全自动洗衣机控制系统设计(共14页)

1、*新年快乐 目录1 系统概述- 12 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- 23 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-84 软件设计-8 4.1 主流程-9 4.2 梯形图-105 系统调试-11设计心得-11

2、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

3、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

4、 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。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

5、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

6、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

7、可以自动判断水温、水位、衣质衣量、衣物的脏污情况，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

8、：图1 全自动洗衣机外观图 图2 全自动洗衣机示意图3.3 系统原理方框图：如图3所示 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： 图4 PLC控制主电路图 此主电路由三相电源、隔离开关QS、熔断器FU1、接触器KM1、KM2、热继电器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 SB1Y1进水X2停止按钮 SB2Y2正转洗涤X3高水位指示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

9、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 图5 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）

10、转速（rad/min）科圣YS104-180220501801350 图6 电动机 3.7.2接触器的选择 交流接触器如图7所示 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， 可选施奈德LC1-D0610M5C型交流接触器，额定电压220V，额定电流6A。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MTS102 半导体温度检测器。洗衣机水温一般为4 40 ,

11、在该温度范围内MTS102线性好,温度敏感,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

12、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。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，带有指示灯，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

13、图如下图8所示： 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5 系

14、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Y5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Y3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Y2得电，Y3失电，左动力头工进；碰到左动力头限位开关X3，继电器线圈Y4得电，Y2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。 在此设计过程