全自動(dòng)洗衣機(jī)PLC課程設(shè)計(jì)

1、摘要全自動(dòng)洗衣機(jī)是通過(guò)水位開關(guān)與電磁進(jìn)水閥配合來(lái)控制進(jìn)水、排水以及電機(jī)的通斷：從而實(shí)現(xiàn)自動(dòng)控制的。電磁進(jìn)水閥起著通、斷水源的作用。本次課程設(shè)計(jì)，主要是選擇和修改關(guān)于控制方式 的方案，包括器件的選擇、方案的論證還有實(shí)地監(jiān)測(cè)的效果。這樣才能實(shí)現(xiàn)洗衣機(jī)的用途，人們可以輕松使用它。本文對(duì)全自動(dòng)洗衣機(jī)做了簡(jiǎn)單說(shuō)明，并且通過(guò)使用PLC控制器對(duì)全自動(dòng)洗衣機(jī)的洗滌過(guò)程進(jìn)行了控制與模擬。通過(guò)本次課程設(shè)計(jì)，了解并掌握全自動(dòng)洗衣機(jī)的控制系統(tǒng)原理，加強(qiáng)對(duì) 可編程控制器的認(rèn)識(shí)。關(guān)鍵詞：自動(dòng)控制PLC控制 模擬實(shí)驗(yàn)?zāi)夸浤夸?11引言 21.1背景意義 21.2洗衣機(jī)發(fā)展歷史 21.3課題研究的目的與意義 21.4課程設(shè)計(jì)

2、的主要容 32全自動(dòng)洗衣機(jī)控制系統(tǒng)總體控制方案確定 32.1控制系統(tǒng)的特點(diǎn) 32.2 全自動(dòng)洗衣機(jī)的 PLC控制系統(tǒng)概述 42.3 PLC的設(shè)計(jì)步驟 43全自動(dòng)洗衣機(jī)的基本結(jié)構(gòu) 53.1 全自動(dòng)洗衣機(jī)的原理和構(gòu)造 53.2洗滌脫水系統(tǒng) 53.3排水和進(jìn)水系統(tǒng) 63.4電動(dòng)機(jī)及傳動(dòng)系統(tǒng) 64電氣控制系統(tǒng) 64.1 控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu) 64.2控制系統(tǒng)原理 75主要器件的選擇 75.1 電動(dòng)機(jī)的選擇 75.2 可編程控制器的選擇 76軟件設(shè)計(jì) 86.1系統(tǒng)的順序功能圖設(shè)計(jì) 86.2 全自動(dòng)洗衣機(jī)的控制要求 86.3控制系統(tǒng)順序功能圖 96.4系統(tǒng)資源分布 97總結(jié) 10參考文獻(xiàn) 10附錄一 附錄二 附錄

3、三1引言1.1背景意義洗衣機(jī)的發(fā)明和使用使得人們能從繁重的家務(wù)活動(dòng)中解放出來(lái)，既省時(shí)又省力，由 傳統(tǒng)的普通洗衣機(jī)進(jìn)一步發(fā)展成如今的全自動(dòng)洗衣機(jī)，同時(shí)，洗衣機(jī)的洗滌方式也變得 多種多樣?？删幊炭刂破鱌LC的出現(xiàn)使得洗衣機(jī)擺脫了傳統(tǒng)的人工操作，能自動(dòng)完成洗 滌、漂洗、脫水的轉(zhuǎn)換，實(shí)現(xiàn)了全自動(dòng)控制。1.2洗衣機(jī)發(fā)展歷史從古代到現(xiàn)今現(xiàn)代化社會(huì)，洗衣服一直是困擾無(wú)數(shù)人的難題，傳統(tǒng)的手洗不僅耗時(shí) 費(fèi)力，而且效率不高，人們不得不把時(shí)間浪費(fèi)在洗衣服上，雖然先人前輩想出無(wú)數(shù)辦法 改進(jìn)洗衣過(guò)程，然而收效甚微。不論是沖刷還是手搓這些耗費(fèi)體力的勞動(dòng)往往帶給人們 的是辛苦和疲憊。因此在洗衣機(jī)問(wèn)世以前，這項(xiàng)勞動(dòng)一直得不到

4、很好地改善。全自動(dòng)洗 衣機(jī)它不需要人們來(lái)操作漂洗、脫水和洗滌這三個(gè)過(guò)程，能夠自動(dòng)完成，實(shí)現(xiàn)狀態(tài)切換 閥門用來(lái)控制其進(jìn)水、排水過(guò)程，其中所用的程控器可分為兩類。第一類：程控器由電動(dòng)原件組成的電動(dòng)控制洗衣機(jī)第二類：程控器由微型計(jì)算機(jī)組成的電腦控制洗衣機(jī)。由于隨著微電子科學(xué)的研究深入和計(jì)算機(jī)的飛速發(fā)展，硬件化正逐步成為現(xiàn)代化自 動(dòng)控制系統(tǒng)的目標(biāo)。波輪式洗衣機(jī)由于采用了不銹鋼的筒，這樣衣物在漂洗的過(guò)程中能減少磨損。由于 它是同心洗，它的主軸和電動(dòng)機(jī)軸是安裝在一起的，使得振動(dòng)減小，噪聲降低。1.3課題研究的目的與意義本次設(shè)計(jì)要求洗衣機(jī)能自動(dòng)實(shí)現(xiàn)過(guò)程的轉(zhuǎn)換，自動(dòng)控制實(shí)現(xiàn)硬件軟化，控制方法簡(jiǎn) 單、能可靠穩(wěn)定

5、運(yùn)行、便于維護(hù)。使用 PLC有許多好處：（1）能夠抵抗較強(qiáng)信號(hào)干擾，使用讓人信服；（2）方便人們使用，控制方式靈活；（3）PLC的編程語(yǔ)言是梯形圖語(yǔ)言，它比較容易學(xué)會(huì)，使用起來(lái)也很方便，而且它 是直接控制過(guò)程的。不需要用戶具有很強(qiáng)的程序設(shè)計(jì)能力，只要用戶具備一定的計(jì)算機(jī)軟、硬件知識(shí)即可。深受廣大技術(shù)人員歡迎。PLC作為通用可編程控制器，是面向各大生產(chǎn)廠家以及企業(yè)的工控設(shè)備；（4）便于維修，工作量??；（5）很輕便，消耗的功率低。1.4課程設(shè)計(jì)的主要容本次設(shè)計(jì)需要設(shè)計(jì)出穩(wěn)定性高、操作便利的的全自動(dòng)洗衣機(jī)電氣控制系統(tǒng)方案，因 此本系統(tǒng)采用可編程控制器PLC控制。研究的具體容包括：1） 設(shè)計(jì)與繪制電氣

6、原理圖（主電路和控制電路）或PLC外部接線圖、梯形圖和主 電路圖，選擇電器元件（接觸器、熔斷器、熱繼電器要有計(jì)算過(guò)程），制訂元件目錄表；2）繪制電氣布置圖；3）繪制電氣接線圖；4）編制設(shè)計(jì)說(shuō)明書與設(shè)計(jì)小結(jié)；5）列出設(shè)計(jì)參考資料目錄，不少于 5個(gè)。2全自動(dòng)洗衣機(jī)控制系統(tǒng)總體控制方案確定2.1控制系統(tǒng)的特點(diǎn)PLC系統(tǒng)的特點(diǎn)：1）抗干擾能力強(qiáng)，作為一種通用的可編程邏輯控制器，它能夠應(yīng)用與工業(yè)控制的 各個(gè)領(lǐng)域并且能夠在各種不同的復(fù)雜的工作環(huán)境中實(shí)現(xiàn)正常工作。2）使用便利，可以根據(jù)需要改變。3）采用梯形圖語(yǔ)言進(jìn)行編程，容易掌握，面向廣大用戶。4）易于安裝、調(diào)試、維修。5）網(wǎng)絡(luò)功能強(qiáng)大，采用微電子設(shè)計(jì)，體

7、積小，重量輕。2.2全自動(dòng)洗衣機(jī)的PLC控制系統(tǒng)概述采用可編程控制器PLC的全自動(dòng)洗衣電氣控制系統(tǒng)機(jī)采用 PLC控制系統(tǒng)能夠適應(yīng)各 種復(fù)雜的環(huán)境，滿足客戶多種需求，而且省時(shí)節(jié)力、可靠性高。用單片機(jī)作為全自動(dòng)洗 衣機(jī)電氣控制系統(tǒng)的中心來(lái)控制洗衣機(jī)進(jìn)水、漂洗、排水、脫水四個(gè)程序。但是，相比 較于PLC單片機(jī)的控制語(yǔ)言和指令程序比較繁瑣復(fù)雜，不太容易被掌握。而且，我們 在設(shè)計(jì)全自動(dòng)洗衣機(jī)電氣控制系統(tǒng)時(shí)，必須要考慮到各種保護(hù)電路的裝置，例如過(guò)壓保 護(hù)、過(guò)流保護(hù)、過(guò)載保護(hù)等。這樣一來(lái)，毫無(wú)疑問(wèn)，增加了控制系統(tǒng)的復(fù)雜性，并且成 本相對(duì)較高。如果，洗衣機(jī)發(fā)生故障，那么可見這將大大增加維修調(diào)試的難度和費(fèi)用。但

8、是，如果利用PLC就能克服這些困難。因?yàn)槟K化的設(shè)計(jì)使得 PLC應(yīng)用靈活、使用方 便；易于安裝、調(diào)試、維修。采用梯形圖語(yǔ)言進(jìn)行編程，容易掌握，面向廣大用戶。2.3 PLC的設(shè)計(jì)步驟一般PLC控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)步驟有以下幾個(gè)流程：1）控制要求分析2）確定輸入/輸出設(shè)備3）選擇合適的PLC4）I/O點(diǎn)數(shù)分配5）PLC程序設(shè)計(jì)6）模擬調(diào)試7）現(xiàn)場(chǎng)聯(lián)機(jī)調(diào)試8）整理技術(shù)文件由于這兩種控制方式在在各自的結(jié)構(gòu)組成和控制原理的不同導(dǎo)致它們存在很大的 區(qū)別。所謂程序控制洗衣機(jī)就是用戶在使用它時(shí)可以通過(guò)要漂洗的衣物的量，衣物布質(zhì) 的好壞和衣服的污垢的多少來(lái)選擇不同的程序洗衣服。它的操作程序是由生產(chǎn)廠家設(shè)定的。從而達(dá)到

9、隨時(shí)隨地監(jiān)控衣物漂洗情況以及全自動(dòng)洗衣機(jī)工作情況。因此，這種控制 方式是智能全自動(dòng)化控制，代表著目前自動(dòng)控制的發(fā)展方向。但是由于這種洗衣機(jī)部存 在這大量的傳感器以及各種控制器，所以他在制造成本上相對(duì)比較高。3全自動(dòng)洗衣機(jī)的基本結(jié)構(gòu)3.1全自動(dòng)洗衣機(jī)的原理和構(gòu)造現(xiàn)在主要有三種類型的洗衣機(jī)。由于三種類型的洗衣機(jī)部構(gòu)造和原理不同，它們的 優(yōu)缺點(diǎn)大不相同。首先，波輪式洗衣機(jī)。波輪式洗衣機(jī)它的筒是不銹鋼造的，在它的底 部有一個(gè)渦輪，而且洗衣機(jī)的主軸和電動(dòng)機(jī)主軸是連在一起的。這樣，在漂洗衣服時(shí)， 渦輪能夠帶動(dòng)水流旋轉(zhuǎn)，和洗衣機(jī)部不停接觸搓洗，使得衣服得到洗滌。優(yōu)點(diǎn)：洗滌衣 物時(shí)，振動(dòng)噪聲很低，能夠在很大程

10、度上減輕衣物的磨損并能把衣物洗滌干凈。攪拌式洗衣機(jī)：它在漂洗衣物時(shí)，讓攪拌器旋轉(zhuǎn)使得流水不停滾動(dòng)，這樣衣服也就 隨著一起不斷滾動(dòng)，衣物之間摩擦去掉污垢。優(yōu)點(diǎn)：洗凈度高，衣物不會(huì)纏繞。缺點(diǎn)： 衣物的損害大，部結(jié)構(gòu)復(fù)雜，維修不便。滾筒式洗衣機(jī)：這種洗衣機(jī)部安裝一個(gè)可旋轉(zhuǎn)的筒，這樣在工作時(shí)電動(dòng)機(jī)將筒帶動(dòng) 使得衣物到一定高度時(shí)釋放，達(dá)到摩擦去污的功能。優(yōu)點(diǎn)：對(duì)衣服損害小，利用高溫洗 滌還有一定的滅菌作用。缺點(diǎn)：漂洗時(shí)間過(guò)長(zhǎng)，部結(jié)構(gòu)比較繁瑣。3.2洗滌脫水系統(tǒng)1）盛水桶：它是用來(lái)存放清水和洗滌精的器件，它是由塑料注塑成型的，固定在 洗衣機(jī)底部的。盛水桶底端的圓孔與離合器水封配合能夠有效防止洗衣機(jī)漏水。在

11、桶的 底端設(shè)置有排水口，通過(guò)排水閥排去污水。桶壁上香柚小孔，這樣可以在水或者肥皂泡過(guò)量時(shí)排出去。它的下端開有導(dǎo)氣口利用軟管和洗衣機(jī)水位控制開關(guān)相連接，以此來(lái)控制水位的高低。2）洗滌脫水桶：洗滌脫水桶也叫做離心桶。它的壁上設(shè)計(jì)有許多凹槽和凸起來(lái)的梗，這 樣在洗滌衣物時(shí)能起到手搓摩擦的功能。在脫水桶的凹槽設(shè)計(jì)有許多小孔，這樣可以使 得洗衣機(jī)的水從這些小孔排除達(dá)到脫水的目的。脫水桶的壁上還鑲嵌有回水管，它與波 輪互相作用，漂洗時(shí)，洗滌精被波輪旋轉(zhuǎn)泵出，從回水管上端流出，于是經(jīng)過(guò)反反復(fù)復(fù) 的的來(lái)回，裝有平衡圈的脫水桶就能實(shí)現(xiàn)脫水的功能，還可以減少振動(dòng)噪聲。3.3排水和進(jìn)水系統(tǒng)全自動(dòng)洗衣機(jī)的給排水系統(tǒng)通

12、過(guò)閥門和各種水位開關(guān)能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)水位不停地檢查， 然后反饋回?cái)?shù)據(jù)。閥門分為進(jìn)水閥和出水閥進(jìn)水閥能夠控制洗衣機(jī)的進(jìn)水開關(guān)，而排水 電磁閥控制洗衣機(jī)的排水開關(guān)。通電時(shí)，閥門打開，洗衣機(jī)向外排水：斷電時(shí)，閥門關(guān) 閉，使得水流不出去。3.4電動(dòng)機(jī)及傳動(dòng)系統(tǒng)一般情況下，離合器使洗衣機(jī)在工作時(shí)轉(zhuǎn)速相同。但是對(duì)于大波輪洗衣機(jī)一般利用 減速離合器，波輪的轉(zhuǎn)速在漂洗工作時(shí)較慢，在脫水時(shí)較快。一般來(lái)說(shuō)，電動(dòng)機(jī)的功率 較大以滿足洗滌容量。電動(dòng)機(jī)與傳動(dòng)帶連接。當(dāng)洗衣機(jī)漂洗衣物時(shí)，經(jīng)過(guò)部的行星齒輪減速，得到低轉(zhuǎn)速。 此時(shí)，脫水桶靜止。脫水時(shí)，脫水桶和波輪通過(guò)離合器輸出的高轉(zhuǎn)速來(lái)運(yùn)轉(zhuǎn)。這樣使得 洗衣機(jī)的電動(dòng)機(jī)及傳動(dòng)系統(tǒng)得到

13、改善。4電氣控制系統(tǒng)4.1控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)雖然因?yàn)橄匆聶C(jī)的型號(hào)差異使得他們的控制系統(tǒng)不大相同，但是洗衣機(jī)的電氣控制 系統(tǒng)都要有電動(dòng)機(jī)、程控器、閥門以及各種傳感器和開關(guān)等部件，而且它們的原理都是 一樣的。程控器是全自動(dòng)洗衣機(jī)的的核心，洗衣機(jī)能夠?qū)崿F(xiàn)全自動(dòng)化就是因?yàn)槌炭仄鞯?控制作用。4.2控制系統(tǒng)原理全自動(dòng)洗衣機(jī)的電動(dòng)機(jī)、閥門、開關(guān)和傳感器都是用程序控制器來(lái)控制運(yùn)行的，一 般來(lái)說(shuō)，用戶通過(guò)開關(guān)選擇程序后，程控器就會(huì)指揮洗衣機(jī)各個(gè)部件來(lái)完成工作。一般 全自動(dòng)洗衣機(jī)部都安裝有安全開關(guān)，它能實(shí)時(shí)保護(hù)洗衣機(jī)的運(yùn)行過(guò)程，避免因誤操作造 成的損失和傷害。前者它的程序組成量大，因此可靠性高，而且能穩(wěn)定工作，不受干

14、擾。PLC在整個(gè)控制系統(tǒng)中起著舉足若輕的作用。水位信號(hào)通過(guò) PLC控制閥門和電動(dòng)機(jī) 運(yùn)行。通過(guò)整個(gè)原理圖我們可以看到 PLC在整個(gè)控制系統(tǒng)中的起著實(shí)時(shí)監(jiān)控、 發(fā)送指令、 通過(guò)反饋系統(tǒng)返回的數(shù)據(jù)信息再經(jīng)過(guò) PLC進(jìn)行分析處理然后下達(dá)給各個(gè)指令機(jī)構(gòu)執(zhí)行。由此我們可以看到，利用可編程控制器 PLC我們就能實(shí)現(xiàn)洗衣機(jī)的全自動(dòng)化，作為 控制系統(tǒng)的核心，與各個(gè)指令執(zhí)行模塊組成了全自動(dòng)洗衣機(jī)的電氣控制系統(tǒng)。5主要器件的選擇5.1電動(dòng)機(jī)的選擇一般來(lái)說(shuō)，家庭用的全自動(dòng)洗衣機(jī)大多數(shù)是單相電容運(yùn)轉(zhuǎn)式異步電動(dòng)機(jī)，因?yàn)檫@是 受到家庭電源的限制?？紤]到全自動(dòng)洗衣的偏心率，一般洗衣機(jī)的脫水桶直徑，而且必 須以最大的偏心數(shù)據(jù)

15、來(lái)計(jì)算漂洗的衣物。由于電動(dòng)機(jī)在脫水時(shí)比在漂洗時(shí)功率消耗較 大，所以必須要用脫水時(shí)的功率來(lái)設(shè)置電動(dòng)機(jī)功率。5.2可編程控制器的選擇本次課程設(shè)計(jì)是全自動(dòng)洗衣機(jī)電氣控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)，我選用的是西門子公司的 S7-200PLC它能可靠完成用戶需要的功能，穩(wěn)定性強(qiáng)，抗干擾能力強(qiáng)。它的編程語(yǔ)言 對(duì)于廣大用戶比較簡(jiǎn)單，易于掌握和聯(lián)機(jī)調(diào)試，而且它能適應(yīng)各種復(fù)雜的工業(yè)環(huán)境。目 前，PLC正朝著體積更小、速度更快、功能更強(qiáng)、價(jià)格更低的方向發(fā)展。PLC是整個(gè)電氣控制系統(tǒng)的“靈魂”，由它來(lái)控制驅(qū)動(dòng)各個(gè)執(zhí)行機(jī)構(gòu)來(lái)完成用戶指 定的目標(biāo)程序。閥門、傳感器、開關(guān)和電動(dòng)機(jī)組成了PLC控制系統(tǒng)。整個(gè)系統(tǒng)能實(shí)時(shí)監(jiān)控洗衣機(jī)工作狀態(tài)，并能

16、及時(shí)反饋信息調(diào)整程序以達(dá)到自動(dòng)化的目的。根據(jù)實(shí)時(shí)反饋的數(shù)據(jù)，經(jīng)過(guò)PLC進(jìn)行處理分析，形成新的指令下達(dá)給各個(gè)功能模塊， 完成用戶所需要的功能。6軟件設(shè)計(jì)6.1系統(tǒng)的順序功能圖設(shè)計(jì)水流在渦輪的作用下，帶動(dòng)衣物高速旋轉(zhuǎn)與桶壁發(fā)生摩擦，反反復(fù)復(fù)，不斷摔打沖 刷，就像手洗一樣洗凈污垢。而且由于水流和衣服存在運(yùn)動(dòng)差，這樣就會(huì)使它們發(fā)生相 對(duì)摩擦，也能洗掉污垢。同時(shí)，由于在洗衣機(jī)的筒壁上有許多凸槽，這就加大了衣服與 桶壁的摩擦，使衣物能洗得更干凈。6.2全自動(dòng)洗衣機(jī)的控制要求1）選擇合適的水位開關(guān)，按下“啟動(dòng)”按鈕；2）洗衣機(jī)進(jìn)水；3）水滿時(shí)停止進(jìn)水，電動(dòng)機(jī)正轉(zhuǎn)；4）正轉(zhuǎn)30s暫停；5）暫停2s開始反轉(zhuǎn)；6

17、）反轉(zhuǎn)30s暫停；7）暫停2s后，沒有達(dá)到五次的話返回；8）排水;9）當(dāng)水位達(dá)到設(shè)定值時(shí)開始脫水；10）脫水30s說(shuō)明完成了一次大循環(huán)；11）當(dāng)2次大循環(huán)結(jié)束，報(bào)警3s并自動(dòng)停機(jī);12）可按“停止”按鈕達(dá)到手動(dòng)停止；13）可按“排水”按鈕實(shí)現(xiàn)手動(dòng)排水； 6.3控制系統(tǒng)順序功能圖用戶在使用全自動(dòng)洗衣機(jī)的時(shí)候，打開啟動(dòng)按鈕，洗衣機(jī)開始進(jìn)水直到洗衣機(jī)的液 位達(dá)到設(shè)定值就停止。暫停 2秒洗衣機(jī)就開始漂洗衣服，電動(dòng)機(jī)帶動(dòng)波輪先是正轉(zhuǎn)30秒然后停止，暫停兩秒后洗衣機(jī)再反轉(zhuǎn) 30秒。這樣連續(xù)5次。經(jīng)過(guò)5次洗衣正反轉(zhuǎn)后， 衣服洗好后，洗衣機(jī)開始自動(dòng)排水。直到洗衣機(jī)將桶污水全部排空后，這時(shí)，洗衣機(jī)開 始自動(dòng)進(jìn)行

18、脫水。經(jīng)過(guò)整個(gè)流程運(yùn)行后，全自動(dòng)洗衣機(jī)就能實(shí)現(xiàn)用戶所需要的功能，能夠達(dá)到自動(dòng)化 的目的，節(jié)省人力物力。6.4系統(tǒng)資源分布數(shù)字量輸入部分我設(shè)計(jì)了 11個(gè)開關(guān)按鈕，它們能夠?qū)崿F(xiàn)用戶所需要的各種功能, 并且也滿足廣大用戶的不同需要，可以根據(jù)不同的現(xiàn)實(shí)情況進(jìn)行選擇，達(dá)到最佳洗滌效 果。全自動(dòng)洗衣機(jī)不僅要能做到全自動(dòng)化的目的，更要方便不同人群，不同功能選擇， 只有這樣，才能使全自動(dòng)洗衣機(jī)適應(yīng)性強(qiáng)，可靠性高。、表1 .I/O 分配表輸入地址對(duì)應(yīng)的外部設(shè)備I0.0啟動(dòng)按鈕I0.1停止按鈕I0.2水位開關(guān)（咼水位）I0.3水位開關(guān)（中水位）10.4水位開關(guān)（低水位）10.5咼水位浮球開關(guān)I0.6中水位浮球開關(guān)I0.7低水位浮球開關(guān)I1.0水排空浮球開關(guān)Q0.0洗滌電動(dòng)機(jī)正轉(zhuǎn)繼電器Q0.