工业洗衣机控制系统设计.docx

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工业洗衣机控制系统设计

苏州工业园区职业技术学院

（机电一体化综合项目设计制作）

项目报告

选题：

工业洗衣机控制系统设计

学生姓名：

班级：

指导教师：

机电工程系制

工业洗衣机控制系统设计

一、项目概述

工业洗衣机常用于大型宾馆及专业洗涤企业，进行批量化洗涤处理由于洗涤容量较大（15-100Kg），其运行控制的关键在于低速洗涤时应具有平滑的力矩，脱水时应具有较高的旋转速度。

因此，通常应用变频器实现低速时大起动力矩和动态的响应性能。

并且实现大容量电动机的软启动控制，能有效避免洗衣机运行时对宾馆其他设备造成的供电电源波动等不良影响。

图1工业洗衣机

工业洗衣机采用一台三相异步电机提供运转动力，传送系统由电机通过二级三角胶带传至滚筒主轴，驱动内胆转动，运转平稳，振动小，经久耐用。

由电动机驱动洗衣机的内筒进行正向与反向旋转运动，带动水和衣物作不同步运动，使水和衣物等相互摩擦、搓揉，达到洗净的目的。

在洗衣机内部设置“进水电磁阀，排水电磁阀及水位检测开关”，从而满足全自动洗涤和脱水的控制需求。

为了保证洗衣机安全可靠运行，在内筒门盖上装有安全锁紧机构，并在外筒门盖上设置电气互锁安全装置（即安装“电磁锁和磁性开关”），采用磁性开关检测门的“打开、关闭”状态，应用电磁锁控制洗衣机外筒门上锁。

设备控制要求分析

本设备要求应用“传感器与PLC、变频器及电磁阀”等组成自动控制系统，实现“进水→洗涤→排水→脱水”自动控制的工作流程，具体控制要求如下：

接通设备电源时，“电源”指示灯亮；

自动洗涤流程

按动“启动”按钮→洗涤指示灯亮→开启进水电磁阀进水→当水位升到指定水位时自动停止注水→电磁锁控制外筒门上锁（“门闭锁”指示灯亮）→启动电机低速运行（约600rpm）→延时5秒后电机中速运行（约1200rpm），并按照“正转30秒→←反转30秒”循环运行30分钟后停止运行→“洗涤”指示灯灭。

自动脱水流程

以上洗涤流程结束延时5秒后→“脱水”指示灯亮→开启出水电磁阀排水→约60秒后关闭电磁阀停止排水→启动电机以额定转速正转，约2分钟之后自动停止运行，→“脱水”指示灯灭→延时10秒后→解除外筒门的“闭锁”→发出“提示”信号，提醒用户取出衣物→当外筒门打开时，提示信号停止，结束自动洗衣工作流程。

暂停控制

在自动洗涤过程中，按下“暂停”自锁按钮时电机停止运转，当“暂停”按钮旋转复位后，洗衣机则继续洗涤运行。

安全运行连锁控制

为了保证洗衣机安全可靠运行，必须在洗衣机外筒门已关闭、并且门已上锁（闭锁）的状态下，才允许启动电机运行；在洗衣机自动洗涤和脱水过程中，当外筒门被意外打开时应控制电机立即停止运转。

主要部件技术参数

1.三相电动机：

Y100L-2型，1.2KW、AC380V、3A,2900r/min;

2.变频器：

三菱FR-E740-1.5-CH型，输入电源：

三相AC380V,1.5KW;

3.电磁阀:

6014型，AC220V、40W，0.2A;

4.电磁门锁:

WD-6004C型，AC220V、20W,0.1A,（内置磁性开关）;

5.液位开关:

UQK-01型，工作电压DC24V,继电器输出型1NO+1NC;

6.蜂鸣指示灯：

DN16-22FS,AD/AC220、20mA；

7.PLC自选：

三菱FX2N系列或西门子S7-200系列产品。

（2）小组任务分工表：

表1小组任务分工

序号

项目组成员

主要工作任务

1

设备总体方案设计

2

电器安装工艺设计

3

元器件的选型与安装

4

电器原理设计

二、设备控制要求分析

本设备要求应用“传感器与PLC、变频器及电磁阀”等组成自动控制系统，实现“进水→洗涤→排水→脱水”自动控制的工作流程，具体控制要求如下：

接通设备电源时，“电源”指示灯亮；

自动洗涤流程

按动“启动”按钮→洗涤指示灯亮→开启进水电磁阀进水→当水位升到指定水位时自动停止注水→电磁锁控制外筒门上锁（“门闭锁”指示灯亮）→启动电机低速运行（约600rpm）→延时5秒后电机中速运行（约1200rpm），并按照“正转30秒→←反转30秒”循环运行30分钟后停止运行→“洗涤”指示灯灭。

自动脱水流程

以上洗涤流程结束延时5秒后→“脱水”指示灯亮→开启出水电磁阀排水→约60秒后关闭电磁阀停止排水→启动电机以额定转速正转，约2分钟之后自动停止运行，→“脱水”指示灯灭→延时10秒后→解除外筒门的“闭锁”→发出“提示”信号，提醒用户取出衣物→当外筒门打开时，提示信号停止，结束自动洗衣工作流程。

暂停控制

在自动洗涤过程中，按下“暂停”自锁按钮时电机停止运转，当“暂停”按钮旋转复位后，洗衣机则继续洗涤运行。

安全运行连锁控制

因保证洗衣机安全运行，需在洗衣机外筒门已关闭、且门已上锁（闭锁）的状态下，才允许启动电机运行；在洗衣机自动洗涤和脱水时候，当外筒门被打开时应控制电机立即停止。

三、设备总体方案设计

1.方案概述

1）洗衣机动力

三相异步电机提供动力；洗涤功能由三相异步电机中速正反转实现；脱水功能由三相异步电机额定转速正转实现；调速有变频器实现。

2）进出水及水位判断

进出水由电磁阀控制，进水电磁阀闭合，排水电磁阀打开；水位由液位开关控制。

3）安全连锁

电磁门锁实现安全连锁，蜂鸣指示灯实现发出“提示”信号。

4）控制系统

PLC：

FX2N-32MR实现控制。

2.设备元件配置

三菱PLC：

因为工业洗衣机的电压要求较高，所以我们采用交流220V的电压。

考虑到I/O地址的输入和输出的总点数选择相应规模的可编程控制器并留有10%～15%的I/O裕量。

根据本次项目可知，这次共有4个输入，12个输出，由此我们选择的是三菱的FX2N-32MR,AC220V的PLC。

电感式传感器：

①无活动触点、可靠度高、寿命长；②分辨率高；③灵敏度高；④线性度高、重复性好；⑤测量范围宽。

电感式传感器主要用于位移测量和可以转换成位移变化的机械量

水位开关：

液位开关:

UQK-01型满足需求，因工作电压DC24V,继电器输出型1NO+1NC;

变频器：

根据三相异步电动机的额定参数：

Y100L-2型，1.4KW，AC380V,3A,2900r/min，按照变频器的额定容量大于等于负载的额定功率的额原则，因此选择变频器的额定容量为1.5KW。

因此我们选择的是三菱公司的FR-E740-1.5K型，电源三相AC380V,1.5KW。

三相电动机：

Y100L-2型，1.2KW、AC380V、3A,2900r/min;

变频器：

三菱FR-E740-1.5-CH型，输入电源：

三相AC380V,1.5KW;

电磁阀:

6014型，AC220V、40W，0.2A;

电磁门锁:

WD-6004C型，AC220V、20W,0.1A,（内置磁性开关）;

液位开关:

UQK-01型，工作电压DC24V,继电器输出型1NO+1NC;

蜂鸣指示灯：

DN16-22FS,AD/AC220、20mA；

四、控制系统设计

1、硬件设计

1）、主电路设计

图2主电路

2）、PLC输入/输出接口电路及辅助电路

图3PLC输入/输出接口电路及辅助电路

PLC在系统中是处于中心位置，洗衣机的进水，洗衣，排水，脱水是通过水位开关，作为PLC的输入信号控制开关，PLC的输出信号决定电磁进水阀和电磁排水阀工作状态以及电机工作状态，从而实现自动控制的。

水位开关用来控制进水到洗衣机内高中低水位，电磁进水阀起着通断水源的作用。

进水时，电磁进水阀打开，将水注入，排水时，电磁排水阀打开，将水排出，洗衣时，洗涤电动机启动，脱水时，脱水桶启动。

工作过程；

a）系统处于初始状态准备好启动，洗涤灯亮

b）开启电磁阀开始进水

c）当注入的水达到设定水位值时停止进水

d）外桶盖上锁，门锁灯亮

e）电机低速运行

f）5S后电机中速运转同时正转30S，反转30S

g）30分钟后停止，洗涤灯灭

h）5S后脱水灯亮，开启出水电磁阀排水

i）60S后关闭电磁阀停止排水，电机高速正转

j）2分钟后电机停转，脱水灯灭

k）10S后外筒解锁，发出提示信号

l）外筒门打开，提示信号停止，结束。

2、软件设计

1）、控制流程图  

图4控制流程图

2）、I/O地址分配表

表2I/O地址分配表

输入地址

信号说明

输出地址

信号说明

X0

开始按钮SB1

Y0

KA1控制变频器正转STF

X1

暂停自锁按钮SB2

Y1

KA2控制变频器反转STR

X2

液位开关（检测水位）SQ1

Y2

KA3控制变频器高速RH

X3

电磁门锁的磁性开关SQ2

Y3

KA4控制变频器中速RM

Y4

KA5控制变频器低速RL

Y5

洗涤指示灯

Y6

门闭指示灯

Y7

脱水指示灯

Y8

提示蜂鸣指示灯

Y9

进水电磁阀

Y10

出水电磁阀

Y11

电磁门锁

3）、PLC梯形图程序及说明

图5PLC梯形图程序

3．电气安装工艺设计

1）布置图

图6底板布置图

图7操作板布置图

2）接线图

图8接线图1

图9接线图2

3）明细表

表3明细表

代号

名称

型号

规格

数量

备注

M1

三相异步电动机

Y100L-2型

1.4KW

AC380V,3A,2900r/min

1

正泰

INV1

变频器

FR-E740-1.5K-CH型

电源

三相AC380V,1.5KW

1

施耐德

QF

断路器

DZ47-60

3P,10A

1

施耐德

FU

熔断器

FS-10

Ue=220V,Ie=10A,

Ifn=2A

2

施耐德

KA1-5

继电器

MY2N-J

AC220V

5

施耐德

PLC

可编程序控制器

FX2N-32MR

AC220V

1

三菱

SB1

启动按钮

NP4-11BN3

AC220V，2.5A

1

施耐德

SB2

常开旋钮

NP4-11XD5

AC220V,2.5A

1

施耐德

SQ1

液位开关

UQK-01型

工作电压DC24V

继电器输出型1NO+1NC

1

施耐德

SQ2

电磁门锁

WD-6004C型

AC220V，20W,0.1A

1

施耐德

HL1-4

指示灯

ND16

AC220V,20mA

4

施耐德

HL5

蜂鸣指示灯

ND16-22FS

AC220V，20mA

1

施耐德

YV1-2

电磁阀

6014型

AC220V，20W，0.1A

2

施耐德

TC

变压器

BK-220VA

380V/220V,

1

施耐德

五、总结

课程设计总结

通过该系统的设计，对三菱FX系列的特点有了更深的理解，工业洗衣机控制系统利用了三菱FX系列PLC与MCGS组态软件的特点，对按扭、电磁阀、开关等其他一些输入/输出点进行控制，实现了洗衣机洗衣过程的自动化。

这次在毕业设计中，我及时与老师交流，并严格按照进度表按时完成各阶段的任务。

通过这次设计，学到了许多东西，设计中，我常遇到不懂或不明白的地方，除了查阅相关资料，老师们也给了我很多的指导，在老师们的指导下改进设计方案，为了一个问题苦苦思索，为了一个问题的圆满解决而高兴，其中的困惑、苦恼、兴奋激动只有自己知道。

这次毕业设计的体会，我收获至深。

最重要的是体会到，一遇到问题，不要苦恼烦心，首先要分析问题，及时请教，抓紧的每分每秒，对需要调整的地方及时做出改动，不能墨守成规，做人也是同样的道理。

六、参考文献

殷建国，工厂电气控制技术，经济管理出版社，2006