全自动洗衣机控制系统设计机械制造工业自动化_机械制造-工业自动化.pdf

*新年快乐 目录 1 系统概述-1 2 系统设计方案-1 2.1 总体方案的确定-2 2.1.1 设计方案-2 2.2 方案设计的基本理论依据-2 2.2.1 控制系统的比较-2 3 系统硬件设计-2 3.1 全自动洗衣机工作原理 -2 3.2 全自动洗衣机基本结构图 -3 3.3 系统原理方框图-4 3.4 主电路-4 3.5 I/O 分配-5 3.6 I/O 接线图-6 3.7 元器件选型-6 3.7.1 电动机的选则 -7 3.7.2 接触器的选择 -7 3.7.3 传感器的选择 -7 3.7.4 按钮的选择-8 4 软件设计-8 4.1 主流程-9 4.2 梯形图-10 5 系统调试-11 设计心得-11 参考文献-12*一系统概述 洗衣机是人们必要的日常生活用品，它给我们的生活带来了极大便利，随 着技术的不断进步，全自动洗衣机更为人们所喜爱。在全自动洗衣机中，洗衣机 洗涤。脱水程序是由单片机为中心控制系统工作的.在设计系统硬件时，要多种 电路保护装置，电压保护，过载保护，过热保护以及欠压保护等等；这样会增加 硬件的复杂性，隐含较高的故障率；无形的增加的维修成本费用.在工业控制系 统中广泛运用的PLC能克服单片机的缺点，它是整体统的可靠性.另外它的编 程语言也相对简单可编程控制功能强大，可靠性高，应用面广，使用方便，在 现代自动控制领域应用极其广泛.采用 PLC控制系统，大大提高了工作效率和 适应工作环境的能力。本设计为全自动洗衣机控制系统设计，以操作简单、使用 可靠、维护修理方便作为主要设计方向，使之更加节能，功能更加全面，利用可 编程控制器 PLC控制各项操作，实现注水、泡浸、洗涤、漂洗、脱水的过程。其设计要求如下：(1)按下启动按钮及水位选择开关，注水直到高(中、低)水位，关水(2)2s 后开始洗涤(3)洗涤时，正转 30s,停 2s，然后反转 30s,停 2s(4)如此循环 5 次，总共 320s后开始排水，排空后脱水 30s(5)开始清洗，重复(2)(5)，清洗两遍(6)清洗完成，报警 3s 并自动停机(7)若按下停车按扭，可手动排水(不脱水)和手动脱水(不计数)二系统设计方案 2.1 总体设计方案的确定 2.1.1 设计方案 采用 PLC控制全自动洗衣机，它具有可靠性高，操作简单等很多优点，可以 克服单片机指令系统相对复杂、编写程序复杂、需要多种电路保护装置等缺点。PLC是一个整体模块，集中了驱动电路、检测电路和保护电路的功能，硬件和编 程也相对简单。*设计全自动洗衣机工作原理全自动洗衣机基本结构图系统原理方框图主电路分配接线图元器件选型电动机的选则接触器的选择传感器的选择按钮的选择软件设计主流程梯形图系统调试设计心得参考文献一系统概述洗衣机是人们必要机中洗衣机洗涤脱水程序是由单片机为中心控制系统工作的在设计系统硬件时要多种电路保护装置电压保护过载保护过热保护以及欠压保护等等这样会增加硬件的复杂性隐含较高的故障率无形的增加的维修成本费用在工业控制系统应用面广使用方便在现代自动控制领域应用极其广泛采用控制系统大大提高了工作效率和适应工作环境的能力本设计为全自动洗衣机控制系统设计以操作简单使用可靠维护修理方便作为主要设计方向使之更加节能功能更加全面利用2.2 方案设计的基本理论依据 2.2.1 控制系统的比较 1、PLC系统的特点 PLC作为一种通用的工业控制器，它具有可靠性高的特点，能够在各种不同 的工作环境中正常工作，对工作环境要求比较低，抗干扰性比较强；编程简单，PLC控制系统采用了独特的，多种编程语言，如指令表、梯形图、逻辑功能图等 等，程序简洁，能满足不同的人的编程需求；使用方便灵活，PLC采用了基本单 元扩展或者是模块化的结构形式，因此，输入/输出信号的数量，形式，驱动能 力等都可以根据实际控制要求进行选择与确定，而且在需要时可以随时更换。2、单片机系统的特点 单片机对环境的适应能力较低，可靠性差，单片机采用汇编语言或者 C 语言使得变成 比较复杂，难以学习，功能单一，只具有使用中所需要的功能。三系统硬件设计 3.1 全自动洗衣机工作原理 全自动洗衣机是通过水位开关与电磁进水阀配合来控制进水、排水以及电机 的通断：从而实现自动控制的。电磁进水阀起着通、断水源的作用。当电磁线圈 断电时，移动铁芯在重力和弹簧力的作用下，紧紧顶在橡胶膜片上，并将膜片的 中心小孔堵塞，这样阀门关闭，水流不通。当电磁线圈通电后，移动铁芯在磁力 作用下上移，离开膜片，并使膜片的中心小孔打开，于是膜片上方的水通过中心 小孔流入洗衣桶内。由于中心小孔的流通能力大于膜片两侧小孔的流通能力，膜 片上方压强迅速减小，膜片将在压力差的作用下上移，闭门开启，水流导通。水位开关实际上是一个压力开关。气室的入口与洗衣桶中的贮气室相联接。当水 注入洗衣桶后，贮气室口很快被封闭，随水位上升，贮气室的水位也上升，被封 闭的空气压强亦增大，水位开关中的波纹膜片 2受压而胀起，推动顶杆 3 运动而 使触点 4 改变，从而实现自动通断。洗衣机的洗涤过程主要是在机械产生的排渗、冲刷等机械作用和洗涤剂的润 湿、分散作用下，将污垢拉入水中来实现洗净的目的。智能型模糊控制的全自动洗衣机还可以自动判断水温、水位、衣质衣量、衣设计全自动洗衣机工作原理全自动洗衣机基本结构图系统原理方框图主电路分配接线图元器件选型电动机的选则接触器的选择传感器的选择按钮的选择软件设计主流程梯形图系统调试设计心得参考文献一系统概述洗衣机是人们必要机中洗衣机洗涤脱水程序是由单片机为中心控制系统工作的在设计系统硬件时要多种电路保护装置电压保护过载保护过热保护以及欠压保护等等这样会增加硬件的复杂性隐含较高的故障率无形的增加的维修成本费用在工业控制系统应用面广使用方便在现代自动控制领域应用极其广泛采用控制系统大大提高了工作效率和适应工作环境的能力本设计为全自动洗衣机控制系统设计以操作简单使用可靠维护修理方便作为主要设计方向使之更加节能功能更加全面利用物的脏污情况，决定投放适量的洗涤剂和最佳的洗涤程序。当洗衣桶内衣物的多 少和质地不同，而注入水使其达到相同的水位时，其总重量是不同的。利用这一 点，通过对洗衣电动机低速转动后的惯性测量，可以判断衣质和衣量。脱水时采用压电传感器。当脱水桶高度旋转时，从脱水桶喷射出来的水作用 于压电传感器上，根据这个压力变化，自动停止脱水运转。3.2 全自动洗衣机基本结构图 以最常见的波轮式全自动洗衣机为例，洗衣机的洗衣桶（外桶）和脱水桶（内 桶）是以同一中心安放的。外桶固定，作盛水用。内桶可以旋转，作脱水（甩水）用。内桶的四周有很多小孔，使内外桶的水流相通。其外观图和示意图分别如图 1、图 2 所示：图 1 全自动洗衣机外观图 咼战血耳若 iiici J 抽胡按昭丄 停止協tn 图 2 全自动洗衣机示意图 设计全自动洗衣机工作原理全自动洗衣机基本结构图系统原理方框图主电路分配接线图元器件选型电动机的选则接触器的选择传感器的选择按钮的选择软件设计主流程梯形图系统调试设计心得参考文献一系统概述洗衣机是人们必要机中洗衣机洗涤脱水程序是由单片机为中心控制系统工作的在设计系统硬件时要多种电路保护装置电压保护过载保护过热保护以及欠压保护等等这样会增加硬件的复杂性隐含较高的故障率无形的增加的维修成本费用在工业控制系统应用面广使用方便在现代自动控制领域应用极其广泛采用控制系统大大提高了工作效率和适应工作环境的能力本设计为全自动洗衣机控制系统设计以操作简单使用可靠维护修理方便作为主要设计方向使之更加节能功能更加全面利用3.3 系统原理方框图：如图 3所示 PLC 1 电机进水 或洗涤工 1作 各种水位监一 测传感器 -指示灯 各种开关 图 3 系统原理方框图 3.4 主电路 PLC控制主电路图如下图 4 所示:此主电路由三相电源、隔离开关 QS、熔断器 FU1、接触器 KM1、KM2、热设计全自动洗衣机工作原理全自动洗衣机基本结构图系统原理方框图主电路分配接线图元器件选型电动机的选则接触器的选择传感器的选择按钮的选择软件设计主流程梯形图系统调试设计心得参考文献一系统概述洗衣机是人们必要机中洗衣机洗涤脱水程序是由单片机为中心控制系统工作的在设计系统硬件时要多种电路保护装置电压保护过载保护过热保护以及欠压保护等等这样会增加硬件的复杂性隐含较高的故障率无形的增加的维修成本费用在工业控制系统应用面广使用方便在现代自动控制领域应用极其广泛采用控制系统大大提高了工作效率和适应工作环境的能力本设计为全自动洗衣机控制系统设计以操作简单使用可靠维护修理方便作为主要设计方向使之更加节能功能更加全面利用继电器 FR和三相异步电动机 M共同构成，接触器线圈得电后控制主触点的接 通，实现电动机正反转。熔断器和热继电器分别起到短路保护和过载保护功能。3.5 I/O 分配：如下表 1 所示 表 1：I/O 分配 输入 输出 X1 启动按钮 SB1 Y1 进水 X2 停止按钮 SB2 Y2 正转洗涤 X3 高水位扌曰示 Y3 反转洗涤 X4 中水位指示 Y4 排水 X5 低水位控制 Y5 脱水 X6 排空检测 Y6 土巨叭 报警器 X7 高水位监测 X10 中水位监测 X11 低水位监测 X12 手动排水 3.6 I/O 接线图：如下图 5 所示 设计全自动洗衣机工作原理全自动洗衣机基本结构图系统原理方框图主电路分配接线图元器件选型电动机的选则接触器的选择传感器的选择按钮的选择软件设计主流程梯形图系统调试设计心得参考文献一系统概述洗衣机是人们必要机中洗衣机洗涤脱水程序是由单片机为中心控制系统工作的在设计系统硬件时要多种电路保护装置电压保护过载保护过热保护以及欠压保护等等这样会增加硬件的复杂性隐含较高的故障率无形的增加的维修成本费用在工业控制系统应用面广使用方便在现代自动控制领域应用极其广泛采用控制系统大大提高了工作效率和适应工作环境的能力本设计为全自动洗衣机控制系统设计以操作简单使用可靠维护修理方便作为主要设计方向使之更加节能功能更加全面利用 EB1启动 髙水惶 中水位 社水也 XI Y1 X3 X4 Y2 X5 3 XT X10 Y5 XII 6 COM COM 220 I/O 接线图 3.7 元器件选型 3.7.1 电动机的选择 本次设计根据实际生活情况进行，全自动洗衣机用的电容式电机是正、反两 个方向工作的，根据家庭电源的情况选择单相电容式异步电动机，由于全自动洗 衣机的脱水桶直径较大，这一偏心要考虑，计算时应以洗涤物可能产生最大偏心 为计算依据。脱水时电机功率比洗涤时要大，在确定电机功率时应以脱水时消耗 的功率为依据，也就是说脱水时电机功率就是该洗衣机所确定的电机额定功率。可选择如图 6、表格 2所示规格电动机：表格 2电动机规格 品牌 型号 电压（V）频率（HZ）功率（W）转 速（rad/mi n）科圣 YS104 -180 220 50 180 1350 图 6 电动机 3.7.2 接触器的选择 交流接触器如图 7 所示 设计全自动洗衣机工作原理全自动洗衣机基本结构图系统原理方框图主电路分配接线图元器件选型电动机的选则接触器的选择传感器的选择按钮的选择软件设计主流程梯形图系统调试设计心得参考文献一系统概述洗衣机是人们必要机中洗衣机洗涤脱水程序是由单片机为中心控制系统工作的在设计系统硬件时要多种电路保护装置电压保护过载保护过热保护以及欠压保护等等这样会增加硬件的复杂性隐含较高的故障率无形的增加的维修成本费用在工业控制系统应用面广使用方便在现代自动控制领域应用极其广泛采用控制系统大大提高了工作效率和适应工作环境的能力本设计为全自动洗衣机控制系统设计以操作简单使用可靠维护修理方便作为主要设计方向使之更加节能功能更加全面利用220V，额定电流 6A。MTS102 半导体温度检测 MTS102 线性好，温度敏感,图 7 接触器 交流接触器的选择主要考虑到主触点的额定电流、额定电压、线圈电压等,主触点额定电流IN，PN为被控制电机额定功率，K为比例系数，一般取 1.4,UN为被控制电动机的额 定线电压，交流接触器主触点额定电压一般按高于电路额定电压来确定，所以，可取 K=1，人-Q.82A“1x220 可选施奈德 LC1-D0610M5C型交流接触器，额定电压 3.7.3 传感器的选择 1、水温传感器的选择：水温检测可用热敏电阻或 器。洗衣机水温一般为 4 C40 在该温度范围内 水温检测常选用它。2、水位传感器的选择：对于 PLC控制的洗衣机，要求水位的检测必须是连续 的，谐振式水位传感器是利用电磁谐振电路 LC作为传感器的敏感元件，将被测物 体的变化转变为 LC参数的变化，最终以频率参数输出。其工作原理是将水位的 高低通过导管转换成一个测试内腔气体变化的压力，驱动内腔上方的一块隔膜移 动，带动隔膜中心的磁芯在某线圈内移动，从而线圈电感发生变化。由此引起谐振 电路的固有频率随水位变化。故常采用谐振式水位传感器。3、浑浊度传感器的选择：浑浊度传感器主要采用红外光电传感器。由红外 发射管发出一定强度的红外光，红外接收管在溶液的另一侧接收红外线。红外线 在溶液中透光性的大小就决定接收方产生光电电流的大小，光电流经整形放大和 数据处理后，就可以判断出水的浑浊程度。设计全自动洗衣机工作原理全自动洗衣机基本结构图系统原理方框图主电路分配接线图元器件选型电动机的选则接触器的选择传感器的选择按钮的选择软件设计主流程梯形图系统调试设计心得参考文献一系统概述洗衣机是人们必要机中洗衣机洗涤脱水程序是由单片机为中心控制系统工作的在设计系统硬件时要多种电路保护装置电压保护过载保护过热保护以及欠压保护等等这样会增加硬件的复杂性隐含较高的故障率无形的增加的维修成本费用在工业控制系统应用面广使用方便在现代自动控制领域应用极其广泛采用控制系统大大提高了工作效率和适应工作环境的能力本设计为全自动洗衣机控制系统设计以操作简单使用可靠维护修理方便作为主要设计方向使之更加节能功能更加全面利用带有指示 3.7.4 按钮的选择 全自动洗衣机的人机接口中有按钮，可选择施奈德低压凸头按钮,灯，供电电压为直流 24V。按钮型号如下表 3 所示 表 3 按钮型号 按钮类别 型号 备注 启动按钮 XB2-BW13B1C 绿灯常开 停止按钮 XB2-BW14B2C 红灯常闭 高水位按钮 XB2-BW14B1C 红灯常开 中水位按钮 XB2-BW16B1C 黄灯常开 低水位按钮 XB2-BW15B1C 黄灯常开 排水按钮 XB2-BW15B1C 黄灯常开 四软件设计 4.1 主流程 全自动洗衣机 PLC控制程序流程图如下图 8所示:设计全自动洗衣机工作原理全自动洗衣机基本结构图系统原理方框图主电路分配接线图元器件选型电动机的选则接触器的选择传感器的选择按钮的选择软件设计主流程梯形图系统调试设计心得参考文献一系统概述洗衣机是人们必要机中洗衣机洗涤脱水程序是由单片机为中心控制系统工作的在设计系统硬件时要多种电路保护装置电压保护过载保护过热保护以及欠压保护等等这样会增加硬件的复杂性隐含较高的故障率无形的增加的维修成本费用在工业控制系统应用面广使用方便在现代自动控制领域应用极其广泛采用控制系统大大提高了工作效率和适应工作环境的能力本设计为全自动洗衣机控制系统设计以操作简单使用可靠维护修理方便作为主要设计方向使之更加节能功能更加全面利用 设计全自动洗衣机工作原理全自动洗衣机基本结构图系统原理方框图主电路分配接线图元器件选型电动机的选则接触器的选择传感器的选择按钮的选择软件设计主流程梯形图系统调试设计心得参考文献一系统概述洗衣机是人们必要机中洗衣机洗涤脱水程序是由单片机为中心控制系统工作的在设计系统硬件时要多种电路保护装置电压保护过载保护过热保护以及欠压保护等等这样会增加硬件的复杂性隐含较高的故障率无形的增加的维修成本费用在工业控制系统应用面广使用方便在现代自动控制领域应用极其广泛采用控制系统大大提高了工作效率和适应工作环境的能力本设计为全自动洗衣机控制系统设计以操作简单使用可靠维护修理方便作为主要设计方向使之更加节能功能更加全面利用:初肌 按下启动按钮时开始进水，水满（即水位到达高水位）时停止进水，2s 后开始 正转洗涤。正转洗涤 30s后暂停，暂停 2s 后开始反转洗涤。反转洗涤 30s后暂 停，暂停 2s 后，若正、反洗涤未满 5 次，则返回从正转洗涤开始的动作；若正、反洗涤满 5 次时，则开始排水。排水水位若下降到低水位时，开始脱水并继续 排水。脱水 30s即完成一次从进水到脱水的工作循环过程。若未完成 2 次大循 环，则返回从进水开始的全部动作，进行下一次大循环；若完成了 2次大循环，则进行洗完报警。报警 3s 结束全部过程，自动停机。若按下停止按钮，可以手 动排水和手动脱水。4.2 梯形图 基于 PLC的全自动洗衣机梯形图 TO T5“f 设计全自动洗衣机工作原理全自动洗衣机基本结构图系统原理方框图主电路分配接线图元器件选型电动机的选则接触器的选择传感器的选择按钮的选择软件设计主流程梯形图系统调试设计心得参考文献一系统概述洗衣机是人们必要机中洗衣机洗涤脱水程序是由单片机为中心控制系统工作的在设计系统硬件时要多种电路保护装置电压保护过载保护过热保护以及欠压保护等等这样会增加硬件的复杂性隐含较高的故障率无形的增加的维修成本费用在工业控制系统应用面广使用方便在现代自动控制领域应用极其广泛采用控制系统大大提高了工作效率和适应工作环境的能力本设计为全自动洗衣机控制系统设计以操作简单使用可靠维护修理方便作为主要设计方向使之更加节能功能更加全面利用 设计全自动洗衣机工作原理全自动洗衣机基本结构图系统原理方框图主电路分配接线图元器件选型电动机的选则接触器的选择传感器的选择按钮的选择软件设计主流程梯形图系统调试设计心得参考文献一系统概述洗衣机是人们必要机中洗衣机洗涤脱水程序是由单片机为中心控制系统工作的在设计系统硬件时要多种电路保护装置电压保护过载保护过热保护以及欠压保护等等这样会增加硬件的复杂性隐含较高的故障率无形的增加的维修成本费用在工业控制系统应用面广使用方便在现代自动控制领域应用极其广泛采用控制系统大大提高了工作效率和适应工作环境的能力本设计为全自动洗衣机控制系统设计以操作简单使用可靠维护修理方便作为主要设计方向使之更加节能功能更加全面利用 5 系统调试 将梯形图输入三菱编程仿真GX-developer中，然后将程序写入 FX-2N 可编程 控制器中，然后进行调试。按下 X1按钮时，继电器线圈 Y0得电，此时电动机主轴电机正转；按下 X4按钮时，继电器线圈丫5得电，冷却泵电机启动；按下左动力头原位限位开关 X3时，继电器线圈丫3得电，左动力头快进；碰 到左动力头工进限位开关 X1，继电器线圈丫2 得电，丫3 失电，左动力头工进；碰到左动力头限位开关 X3，继电器线圈丫4 得电，丫2失电，左动力头快退，循 环进行工作。当按下停止按钮 X2时，所有电机停止工作。右动力头的调试过程与左动力头的调试过程一样。设计心得 这次 PLC课程设计，让我们把理论和实践结合在了一起，更重要的是，我们 对自己所学的知识有了更加深入的认识。而且，从中学到了许多关于实际设计中 应该注意的东西。进一步了解到洗衣机的工作原理，更加清楚的了解了 PLC控 制系统的性能，期间也遇到很多问题，真正感受到了实践操作的重要性，通过上 网查资料，与同学探讨，使问题才得以解决，让我更加明白了，学习是一个不断 积累，理论与实践相结合的综合过程，思考能力对我们尤为重要，要注重自己的 思考与动手能力，经过这么长时间的努力，付出就会有收获。设计全自动洗衣机工作原理全自动洗衣机基本结构图系统原理方框图主电路分配接线图元器件选型电动机的选则接触器的选择传感器的选择按钮的选择软件设计主流程梯形图系统调试设计心得参考文献一系统概述洗衣机是人们必要机中洗衣机洗涤脱水程序是由单片机为中心控制系统工作的在设计系统硬件时要多种电路保护装置电压保护过载保护过热保护以及欠压保护等等这样会增加硬件的复杂性隐含较高的故障率无形的增加的维修成本费用在工业控制系统应用面广使用方便在现代自动控制领域应用极其广泛采用控制系统大大提高了工作效率和适应工作环境的能力本设计为全自动洗衣机控制系统设计以操作简单使用可靠维护修理方便作为主要设计方向使之更加节能功能更加全面利用*在此设计过程中，尤其要注意细节问题，发现问题和解决问题的能力，进一 步认识到设计也是来源于生活，应从实际问题出发，选择最佳的设计方案。在以 后的生活、工作和学习中都应该不断的学习，不断思考，努力提高自己的知识水 平和综合素质。参考文献 1、常晓玲，电气控制系统与可编程控制器，北京：机械工业出版社。2、谢文辉，张志芳，PLC应用技术易读通，北京：中国电力出版社。3、高钦和 PLC应用开发案例精选 人民邮电出版社。4、贾德胜.PLC应用开发实用子程序 人民邮电出版社。设计全自动洗衣机工作原理全自动洗衣机基本结构图系统原理方框图主电路分配接线图元器件选型电动机的选则接触器的选择传感器的选择按钮的选择软件设计主流程梯形图系统调试设计心得参考文献一系统概述洗衣机是人们必要机中洗衣机洗涤脱水程序是由单片机为中心控制系统工作的在设计系统硬件时要多种电路保护装置电压保护过载保护过热保护以及欠压保护等等这样会增加硬件的复杂性隐含较高的故障率无形的增加的维修成本费用在工业控制系统应用面广使用方便在现代自动控制领域应用极其广泛采用控制系统大大提高了工作效率和适应工作环境的能力本设计为全自动洗衣机控制系统设计以操作简单使用可靠维护修理方便作为主要设计方向使之更加节能功能更加全面利用