plc的全自动洗衣机设计.docx
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plc的全自动洗衣机设计
封面
作者：
PanHongliang
仅供个人学习
摘要：
描述了全自动洗衣机控制系统的运作要求。
实现了洗衣机进水、洗涤、排水、脱水、报警到自动停机的循环过程。
设计了相应的系统软件，结合相应的硬件系统，并通过系西门子S7-200系列的plc仿真系统模拟出全自动洗衣机的运行过程。
此项设计对提高学生的动手能力和帮助学生对一些理论知识的理解都具有积极作用。
可编程控制器（PLC）是以计算机技术为核心的通用自动化控制装置,它的功能性强,可靠性高,编程简单,使用方便,体积小巧,近年来在工业生产中得到广泛的应用,被誉为当代工业自动化主要支柱之一。
在现代的社会，全自动洗衣机进入各个家庭，本文介绍了PLC用于全自动洗衣机的控制系统，其可改进现有技术的不足，简化结构，有利于降低成本和提高可靠性。
关键词：
PLC;洗衣机;全自动;控制程序器
ABSTRACT：
Havedescribedthatthefull-automaticwashingmachinecontrolsthesystematicoperationrequest.Havecometruethewashingmachinedrainsawaywaterfromwater-entering,cleaning,dehydration,givesanalarmtothecirculationprocessstoppingcalculationvoluntarily.Havedesignedcorrespondingsystemsoftware,havingputupfull-automaticwashingmachineoperationprocesscombiningwiththecorrespondinghardwaresystem,andthesimulatedPLCsystemimitatepassingtheS7-200ofcompanyseries.thisitemdesignsthattheabilityandunderstandinghelpingastudenttoalittletheoryknowledgeallhavetheactiveeffecttogettingtoworkimprovingastudent. PLCistakescoretocontroldevisedthecalculatortechniqueastheingeneraluseautomationcontrolequiptocomputerskills.Itsfunctionisstrong,thecredibilityishigh,theplaitdistanceissimple,theusageisconvenient,thephysicalvolumeiscleverlymade,intheseyears.
Inthemoderntime,theFull-automaticwasherisenteringeveryfamily.Thearticleintroducesanewdeceleratingclutch,whichisusedinfully-autowashingmachine,itcanimprovethecurrenttechnology,simplifystructure,itisalsohelpfultoreducecostandincreasesreliability.
KEYWORDS：
PLC;Washingmachine;Full-automati;Cprocedurecontroll
第一章前言
1.1洗衣机的分类
目前，我国洗衣机的分类方法主要有三种：
按自动化程度分类，按洗涤方式分类，按结构方式分类。
1．按自动化程度分类，洗衣机可分为普通型、半自动型、全自动型三类。
目前大多是全自动型洗衣机，它是指洗涤、漂洗、脱水各个功能之间的转换全部不用手工操作而能自动进行的洗衣机。
这种洗衣机在选定的工作程序内由机电式程序控制器或微电脑程序控制器适时发出各种指令，自动完成各个执行机构的动作，使整个洗衣过程自动化。
[2]
2．按结构方式分类，洗衣机可分为单桶、双桶、套桶三大类。
（1）单桶洗衣机。
单桶洗衣机自动化程度较低，多为简易和普通型，少量的为半自动型。
其主要特点是占地面积小，价格便宜。
（2）双桶洗衣机。
双桶洗衣机实际上就是单桶洗衣机和脱水机的组合。
它的洗衣部分和甩干部分有各自的电动机和定时器。
双桶洗衣机功能齐全，使用方便，操作简单，省电，省水，价格适宜，品种多样。
目前，我国双桶波轮式洗衣机占主导地位。
双桶洗衣机。
脱水桶壁上没有许多小孔，甩干电动机高速运转，在强大的离心力作用下，衣物水分被甩出，并顺着排水管排出。
（3）套桶洗衣机。
该洗衣机的特点是内、外两个立式容器套装在同一轴心上。
波轮式套桶洗衣机多为全自动型。
因其离心桶的外径小于盛水桶的内径，故将外桶和内筒套装在同一个轴心上，减少了占地面积。
其外桶作为盛水容器，内筒作为洗涤、漂洗、离心脱水作用。
常见波轮式套桶洗衣机是单电机的，洗涤及脱水工作由离合器控制。
洗涤时波轮转动而脱水桶不转，脱水是波轮与脱水桶一起旋转。
[2]
3.按洗涤方式分类，洗衣机可分为波轮式和滚筒式等。
（1）波轮式洗衣机。
波轮式洗衣机是将洗涤衣物浸泡在水中，靠波轮正、反方向的交替转动或连续单方向的转动使衣物在水中不断滚动，而达到洗净衣物的目的。
主要特点:
洗涤能力强、洗涤时间短、结构简单、可调节水位、成本低、易维修、易操作。
（2）滚筒式洗衣机。
滚筒式洗衣机的自动化程度高，洗涤性能好，容量大，质量高[3]。
1.2洗衣机的发展历史
1858年，一个叫汉密尔顿·史密斯的美国人在匹茨堡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。
同年史密斯取得了这台洗衣机的专利权。
但这台洗衣机使用费力，且损伤衣服，因而没被广泛使用，但这却标志了用机器洗衣的开端。
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,“手洗时代”受到了前所未有的挑战，美国人比尔·布莱克斯发明了木制手摇洗衣机。
布莱克斯的洗衣机构造极为简单，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。
这套装置的问世，让那些为提高生活效率而冥思苦想的人士大受启发，洗衣机的改进过程开始大大加快。
1880年，美国又出现了蒸汽洗衣机，蒸汽动力开始取代人力。
经历了上百年的发展改进，现代蒸汽洗衣机较早期有了无与伦与的提高，但原理是相同的。
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汽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。
1910年，美国的费希尔在芝加哥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。
1922年，美国玛塔依格公司改造了洗衣机的洗涤结构，把拖动式改为搅拌式，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，美国本德克斯航空公司宣布，他们研制成功第一台前装式滚筒洗衣机，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，日本研制出独具风格、并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。
60年代的日本出现了带干桶的双桶洗衣机，人们称之为“半自动型洗衣机”。
70年代，生产出波轮式套桶全自动洗衣机。
70年代后期，以电脑（实际上微处理器）控制的全自动洗衣机在日本问世，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。
伴随着科技的进一步发展，相信新型更适合人们使用的洗衣机会给我们的生活带来新的方式。
[4]
第二章全自动洗衣机的总体设计
2.1全自动洗衣机的设计思路
全自动洗衣机电气控制系统包括微处理器、排水电磁铁、电容器、门开关、按键开关、指示灯、中间继电器，水位压力开关、蜂鸣器及进水电磁阀等部件组成。
通过微处理器，能自动完成进水，洗涤（漂洗）、排水、脱水、报警等全部程序，只需设计软件就可以来达到预想控制的目的。
[1]
2.2全自动洗衣机的工作原理
2.2.1洗衣机的电机示意图
本文描述的是一种全自动洗衣机，它可以自动地完成洗衣的全过程。
全自动洗衣机的洗衣桶（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（甩干）用。
内桶的四周有很多小孔，使内、外桶的水流相通。
该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，通过电控系统使进水阀打开，经进水管将水注入到外桶。
排水时，通过电控系统使排水阀打开，将水由外桶排到机外。
洗涤正转、反转由洗涤电机驱动波盘正、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，由洗涤电机带动内桶正转进行甩干。
高、低水位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。
其示意图如图2.1所示。
[5]
图2.1全自动洗衣机示意图
2.2.2全自动洗衣机的电容特征及其参数
特征：
1.长方形阻燃塑料外壳，焊片或引线结构引出。
2.体积小、重量轻、具有良好的自愈性。
3.应用ZnAI边沿加厚蒸发工艺，电性能良好，可靠性高
4.耐冲击及电流大，抗电强度高。
5.适用于50Hz/60Hz交流电动机的启动和运转，特别适用于电风扇等具有小型电机的电器上。
主要参数：
容量范围：
0.4uF-50uF
电压范围:
250VAC-500VAC
容量偏差：
±5%,±10%,±15%
测试电压：
极间：
1075倍额定电压，1min,50Hz,无永久击穿或电弧产生；极壳：
2倍额定电压+1000VAC,1min
绝缘电阻：
极间≥1000MΩuF极壳≥3000MΩuF。
[6]
2.2.3全自动洗衣机的控制系统组成及其工作时序图
1.定时器是普通型波轮式洗衣机中的关键部件之一。
它主要起两个作用：
一是控制洗涤电机和脱水电机运转时间的长短；二是控制电机预定的的程序自动的实现正反转、停转的时间。
普通型轮式洗衣机，大多采用发条定时器。
而许多大波轮新水流式洗衣机使用电动式定时器。
[6]
定时器时序图如图2.2所示：
图2.2定时器时序图
2.全自动洗衣机的进水电磁阀的工作原理：
进水电磁阀简称水阀、注水阀。
在全自动洗衣机上，以内供用水阀来实现自动注水和停水。
它与水位开关相互配合，对洗衣机水位高低仅系自动控制。
进水阀是一种电磁阀，阀中心是磁芯，铁芯外为电磁线圈，线圈不通电时，在小弹簧的作用铁芯被压下，封住了橡胶阀上所装的塑料盘中间的泄压孔，这时书从加压针孔进入控制腔，是进水和控制腔的水压相等。
由于橡胶阀上部的受压面积大于下部的受压面积，所以橡胶阀被压紧在阀座上起到封闭作用。
其封闭的可靠性是由铁芯所受的压力决定的，铁芯的下端与泄压孔接触，铁芯的上端受压面积大于下端受益面积，显然水的压力越大，铁芯对泄孔的封闭压力越大，封闭越可靠。
其水压低时，阀的封闭性就差，所以对水压有最低的要求，不能低于0.3Mpa。
全自动洗衣机控制面板由工作指示区、编程选择键、增键、减键、和启动键组成。
[6]
全自动洗衣机一般采用轻触式开关，在按下开关后，字符旁边的指示灯会亮。
当指示灯亮起表示程序选中，指示灯闪烁表示正在执行此程序，指示灯熄灭表示程序未选择或执行完毕。
[7]
进水电磁阀的主要性能参数见表2-1
表2-1进水电磁阀阀的技术参数
额定电压、
电气强度
频率
额定电流（am）
使用水温（℃）
水压范围（Mpa）
密封性能（Mpa）
温度
（℃）
绝缘电阻（Ω）
220V、50HZ
2500V、1min
27+/-5
0-80
0.02-0.8
0.02-1
75
100
3.排水电磁阀及其排水阀的介绍：
（1）排水电磁阀是全自动洗衣机特有的电器部件。
它是一个受程序控制的自动排水开关。
除了排水功能外，还控制着离合器的状态（洗涤或脱水）。
排水电磁阀由电磁铁和排水阀两部分组成，它们是相互独立的部件，两者用排水阀相互连接起来，在连接板的右端以开口销与电磁铁动铁心连接，而左端钩在排水阀的内弹簧上。
当电磁铁通电时，将动铁心往右拉，排水阀就呈打开状态。
此时盛水桶内的洗涤液便能通过水道和阀门，从排水孔流出机外。
在连接板上还用螺栓固定着一个位置可调的定位套，在动铁心吸合的过程中，该定位套向右移动，拨动了离合器上的制动杆，为脱水做准备。
当电磁铁失电时，排水阀在自身弹簧作用下将铁心拉出，排水阀关闭，洗衣机停止排水。
同时，离合器上制动杆靠制动弹簧的作用恢复原位，为洗涤漂洗过程中波轮转动做好准备。
全自动洗衣机的进水系统采用水位压力开关和进水阀，由程序控制器调节。
设有溢水口，其位置在盛水桶上口部。
漂洗时，它能让洗涤液中的泡沫和污水溢出，有利于漂清。
全自动洗衣机水位开关一般有三档水位控制,并都有低水位、中水位、高水位、再注水等功能当进水阀注水，内桶水位增高到预选水位时，导通橡皮气膜受到内部空气的压缩而被顶出，中触片上跳，与上触片闭合。
此时主电机导通，进水阀断开（原来中触片与下闭合），并开始洗衣。
当旋钮旋至低水位时，凸轮转动，但曲率半径较小。
通过一定的机构，橡皮气膜压簧被压缩而产生压力P1，压迫气膜。
当桶内水量达到30L时，软管内的空气被压缩，产生空气压力F1，当F1>P1时,中触片上跳,与上触片闭合,主电动机动作,进水阀关闭。
全自动洗衣机的排水系统由程序来控制排水电磁阀，牵引排水阀。
排水阀主要同阀盖、阀芯弹簧、阀芯拉簧，橡皮阀和阀体组成。
排水电磁铁主要用来控制自动型洗衣机排水阀的开闭,在套桶式自动型洗衣机中同起到改变减速离合大的洗涤、脱水状态、排水电磁铁主要由线圈、磁轭、静铁芯、衔铁和短路铜环等组成。
[8]
（2）排水阀装配于排水阀体之外，为弹簧将橡胶阀压在阀体的底部，使橡胶阀的环形密封环产生少量的变形，保持水不从阀口泄露，橡胶阀的右端环形边被阀盖压紧。
排水阀杆嵌在橡胶阀上，与橡胶阀成一体，装于排水阀拉杆内部的内弹簧与排水阀连接板连接，在排水阀关闭时，连接板抵在排水拉杆上，这时内弹簧的弹力对排水阀来说是内力，对排水阀不起作用。
排水时，电磁铁通电，动铁心被吸入，牵引排水阀连接拉杆拉动内弹簧，同时连接板上的定位套推动制动杆使处于脱水状态。
只要连接板的左端一离开排水拉杆，内弹簧就不再是排水阀的内力，而变成了外力，它要与外弹簧的弹力和橡胶阀的弹力相平衡，当内弹力的拉力（即连接不能的拉力）大于外弹簧的弹力时，外弹簧被压缩，带动橡胶阀向右移动，把阀拉离阀座，排水开始。
这些动作都是在电磁铁得电的瞬间完成的。
因为内弹簧的刚度比外弹簧的刚度大，加上装配排水阀连接板时，内弹簧已有了一定的预紧力，因而在牵引排水过程中，内弹簧并不需要产生很大的拉伸变形，也就可以使橡胶阀向右移动较大的距离，从而保证足够的排水速度。
处于正常的排水阀开启量时橡胶阀左端与阀体平面的距离应小于10mm。
阀体多由半透明塑料制成，从外部可以看到阀的开启量。
[7]
4.全自动洗衣机的水位开关及其工作原理：
水位开关也叫压力开关，是一种气压式电触点开关。
它是利用洗衣桶内水位高低不同所产生的不同压力，来控制进水阀的开启和关闭。
此外，它还负责进水与洗涤之间的转换。
水位开关由三部分组成：
（1）压力传感部分有橡皮膜下部的气室组成；
（2）电气开关部分由中间的的一组触电、簧片及开关小压簧组成；
（3）压力控制部分包括上部的顶心、压力弹簧以及调整压力的凸轮、杠杆等。
[8]
水位开关工作原理：
水位开关的气室经过软管与洗衣机外筒连接起来。
平时，橡皮膜处于平衡状态，当水注进外筒后，水首先将贮气室封闭起来，一部分的空气来不及跑出而被封闭在贮气室里。
由于贮气室与水位开关的气室间用压力软管相连通，贮气室的压力也就与水位开关气室的压力相同，随着外桶中水位的上升，贮气室、压力软管和水位开关气室间的空气不断的被压缩，随之压强也成比例的上升，这样就把外桶中的水压转换成了空气压力，并作用在橡皮膜上。
当水注到预定的水位时，气室内的压力也升高到一定值。
当它足以克服压力弹簧通过顶心作用加在弹簧片上的力时，就推动簧片向上移动。
当簧片移动预定位置后，开关下压簧将推动簧片弯到另一个方向，从而使动簧片上的公共触点与常闭触点分离，而与常开触点接触，这样就向程控器发出了“水位已到”的信号，由程控器来控制进水电磁阀关闭，随即进入洗涤程序。
当完成洗衣程序后，程控器向排水电磁铁发出信号，排水阀开启并排水。
随着水位的下降，气室内的压力也逐渐减小，在压力弹簧的作用下，顶心和橡皮膜逐渐下移，到了某一程度时动弹簧又弯向上方，常开与常闭触点都恢复原位，等待下一个进水程序，此时水位开关虽然复位，但并不影响洗衣机继续排水。
旋转凸轮使杠杆上下移动，从而改变压力弹簧的压缩程度。
如果压力弹簧的压缩长度大，则压力气室内的压力要高一些才能将动簧片推到预定位置，以此达到控制水位的目的。
[9]
水位开关的主要技术参数如表2-2
表2-2水位开关的主要技术参数
配用程序控制器
电气强度（交流）
额定电压
（V）
额定电流
（A）
气密性
（Kpa）
接触电阻
（Ω）
绝缘电阻
（MΩ）
电动式程序控制器1.5
250
3
7.61min
100
2500
微电脑式程序控制器0.01
6
5.全自动洗衣机离合器的组成及其工作原理：
（1）目前大多数洗衣机采用减速离合器。
它有四根轴：
洗涤输入轴，下半轴，中半轴，洗涤输入轴。
谈减速离合器的工作原理：
全自动洗衣机在洗涤、排水和脱水之间是自动转换的，这些转换由排水电磁阀和制动杆来控制。
当排水电磁铁吸合时，定位套就想上运动一段距离，使得制动杆克服制动弹簧的作用力被推向上方，制动弹簧的中心轴做逆时针方向转动，连接在制动杆另一端的刹车被迫向下移动，与脱水轴上的刹车盘产生间隙，脱水因此失去控制，也就可以顺利的进行脱水转动了。
同时，制动杆将棘爪拨叉上的调节螺钉顶向上方，也就使拨叉克服弹簧的压力，绕弹簧的中心轴做顺时针方向转动，于是棘爪拾起，放松了对棘轮的限制，这样被棘轮扭转一个小角度的方丝离合簧杂自身弹力的作用下恢复原来的位置，抱紧离合套。
当大皮带在电动机的带动下顺时针旋转时，可以产生巨大的摩擦力，使离合套和下半轴（脱水轴）联为一体，脱水工作就可以顺利进行了。
[10]
（2）离合器的技术参数如表2-3：
表2-3离合器的技术参数
额定传动功率
额定洗涤力矩
洗涤传动比
脱水传动比
输出启动力矩
脱水轴正转启动力矩
脱水轴正转制动力矩
脱水轴反转制动力矩
制动杆开启力矩
脱水制动时间
200W
12.5N.m
5.2：
1
1：
1
<0.45N.m
15N.m
3-6N.m
15N.m
<35N.m
<10s
2.2.4全自动洗衣机的熔断器和蜂鸣箱的示意图
熔断器时低压配电系统和电力拖动系统中起过载和短路保护作用的电器。
使用时，熔体串接于被保护的电路中，当流过熔断器的电流大于规定值时，以自身产生的热量使熔体熔断，从而自动切断电路，实现过载和短路保护。
[11]
熔断器具有结构简单、体积小、重量轻、使用维护方便、价格低廉、分断能力较高、限流能力良好等优点。
适用范围
本品适用于交流50Hz（60Hz），额定电压380V,额定电流5A及以下的工业电气装置的配电设备中，作为线路过载或短路保护之用。
型号及其含义
RT18-□×/□
熔断体额定电流Ratedcurrentofthefuse-link
带指示灯代号Codewithpllafiamp
熔断额定电流Ratedcurrentofthefuse
设计序号Designordernumber
有填料封闭管式熔断器Power-filledcartridge
蜂鸣箱如表2-4所示：
表2-4蜂鸣箱示意图
TYPE
UNIF
HXY26AO403W
HXY26AO406W
HXY26AO409W
HXY26AO412W
HXY26AO424W
Min.SoundOutputat10cm
dB
83
83
83
83
83
Ratedvoltage
VDC
3
6
9
12
24
OperatingVoltage
VDC
2.5～3.5
4.5～7.5
7～11
9～15
20～28
ResonantFrequency
Hz
400±100
400±100
400±100
400±100
400±100
◆Max.Currentonstimption
mA
30
30
30
30
30
Tonenature
Continuous
Continuous
Continuous
Continuous
Continuous
QperatingTemperature
℃
-20～+60
-20～+60
-20～+60
-20～+60
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