论文总字数：16660字

目 录

1 绪论 1

1.1 选题背景意义 1

1.2 洗衣机的发展历史 1

1.3控制系统选择 2

1.4本次毕业设计要求 2

2 全自动洗衣机控制系统 2

2.1全自动洗衣机的原理和构造 2

2.1.1全自动洗衣机的种类及性能比较 2

2.1.2洗涤脱水结构 3

2.1.3 供排水系统 3

2.1.4 电动机及传动系统 4

3 硬件设计 6

3.1 主控线路接线图 6

3.2 控制系统硬件接线 6

3.2.1 PLC介绍 7

3.2.2 PLC特点与工作原理 7

3.2.3 PLC接线 7

3.3 I/O接口分配与PLC接线图 8

3.3.1数字量输入部分 8

3.2.2数字量输出部分 9

3.3.3 控制中间状态I/O分配 9

3.3.4 PLC接线图 10

3.4 部分硬件设备具体选择说明 10

4 软件设计 11

4.1系统运行流程图 11

4.2 系统梯形图和指令语句表 12

4.2.1 梯形图 12

4.2.2指令语句表 18

5 程序仿真调试分析 18

5.1 调试准备 18

5.2 程序调试分析 19

6 结论与展望 25

参考文献： 25

致谢 27

附录一：程序语句表 28

基于PLC的全自动洗衣机控制系统设计

张端

，China

Abstract:This paper has mainly studied the use of PLC as the core control system of fully automatic washing machine and used the computer to check the simulation.This paper has introduced the structure of the washing machine and analysed the washing machine working principle.The design of Siemens S7-200 PLC on full-automatic washing machine has been putting forward.The control flows which manage the each function of washing machine has been designed.The main process include inletting,washing,draining, dewatering and alarming.The software and hardware is researched in detail.It is characterized by high intelligence,convenience,flexible,safe,reliable and so on.

Keyword：PLC;Automatic;control;washing -machine

1 绪论

本章主要介绍本次毕业设计选题的意义、有关洗衣机的历史发展变革、控制系统的选择分析等等，包括目前的应用现状和未来的发展趋势。

1.1 选题背景意义

随着家用数字家电的平民化，全自动洗衣机已经广泛的进入了人们的生活之中，当下已经成为人们日常中必不可少的一件工具。传统的洗衣机基于继电器的控制，不能满足人们对洗衣机的自动化程度要求。而在全自动洗衣机中，洗衣机洗涤、脱水程序是以单片机为中心的控制系统。首先由于单片机指令比较复杂繁琐，是基于部分计算机编程语言实现，比较难于上手，不易初学者使用；

其次，在设计控制系统硬件时，必须要配备多种电路保护装置，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。如此一来使整个设计过程过于繁琐且不便于进行修改维护，无形中提高了故障率，加大了维修的成本 ^[1]。伴随着PLC技术的成熟，用PLC代替继电器作为控制器，使得洗衣机的智能程度达到了一个全新的高度，不但自动化的水平正好满足了现代社会的要求，且控制方式非常灵活多样，可根据不同场合的控制要求而设置不同的控制模式^[2]。PLC技术的快速发展，使洗衣机由开始的半自动化发展到现在的全自动化，且正向智能化发展。

1.2 洗衣机的发展历史

在没有洗衣机的时候，人们一般采用在干净的石块上通过拍打等方式对衣物进行清洁，自然效果不尽如人意，在过程中也发明了搓衣板等手动工具，但仍然无法有效的降低人的负担。

1858年，一个叫汉密尔顿·史密斯的美国人在匹茨堡制成了世界上第一台洗衣机。实际上在我们现在看来，就是一个圆筒配备一个旋轴，轴内连接着一个桨叶。通过摇动轴带动桨叶来搅拌圆筒内部的衣物。史密斯获得了该洗衣机的专利，但是使用这个“洗衣机”洗衣时，会对衣物造成损害，而且也未能做到省力，所以没能推广。次年德国人也发明了一种利用捣衣杵对衣服击打的机器，通过弹簧控制木杆作用于衣物。

直到1874年，美国人又发明了一种木制六叶手摇洗衣机。这套机器的问世，标志着手洗时代的巅峰，也加速了洗衣机发展的历史进程。之后手洗逐渐被动力类型的洗衣机代替，由于第一次工业革命的开展，蒸汽动力广泛使用，取代了手洗工作。就在第二年，蒸汽洗衣机便开始普及。如今蒸汽洗衣机采用了智能系统，还可以进行蒸汽洗涤和蒸汽烘干工作，使衣物更加舒适丝滑。

采用内燃机和水力等新型动力洗衣机也不断问世，但是直到第二次工业革命，电的广泛使用使得电动机进入人们的视野。1911年第一台电驱动洗衣机问世，标志着家务劳动自动化的开始。

随后，内燃机洗衣机、水力洗衣机也先后问世。直到1911年，由美国研制成功了世界上首台电动洗衣机。电动洗衣机的问世，标志着人类家务劳动自动化的开端。

随着动力的不断改善，洗衣机的洗涤方式也产生了新的发展。1922年，美国一架公司采取了全新的洗涤技术，从以往的击打、拖动改为了正转反转交替进行的洗涤方式。通过周期性的转动搅拌，使得水源不断流动翻滚，衣物互相摩擦，大大提升了洗衣机的清洁去污效果，至此这种洗涤模式被广泛使用普及，成为了目前洗衣机的主流洁衣方式。

1932年，电动机的不断改良发展，使得洗衣机开始步入自动化时代。在当时出现了集洗涤脱水于一体的自动洗衣机。随后还出现了前置式、上置式等等类型的洗衣机。

1937年，第一台自动洗衣机诞生了。这种自动洗衣机是是一款“前置”式的，它的缸一次可以洗涤4kg衣服，动力来自于一根水平的轴。衣服在缸内不停地上下翻滚，达到去污效果。一直到19世纪40年代才出现了现代的"上置"式自动洗衣机。

进入现代以后，洗衣机更新换代的速度更上一层楼。英国率先研制出了喷流式洗衣机，通过动力系统产生涡流带动衣物转动翻滚摩擦；随后日本加以改进推出来波轮式套筒洗衣机，特别在上个世纪70年代，随着计算机的产生发展，由其控制的自动系统洗衣机在日本问世，使洗衣机自动化发展迈入一个新纪元。80年代模糊数学与模糊控制进入工业应用，使得自动化功能更加完备，成为自控领域非常活跃的一个分支，也改良了洗衣机的控制判定方式。90年代以后，随着电力驱动的发展与调速方式的更新，引发了新时代洗衣机的变革。洗衣机的结构进行了精简，通过电机直驱方式，替代过去齿轮变速传动。

目前，洗衣机的发展更加多样化，针对不同的使用环境也推出了小型便携类型等等贴近生活的新品种，相信未来的洗衣机发展一定能够更加方便我们的日常生活，减轻人们的负担。

1.3控制系统选择

传统的生产机械自控装置多用继电器、接触器等元件控制，通常叫做继电器控制系统。这一类系统既有结构简单、价格低、便于操作等优点；同时又具有体积庞大，生产周期长，接线复杂，容易损坏，可靠灵活性差等缺点^[2]，并不适合使用。而可编程控制器(PLC)的出现，解决了上述问题，将计算机与继电器控制系统的优势综合起来，程序设计过程被大大简化且易于理解学习，且本身价格低廉，便于调试使用，初学者也很容易上手。很快在各个工业领域广泛运用，尽管出现时间不长，但发展迅速，已然成为自动化的主要应用设备之一。目前在各类自控工程都能见到PLC的身影。基于上述原因，故选其为本次设计得主要工具。

1.4本次毕业设计要求

本次设计要求如下：自动洗衣机控制面板上有启动，停止、档位选择、水位选择、脱水按钮、排水按钮以及报警灯。通过操作按钮选择档位与水位，按启动按钮即可实现从进水-洗涤-排水3次洗涤循环，然后自动脱水并报警，报警完毕后自动停止。停止键可以直接解除自动洗衣状态，脱水和排水按钮可以单独进行脱水排水过程。

2 全自动洗衣机控制系统

2.1全自动洗衣机的原理和构造

2.1.1全自动洗衣机的种类及性能比较

目前日常生活中的洗衣机按照地区分为三类：欧洲应用生产的“滚筒式”“鼓式”，美国应用生产的“搅拌式”，日本使用生产的“叶轮式”“滚轮式”，目前我国较多使用的是日本式的洗衣机类型。

滚筒式洗衣机价格比较昂贵，国内市场价普通数千价位，且不易保养，维护费用较高；一般都采用程序控制，具体使用操作略微复杂；洗涤时消耗时间较长，浪费电力，洗净度低于波轮式洗衣机，且对于过脏衣物清洁能力不强。因此国内普通家庭很少使用。但是优点也很明显，滚筒洗衣机的洗涤方式是模拟手工洗衣，注重对衣服本身的保护，适合洗涤材质较为高端精细的衣物；耗水量只有波轮式洗衣机的一半左右，本身结构简单可靠，不易损耗，造成的噪音小，使用寿命得以延长；而且一般洗涤脱水烘干于一体，也免去后续处理过程；外型美观，适合家庭环境；洗涤时存在将水加热的过程，有助于处理比较难清洁的油污、血迹、汗液等等。因此，滚筒式洗衣机在欧洲大范围推广使用，我国经济条件比较好的家庭也多倾向于选择滚筒洗衣机。

搅拌式洗衣机在北美被普遍使用，其特点介乎滚筒式与滚轮式之间，洗涤时间短于滚筒式，对衣物的损伤低于波轮式洗衣机。但是由于要将衣物浮起，所以通常需要非常高的水位。由于要将衣物从上方放入，所以比起滚筒式占地面积更大。

波轮式洗衣机作为目前我国市场上占有率很高的一种类型，首先其价格低廉，贴近普通群众；而且其重量不大，移动起来比较方便，使用时噪音也不大；本身结构简单，便于维护和日常清理；洗衣时间是三类最短的，耗电量也较低；可以随时添加衣物，操作流程灵活多样；其洗净程度一般高达95%，对衣物有较强的去污能力。但是耗水量很高，而且在洗涤时转动激烈极易造成衣物打结现象，很容易对衣物造成磨损擦坏等问题，羊毛羽绒类衣物通常无法用波轮洗衣机进行清洗；而且相比其他两类智能与自动化程度不高，也基本没有烘干作用。

本次设计采用单槽波轮式的洗衣机结构，主要有5个部分组成：洗涤脱水结构，电动机及传动系统，供排水系统以及支撑结构。波轮式洗衣机具体的结构图如2-1所示^[3]：

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