自动洗衣机 总.doc

目录第一章 前言.第二章 方案设计与论证.2.1节 全自动洗衣机的构造. .2.2节 控制面板及控制系统设计.2.2.1 节 排水和进水系统.2.2.2 节 洗涤与脱水系统.2.2.3 节 传动系统.2.2.4 节 报警系统.2.2.5 节 程序、软件系统.2.3节 全自动洗衣机的设计方案.2.3.1节 控制要求.2.3.2节 控制系统的I/O点及地址分配.2.3.3节 基于PLC的系统设计方案.总结.参考文献.第一章 、前言洗衣机是人们日常生活中常见的一种家电，已经成为人们生活中不可缺少的家用电器，但是传统的基于继电器的控制，已经不能满足人们对洗衣机的自动化程度的要求了。洗衣机需要更好地满足人们的需求，必须借助于自动化技术的发展。自动化技术的飞速发展，使得洗衣机由最初的半自动式洗衣机发展到现在的全自动洗衣机，又正在向智能化洗衣机方向发展。无论是波轮式洗衣机也好，还是滚筒式洗衣机也好，都朝着智能化、水流方式多样化、洗衣方式创新化、设计更趋人性化四大特征方向发展。传统的电气控制已经不能满足现状的要求了。使智能化的控制取代了传统的工业控制。随着PLC技术的发展，用PLC来做为控制器，就能很好的满足全自动洗衣机自动化的要求，并且控制方式灵活多样，控制模式可以根据不同场合的应用而有所不同。将来的洗衣机主要主要朝以下几个方面发展： （1）高度智能化；（2）节水节能化； （9）大容量和微型化；德国西门子公司生产的S7-200系列PLC是一种小型PLC系统，其功能非常强大，许多功能可以达到大、中型PLC的水平，而价格确和小型PLC一样，因此，在西门子公司刚推出S7-200系列后，马上就受到了广泛关注。本次设计主要采用S7-200系列PLC控制技术来设计全自动洗衣机控制系统，跟传统的洗衣机相比更具有智能，实时监控，人性化的功能。本系统最大的优点集中体现在：实现功能齐全、外围电路简单、时间计算精确以及可维护方便等。具有可靠性高、安全性好、开发价值高等一系列优点。第二章 、方案论证与设计2.1 全自动洗衣机的工作原理及构造洗衣机的工作原理：全自洗衣机的洗衣桶（外桶）和脱水桶（内桶）是以同一心安放的，内桶可以旋转，作为脱水用。内桶的周围有许多小孔，使内桶和外桶的水流相通，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。进水时通过控制系统将进水电磁阀打开，经进水管将水注入到外桶。排水时，通过控制系统将排水电磁阀打开，将水由外桶排到机外。洗涤正转、反转由洗涤电动机驱动波盘的正、反转来实现，此时脱水桶并不旋转。脱水时，控制系统将离合器合上，由洗涤电动机带动内桶正转进行甩干。高、低水位控制开关分别用来检测高、中、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。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。首先充满于波轮叶片间的洗涤液，在离心力的作用下被高速甩向桶壁，并沿桶壁上升。在波轮中心处，因甩出液体而形成低压区，又使得洗涤液流回波轮附近。这样，在波轮附近形成了以波轮轴线为中心的涡流。衣物在涡流的作用下，作螺旋式回转，吸入中心后又被甩向桶壁，与桶壁发生摩擦。又由于波轮中心是低压区，衣物易被吸在波轮附近，不断地与波轮发生摩擦，如同人工揉搓衣物，污垢被迫脱离衣物。其次，当衣物被放进洗涤液之后，由于惯性作用运动缓慢，在水流与衣物之间存在着速度差，使得两者发生相对运动，水流与衣物便发生相对摩擦，这种水流冲刷力同样有助于污垢离开衣物。再次由于洗衣涌形状的不规则，当旋转着的水流碰到桶壁后，其速度和方向都发生了改变，形成湍流。在湍流的作用下，衣物做无规则地运动并翻滚，其纤维不断被弯曲、绞纽扣拉长，衣物相互相摩擦，增大了洗涤的有效面积，提高衣物的洗净的均匀性。全自动洗衣机的简单工作过程如图2.1.1所示：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。进水洗涤排水脱水脱水排水洗涤进水循环五次循环五次设定水位参数、启动洗涤完成信号提示图2.1.1 全自动洗衣机简单工作过程 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受压而胀起，推动顶杆运动而使触点改变，从而实现自动通断。2.2 全自动洗衣机控制面板及控制系统全自动洗衣机控制面板由工作指示区、启动/停止、高水位、中水位、低水位键、蜂鸣器和脱水指示灯组成。控制面板如图2.2.1所示：全自动洗衣机一般式开关，在按下开关后，字符旁边的指示灯会亮。当指示灯亮起表示正在执行该项任务，指示灯熄灭表示程序未选择或执行完毕。全自动洗衣机电气控制系统包括微处理器、排水电磁铁、电容器、门开关、按键开关、指示灯、中间继电器，水位压力开关、蜂鸣器及进水电磁阀等部件组成。通过微处理器，能自动完成进水，洗涤（漂洗）、排水、脱水、报警等全部程序，只需设计软件就可以来达到预想控制的目的。启动/停止高水位选择中水位选择低水位选择蜂鸣报警器脱水指示灯图2.2.1 全自动洗衣机操作面板2.2.1 洗涤与脱水系统全自动洗衣机主要是通过波轮对衣物的翻滚达到洗涤目的。波轮安装在洗涤桶的正中，托盘连接着盛水桶。套桶式全自动洗衣机的脱水桶（甩干篮）既要保证能离心脱水，又要能容纳洗涤的衣物，全自动洗衣机的洗涤桶其上部略大，下部略小，呈圆锥形。为了保证洗涤效果，洗涤桶的内壁上必需设计成凸形来增大摩擦力，达到满意的洗涤效果，当衣物与洗涤桶接触时，桶壁就产生像搓板那样的洗涤作用，而且能增强涡旋作用，提高洗涤率。洗涤系统的传动部分由风叶、皮带、皮带轮、和洗衣轴体组成。脱水系统由脱水桶、脱水定时器、安全开关、电动机、制动机构等组成。洗衣机具有盖的带锁装置，该锁定装置，包括洗衣机盖板、洗衣机箱体，还包括控制开关，与控制脱水的开关联动；电磁铁，与控制开关连接；洗衣机盖板翻口端内面在对应洗衣机箱体内壁处设有凹缘，凹缘上设有锁孔，洗衣机箱体上端设有所述电磁铁，电磁铁衔铁的伸缩口位于洗衣机箱体内壁，而且电磁铁通电后其衔铁伸出端正好位于盖好的洗衣机盖板凹缘的锁孔内。由于电磁铁的控制开关与洗衣机控制脱水的开关联动，使洗衣机在脱水时电磁铁的衔铁能伸出，而且正好锁住洗衣机盖板凹缘的锁孔，使用户在脱水时不能打开洗衣机盖板，从而确保了洗衣机脱水时的操作安全。2.2.2 进水和排水系统全自动洗衣机的进水系统采用水位压力开关和进水阀，由程序控制器调节。设有溢水口，其位置在盛水桶上口部。漂洗时，它能让洗涤液中的泡沫和污水溢出，有利于漂清。全自动洗衣机水位开关一般有三档水位控制,并都有低水位、中水位、高水位、功能当进水阀注水，内桶水位增高到预选水位时，导通橡皮气膜受到内部空气的压缩而被顶出，中触片上跳，与上触片闭合。此时主电机导通，进水阀断开（原来中触片与下闭合），并开始洗衣。当旋钮旋至低水位时，凸轮转动，但曲率半径较小。通过一定的机构，橡皮气膜压簧被压缩而产生压力P1，压迫气膜。当桶内水量达到30L时，软管内的空气被压缩，产生空气压力F1，当F1P1时,中触片上跳,与上触片闭合,主电动机动作,进水阀关闭.全自动洗衣机的排水系统由程序来控制排水电磁阀，牵引排水阀。排水阀主要同阀盖、阀芯弹簧、阀芯拉簧，橡皮阀和阀体组成。排水电磁铁主要用来控制自动型洗衣机排水阀的开闭,在套桶式自动型洗衣机中同起到改变减速离合大的洗涤、脱水状态、排水电磁铁主要由线圈、磁轭、静铁芯、衔铁和短路铜环等组成。2.2.3 传动系统全自动洗衣机的传动系统设在洗衣机脱水桶的底部,主要由波轮、脱水桶、离合器、传动带、电动机及电磁阀组成。离合器是内外轴复合为一体的结构。离合器的内轴（洗涤轴），一端固定波轮，另一端固定离合套，离合套上固定大带轮，离合器外轴（离心轴）的一端固定离心桶（脱水桶），另一端通过抱簧与离合套连接。内外桶的联动或分动（即实现脱水或洗涤），是由拨叉控制抱簧和刹车盘来实现的离合器轴包括脱水轴合洗涤轴。洗涤或漂洗时，牵引电机处在断电状态，制动杆将制动带收紧，对脱水轴制动。棘爪将棘轮拔动一定角度使方丝离合簧被拔松，所以电机做正转或反转转矩都不能传递给脱水轴，而只是经过行星减速器再输出给波轮，实现洗涤运转。 脱水时，牵引电机是通电状态，拉动制动杆使得制动带松开，棘轮和方丝离合器处于自由状态，大皮带轮顺时针旋转将方丝离合簧旋紧，使输入转矩有效地传递给脱水轴，实现高速脱水运转。如果大皮带轮逆时针转动，则方丝离合簧被拨松而不能传递转矩给脱水轴，所以脱水只能顺时针单向转动。洗衣机外箱体是洗衣机的盔甲，很多洗衣机采用高分子聚合塑钢材料作为外箱体，不怕水，不腐烂，永不生锈，耐碰撞，防漏电，机身轻便，易于搬动。特意添加的抗老化剂，令外箱体历久弥新。有的采用刚柔相济的不锈钢做内桶刚性，在于不锈钢材质表面分子结构致密，空隙小，故可抗击细菌等物质的侵入和腐蚀，以达到抗菌，抑菌，耐腐蚀的作用。柔性，超级镜面不锈钢材料光滑柔细，即便是最娇柔的面料也不会受到损伤。2.2.4 报警系统洗涤完毕报警3秒，主要还是由软件编程实现对蜂鸣器的控制，程序主要是运用定时器的定时功能实现。具体方法详见梯形图、语句表。2.2.5 程序及软件系统程序是采用德国西门子公司生产的S7-200系列 CPU222系列编写梯形图和语句表程序，程序的编辑及调试均由STEP 7-Micro/WIN32软件完成。全自动洗衣机硬件系统框图如图2.2.2所示：启动按钮停止按钮高水位选择键中水位选择键低水位选择键高水位探测器中水位探测器进水电磁阀正转洗涤接触器反转洗涤接触器低水位探测器排水离合器脱水离合器蜂鸣器S 7-200 PLCCPU 222图2.2.2 全自动洗衣机硬件系统框图2.3全自动洗衣机的设计方案2.3.1 控制要求1）.按下启动按钮及水位选择开关，开始进水直到高（中、低）水位，关水；2）.2秒后开始洗涤；3）.洗涤时，正转40秒，停2秒，然后反转40秒，停2，秒；4）.如此循环5次，总共420秒后开始排水，排空后脱水30秒；5）.开始清洗，重复（1）（4），清洗两遍；6）.清洗完成，报警3秒并自动停机。2.3.2 控制系统的I/O点及地址分配根据设计的动作要求，列出控制系统的输入/输出信号的名称、代码及地址编号 名称 代码 地址编号输入部分：起动、停止按钮 SB1 I0.0高水位传感器 SL1 I1.1中水位传感器 SL2 I1.2低水位传感器 SL3 I1.3名称 代码 地址编号输出部分：进水电磁阀 YV1 Q0.0洗涤正转 KM1 Q0.1洗涤反转 KM2 Q0.2排水输出 YV2 Q0.5脱水输出 YC1 Q0.6洗完报警 KM3 Q1.12.3.3 基于PLC的系统设计方案全自动洗衣机PLC控制系统如图2.3.1所示，该系统由PLC控制器、继电器、按钮开关、选择开关、限位开关等组成。其I/O口的分布图如图2.3.1所示：洗衣机的进水、排水分别由进水电磁阀和排水电磁阀执行。洗涤正转、反转由洗涤电动机驱动波盘的正、反转来实现。脱水时，由脱水电磁离合器合上、排水电磁阀吸合，洗涤电动机正转进行甩干。洗涤完成由蜂鸣器报警。 洗衣机按下启动按扭和水位选择开关，开始进水，进水到规定高度，使水位开关接通，停止进水，2S后实现洗涤正转；洗涤正转40S后，停止洗涤，2S后开始洗涤反转；洗涤反转40S后，2S后计数器加1，累计洗涤次数；若未满5次则重复进行洗涤，直至洗涤达到5次（共420 s），开始排水。由于排水水位降低，启动排空检测，当水位低于规定下限水位时，低水位开关接通，开始脱水，脱水30S后，计数器加1，脱水停止。然后再返回到进水动作重复上述过程2次，报警3S并停机。其程序流程如图2.3.2所示：定时器、计数器说明：类别 器件号 设定值 作用定时器 T37 2s 注水后停二秒 T38 2s 正转洗涤后暂停二秒 T39 40s 正转洗涤四十秒 T40 40s 反转洗涤四十秒 T41 2s 反转洗涤后暂停二秒 T42 30s 脱水三十秒 T43 0.5s 报警器正脉冲 T44 0.5s 报警器负脉冲T45 3s 报警器报警三秒 计数器 C50 5 洗涤五次计数 C51 2 循环二次计数I0.0 Q0.0I0.1 Q0.1I0.2 Q0.2I0.3 Q0.5 Q0.6COM Q1.1I1.1 I1.2I1.3NL进水初始状态洗涤正转暂停洗涤反转暂停排水脱水、排水报警停机大循环正反洗未满五次大循环未满两次运行启动高、中、低水位40s2s40s2s30s3s图2.3.1 全自动洗衣机PLC控制部分I/O接线图2.3.4 控制系统的梯形图、语句表1）语句表NETWORK 1LD I0.1AN I1.1LD I0.2AN I1.2OLDLD I0.3AN I1.3OLDAN Q0.5AN Q0.4A I0.0= Q0.0NETWORK 2LD I0.1O I0.2O I0.3O Q0.7AN Q0.4= Q0.7NETWORK 3LD Q0.7AN Q0.0A I0.0TON T37, +20NETWORK 4LDN Q0.5A T37AN Q0.4LPSAN Q0.3TON T39, +400LPPAN T39= Q0.1NETWORK 5LD T39TON T38, +20NETWORK 6LD T38TON T40, +400AN T40= Q0.2NETWORK 7LD T40AN Q0.3TON T41, +20NETWORK 8LD T41= Q0.3NETWORK 9LD Q0.3LD I1.2CTU C50, +5NETWORK 10LD C50AN I1.4O Q0.5AN T42= Q0.5NETWORK 11LD I1.4A Q0.5AN T42AN Q0.4= Q0.6NETWORK 12LD Q0.6TON T42, +300NETWORK 13LD Q0.6LD I1.3CTU C51, +2NETWORK 14LD C51= Q0.