基于PLC全自动洗衣机控制系统设计.doc

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1、【精品文档】如有侵权，请联系网站删除，仅供学习与交流基于PLC全自动洗衣机控制系统设计.精品文档.PLC全自动洗衣机控制系统设计学生姓名：所在院系： 所学专业： 导师姓名： 完成时间：年 月 日摘 要可编程控制器(PLC)是以计算机技术为核心的通用自动化控制装置,它的功能性强,可靠性高,编程简单,使用方便,体积小巧,近年来在工业生产中得到广泛的应用,被誉为当代工业自动化主要支柱之一。在现代的社会，全自动洗衣机进入各个家庭，本文介绍了PLC用于全自动洗衣机的控制系统，其可改进现有技术的不足，简化结构，有利于降低成本和提高可靠性。关键词:全自动洗衣机;可编程控制器;简化结构;降低成本;Abstra

2、ctProgrammable Logic Controller (PLC) is a common computer technology as the core automation and control devices, its functionality, high reliability, simple to program, easy to use, compact, industrial production in recent years been widely used, is hailed as one of the main pillars of contemporary

3、 industrial automation.In modern society, fully automatic washing machines into each home, this article describes the PLC control system for automatic washing machine, which can improve the shortcomings of existing technology to simplify the structure, help to reduce costs and improve reliability.Ke

4、ywords: automatic washing machine; programmable controllers; simplified structure; reduce costs1 引言世界上第一台洗衣机于1858年诞生，但这台洗衣机使用费力，且损伤衣服，因而没被广泛使用，但这却标志了用机器洗衣的开端。1874年,“手洗时代”受到了前所未有的挑战，美国人发明了木制手摇洗衣机。1880年，美国发明了蒸气洗衣机，蒸气动力开始取代人力。蒸汽洗衣机之后，水力洗衣机、内燃机洗衣机也相继出现。1910年，美国试制成功世界上第一台电动洗衣机，电动洗衣机的问世，标志着人类家务劳动自动化的开端。19

5、22年，美国改造了洗衣机的洗涤结构，把拖动式改为搅拌式，使洗衣机的结构固定下来，这也就是第一台搅拌式洗衣机的诞生。1932年，美国研制成功第一台前装式滚筒洗衣机。1955年，在引进英国喷流式洗衣机的基础之上，日本研制出独具风格、并流行至今的波轮式洗衣机。全自动洗衣机从结构上分有波轮式,搅拌式,滚筒式。目前,国内市场上销售的大都是波轮式和滚筒式，供应最多的是波轮式洗衣机。波轮式洗衣机的特点是洗净率高,但对衣服的磨损很大,随着人们生活水平不断地提高，丝绸,毛料,羊毛等大量走进普通家庭,厂商又适时地推出了滚筒洗衣机,它最大的优点是磨损率小,但洗净率比波轮式低,价格高。洗衣机产品可以分三类：普通型、半

6、自动型和全自动型。普通型和半自动型洗衣机，都需要人为参与操作，才能完成洗衣、甩干、排水全过程；而全自动洗衣机在整个洗涤、甩干、排水过程中，无需人为操作和监控。国内外洗衣机品牌有海尔、小天鹅、荣事达、松下、惠而浦水仙、LG熊猫、西门子、日立好用。2.全自动洗衣机的工作原理以日常生活中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。该洗衣机的进水和排水分别由进水电磁阀和排水电磁阀来执行。进水时，通过电控系统使进水阀打开，经进水管将水注入到外桶。排水时，通过电控系统

7、使排水阀打开，将水由外桶排出到机外。洗涤正转、反转由洗涤电动机驱动波盘正、反转来实现，此时脱水桶并不旋转。脱水时，通过电控系统将离合器合上，由洗涤电动机带动内桶正转进行甩干。高、低水位开关分别用来检测高、低水位。启动按钮用来启动洗衣机工作。停止按钮用来实现手动停止进水、排水、脱水及报警。排水按钮用来实现手动排水。波轮式全自动洗衣机的实物示意图如图所示。3电气控制系统硬件设计3.1电动机的控制线路设计3.1.1电动机控制电气元件的选择电动机M 额定电压 380V 额定电流 0.38V熔断器FU型号 RL1-15热继电器FR型号 JR0-20/33.1.2电动机控制线路图3.2 PLC控制系统硬件

8、部分的设计3.2.1 PLC输入元件选择基于控制系统的要求，需要选定工作方式:控制按钮SB1SB3、限位开关SQ1SQ2。元件名称元件符号元件功能元件参数限位开关SQ1SQ2检测高、低水位使用温度：-20+60最大绝缘电压为：AC-2500V、50Hz1min触点接触电阻50毫欧按钮SB1SB3实现启动、停止、停止排水工作温度：-25+55最大绝缘电压为：AC-2500V、50Hz1min触点接触电阻50毫欧3.22PLC输入元件选择系统输出量为Y0Y5，一一对应于进水、电机正转、电机反转、排水、脱水和报警，其中排水和脱水通过电磁阀YV1YV2实现最终控制，电机的正反转通过电动机线圈KM1KM

9、2实现最终控制，脱水则通过离合器CL实现最终控制，BE控制报警。元件名称元件符号元件功能元件参数电磁阀YV1YV2分别实现排水和脱水工作温度：-3070最大绝缘电压为：AC-3000V、50Hz1min工作方式：100%ED交流接触器KM1KM2控制电动机正反转交流50Hz或60Hz额定电压380V额定电流995A3.2.3PLCI/O元件分配表输出元件分配表 元件名称 元件符号 输入点编号进水YV1Y0排水YV2Y3电机正转KM1Y1电机反转KM2Y2脱水CLY3报警BEY5输入元件分配表 元件名称 元件符号 输入点编号启动按钮SB1X0手动按钮SB2X3高水位开关SQ1X1低水位开关SQ2

10、X2手动排水SB3X33.2.4 PLC I/O接线图4 主要器件的选择4.1 电动机的选择由于家庭提供的电源限制故选单相电容运转式异步电动机。以3.6公斤全自动洗衣机为例，由于全自动洗衣机的脱水桶直径较大，这一偏心不能不考虑，所以计算时应以洗涤物可能产生前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。由于在计算时一些因素如电机转子的转动惯量等没考虑，造成一些偏差，所以3.6公斤全自动洗衣机电机额定功率选为180瓦。符合全自动洗衣机的功率范围120W250W。故选择YY104-180型号单相电

11、容运转式电动机，功率180瓦,额定电压220V，转速1350r/min，电流1.7A。4.2 传感器的选择 4.2.1 水温传感器的选择水温检测可用热敏电阻或MTS102 半导体温度检测器。洗衣机水温一般为4 40 ,在该温度范围内MTS102线性好,温度敏感,水温检测常选用它。4.2.2 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

12、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。4.2.3 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。4.2.4 衣质传感器的选择衣质的检测一般在洗涤之前，且主要用来测定所洗衣物属于棉类还是化纤类。在一定水位的前提下不同的衣物成分不同,其布阻抗就不同。为了测出衣质,先加入一定的水并让电机转动,突然切断电源,由于惯性作用电机会维持短时间旋转。此时电机处于发

13、电机状态,会产生一定感应电势并逐渐衰减到零。由于衰减速率与布阻抗有一定的线性关系,通过对定子绕组两端电热进行整流和检测,经光电隔离后形成脉冲,脉冲信号多，则布阻抗小,反之亦然。经过几次测量就可以判断出布阻抗,通过推理得出衣质。故选择电阻传感器。4.3 可编程控制器外部设计4.3.1 可编程控制器的选择根据输入信号及输出信号的数量，经过初略计算， 输人点数为6点，输出点数为6点；输人、输出信号都是数字量。增加20%备用量，以便随时增加控制功能：输入点数为： 6(1+20%)=7.2输出点数为： 6(1+20%)=7.2根据I/O点数，可选松下FP0-C16型可编程控制器，其输入点8点，输出点8点

14、，扩展模块可用点数为16点。4.3.2 可编程控制器I/O口分配输入启动高水位传感器低水位传感器浑浊度传感器衣质传感器停止PLC输入X0X1X2X3X4X5输出Y0Y1Y2Y6Y3Y7Y4Y5PLC输出报警器进水控制阀正转高速洗涤正转低速洗涤反转高速洗涤反转低速洗涤排水控制阀脱水图6 可编程控制器I/O口分配表4.3.3 外围接线图图7 可编程控制器外围接线图洗衣机要实现衣服的洗涤，漂洗和脱水，就要通过上述动作来实现，而这些动作可以通过PLC控制来实现。同时加上开关和按钮，数码管显示器，蜂鸣报警器和欠电压检测保护电路等，就可以形成完整的PLC控制系统。通过软件编程达到对整个洗衣过程进行检测控制

15、和用户交互。此外，在少数全自动洗衣机上，以继电器作各电气工作部件驱动电路的电源开关，由PLC控制继电器触点开关的通断，实现洗衣机的程序运转。5 软件设计5.1 系统的顺序功能图设计全自动洗衣机工作原理：全自动洗衣机的洗衣桶(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。该洗衣机的进水和排水分别由进水电磁阀和排水电磁阀来执行。进水时，通过电动控制系统，使进水阀打开，经进水管将水注入到外桶。排水时，通过电控系统使排水阀打开，将水由外桶排出到机外。洗涤正转、反转由洗涤电动机驱动波盘正、反转来实现，此时脱水桶并不

16、旋转。脱水时，通过电控系统将离合器合上，由洗涤电动机带动内桶正转进行甩干。高、低水位开关分别用来检测高、低水位。启动按钮用来启动洗衣机工作。停止按钮用来实现手动停止进水、排水、脱水及报警。排水按钮用来实现手动排水。5.2 全自动洗衣机的控制要求1）PLC投入运行，系统处于初始状态准备好启动；2）启动时开始进水；3）水满(上限位)时停止进水并开始洗涤正转；4）正转30s后暂停；5）暂停2s后开始洗涤反转；6）反转30s后暂停；7）暂停2s后，若正、反转未满5次时，返回从正洗开始的动作；8）暂停5s后，若正、反洗涤满5次时则开始排水；9）水位下降到低水位时开始脱水井继续排水；10）脱水30s即完成

17、一次从进水到排水的大循环过程；11）若完成2次大循环，洗完报警3s后自动停机；12）可以按“停止”按钮实现手动停止进水、排水、脱水及报警；13）可以按“排水”按钮实现手动排水；5.3 控制系统顺序功能图图 9 全自动洗衣机控制系统顺序功能图PLC 投入运行，系统处于初始状态，准备好启动。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

18、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。5.4 控制系统的梯形图设计图10 PLC控制系统的梯形图按下启动按钮S1，X0 动合触点闭合，内部辅助继电器R10得电为“1”，同时R10动合触点闭合自锁; R10动合触点闭合使输出继电器Y1 得电为“1”，进水阀打开，开始注水。到高水位检测传感器，K1 闭合，使其动断触点X1 断开，进水阀关闭; 同时X1动合触点闭合，计时器T0开始通电计时，2s 后T0 动合触点闭合，输出继电

19、器Y2 得电为“1”，洗衣机开始正转洗涤；同时计时器T1 得电，30s 后T1 动断触点断开，Y2 断电，正转洗涤停止。同时T1 动合触点闭合，计时器T2得电，2s后T2动合触点闭合，输出继电器Y3得电为“1”，洗衣机开始反转洗涤，同时计时器T3得电，30s后T3动合触点闭合，T4 得电，2s 后T4 动合触点闭合，计数器CT100 计数1 次; T4 动断触点断开，计时器T0、T1、T2、T3、T4 失电复位，T4失电后其动断触点恢复闭合，T0得电，2s后，Y2得电，开始正转洗涤，如此循环5次，计数器CT100计数5次后，C100 动合触点闭合，输出继电器Y4 得电为“1”，排水阀打开排水，

20、待排水至低水位检测开关K2时，输入继电器X2动断触点断开，Y4 失电为“0”，停止排水，同时X2 动合触点闭合，输出继电器Y5 得电为“1”，脱水电机运转，开始脱水，同时计时器T5 得电，30s 后T5 动断触点断开，Y5 失电为“0”，脱水停止; 同时T5 动合触点闭合，计数器CT101计数1 次。同时T5 动合触点闭合，使高水位进水阀打开注水，开始第2 次大循环，第2 次大循环结束后，计数器CT101 动合触点闭合，输出继电器Y0 得电为“1”，报警器报警，同时计时器T6 得电，3s 后T6 动断触点断开，Y0 失电为“0”，报警停止，自动洗衣过程完成。其中S2为手动排水按钮，S3为手动脱

21、水按钮，S4 为手动停止按钮。6 结束语该系统采用PLC 为控制核心结构合理、测试方法可靠，它具有较强的灵活性，提高了设备运行的可靠性，缩短产品开发周期，保证新产品各项技术开发的同步性，提高了劳动效率，达到了良好的经济效果。此外，PLC 可以重复使用，降低了测试经费。它的灵活性、操作方便性也方便测试者随时输入、调试和修改控制程序。PLC 又设有串行接口，方便地与计算机进行连接，组成测控系统，给系统的维护和使用带来了很大方便。参考文献1 魏志精.可编程控制器应用基础【M】电子工业出版社,20032 周恩涛.可编程控制器原理及其在液压系统中的应用【M】机械工业出版社3 潘月琴.全自动洗衣机的维修【

22、M】北京科学技术出版社,20044 廖常初.PLC基础及应用北京：机械工业出版社,20035 李国厚.PLC原理及应用设计.化学工业出版社,20056 潘海燕.波轮式全自动洗衣机的单片控制J.电子世界，2003（3）7 吴存宏.浅谈PLC在全自动洗衣机中运用J.设计与开发,19998 王玉梅.全自动洗衣机的模糊控制系统J.潍坊学院学报,20009 余剑生.基于模糊控制的智能洗衣机的程序控制系统J.广东技术师范学院学报,200510 周德林.电脑的程序控制系统.家用电器,200511 荣俊昌.全自动洗衣机原理与维修.高等教育出版社,199812 钱如竹.快修家用洗衣机.北京 ：人民邮电出版社,200313 邱士安.机电一体化技术.西安电子科技大学出版社,199714 赵雅君家用电器中的自动控制系统M北京：中国轻工业出版社，199615 倪远平模糊控制器的硬件电路实现J电工技术,199816 王俊普模糊集和及其应用M上海：上海科学技术出版社,198317 倪远平21世纪的核心技术模糊逻辑控制技术J电工技术，1998(4)18 董儒胥.电工电子实训M.北京:高等教育出版社,2002.19 窦振中PIC系列单片机应用设计与实例北京：北京航空航天大学出版社,199720 张凤珊.电气控制及可编程序控制器.中国轻工业出版社,1998