全自动洗衣机设计与调试(戴明明小组)

机电系统设计说明书机电系统设计说明书 20112011 级级 题题 目 目 全自动洗衣机梯形图控制程序的设计与调 试 学学 院 院 工学院 职业技术教育学院 班班 级 级 机械 114 班 学生姓名 学生姓名 戴明明 宋忆宁 周丽丽 陈凯 指导老师 指导老师 张昱 成成 绩 绩 目录目录 1 前言 1 2 全自动洗衣机的设计方案 1 2 1 继电器控制方案 1 2 2 单片机控制方案 2 2 3PLC 控制方案 3 2 4PLC 应用领域 4 3 控制要求及工作原理 1 3 1 控制要求 5 3 2 全自动洗衣机的工作原理 5 4 设计流程及程序 7 4 1 程序运行流程图 7 4 2 洗衣机主电路 9 4 3I O 端分配 10 4 4I O 接线图 11 4 5 程序指令 11 5 梯形图 13 设计心得 15 参考文献 16 0 1 1 前言前言 随着社会的发展工业化的加速 出现了洗衣机 再就是自动化洗衣机 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 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 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 随着先进科学技术 发展 应用于洗衣机上的技术越来越成熟 洗衣机的发展也越来越快 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 健康化 3 节 水节能 4 大容量和微型化 2 2 全自动洗衣机的控制方案全自动洗衣机的控制方案 洗衣机是一种在家庭中不可缺少的家用电器 发展非常快 全自动式洗衣 机因使用方便得到大家的青睐 全自动即进水 浸泡 洗涤 漂洗 排水 甩 干等一系列过程自动完成 控制器通常设有几种洗涤程序 对不同的衣物可供 用户选择 全自动洗衣机控制系统可选择多种控制方案 如继电器 单片机 PLC 等均能完成 2 12 1 继电器控制方案分析继电器控制方案分析 1 继电器是一种电子控制器件 它具有控制系统和被控制系统 通常应用于 自动控制电路中 它实际上是用较小的电流去控制较大电流的一种 自动开关 故在电路中起着自动调节 安全保护 转换电路等作用 电磁式继电器一般 由铁芯 线圈 衔铁 触点簧片等组成的 只要在线圈两端加上一定的电压 线圈中就会流过一定的电流 从而产生电磁效应 衔铁就会在电磁力吸引的作 用下克服返回弹簧的拉力吸向铁芯 从而带动衔铁的动触点与静触点 常开触 点 吸合 当线圈断电后 电磁的吸力也随之消失 衔铁就会在弹簧的反作用 力返回原来的位置 使动触点与原来的静触点 常闭触点 吸合 这样吸合 释放 从而达到了在电路中的导通 切断的目的 继电器一般都有能反映一定输入变量的感应机构 有能对被控电路实现 通 断 控制的执行机构 在继电器的输入部分和输出部分之间 还有 对输入量进行耦合隔离 功能处理和对输出部分进行驱动的中间机构 具有动 作快 工作稳定 使用寿命长 体积小等优点 广泛应用于电力保护 自动化 运动 遥控 测量和通信等装置中 但缺点明显 机械寿命短 容易受到干扰而 引起误操作 继电器控制是硬接线 逻辑一旦确定 要改变逻辑或增加功能很是 困难 继电器控制速度慢 触点易抖动 继电器控制定时精度不高 容易受环 境温度变化影响 且无记数功能 继电器控制定时精度不高 容易受环境温度 变化影响 且无记数功能 2 22 2 单片机控制方案分析单片机控制方案分析 单片机是指一个集成在一块芯片上的完整计算机系统 尽管它的大部分功能 集成在一块小芯片上 但是它具有一个完整计算机所需要的大部分部件 CPU 内存 内部和外部总线系统 目前大部分还会具有外存 同时集成诸如通讯接 口 定时器 实时时钟等外围设备 而现在最强大的单片机系统甚至可以将声 音 图像 网络 复杂的输入输出系统集成在一块芯片上 单片机又称单片微 控制器 它不是完成某一个逻辑功能的芯片 而是把一个计算机系统集成到一个 芯片上 概括的讲 一块芯片就成了一台计算机 它的体积小 质量轻 价格 便宜 为学习 应用和开发提供了便利条件 同时 学习使用单片机是了解计 算机原理与结构的最佳选择 单片机内部也用和电脑功能类似的模块 比如 2 CPU 内存 并行总线 还有和硬盘作用相同的存储器件 不同的是它的这些部 件性能都相对我们的家用电脑弱很多 不过价钱也是低的 一般不超过 10 元即 可 用它来做一些控制电器一类不是很复杂的工作足矣了 单片机是靠程序的 并且可以修改 通过不同的程序实现不同的功能 尤 其是特殊的独特的一些功能 这是别的器件需要费很大力气才能做到的 有些 则是花大力气也很难做到的 一个不是很复杂的功能要是用美国 50 年代开发的 74 系列 或者 60 年代的 CD4000 系列这些纯硬件来搞定的话 电路一定是一块 大 PCB 板 但是如果要是用美国 70 年代成功投放市场的系列单片机 结果就会 有天壤之别 因为单片机的通过你编写的程序可以实现高智能 高效率 以及 高可靠性 由于单片机对成本是敏感的 所以目前占统治地位的软件还是最低级汇编 语言 它是除了二进制机器码以上最低级的语言了 既然这么低级为什么还要 用呢 很多高级的语言已经达到了可视化编程的水平为什么不用呢 原因很简 单 就是单片机没有家用计算机那样的 CPU 也没有像硬盘那样的海量存储设 备 一个可视化高级语言编写的小程序里面即使只有一个按钮 也会达到几十 K 的尺寸 对于家用 PC 的硬盘来讲没什么 可是对于单片机来讲是不能接受的 单片机在硬件资源方面的利用率必须很高才行 所以汇编虽然原始却还是在大 量使用 一样的道理 如果把巨型计算机上的操作系统和应用软件拿到家用 PC 上来运行 家用 PC 的也是承受不了的 2 32 3 PLCPLC 控制方案分析控制方案分析 PLC 可编程逻辑控制器 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 它采用一类可编程的存储器 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 PLC 控制特点 1 可靠性高 抗干扰能力强 高可靠性是电器控制设备的关键性能 PLC 由于采用大规模集成电路技术 严格的生产工艺制造 内部电路都用上了先进的抗干扰技术 所以具有很高的 3 可靠性 PLC 带有硬件故障自我检测功能 当出现故障时可及时发出警报信息 2 适用性强 PLC 发展到今天 已经形成了大 中 小各种规模的系列化产品 可以用 于各种规模的工业控制场合 除了逻辑处理功能以外 现代 PLC 大多具有完善 的数据运算能力 可用于各种数字控制领域 近年来 PLC 的功能单元大量涌现 使 PLC 渗透到了位置控制 温度控制 CNC 等各种工业控制中 加上 PLC 通信 能力的增强及人机界面技术的发展 使用 PLC 组成各种控制系统变得非常容易 3 易学易用 PLC 作为通用工业控制计算机 它接口容易 编程语言都很容易被工程技 术人员接受 梯形图语言和图形符号的表达方式和继电器电路图都相当接近 现在只用 PLC 的少量的开关量逻辑控制指令 就可以方便地实现继电器电路的 功能 这可以为那些不熟悉电子电路 不会汇编语言和不懂计算机原理的人油 条洁净 为他们在计算机从事工业控制方面打开了方便之门 4 系统的设计 建造工作量小 维护方便 容易改造 PLC 用存储逻辑代替接线逻辑 大大减少了控制设备外部的接线 使控制 系统设计及建造的周期大为缩短 同时维护也变得容易起来 更重要的是使同 一设备经过改变程序改变生产过程成为可能 这很适合多品种 小批量的生产 场合 5 体积小 重量轻 能耗低 新近出产的品种底部尺寸小于 100mm 重量小于 150g 功耗仅数瓦 这是 别的控制系统所不能达到的 由于体积小很容易装入机械内部 这是理想的控 制设备 2 42 4 PLCPLC 的应用领域的应用领域 目前 PLC 在国内外已广泛应用于钢铁 石油 化工 电力 建材 机械 制造 汽车 轻纺 交通运输 环保及文化娱乐等各个行业 使用情况大致可 归纳为如下几类 1 开关量的逻辑控制 2 模拟量控制 3 运动控制 4 4 过程控制 5 数据处理 6 通信及联网 综上所述 PLC 的功能强大而且控制操作简单 我决定选择 PLC 控制方法 PLC 控制洗衣机洗涤程序有独特之处 首先 它是一个顺序控制系统程序 其 次 洗涤 排水 脱水时间是由 PLC 内的计数器和定时器中参数控制的 只要 改变它的参数大小就可改变整个程序时间长短 第三 通过改变 PLC 的型号 可以根据衣物的质地 数量及脏污程度来实现标准洗 强洗 快洗的多功能 第四 通过修改洗涤程序可实现进水洗涤 漂洗 排水 脱水的顺序控制 也 可实现或洗涤 或漂洗 或脱水等单体控制 第五 在设计过程中 可以方便 的加入相应的配套装置 如指示灯 蜂鸣器 3 3 控制要求及工作原理控制要求及工作原理 3 13 1 控制要求控制要求 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 1 4 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 3 23 2 全自动洗衣机的工作原理全自动洗衣机的工作原理 全自动洗衣机的实物示意图如图 3 1 所示 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 5 甩干 高 低水位控制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 图 3 1 全自动洗衣机的 PLC 系统结构图如图 3 2 所示 6 图 3 2 单循环工作流程示意图如图 3 3 所示 图 3 3 4 4 设计流程及程序设计流程及程序 4 14 1 程序运行流程图程序运行流程图 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 30S 后 停止洗涤 2S 后开始洗涤反转 洗涤反转 30S 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 320 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 4 1 所示 7 图 4 1 由上图 4 1 可知 PLC 在系统中是处中心位置 水位开关是 PLC 的输入信 8 号控制开关 进水阀 排水阀和电机是洗衣机各种动作的执行机构 其中进排 水阀由 PLC 给定信号来决定其工作状态 电机的工作状态也由 PLC 给定信号来 决定的 而电机的正反转状态直接决定了洗衣机的洗涤状态和脱水状态 另外 由于洗衣机工作过程是顺序过程 所以用 PLC 机的控制系统是可行的 4 24 2 洗衣机主电路洗衣机主电路 如图 4 2 所示为三相异步电动机正反转控制的主电路图 其中 FU 为熔断器 KM1 KM2 分别是控制正转和反转的交流接触器 图中用 KM1 和 KM2 的主触点可 改变电动机的旋转方向 图中 FR 为热继电器 在电动机过载时 它的常闭触点 断开 电动机停转 图 4 2 9 4 34 3 I OI O 端分配端分配 I O 端分配如下表 4 3 所示 I O 地址信号名称符号功能说明 输入 X001 启动 10001 开启洗衣机运行 X002 停止 10002 关闭洗衣机运行 X003 高水位 10003 选择高水位 X004 中水位 10004 选择中水位 X005 低水位 10005 选择低水位 X006 排空检测 10006 排空时接通 X007 高水位检测 10007 高水位时有信号 X010 中水位检测 10008 中水位时有信号 X011 低水位检测 10009 低水位时有信号 X012 手动排水 10010 选择手动排水 X013 手动脱水 10011 选择手动脱水 输出 Y001 启动洗衣机 00001 开启洗衣机 Y002 进水阀 00002 开启进水阀 Y003 正转 00003 电动机正转 Y004 反转 00004 电动机反转 Y005 排水 00005 开启排水 Y006 脱水 00006 开启脱水 Y007 报警 00007 启动报警 表 4 3 10 4 44 4 I OI O 接线图接线图 图 4 4 4 54 5 程序指令程序指令 0 0 LDLD M008M008 1717 STLSTL S20S20 1 1 SETSET S0S0 1818 LDILDI X002X002 3 3 LDLD X002X002 1919 RSTRST C0C0 4 4 MPSMPS 2121 0UT0UT Y002Y002 5 5 ANDAND X012X012 2222 MPSMPS 6 6 OUTOUT Y005Y005 2323 ANDAND X003X003 7 7 MPPMPP 2424 ANDAND X007X007 8 8 ANDAND X013X013 2525 SETSET S21S21 9 9 OUTOUT Y006Y006 2727 MRDMRD 1010 STLSTL S0S0 2828 ANDAND X004X004 11 1111 LDILDI X002X002 2929 ANDAND X010X010 1212 RSTRST C1C1 3030 SETSET S21S21 1414 ANDAND X001X001 3232 MPPMPP 1515 SETSET S20S20 3333 ANDAND X005X005 3434 ANDAND X011X011 8484 ANDAND T4T4 3535 SETSET S21S21 8585 ANDAND C0C0 3737 STLSTL S21S21 8686 SETSET S26S26 3838 LDILDI X002X002 8888 MPPMPP 3939 OUTOUT T0T0 8989 ANDAND T4T4 4040 K K 2020 9090 ANIANI C0C0 4242 ANDAND T0T0 9191 OUTOUT S22S22 4343 SETSET S22S22 9393 STLSTL S26S26 4545 STLSTL S22S22 9494 LDILDI X002X002 4646 LDILDI X002X002 9595 OUTOUT Y005Y005 4747 OUTOUT Y001Y001 9696 ANDAND X006X006 4848 OUTOUT Y003Y003 9797 SETSET S27S27 4949 OUTOUT T1T1 9999 STLSTL S27S27 5252 ANDAND T1T1 100100 LDILDI X002X002 5353 SETSET S23S23 101101 OUTOUT Y005Y005 5555 STLSTL S23S23 102102 OUTOUT Y006Y006 5656 LDILDI X002X002 103103 OUTOUT T5T5 5757 OUTOUT T2T2 104104 K K 300300 5858 K K 2020 106106 MPSMPS 6060 ANDAND T2T2 107107 ANDAND T5T5 6161 SETSET S24S24 108108 ANDAND C1C1 6363 STLSTL S24S24 109109 SETSET S28S28 6464 LDILDI X002X002 111111 MRDMRD 6565 OUTOUT Y001Y001 112112 ANDAND T5T5 6666 OUTOUT Y004Y004 113113 ANIANI C1C1 6767 OUTOUT T3T3 114114 OUTOUT S20S20 6868 K K 300300 116116 MPPMPP 7070 ANDAND T3T3 117117 ANDAND T5T5 7171 SETSET S25S25 118118 OUTOUT C1C1 7373 STLSTL S25S25 119119 K K 2 2 7474 LDILDI X002X002 121121 STLSTL S28S28 7575 OUTOUT T4T4 122122 LDILDI X002X002 7676 K K 2020 123123 OUTOUT Y007Y007 7878 MPSMPS 124124 OUTOUT T6T6 7979 ANDAND T4T4 125125 K K 3030 8080 OUTOUT C0C0 127127 ANDAND T6T6 8181 K K 5 5 128128 OUTOUT S0S0 8383 MRDMRD 12 5 5 梯形图梯形图 梯形图是 PLC 使用得最多的图形编程语言 被称为 PLC 的第一编程语言 梯形图与电器控制系统的电路图很相似 具有直观易懂的优点 很容易被工厂 电气人员掌握 特别适用于开关量逻辑控制 梯形图常被称为电路或程序 梯 形图的设计称为编程 梯形图起源于继电器逻辑和执行线路 它用不同的图 符来表示不同的指令 用串 并联的概念组织图符的顺序位置来表述逻辑 它 的连线有两种 一为母线 另一为内部横竖线 内部横竖线把一个个梯形图符 号指令连成一个指令组 这个指令组一般总是从装载 LD 指令开始 必要时 再继以若干个输入指令 含 LD 指令 以建立逻辑条件 最后为输出类指令 实现输出控制 或为数据控制 流程控制 通讯处理 监控工作等指令 以进 行相应的工作 母线是用来连接指令组的 梯形图编程中 用到以下四个基本概念 1 软继电器 2 能流 3 母线 4 梯形图的逻辑解算 工步介绍 S0 初始化 S20 洗衣机进水 S21 电动机正转 S22 电动机反 转 S23 洗衣机脱水 S24 报警 本程序的梯形图如下图 5 1 所示 13 图 5 1 14 设计心得设计心得 经过将近一周的全自动洗衣机 PLC 课程设计 让我收获颇丰 不仅熟悉了 全自动洗衣机的工作过程 还学会了使用步进指令 步进指令简单 直观 易 于阅读 使用它来控制洗衣机的工作过程 真的很是方便 在网上有很多和老师布置课题相似的题目 其中有自动门控制系统 物业 供水控制系统等 也有全自动洗衣机控制 不过它的 I O 点数很少 我们参考 着这些例子 把它转化成步进梯形图 然后又在此基础上不断进行扩展修改 最终完成梯形图的编程 当时很有成就感 几天的课程设计 让我加深了对 PLC 的认识和理解 也知道了 PLC 应用于 工业控制的优点所在 如 PLC 的可靠性高 抗干扰能力强 通用性强 控制程 序可变 使用方便等优点 这次的课程设计使我将 PLC 的理论知识用在实践中 实现了理论和实践相结合 从中更懂得理论是实践的基础 实践又能检验理论 的正确性 让我受益非浅 对以后工作中遇到问题或者继续学习将会产生巨大 的帮助和影响 小组感言 小组感言 戴明明 通过这次设计实践 我学会了 plc 的基本编程方法