全自動(dòng)洗衣機(jī)PLC控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)

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摘 要 隨著科學(xué)技術(shù)不斷進(jìn)步和社會(huì)飛速發(fā)展，洗衣機(jī)成為人民日常生活息息相關(guān)的家用電器產(chǎn)品。 洗衣機(jī)的全自動(dòng)化、多功能化、智能化是其發(fā)展方向?；谌詣?dòng)洗衣機(jī)的應(yīng)用日益廣泛，本次設(shè)計(jì)利用三菱公司生產(chǎn)的PLC控制全自動(dòng)洗衣機(jī)，與傳統(tǒng)的繼電器邏輯控制系統(tǒng)相比較，洗衣機(jī)可靠性、節(jié)能性得到了提高。PLC控制不需要大量的活動(dòng)部件和電子元器件，它的接線也大大減少，與此同時(shí)系統(tǒng)維修簡(jiǎn)單、維修時(shí)間縮短。 本文首先介紹了洗衣機(jī)的發(fā)展，然后重點(diǎn)介紹了洗衣機(jī)的設(shè)計(jì)，對(duì)程序流程圖及編程軟件進(jìn)行了說(shuō)明，最后對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行了仿真。本次設(shè)計(jì)采用步進(jìn)順控指令編程，根據(jù)工藝要求編程簡(jiǎn)單、可允許雙線圈使用，PLC采樣按鈕及限位開(kāi)關(guān)外部輸入信號(hào)的變化，執(zhí)行相應(yīng)的程序，然后輸出控制電機(jī)正反轉(zhuǎn)及脫水處理。 關(guān)鍵詞：全自動(dòng)洗衣機(jī)；PLC 控制；步進(jìn)順控指令 目 錄 摘要................................................................1 第一章 引言 3 第二章洗衣機(jī)控制系統(tǒng)總體控制方案確定 4 2.1 總體控制方案確定 4 2.1.1 控制系統(tǒng)的比較 4 2.2.2 洗衣機(jī)的PLC控制系統(tǒng)概述 5 第三章 全自動(dòng)洗衣機(jī)的基本結(jié)構(gòu) 6 3.1 全自動(dòng)洗衣機(jī)的原理和構(gòu)造 6 3.2 洗滌脫水系統(tǒng) 7 3.3 排水和進(jìn)水系統(tǒng) 7 3.4 電動(dòng)機(jī)及傳動(dòng)系統(tǒng) 8 第四章 電氣控制系統(tǒng) 9 4.1 控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu) 9 4.2 控制系統(tǒng)原理 9 4.3 檢測(cè)電路系統(tǒng) 10 第五章 主要器件的選擇 11 5.1 電動(dòng)機(jī)的選擇 11 5.2 傳感器的選擇 11 第六章 軟件設(shè)計(jì) 12 6.1全自動(dòng)洗衣機(jī)的控制要求 12 6.2 控制系統(tǒng)的I/O 輸出表 13 6.3控制系統(tǒng)的外部接線圖 14 6.4控制系統(tǒng)順序功能圖 15 6.5控制系統(tǒng)的程序設(shè)計(jì) 16 本章小結(jié)…………………………………………………………………………… 18 致謝 19 參考文獻(xiàn) 20 結(jié)束語(yǔ) 21 附錄...............................................................22 第一章 引 言 從古到今，洗衣服都是一項(xiàng)難于逃避的家務(wù)勞動(dòng)，在洗衣機(jī)出現(xiàn)以前，這項(xiàng)勞動(dòng)并不像田園詩(shī)描繪的那樣充滿樂(lè)趣、手搓、腳踩、棒擊、沖刷、摔打。這些不斷重復(fù)的簡(jiǎn)單的體力勞動(dòng)，留給人的感受常常是辛苦勞累。 1874年，“手洗時(shí)代”受到了前所未有的挑戰(zhàn)——美國(guó)人比爾布萊克斯發(fā)明了木制手搖洗衣機(jī)。 1880年，美國(guó)又出現(xiàn)了蒸汽洗衣機(jī)，蒸汽動(dòng)力開(kāi)始取代人力。之后，水力洗衣機(jī)，內(nèi)燃機(jī)洗衣機(jī)也相繼出現(xiàn)。 1911年，美國(guó)試制成功世界上第一臺(tái)電動(dòng)洗衣機(jī)，標(biāo)志著人類家務(wù)勞動(dòng)自動(dòng)化的開(kāi)端。 1922年，電動(dòng)洗衣機(jī)迎來(lái)一種嶄新的洗衣方式——攪拌式。攪拌式洗衣機(jī)由美國(guó)瑪依塔格公司研制成功。 70年代后期，微電腦控制的全自動(dòng)洗衣機(jī)出現(xiàn)引領(lǐng)新的發(fā)展方向，讓人耳目一新。 90年代，由于電動(dòng)機(jī)調(diào)速技術(shù)的提高，洗衣機(jī)實(shí)現(xiàn)了較寬范圍的轉(zhuǎn)速變換與調(diào)節(jié)，誕生了許多新水流洗衣機(jī)。 全自動(dòng)洗衣機(jī)其特點(diǎn)是能自動(dòng)完成洗滌，漂洗和脫水的轉(zhuǎn)換，整個(gè)過(guò)程不需要人工操作。這類洗衣機(jī)均采用套筒式結(jié)構(gòu)，其進(jìn)水，排水都采用電磁閥，由程序控制器按人們預(yù)先設(shè)計(jì)好的程序不斷發(fā)出指令，驅(qū)動(dòng)各執(zhí)行器件動(dòng)作，整個(gè)洗衣過(guò)程自動(dòng)完成。所用的程序控制器可分為電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)式和單片機(jī)式。從控制方式的發(fā)展階段上分： 全自動(dòng)洗衣機(jī)可分為兩大類： 第一類電動(dòng)控制洗衣機(jī)，它的程序控制器由電動(dòng)元件組成。 第二類是電腦控制洗衣機(jī)，它的程序控制器由微型計(jì)算機(jī)組成。電動(dòng)控制全自動(dòng)洗衣機(jī)是較早出現(xiàn)的自動(dòng)控制類家用電器，其產(chǎn)品類型還屬于傳統(tǒng)的機(jī)械產(chǎn)品，是自動(dòng)控制的初級(jí)階段。隨著計(jì)算機(jī)的及微電子技術(shù)的發(fā)展，自動(dòng)控制系統(tǒng)正在逐步實(shí)現(xiàn)硬件化。因此，電動(dòng)控制洗衣機(jī)將逐步退出家電舞臺(tái)。 第二章 洗衣機(jī)控制系統(tǒng)總體控制方案確定 2.1 總體控制方案確定 2.1.1控制系統(tǒng)的比較 PLC系統(tǒng)的特點(diǎn)： 1）可靠性高，PLC作為一種通用的工業(yè)控制器，它必須能夠在各種不同的工作環(huán)境中正常工作。對(duì)工作的環(huán)境要求較低，抗外部干擾能力強(qiáng)，平均無(wú)故障時(shí)間長(zhǎng)。 2）使用方便靈活，PLC采用了基本單元擴(kuò)展或者是模塊化的結(jié)構(gòu)形式，因此，輸入/輸出信號(hào)的數(shù)量，形式，驅(qū)動(dòng)能力等都可以根據(jù)實(shí)際控制要求進(jìn)行選擇與確定，而且在需要時(shí)可以隨時(shí)更換，近年來(lái)，PLC的特殊模塊增多這些可以滿足不同的控制要求，使PLC的使用更加靈活與多變。 3）編程簡(jiǎn)單，PLC的優(yōu)越性主要體現(xiàn)在它采用了獨(dú)特的，多種面向廣大工程設(shè)計(jì)人員的編程語(yǔ)言，如指令表，梯形圖，邏輯功能圖，順序功能圖等，程序簡(jiǎn)潔，明了適合各類技術(shù)人員的傳統(tǒng)習(xí)慣，即使是沒(méi)有計(jì)算機(jī)知識(shí)的人員也很統(tǒng)一掌握，特別是梯形圖與邏輯功能圖，形象直觀，動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)效果逼真，且與計(jì)算機(jī)控制容易。 單片機(jī)系統(tǒng)的特點(diǎn)： 1）要求環(huán)境，單片機(jī)對(duì)環(huán)境的適應(yīng)能力較低，可靠性差。 2）編程和PLC相比難以學(xué)習(xí)，主要是單片機(jī)采用匯編語(yǔ)言或者是C語(yǔ)言，這些高級(jí)語(yǔ)言和PLC語(yǔ)言相比，難以學(xué)習(xí)。 3）功能單一只具有使用中所需要的功能。但是，它結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，處理速度快。 2.2.2 洗衣機(jī)的PLC控制系統(tǒng)概述 全自動(dòng)洗衣機(jī)采用PLC控制系統(tǒng)將大大提高工作效率，和適應(yīng)工作環(huán)境的能力。在全自動(dòng)洗衣機(jī)中，洗衣機(jī)洗滌、脫水程序是由單片機(jī)為中心控制系統(tǒng)工作的。首先由于單片機(jī)的指令系統(tǒng)相對(duì)復(fù)雜，編寫洗滌、脫水程序相對(duì)復(fù)雜；其次，在設(shè)計(jì)控制系統(tǒng)硬件時(shí)．要有多種電路保護(hù)裝置，如電流保護(hù)、電壓保護(hù)、過(guò)載保護(hù)、過(guò)熱保護(hù)及欠壓保護(hù)等等 這樣增加了硬件的復(fù)雜性，隱含較高的故障率無(wú)形地增加了維修成本費(fèi)用，在各種控制系統(tǒng)中廣泛運(yùn)用的PLC能克服單片機(jī)的缺點(diǎn)。它是整體模塊，集中了驅(qū)動(dòng)電路、檢測(cè)電路和保護(hù)電路以及通訊聯(lián)網(wǎng)功能。因此在運(yùn)用中，硬件也相對(duì)簡(jiǎn)單，提高控制系統(tǒng)的可靠性。另外它的編程語(yǔ)言也相對(duì)簡(jiǎn)單。 典型的PLC控制系統(tǒng)的硬件組成框圖如圖1所示： 圖1 PLC控制系統(tǒng)的硬件組成框圖 第三章 全自動(dòng)洗衣機(jī)的基本結(jié)構(gòu) 3.1 全自動(dòng)洗衣機(jī)的原理和構(gòu)造 全自動(dòng)洗衣機(jī)在結(jié)構(gòu)上大致可分為3中類型，即波輪式，滾筒式和攪拌式。我國(guó)的洗衣機(jī)在結(jié)構(gòu)上主要有波輪式和滾筒式兩類，產(chǎn)品的類型以波輪式為主，其他類型為輔。 以日常生活中最常見(jiàn)的波輪式全自動(dòng)洗衣機(jī)為例，洗衣機(jī)的洗衣桶（外桶）和脫水桶（內(nèi)桶）是以同一中心安放的。外桶固定，作盛水用。內(nèi)桶可以旋轉(zhuǎn)，作脫水（甩水）用內(nèi)桶的四周有很多小孔，使內(nèi)外桶的水流相通。該洗衣機(jī)的進(jìn)水和排水分別由進(jìn)水電磁閥和排電磁閥來(lái)執(zhí)行。進(jìn)水時(shí)，通過(guò)電控系統(tǒng)使進(jìn)水閥打開(kāi)，經(jīng)進(jìn)水管將水注入到外桶。排水時(shí)，通電控系統(tǒng)使排水閥打開(kāi)，將水由外桶排出到機(jī)外。洗滌正轉(zhuǎn)、反轉(zhuǎn)由洗滌電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)波盤正、反轉(zhuǎn)來(lái)實(shí)現(xiàn)，此時(shí)脫水桶并不旋轉(zhuǎn)。脫水時(shí)，通過(guò)電控系統(tǒng)將離合器合上，由洗滌電動(dòng)機(jī)帶動(dòng)內(nèi)桶正轉(zhuǎn)進(jìn)行甩干。高、低水位開(kāi)關(guān)分別用來(lái)檢測(cè)高、低水位。啟動(dòng)按鈕用來(lái)啟動(dòng)洗衣機(jī)工作。停止按鈕用來(lái)實(shí)現(xiàn)手動(dòng)停止進(jìn)水、排水、脫水及報(bào)警。排水按鈕用來(lái)實(shí)現(xiàn)手動(dòng)排水。波輪式全自動(dòng)洗衣機(jī)的實(shí)物示意圖如圖2 圖2 波輪式全自動(dòng)洗衣機(jī)的實(shí)物示意圖 3.2 洗滌脫水系統(tǒng) 它主要有盛水桶，洗滌桶和波輪組成。盛水桶又稱為外桶，主要用來(lái)盛放洗滌液。盛水桶固定在鋼制底板上，通過(guò)4根吊桿懸掛在洗衣機(jī)箱體上。電動(dòng)機(jī)，離合器，排水閥等部件都裝在桶底下面。洗滌桶又稱為脫水桶或者離心桶，也稱為內(nèi)桶，它的主要功能是用來(lái)盛放衣物，在洗滌或漂洗時(shí)配合波輪完成洗滌或漂洗功能，在脫水時(shí)便成為離心式的脫水桶。波輪是全自動(dòng)洗衣機(jī)中對(duì)衣物產(chǎn)生機(jī)械作用的主要部件。按波輪的形狀來(lái)分，基本上有小波輪（直徑在160mm左右）的渦卷式水流和大波輪（直徑在300mm左右）新水流兩類。 3.3 排水和進(jìn)水系統(tǒng) 波輪式全自動(dòng)洗衣機(jī)的進(jìn)排水系統(tǒng)都采用了電磁閥控制。為了對(duì)桶內(nèi)的水位進(jìn)行檢測(cè)和控制，洗衣機(jī)上都安裝有水位控制器（水位開(kāi)關(guān)）。波輪式全自動(dòng)套桶洗衣機(jī)使用最多的水位開(kāi)關(guān)是空氣壓力式開(kāi)關(guān)，主要有氣壓傳感器裝置，控制裝置及電觸點(diǎn)開(kāi)關(guān)3部分組成，用來(lái)監(jiān)視水位的高低。此外電磁閥分進(jìn)水和排水電磁閥，進(jìn)水電磁閥是洗衣機(jī)上的自動(dòng)進(jìn)水開(kāi)關(guān)，它受水位開(kāi)關(guān)動(dòng)斷觸點(diǎn)的控制。而排水電磁閥是全自動(dòng)洗衣機(jī)上的自動(dòng)排水裝置，同時(shí)還起改變離合器工作狀態(tài)。進(jìn)水、排水電磁閥是采用電流流過(guò)線圈形成磁場(chǎng)的原理，洗衣機(jī)電磁閥在進(jìn)，排水時(shí)使用，220V交流電壓與電磁閥線圈接通，形成磁場(chǎng)，電磁線圈吸合。自動(dòng)打開(kāi)香蕉閥門，洗衣機(jī)里的水就順著管道流出去了。斷電后，電磁閥線圈失去電流，磁場(chǎng)消失，電磁鐵松開(kāi)，橡膠閥門自動(dòng)關(guān)閉，洗衣機(jī)里的水就流不出去了。 3.4 電動(dòng)機(jī)及傳動(dòng)系統(tǒng) 波輪式全自動(dòng)套桶洗衣機(jī)的電動(dòng)機(jī)及傳動(dòng)系統(tǒng)主要由電動(dòng)機(jī)和離合器組成，離合器又有普通離合器和減速離合器兩種。其中普通離合器用在采用小波輪的套桶洗衣機(jī)上，這種洗衣機(jī)在洗滌或者漂洗時(shí)波輪的轉(zhuǎn)速和脫水時(shí)離心桶的轉(zhuǎn)速相同，目前各種大波輪新水流套桶洗衣機(jī)普遍采用減速離合器，它在洗滌，漂洗時(shí)波輪的轉(zhuǎn)速較慢，而脫水時(shí)離心桶的轉(zhuǎn)速較快。電動(dòng)機(jī)同時(shí)作為洗滌和脫水時(shí)的動(dòng)力源，普遍采用主，副繞組完全對(duì)稱的電容式電動(dòng)機(jī)。由于一般全自動(dòng)套桶洗衣機(jī)的額定洗滌容量較大，因此電動(dòng)機(jī)的功率較大。采用減速離合器的全自動(dòng)套桶洗衣機(jī)傳動(dòng)系統(tǒng)的原理如圖3 圖3 采用減速離合器的全自動(dòng)套桶洗衣機(jī)傳動(dòng)系統(tǒng)的原理圖 圖3 采用減速離合器的全自動(dòng)套桶洗衣機(jī)傳動(dòng)系統(tǒng)的原理圖 電動(dòng)機(jī)與固定在離合器下端的大傳動(dòng)帶盤之間用V帶傳動(dòng)。經(jīng)第一級(jí)減速后大傳動(dòng)帶盤得到150r/min的轉(zhuǎn)速。當(dāng)洗衣機(jī)處于洗滌或漂洗狀態(tài)時(shí)，再經(jīng)離合器內(nèi)部的行星齒輪減速后，使波輪得到175r/min低轉(zhuǎn)速。此時(shí)，洗滌（脫水）桶不動(dòng)。當(dāng)洗衣機(jī)處于脫水狀態(tài)時(shí)，離合器輸出的是未經(jīng)減速的850r/min的高轉(zhuǎn)速，驅(qū)動(dòng)脫水桶和波輪作同步高速運(yùn)轉(zhuǎn)。對(duì)于使用普通離合器的小波輪套桶洗衣機(jī)來(lái)說(shuō)，有區(qū)別的僅僅是離合器內(nèi)部沒(méi)有行星齒輪減速機(jī)構(gòu)，因此在洗滌或漂洗時(shí)其波輪的轉(zhuǎn)速與脫水時(shí)的轉(zhuǎn)速時(shí)相同的。 第四章 電氣控制系統(tǒng) 4.1控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu) 波輪式全自動(dòng)洗衣機(jī)的電氣控制系統(tǒng)由于洗衣機(jī)型號(hào)的不同而不盡相同，但電氣控制系統(tǒng)主要有程序控制器，電動(dòng)機(jī)，進(jìn)水電磁閥，排水電磁閥，水位開(kāi)關(guān)，安全開(kāi)關(guān)及各種功能選擇開(kāi)關(guān)等組成的，控制的基本原理也都一樣。全自動(dòng)洗衣機(jī)能實(shí)現(xiàn)洗衣的自動(dòng)化，整個(gè)洗衣過(guò)程都是在程序控制器的“指揮”下進(jìn)行的。如把離合器比作全自動(dòng)套桶洗衣機(jī)的心臟，則程序控制器就是全自動(dòng)洗衣機(jī)的“大腦”。如圖所示以程序控制器為核心的波輪式全自動(dòng)套桶洗衣機(jī)控制系統(tǒng)的基本原理方框圖。 圖4 波輪式全自動(dòng)套桶洗衣機(jī)控制系統(tǒng)的基本原理方框圖 4.2 控制系統(tǒng)原理 程序控制器中存儲(chǔ)著多種程序，一旦通過(guò)選擇開(kāi)關(guān)選好某種程序后，程序控制器便按這種程序自動(dòng)實(shí)施對(duì)電動(dòng)機(jī)，進(jìn)水和排水電磁閥的控制。安全開(kāi)關(guān)又稱為蓋開(kāi)關(guān)，在洗衣機(jī)運(yùn)行過(guò)程中起安全保護(hù)作用，它的功能為：在洗衣機(jī)工作時(shí)誤開(kāi)蓋，安全開(kāi)關(guān)便會(huì)切斷電動(dòng)機(jī)電源，自動(dòng)中斷程序；在脫水過(guò)程中如桶內(nèi)衣物擺放不均勻而產(chǎn)生大幅度振動(dòng)時(shí)，安全開(kāi)關(guān)自動(dòng)中斷脫水過(guò)程，啟動(dòng)蜂鳴器。按照采用的程序控制器的不同，波輪式全自動(dòng)套桶洗衣機(jī)的電氣控制電路可分為電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)式程序控制器和單片機(jī)式程序控制器電路。電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)式程序控制器又稱為機(jī)械式程序控制器，它具有程序組合量大，工作可靠，抗干擾能力強(qiáng)，而且能直接控制較大電流等優(yōu)點(diǎn)，單片機(jī)程序控制器具有結(jié)構(gòu)緊湊，操作簡(jiǎn)便，功能齊全，運(yùn)行可靠等優(yōu)點(diǎn)。目前，機(jī)械式程序控制器基本上已被淘汰。用PLC（單片機(jī)）控制的全自動(dòng)洗衣機(jī)各種動(dòng)作典型的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖5所示： 圖5 全自動(dòng)洗衣機(jī)各種動(dòng)作典型的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖 PLC在系統(tǒng)中是處于中心位置，水位開(kāi)關(guān)的PLC的輸入信號(hào)控制開(kāi)關(guān)，進(jìn)水閥，排水閥和電動(dòng)機(jī)是洗衣機(jī)各種動(dòng)作的執(zhí)行機(jī)構(gòu)。其中進(jìn)水閥和排水閥由PLC給定信號(hào)來(lái)決定其工作狀態(tài)；電動(dòng)機(jī)的工作狀態(tài)也由控制中心PLC給定信號(hào)來(lái)決定，而電動(dòng)機(jī)的正反轉(zhuǎn)狀態(tài)直接決定了洗衣機(jī)的洗滌狀態(tài)和脫水狀態(tài)。 4.3 檢測(cè)電路系統(tǒng) 檢測(cè)電路主要由各類傳感器組成。在洗衣過(guò)程中起決定作用的物理量有衣量、衣質(zhì)、水位、水溫和渾濁度等,這些物理量都需要有適當(dāng)?shù)膫鞲衅鱽?lái)獲取信息,并轉(zhuǎn)換成PLC能接收的電信號(hào)。 1）水位傳感器 水位檢測(cè)的精度直接影響洗凈度、水流強(qiáng)度、洗滌時(shí)間等參數(shù)。 2）衣量傳感器 衣量傳感器又稱衣物負(fù)載傳感器，它是用來(lái)檢測(cè)洗衣時(shí)衣物量多少的。當(dāng)洗滌桶內(nèi)注入一定量的清水后將衣物放入桶內(nèi)，這時(shí)讓驅(qū)動(dòng)電機(jī)以斷續(xù)通電運(yùn)轉(zhuǎn)的方式工作一分鐘左右。利用電機(jī)繞組上產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)，經(jīng)光電隔離及比較整型，產(chǎn)生脈沖信號(hào)。這種矩形脈沖數(shù)目與電機(jī)慣性轉(zhuǎn)過(guò)的角度成比例。若衣物多，則電機(jī)受到的阻力大，電機(jī)慣性轉(zhuǎn)過(guò)的角度就小，相應(yīng)地，傳感器產(chǎn)生的脈沖就少，這樣就間接地“測(cè)量 出了衣物量的多少。下一步需要做的就是，根據(jù)衣物量來(lái)設(shè)定水位。 3）水溫傳感器 適當(dāng)?shù)南匆聹囟扔欣谖酃傅淖兓?。可以提高洗滌效果。水溫傳感器裝在洗滌桶的下部。以熱敏電阻為檢測(cè)元件。測(cè)定打開(kāi)洗衣機(jī)開(kāi)關(guān)時(shí)的溫度為環(huán)境溫度，注水結(jié)束時(shí)的溫度為水溫，將所測(cè)溫度信號(hào)輸給PLC。 第五章 主要器件的選擇 5.1 電動(dòng)機(jī)的選擇 由于家庭提供的電源限制故選單相電容運(yùn)轉(zhuǎn)式異步電動(dòng)機(jī)。以3.6公斤全自動(dòng)洗衣機(jī)為例，由于全自動(dòng)洗衣機(jī)的脫水桶直徑較大，這一偏心不能不考慮，所以計(jì)算時(shí)應(yīng)以洗滌物可能產(chǎn)生前最大偏心為計(jì)算依據(jù)。脫水時(shí)電機(jī)功率比洗滌時(shí)要大，在確定電機(jī)功率時(shí)應(yīng)以脫水時(shí)消耗的功率為依據(jù)，也就是說(shuō)脫水時(shí)電機(jī)功率就是該洗衣機(jī)所確定的電機(jī)額定功率。由于在計(jì)算時(shí)一些因素如電機(jī)轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量等沒(méi)考慮，造成一些偏差，所以3.6公斤全自動(dòng)洗衣機(jī)電機(jī)額定功率選為180瓦。符合全自動(dòng)洗衣機(jī)的功率范圍120W～250W。 故選擇YY104-180型號(hào)單相電容運(yùn)轉(zhuǎn)式電動(dòng)機(jī)，功率180瓦,額定電壓220V，轉(zhuǎn)速1350r/min，電流1.7A。 5.2 傳感器的選擇 5.2.1 水溫傳感器的選擇 水溫檢測(cè)可用熱敏電阻或MTS102 半導(dǎo)體溫度檢測(cè)器。洗衣機(jī)水溫一般為4 ℃～40 ℃,在該溫度范圍內(nèi)MTS102線性好,溫度敏感,水溫檢測(cè)常選用它。 5.2.2 水位傳感器的選擇 對(duì)于PLC控制的洗衣機(jī),要求水位的檢測(cè)必須是連續(xù)的,諧振式水位傳感器是利用電磁諧振電路LC 作為傳感器的敏感元件,將被測(cè)物體的變化轉(zhuǎn)變?yōu)長(zhǎng)C 參數(shù)的變化,最終以頻率參數(shù)輸出。其工作原理是將水位的高低通過(guò)導(dǎo)管轉(zhuǎn)換成一個(gè)測(cè)試內(nèi)腔氣體變化的壓力,驅(qū)動(dòng)內(nèi)腔上方的一塊隔膜移動(dòng),帶動(dòng)隔膜中心的磁芯在某線圈內(nèi)移動(dòng),從而線圈電感發(fā)生變化。由此引起諧振電路的固有頻率隨水位變化。故常采用諧振式水位傳感器。 5.2.3 衣質(zhì)傳感器的選擇 衣質(zhì)的檢測(cè)一般在洗滌之前，且主要用來(lái)測(cè)定所洗衣物屬于棉類還是化纖類。在一定水位的前提下不同的衣物成分不同,其布阻抗就不同。為了測(cè)出衣質(zhì),先加入一定的水并讓電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng),突然切斷電源,由于慣性作用電機(jī)會(huì)維持短時(shí)間旋轉(zhuǎn)。此時(shí)電機(jī)處于發(fā)電機(jī)狀態(tài),會(huì)產(chǎn)生一定感應(yīng)電勢(shì)并逐漸衰減到零。由于衰減速率與布阻抗有一定的線性關(guān)系,通過(guò)對(duì)定子繞組兩端電熱進(jìn)行整流和檢測(cè),經(jīng)光電隔離后形成脈沖,脈沖信號(hào)多，則布阻抗小,反之亦然。經(jīng)過(guò)幾次測(cè)量就可以判斷出布阻抗,通過(guò)推理得出衣質(zhì)。故選擇電阻傳感器。 第六章 軟件設(shè)計(jì) 6.1 全自動(dòng)洗衣機(jī)的控制要求 PLC 投入運(yùn)行，系統(tǒng)處于初始狀態(tài)，準(zhǔn)備好啟動(dòng)。 （1） 按下啟動(dòng)按扭，開(kāi)始進(jìn)水，水滿（即水位到達(dá)高低）時(shí)停止進(jìn)水。 （2） 2 秒后開(kāi)始洗滌。 （3） 洗滌時(shí)，正轉(zhuǎn) 15 秒后暫停，暫停 3 秒后開(kāi)始反轉(zhuǎn)洗滌，反轉(zhuǎn)洗滌 15 秒后暫停，暫停 3 秒。 （4） 如此循環(huán) 3 次，總共 180 秒后開(kāi)始排水，排空后（水位下降到低位）開(kāi) 始脫水并繼續(xù)排水。脫水 10 秒即完成一次從進(jìn)水到脫水的工作循環(huán)過(guò)程。 （5） 若未完成 3 次大循環(huán)，則返回從進(jìn)水開(kāi)始的全部動(dòng)作，進(jìn)行下一次大循 環(huán)；若完成了 3 次大循環(huán)，則進(jìn)行洗完報(bào)警。 （6） 報(bào)警 10 秒結(jié)束全部過(guò)程，自動(dòng)停機(jī)。 （7） 此外按排水按鈕可實(shí)現(xiàn)手動(dòng)排水；按停車按扭可停止進(jìn)水、排水、脫水 及報(bào)警。 6.2 控制系統(tǒng)的I/O分配表如圖6 圖6 I/O分配表 PLC 輸入端 所接外部輸入器件 PLC 輸出入端 所接外部輸出入器件 X0 啟動(dòng)按鈕 SB1 Y0 進(jìn)水電磁閥 YA1 X1 停止按鈕 SB2 Y1 排水電磁閥 YA2 X2 低水位限位開(kāi)關(guān) SQ1 Y2 脫水電磁離合器 YA3 X3 高水位限位開(kāi)關(guān) SQ2 Y3 正轉(zhuǎn)接觸器 KM1 X4 手動(dòng)排水按鈕 SB3 Y4 反轉(zhuǎn)接觸器 KM2 Y5 蜂鳴器 HA 6.3 外圍接線圖如圖7 圖7 外圍接線圖 6.4 系統(tǒng)的順序功能圖設(shè)計(jì)如圖8 圖8 全自動(dòng)洗衣機(jī) PLC 控制程序流程圖 6.5 程序設(shè)計(jì) 本次設(shè)計(jì)采用步進(jìn)順控指令編程，編寫的程序清晰、明了。步進(jìn)指令允許使用雙線圈，當(dāng)步進(jìn)節(jié)點(diǎn)條件滿足時(shí)，某一狀態(tài)被置位，當(dāng)下一步的步進(jìn)節(jié)點(diǎn)接通時(shí)，轉(zhuǎn)移到下一步狀態(tài)，同時(shí)自動(dòng)復(fù)位上一狀態(tài)，其中 STL 是步進(jìn)節(jié)點(diǎn)指令，RET 是步進(jìn)返回指令。 系統(tǒng)處于初始狀態(tài)，準(zhǔn)備好啟動(dòng)，M8002 是初始化脈沖，上電運(yùn)行后產(chǎn)生，按下 啟動(dòng)按鈕 X0，系統(tǒng)運(yùn)行，打開(kāi)進(jìn)水電磁閥 Y0，當(dāng)系統(tǒng)的高水位限位開(kāi)關(guān) X3 檢測(cè)到水滿時(shí)，關(guān)閉進(jìn)水電磁閥 Y0 并停止運(yùn)行 2 秒。如圖9程序梯形圖所示。 圖9 程序梯形圖所示 當(dāng)狀態(tài)位 S22 置位時(shí)，定時(shí)器 T1 工作，接觸器線圈 Y3 接通，洗衣機(jī)正轉(zhuǎn)洗滌，定時(shí)器 T1定時(shí) 15 秒到，S22 狀態(tài)自動(dòng)復(fù)位的同時(shí)置位 S23，洗衣機(jī)停止運(yùn)行，定時(shí)器 T2 開(kāi)始定時(shí)，定時(shí)器 T2 定時(shí) 3 秒到，自動(dòng)復(fù)位狀態(tài) S23 的同時(shí)置位 S24，,接觸器 Y4 接通，定時(shí)器 T3 開(kāi)始定時(shí)，洗衣機(jī)反轉(zhuǎn)洗滌，反轉(zhuǎn)洗滌 15 秒到，復(fù)位 S24 同時(shí)置位 S25，洗衣機(jī)停止運(yùn)行 3 秒。如圖 10 程序梯形圖所示。 圖10 程序梯形圖 狀態(tài)位 S26 置位時(shí)，計(jì)數(shù)器 C0 開(kāi)始計(jì)數(shù)的同時(shí)與計(jì)數(shù)器 C0 當(dāng)前值做比較，當(dāng) C0 的值不等于 3 時(shí)，狀態(tài)位 S22 置位,循環(huán)洗滌；當(dāng) C0 的值等于 3 時(shí)，計(jì)數(shù)器 C0 清零，狀態(tài)位 S26 復(fù)位同時(shí) S27 置位，排水電磁閥 Y1 打開(kāi)并復(fù)位計(jì)數(shù)器 C0,當(dāng)?shù)退幌尬婚_(kāi)關(guān) X2 檢測(cè)到水排空后，置位 S28 的同時(shí)復(fù)位 S27。如圖 11 程序梯形圖所示 圖11 程序梯形圖 狀態(tài)位S28置位時(shí)，排水電磁閥Y1打開(kāi)，離合器Y2合上，接觸器Y3線圈得電，抱閘將洗滌電機(jī)軸和內(nèi)桶抱緊，帶動(dòng)其內(nèi)桶正轉(zhuǎn)進(jìn)行甩干，定時(shí)器T5定時(shí)10秒到，自動(dòng)復(fù)位S28的同時(shí)置位S29，計(jì)數(shù)器C1開(kāi)始計(jì)數(shù)的同時(shí)與計(jì)數(shù)器C1當(dāng)前值做比較，當(dāng)C1的值不等于3時(shí)，狀態(tài)位S20置位,循環(huán)從進(jìn)水開(kāi)始的全部動(dòng)作；當(dāng)C0的值等于3時(shí)，狀態(tài)位S29復(fù)位。如圖12程序梯形圖所示。 圖12 程序梯形圖所示 狀態(tài)位 S30 置位時(shí)，蜂鳴器 Y5 進(jìn)行洗完報(bào)警，計(jì)數(shù)器 C1 清零，為下次洗滌工作做好準(zhǔn)備，計(jì)數(shù)器有記憶功能，所以每次比較完后要記得清零，蜂鳴器 Y5 報(bào)警 10秒后結(jié)束全部過(guò)程，自動(dòng)停機(jī)并返回初始狀態(tài)。如圖13程序梯形圖所示。 圖13 程序梯形圖所 當(dāng)按下手動(dòng)排水按鈕 X4，排水電磁閥 Y1 閉合，實(shí)現(xiàn)手動(dòng)排水；當(dāng)按下停止按鈕X1, 實(shí)現(xiàn)停止進(jìn)水、排水、脫水及報(bào)警。如圖 14 程序梯形圖所示。 圖14 程序梯形圖所示 本章小結(jié) 本章介紹了全自動(dòng)洗衣機(jī) PLC 控制的流程圖，并對(duì)程序進(jìn)行了詳細(xì)的說(shuō)明。使用步進(jìn)順空指令編寫的梯形圖清晰、明了。本次設(shè)計(jì)采用三菱公司的 FXGPWIN 編程軟件進(jìn)行編程，該軟件使用方便，我選擇的 PLC 型號(hào)為 FX2N. 致 謝 經(jīng)過(guò)一個(gè)多月的努力我的畢業(yè)設(shè)計(jì)終于完成了,但是現(xiàn)在回想起來(lái)做畢業(yè)設(shè)計(jì)的整個(gè)過(guò)程，頗有心得，其中有苦也有甜，艱辛同時(shí)又充滿樂(lè)趣,不過(guò)樂(lè)趣盡在其中！通過(guò)本次畢業(yè)設(shè)計(jì)，沒(méi)有接受任務(wù)以前覺(jué)得畢業(yè)設(shè)計(jì)只是對(duì)這幾年來(lái)所學(xué)知識(shí)的單純總結(jié)，但是通過(guò)這次做畢業(yè)設(shè)計(jì)發(fā)現(xiàn)畢業(yè)設(shè)計(jì)不僅是對(duì)前面所學(xué)知識(shí)的一種檢驗(yàn)，而且也是對(duì)自己能力的一種提高。 這次畢業(yè)設(shè)計(jì)要求設(shè)計(jì)一個(gè)全自動(dòng)洗衣機(jī)控制，自行設(shè)計(jì)這對(duì)我將來(lái)踏上工作崗位是非常有幫助的。盡管上一屆的同學(xué)已經(jīng)完成的非常出色，但是我仍然希望通過(guò)自己的努力完成設(shè)計(jì)并希望有所突破。這也是我對(duì)自己的考驗(yàn)。于是本次設(shè)計(jì)過(guò)程中我完全按照軟件設(shè)計(jì)步驟的要求來(lái)進(jìn)行，從課題分析開(kāi)始，再進(jìn)行總體設(shè)計(jì)、詳細(xì)設(shè)計(jì),最后到系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)。每一步都讓我將理論學(xué)習(xí)的知識(shí)應(yīng)用到實(shí)踐中去。也使我掌握了一整套規(guī)范的設(shè)計(jì)操作流程。 我的心得也就這么多了，總之，這次畢業(yè)設(shè)計(jì)讓我學(xué)習(xí)到很多。雖然結(jié)束了，但這只能是一個(gè)開(kāi)始。今后作為技術(shù)員，要學(xué)習(xí)的規(guī)范，程序設(shè)計(jì)語(yǔ)言還有很多。怎樣使自己從普通的PG升為SE，在微型計(jì)算機(jī)控制領(lǐng)域，要學(xué)的實(shí)在太多，僅大學(xué)生涯所學(xué)實(shí)在有限。我們只有對(duì)自己有了更高的要求，才能作為動(dòng)力不斷取得新的成績(jī)! 不管學(xué)會(huì)的還是學(xué)不會(huì)的的確覺(jué)得困難比較多，真是萬(wàn)事開(kāi)頭難，不知道如何入手。 在此要感謝我的指導(dǎo)老師鄭老師對(duì)我悉心的指導(dǎo)，感謝老師給我的幫助。在設(shè)計(jì)過(guò)程中，我通過(guò)查閱大量有關(guān)資料，與同學(xué)交流經(jīng)驗(yàn)和自學(xué)，并向老師請(qǐng)教等方式，使自己學(xué)到了不少知識(shí)，也經(jīng)歷了不少艱辛，但收獲同樣巨大。在整個(gè)設(shè)計(jì)中我懂得了許多東西，也培養(yǎng)了我獨(dú)立工作的能力，樹(shù)立了對(duì)自己工作能力的信心，相信會(huì)對(duì)今后的學(xué)習(xí)工作生活有非常重要的影響。而且大大提高了動(dòng)手的能力，使我充分體會(huì)到了在創(chuàng)造過(guò)程中探索的艱難和成功時(shí)的喜悅。雖然這個(gè)設(shè)計(jì)做的也不太好，但是在設(shè)計(jì)過(guò)程中所學(xué)到的東西是這次畢業(yè)設(shè)計(jì)的最大收獲和財(cái)富，使我終身受益。 參考文獻(xiàn) [1] 魏志精.可編程控制器應(yīng)用基礎(chǔ)【M】．電子工業(yè)出版社,2003 [2] 周恩濤.可編程控制器原理及其在液壓系統(tǒng)中的應(yīng)用【M】．機(jī)械工業(yè)出版社． [3] 潘月琴.全自動(dòng)洗衣機(jī)的維修【M】．北京科學(xué)技術(shù)出版社,2004 [4] 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