【全自动洗衣机控制系统的硬件和软件设计案例3800字】

全自动洗衣机控制系统的硬件和软件设计案例目录TOC\o"1-3"\h\u17994全自动洗衣机控制系统的硬件和软件设计案例 171621全自动洗衣机控制系统硬件设计 153651.3电动机 5195981.4传感器选择 6194751.2.1水位传感器 657281.2.2水温传感器 7128511.2.3浑浊度传感器 786341.5指示灯 7169912全自动洗衣机软件设计 81全自动洗衣机控制系统硬件设计根据设计方案，本设计中所需要使用的硬件包括变频器、变频电机、FX2N-48MR型PLC、FX2N-4AD模拟量输入模块、水位传感器、水温传感器、浑浊度传感器以及指示灯等。总接线图如图3-1所示。图3-1控制系统总接线图1.1PLC本设计选用的FX2N-48MR型PLC，是基于其以下工作特点：强大的软硬件功能。其功能十分强大，定时、计算器、寄存器、等内部功能非常完善，可以方便地快速实现锁存、延时、跳转等功能。除了逻辑运算、算术运算、数据转换及顺序控制外，还能够实现模拟显示、运算和监测等功能。抗干扰能力强。在硬件设计上，为了提高抗干扰性能，在开关量的输入和输出上都采用了光耦器件，这样的做法使得其内部电路与外部电路之间实现了电隔离，这样由外部的电磁干扰造成的影响就被很好地消除了。另外，在PLC的电源线路和I/O回路当中，还采用了多重滤波电路，可以有效降低高频干扰产生的影响。维修方便，改造简便。在实际使用过程中，PLC以存储方式代替现有的接线方式。这样的方式，大大减少了系统外部的接线，既节约了接线的时间，也减少了错误，使得控制系统能够在较短的时间内完成，维护也更为简便。图3-2FX2N-48MR型PLC接线图如图3-2，所接电源为220V交流电，使用到了6个输入点。其中，X000对应设备启动，X001对应设备停止，X002对应变频故障，X003-X005分别对应强力洗、标准洗、柔和洗三种洗衣模式。使用了13个输出端，使用中间继电器进行继电保护，传递控制电路中的信号。其中，Y000表示设备运行，Y001代表洗涤剂阀门，Y002表示进水，Y003表示加热、Y004和Y005分别代表正转、反转洗衣，Y006排水，Y007代表报警提示，Y010-Y013分别对应表示不同洗衣模式下，电机的运转速度。Y014代表故障灯。图3-3FX2N-4AD接线图因本设计当中需要对温度、水位以及浑浊度进行监测，因此，需要使用模拟量输入模块，本设计使用FX2N-4AD作为模拟量输入模块，其接线图如图3-3所示，它包含4个通道，并且所有的通道都可以进行AD转换，其输入电压应在-10V至+10V之间，转换的速度在6至15毫秒之间。1.2变频器因为经常进行改变电机转速以及正反转交替旋转洗衣的现象，在洗涤和脱水的过程当中，电机的转速不断变化。因此需要采取措施使电源的输出得到一定的控制，来使电机达到不同的运行效果。本设计采用的为CDI9200系列变频器，此变频器故障保护功能完善，控制面板操作方便，可实现一键运行、一键停止。变频器参数如下表所示：表3-1变频器主要参数表输入电压380V额定电流1.5~320A功率规格0.75KW输入频率50/60HZ温度范围-20~+60℃图3-4CDI9200变频器接线图如图3-4所示为CDI9200变频器接线图，D1-D6为多功能输入，D7、D8为多功能端子输入，分别对应不同的运转状态。COM和GND分别为I/O信号和模拟信号的公共端子。VF1、VF2功能为模拟输入电压/电流模拟输入电压为0-10V,模拟输入电流为0/4-20mA。右侧的T1A、T1B、T1C表示运行中信号，运行时T1A和T1C之间处于断开状态，T1A和T1B之间闭合。T2A、T2B、T2C表示故障指示输出，当发生故障时，T2A和T2C端子之间断开，T2A和T2B之间闭合。YO为开集电极输出，CME为开集电极输出共同点，P24为数字信号电源，FM1、FM2功能为频率输出。1.3电动机设计中为与变频器相对应，选择使用变频电机，变频电机的主要参数如下表：表3-2变频电机主要参数表额定电压380V额定功率180W旋转方向左、右旋转绝缘等级E使用环境-5~+40℃、湿度不超过85％RH保护环境-5~+40℃、湿度不超过85％RH变频电机线路图如下：图3-5变频电机线路图如图3-2，变频电机与变频器相连，用于控制不同情况下电机的运转，其DI1-DI6端口分别对应变频正转、反转、慢速、中速、高速和超快速状态。1.4传感器选择为实现设计方案中对全自动洗衣机当中的水位、水温及浑浊度实现监测，选择使用传感器来满足设计需求。1.2.1水位传感器洗衣机必须拥有水位检测功能，水位的检测必须连续，考虑到这样的情况，本设计采用谐振式水位传感器。对于水位高低的检测而言，主要是根据与洗衣机的洗衣桶内侧相连的水压气管里空气压力的大小来对水位进行判断。水位越高，相对应的水压就会越大，这就导致传感器当中电感线圈的电感量越大，根据电感与电容的并联谐振频率公式：f=1/2π√LC得出谐振频率就越小，反之则反。然后通过产生的谐振频率来判定水位的高低。1.2.2水温传感器首先，为了达到洗涤的目，必须对衣服进行加热。一般来说，洗衣机洗衣服时水温在4℃～40℃之间，在这个温度范围内，可以选择MTS102半导体温度检测器，MTS102在此温度区间内具有良好的线性和温度敏感性。1.2.3浑浊度传感器在我们手洗衣服时，我们可以通过眼睛来观察和判断衣服是否清洗干净。而在洗涤桶内衣物在不断翻转，肉眼难以判断洗净的程度。这里选用光传感器来进行检测，检测的方式是通过检测洗涤液的透光率，来达到简洁检测衣物浑浊度的目的。需要安装红外线发射管和光电接收管，按照要求，安装在洗衣机的排水管的两侧。在洗涤衣物之前，将一定量的清水注入到排水管当中，此时光电接收管受光导通，将此时的输出电压设为额定值。开始洗涤后，洗涤液由于污渍扩散而逐渐污浊，电压随之下降。电压过一段时间后倾向于稳定的数值，洗涤过程就此结束。1.5指示灯指示灯可以被用来显示洗衣机的工作过程。此设计使用LED灯作为洗衣机工作过程当中的显示装置。选用LED是因为其优点是：LED耗能低，使用寿命较长，控制十分方便，通过调整电流的大小就可以对亮度进行调节并且不同的光色能够进行多样的组合，此外，还可以做成各种不同形式的符合需求的产品，显示形式丰富且显示质量高。4全自动洗衣机软件设计根据设计方案，本文规定了全自动洗衣机的控制要求，并作出了其整个运行的流程图，通过GXWorks2进行程序编写来达到预期的控制要求。2.1工作流程洗衣机的洗衣过程为：开始—进水—洗衣—脱水—排水—结束。在对基本的工作流程了解的基础上对洗衣机的具体功能进行设计，使其在进水的过程当中对水位进行不间断检测，在到达设定水位后停止进水进行加热衣物，然后开始洗涤工作。洗涤时进行正反转交替洗衣，并在每次洗衣后检测浑浊度是否达到预设值，洗净衣物后脱水，脱水完成后警报器开始发出洗衣完成的警报，到达时间后停止运行。具体流程如图4-2所示：图4-1全自动洗衣机工作流程图具体流程为：启动洗衣机，此时进水阀开始，洗衣机开始进水，期间由水位传感器对水位进行监测。当达到目标水位时，进水阀关闭。第一次洗涤开始，此时对衣物进行加热处理，加热处理完成后，开始洗衣，洗涤方式为正反转洗衣，按照正转洗涤30秒，停顿2秒，反转洗衣30秒，停顿两秒的方式交替洗衣，每次循环都对浑浊度进行监测，浑浊度小于设定值后，出水阀打开，开始排水，将所有水排空。之后进入脱水，脱水工作时间为10秒。洗涤过程一共循环执行3次，3次之后开始报警，达到设定时间后报警停止，整个洗衣过程结束。2.2I/O分配根据设计需要，共需要6个数字量输入、3个模拟量输入以及13个数字量输出，具体如下表所示：表4-1全自动洗衣机I/O分配表开关量输入开关量输出模拟量输入设备启动X000设备运行中Y000温度AI0设备停止X001洗衣剂阀Y001水位AI1变频故障X002进水运行Y002浑浊度AI2选择强力洗X003加热运行Y003选择标准洗X004正转运行Y004选择柔和洗X005反转运行Y005出水运行Y006报警运行Y007变频慢速Y010变频中速Y011变频快速Y012变频超快速Y013变频故障灯Y0142.3梯形图本设计使用GXWorks2对全自动洗衣机所要实现的功能进行程序的编写，该软件能够实现程序编辑、参数设定、程序修改、在线调试及更改等多种功能，满足设计的需要。图4-2全自动洗衣机启动梯形图按下X000，此时Y000导通，洗衣机开始启动。图4-3添加洗涤剂梯形图洗衣机运行后，添加洗衣剂的阀门开启，开始向洗衣机当中添加洗涤剂，添加洗涤剂的时间为3秒钟，3秒时间到，添加洗涤剂的阀门关闭。图4-4进水、加热及开始运行梯形图程序图4-5进水、加热及开始运行梯形图程序对水温和温度进行设定。设置完成后，洗衣机开始进水，此时水位与设定水位进行比较，当水位与设定水位值相同时，进水停止。启动对衣物的加热，将加热过程中的温度与设定值进行比较，当加热温度达到预设温度时，加热停止，加热过程仅在第一次循环过程当中进行。两个步骤完成后，洗衣机准备进入洗涤环节。图4-6正转洗衣梯形图洗衣机开始进行正转洗涤。图4-7浑浊度设定及比较梯形图在洗衣开始前预先设定浑浊度的值，洗涤过程中将当前浑浊度与之前浑浊度差值和预设值进行比较。图4-8洗衣机正转运行梯形图洗衣机开始正转洗衣，每次正转的时间是30秒，30秒时间到，有2秒钟的停顿时间。图4-9洗衣机正转停顿时间及反转梯形图正转停顿时间为2秒钟，2秒时间到，进入反转洗衣状态。图4-10反转运行梯形图洗衣机进入反转洗衣状态，反转洗衣时间为30秒，时间到后，进入反转等待状态。图4-11反转停顿时间及浑浊度判定梯形图反转洗衣时间到后，停顿2秒。在此期间会进行浑浊度的比较，若浑浊度大于设定值或等于设定值，则再次进入正转洗衣过程。图4-12浑浊度判定梯形图若浑浊度大于设定值或等于设定值，则再次进入正转洗衣过程。若浑浊度小于设定值则开始排水。图4-13脱水运行