基于PLC的智能全自动洗衣机系统设计.docx

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1、致谢华北理工大学轻工学院Qing Gong College North China University of Science and Technology毕业设计说明书设计题目：基于PLC的智能全自动洗衣机系统设计 学生姓名：学 号:专 业：电气工程及其自动化班 级：2017q电气5班所属学院：电气信息学院指导教师： 副教授2021年 5月10 日 ii / 52摘要在国内社会经济迅猛发展过程中，大众的生活水平也日益改善，人们的物质条件越来越好，因而对精神层面有了更高的需求。经济全球化的发展也促使各国科技不断交流，现代科技领域生机勃勃，科技的发展辐射到了大众生活中的方方面面，其中智能化、自动

2、化逐渐成为家居产品发展的主流，不少的电器家具都有了不同程度的升级转型。作为常用家庭电器之一的洗衣机，如果能引进新型自动化、智能化技术，必将满足当下人们对生活便捷性、舒适性的需求。许多电器产品的内部都包含着控制芯片，洗衣机也不例外，而PLC作为可编程逻辑控制器，同时也作为电器的核心控制芯片，能够满足人们对洗衣机功能多样、工作稳定的需求，因此，本系统将基于PLC开发出一款智能全自动洗衣机系统。PLC涉及到的技术内核是计算机技术，能够实现对设备的自动化控制，具有功能强大、性能稳定、体积紧凑、易于操作等优点。本文采用 S7-300系列的PLC，对硬件以及程序这两部分内容进行了具体的设计，基于此，开发了

3、一款系统结构较为简单的全自动洗衣机控制系统，该系统能够完成完整的衣服洗涤流程，包括六个工作环节：第一，进水；第二，洗涤；第三，排水，第四，脱水。第五，报警；第六，停机。本文所设计的洗衣机通过可编程序控制器来实现洗涤过程，满足了对洗衣机运行的智能控制，对实现一流全自动洗衣机有了具体的实践，相信全自动洗衣机将会有更广阔的市场前景。关键词：PLC;洗衣机;可靠性；全自动; AbstractIn the process of rapid domestic social and economic development, the peoples living standards are also imp

4、roving day by day, peoples material conditions are getting better and better, so there is a higher demand for spirituality. The development of economic globalization has also prompted the continuous exchange of science and technology in various countries. The field of modern science and technology i

5、s vibrant, and the development of science and technology has radiated into all aspects of public life. Among them, intelligence and automation have gradually become the mainstream of the development of household products. Many electrical appliances and furniture are available. Upgrade and transforma

6、tion to varying degrees. As one of the commonly used household appliances, washing machines, if new automation and intelligent technologies can be introduced, will surely meet peoples needs for convenience and comfort in life. Many electrical products contain control chips, and washing machines are

7、no exception. PLC, as a programmable logic controller, is also the core control chip of electrical appliances. It can meet peoples needs for washing machines with diverse functions and stable work. The system will develop an intelligent fully automatic washing machine system based on PLC.The technic

8、al core involved in PLC is computer technology, which can realize automatic control of equipment, and has the advantages of powerful functions, stable performance, compact size, and easy operation. This article uses the S7-300 series PLC to specifically design the two parts of the hardware and the p

9、rogram. Based on this, a fully automatic washing machine control system with a relatively simple system structure is developed, which can complete the complete clothes washing process. , Including six work links: first, water intake; second, washing; third, drainage, fourth, dehydration. Fifth, alar

10、m; sixth, shutdown. The washing machine designed in this paper realizes the washing process through the programmable controller, which satisfies the intelligent control of the washing machine operation, and has concrete practice for realizing the first-class fully automatic washing machine. I believ

11、e that the fully automatic washing machine will have a broader market prospect.KEY WORDS： PLC; Washing machine; Reliability; Fully automatic;目录第一章 绪论11.1 选题背景11.2 洗衣机的发展历史11.3 洗衣机的应用现状11.4 本设计的目的和意义3第二章 可编程控制器的概述42.1 可编程控制器的定义及分类42.2 可编程控制器的结构及工作原理42.3 可编程控制器的主要技术指标5第三章 智能全自动洗衣机的总体设计63.1 智能全自动洗衣机的工作

12、原理63.2 智能全自动洗衣机的结构特点73.3 洗涤与脱水系统83.4 进水与排水系统9第四章 智能全自动洗衣机的硬件设计104.1 PLC的选型104.2 变频器与熔断器的选择与介绍104.3 水位传感器的选择114.4 进水阀的选择114.5 排水阀的选择134.6 智能全自动洗衣机的控制电路图134.7 智能全自动洗衣机的系统结构框图144.8 智能全自动洗衣机的I/O分配表154.9 智能全自动洗衣机的控制要求164.10 智能全自动洗衣机的电气接线图174.10.1 S7-300主机线路图174.10.2 重力传感器线路图17第五章 智能全自动洗衣机的程序设计185.1 PLC的工

13、作原理185.2 梯形图的绘制原则185.3 梯形图的程序设计（部分程序展示）19第六章 智能全自动洗衣机的模拟与仿真316.1 组态软件的简介316.2 根据任务书要求绘制316.3 根据任务书要求设置仿真326.4 根据任务书要求仿真过程演示36第七章 全自动洗衣机的常见故障及检修417.1 故障一：进水量未达到设定水位时就停止进水417.2 故障二：进水量必须超过设定水位较多后才会停止进水417.3 故障三：程序进入洗涤状态时，电机转动正常，但波轮不转417.4 故障四：洗涤时，脱水桶跟转427.5 故障五：脱水结束后，制动时间过长42结论43参考文献44致谢45II第一章 绪论1.1

14、选题背景 本文的课题源于市场上洗衣机产品。最近几年，洗衣机产品在市场上的价格愈加亲民，而这些洗衣机产品的核心控制元件即为PLC，PLC凭借着自身的优点，被大量电器产品制作商购买使用，成为了自动化电器产品的核心元件。在电子技术朝着微型化方向不断前进的过程中，PLC也从最早的1位机升级到16位机，最后升级到现在的32位机，并且体积也越来越紧凑，成为了易于集成、功能强大、多个功能接口的微机化PLC。步入全自动时代的不减少了许多人力劳动，甚至解放了双手，就连我们日常的洗衣服也渐渐被洗衣机代替，这一切全自动的背后都离不开PLC技术的发展与普及。1.2 洗衣机的发展历史无论是古代还是现代，洗衣服都是人们日

15、常生活中较为繁重的劳务，且一般情况下是不可避免的。在洗衣机产品问世之前，大众多通过手洗来完成衣服的洗涤工作，这些单调重复的动作，会使人感受到来自精神与机体的双方面疲劳。直到1874年，北美洲的布莱克研发了使用木材为基料制作的手摇式洗衣机，能够实现“摇动式”洗衣的功能，“手洗”的传统方式第一次受到了技术的冲击。又于1880年，承载着第一次工业革命的余温，世界上第一台基于蒸汽能源运行的洗衣机问世。在第二次工业革命开端的1991年，基于电力能源的洗衣机产品与美国问世，这意味着人们的家庭劳务第一次走进了自动化的世界。1922年，美国的玛依塔格公司对先前的电力洗衣机的动作机构进行改造，推出了搅拌式电力洗

16、衣机产品。20世纪60年代，日本研发了具有干燥功能的双桶洗衣机，这种洗衣机被当时的大众成为半自动洗衣机。20世纪70年代，日本对先前的产品进行改造，将两个桶的功能合二为一，研发了能够实现“洗衣-干燥”一体化的波轮式套桶洗衣机。20世纪70年代末，日本基于微电脑控制技术对洗衣机产品进行研发，自此，洗衣机产品的发展步入了全新的方向。20世纪80年代，日本基于“模糊控制”算法对洗衣机系统进行开发，对洗衣机的操作流程进行简化，并引入了更多、更全面、更具灵活性的功能，为用户提供了更多操作空间，并且该洗衣机外形美观，在当时得到了广大用户的青睐。20世纪90年代，在电机拖动理论与技术不断完善的过程中，电动机

17、的速度调控变得更易于实现，洗衣机产品也引进了这种全新的可调速电动机，市面上开始出现新水流洗衣机产品。后来，电机驱动理论体系得到了进一步完善，并推广至洗衣机的制造领域当中，日本的一些制作商开发出了可以由电机直接驱动的洗衣机产品，这种洗衣机无需动能的传动以及调控机构，毫无疑问这迈出了洗衣机发展的重要一步。如今，全自动洗衣机产品在大众中的普及程度很高，这使得人们的日常生活更为便捷，人们的家庭劳务得到了一定程度的解放，生活水平与生活质量也随之上升。1.3 洗衣机的应用现状全自动洗衣机根据结构不同可分为波轮式全自动洗衣机（也叫套桶式全自动 洗衣机）、滚筒式全自动洗衣机和搅拌式全自动洗衣机三大类。波轮式、

18、滚筒式、 搅拌式全自动洗衣机分别占全球洗衣机市场份额的 33%、52%和 15%。搅拌式洗衣机目前还没有进入我国市场，以下仅对滚筒式和波轮式两种洗衣机进行讨论。（1）滚筒式洗衣机更好地软化衣物纤维，减小洗涤过程中衣物的损伤和变形，并且还可以使洗后的衣物柔软而蓬松；提高温度来洗涤可充分溶解洗衣粉，加快洗衣粉中弱酸性物质与污物的化学反应速度，提高洗衣粉中酶的活性，同时有利于溶解汗渍、血渍、降低灰尘、油污的粘附作用，从而可在同样的洗净比下大幅度降低洗涤过程对机械外力的需求；温度高有利于污物在水中的扩散；高温能有效地杀死一些细菌；在加热状态下，波轮洗衣机不管朝内筒添加何种水流，最终目标只有一个，那就是

19、其洗净比达到一定的标准值，这就要求内筒的转动达到一定的速度，然而在内筒的高速转动下，衣物必然会产生不同程度的磨损，因此，相比于滚筒式洗衣机，波轮式洗衣机对衣物的磨损程度更高。尽管水流的形式存在着一定的差异性，然而实际上出发点是相同的，降低衣物之间缠绕的概率，同时提高水流对衣物的冲刷力，因此，相较于传即通过不同的水流形式统的桶壁摩擦，水流冲刷的形式对目标清洗衣物的磨损程度更低。（2）波轮式洗衣机由于价格原因，相比于滚筒洗衣机，波轮式洗衣机仍具有较大的用户规模。 在水流方面，波轮式洗衣机呈现出了各种新型水流，比如LG公司推出的“拳击棒”水流，松下公司推出的“双瀑布”水流，荣事达公司推出“网络”水流

20、等，这些水流的款式看似新颖，然而最终还是要实现同一个功能。在内桶方面，波轮式洗衣机大都使用不锈钢内筒，这种材质的内筒较为光滑，可以将低目标清洗衣物与桶壁之间的摩擦力，尽可能地降低了衣物磨损状况的出现。在洗涤动作方面，波轮式洗衣机采用了同心洗，即将电机的主轴与内筒的主轴直接连接，无需装配其他传动机构，电机直接为洗衣机的动作机构提供动能。这种装配模式有利于减轻脱水环节内筒的机械振动，从而在声音的激发源上一定程度地扼制了声信号强度，避免过电机与内筒发出过响的声音，造成声污染。在电机的变频方面，一些波轮式洗衣机具有变频功能，通过该功能可以实现根据衣物种类的不同而自适应调节电机的转速，对不同类型的衣物采

21、用不同的转速，在确保衣服被干净洗涤的前提下，尽可能地降低衣物被内筒磨损的程度，同时，变频功能还体现在洗衣机的脱水方面，在进行脱水环节的过程中，电机按照一定的函数关系在额定时间内缓慢启动，让衣物通过离心力的作用均匀地分布地内筒壁上，实现脱水的功能，电机的轴心与内筒的轴心重合，能够有效地降低噪音，变频洗衣机的不足之处是造价过高。如今，市场上的许多制作商已经推出了无需加入洗涤材料的洗衣机产品，还有一些制作商推出了体积紧凑的可携带旅行洗衣机，同时，又有一些制作商推出了可以通过终端设备实现远程控制的洗衣机产品。可见，在未来，洗衣机产品将朝着多功能化、节能化、便捷化、智能化的方向发展，并更多地考虑用户的个

22、性化需求。1.4 本设计的目的和意义目前我国PLC技术已非常成熟，有着响应速度快，同步性强、安全可靠、开发成本低、可伸缩性强、数据总线多、易于维护等优势，适用于各种工业制造领域，基于PLC开发的设备具有较好的环境抗性，能够适应粉尘密度高、声污染严重、短时间内温度起伏大、强电磁场干扰等较为极端的工作环境。这足以使PLC成为实现工业生产自动化的一大支柱。我们日常的洗衣机多为电脑程控式全自动洗衣机，会有很多弊端，如由于设计比较复杂，一旦出现故障，维修过程判断及排除的难度也大，不够人性化，再或者就是不能根据洗衣量或洗衣类型的不同及时调整洗衣机的工作强度，从而产生耗能高，浪费水资源等一系列问题，设计上实

23、在不够人性化、智能化，而本次设计将针对这些问题展开研究以并予以解决。本设计描述了洗衣机工作的基本流程，根据各个工作环节对相应的程序进行设计，并选择与软件程序适配度高的操作系统，确保了系统运行过程中的稳定性与可靠性。本系统基于PLC进行开发，从系统的实际功能需求出发，依次设计各个功能模块对应的程序，先对系统所需的部件进行采选，再对系统运行的流程进行分析，进而明确相应的程序设计思路，最后实现可编程控制的功能。可此设计主要介绍全自动洗衣机的工作原理，控制系统的PLC的造型和资源配置，控制系统程序设计，根据全自动洗衣机的工作原理，利用可编程控制系统实现控制。第二章 可编程控制器的概述2.1 可编程控制

24、器的定义及分类 1) 可编程控制器的定义PLC即可编程控制器（Programmable logic Controller），是指以计算机技术为基础的新型工业控制装置。在 1987 年国际电工委员会（International Electrical Committee）颁布的PLC标准草案中对 PLC做了如下定义：“PLC 是一种专门为在工业环境下应用而设计的数字运算操作的电子装置。它采用可以编制程序的存储器，用来在其内部存储执行逻辑运算、顺序运算、计时、计数和算术运算等操作的指令，并能通过数字式或模拟式的输入和输出，控制各种类型的机械或生产过程。 PLC及其有关的外围设备都应该按易于与工业控制

25、系统形成一个整体，易于扩展其功能的原则而设计。”2) 可编程控制器的分类（1） 小型PLC连接开关量I/O模块、模拟量I/O模块以及其它各种特殊功能模块，能执行 包括逻辑运算、计时、计数、算术运算、数字输入/ 输出点数在 128 点以下的PLC称为小型 PLC。其特点是体积小、结构紧凑，它可以据处理和传送、通信联网以及各种应用指令。（2）中型 PLC 能实现在功能外，还具有强在的网络通信功能、更丰富的指令系统、更大的 内存容量和更快的扫描速度。（3）大型 PLC 输入/ 输出点数大于512的 PLC称为大型 PLC。它具有强大的软件硬件功能、自诊断 功能、通信联网功能，它可以构成三级通信网，实

26、现工厂生产管理自动化。另外大型 PLC 还可以采用三 CPU构成表决式系统，使机器具有更高的可靠性。2.2 可编程控制器的结构及工作原理1) 可编程控制器的结构 PLC实质是一种用于工业控制的计算机，其硬件结构基本上与微型计算机相同。根据结构形式的不同， PLC的基本结构分为整体式和模块式结构两类。（1）整体式结构的 PLC 整体式结构的PLC由中央处理器（CPU）、存储器、I/O 单元、电源电路和通信端口 等组成，并将这些组装在一起。（2）模块式结构的 PLC 模块式结构的PLC是将中央处理器（CPU）、存储器、输入/ 输出单元、电源电路和通信端口等分别做成相应的模块，应用时将这些模块根据要

27、求插在机架上，各模块间通过机架上的总线想到联系。2) 可编程控制器的工作原理PLC的工作原理与继电器构成的控制装置一样，但是工作方式不太一样。继电器控制是并行运行方式，即如果输出线圈通电或断电，该线圈的触点立即动作。 而 PLC则不同，它采用循环扫描技术，只有该线圈通电或断电，并且必须当程序扫描到该线圈时，该线圈触点才会动作。也可以说继电器控制装置是根据输入和逻辑控制结构就可以直接得到输出，而 PLC控制则需要输入传送、执行程序指令、输出3个阶段才能完成控制过程。 2.3 可编程控制器的主要技术指标 （1） 存储器容量 存储器用来存储程序和系统参数等， 其容量是由用户程序存储器和数据存储器组成

28、的。程序存储器容量大小决定了用户所能编写程序的长度。一般中小型 PLC的存储器容量在 16KB以下，大型的 PLC可达到 2MB左右。（2） 输入 / 输出点数 输入/ 输出点数是指根据工业系统控制要求所得到的对应于 PLC的输入 / 输出端的个数。 I/O 点数越多，说明需要控制的器件和设备就越多。（3） 扫描时间 扫描时间是指 CPU内部根据用户程序，按逻辑顺序，从开始到结束扫描一次所需的时间。PLC用户手册一般给出执行指令所用的时间。（4） 指令种类和数量 指令的种类和数量决定了用户编制程序的方式和 PLC的处理能力和控制能 力。（5） 内部寄存的种类和数量 内部寄存器主要包括定时器、计

29、数器、中间继电器、数据寄存器和特殊寄存 器等。它们主要用来完成计时、技术、中间数据存储、数据存储还有其它一些功 能。种类和数量越多，PLC的功能就越强大。（6） 扩展能力 PLC扩展能力是指 PLC是否能具有 I/O 点数扩展、功能扩展、联网等一些功能。（7） 智能模块的种类和数量 智能模块是指能完成模拟量控制、远程控制以及通信等功能模块。智能模块种类和数量越多，说明PLC功能越强大。第三章 智能全自动洗衣机的总体设计3.1 智能全自动洗衣机的工作原理通过多种理论知识与技术的相结合设计成一款全自动的洗衣机。其对服饰的洗涤过程如下：服饰先经过添加洗衣液的水进行浸泡，使污渍初步分解，然后机械设备对

30、服饰进行冲洗之后对其产生的污垢进行排放，进而完成对衣物的清洗。洗衣液先被置于波轮叶片中，通过机身的转动，离心力逐渐加大，洗涤剂将会被甩去桶壁，进而慢慢沿着桶壁相上流。由于波轮设备中洗衣液的流失，导致其内部压力降低，洗衣液就会随着压力的作用沿着桶壁流向波轮中心处，不断循环就会产生涡流，其转动所围绕得轴线是波轮轴。此时服饰就会通过涡流得作用力进行不断旋转，在波轮中心以及桶壁之间来回旋转，同时服饰在桶壁处旋转时两者会有摩擦。同时，服饰由于受到压力的作用在旋转到波轮轴处也会与其产生摩擦，这样就模拟了对服饰的手动洗涤，进而达到洗净的效果。此外，由于服饰与水在旋转的过程中运动速度有差异，因此，两者之间会有

31、摩擦力的作用，进而达到对衣物洗涤的目的。同时，洗衣桶的设计形状凹凸不平，因此水在洗衣桶的流动过程其运动方向会不断发生变化，因此洗衣桶会有湍流产生，服饰受到其作用，将会不断改变运动速度与方向，不断旋转滚动，其表面上的污渍受到多种摩擦力的作用，同时由于衣服受到不规则方向运动力的作用，其被拉伸的更长，进而达到更好的洗涤效果，做到全方位的洗涤。洗衣机的进出水是通过阀门来进行的，阀门上通过电磁、电机以及传感器的作用，实现自动控制进出水。进水阀主要有两种功能，分别时打开与关断水源。当进水阀上的电磁线圈电源被切断后，其由于受到弹力以及本身的重力作用，将会紧贴着橡胶模片，进而防止水流通过膜片上的水流口进行流通

32、，达到关闭水阀的目的。若水阀上的电磁线圈接通电源时，由于电流的作用其会产生电磁力，使铁芯沿着轴线相上移动，进而打开水流口，达到打开水阀的目的。对于膜片上的中心水流口以及边缘上的水流口而言，前者能流通更大的水流，当水流口接通后，膜片上方由于水流的作用，从一定程度上降低膜片上面所受到的压强，此时膜片上下压力不等，将会产生压力差，进而导致水阀打开。洗衣机上的与水位有关的开关是通过压力的作用来设计的。洗衣机贮气室里的气体可以通过气室入口进行流通，若水流流进桶内，气室入口将会关闭，水流不断增加致使桶内水位增加的同时贮气室的也会不断增加水位，此时由于空间体积减小，气室里面的压强就会逐渐提升，通过压力的作用

33、将会推动波纹膜片相上移动，使顶杆产生偏移进而转换水触点，达到自动转换水位的目的。通过智能型模糊控制洗衣机具有更高的自动化程度，例如可以检测水温、水位的高度、服饰的体积以及干净程度，进而选择放入适量的洗衣液以及选择能最适合服饰洗涤的方式。它的工作原理如下：首先对洗衣桶加入一定的水量，电机随机旋转，转速逐渐增加，经过一段时间后达到稳定运转状态，此时电机将会断开电源，随着惯性的作用洗衣桶依然会沿着原来的方向转动，旋转电机此时接通电流，产生与原来方向相反的电动势，电路将会对此电动势首先进行波形整形，进而将其放大，形成矩形脉冲，系统通过判断矩形脉冲的参数信息，进而判断出服饰的数量以及质量。系统将会通过洗

34、涤过程水流杂质的含量来判断服饰的干净程度。由于水流杂志的含量会导致水流透明度的改变，通过装设于系统的光电传感器，通过红外光的发射以及接受，根据所接受的光照强度的分析出水流的透明度，进而判断出服饰的干净程度。洗衣机进行排水时，将会通过压电传感器的使用，通过水流的压力作用，调整水桶的运转速度进而达到脱水的目的。3.2 智能全自动洗衣机的结构特点智能洗衣机的内桶与外桶的轴心轴线相同。其外桶不可移动，作用为存储水，而内桶可以沿着轴线旋转，作用为排放水。水流可以通过内桶与外桶之间的许多洞孔进行流通。洗衣机设有称重设备，当添加完衣物后会计算出自身改变的质量，上传衣物质量数据，计算出自动投放的洗衣液量，再选

35、择洗衣类别后确定洗涤参数。水流可以通过电磁阀门来进入或者排除洗衣机，洗衣机需要注入水量时，进水阀将会接通电源，打开水阀，外桶将会有水流流入。洗衣机需要排水脱水时，排水阀将会接通电源，将水流向外排放。洗衣机对服饰的洗涤过程将会通过电动机的转动实现沿着正方向或者反方向旋转，但此过程内桶不会转动。排水过程系统将会接通离合器，通过旋转的惯性作用使服饰脱水。系统通过高低水位开关来检测桶内的水量。按下启动按键将会启动洗衣机，通过按下停止按钮，可以使洗衣机停止运行。其示意图如图3.2所示。图3.2智能全自动洗衣机示意图3.3 洗涤与脱水系统通过波轮的转动，可以实现对服饰的洗涤。洗衣机的波轮装设在桶内的中心处

36、，波轮托盘与外桶进行连接。套桶式全自动洗衣机需要保证以下两点，一是能通过离心力的作用对服饰进行脱水，二是洗衣桶需要有足够的容量。全自动洗衣机的洗衣桶形状特征是：桶的下部分的容纳体积相对于桶的上部分较小，桶的下部的形状为锥形。为了确保服饰能洗涤干净，通过设计桶内形状可以提升洗涤过程衣物于桶壁之间的摩擦力，进而提升洗衣机的洗涤能力，例如在内桶壁增加崎岖不平的凸槽。在洗涤过程中，服饰于桶壁产生相对运动，通过摩擦力的作用，模拟人工洗涤，同时，由于涡旋作用，对服饰的洗涤能达到更好的效果。系统的传动部分由多个设备组成，分别有转动风叶、联系皮带、驱动皮带转动的皮带轮以及中心轴线。洗衣机的脱水系统的组成设备分

37、别有：内桶、计算时间的定时器、保护设备的安全开关、驱动转动的电动机以及抑制转动的制动机等等。洗衣机的上盖带有锁定设备，主要由盖板、箱体以及对其控制的电路开关等组成。洗衣机的控制开关连接有电磁导体；盖板上设有与机体固定的凹槽装置，机体上部分装设有电磁铁，通过机箱内壁的所设计的伸缩口与其相连接，在通电后衔铁将会向外伸出，与盖板的凹槽相连接，达到固定盖板的作用。系统控制开关与脱水开关有一定的逻辑联系，洗衣机进行排水过程期间，衔铁会向外伸出，将盖板固定防止用户对其打开，保障了设备与人身安全。3.4 进水与排水系统 通过水位压力开关以及进水阀的使用，可以实现洗衣机进行自动注水。此系统通过设置运行程序，调

38、节系统进水过程，为了防止洗衣机水位过满而溢出，通常会设计一个溢水口，安装位置在外桶的上端。在对服饰的洗涤过程时，洗涤水以及洗涤泡沫都可以沿着此口向外流出，有助于加快漂洗过程。这种洗衣机一般会有三个级别的水位，由水位开关进行控制，同时会设置多个水位功能，例如，低、中、高水位，补充注水等。当桶内注入水量超过预设水位时，由于水位过高，橡皮气膜中的压强也随之提升，其会受到起立的作用进而被顶开，此时中触片就会向上移动，进而与上触片相连接，导致关闭进水阀，进而接通电动机，通过内桶的旋转对服饰进行洗涤。若系统水位开关转到低水位档，洗衣机中的凸轮将会发生转动，其曲率半径相对偏低。此时橡皮气膜表面的压力增大，进

39、而导致弹簧被压缩，设气膜表面的压力为P1。直到洗衣机桶内注入够30升的水，机体软管里面的由于水位上升，空气体积变小，压强增大，设置其对气膜压力为P1，若空气压力大于弹簧压力，即F1大于P1，此时中触片下方压力大于上方，向上移动，直到碰到上触片，洗衣机的旋转电动机将会启动，同时断开进水阀。通过编写程序对系统的排水阀进行操控是全自动洗衣机的基本特征，所控制的排水阀主要由电磁阀以及牵引排水阀。阀盖、弹力弹簧、与阀芯连接的拉簧以及橡皮等等都是排水阀的主要组成部分。对排水阀的自动控制需要通过电磁铁实现，应用于套桶式的洗衣机中其用作改变洗衣机运行状态的设备，排水电磁铁主要由线圈、磁轭、静铁芯、衔铁和短路铜

40、环等组成。第四章 智能全自动洗衣机的硬件设计4.1 PLC的选型1.西门子S7-300系列PLC这类PLC的外形相对于其它类型的PLC其比较美观，其功能具有两类PLC的特征，分别是整体式与模块式，其数据集合单元、扩充系统规模的单元以及扩展CPU的模块都有相公的高度以及宽带。通过电缆接线可以将它们连接起来，进而形成一个类似于长方体的模型。它的功能比较完善，支持多通道同时输入，设计购买成本低以及变成灵活性高，其广泛运用于规模较小的系统的设计。2.可编程控制PLC的选型无论是从功能的种类还是从运行速度来看，S7-300系列PLC都是最优的产品。它的最小数据存储单元可以容纳16k步的数据，同时，输入输

41、出端口可以的数据容量可以扩大到256点。此外，其基本指令丰富，具有27条，并且相对于其它类型的PLC，其运行速度大大提升。而且还设计有其它类型PLC没有的多种性能，通过这类模块的运用，可以完成对输入的模拟、位置控制以及通过互联网进行信息交流等操作。S7-300系列PLC中具有辅助、状态继电器两种中间继电器，分别扩展容量分别是3000多点以及1000多点，还有加数器以及加减计数器两种计数器，分别是200点16位以及35点32位，此外，还具有跳步指针以及中断指针，分别是128点以及15点的。有此类元件组成的PLC可以实现多种运行功能。3.S7-300系列PLC过程映像区介绍对S7-300 PLC内

42、部模块扩展的方法有很多，利用主机带进行扩展就是其中之一。通过数字量以及模拟量模块的介入，提升系统的控制范围。CPU的规格决定了其数据参数，例如映像区的数据范围以及默认的功能模块，某些比较老式的CPU不能改变映像区的范围。本洗衣机系统所采用的CPU型号为315-2PN/DP，无论是输入量还是输出量，其映像区所占数据范围都为128，PCL扫描周期会受其影响，通常不会将映像区的范围设置到最大。4.2 变频器与熔断器的选择与介绍本系统所采用的变频器是RENESAS企业研发的，规格型号是RX62T DSP，其适应性比较强，可以安装与多种系统设备，其I/O端子数量丰富，同时为了防止系统发生故障对其损坏，它

43、还装设有相应的继电保护模块，可以适应于不同的负荷数量，运行可靠性非常高，可以设定不同的参数以满足完成设计不同的功能。系统还具备保护电路的一种元件：熔断器，其通过判断电路或者元件上流通的电流进行工作，若电流小于预设值，熔断器对电路不会产生影响；若电流大于预设值，其会断开短路，防止设备元件因电流过大而遭到破坏。装设熔断器的具有多种优点，例如型号多样化，元件空间体积占比小，容易装设以及拆除，价格低廉，可靠性高，保护性强等等。熔断器只适用于系统运行频率为50Hz，其额定运行电流不能超过5安培，其额定电压不能超过380伏特，若线路发生过载或者短路故障等现象，其会迅速切除电路。4.3 水位传感器的选择 通

44、过水位传感器的运用，可以实现对洗衣机水位的控制。其与预先设定一个压力参数，当洗衣机桶内注入水流后，由于水位会对其产生压力，当压力大于预设值时，此时将会通电，作为一个开关设备以控制水位。由于多种因素的影响，大部分洗衣机都使用通过压力触发的水位开关，其安装在洗衣机洗涤缸的上方，开关连接着一条管道，当洗衣机注入水流时，管道内的水位上升，气体被压缩，管道内气体压强增大，通过对此压力的检测，实现对开关的控制，进而实现对水位的控制。可以通过弹性设备来检测气体中的压力，依靠元件的伸缩性，通过判断设备的形变程度以及触电的配合来实现是否动作，这就是所谓的“静压法”测量水位状况，其被广泛运用于工业测量中，本系统采

45、用的水位开关时海尔洗衣机的。压力式开关型号： XQB50-L DC 6V 10mA。其示意图如图4.3所示。图4.3 洗衣机水位开关4.4 进水阀的选择 进水阀用来控制进水，进水时先选择水位档位，到达设定水位，相应的水位开关闭合，由程序控制进水阀闭合，从而开始洗衣工作过程。从经济角度考虑选用通用进水电磁阀（FCD-270B）。其示意图如图4.4所示。a) 品牌：星光b) 产品型号： FCD-270Bc) 适用范围：洗衣机用等家用电器d) 产品别名：通用水阀e) 连接形式：螺纹f) 公称通径： G34 C16（mm）g) 适用介质：水、气、油h) 压力范围： 0.02-1.0（Mpa）i) 适用

46、温度： 0-100（）j) 主体材料：塑胶k) 特点：性能稳定、坚固耐用、安全可靠、灵敏度高、质量保证、外形美观。l) 主要技术指标： 1、使用环境海拔高度不超过 2500米； 2、工作介质温度 0 60（丁腈橡胶）；0 100（硅橡胶）； 3、适用介质：水、气、油。m) 进水电磁阀（单通）的名称意义如： FCD-270B（1） 其中 F 是表示阀门的汉语拼音缩写的意义；（2） C 表示进出水口的相对角度 （进出水的相对角度只有两种： 即垂直用C表示、平行用 P 表示）；（3） D 表示出水口的数量（出水口的数量只有三种表示即单通用D表示、双通用S表示、多于两个出水口的用数字表示 3、4等）；

47、（4） 270表示进水口与引出端子的相对角度（进水口与引出端的相对角度只有四个角度 0、90、180、270度）；（5） B 是生产工厂的内部编号；图4.4 通用进水电磁阀4.5 排水阀的选择 排水阀用来控制排水，洗衣机按工作顺序洗完衣服后，由程序自动启动排水 阀开始排水，当排空后排空检测开关闭合，启动脱水电磁离合器，开始脱水，脱水过程中保持排水。本系统选择海尔全自动洗衣机排水阀，型号为 XQB50-L。4.6 智能全自动洗衣机的控制电路图图4.6 控制电路图图中“正转”、“正转2”“反转”、“脱水”分别是控制电动机电源方向的四个继电器组，它们的线圈分别与PLC的输出端“Q0.1”“Q0.4”“Q0.2”“Q0.3”相连，由PLC的输出信号控制。由变频器限制着正转2组和脱水组，然后再介入电动机，三个变频器分别对应三个不同的转速，脱水转速最快，所以说，只要更改了变频器参数就可以更改漂洗和洗涤的速度。4.7 智能全自动洗衣机的系统结构框图图4.7 系统结构框图4.8 智能全自动洗衣机的I/O分配表智能全自动洗衣机的I/O分配表如表4-1所示为：表4-1 智能全自动洗衣机的I/O分配表输入 输出 I0.0 启动按钮 Q0.0 运行指示灯 I0.1 停止按钮 Q0.1 滚筒正转 I0.2 加热按钮 Q0.2 滚筒反转I0.3 纯棉衣物选择 Q0.3