plc的全自动洗衣机设计
摘 要洗衣机的发展已经经过几十年，而现今市场上的洗衣机多数是基于单片机控制，其指令系统较为复杂，并且基于其复杂的硬件系统，还具有较高的故障率，在某种程度上极大的耗费了资源。可编程逻辑控制器（Programmabie Logic Controller）较之单片机而言，具有更好的环境适应性，其编程简单，可靠性更高，而且还具有操作简单、抗干扰能力强的特点。因此，本文提出了基于PLC的全自动洗衣机设计。本设计结合模糊控制。模糊控制在近年来取得极大应用，得益于其显著的一些优点：1.依据语言表达方法，操作员容易接受；2.不依赖精确的数学模型；3.具有较强的容错能力，鲁棒性好；4.易于计算机软件实现。某种程度上来说，这种智能控制方法真正反映了人类智慧。本次设计在对现实洗衣机进行调查研究之下，采取将PLC与模糊控制结合的方法，对全自动洗衣机进行设计，并利用PLC的PID调节功能对转速进行实时监测控制，利用模糊控制实现洗衣机对于洗衣转速，加水量的智能控制与调节，完成洗衣机洗衣和脱水等基本功能，并利用MCGS（Monitor and Control Generated System)组态软件，设计触摸屏界面实现触摸控制。本次设计利用PLC克服了单片机的局限性，运用模糊控制达到了节约能源的社会效益。
目 录
摘 要 I
ABSTRACT II
目 录 III
第1章 绪论 1
1.1 洗衣机的发展 1
1.1.1半自动时代 1
1.1.2全自动时代 1
1.2 课题研究的背景意义 2
1.2.1 问题提出 2
1.2.2 本次设计的意义 3
1.3 本文内容 3
第2章 硬件概述 5
2.1 PLC 5
2.1.1 PLC简介 5
2.1.2 PLC控制与调试 7
2.1.3 PLC的硬件I/O点分配 7
2.2 触摸屏 9
2.2.1 MCGS简介 9
2.2.2 触摸屏简介 9
2.2.3 触摸屏通讯 10
2.3 光电编码器 10
3.4 变频器 11
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第3章 模糊控制 13
3.1模糊控制概述 13
3.1.1 模糊控制介绍 13
3.1.2模糊控制的应用 14
3.1.3 模糊控制在本设计中的应用 15
3.2模糊控制器 15
3.3模糊控制器的设计 17
第4章 基于模糊控制的自动洗衣机软件系统设计 19
4.1 软件流程 19
4.2 洗衣过程 21
4.3 脱水过程 23
4.4 转速调节 24
4.5模糊控制的实现 27
4.5.1控制流程 27
4.5.2模糊规则 28
4.5.3模糊控制的隶属函数 30
4.5.4模糊控制变量的量化 31
4.5.5简单的程序实现 33
第5章 总结与展望 35
5.1 总结 35
5.2 存在的不足以及展望 36
参考文献 37
致谢 40
附录 41
第1章 绪论
1.1 洗衣机的发展
自动化的发展是社会进步的重要标志与体现，洗衣机的自动化极大的简化了人类生活。回望于历史的长河中，自动洗衣机的发展经历了无数次的变革。从历史上第一台自动洗衣机的诞生于英国，到如今洗衣机已几乎普及到家家户户之中，洗衣机的发展经历了不同的时代。
1.1.1半自动时代
随着科技的不断发展，木桶的洗涤方式已经远远不能满足人们的洗涤要求。出于对重量上以及质量上的考虑角度，人们将视线转移到了塑料，舍弃了木桶洗涤方式，塑料制裁的大量利用，从质量以及洗衣桶的重量上来说都是一个极大的飞跃，这在自动洗衣机的发展历史上来说，都是极其伟大的一步。但不得不正视的问题便是，即使如此，洗衣机在当时而言都只是处于半自动状态，并不能真正脱离人们的操作，仍需要人们的手动操作来完成大部分功能。
双桶洗衣机是将洗衣和脱水两个功能合二为一的洗衣机，其在目前国内市场上销售比较多，它的组成比较特殊，顾名思义有两个桶，一个洗涤桶和一个脱水桶。因为他有两个独立的桶，所以其功能操作性也较为简单，洗涤和脱水功能可以分别独立进行操作。但与此同时，它也有一些有限的地方，其自动操作程度有限，因为在洗衣时，洗衣机的进水和排水都得靠人为手动操作完成，是半自动洗衣机的典型代表。但与之前的洗衣机相比，其优点也很明显，操作更为简单，结构更为明了，并且这种洗衣机还具有较为低廉的价格。从洗衣方面来说，这种洗衣机的效果也较好，耗电量小，洗净度高，并且还具有手动操作洗衣脱水时间的功能，在半自动洗衣机时代中，双桶洗衣机是较为突出的代表[13]。
1.1.2全自动时代
塑料制裁内筒经历不久，就又发生了变革。伴随着科技生活的不断进步，塑料制裁的内筒也已经并不能满足人们对于洗衣的要求,不耐磨，不耐碰撞，容易损坏，这些弊端都使得塑料内筒的使用大打折扣。为了解决这些问题，不锈钢制裁的内筒应运而生，与塑料内筒相比，它在具有更耐磨，防碰撞，不易损坏等优点的同时，也具备不容易生锈的特点。不锈钢的应用使得洗衣机的硬件质量在很大程度上得到了提高[4]。并且此时，洗衣机也已步入到它的全自动时代。全自动时代的来临，标志着操作的更为简便化以及洗衣更为智能化，通常只需要人们按几个键，就可以进行功能的全程自动运作，包括洗衣、脱水以及预约定时等等功能。不得不说，这些都是洗衣机发展历史上巨大的一步。全自动洗衣机的种类很多，其中比较具有代表性的就有前置式开门滚筒式洗衣机和“搅拌式”洗衣机。两者的洗涤方式差异很大，洗涤的对象也较为不同，前者无磨损，适合洗涤丝、棉等较为柔和的面料，但资源损耗较为严重；后者则是利用搅拌的方式洗涤衣物，适合面料较为粗厚的衣物，但与此同时，它对衣物的磨损也较为严重。但他们都是洗衣机全自动时代的典型代表[5]。
1.2 课题研究的背景意义
1.2.1 问题提出
洗衣机快速智能化的进步，为人类生活提供了很多简便的地方，但我们不能忽视的是，它的发展仍有一些有限的地方，比如现在市场上的自动洗衣机多是基于单片机控制，其指令系统较为复杂，并且基于其复杂的硬件系统，还具有较高的故障率，在某种程度上极大的耗费了资源，其运行环境较为单一，并不能在严苛的环境下长时间运行，或者说，没有适合工业化的洗衣机，也没有适合公众场合下大众化的洗衣机，因为现有的洗衣机并不能适应较为严苛的环境，这在很大程度上限制了洗衣机的应用范围[6]。
与此同时，这些年来，现代科技的快速发展，带动了社会的日新月异，但在人类生活进步的同时，越来越多的自然问题不得不引起了人类的重视，资源问题就是其中最为不能忽视的一个。人类在享受越来越舒适简便生活的同时，却并没有意识到这一切的资源代价是沉重的。虽然在生活中，国家已经倡导节约能源很多年，但在现实中，人们在生活方式上似乎并没有真正意识到其必要性。对资源的浪费，在生活中随处可见，洗衣过程中对水电资源的浪费就可见一斑。节约资源，从生活中的一点一滴做起，资源问题仍需要我们得到我们真正的重视。
1.2.2 本次设计的意义
本课题提出了基于PLC设计全自动洗衣机的想法，是因为可编程逻辑控制器（Programmabie Logic Controller）较之单片机而言，具有更好的环境适应性，其在工业环境下，或者公共环境等较为严苛的条件下，都能保持较稳定的运行状态，并且其程序编写更为简单，可靠性较之单片机也更高，而且还具有操作简单、抗干扰能力强的特点，便于操作人员操作，运行更为稳定。得益于这些特点，利用PLC来作为洗衣机的控制较之单片机而言显得更为突出，更为合适。
与此同时，为了使其具有更好的社会效益，节约水电能源，本设计还引入了模糊控制。利用模糊控制，实现自动洗衣机真正的节能智能控制，根据用户的衣物材质设置，判断洗涤转速的高低，防止损坏衣物。若为丝材质，则应设置为低转速；若为棉材质，则应设置为中转速；若为化纤材质，则应设置为高转速；同时，根据用户的衣物量设置，判断洗涤需水量的多少，以充分洗涤。如：若衣物量较少，则应设置为低水位；若衣物量为中，则应设置为中水位；若衣物量为较多，则应设置为高水位。通过衣物的数量以及衣服的材质，自动判别放水量以及转速，真正达到节约资源的效果。在当今社会条件下，本次设计显得意义非凡。
目 录
摘 要 I
ABSTRACT II
目 录 III
第1章 绪论 1
1.1 洗衣机的发展 1
1.1.1半自动时代 1
1.1.2全自动时代 1
1.2 课题研究的背景意义 2
1.2.1 问题提出 2
1.2.2 本次设计的意义 3
1.3 本文内容 3
第2章 硬件概述 5
2.1 PLC 5
2.1.1 PLC简介 5
2.1.2 PLC控制与调试 7
2.1.3 PLC的硬件I/O点分配 7
2.2 触摸屏 9
2.2.1 MCGS简介 9
2.2.2 触摸屏简介 9
2.2.3 触摸屏通讯 10
2.3 光电编码器 10
3.4 变频器 11
*好棒文|www.hbsrm.com +Q: ^351916072*
第3章 模糊控制 13
3.1模糊控制概述 13
3.1.1 模糊控制介绍 13
3.1.2模糊控制的应用 14
3.1.3 模糊控制在本设计中的应用 15
3.2模糊控制器 15
3.3模糊控制器的设计 17
第4章 基于模糊控制的自动洗衣机软件系统设计 19
4.1 软件流程 19
4.2 洗衣过程 21
4.3 脱水过程 23
4.4 转速调节 24
4.5模糊控制的实现 27
4.5.1控制流程 27
4.5.2模糊规则 28
4.5.3模糊控制的隶属函数 30
4.5.4模糊控制变量的量化 31
4.5.5简单的程序实现 33
第5章 总结与展望 35
5.1 总结 35
5.2 存在的不足以及展望 36
参考文献 37
致谢 40
附录 41
第1章 绪论
1.1 洗衣机的发展
自动化的发展是社会进步的重要标志与体现，洗衣机的自动化极大的简化了人类生活。回望于历史的长河中，自动洗衣机的发展经历了无数次的变革。从历史上第一台自动洗衣机的诞生于英国，到如今洗衣机已几乎普及到家家户户之中，洗衣机的发展经历了不同的时代。
1.1.1半自动时代
随着科技的不断发展，木桶的洗涤方式已经远远不能满足人们的洗涤要求。出于对重量上以及质量上的考虑角度，人们将视线转移到了塑料，舍弃了木桶洗涤方式，塑料制裁的大量利用，从质量以及洗衣桶的重量上来说都是一个极大的飞跃，这在自动洗衣机的发展历史上来说，都是极其伟大的一步。但不得不正视的问题便是，即使如此，洗衣机在当时而言都只是处于半自动状态，并不能真正脱离人们的操作，仍需要人们的手动操作来完成大部分功能。
双桶洗衣机是将洗衣和脱水两个功能合二为一的洗衣机，其在目前国内市场上销售比较多，它的组成比较特殊，顾名思义有两个桶，一个洗涤桶和一个脱水桶。因为他有两个独立的桶，所以其功能操作性也较为简单，洗涤和脱水功能可以分别独立进行操作。但与此同时，它也有一些有限的地方，其自动操作程度有限，因为在洗衣时，洗衣机的进水和排水都得靠人为手动操作完成，是半自动洗衣机的典型代表。但与之前的洗衣机相比，其优点也很明显，操作更为简单，结构更为明了，并且这种洗衣机还具有较为低廉的价格。从洗衣方面来说，这种洗衣机的效果也较好，耗电量小，洗净度高，并且还具有手动操作洗衣脱水时间的功能，在半自动洗衣机时代中，双桶洗衣机是较为突出的代表[13]。
1.1.2全自动时代
塑料制裁内筒经历不久，就又发生了变革。伴随着科技生活的不断进步，塑料制裁的内筒也已经并不能满足人们对于洗衣的要求,不耐磨，不耐碰撞，容易损坏，这些弊端都使得塑料内筒的使用大打折扣。为了解决这些问题，不锈钢制裁的内筒应运而生，与塑料内筒相比，它在具有更耐磨，防碰撞，不易损坏等优点的同时，也具备不容易生锈的特点。不锈钢的应用使得洗衣机的硬件质量在很大程度上得到了提高[4]。并且此时，洗衣机也已步入到它的全自动时代。全自动时代的来临，标志着操作的更为简便化以及洗衣更为智能化，通常只需要人们按几个键，就可以进行功能的全程自动运作，包括洗衣、脱水以及预约定时等等功能。不得不说，这些都是洗衣机发展历史上巨大的一步。全自动洗衣机的种类很多，其中比较具有代表性的就有前置式开门滚筒式洗衣机和“搅拌式”洗衣机。两者的洗涤方式差异很大，洗涤的对象也较为不同，前者无磨损，适合洗涤丝、棉等较为柔和的面料，但资源损耗较为严重；后者则是利用搅拌的方式洗涤衣物，适合面料较为粗厚的衣物，但与此同时，它对衣物的磨损也较为严重。但他们都是洗衣机全自动时代的典型代表[5]。
1.2 课题研究的背景意义
1.2.1 问题提出
洗衣机快速智能化的进步，为人类生活提供了很多简便的地方，但我们不能忽视的是，它的发展仍有一些有限的地方，比如现在市场上的自动洗衣机多是基于单片机控制，其指令系统较为复杂，并且基于其复杂的硬件系统，还具有较高的故障率，在某种程度上极大的耗费了资源，其运行环境较为单一，并不能在严苛的环境下长时间运行，或者说，没有适合工业化的洗衣机，也没有适合公众场合下大众化的洗衣机，因为现有的洗衣机并不能适应较为严苛的环境，这在很大程度上限制了洗衣机的应用范围[6]。
与此同时，这些年来，现代科技的快速发展，带动了社会的日新月异，但在人类生活进步的同时，越来越多的自然问题不得不引起了人类的重视，资源问题就是其中最为不能忽视的一个。人类在享受越来越舒适简便生活的同时，却并没有意识到这一切的资源代价是沉重的。虽然在生活中，国家已经倡导节约能源很多年，但在现实中，人们在生活方式上似乎并没有真正意识到其必要性。对资源的浪费，在生活中随处可见，洗衣过程中对水电资源的浪费就可见一斑。节约资源，从生活中的一点一滴做起，资源问题仍需要我们得到我们真正的重视。
1.2.2 本次设计的意义
本课题提出了基于PLC设计全自动洗衣机的想法，是因为可编程逻辑控制器（Programmabie Logic Controller）较之单片机而言，具有更好的环境适应性，其在工业环境下，或者公共环境等较为严苛的条件下，都能保持较稳定的运行状态，并且其程序编写更为简单，可靠性较之单片机也更高，而且还具有操作简单、抗干扰能力强的特点，便于操作人员操作，运行更为稳定。得益于这些特点，利用PLC来作为洗衣机的控制较之单片机而言显得更为突出，更为合适。
与此同时，为了使其具有更好的社会效益，节约水电能源，本设计还引入了模糊控制。利用模糊控制，实现自动洗衣机真正的节能智能控制，根据用户的衣物材质设置，判断洗涤转速的高低，防止损坏衣物。若为丝材质，则应设置为低转速；若为棉材质，则应设置为中转速；若为化纤材质，则应设置为高转速；同时，根据用户的衣物量设置，判断洗涤需水量的多少，以充分洗涤。如：若衣物量较少，则应设置为低水位；若衣物量为中，则应设置为中水位；若衣物量为较多，则应设置为高水位。通过衣物的数量以及衣服的材质，自动判别放水量以及转速，真正达到节约资源的效果。在当今社会条件下，本次设计显得意义非凡。
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