工业洗衣机程序控制系统设计.docx
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工业洗衣机程序控制系统设计
届
分类号：
TP311
单位代码：
学士学位毕业设计（论文）
工业洗衣机程序控制系统设计报告
姓名
学号
年级
专业
系（院）
指导教师
2012年2月27日
诚信声明
本人呈交给的这篇毕业论文，除了所注参考文献和世所公认的文献外，全部是本人在指导老师指导下的设计成果.
学生签名：
日期：
经检查该毕业设计（论文）为独立完成，不存在抄袭现象。
指导老师签名：
日期：
摘要
可编程控制器（PLC）技术，在当今社会发展异常迅速，各生产厂家也推出了许多强大的新型PLC、各种特殊模块和通信联网器件，使可编程控制器成为集微机技术、自动化技术、通信技术于一体的通用工业控制装置，既提高了操作的准确性、安全性、稳定性，同样也带来了极大的经济性，成为实现工业自动化的一种强有力的工具。
应用PLC技术，解决工业全自动洗衣机的编程,稳定性相当好，同时实现了洗衣机的多功能性.
PLC在工业洗衣机中的运用,是对旧式普通型、半自动型洗衣机的是综合改造.它不同与家用全自动洗衣机，这是一款应用在工厂需大批量洗涤场合,解决生产生活中洗涤任务繁重的需要而设计的。
在思考工业全自动洗衣机的电气控制方式中,选择PLC作为微电脑程序控制，同时由其控制变频器带动电动机的运行方向.
本篇论文主要介绍了在工厂这种特殊场合有PLC应用在工业洗衣机控制系统中，解决生产生活中洗涤任务繁重的需要而制造的。
关键词:
PLC；变频器;洗衣机
Abstract
Programmablelogiccontroller（PLC）technology，intoday'ssocietyisdevelopingrapidly，themanufactureralsorolledoutalotofpowerfulnewPLC，variousspecialmoduleandcommunicationnetworkingdevice,asetofprogrammablecontrollercomputertechnology,automationtechnology,communicationstechnologyinonegenericindustrialcontroldevices，industrialautomationachievingapowerfultool.ApplicationofPLCtechnology,solveindustrialautomaticwashingmachineprogramming，stabilityisverygood，whileachievingamultifunctionalwashingmachine。
PLCinindustrialwashingmachineinuse，theoldgeneraltype，semi—automaticwashingmachineistheintegratedtransformation.Itisdifferentwiththehouseholdfullautomaticwashingmachine，thisisanapplicationinthefactoriesneedalargenumberofwashingoccasions，solvemanufacturinglifecleaningtasksrequireddesign。
Inthinkingabouttheindustrialautomaticwashingmachineelectricalcontrolmode,selectionofPLCasamicrocomputerprogramcontrol，atthesametimeiscontrolledbythefrequencyconvertertodrivethemotorrunningdirection.
ThisthesisintroducesthePLCapplicationintheindustrialwashingmachinecontrolsystemtosolvethearduoustaskofwashingintheproductionandlivingneedsofthemanufacturingfactoryspecialoccasions。
KeyWords:
PLC;Inverter;WashingMachine
前言……………………………………………………………………………1
第1章洗衣机概述………………………………………………………….3
1.1洗衣机的应用与发展……………………………………………………。
3
1。
2工业洗衣机设计及工作原理………………………………………3
第2章工业洗衣机硬件系统设计………………………………………………5
2.1主电机调速电路的设计…………………………………………………5
2。
2变频器与电机应用………………………………………………………7
2.3PLC系统及外围电路的设计…………………………………………10
第3章工业洗衣机软件系统设计………………………………………………17
3。
1洗衣机控制要求及整机流程……………………………………………17
3。
2整机软件程序图…………………………………………………………18
总结……………………………………………………………………………22
致谢……………………………………………………………………………23
参考文献………………………………………………………………………24
前言
传统的洗衣机采用继电器控制的优点是装置结构简单、价格便宜、抗干扰能力强.但是，这也是随之带来的一些问题,如绝大多数控制继电器都是长期磨损和疲劳工作条件下进行的，容易损坏，而且继电器的触点容易产生电弧，甚至会熔在一起产生误操作,引起严重的后果。
在全负荷运载的情况下，大的继电器将产生大量的热及噪声，同时也消耗了大量的电能。
并且继电器控制系统必须是手工接线、安装，如果有简单的改动，也需要花费大量时间及人力和物力去改制、安装和调试。
这种电路接线多，只适用于小型的控制电路。
可编程控制器（PLC）是一种数字运算与操作的控制装置。
PLC作为传统继电器的替代产品，广泛应用于工业控制的各个领域。
由于PLC可以用软件来改变控制过程，并有体积小，组装灵活，编程简单，抗干扰能力强及可靠性高等特点,特别适用于恶劣环境下运行。
当利用变频器构成自动控制系统进行控制时,很多情况下是采用PLC和变频器相配合使用。
工业洗衣机（工业水洗机）适用于洗涤各种棉织、毛纺、麻类、化纤混纺等衣物织品，在服装厂、水洗厂、工矿企业、学校、宾馆、酒店、医院等的洗衣房具有广泛应用，是减轻劳动强度，提高工作效率,降低能耗的理想设备。
从世界上第一台洗衣机问世，工业洗衣机就相伴而生，就像整个工业革命带来的巨变一样，今天越来越自动化的洗涤机械使当年用手搓洗的生活改头换面。
本课题将主要着重于工业洗衣机的控制,要求洗衣机能实现进水、洗涤、排水、脱水，所采用的控制方法操作简单、稳定可靠、维护与维修方便.控制方法确定后投入生产要缩短控制系统的设计的时间、调试周期,且要降低成本.
第1章洗衣机概述
1.1洗衣机的发展与应用
从古到今，洗衣这项家务劳动从手工到机械的长期发展历程,可谓长久.
1858年，美国人汉密尔顿·史密斯成功制成了世界上第一台洗衣机。
该洗衣机的主件是一只圆桶，桶内装有一根带有桨状叶子的直轴。
轴是通过摇动和它相连的曲柄转动的。
但这台洗衣机使用费力，且损伤衣服，因而没被广泛使用,但这却是机器洗衣的开端。
次年在德国出现了一种用捣衣杵作为搅拌器的洗衣机，当捣衣杵上下运动时，装有弹簧的木钉便连续作用于衣服。
19世纪末期的洗衣机已发展到一只用手柄转动的八角形洗衣缸，洗衣时缸内放入热肥皂水，衣服洗净后，由轧液装置把衣服挤干.
1874年,美国人比尔·布莱克斯发明了木制手摇洗衣机.其机构造极为简单，是在木筒里装上6块叶片，用手柄和齿轮传动,使衣服在筒内翻转，从而达到“净衣”的目的。
1880年，洗衣机的动力由人力变为蒸汽,但原理相同.现代蒸汽洗衣机的功能包括蒸汽洗涤和蒸汽烘干，采用了智能水循环系统,可将高浓度洗涤液与高温蒸气同时对衣物进行双重喷淋，贯穿全部洗涤过程，实现了全球独创性的“蒸汽洗"全新洗涤方式。
与普通滚筒洗衣机在洗涤时需要加热整个滚筒的水不同，蒸汽洗涤是以深层清洁衣物为目的，当少量的水进入蒸汽发生盒并转化为蒸汽后，通过高温喷射分解衣物污渍。
蒸汽洗涤快速、彻底，只需要少量的水，同时可节约时间。
对于放在衣柜很长时间产生褶皱、异味的冬季衣物，能让其自然舒展，抚平褶皱.“蒸汽烘干”的工作原理则是把恒定的蒸汽喷洒在衣物上，将衣物舒展开之后,再进行恒温冷凝式烘干。
通过这种方式，厚重衣物不仅干得更快,并且具有舒展和熨烫的效果,之后，水力洗衣机、内燃机洗衣机也相继出现.水力洗衣机包括洗衣筒、动力源和与船相连接的连接件，洗衣机上设有进、出水孔，洗衣机外壳上设有动力源，洗衣筒上设有衣物进口孔，其进口上设有密封盖，洗衣机通过连接件与船相连.它无需任何电力,只需自然的河流水力就能洗涤衣物,解脱了船民在船上洗涤衣物的烦恼，节约时间，减轻家务劳动强度。
1910年,美国的费希尔试制成功世界上第一台电动洗衣机。
电动洗衣机的问世，标志着人类家务劳动自动化的开端，再后来。
洗衣机的洗涤结构,由拖动式变为搅拌式，使洗衣机的结构固定下来,这也就是第一台搅拌式洗衣机的诞生.这种洗衣机是在筒中心装上一个立轴，在立轴下端装有搅拌翼，电动机带动立轴，进行周期性的正反摆动，使衣物和水流不断翻滚,相互摩擦,以此涤荡污垢。
搅拌式洗衣机结构科学合理，受到人们的普遍欢迎。
1932年第一台前装式滚筒洗衣机问世，洗涤、漂洗、脱水在同一个滚筒内完成.这意味着电动洗衣机的型式跃上一个新台阶，朝自动化又前进了一大步。
第一台自动洗衣机于1937年问世。
这是一种”前置"式自动洗衣机。
靠一根水平的轴带动的缸可容纳4000克衣服。
衣服在注满水的缸内不停地上下翻滚，使之去污除垢.到了40年代便出现了现代的"上置"式自动洗衣机。
随着工业化的加速,世界各国也加快了洗衣机研制的步伐。
首先由英国研制并推出了一种喷流式洗衣机，它是靠筒体一侧的运转波轮产生的强烈涡流,使衣物和洗涤液一起在筒内不断翻滚,洗净衣物。
1955年，在引进英国喷流式洗衣机的基础之上，日本研制出流行至今的波轮式洗衣机。
至此，波轮式、滚筒式、搅拌式在洗衣机生产领域三分天下的局面初步形成。
这之后，以微处理器控制的全自动洗衣机在问世，开创了洗衣机发展史的新阶段。
80年代，“模糊控制"的应用使得洗衣机操作更简便，功能更完备，洗衣程序更随人意,外观造型更为时尚，90年代,由于电机调速技术的提高，洗衣机实现了宽范围的转速变换与调节，诞生了许多新水流洗衣机。
此后,随着电机驱动技术的发展与提高,日本生产出了电机直接驱动式洗衣机，省去了齿轮传动和变速机构，引发了洗衣机驱动方式的巨大革命。
之后，随着科技的进一步发展，滚筒洗衣机已经成了大家耳濡目染的产品。
而今，纵观洗衣机市场，虽然目前已经形成了以波轮为主，滚筒为辅的产品格局，但是滚筒洗衣机正逐步在高端市场发力。
由于滚筒洗衣机具有清洁性好、省水、衣物磨损率低、不缠绕等优点，能够适合羊毛、羊绒、丝绸、纯毛类等织物,因此随着城市居民生活水平的提高，消费者对滚筒洗衣机的认可程度越来越高。
在销量排名前10位的洗衣机产品中,滚筒洗衣机的比例已经超过了70%，已经成为高端市场的主流产品。
再者，洗衣机已经从原来单纯追求洁净、节水、节电等，逐步向健康、环保等方向发展。
从洗衣机能效标识正式实施，到节能减排成为今年两会主题，再到绿色奥运概念的提出，节能、环保产品越来越受关注。
消费者对节能、环保的关注程度明显比以前提高，虽然节能产品的首次购机价格要比非节能产品高，但消费者往往从长期家庭支出来考虑，在购买产品是更倾向选择低能耗产品。
同时，随着生活工作压力的增加，身体的健康成为了人们日益关注的内容，消费者在选购洗衣机产品时，对除菌功能的关注度越来越高。
虽然洗衣机只能起到抑菌、抗菌的作用，但是通过内部材料的改进，可以达到一定的抗菌、抑菌效果。
目前洗衣机的抗菌抑菌技术主要有材料抑菌技术和传统抑菌技术。
其中材料抑菌技术主要是在洗衣机的塑料件原材料中添加特殊抑菌剂和防霉剂,降低塑料材质上细菌、霉菌的存活率，目前这种方式的除菌技术应用较多,此外还有传统的氧化杀菌技术和高温蒸汽杀菌技术.由于关于健康洗衣机的国家标准还没有出台,市场还显得比较混乱，但是可以预见的“健康洗衣"将逐步引领洗衣机行业新潮流，带有除菌功能的洗衣机将吸引消费者更多的关注。
另外，功能高集合化，大容量，也都将是洗衣机的发展趋势.
此外，在外观方面，不管是低端产品还是高端产品，消费者对洗衣机产品的外观要求更加严格.特别是高端消费群体对生活品质的追求很高,因此除了要求洗衣机符合自身的审美需要外还要和家居风格想配套.因此，一些在外观设计方面具有时尚感、艺术感及科技感的产品更受消费者欢迎。
总之，在当今世界洗衣机的发展是必然的,洗衣机的发展趋势也日新月异，洗衣机的发展丰富了我们的生活，增加了我们生活的色彩，从而加快了洗衣机的发展历程与趋势。
在当今现代化世界我们只有加快自己的脚步才能在今天立于不败之地，作为洗衣机也是一样，只有加快洗衣机发展历程和提高洗衣机的发展趋势才能满足当今社会的需求，满足这个现代化的世界.
时间的推移，科学技术在飞速发展。
二十一世纪的今天，对洗衣机而言已经彻底发生了巨大的变化,具有全自动多功能的洗衣机已经早在现实生活中广泛使用.不仅在洗涤质量上有更强的突破，在洗衣机的制造业还提出了6大要素：
最合适的控制力度，最适宜的洗涤温度，最和谐的急缓节奏，最恰当的运行转速,最科学的洗涤时间，最佳的脱水转速；并且在稳定性、安全性、性价比方面与以往普通型洗衣机相比都实现了本质的超越。
随着工业技术日益成熟，我们利用现有技术开发创新出一种具有商业用途的多功能型工业大容量洗衣机，实现工业衣物的大批洗涤。
1。
2工业洗衣机设计及工作原理
工业洗衣机由电机通过皮带变速带动内胆转动、且在时序控制器作用下正反旋转，带动水和衣物作不同步运动，使水和衣物等相互摩擦、揉搓，达到洗净的目的.本机采用一台三相异步电动机或一台调速电机（洗染机）作运转动力，当接通电源时，电源指示灯亮,三位开关控制点动、停止、自动，点动位置时点动指示灯亮，可实现点动对门；自动位置时运转指示灯亮，根据洗涤工艺要求选择洗涤时间,机器将在规定的时间内正反自动运转洗涤。
在设计工业洗衣机之前，考虑了好多问题，比如说洗衣机在可靠性、安全性、开发推广价值等方面的具体实际问题。
整合了方方面面,认为为工厂大型洗衣房设计的这款商业机型,进行控制，能够实现被控对象的工艺要求，能够提高实际生产效率和完成卫生高效的洗涤质量。
下表是部分工业洗衣机主要技术参数：
表1.1部分工业洗衣机主要技术参数
技术参数
型号
容量kg
电机功率kw
转鼓直径mm
外形尺寸mm
机重kg
XPG20
20
0。
75
Φ535×660
1250×1150×1280
550
XPG30
30
1.5
Φ720×850
1610×1400×1510
600
XPG50
50
2.2
Φ800×1000
1760×1500×1640
800
XPG70
70
3
Φ950×1100
1840×1540×1840
1100
XPG100
100
3
Φ950×1500
2350×1550×2100
1500
XPG150
150
4
Φ1070×1500
2560×1760×2300
2000
XPG200
200
5.5
Φ1070×2000
2900×1600×2250
2200
XPG220
220
5。
5
Φ1180×2000
3000×1700×2300
2800
XPG250
250
7.5
Φ1200×2200
3100×1850×2450
3000
XPG300
300
7.5
Φ1200×2440
3200×1880×2600
3500
XPG350
350
11
Φ1360×2440
3200×2050×2790
3750
设计的工业洗衣机中，通过比较搅拌式、滚筒式还有波轮式洗衣机，在大型洗衣量方面我选择了波轮式洗衣机。
因为，滚筒洗衣机虽然具有洗涤均匀性好，衣物磨损小,自动化程度高等诸多优点，可是洗净率方面却很不够理想；搅拌式洗衣机洗净度较高,但洗涤时衣服全部浸泡在洗涤液中,洗衣量比波轮式洗衣机多。
所以，我选择了波轮式洗衣机在大型场合的应用。
在采用控制技术上选择PLC作为控制器，来设计工业洗衣机控制系统，在这里主要为了其产品实现功能齐全、外围电路简单、维护容易方便,容易继续写入编程语言实现更新升级等.最大限度地满足被控对象的控制要求，在应用中保证PLC控制系统安全可靠，适应企业发展的需要，为需要强洗涤工作量的企业提供了极大便利.
洗衣机的进水、排水系统分别由进水电磁阀和排水电磁阀来执行。
进水时，通过PLC控制系统使进水阀打开，经进水管将水注入到外桶.洗衣桶（外桶）和脱水桶（内桶）是以同一中心安放的.外桶固定，作盛水用。
内桶可以旋转，作脱水用。
内桶的四周有很多小孔，使内外桶的水流相通。
洗涤之前，按照所选水位的高、中、低事前选择好,选择洗涤功能是普通洗还是强效洗，之后进入模式状态,开始进水并且内置加热器开始加热，达到量程要求有阀内浮球控制闭合水位量程开关，进而来控制PLC的输出让进水阀失电。
排水时，通过电控系统使排水阀打开，将水由外桶排出到机外。
洗涤正转、反转由洗涤电动机驱动波盘正、反转来实现，此时脱水桶并不旋转。
脱水时，通过电控系统将离合器合上,由洗涤电动机带动内桶高速正转进行甩干。
启动按钮用来启动洗衣机进入工作状态。
停止按钮用来实现手动停止电机运转，进而完成排水脱水的洗涤任务.
这款工业洗衣机的设计中综合考虑了水温有利于对洗涤衣物的洗净度效果，所以在外桶底下安置了加热器，最利于洗涤剂去除油污。
我考虑了它的最有应用价值的方面：
帮助企业提高自身的企业文化形象：
洗涤工厂里工人们的大量油污工作服。
避免员工自己在家洗的种种不变，给员工创造了舒适的业余生活，带来了工作中的愉悦心情,潜移默化中提升了企业的文化内涵.
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。
由于是大批量洗涤衣物，在选择主电机方面选择了三相交流异步电动机功率在4.0KW适宜大型洗衣机的洗涤，电磁阀选用直流24V作为控制进水和排水的任务及要求,电热器控制电路采用单相线路，在洗涤功能指示灯方面选择LED灯.
第2章工业洗衣机硬件系统设计
2.1主电机调速电路的设计
在以往老式的洗衣机调速中多采用交流调速,交流调速与直流调速相比，具有容量大、转速高、耐高压、节能、经济、可靠等优越性。
在设计中我考虑串入附加电阻而增加的转差率,是以发热的形式消耗在附加电阻上的，从而导致系统的效率减低，而且调速范围小，静差率大，平滑性差，只能用于小功率电动机。
由于它属于消耗转子功率来实现调速，所以改用其他调速。
现代电力传动技术重要发展方向在调速中直接利用交流电在变频器的变频下实现平稳的调速,可以说它将逐渐取代了过去老式的串阻调速,变极调速，直流调速等调速系统，越来越广泛的应用于多领域。
通过了解,在工业洗衣机的调速方面，我们选择使用变频器作为理想的调速方式。
它是把工频电源变换成需要频率的交流电源，实现电机的无极变速运行,洗衣机的控制电路完成对交流电机主电路的控制。
变频器中，整流电路将交流电变换成直流电，直流中间电路对整流电路的输出进行平滑滤波，逆变电路将直流电逆成交流电。
它是通过改变电机定子绕组供电的频率来达到目的。
变频器的分类方法有多种，如下表：
表2.1变频器的分类
分类方式
变频器
变频器
主电路工作方式
电压型
电流型
开关方式
PAW\PWM控制
高载频PWM
工作原理
V/F控制
转差频率控制
实际用途
高频
单相和三相
各国使用的交流供电电源，无论是用于家庭还是用于工厂，其电压和频率均为400V/50Hz或200V/60Hz（50Hz）.用于电机控制的变频器，在工业洗衣机中选择改变频率作为控制电机运转的加强和缓慢.在了解了变频器的一系列种类及性能用途后，考虑了这款洗衣机的实际使用价值和在学校用过的三菱变频器，在实现被控对象的工艺要求的条件下选择了稳定、可靠、较为经济的三菱E540变频器，铭牌及型号代码，如图2.1—2所示
图2.1—2三菱变频器
上图变频器只是示意,在应用中选择与电机匹配的FR—E540-5。
5K-CHT变频器。
通常在使用之前，我们一定要注意其铭牌，以免不正确使用导致变频器异常运行，降低使用寿命,甚至会损坏变频器。
另外，变频器不能单独运行，选择正确的外部设备,正确的连接以确保科学。
由于在电源投入时,变频器会流入很大的冲击电流，在设计中必须选择好断路器。
电磁接触器不能启动和停止变频器，这样会降低变频器的使用寿命。
在使用中,为了改善功率因数或应用大容量电源（500KVA以上接线距离小于10M）时必须使用电抗器。
下图2。
1-3为变频器的正确使用示意结构图。
图2.2变频器与电机应用
2。
2变频器与电机应用
在应用变频器作为洗衣电动机的正反向调速时，端子的接法很重要,如果把接线端子接错将影响变频器正常应用。
下图2。
2-1为FR-E540的接线端子平面图。
图2。
2-1
RH:
高速A
RM：
中速B:
异常输出
RL:
低速C
MRS:
输出停止10\2\5:
频率设定器
RES:
复位4:
DC4~20Ma（+）
SD：
公共输出端SD：
公共输入端
PC：
直流24V输出和外部晶体管端子STF:
正转启动
SE:
集电极开路输出公共端STR:
反转启动
RUN:
运行SD：
公共输入端
FU:
频率检测
除了在接线方面要保证接线端子的正确性,另外在变频器的控制面板方面一定要把操作运转的要求设置好。
如下图2.2-2
图2.2—2，变频器的面板模式示意图
洗衣机的动力源选择适用于变频器的三相交流异步电动机，它具有比较理想的调速方法,其调速性能最好、效率最高。
我们知道，交流电动机的同步转速表达式为：
n＝60f（1－s）/p=（1—S）n1
n-—异步电动机的转速；p—-电动机极对数。
n1-—同步转速
f
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