。它采用一类可编程的存储器，用于其内部存储程序，执行逻辑运算，顺序控制，定时，计数与算术操作等面向用户的指令，并通过数字或模拟式输入/输出控制各种类型的机械或生产过程。 PLC控制特点：
（1）可靠性高，抗干扰能力强：
高可靠性是电器控制设备的关键性能。PLC由于采用大规模集成电路技术，严格的生产工艺制造，内部电路都用上了先进的抗干扰技术，所以具有很高的可靠性。PLC带有硬件故障自我检测功能，当出现故障时可及时发出警报信息。 （2）适用性强；
PLC发展到今天，已经形成了大、中、小各种规模的系列化产品。可以用于各种规模的工业控制场合。除了逻辑处理功能以外，现代PLC大多具有完善的数据运算能力，可用于各种数字控制领域。近年来PLC的功能单元大量涌现，使PLC渗透到了位置控制、温度控制、CNC等各种工业控制中。加上PLC通信能力的增强及人机界面技术的发展，使用PLC组成各种控制系统变得非常容易。 （3）易学易用；
PLC作为通用工业控制计算机，它接口容易，编程语言都很容易被工程技术人员接受。梯形图语言和图形符号的表达方式和继电器电路图都相当接近，现在只用PLC的少量的开关量逻辑控制指令，就可以方便地实现继电器电路的功能。这可以为那些不熟悉电子电路、不会汇编语言和不懂计算机原理的人油条洁净，为他们在计算机从事工业控制方面打开了方便之门。
(4)系统的设计、建造工作量小，维护方便，容易改造；
PLC用存储逻辑代替接线逻辑，大大减少了控制设备外部的接线，使控制系统设计及建造的周期大为缩短，同时维护也变得容易起来。更重要的是使同一设备经过改变程序改变生产过程成为可能。这很适合多品种、小批量的生产场合。 (5)体积小，重量轻，能耗低；
新近出产的品种底部尺寸小于100mm，重量小于150g，功耗仅数瓦。这是别的控制系统所不能达到的，由于体积小很容易装入机械内部，这是理想的控制设备。
4.PLC的应用领域
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目前，PLC在国内外已广泛应用于钢铁、石油、化工、电力、建材、机械制造、汽车、轻纺、交通运输、环保及文化娱乐等各个行业，使用情况大致可归纳为如下几类。 (1)开关量的逻辑控制； (2)模拟量控制； (3)运动控制； (4)过程控制； (5)数据处理； (6)通信及联网；
综上所述，PLC的功能强大而且控制操作简单，我决定选择PLC控制方法。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，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。
3.2 设计要求及工作原理
3.2.1 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。“正常运行”具体控制要求如下：
(1)按启动按扭及水位选择开关，开始进水，水满（即水位到达高低）时停止进水。 (2)2秒后洗衣机开始洗涤。
(3)洗涤时，正转20秒后暂停，暂停2秒后开始反转洗涤，反转洗涤20秒后暂停，暂停2秒。
(4)照前面过程如此循环3次，总共180秒后，开始排水，排空后（水位下降到低位）开始脱水并继续排水。脱水10秒即完成一次从进水到脱水的工作循环过程。
(5)若未能完成3次大循环，则返回从进水开始时的全部动作，进行下一次大循环；若完成了3次大循环，则进行洗完报警。
(6)报警3秒，全部过程结束自动停机。 “强制停止”具体控制要求如下：
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（1）若按“停止”按钮，洗衣过程停止，即洗涤电机和脱水桶转、进水电磁阀和排水电磁阀全部闭合；
（2）可用手动排水开关和手动脱水开关进行手动排水和脱水。
3.2.2 全自动洗衣机的工作原理
全自动洗衣机的实物示意图如图3-1所示。全自动洗衣机的洗衣桶和脱水桶是以同一中心安放的。外桶固定，作盛水用。内桶是可以旋转的，作脱水用。内桶壁的四周有很多小孔，这可使内外桶的水流相通。洗衣机的进水和排水分别由进水电磁阀和排水电磁阀来执行。进水时，通过电控系统将进水阀打开，进水管将水注入到外桶。排水时，通过电控系统将排水阀打开，使水由外桶排出到机外。洗衣机洗涤正转、反转由洗涤电动机驱动波轮正、反转来实现，此时脱水桶并不旋转。脱水工作时，通过电控系统将离合器合上。由洗涤电动机带动内桶正转进行甩干。高水位和低水位开关分别用来检测高、低水位。启动按钮是用来启动洗衣机工作。停止按钮用来实现手动停止进水、排水、脱水及报警。排水按钮是用来实现手动排水。
图3-1全自动洗衣机实物示意图
它能实现的功能有：首先系统处于初始状态时，按下启动按扭及水位选择开关，开
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