波轮式全自动洗衣机设计.doc

目 录波轮式全自动洗衣机设计2摘 要2Abstract2一、 波轮式全自动洗衣机机械系统设计31.1全自动洗衣机的工作原理31.2全自动洗衣机控制系统的要求31.3波轮式全自动洗衣机总体结构31.4机械传动系统设计计算5二、洗衣机电气控制部分82.1电机结构及功能82.2控制器功能82.3传感器功能及使用9三、波轮式全自动洗衣机程序设计93.1总体思路93.2电气设计部分93.3 PLC设计部分103.4全自动洗衣机控制系统PLC程序143.5源程序163.6 程序梯形图21结束语23参考文献24波轮式全自动洗衣机设计 A08机械（1）班 蒋李明 080401118摘 要随着科学技术不断进步和社会飞速发展，洗衣机成为人民日常生活息息相关的家用电器产品。洗衣机的全自动化、多功能化、智能化是其发展方向。本文首先介绍了洗衣机的发展，然后重点介绍了洗衣机的设计，对程序流程图及编程软件进行了说明，最后对系统进行了仿真。本次设计采用步进顺控指令编程，根据工艺要求编程简单、可允许双线圈使用，PLC采样按钮及限位开关外部输入信号的变化，执行相应的程序，然后输出控制电机正反转及脱水处理。最后就本课题所做的工作进行了总结，并对进一步的研究提出了自己的看法。本次设计的全自动洗衣机工艺要求有待改善，不可以单独脱水及洗衣时间的设置；由于时间有限，没做进一步的改善。基于全自动洗衣机在日常生活中广泛运用，本设计具有广泛的推广价值。关键词：洗涤 脱水 转速AbstractWith the continuous progress of science and technology and the rapid development of society, washing into peoples everyday life, household products. Fully automatic washing machines, multi-functional and intelligent direction of its development. This paper describes the development of washing machines, washing machine and then focuses on the design and programming software, the program flow chart are described, and finally the system is simulated. The design uses a step sequence programming instructions, according to process requirements of simple programming, which allows dual coils, PLC sampling buttons and limit switch changes the external input signal, perform the appropriate procedure, and then reversing the motor output control and dehydration treatment. Finally on the subject summarized the work done, and further research put forward their views. The design of the automatic washing process requirements need to be improved, not a separate set of time dehydration and laundry; Due to time constraints, no further improvement. Automatic washing machine based on widely used in daily life, the design of a wide range of promotional value. Key words: Wash Dehydration Rotational speed 1、 波轮式全自动洗衣机机械系统设计1.1全自动洗衣机的工作原理洗衣机的进水、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。1.2全自动洗衣机控制系统的要求 1、 按下启动按扭及水位选择开关，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30秒，停2秒，然后反转30秒，停2秒 4、 如此循环5次，总共320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 7、 若按下停车按扭，可手动排水（不脱水）和手动脱水（不计数）1.3波轮式全自动洗衣机总体结构 图1-1 波轮式全自动洗衣机的结构 1排水管 2溢水管 3吊杆 4脱水桶 5盛水桶 6平衡环 7盖板 8安全开关 9控制面板 10水位控制器 11进水电磁阀 12进水接头 13压力软管 14贮气室 15支架 16电动机 17离合器 18波轮 19脱水轴 20排水电磁阀 21法兰盘 22脱水孔目前在我国生产的洗衣机中，波轮式洗衣机占了80%以上。一般来说，波轮式全自动洗衣机具有洗涤、脱水、水位自动控制，以及根据不同衣物选择洗涤方式和洗涤时间等功能。其结构主要由洗涤和脱水系统、进排水系统、电动机和传动系统、电气控制技术、支承机构等5大部分组成，如图1-1所示。波轮式全自动洗衣机多采用套桶式结构，波轮装在内桶的底部，内桶为带有加强筋和均匀小孔的网状结构，并可绕轴旋转。外桶弹性悬挂于机箱外壳上，主要用于盛水，并配有一套进水和排水系统，用两个电磁阀控制洗衣机的进、排水动作。外桶的底部装有电动机减速离合器，以及传动机构、排水电磁阀等部件。动力和传动系统能提供两种传递，低速用于洗涤和漂洗，高速用于脱水，通过减速离合器来实现两种转速的切换。 1.4机械传动系统设计计算 波轮式全自动洗衣机的传动系统的设计一般设计内容主要有：方案设计、电动机选用、带传动设计、行星减速器设计等。1. 方案设计波轮式洗衣机常用布局为输入轴布置在内桶的中心处,整个传动系统基本上同轴布置,电动机只能偏置一边,为了保持平衡,可将排水电磁阀和排水管与电动机对称布置,必要时可加平衡块。根据设计任务中给出的内桶直径为400 mm则外桶直径约为470mm,电动机轴与洗涤输入轴之间中心距只能为150mm左右，在此范围内选择合适的一级降速传动比和采用带轮传动。2. 基本参数的选择目前洗衣机的洗衣量、电动机功率、内桶直径等基本参数，大多数企业是通过实验设计选用的。 根据常用的波轮式全自动洗衣机基本参数 ，选用电动机功率为180W，电动机满载时转速为1370rmin。3. V带传动设计计算 因为V带传动允许的传动比较大，结构较紧凑，在同样的张力下，V带传动较平带传动能产生更大的摩擦力，所以这里选用了最常用的V带作为第一级降速。 初步选定电动机功率P为180W，洗衣转速为180r/min，脱水转速为720r/min，则传动比为： （1）计算功率 由于载荷变动小，因此取工作情况系数 =0.18kW（2） 选择带型 根据小带轮转速为1370r/min，以及小带轮安装尺寸的大概范围，选取普通V带Z型 （3） 带轮的基准直径 初选小带轮的基准直径，选取=55mm，大于V带轮的最小基准直径的要求50mm。 大带轮的基准直径为：=，按表6-17圆整为=106mm。（4）验算带的速度普通V带的最大带速，故满足要求。（5）中心距和带的基准长度Ld 根据洗衣机桶体的安装尺寸，初取0=140mm，基准长度： 查表选取标准带的长度Ld为560mm，则实际中心距为：在安装时，在结构上要保持V不定期有一定的张紧力，安装中心距会略有所变化。（6）主动轮上的包角1 （7）带的根数z 长度系数KL、包角系数K、单根V带基本额定功率P0、单根V带额定功率增量P0查表6-18、表6-19、表6-20a和表6-20b，取另KL=0.94、K=0.95、P0=0.16Kw、P0=0.02kW。取z=1。（8） 带的预紧力 V带单位长度的资料q 查表得q=0.06kg/m，单根V带所需的预紧力为：=（9）带传动作用在轴上的力：4、带轮的结构设计 带轮的结构设计可参考有关的机械设计手册或机械设计教材。（1）行星减速器设计 已知洗衣转速为180r/min，脱水转速为720r/min。由于脱水时行星减速器中心轮与内齿圈顺时针等速旋转，故中心轮与行星架的传动比为1，波轮与内桶顺时针等速旋转，因此由洗涤状态来进行行星减速器的设计计算。洗涤状态传动比 洗涤输入轴与波轮的传动比为：（2）初选中心轮和内齿圈齿数 洗涤时中心轮旋转，内齿圈静止，中心轮与行星架的传动比按以下公式计算：初选中心轮齿数，由式计算得内齿圈齿数。（3） 计算行星轮齿数 由于洗衣机工作扭矩不大，选择齿轮模数为1mm，如选4个行星轮对此布置，则可计算出行星齿轮齿数为： 最终确定中心轮齿数为19，内齿圈齿数为57，行星齿轮齿数为19，实际传动比为4，洗衣转速为180r/min。5、棘爪与棘轮机构设计 由于外桶尺寸已定（因内桶直径已知），在方案设计时初定位于外桶底部的出水口位置，则排水电磁阀衔铁中心与出水口中心位于同一直线上。根据选定的排水电磁阀的行程和初定的棘轮顶圆直径来设计棘爪机构。要求在洗涤时，棘爪要伸入棘轮棘齿高度的三分之二，脱水时棘爪脱离棘轮1.5mm以上。棘爪与棘轮机构的详细设计可参考相关书籍。二、洗衣机电气控制部分2.1电机结构及功能 电机机构：包括薄板、形成在薄板中间且中央设有一个孔的圆形凸台、形成在薄板上与凸台方向相反且与薄板垂直的叶片，叶片与薄板之间设有若干加强筋，其特征在于，所述薄板的边缘形成切减结构，凸台的孔内设有一个或一个以上突块，所述叶片直接形成在薄板上。所述切减结构为圆弧、圆孔、方形、三角形、异形。本实用新型通过减少圆面积、增高叶片的高度，以降低原材料用量，同时并不影响温升的提高。 电机功能：电机是洗衣机运转的动力，全自动洗衣机电机运转通过散热轮、减速器带波轮和内桶运转，实现洗涤和脱水。双桶洗涤电机运转通过散热轮、减速器或皮带轮带动波轮运转，实现洗涤。双桶脱水电机直接带动脱水桶运转 。2.2控制器功能 控制操作系统：由电脑程控器、电源开关、安全开关等组成。 功能及特点：1、 射频卡是采用本公司专有技术生产的异型卡，具有防水、坚硬、体积小和便于携带等点；2、控制器采用本公司专有防水技术生产，具有防水、防撞击等优点；3、刷卡通电，显示卡上剩余金额，八位数码管显示，左边四位显示钱数，右边四位显示时间（分秒）；4、洗衣机在运行过程中，控制器上右边四位数码管显示倒计时洗衣时间；5、按次计费，按时控制，费率和时间可由管理方自行设定；6、通过管理卡可直接在洗衣机上设置不同洗涤状态的费率及统计消费数据；7、各控制器相互独立，不会因为某单元故障而影响其他单元正常工作，8、控制器上有四个按钮，分别是“设置”、“慢洗”、“经济洗”、“快洗”，可以设置费率，选择不同的洗衣模式。2.3传感器功能及使用 传感器功能：传感器就相当于压力开关。当你设定好一个压力值以后，注水后产生水压，达到压力值后就自动通电，达到了开关的作用洗衣机水位开关分为电子式(可调电阻式)和开关式两种,它们都是通过水位上升时所产生的空气压力通过管道传递到传感器使电阻发生变化或内部开关接通来使电脑产生动作的,它损坏后都会产生注水不准,长注水不动作(运转)，排完水后不甩干（此情况比较少见，原因是传感器不复位）。检修时应注意检查管道是否破裂,两端密封是否良好,传感器是否漏气,检查传感器时可用嘴从空气入口处吹入空气同时用表测量传感器两端阻值是否发生变化或开关是否接通,开关式传感器上面的螺钉是用来调整水位注入高低用的,水位不准时可调整.传感器使用：1，你要确定水电都是畅通的。2，在放好衣服后盖上上盖。3，现在就要选择开关，一般海尔都有电源的开关。4，按下后就要选择水位（水量），根据衣服多少你自己决定，洗涤（程序）选择，一般有大物洗，轻柔洗，标准洗等。5，完成上述后按下启动（暂停）键。三、波轮式全自动洗衣机程序设计3.1总体思路全自动洗衣机的工作原理：开始-进水-洗衣-排水-脱水-结束3.2电气设计部分如下图为全自动洗衣机的PLC控制系统电路图。通过PLC来实现电动机的正反转，并且实现洗衣机按预先设置的程序自动执行，完成洗衣。当需要手动排水与脱水时，可强制止自动程序的运行，跳出自动切换到手动操作。为防止全自动洗衣机在工作过程中，电路发生短路，损坏电动机和电路中的各种电气设备，因此在主电路中安装了熔断器，当电路出现短路故障时，能迅速、可靠的断开电源。全自动洗衣机在无人问津的情况下可能长时间运行，为防止电机绕组的温升超过额定值而损坏，采用热继电器作为保护元件，与熔断器搭配使用，可靠地保护电动机。人机接口部分的按钮等都选择低压电器元件，保护操作者的安全。 3.3 PLC设计部分1.4.1正常运行流程图如下图所示。 设定水位按启动按钮进水水位到设定水位停止进水计时2s正转洗衣计时30s反转洗衣计时30s洗衣5次开始NYNNYYYYYNNNN停止洗衣计时2sN停止洗衣计时2sN停止进水停止按钮闭合超重水是否排完脱水计时30s洗衣过程运行3次洗完报警计时3s结束超重报警YYYNNNN排水YY开始正常运行按停止按钮洗涤电机和脱水桶停止转动、进水和排水电磁阀闭合排水打开手动排水开关打开手动脱水开关脱水结束YYYNNN1）程序的构成这个程序有自动方式和手动方式两种。在自动方式下，PLC将运行已经设置好的程序和参数（适用于机械一切都正常工作的情况下）。在手动方式下是在紧急停止情况下，可以手动排水和脱水。2）程序的下载、安装和调试将各个输入输出端子和实际控制系统中的按钮。所需控制设备正确连接，完成硬件的安装。全自动洗衣机程序是由GX Developer软件的指令完成，正常工作是程序存放在存储卡中，若要修改程序，先将PLC设定在STOP状态下，运行GX Developer编程软件，打开全自动洗衣机程序，即可在线调试，也可用编程器进行调试。3.4全自动洗衣机控制系统PLC程序1.数字量输入部分这个控制系统的输入有启动按钮、停止按钮、水位选择开关（高水位、中水位、低水位）、手动排水、自动排水开关、高水位浮球开关、中水位浮球开关，低水位浮球开关、水排空浮球开关、压力开关共12个。具体的输入地址分配如表4.1所示。表4.1 输入地址分配输入地址对应的元器件对应的外部设备X001SB1启动按钮X002SB2停止按钮X003SB3高水位选择开关X004SB4中水位选择开关X005SB5低水位选择开关X006SQ1水排空检测开关X007SQ2高水位检测开关X010SQ3中水位检测开关X011SQ4低水位检测开关X012SB6手动排水X013SB7手动脱水X014SP1压力开关 2.数字量输出部分这个控制系统需要控制的外部设备有进水电磁阀、排水电磁阀、洗涤电动机、脱水桶、报警器共五个设备。但是由于洗涤电动机有正转和反转两个状态，分别都应正转继电器和反转继电器，所以输出点有六个。具体的输出地址分配如表4.2所示。表4.2 输出地址分配输出地址对应的元器件对应的外部设备Y001YA1启动洗衣机Y002YA2进水电磁阀Y003KM1洗涤电动机正转继电器及脱水Y004KM2洗涤电动机反转继电器Y005YA3排水电磁阀Y006YH报警器 3.定时器和计数器全自动洗衣机的控制系统中的工作时间和循环次数需要定时器和计数器来控制。具体定时器和计数器分配如表4.3所示。表4.3 定时器和计数器分配类别元器件号设定值作用定时器T02s进水后暂停时间T130s正转洗涤计时T22s正转暂停计时T330s反转洗涤计时T42s反转暂停计时T530s脱水计时T63s洗完报警计时计数器C05次正反洗循环计数C13次大循环计数4.PLC I/0硬件接线图根据全自动洗衣机控制系统的输入、输出地址分配和定时器、计时器分配以及所选PLC型号，PLC I/O硬件接线图如下图3.1所示。图3.1 I/O硬件接线图3.5源程序 1.辅助继电器在本程序中，M0是按下启动按钮的辅助继电器；M1是判断洗衣机水位是否和设定水位不一致的辅助继电器；M2是判断洗衣机是否和设定水位一致的辅助继电器；M3是停止自动洗衣机的辅助继电器，它的助记符如下。/按下启动按钮，开始洗衣/LD X001OR M0ANI X002OUT M0/洗衣机水位与设定水位不一致辅助继电器/LD X003ANI X007LD X004ANI X010ORBLD X005ANI X011ORBOUT M1/洗衣机水位与设定水位相一致辅助继电器/LD X003AND X007LD X004AND X010ORBLD X005AND X011ORBOUT M2/停止自动洗衣辅助继电器/LD X002OR M3ANI X001OUT M32.进水在正常情况下，按下启动按钮或者脱水完毕，而且洗衣大循环未到三次时，开始进水，当水位达到设定水位后停止进水，等待2s后进入洗衣程序。在强制停止情况下，当停止按钮按下时立即停止进水。它的助记符程序为：/进水到设定的水位，超重后报警，进水阀关闭，自动洗衣终止/LD M0LD T5ANI C1ORBOR Y002AND M1ANI X002ANI X014OUT Y002LD X014OUT Y006LD Y006RST M0/进水到设定的水位后等待2s/LD M2ANI Y005ANI Y001ANI Y004OUT T0 K203.洗衣进水到设定水位2s后，开始洗衣，先正转30s，停止2s然后再反转30s，停止2s这样循环5次后进入排水过程。/洗涤电动机正转30s/LD T0LDI C0AND T4ORBOR Y001ANI T1OUT Y001OUT T1 K300/洗涤电动机停2s/LD T1OUT T2 K20/洗涤电动机反转30s/LD T2OR Y004ANI T2OUT Y004OUT T3 K300/洗涤电动机停2s/LD T3OUT T4 K204.排水洗衣过程完毕后，进入排水过程。水排空后停止排水。它的助记符程序为：/洗衣小循环5次/LD Y004OUT C0 K5LD C0OUT Y005/排水，直至水排空/LD C0OR Y005ANI X002ANI X006LD M3AND X012ORBOUT Y0055.脱水水排空后，开始脱水，脱水30s后停止脱水。因为判断水排空是否在排水完毕后，所以要用到水排完毕辅助继电器。它的助记符程序如下：/排水完毕辅助继电器/LD Y005OR M4ANI Y003OUT