全自動洗衣機(共16頁)

1、精選優(yōu)質文檔-傾情為你奉上桂林航天工業(yè)學院綜合實訓課程名稱： PLC綜合實訓 題 目： 全自動洗衣機的plc控制 專業(yè)班次： 機電一體化 組 員： 李棟燊 （學號:z0143) 奉賢濤 （學號：z0112）指導教師： 盧 望 學 期： 2014-2015學年 第一學期 日 期： 2014.12 第一章：課程設計任務和控制要求 一、概述 洗衣機的應用現(xiàn)在比較普遍。全自動洗衣機的實物示意圖如圖所示。 全自動洗衣機的洗衣桶(外桶)和脫水桶(內桶)是以同一中心安放的。外桶固定，作盛水用。內桶可以旋轉，作脫水(甩水)用。內桶的四周有很多小孔，使內外桶的水流相通。該洗衣機的進水和排水分別由進水電磁閥和排水

2、電磁閥來執(zhí)行。進水時，通過電控系統(tǒng)使進水閥打開，經(jīng)進水管將水注入到外桶。排水時，通過電控系統(tǒng)使排水閥打開，將水由外桶排出到機外。洗滌正轉、反轉由洗滌電動機驅動波盤正、反轉來實現(xiàn)，此時脫水桶并不旋轉。脫水時，通過電控系統(tǒng)將離合器合上，由洗滌電動機帶動內桶正轉進行甩干。高、低水位開關分別用來檢測高、低水位。啟動按鈕用來啟動洗衣機工作。停止按鈕用來實現(xiàn)手動停止進水、排水、脫水及報警。排水按鈕用來實現(xiàn)手動排水。電機功率為2.2KW，AC380V. 二、設計任務和要求 該全自動洗衣機的要求可以用流程圖來表示。 PLC投入運行，系統(tǒng)處于初始狀態(tài)，準備好啟動。啟動時開始進水，水滿(即水位到達高水位)時停止進

3、水并開始正轉洗滌。正轉洗滌15 s后暫停，暫停3 s后開始反轉洗滌。反轉洗滌15s后暫停，暫停3 s后，若正、反洗滌未滿3次，則返回從正轉洗滌開始的動作；若正、反洗滌滿3次時，則開始排水。排水水位若下降到低位時，開始脫水并繼續(xù)排水。脫水10s即完成一次從進水到脫水的工作循環(huán)過程。若未完成3次大循環(huán)，則返回從進水開始的全部動作，進行下一次大循環(huán)；若完成了3次大循環(huán)，則進行洗完報警。報警10s結束全部過程，自動停機。 此外，還要求可以按排水按鈕以實現(xiàn)手動排水；按停止按鈕以實現(xiàn)搬運，停止進水、排 水、脫水及報警。第二章 全自動洗衣機PLC控制設計方案2.1 總體控制方案確定2.1.1 控制系統(tǒng)的比較

4、 PLC系統(tǒng)的特點： 1）可靠性高，PLC作為一種通用的工業(yè)控制器，它必須能夠在各種不同的工作環(huán)境中正常工作。對工作的環(huán)境要求較低，抗外部干擾能力強，平均無故障時間長。 2）使用方便靈活，PLC采用了基本單元擴展或者是模塊化的結構形式，因此，輸入/輸出信號的數(shù)量，形式，驅動能力等都可以根據(jù)實際控制要求進行選擇與確定，而且在需要時可以隨時更換，近年來，PLC的特殊模塊增多這些可以滿足不同的控制要求，使PLC的使用更加靈活與多變。 3）編程簡單，PLC的優(yōu)越性主要體現(xiàn)在它采用了獨特的，多種面向廣大工程設計人員的編程語言，如指令表，梯形圖，邏輯功能圖，順序功能圖等，程序簡潔，明了適合各類技術人員的傳

5、統(tǒng)習慣，即使是沒有計算機知識的人員也很統(tǒng)一掌握，特別是梯形圖與邏輯功能圖，形象直觀，動態(tài)監(jiān)測效果逼真，且與計算機控制容易。單片機系統(tǒng)的特點：1）要求環(huán)境，單片機對環(huán)境的適應能力較低，可靠性差。2）編程和PLC相比難以學習，主要是單片機采用匯編語言或者是C語言，這些高級語言和PLC語言相比，難以學習。3）功能單一只具有使用中所需要的功能。但是，它結構簡單，處理速度快。2.2.2 洗衣機的PLC控制系統(tǒng)概述全自動洗衣機采用PLC控制系統(tǒng)將大大提高工作效率，和適應工作環(huán)境的能力。在全自動洗衣機中，洗衣機洗滌、脫水程序是由單片機為中心控制系統(tǒng)工作的。首先由于單片機的指令系統(tǒng)相對復雜，編寫洗滌、脫水程序

6、相對復雜；其次，在設計控制系統(tǒng)硬件時要有多種電路保護裝置，如電流保護、電壓保護、過載保護、過熱保護及欠壓保護等等 這樣增加了硬件的復雜性，隱含較高的故障率無形地增加了維修成本費用，在各種控制系統(tǒng)中廣泛運用的PLC能克服單片機的缺點。它是整體模塊，集中了驅動電路、檢測電路和保護電路以及通訊聯(lián)網(wǎng)功能。因此在運用中，硬件也相對簡單，提高控制系統(tǒng)的可靠性。另外它的編程語言也相對簡單。典型的PLC控制系統(tǒng)的硬件組成框圖如圖1所示：圖1 PLC控制系統(tǒng)的硬件組成框圖 第三章全自動洗衣機的基本結構3.1 全自動洗衣機的原理和構造全自動洗衣機在結構上大致可分為3中類型，即波輪式，滾筒式和攪拌式。我國的洗衣機在

7、結構上主要有波輪式和滾筒式兩類，產(chǎn)品的類型以波輪式為主，其他類型為輔。首先做一下比較：滾筒式洗衣機具有如下性能：1）更好的軟化衣物纖維，減小洗滌過程中衣物的損傷和變形，并且還可以使洗后的衣物柔軟而蓬松。2）提高溫度來洗滌可充分溶解洗衣粉，加快洗衣粉中弱酸性物質與污物的化學反應速度，提高洗衣粉中酶的活性，同時有利于溶解汗?jié)n，血漬，降低灰塵，油污的粘附作用，從而可在同樣的洗凈比下大幅度降低洗滌過程對機械力的需求。3）溫度高有利于污物在水中的擴散。4）高溫能有效的殺死一些細菌。沒有加溫的洗滌的波輪式洗衣機無論怎樣的水流，要達到一定的洗凈比，都必須有足夠的機械力，而機械力對衣物是由損傷的，這就決定了波

8、輪式洗衣機的磨損率大大高于滾筒式洗衣機。各種新水流基本原理是一樣的，就是盡量以紊亂的水流減小衣物的纏繞，增大水流的沖刷力以用于洗滌，與以前依靠衣物與桶壁和衣物相互之間的摩擦方式相比，水流沖刷對衣物的損傷較小。滾筒式洗衣機有如下特點：1）磨損低，沒有纏繞，機械傳動部分簡單可靠，壽命長于波輪式洗衣機。2）自動化程度高，可以自動投放洗衣粉，漂白粉等，為不同質地的棉制品，化纖制品，羊毛制品設計了不同的洗滌程序和洗滌溫度，使洗滌更為科學。設有防皺浸泡功能，可將洗好的衣物浸泡在清水里，到晾曬前再甩干，避免衣物甩干后不能及時取出晾曬而起皺。1） 省水，省洗衣粉。滾筒式洗衣機不需要水位高過衣物，從而可節(jié)約用水

9、，并可減少洗衣粉的投放量。2） 高溫洗滌有一定的滅菌作用。3） 洗滌過程噪聲小，滾筒式洗衣機屬封閉式洗滌，可以有效屏蔽內桶轉動聲和水流聲；而波輪式洗滌的水流聲，脫水內桶轉動聲是不可避免的且剎車裝置和電磁閥動作聲音也很大。由于滾筒式洗衣機的價格大大高于波輪式洗衣機，所以波輪式洗衣機仍然受到普遍歡迎。波輪式洗衣機的特點：1） 水流方面?，F(xiàn)在波輪式全自動洗衣機出現(xiàn)了一種新水流的形式。如LG的拳擊棒，松下的雙瀑布，榮事達的網(wǎng)絡水流等都采用了這種水流。2） 程序控制器。新推出的波輪式全自動洗衣機均采用單片機程序控制器，原來的機械式程序控制器基本上已被淘汰。各廠家生產(chǎn)的各種型號的波輪式全自動洗衣機的控制程

10、序有所不同。如在模糊控制的洗衣機中，單片機通過采集水位傳感器，布量傳感器，光傳感器的信號以及電動機的轉速，判斷出衣物的質地，多少，贓物程度，從而自動調整對衣物進行合理的洗滌。3） 不銹鋼內桶。波輪式洗衣機采用了不銹鋼內桶，減小衣物和內桶壁摩擦力，從而減輕衣物的磨損。4） 同心洗。同心洗是直接把電動機軸與洗衣桶主軸同心安裝，直接驅動。使洗滌和脫水時洗衣桶振動減小，噪聲降低。5） 變頻波輪式洗衣機可以對不同質地的衣物自動選擇不同的電動機轉速，從而給不同質地的衣物以恰當?shù)南礈鞆姸?，在保證洗得干凈的同時，也最大限度地降低衣物的磨損。同時還可以在脫水甩干時，由慢到快地啟動，使衣物在桶內分布均勻，脫水效果

11、好，同時由于衣物均勻分布在洗衣桶的四周，洗衣桶的重心落在軸心上，可以減小振動，降低噪聲，但是價格較貴。波輪式全自動洗衣機通常都采用將洗滌（脫水）桶套裝在盛水桶內的同軸套桶式結構，雖然它們各自牌號和型號都不同，但其結構都是由洗滌，脫水系統(tǒng)，進，排水系統(tǒng)，電動機和傳動系統(tǒng)，電器控制系統(tǒng)以及支撐機構5大部分組成的。支撐機構主要有箱體，吊桿及控制臺組成，它除了安裝和連接洗衣機的各種零件外,還具有減振及防護，裝飾的作用。3.2 洗滌脫水系統(tǒng)它主要有盛水桶，洗滌桶和波輪組成。盛水桶又稱為外桶，主要用來盛放洗滌液。盛水桶固定在鋼制底板上，通過4根吊桿懸掛在洗衣機箱體上。電動機，離合器，排水閥等部件都裝在桶底

12、下面。洗滌桶又稱為脫水桶或者離心桶，也稱為內桶，它的主要功能是用來盛放衣物，在洗滌或漂洗時配合波輪完成洗滌或漂洗功能，在脫水時便成為離心式的脫水桶。波輪是全自動洗衣機中對衣物產(chǎn)生機械作用的主要部件。按波輪的形狀來分，基本上有小波輪（直徑在160mm左右）的渦卷式水流和大波輪（直徑在300mm左右）新水流兩類。3.3 排水和進水系統(tǒng)波輪式全自動洗衣機的進排水系統(tǒng)都采用了電磁閥控制。為了對桶內的水位進行檢測和控制，洗衣機上都安裝有水位控制器（水位開關）。波輪式全自動套桶洗衣機使用最多的水位開關是空氣壓力式開關，主要有氣壓傳感器裝置，控制裝置及電觸點開關3部分組成，用來監(jiān)視水位的高低。此外電磁閥分進

13、水和排水電磁閥，進水電磁閥是洗衣機上的自動進水開關，它受水位開關動斷觸點的控制。而排水電磁閥是全自動洗衣機上的自動排水裝置，同時還起改變離合器工作狀態(tài)。進水、排水電磁閥是采用電流流過線圈形成磁場的原理，洗衣機電磁閥在進，排水時使用，220V交流電壓與電磁閥線圈接通，形成磁場，電磁線圈吸合。自動打開香蕉閥門，洗衣機里的水就順著管道流出去了。斷電后，電磁閥線圈失去電流，磁場消失，電磁鐵松開，橡膠閥門自動關閉，洗衣機里的水就流不出去了。3.4 電動機及傳動系統(tǒng)波輪式全自動套桶洗衣機的電動機及傳動系統(tǒng)主要由電動機和離合器組成，離合器又有普通離合器和減速離合器兩種。其中普通離合器用在采用小波輪的套桶洗衣

14、機上，這種洗衣機在洗滌或者漂洗時波輪的轉速和脫水時離心桶的轉速相同，目前各種大波輪新水流套桶洗衣機普遍采用減速離合器，它在洗滌，漂洗時波輪的轉速較慢，而脫水時離心桶的轉速較快。電動機同時作為洗滌和脫水時的動力源，普遍采用主，副繞組完全對稱的電容式電動機。由于一般全自動套桶洗衣機的額定洗滌容量較大，因此電動機的功率較大。電動機與固定在離合器下端的大傳動帶盤之間用V帶傳動。經(jīng)第一級減速后大傳動帶盤得到150r/min的轉速。當洗衣機處于洗滌或漂洗狀態(tài)時，再經(jīng)離合器內部的行星齒輪減速后，使波輪得到175r/min低轉速。此時，洗滌（脫水）桶不動。當洗衣機處于脫水狀態(tài)時，離合器輸出的是未經(jīng)減速的850

15、r/min的高轉速，驅動脫水桶和波輪作同步高速運轉。對于使用普通離合器的小波輪套桶洗衣機來說，有區(qū)別的僅僅是離合器內部沒有行星齒輪減速機構，因此在洗滌或漂洗時其波輪的轉速與脫水時的轉速時相同的。 第四章電氣控制系統(tǒng)4.1 控制系統(tǒng)結構波輪式全自動洗衣機的電氣控制系統(tǒng)由于洗衣機型號的不同而不盡相同，但電氣控制系統(tǒng)主要有程序控制器，電動機，進水電磁閥，排水電磁閥，水位開關，安全開關及各種功能選擇開關等組成的，控制的基本原理也都一樣。全自動洗衣機能實現(xiàn)洗衣的自動化，整個洗衣過程都是在程序控制器的“指揮”下進行的。如把離合器比作全自動套桶洗衣機的心臟，則程序控制器就是全自動洗衣機的“大腦”。如圖所示以

16、程序控制器為核心的波輪式全自動套桶洗衣機控制系統(tǒng)的基本原理方框圖。圖2 波輪式全自動套桶洗衣機控制系統(tǒng)的基本原理方框圖4.2 控制系統(tǒng)原理程序控制器中存儲著多種程序，一旦通過選擇開關選好某種程序后，程序控制器便按這種程序自動實施對電動機，進水和排水電磁閥的控制。安全開關又稱為蓋開關，在洗衣機運行過程中起安全保護作用，它的功能為：在洗衣機工作時誤開蓋，安全開關便會切斷電動機電源，自動中斷程序；在脫水過程中如桶內衣物擺放不均勻而產(chǎn)生大幅度振動時，安全開關自動中斷脫水過程，啟動蜂鳴器。按照采用的程序控制器的不同，波輪式全自動套桶洗衣機的電氣控制電路可分為電動機驅動式程序控制器和單片機式程序控制器電路

17、。電動機驅動式程序控制器又稱為機械式程序控制器，它具有程序組合量大，工作可靠，抗干擾能力強，而且能直接控制較大電流等優(yōu)點，單片機程序控制器具有結構緊湊，操作簡便，功能齊全，運行可靠等優(yōu)點。目前，機械式程序控制器基本上已被淘汰。用PLC（單片機）控制的全自動洗衣機各種動作典型的系統(tǒng)結構如圖所示：圖3 全自動洗衣機各種動作典型的系統(tǒng)結構圖PLC在系統(tǒng)中是處于中心位置，水位開關的PLC的輸入信號控制開關，進水閥，排水閥和電動機是洗衣機各種動作的執(zhí)行機構。其中進水閥和排水閥由PLC給定信號來決定其工作狀態(tài)；電動機的工作狀態(tài)也由控制中心PLC給定信號來決定，而電動機的正反轉狀態(tài)直接決定了洗衣機的洗滌狀態(tài)

18、和脫水狀態(tài)。4.3 檢測電路系統(tǒng)檢測電路主要由各類傳感器組成。在洗衣過程中起決定作用的物理量有衣量、衣質、水位、水溫和渾濁度等,這些物理量都需要有適當?shù)膫鞲衅鱽慝@取信息,并轉換成PLC能接收的電信號。1）水位傳感器水位檢測的精度直接影響洗凈度、水流強度、洗滌時間等參數(shù)。2）渾濁度傳感器人工洗衣時可以隨時用眼睛檢查衣物是否洗凈，但在洗滌桶內的衣物不斷地進行翻滾運行，無法直接撿測衣物的洗凈程度。全自動洗衣機通過采用光傳感器檢測洗滌液的透光率，從而間接撿測了洗凈程度。在洗衣機排水管兩側分別安裝紅外發(fā)光管和光電接收管。洗滌前，排水管中充滿清水，光電接收管受光導通，以此時光敏三極管輸出電壓為設定值。洗滌

19、開始后，衣物上的污垢不斷地擴散到洗滌液中， 洗滌液逐漸變渾濁，致使透光率降低相應地，光敏三極管的輸出電壓也隨之下降。經(jīng)過一段時間后，該輸出電壓趨于穩(wěn)定值，洗滌過程結束，然岳進漂洗階段。3）衣質傳感器衣質傳感器又叫布質傳感器，它是為檢測衣物的質地而設置的。根據(jù)衣物纖維中棉纖維、化學纖維所占比例的大小，衣物的布質分為“柔軟棉”、“較硬棉”、“棉與化纖”以及“化纖”四個擋 。 4）衣量傳感器衣量傳感器又稱衣物負載傳感器，它是用來檢測洗衣時衣物量多少的。當洗滌桶內注入一定量的清水后將衣物放入桶內，這時讓驅動電機以斷續(xù)通電運轉的方式工作一分鐘左右。利用電機繞組上產(chǎn)生的感應電動勢，經(jīng)光電隔離及比較整型，產(chǎn)

20、生脈沖信號。這種矩形脈沖數(shù)目與電機慣性轉過的角度成比例。若衣物多，則電機受到的阻力大，電機慣性轉過的角度就小，相應地，傳感器產(chǎn)生的脈沖就少，這樣就間接地“測量 出了衣物量的多少。下一步需要做的就是，根據(jù)衣物量來設定水位。衣質傳感器和衣量傳感器是同一個裝置，只是檢測的方法不同。在進行衣質檢測時。首先使洗滌桶內的水位比設定水位低一個擋級，然后仍按照測衣物量的方法讓驅動電機以通斷電的方式工作一段時間。檢測每次斷電期間衣量傳感器發(fā)出的脈沖數(shù)并求其平均值。用測衣量時得到的脈沖數(shù)減去測衣質時得到的脈沖數(shù)，二者之差即可以判別衣質。若桶內的衣物棉纖維所占比例大，脈沖數(shù)差就大，若化學纖維所占比例大脈沖數(shù)差就小。

21、5）水溫傳感器適當?shù)南匆聹囟扔欣谖酃傅淖兓??？梢蕴岣呦礈煨Ч?。水溫傳感器裝在洗滌桶的下部。以熱敏電阻為檢測元件。測定打開洗衣機開關時的溫度為環(huán)境溫度，注水結束時的溫度為水溫，將所測溫度信號輸給PLC。5 主要器件的選擇5.1 電動機的選擇由于家庭提供的電源限制故選單相電容運轉式異步電動機。以3.6公斤全自動洗衣機為例，由于全自動洗衣機的脫水桶直徑較大，這一偏心不能不考慮，所以計算時應以洗滌物可能產(chǎn)生前最大偏心為計算依據(jù)。脫水時電機功率比洗滌時要大，在確定電機功率時應以脫水時消耗的功率為依據(jù)，也就是說脫水時電機功率就是該洗衣機所確定的電機額定功率。由于在計算時一些因素如電機轉子的轉動慣量等沒考

22、慮，造成一些偏差，所以3.6公斤全自動洗衣機電機額定功率選為180瓦。符合全自動洗衣機的功率范圍120W250W。故選擇YY104-180型號單相電容運轉式電動機，功率180瓦,額定電壓220V，轉速1350r/min，電流1.7A。5.2 傳感器的選擇 5.2.1 水溫傳感器的選擇水溫檢測可用熱敏電阻或MTS102 半導體溫度檢測器。洗衣機水溫一般為4 40 ,在該溫度范圍內MTS102線性好,溫度敏感,水溫檢測常選用它。5.2.2 水位傳感器的選擇對于PLC控制的洗衣機,要求水位的檢測必須是連續(xù)的,諧振式水位傳感器是利用電磁諧振電路LC 作為傳感器的敏感元件,將被測物體的變化轉變?yōu)長C 參

23、數(shù)的變化,最終以頻率參數(shù)輸出。其工作原理是將水位的高低通過導管轉換成一個測試內腔氣體變化的壓力,驅動內腔上方的一塊隔膜移動,帶動隔膜中心的磁芯在某線圈內移動,從而線圈電感發(fā)生變化。由此引起諧振電路的固有頻率隨水位變化。故常采用諧振式水位傳感器。5.2.3 渾濁度傳感器的選擇渾濁度傳感器主要采用紅外光電傳感器。由紅外發(fā)射管發(fā)出一定強度的紅外光,紅外接收管在溶液的另一側接收紅外線。紅外線在溶液中透光性的大小就決定接收方產(chǎn)生光電電流的大小,光電流經(jīng)整形放大和數(shù)據(jù)處理后,就可以判斷出水的渾濁程度。5.2.4 衣質傳感器的選擇衣質的檢測一般在洗滌之前，且主要用來測定所洗衣物屬于棉類還是化纖類。在一定水位

24、的前提下不同的衣物成分不同,其布阻抗就不同。為了測出衣質,先加入一定的水并讓電機轉動,突然切斷電源,由于慣性作用電機會維持短時間旋轉。此時電機處于發(fā)電機狀態(tài),會產(chǎn)生一定感應電勢并逐漸衰減到零。由于衰減速率與布阻抗有一定的線性關系,通過對定子繞組兩端電熱進行整流和檢測,經(jīng)光電隔離后形成脈沖,脈沖信號多，則布阻抗小,反之亦然。經(jīng)過幾次測量就可以判斷出布阻抗,通過推理得出衣質。故選擇電阻傳感器。5.3 可編程控制器外部設計5.3.1 可編程控制器的選擇根據(jù)輸入信號及輸出信號的數(shù)量，經(jīng)過初略計算， 輸人點數(shù)為6點，輸出點數(shù)為6點；輸人、輸出信號都是數(shù)字量。增加20%備用量，以便隨時增加控制功能：輸入點

25、數(shù)為： 6×(1+20%)=7.2輸出點數(shù)為： 6×(1+20%)=7.2根據(jù)I/O點數(shù)，可選西門子S7-200型可編程控制器.5.3.2 可編程控制器I/O口分配 輸入地址分配名稱符號地址啟動按鈕SB1I0.0停止按鈕SB2I0.1高水位按鈕SB3I0.2中水位按鈕SB4I0.3低水位按鈕SB5I0.4排空檢測開關ST1I0.5高水位檢測開關ST2I0.6中水位檢測開關ST3I0.7低水位檢測開關ST4I1.0手動排水按鈕SB6I1.1手動脫水按鈕SB7I1.2 輸出地址分配名稱符號地址啟動指令J1Q0.0進水閥控制繼電器J2Q0.1電動機正轉繼電器J3Q0.2電動機反轉

26、繼電器J4Q0.3排水閥控制繼電器J5Q0.4脫水閥控制繼電器Jj6Q0.5報警蜂鳴器HAQ0.6高水位指示燈HL1Q0.7中水位指示燈HL2Q1.0低水位指示燈HL3Q1.1圖4 可編程控制器I/O口分配表5.3.3 外圍接線圖 98 S7-200I0.1I0.222I0.3I0.4I1.1I1.2I0.6Q0.2I0.7Q0.5I1.0Q0.1Q0.4Q0.0KA1YV1YV2排水進水脫水正轉M1報警I0.0L1啟動高水位開關停止低水位開關中水位開關手動排水中液位傳感器手動脫水高液位傳感器低液位傳感器SB1SB2SA1SA3SB3SB4ST1SA2ST2ST3KA2Q0.6Q0.7Q1.0Q1.11L1通電L6高位L7中位L8低位水排空傳感器I0.5ST4電源L+N24VM1M2M3圖5 可編程控制器