基于PLC的全自动洗衣机的控制系统的设计

摘 要自从全自动洗衣机诞生以来，其内部的电路控制系统就不断的被改进。设计方法也开始多种多样，从而使全自动洗衣机显得更加智能化。可编程控制器（PLC）以微处理器为核心，普遍采用依据继电接触器控制系统电气原理图编制的梯形图语言进行程序设计，编程容易，功能扩展方便，修改灵活，而且结构简单，抗干扰能力强。三菱FX2N系列可编程控制器指令丰富，可以接各种输出、输入扩充设备，有丰富的特殊扩展设备，其中的模拟输入设备和通信设备更是符合全自动洗衣机控制系统的要求和特点。本人选择FX2N-32MR-001为核心部件，着重进行硬件接口设计，利用梯形图和语言表进行编程，实现了全自动洗衣机控制系统的自动化。关键词：PLC 电气控制 自动化 AbstractSince the inception of automatic washine,its internal control system on the circuit constantly being improved.Design began to diversity,so that even more intelligent automatic washing machines.Programmable logic Controller(PLC) microprocessor core,commonly used control system based on electrical relay contactor prepared ladder diagram programming language,programming is easy,convenient features extend,modify and flexible,and simple,anti-interference ability.Mitsubishi FX2N Series PLC instruction rich,you can take a veriety of output,input expansion device with rich special expansion devices,including analog input devices and communications equipment is fully antomatic washing machine control system consistent with the requirements and characteristics.I choose FX2N-35MR as the core component ,focusing on the hardware interface design,use of ladder diagram and programming language table to realize the automatic control system for automatic washing machine.Keyword: PLC electrical control automation目 录摘 要iAbstractii绪 论1第一章 洗衣机2第一节 洗衣机的分类与特点2第二节 洗衣机的发展历史及发展趋势3第三节 全自动洗衣机的现状及发展趋势4一、外观造型方面4二、生产工艺方面5三、内部水流方面5四、波轮形状方面5五、容量方面6六、节能节水方面6七、健康洗涤方面6第四节 全自动洗衣机的结构及主要部件7一、全自动洗衣机的结构7二、全自动洗衣机的主要部件8第二章 可编程控制器PLC13第一节 可编程控制器的定义及特点13一、高可靠性13二、应用灵活、使用方便14三、面向控制过程的编程语言，容易掌握14第二节 可编程控制器的分类14一、小型PLC14二、中型PLC14三、大型PLC15第三节 可编程控制器的主要技术指标15一、存储器容量15二、输入/输出点数15三、扫描时间15四、指令种类和数量15五、内部寄存的种类和数量15六、扩展能力16七、智能模块的种类和数量16第四节 中国可编程控制器的发展现状分析16第五节 可编程控制器的结构和工作原理17一、PLC结构分类17二、PLC各组成部分介绍18三、基本指令19四、PLC的工作原理20五、PLC控制系统设计的基本原则21六、PLC I/O模块的选择步骤与原则21第三章 三菱FX2N系列的硬件知识25一、PLC的模块介绍25二、切换开关26三、指示灯27四、存储器27五、FX2N 系列PLC的硬件系统构成28六、FX2N 系列PLC的硬件系统配置28第四章 全自动洗衣机的PLC控制29第一节 任务介绍29第二节 PLC的选择29第三节 控制程序的编制及硬件接线图31一、洗衣机电机主接线路图31二、PLC硬件连接线路如下图所示32三、全自动洗衣机工艺流程图33第四节 定时器/计数器说明34第五节 梯形图34一、工步介绍34二、辅助继电器34三、梯形图34第六节 指令表37第七节 操作说明39外文资料40中文翻译47总 结52参考文献53致 谢55iv绪 论 随着科技的进步及工业的发展，洗衣机以及其他一些方便人们日常生活的电器相应产生。作为洗衣机大家族中的一支，全自动洗衣机的产生更加方便了人们的生活。全自动洗衣机就是将洗衣的全过程预先设定好N个程序，洗衣时选择其中一个程序，打开水龙头并启动洗衣机开关。然后洗衣的全过程就会自动完成，洗衣完成时由蜂鸣器发出声响。PLC控制全自动洗衣机的编程语言容易掌握，是电控人员熟悉的语言，实用术语依然是“继电器”一类术语，大部分与继电器触头的链接相对应，使电控人员一目了然。PLC控制实用简单，他的I/O已经做好，输入输出信号可直接链接，非常方便，而输出口具有一定的驱动能力。PLC是专门用于手工业现场自动控制装置，在系统硬件上采用抗干扰措施。当工作程序需要改变时，只需改变PLC的内部，重新编程而无需对外围进行重新改动。从这些方面突出了实用PLC控制全自动洗衣机的优越性。目前所知的应用到PLC的全自动洗衣机大部分都是企业中用的工业洗衣机，且酒店、旅馆进行大批量洗涤床单被褥等也要用到工业洗衣机，而一般家用洗衣机是用普通的控制芯片来控制。目前越来越多的家用高端洗衣机也开始采用了PLC来控制，如日立滚筒洗衣机BD-90V2 型。这也说明了用PLC来控制全自动洗衣机并不是毫无意义。第一章 洗衣机第一节 洗衣机的分类与特点市场上的洗衣机品种繁多，功能各异，我们先将各种洗衣机分一下类。目前，我国洗衣机的分类方法主要有三种：按自动化程度分类，按洗涤方式分类，按结构方式分类。按自动化程度分类，洗衣机可分为普通型、半自动型、全自动型三大类。目前市场上大多是全自动型洗衣机，它是指洗涤、漂洗、脱水各个功能之间的转换全部不用手工操作而能自动进行的洗衣机。这种洗衣机在选定的工作程序内由机电式程序控制器或微电脑程序控制器适时发出各种指令，自动完成各个执行机构的动作，使整个洗衣过程自动化。按结构方式分类，洗衣机可分为单桶、双桶、套桶三大类。单桶洗衣机。单桶洗衣机自动化程度较低，多为简易型和普通型，少量的为半自动型。其主要特点是占地面积小，价格便宜。双桶洗衣机。双桶洗衣机实际上就是单桶洗衣机和脱水机的组合。它的洗衣部分和甩干部分有各自的电动机和定时器。双桶洗衣机功能齐全，使用方便，操作简单，省水，省电，价格适宜，品种多样。目前，我国双桶波轮式洗衣机占主导地位。双桶洗衣机。脱水桶壁上设有许多小孔，甩干电动机高速运转，在大的离心力作用下，衣物水分被甩出，并顺着排水管排出。套桶洗衣机。该洗衣机的特点是内、外两个立式容器套装在同一个轴心上。波轮式套桶洗衣机多为全自动型。因其离心桶的外径小于盛水桶的内径，故将外桶和内桶套装在同一个轴心上，减少了占地面积。其外桶作为盛水容器，内桶作为洗涤、漂洗、离心脱水用。常见的波轮式套桶洗衣机是单电机的，洗涤及脱水工作由离合器控制。洗涤时波轮转动而脱水桶不转，脱水是波轮与脱水桶一齐旋转。 按洗涤方式分类，洗衣机可分为波轮式、滚筒式等波轮式洗衣机。波轮式洗衣机是将洗涤衣物浸泡在水中，靠波轮正、反方向的交替转动或连续单方向的转动使衣物在水中不断翻滚，而达到洗净衣物的目的。主要特点是：洗涤能力强、洗涤时间短、结构简单、可调节水位、成本低、易维修、易操作。滚筒式洗衣机。滚筒式洗衣机自动化程度高，洗涤性能好，容量大，质量高。第二节 洗衣机的发展历史及发展趋势从古到今，洗衣服都是一项难于逃避的家务劳动，而在洗衣机出现以前，对于许多人而言，它并不像田园诗描绘的那样充满乐趣，手搓、棒击、冲刷、甩打这些不断重复的简单的体力劳动，留给人的感受常常是：辛苦劳累。于是随着科学技术的发展，洗衣机应运而生，下面我们介绍下洗衣机的发展历史：1874年，“手洗时代”受到了前所未有的挑战，美国人比尔布莱克斯发明了木制手摇洗衣机。布莱克斯的洗衣机构造极为简单，是在木筒里装上6块叶片，用手柄和齿轮传动，使衣服在筒内翻转，从而达到“净衣”的目的。这套装置的问世，让那些为提高生活效率而冥思苦想的人士大受启发，洗衣机的改进过程开始大大加快。1880年，美国又出现了蒸气洗衣机，蒸气动力开始取代人力。在此之后，水力洗衣机、内燃机洗衣机也相继出现。到1911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。电动洗衣机几经完善，在1922年迎来一种崭新的洗衣方式“搅拌式”。搅拌式洗衣机由美国玛依塔格公司研制成功。这种洗衣机是在筒中心装上一个立轴，在立轴下端装有搅拌翼，电动机带动立轴，进行周期性的正反摆动，使衣物和水流不断翻滚，相互摩擦，以此涤荡污垢。搅拌式洗衣机结构科学合理，受到人们的普遍欢迎。不过10年之后，美国本德克斯航空公司宣布，他们研制成功第一台前装式滚筒洗衣机，洗涤、漂洗、脱水在同一个滚筒内完成。这意味着电动洗衣机的型式跃上一个新台阶，朝自动化又前进了一大步！直至今日，滚筒式洗衣机在欧美国家仍得到广泛应用。随着工业化的加速，世界各国也加快了洗衣机研制的步伐。首先由英国研制并推出了一种喷流式洗衣机，它是靠筒体一侧的运转波轮产生的强烈涡流，使衣物和洗涤液一起在筒内不断翻滚，洗净衣物。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。至此，波轮式、滚筒式、搅拌式在洗衣机生产领域三分天下的局面初步形成。20世纪60年代以后，洗衣机在一些发达国家的消费市场开始形成系列，家庭普及率迅速上升。此间洗衣机在日本的发展备受瞩目。60年代的日本出现了带干桶的双桶洗衣机，人们称之为“半自动型洗衣机”。70年代，生产出波轮式套桶全自动洗衣机。70年代后期，微电脑控制的全自动洗衣机横空出世，让人耳目一新。到80年代，“模糊控制”的应用使得洗衣机操作更简便，功能更完备，洗衣程序更随人意，外观造型更为时尚进入90年代，由于电机调速技术的提高，洗衣机实现了宽范围的转速变换与调节，诞生了许多新水流洗衣机。此后，随着电机驱动技术的发展与提高，日本生产出了电机直接驱动式洗衣机，省去了齿轮传动和变速机构，引发了洗衣机驱动方式的巨大革命。在中国，由于历史原因，洗衣机工业起步较晚，直到1978年才正式生产家用洗衣机。但是，随着人们认识的发展，尤其是改革开放的不断深化，进入80年代后的洗衣机工业并没有像一些人预料的那样停步不前，而是保持着旺盛的发展势头。1983年洗衣机产量由1978年的400台飙升到365万台，此后全国各地掀起了大规模的技术引进热潮，大约有40多个厂家先后从洗衣机技术先进国日本、英国、法国、意大利、澳大利亚等引进技术60多项。技术的引进、吸收和创新，极大地提升了国产洗衣机的产业素质与生产能力，缩短了同发达国家之间的差距。如今，我国洗衣机年产量约占世界年产量的四分之一，居于世界首位。除了在数量和品种上满足国内市场外，还出口到北美、欧洲、东南亚等地，跻身于国际洗衣机市场的竞争行列第三节 全自动洗衣机的现状及发展趋势随着洗衣机质量不断提高和居民购买能力的增强，洗衣机行业迎来了成熟期之后市场需求的提升。人们在注重产品品质和价格的同时，对产品外观和功能的要求也越来越高。目前，国内大部分洗衣机的外观都相差不大，只有中外合资企业LG、三星、松下、惠而浦、东芝、夏普等的外观较为独特。近年来，许多新技术和新工艺应用于洗衣机上，例如：离心原理应用、无离合器技术、波轮与内桶一体化技术、无孔内桶技术等等。洗衣机的发展方向主要表现在以下7个方面：一、外观造型方面亚洲风格：荣事达和日本的圆弧流线型设计。亚欧结合：方形透明视窗。洗衣一目了然，拱形箱体设计，美观大方、结实牢固、增大内部活动空间，防振抗振效果更佳。新概念外观、彩色化设计：不锈钢波轮，汽车用超豪华漆，打破家电黑白框框，更符合家居装饰化。二、生产工艺方面采用VFD（真空荧光显示）技术，在黑暗的场所也清晰可见。全塑外壳，减振树脂外壳，箱体与底座连成一体。面贴与面板一次成型，牢靠、美观且耐用。三、内部水流方面喷淋喷射网络水流：从上下左右四面八方彻底搓揉衣物，不漏掉一点污渍，不缠绕，不打结，减少衣物摩擦。组合波轮，喷泉式循环水流：由外围大波轮形成的向上冲击水流组成。洗衣机由大波轮产生混力水流，由无孔内桶形成独特的上下水流。松下龙瀑布水流：水流从四个瀑布口强力喷射而出，宛如四龙腾飞。龙瀑布洗衣机打破了普通瀑布水流的固有模式，当波轮运转时，水流被吸纳入特殊设置的循环水道口，沿循环水道迅速爬升，从上下四个瀑布口强力喷射而出，形成强劲的上下两组对流式瀑布水流，从不同方位立体洗涤衣物，里里外外洗净衣物，同时降低了衣物的缠绕。松下双瀑布立体循环水流：形成上下水平揉搓的洗涤方式，特殊款型双瀑布，内槽上端两处不断循环强力注水，形成两个形似瀑布的特宽水流。强劲水柱：从底部中央喷出来的强劲水柱，产生三维多循环水流，改善了洗衣过程中衣物往中心集中，互相打结的现象：减少了衣物与波轮的摩擦，并具有古代棒打洗衣原理，强力捶打衣物。四、波轮形状方面惠而浦搅拌棒，立体旋转洗衣机：立体水流，洁净不缠绕；双重强力洗，去污更彻底；40摄氏度热浸泡，轻松免预洗，如惠而浦WA9950B。LG转桶式3步（大波轮中有三个小波轮）手搓双力神：浸透洗，高浓度浸泡，充分溶解污渍；分离洗、标准水位冲洗衣物与污渍彻底分离。三星不锈钢波轮：突破传统波轮设计理念，首创不锈钢波轮，配合不锈钢内桶，更显高贵身价，特有的混沌水流，使洗衣更干净。三星洁豪棒波轮：解开衣物，减少摩擦强打衣物，洁净更彻底。五、容量方面在洗衣机的容量方面，大容量依然是未来的消费趋势。由于消费者的居住空间不断扩大，必然要求洗衣机宽敞、方便，因此在容量上对大容量的需求将会逐步增多。我们发现，前几年洗衣机的主流容量为4-5公斤，而现在洗衣机的主流容量一般是6-7公斤，8公斤的大容量洗衣机需求也在不断的扩大。六、节能节水方面洗衣机作为一种常用的电器，用户不仅考虑购买价格，还会考虑购买后的使用成本，节能节水依然作为最实用的性能成为未来的发展趋势。并且洗衣机已经从原来单纯追求洁净、节水、节电等，逐步向健康、环保等方向发展。节能、环保产品越来越受关注。消费者在购买洗衣机时，对节能、环保的关注程度明显比以前提高，虽然节能产品的首次购机价格要比非节能产品高，但消费者往往从长期家庭支出来考虑，在购买产品是更倾向选择低能耗产品。同时，各大厂家也把节能环保产品作为自己的主推产品。七、健康洗涤方面健康洗涤作为一种新的观念被用户关注，这也成为2010年洗衣机发展趋势之一，这种观念将更加人性化的满足用户的需求。随着居民消费能力的提高，消费者对于洗衣机的需求已经不再满足于简单的“洗净”功能，对“节能”、“环保”、“杀菌”、“功能集成”等方面需求不断增加。此外，干洗一体和变频是洗衣机行业近几年的新概念，在厂商的大力宣传下，也获得了部分用户的认可。因此，随着用户对洗衣机产品性能需求的不断提升，干洗一体和变频成为发展趋势也在情理之中。第四节 全自动洗衣机的结构及主要部件一、全自动洗衣机的结构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。全自动洗衣机的实物示意图如下图所示：图1-1 全自动洗衣机示意图二、全自动洗衣机的主要部件（一）洗衣机电机：1.滚筒式洗衣机的电机：滚筒式洗衣机的电机是双速电机（双绕组），洗涤时是12极（约330转/分钟），脱水时是2极（约2840转/分钟），双速电机属于异步电动机变极调速，是通过改变定子绕组的连接方法达到改变定子旋转磁场磁极对数，从而改变电动机的转速。双速电机的变速原理是: 电机的变速采用改变绕组的连接方式，也就是说用改变电机旋转磁场的磁极对数来改变它的转速。 双速电机(风机),平时转速低,有时风机就高速转，主要是通过以下外部控制线路的切换来改变电机线圈的绕组连接方式来实现。 (1)在定子槽内嵌有两个不同极对数的共有绕组，通过外部控制线路的切换来改变电机定子绕组的接法来实现变更磁极对数； (2)在定子槽内嵌有两个不同极对数的独立绕组； (3)在定子槽内嵌有两个不同极对数的独立绕组，而且每个绕组又可以有不同的联接2.波轮式洗衣机的电机:波轮式洗衣机的电机是普通单相电机，转速为1450转/分钟，通过离合器实现波轮、脱水筒的动力切换，洗涤时动力通过齿轮减速传至波轮（离合器不动作），脱水时动力直接传至脱水桶（离合器动作）。 单相电机是只有一个绕组，转子是鼠笼式的。当单相正弦电流通过定子绕组时，电机就会产生一个交变磁场，这个磁场的强弱和方向随时间作正弦规律变化，但在空间方位上是固定的，所以又称这个磁场是交变脉动磁场。这个交变脉动磁场可分解为两个以相同转速、旋转方向互为相反的旋转磁场，当转子静止时，这两个旋转磁场在转子中产生两个大小相等、方向相反的转矩，使得合成转矩为零，所以电机无法旋转。当我们用外力使电动机向某一方向旋转时（如顺时针方向旋转），这时转子与顺时针旋转方向的旋转磁场间的切割磁力线运动变小；转子与逆时针旋转方向的旋转磁场间的切割磁力线运动变大。这样平衡就打破了，转子所产生的总的电磁转矩将不再是零，转子将顺着推动方向旋转起来。 要使单相电机能自动旋转起来，我们可在定子中加上一个起动绕组，起动绕组与主绕组在空间上相差90度，起动绕组要串接一个合适的电容，使得与主绕组的电流在相位上近似相差90度，即所谓的分相原理。这样两个在时间上相差90度的电流通入两个在空间上相差90度的绕组，将会在空间上产生（两相）旋转磁场，在这个旋转磁场作用下，转子就能自动起动，起动后，待转速升到一定时，借助于一个安装在转子上的离心开关或其他自动控制装置将起动绕组断开，正常工作时只有主绕组工作。因此，起动绕组可以做成短时工作方式。但有很多时候，起动绕组并不断开，我们称这种电机为单相电机，要改变这种电机的转向，可由改变电容器串接的位置来实现。 在单相电动机中，产生旋转磁场的另一种方法称为罩极法，又称单相罩极式电动机。此种电动机定子做成凸极式的，有两极和四极两种。每个磁极在1/3-1/4全极面处开有小槽，把磁极分成两个部分，在小的部分上套装上一个短路铜环，好象把这部分磁极罩起来一样，所以叫罩极式电动机。单相绕组套装在整个磁极上，每个极的线圈是串联的，连接时必须使其产生的极性依次按N、S、N、S排列。当定子绕组通电后，在磁极中产生主磁通，根据楞次定律，其中穿过短路铜环的主磁通在铜环内产生一个在相位上滞后90度的感应电流，此电流产生的磁通在相位上也滞后于主磁通，它的作用与电容式电动机的起动绕组相当，从而产生旋转磁场使电动机转动起来。在家用电器设备中，常配有小型单相交流感应电动机。交流感应电动机因应用类别的差异，一般可分为分相式电动机、电容启动式电动机、永久分相式电容电动机、罩极式电动机、永磁直流电动机及交直流电动机等类型。 一般的三相交流感应电动机在接通三相交流电后，电机定子绕组通过交变电流后产生旋转磁场并感应转子，从而使转子产生电动势，并相互作用而形成转矩，使转子转动。但单相交流感应电动机，只能产生极性和强度交替变化的磁场，不能产生旋转磁场，因此单相交流电动机必须另外设计使它产生旋转磁场，转子才能转动，所以常见单相交流电机有分相启动式、罩极式、电容启动式等种类。（二）进水电磁阀：进水电磁阀简称进水阀、注水阀。在全自动洗衣机上，用进水阀来实现自动注水和停止进水。它和水位开关互相配合，对洗衣桶的水位高低进行自动控制。其工作原理：电磁阀阀中心是铁心，铁心外为电磁线圈，线圈不通电时，在小弹簧的作用下铁心被压下，封住了橡胶阀上所装的塑料盘中间的泄压孔，这时水从加压针孔进入控制腔，使进水腔和控制腔的水压相等。由于橡胶阀上部的受压面积大于下部的受压面积，所以橡胶阀被压紧在阀座上起到了封闭作用。其封闭的可靠性是由铁心所受的压力决定的，铁心的下端与泄压孔接触，铁心的上端受压面积大于下端的受压面积，显然水的压力越大，铁心对泄压孔的封闭压力越大，封闭越可靠。在水压力低时，阀的封闭性就差，所以对水压有个最低要求，不能低于0.3mpa。 当线圈通电时，电磁力克服下弹簧的弹力将铁心吸上，泄压孔打开，由于泄压孔大于加压针孔，控制腔内的水将很快流出，压力降低，进水腔为自来水压，橡胶阀的下部压力大于上部压力，即被下部的水压推开，阀即开启注水。主要性能参数如表所示：表1-1 进水电磁阀的流量特性进水压力（Mpa）0.0流量（L/min）381325（三）排水电磁阀：排水电磁阀是全自动洗衣机特有的电器部件。它是一个受程序控器控制的自动排水开关。除了排水功能外，还控制着离合器的状态（洗涤或脱水）。排水电磁阀由电磁铁和排水阀两部分组成，它们是相互独立的部件，两者用排水阀连接起来，在连接板的右端以开口销与电磁铁动铁心连接，而左端钩在排水阀的内弹簧上。当电磁铁通电时，将动铁心往右拉，排水阀就呈打开状态。此时盛水桶内的洗涤液便能通过水道和阀门，从排水口流出机外。在连接板上还用螺栓固定着一个位置可调的定位套，在动铁心吸合的过程中，该定位套向右运动，拨动了离合器上的制动杆，为脱水做准备。当电磁铁失电时，排水阀在自身弹簧作用下将铁心拉出，排水阀关闭，洗衣机停止排水。同时，离合器上制动杆靠制动弹簧的作用恢复原位，为洗涤漂洗过程中波轮转动做好准备。（四）电磁铁：电磁铁有两种，交流和直流。电动式程控式（机械式）全自动洗衣机一般采用交流电磁铁，而微电脑程控器式（电脑式）全自动洗衣机一般采用直流电磁铁。1.交流电磁铁：交流电磁铁的铁心和衔铁是由硅钢片叠压铆接而成的。衔铁置于铁心之中。在线圈通电后，铁心和衔铁同被磁化，相对的两个面上产生了异名磁极，这种吸引力使衔铁向铁心运动，从而带动拉杆将阀打开。虽然线圈中电流的方向不断发生变化，但由于铁心与衔铁的磁极同时变化，使它们之间出现的总是吸引力。2.直流电磁铁：直流电磁铁具有吸引力大、体积小、噪音低和安全性能高等优点，它的线圈分成吸合线圈和保持线圈两组，由其内部的微动开关控制这两组线圈的工作。线圈和铁心用环氧树脂灌装加固和密封。（五）排水阀：排水阀装配于排水阀体之中，为弹簧将橡胶阀压在阀体的底部，使橡胶阀的环行密封环产生少量变形，保持水不从阀口泄露，橡胶阀的右端环行边被阀盖压紧。排水阀杆嵌在橡胶阀上，与橡胶阀成为一体，装于排水阀拉杆内部的内弹簧与排水阀连接板连接，在排水阀关闭时，连接板抵在排水拉杆上，这时内弹簧的弹力对排水阀来说是内力，对排水阀不起作用。排水时，电磁铁通电，动铁心被吸入，牵引排水阀连接板拉动内弹簧，同时连接板上的定位套推动制动杆使其处于脱水状态。只要连接板的左端一离开排水拉杆，内弹簧的拉力就不再是排水阀的内力，而变成了外力，它要与外弹簧的弹力和橡胶阀的弹力相平衡，当内弹力的拉力（即连接板的拉力）大于外弹簧的弹力时，外弹簧被压缩，带动橡胶阀向右移动，把阀拉离阀座，排水开始。这些动作都是在电磁铁得电瞬间完成的。因为内弹簧的刚度比外弹簧的刚度大，加上装配排水阀连接板时，内弹簧已有了一定的预紧力，因而在牵引排水过程中，内弹簧并不需要产生很大的拉伸变形，就可以使外弹簧有较大的弹性变形，也就是可以使橡胶阀向右移动较大的距离，从而保证足够的排水速度。处于正常的排水阀开启量时橡胶阀左端与阀体平面的距离应不小于10mm。阀体多有半透明塑料制成，从外部可以看到阀的开启量。（六）水位开关：水位开关也叫压力开关，是一种气压式电触点开关。它是利用洗衣桶内水位高低不同所产生的不同压力，来控制进水阀的开启和关闭。此外，它还负责进水与洗涤之间的转换。其工作原理：水位开关由三部分组成：（1）压力传感部分由橡皮膜下部的气室组成；（2）电气开关部分由中间的一组触点、簧片及开关小压簧组成；（3）压力控制部分包括上部的顶心、压力弹簧以及调整压力的凸轮、杠杆等。水位开关的气室经过软管与洗衣机外桶连接起来。平时，橡皮膜处于平衡状态，当水注进外桶后，水首先将贮气室封闭起来，一部分的空气来不及跑出而被封闭在贮气室里。由于贮气室与水位开关的气室间用压力软管相连通，贮气室的压力也就与水位开关气室的压力相同，随着外桶中水位的上升，贮气室、压力软管和水位开关气室间的空气不断的被压缩，随之压强也成比例地上升，这样就把外桶中的水压转换成了空气压力，并作用在橡皮膜上。当注水到了预定的水位时，气室内的压力也升高到一定值。当它足以克服压力弹簧通过顶心作用加在动簧片上的力时，就推动动簧片向上移动。当动簧片移动到预定位置后，开关下压簧将推动动簧片弯到另一个方向，从而使动簧片上的公共触点与常闭触点分离，而与常开触点接触，这样就向程控器发出了“水位已到”的信号，由程控器来控制进水电磁阀关闭，随即进入洗涤程序。 当完成个洗衣程序后，程控器向排水电磁铁发出信号，排水阀开启并排水。随着水位的下降，气室内的压力也逐渐减小，在压力弹簧的作用下，顶心和橡皮膜逐渐下移，到了某有程度时动簧片又弯向上方，常开与常闭触点都恢复原位，等待下一个进水程序，此时水位开关虽然复位，但并不影响洗衣机继续排水。旋转凸轮使杠杆上下移动，从而改变压力弹簧的压缩程度。如果压力弹簧的压缩长度大，则压力大气室内的压力要高一些才能将动簧片推到预定位置，以次达到控制水位的目的。（七）离合器：减速离合器就是全自动洗衣机中完成降速并传递扭矩的部件。（八）熔断器：熔断器是低压配电系统和电力拖动系统中起过载和短路保护作用的电器。使用时，熔体串接于被保护的电路中，当流过熔断器的电流大于规定值时，以自身产生的热量使熔体熔断，从而自动切断电路，实现过载和短路保护。熔断器具有结构简单、体积小、重量轻、使用维护方便、价格低廉、分断能力较高、限流能力良好等优点。（九）蜂鸣器：蜂鸣器是一种一体化结构的电子讯响器，采用直流电压供电，广泛应用于计算机、打印机、复印机、报警器、电子玩具、汽车电子设备、电话机、定时器等电子产品中作发声器件。第二章 可编程控制器PLC首先介绍一下可编程控制器（PLC）和PLC控制系统的基本知识，包括PLC的产生和发展、特点、技术指标、基本结构、工作原理及PLC控制系统等相关知识。可编程控制器是在计算机技术、通信技术和继电器控制技术的发展基础上开发起来的，现已广泛应用于控制的各个领域。它以微处理器为核心，用编写的程序进行逻辑控制、定时、计数和算术运算等，并通过数字量和模拟量的输入/输出来控制机械设备或生产过程。第一节 可编程控制器的定义及特点 PLC自问世以来，尽管时间不长，但发展迅速。为了使其生产和发展标准化，国际电工委员会（IEC）先后颁布了PLC标准的草案第一、二、三稿，并在1987年作了如下的定义：“可编程控制器是一种数字运算操作的电子系统，专为在工业环境应用而设计的。它采用一类可编程控制器，用于其内部存储程序、执行逻辑运算、顺序控制、定时、计数与算术操作等面向用户的指令，并通过数字或模拟式输入/输出控制各种类型的机械或生产过程。可编程控制器及其有关外部设备，都应按易于与工业控制系统联成一个整体，易于扩充其功能的原则设计的。”总之，可编程控制器是一台专为工业环境而设计的计算机，它是将传统的计算机技术、继电器技术和通信技术相融合而发展起来的一种新型的控制装置。在具体的国内工业应用中，由于它不是针对某一具体的工业应用，因此它的硬件应根据实际需要来进行配置，其软件则根据控制要求进行编写。可编程控制器的特点：PLC是传统的继电器技术和计算机技术相结合的产物，所以要工业控制方面，它具有继电器或通用计算机所无法比拟的特点。一、高可靠性PLC的高可靠性主要表现在硬件和软件两个方面：在硬件方面，由于采用性能优良的开关电源，并且对选用的器件进行严格的筛选，加上合理的系统结构，最后加固、简化安装，因此PLC具有很强硬的抗振动冲击性能；无触点的半导体电路来完成大量的开关动作，就不会出现继电器系统中的器件老化、脱焊、触点电弧等问题；所有的输入/输出接口都采用光电隔离措施，使外部电路和PLC内部电路能有效的进行隔离；PLC模块式的结构，可以在其中一个模块出现故障时迅速地判断出故障的模块并进行更换，这样就能尽量的缩短系统的维修时间。在软件方面，PLC的监控定时器可用于监视执行用户程序的专用运行处理器的延迟，保证在程序出现错误和程序调试时，避免因程序错误而出现死循环；当CPU、电池、I/O口、通信等出现异常时，PLC的自诊断功能可以检测到这些错误，并采取相应的措施，以防止故障扩大；停电时，电池和正常工作时一样，进行对用户程序及动态数据的保护，确保信息不丢失。二、应用灵活、使用方便模块化的PLC设计，使用户能根据自己系统的大小、工艺流程和控制要求等来选择自己所需要的PLC模块并进行资源配置和PLC编程。这样，控制系统就不需要大量的硬件装置，用户只需根据控制需要设计PLC的硬件配置和I/O的外部接线即可。三、面向控制过程的编程语言，容易掌握PLC的编程语言采用继电器控制电路的梯形图语言，清晰直观。虽然PLC是以微处理器为核心的控制装置，但是它不需要用户有很强的程序设计能力，只在用户具备一定的计算机软、硬件知识和电器控制方面的知识即可。第二节 可编程控制器的分类一、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、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。二、中型PLC输入/输出点数在128-512点之间的PLC称为中型PLC。它除了具有小型机所能实现的功能外，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。三、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。第三节 可编程控制器的主要技术指标一、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。二、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。三、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。四、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。五、内部寄存的种类和数量内部寄存器主要包括定时器、计数器、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、数据存储还有其他一些功能。种类和数量越多，PLC的功能就越强大。六、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。七、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。第四节 中国可编程控制器的发展现状分析我国工业企业的自动化程度普遍较低，PLC产品有很大的应用空间，如机械行业80%以上的设备仍采用传统的继电器和接触器进行控制。因此，PLC在我国的应用潜力远没有得到充分发挥。 我国大中型企业普遍采用了先进的自动化系统对生产过程进行控制，但绝大部分小型企业尚未应用自动化系统和产品对生产过程进行控制。随着竞争的日益加剧，越来越多的小型企业将采用经济、实用的自动化产品对生产过程进行控制，以提高企业的经济效益和竞争实力。 中国加入WTO后越来越多的国际公司把其制造基地转移到中国。同时，中国的国有企业和民营企业也在利用难得的历史机遇大力发展制造业。中国正在努力成为世界新的制造业基地。制造业的控制主要以离散控制为主，PLC是该领域控制系统的首选。制造企业为提高劳动生产率和产品质量，必然会大量采用PLC，从而为PLC的应用提供广阔的应用前景。 自2001年以来，作为基础工业之一的机械工业成为我国工业发展新的增长点，年均增长率超过20%。与流程工业对模拟量的反馈调节不同，机械工业需对开关量进行连锁及顺序控制，因此PLC成为其控制产品的首选。机械行业的高速增长和自动化现状为PLC应用提供了巨大的市场空间。 我国在“十五规划中已明确提出了“用信息化带动工业化的发展计划，大量传统产业的自动化改造将为PLC的应用提供巨大的发展空间。 我国的工业发展及自动化应用水平与工业发达国家相比有几十年的滞后，按目前的经济形势分析，我国将迎来一个PLC市场高速增长的时期。 基于上述原因和中国经济高速增长的现状，今后若干年内中国PLC市场将保持持续高速增长。综合相关资料提供的数据，并分析目前中国PLC市场主要厂商的经营数据，初步估计目前在我国本土销售的PLC总量为3040亿元人民币（不含随进口主设备配套的PLC），年增长率为1520%。 巨大的市场需求为发展PLC业务提供了难得的历史机遇，国内有实力的自动化公司应充分利用在市场、技术、行业影响和品牌等方面的积累，大力拓展PLC业务，使国产PLC早日成为中国PLC市场的主要参与者之一。 目前中国PLC市场主要厂商为Siemens、Mitsubishi、Omron、Rockwell、Schneider、GE-Fanuc等国际大公司，欧美公司在大、中型PLC领域占有绝对优势，日本公司在小型PLC领域占据十分重要的位置，韩国和中国台湾的公司在小型PLC领域也有一定市场份额，中国大陆PLC厂商的市场份额几乎可以忽略。 大型PLC的目标用户在选用PLC时一般不会把价格作为首要考虑因素，而是更关注产品性能、质量和品牌，对价格不是十分敏感，故日本产品很难进入该领域。韩国和中国台湾的产品从一开始就是模仿日本产品，基本沿袭日本产品的技术路线，其在中国的市场策略、行业影响基本是步日本厂商的后尘，只不过比日本产品滞后一段时间。 对中、小型PLC的目标用户而言，市场上主要厂商的PLC产品均能满足其要求，所以在产品选型时价格是十分重要的因素。因此，日本产品在该领域占有绝对优势。Siemens在推出新一代小型PLC产品S7200后其价格与日本产品相差不大，最近几年其小型PLC的市场增长迅速，已经与日本主要产品（Mitsubishi和Omron）在小型PLC领域取得了类似的市场地位。近年来，由于具有明显的价格优势，中国台湾的部分PLC厂商在小型PLC领域发展势头十分强劲，抢占了原来日本产品的一部分低端市场。第五节 可编程控制器的结构和工作原理一、PLC结构分类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。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。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求插在机架上，各模块间通过机架上的总线想到联系。二、PLC各组成部分介绍 （一）中央处理器：中央处理器（CPU）是PLC的核心部分，相当于PLC的“大脑”。它通过系统总线与用户存储器、输入/输出（I/O）、通信端口等单元相连。通过制造厂家预制在系统存储器内部的系统程序完成各项任务。其主要功能是由编程器写入控制程序和数据到存储器、检验用户程序、从存储器上读取和执行程序，还可以进行PLC内部故障的诊断等。（二）存储器：根据存储器存储内容的不同，我们把存储器分为系统程序存储器、用户程序存储器和数据存储器。1.系统程序存储器：用来存入软件的存储器。系统程序相当于计算机操作系统，是PLC厂家根据选用的CPU的指令系统编写的，并固化到ROM里，用户不能修改其内容。用户程序存储器：用来存放用户根据控制要求编制的程序。不同类型的PLC，其存储容量也不一样。2.数据存储器：用以存放PLC运行中的各种数据的存储器。因为运行中数据不断变化，所以这种存储器必须可读写。（三）输入/输出单元：输入/输出单元是PLC与外部设备连接的纽带。输入单元接收现场设备向PLC提供的开关量信号，经过处理后，变成CPU能够识别的信号。输出单元将CPU的信号经处理后来控制外部设备的。（四）电源部分：不同型号的PLC有不同的供电方式，所以PLC电源的输入电压既有12V和24V直流，又有110V和220V交流。（五）编程器：几乎每个PLC厂家都有自己的编程器，用户通过编程器来编写控制程序，并通过编程器接口将自己的控制程序输入到PLC。它还可以在线检测程序的运行情况。在出现故障时，通过编程器可能很方便的找出错误。（六）特殊功能单元：主要包括模拟量输入/输出单元、远程I/O模块、通信模块、高速计数模块、中断输入模块和PID调解模块等。随着PLC的进一步发展，特殊功能单元的应用也越来越多。三、基本指令（一）LD/LDI指令：LD和LDI指令是连接在母线连接的触点.表示操作开始.LD是常开触点,LDI是常闭触点。（二）AND/ANI指令：AND和ANI指令是串联连接的触点,AND是常开触点, ANI是常闭触点。（三）OR/ORI指令：OR和ORI指令是并联连接的触点,执行逻辑 “或” 的功能.OR是常开触点,ORI是常闭触点。（四）OUT指令：OUT指令执行逻辑输出的功能,条件成立时为ON,条件不成立时为OFF.（五）ANB/ORB指令：ANB完成支路间的串联的功能,用于执行支路之间 “于”操作；ORB完成支路间的并联的功能,用于执行支路之间 “或”操作。（六）比较指令： CMP（Compare）的功能指令编号为FNC10，16位运算占7个程序步，32位运算占13个程序步。（七）传送指令：MOV的功能号为FNC12,它是将源操作数的内容传送目标操作数.（八）四则逻辑运算指令 ：1.二进制加法指令ADD：ADD的功能号为FNC20,它是将源操作数S1和S2中的16位二进制数相加,然后运算结果传送到指定的目标操作数中。2.二进制减指令SUB：SUB的功能号为FNC21.它是将源操作数S1和S2中的16位二进制数相减,然后运算结果传送到指定的目标操作数中。3.二进制乘法指令MUL：MUL的功能号为FNC22.它是将源操作数S1和S2中的16位二进制数相乘,然后运算结果传送到指定的目标操作数为首地址的软元件中。4.二进制除法指令DIV：DIV的功能号为FNC22.它是将源操作数S1和S2中的16位二进制数相除,然后运算结果传送到指定的目标操作数D中,余数传送到D+1中。四、PLC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。（一）循环扫描技术：PLC采用循环扫描技术可以分为3个阶段，输入阶段（将外部输入信号的状态传送到PLC）、执行程序阶段和输出阶段（将输出信号传送到外部设备）。（二）输入阶段：在这个阶段中，PLC读取输入信号的状态和数据，并把它们存入相应的输入存储单元。（三）执行程序阶段：在这个阶段中，PLC按照由上到下的次序逐步执行程序指令。从相应的输入存储单元读入信号的状态和数据，然后根据程序内部继电器、定时器、计数器数据存储器的状态和数据进行