PLC全自動洗衣機的設(shè)計剖析

1、 目 錄1 引言22 全自動洗衣機控制系統(tǒng)總體控制方案確定32.1 控制系統(tǒng)的比較32.2 洗衣機的PLC控制系統(tǒng)概述 32.3 PLC的設(shè)計步驟 43 全自動洗衣機的基本結(jié)構(gòu)53.1 全自動洗衣機的原理和構(gòu)造53.2 洗滌脫水系統(tǒng)73.3 排水和進水系統(tǒng)83.4 電動機及傳動系統(tǒng)84 電氣控制系統(tǒng)94.1 控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)94.2 控制系統(tǒng)原理104.3 檢測電路系統(tǒng)115 主要器件的選擇125.1 電動機的選擇125.2 傳感器的選擇135.3 可編程控制器外部設(shè)計136 軟件設(shè)計166.1 系統(tǒng)的順序功能圖設(shè)計166.2 全自動洗衣機的控制要求166.3 控制系統(tǒng)的邏輯設(shè)計法166.4 控制

2、系統(tǒng)的跳轉(zhuǎn)指令法206.5 調(diào)試過程237 心得與體會238 參考文獻261 引言從古到今，洗衣服都是一項難于逃避的家務(wù)勞動，在洗衣機出現(xiàn)以前，這項勞動并不像田園詩描繪的那樣充滿樂趣、手搓、腳踩、棒擊、沖刷、摔打。這些不斷重復(fù)的簡單的體力勞動，留給人的感受常常是辛苦勞累。1874年，“手洗時代”受到了前所未有的挑戰(zhàn)美國人比爾·布萊克斯發(fā)明了木制手搖洗衣機。1880年，美國又出現(xiàn)了蒸汽洗衣機，蒸汽動力開始取代人力。之后，水力洗衣機，內(nèi)燃機洗衣機也相繼出現(xiàn)。1911年，美國試制成功世界上第一臺電動洗衣機，標(biāo)志著人類家務(wù)勞動自動化的開端。1922年，電動洗衣機迎來一種嶄新的洗衣方式攪拌式。

3、攪拌式洗衣機由美國瑪依塔格公司研制成功。70年代后期，微電腦控制的全自動洗衣機出現(xiàn)引領(lǐng)新的發(fā)展方向，讓人耳目一新。90年代，由于電動機調(diào)速技術(shù)的提高，洗衣機實現(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。全自動洗衣機其特點是能自動完成洗滌，漂洗和脫水的轉(zhuǎn)換，整個過程不需要人工操作。這類洗衣機均采用套筒式結(jié)構(gòu)，其進水，排水都采用電磁閥，由程序控制器按人們預(yù)先設(shè)計好的程序不斷發(fā)出指令，驅(qū)動各執(zhí)行器件動作，整個洗衣過程自動完成。所用的程序控制器可分為電動機驅(qū)動式和單片機式。從控制方式的發(fā)展階段上分：全自動洗衣機可分為兩大類：第一類電動控制洗衣機，它的程序控制器由電動元件組成。第二類是電腦控制

4、洗衣機，它的程序控制器由微型計算機組成。電動控制全自動洗衣機是較早出現(xiàn)的自動控制類家用電器，其產(chǎn)品類型還屬于傳統(tǒng)的機械產(chǎn)品，是自動控制的初級階段。隨著計算機的及微電子技術(shù)的發(fā)展，自動控制系統(tǒng)正在逐步實現(xiàn)硬件化。因此，電動控制洗衣機將逐步退出家電舞臺?？删幊炭刂破魇且环N數(shù)字運算操作的電子系統(tǒng), 專為在工業(yè)環(huán)境下應(yīng)用而設(shè)計。它采用可編程序的存貯器, 用來在其內(nèi)部存貯執(zhí)行邏輯運算、順序控制、定時、計數(shù)和算術(shù)運算等操作的指令, 并通過數(shù)字的、模擬的輸入和輸出, 控制各種類型的機械或生產(chǎn)過程. 可編程序控制器及其有關(guān)設(shè)備, 都應(yīng)按易于與各種控制系統(tǒng)形成一個整體,易于擴充其功能的原則設(shè)計。2 全自動洗衣機

5、控制系統(tǒng)總體控制方案確定2.1 控制系統(tǒng)的比較PLC系統(tǒng)的特點：（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。對工作的環(huán)境要求較低，抗外部干擾能力強，平均無故障時間長。（2）使用方便靈活，PLC采用了基本單元擴展或者是模塊化的結(jié)構(gòu)形式，因此，輸入/輸出信號的數(shù)量，形式，驅(qū)動能力等都可以根據(jù)實際控制要求進行選擇與確定，而且在需要時可以隨時更換，近年來，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）編程簡單，PLC的優(yōu)越性主要體現(xiàn)在它采用了獨特的，多種面向廣大工程設(shè)計人員的編程語言，如指令表，梯形圖，邏輯功能圖，順序

6、功能圖等，程序簡潔，明了適合各類技術(shù)人員的傳統(tǒng)習(xí)慣，即使是沒有計算機知識的人員也很統(tǒng)一掌握，特別是梯形圖與邏輯功能圖，形象直觀，動態(tài)監(jiān)測效果逼真，且與計算機控制容易。單片機系統(tǒng)的特點：（1）要求環(huán)境，單片機對環(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)，主要是單片機采用匯編語言或者是C語言，這些高級語言和PLC語言相比，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)簡單，處理速度快。2.2洗衣機的PLC控制系統(tǒng)概述全自動洗衣機采用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。在全自動洗衣機中，洗衣機洗滌、脫水程序是由單片機為中心控制系統(tǒng)工作的。首先由于

7、單片機的指令系統(tǒng)相對復(fù)雜，編寫洗滌、脫水程序相對復(fù)雜；其次，在設(shè)計控制系統(tǒng)硬件時要有多種電路保護裝置，如電流保護、電壓保護、過載保護、過熱保護及欠壓保護等等 這樣增加了硬件的復(fù)雜性，隱含較高的故障率無形地增加了維修成本費用，在各種控制系統(tǒng)中廣泛運用的PLC能克服單片機的缺點。它是整體模塊，集中了驅(qū)動電路、檢測電路和保護電路以及通訊聯(lián)網(wǎng)功能。因此在運用中，硬件也相對簡單，提高控制系統(tǒng)的可靠性。另外它的編程語言也相對簡單。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2.3 PLC的設(shè)計步驟 開發(fā)應(yīng)用PLC 的設(shè)計任務(wù)分為硬件和軟件設(shè)計兩部分。硬件設(shè)計主要包括:

8、1）確定安排PLC 的輸入、輸出點; 2）設(shè)計外圍電路, 包括主電路; 3）選購PLC 并進行現(xiàn)場安裝接線等內(nèi)容；軟件設(shè)計, 大多數(shù)用梯形圖和指令程序, 主要包括: 1）設(shè)計控制流程, 根據(jù)工藝要求先畫出工作循環(huán),如有必要再畫詳細的狀態(tài)流程圖;2）根據(jù)工作循環(huán)圖, 畫出虛擬的電路圖繼電器梯形圖;按梯形圖編寫指令程序表;3系統(tǒng)調(diào)試: 根據(jù)設(shè)計要求, 對程序進行調(diào)試和修改, 必要時還可對硬件進行修改, 直到滿足要求；在電腦控制的全自動洗衣機中，又存在著兩種不同的控制方式，即程序控制和模糊控制。由于控制方式的不同，兩種洗衣機在結(jié)構(gòu)和原理上都有很大的區(qū)別。程序控制洗衣機以洗衣機生產(chǎn)廠家設(shè)定的數(shù)十種操作

9、程序為基礎(chǔ)，用戶在使用時可根據(jù)洗衣量，布質(zhì)的輕重以及衣物的臟污程度性質(zhì)等因素，選擇不同的洗衣程序。程序控制全自動洗衣機的控制按鈕很多，對程序的選擇需要有一定的洗衣經(jīng)驗。模糊控制洗衣機以其內(nèi)部設(shè)置的各種傳感器為信息采集源，對傳感器傳回的洗衣量，衣物布質(zhì)，臟污程度以及臟污性質(zhì)信息進行模糊邏輯推理，從而自動設(shè)置相應(yīng)的洗滌參數(shù)，并對洗衣的全過程進行實時的檢測與控制。模糊控制全自動洗衣機的洗衣按鈕只有很少幾個。從控制類型上來說，模糊控制屬于智能控制，是自動控制的較高形式，代表著自動控制的發(fā)展方向。但是，受自動控制水平的限制，目前的模糊控制洗衣機還不能實現(xiàn)全功能上的模糊控制，另外由于使用了各種傳感器和模糊

10、邏輯控制器，使模糊控制洗衣機的成本遠高于程序控制洗衣機。故一般不采用。3 全自動洗衣機的基本結(jié)構(gòu)3.1 全自動洗衣機的原理和構(gòu)造全自動洗衣機在結(jié)構(gòu)上大致可分為3中類型，即波輪式，滾筒式和攪拌式。我國的洗衣機在結(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。首先做一下比較：滾筒式洗衣機具有如下性能：（1）更好的軟化衣物纖維，減小洗滌過程中衣物的損傷和變形，并且還可以使洗后的衣物柔軟而蓬松。（2）提高溫度來洗滌可充分溶解洗衣粉，加快洗衣粉中弱酸性物質(zhì)與污物的化學(xué)反應(yīng)速度，提高洗衣粉中酶的活性，同時有利于溶解汗?jié)n，血漬，降低灰塵，油污的粘附作用，從而可在同樣的洗凈比下大幅度降低

11、洗滌過程對機械力的需求。(3）溫度高有利于污物在水中的擴散。(4）高溫能有效的殺死一些細菌。沒有加溫的洗滌的波輪式洗衣機無論怎樣的水流，要達到一定的洗凈比，都必須有足夠的機械力，而機械力對衣物是由損傷的，這就決定了波輪式洗衣機的磨損率大大高于滾筒式洗衣機。各種新水流基本原理是一樣的，就是盡量以紊亂的水流減小衣物的纏繞，增大水流的沖刷力以用于洗滌，與以前依靠衣物與桶壁和衣物相互之間的摩擦方式相比，水流沖刷對衣物的損傷較小。滾筒式洗衣機有如下特點：(1）磨損低，沒有纏繞，機械傳動部分簡單可靠，壽命長于波輪式洗衣機。 （2）自動化程度高，可以自動投放洗衣粉，漂白粉等，為不同質(zhì)地的棉制品，化纖制品，羊

12、毛制品設(shè)計了不同的洗滌程序和洗滌溫度，使洗滌更為科學(xué)。設(shè)有防皺浸泡功能，可將洗好的衣物浸泡在清水里，到晾曬前再甩干，避免衣物甩干后不能及時取出晾曬而起皺。（1）省水，省洗衣粉。滾筒式洗衣機不需要水位高過衣物，從而可節(jié)約用水，并可減少洗衣粉的投放量。（2）高溫洗滌有一定的滅菌作用。（3）洗滌過程噪聲小，滾筒式洗衣機屬封閉式洗滌，可以有效屏蔽內(nèi)桶轉(zhuǎn)動聲和水流聲；而波輪式洗滌的水流聲，脫水內(nèi)桶轉(zhuǎn)動聲是不可避免的且剎車裝置和電磁閥動作聲音也很大。由于滾筒式洗衣機的價格大大高于波輪式洗衣機，所以波輪式洗衣機仍然受到普遍歡迎。波輪式洗衣機的特點：（1)水流方面?，F(xiàn)在波輪式全自動洗衣機出現(xiàn)了一種新水流的形式

13、。如LG的拳擊棒，松下的雙瀑布，榮事達的網(wǎng)絡(luò)水流等都采用了這種水流。 (2)程序控制器。新推出的波輪式全自動洗衣機均采用單片機程序控制器，原來的機械式程序控制器基本上已被淘汰。各廠家生產(chǎn)的各種型號的波輪式全自動洗衣機的控制程序有所不同。如在模糊控制的洗衣機中，單片機通過采集水位傳感器，布量傳感器，光傳感器的信號以及電動機的轉(zhuǎn)速，判斷出衣物的質(zhì)地，多少，贓物程度，從而自動調(diào)整對衣物進行合理的洗滌。 (1)不銹鋼內(nèi)桶。波輪式洗衣機采用了不銹鋼內(nèi)桶，減小衣物和內(nèi)桶壁摩擦力，從而減輕衣物的磨損。 (2)同心洗。同心洗是直接把電動機軸與洗衣桶主軸同心安裝，直接驅(qū)動。使洗滌和脫水時洗衣桶振動減小，噪聲降低

14、。 (3)變頻波輪式洗衣機可以對不同質(zhì)地的衣物自動選擇不同的電動機轉(zhuǎn)速，從而給不同質(zhì)地的衣物以恰當(dāng)?shù)南礈鞆姸?，在保證洗得干凈的同時，也最大限度地降低衣物的磨損。同時還可以在脫水甩干時，由慢到快地啟動，使衣物在桶內(nèi)分布均勻，脫水效果好，同時由于衣物均勻分布在洗衣桶的四周，洗衣桶的重心落在軸心上，可以減小振動，降低噪聲，但是價格較貴。波輪式全自動洗衣機通常都采用將洗滌（脫水）桶套裝在盛水桶內(nèi)的同軸套桶式結(jié)構(gòu)，雖然它們各自牌號和型號都不同，但其結(jié)構(gòu)都是由洗滌，脫水系統(tǒng)，進，排水系統(tǒng)，電動機和傳動系統(tǒng)，電器控制系統(tǒng)以及支撐機構(gòu)5大部分組成的。支撐機構(gòu)主要有箱體，吊桿及控制臺組成，它除了安裝和連接洗衣機

15、的各種零件外，還具有減振及防護，裝飾的作用。如圖所示：全自動套筒洗衣機內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖。圖2 全自動套筒洗衣機內(nèi)部結(jié)構(gòu)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，主要用來盛放洗滌液。盛水桶固定在鋼制底板上，通過4根吊桿懸掛在洗衣機箱體上。電動機，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盛放衣物，在洗滌或漂洗時配合波輪完成洗滌或漂洗功能，在脫水時便成為離心式的脫水桶。波輪是全自動洗衣機中對衣物產(chǎn)生機械作用的主要部件。按波輪的形狀來分，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

16、水流兩類。3.3 排水和進水系統(tǒng)波輪式全自動洗衣機的進排水系統(tǒng)都采用了電磁閥控制。為了對桶內(nèi)的水位進行檢測和控制，洗衣機上都安裝有水位控制器（水位開關(guān)）。波輪式全自動套桶洗衣機使用最多的水位開關(guān)是空氣壓力式開關(guān)，主要有氣壓傳感器裝置，控制裝置及電觸點開關(guān)3部分組成，用來監(jiān)視水位的高低。此外電磁閥分進水和排水電磁閥，進水電磁閥是洗衣機上的自動進水開關(guān)，它受水位開關(guān)動斷觸點的控制。而排水電磁閥是全自動洗衣機上的自動排水裝置，同時還起改變離合器工作狀態(tài)。進水、排水電磁閥是采用電流流過線圈形成磁場的原理，洗衣機電磁閥在進，排水時使用，220V交流電壓與電磁閥線圈接通，形成磁場，電磁線圈吸合。自動打開香

17、蕉閥門，洗衣機里的水就順著管道流出去了。斷電后，電磁閥線圈失去電流，磁場消失，電磁鐵松開，橡膠閥門自動關(guān)閉，洗衣機里的水就流不出去了。3.4 電動機及傳動系統(tǒng)波輪式全自動套桶洗衣機的電動機及傳動系統(tǒng)主要由電動機和離合器組成，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上，這種洗衣機在洗滌或者漂洗時波輪的轉(zhuǎn)速和脫水時離心桶的轉(zhuǎn)速相同，目前各種大波輪新水流套桶洗衣機普遍采用減速離合器，它在洗滌，漂洗時波輪的轉(zhuǎn)速較慢，而脫水時離心桶的轉(zhuǎn)速較快。電動機同時作為洗滌和脫水時的動力源，普遍采用主，副繞組完全對稱的電容式電動機。由于一般全自動套桶洗衣機的額定洗滌容量較大，因

18、此電動機的功率較大。采用減速離合器的全自動套桶洗衣機傳動系統(tǒng)的原理如圖所示：圖3 采用減速離合器的全自動套桶洗衣機傳動系統(tǒng)的原理圖電動機與固定在離合器下端的大傳動帶盤之間用V帶傳動。經(jīng)第一級減速后大傳動帶盤得到150r/min的轉(zhuǎn)速。當(dāng)洗衣機處于洗滌或漂洗狀態(tài)時，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，洗滌（脫水）桶不動。當(dāng)洗衣機處于脫水狀態(tài)時，離合器輸出的是未經(jīng)減速的850r/min的高轉(zhuǎn)速，驅(qū)動脫水桶和波輪作同步高速運轉(zhuǎn)。對于使用普通離合器的小波輪套桶洗衣機來說，有區(qū)別的僅僅是離合器內(nèi)部沒有行星齒輪減速機構(gòu)，因此在洗滌或漂洗時其波輪的轉(zhuǎn)速與脫水時的轉(zhuǎn)速時相同

19、的。4 電氣控制系統(tǒng)4.1 控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)波輪式全自動洗衣機的電氣控制系統(tǒng)由于洗衣機型號的不同而不盡相同，但電氣控制系統(tǒng)主要有程序控制器，電動機，進水電磁閥，排水電磁閥，水位開關(guān)，安全開關(guān)及各種功能選擇開關(guān)等組成的，控制的基本原理也都一樣。全自動洗衣機能實現(xiàn)洗衣的自動化，整個洗衣過程都是在程序控制器的“指揮”下進行的。如把離合器比作全自動套桶洗衣機的心臟，則程序控制器就是全自動洗衣機的“大腦”。如圖所示以程序控制器為核心的波輪式全自動套桶洗衣機控制系統(tǒng)的基本原理方框圖。圖4 波輪式全自動套桶洗衣機控制系統(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著多種程序，一旦通過選擇開關(guān)選好某種程序

20、后，程序控制器便按這種程序自動實施對電動機，進水和排水電磁閥的控制。安全開關(guān)又稱為蓋開關(guān)，在洗衣機運行過程中起安全保護作用，它的功能為：在洗衣機工作時誤開蓋，安全開關(guān)便會切斷電動機電源，自動中斷程序；在脫水過程中如桶內(nèi)衣物擺放不均勻而產(chǎn)生大幅度振動時，安全開關(guān)自動中斷脫水過程，啟動蜂鳴器。按照采用的程序控制器的不同，波輪式全自動套桶洗衣機的電氣控制電路可分為電動機驅(qū)動式程序控制器和單片機式程序控制器電路。電動機驅(qū)動式程序控制器又稱為機械式程序控制器，它具有程序組合量大，工作可靠，抗干擾能力強，而且能直接控制較大電流等優(yōu)點，單片機程序控制器具有結(jié)構(gòu)緊湊，操作簡便，功能齊全，運行可靠等優(yōu)點。目前，

21、機械式程序控制器基本上已被淘汰。用PLC（單片機）控制的全自動洗衣機各種動作典型的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖所示：圖5 全自動洗衣機各種動作典型的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖PLC在系統(tǒng)中是處于中心位置，水位開關(guān)的PLC的輸入信號控制開關(guān)，進水閥，排水閥和電動機是洗衣機各種動作的執(zhí)行機構(gòu)。其中進水閥和排水閥由PLC給定信號來決定其工作狀態(tài)；電動機的工作狀態(tài)也由控制中心PLC給定信號來決定，而電動機的正反轉(zhuǎn)狀態(tài)直接決定了洗衣機的洗滌狀態(tài)和脫水狀態(tài)。4.3 檢測電路系統(tǒng)檢測電路主要由各類傳感器組成。在洗衣過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)膫鞲衅鱽慝@取信息,并轉(zhuǎn)換成PLC能接收的電

22、信號。1）水位傳感器水位檢測的精度直接影響洗凈度、水流強度、洗滌時間等參數(shù)。2）渾濁度傳感器人工洗衣時可以隨時用眼睛檢查衣物是否洗凈，但在洗滌桶內(nèi)的衣物不斷地進行翻滾運行，無法直接撿測衣物的洗凈程度。全自動洗衣機通過采用光傳感器檢測洗滌液的透光率，從而間接撿測了洗凈程度。在洗衣機排水管兩側(cè)分別安裝紅外發(fā)光管和光電接收管。洗滌前，排水管中充滿清水，光電接收管受光導(dǎo)通，以此時光敏三極管輸出電壓為設(shè)定值。洗滌開始后，衣物上的污垢不斷地擴散到洗滌液中， 洗滌液逐漸變渾濁，致使透光率降低相應(yīng)地，光敏三極管的輸出電壓也隨之下降。經(jīng)過一段時間后，該輸出電壓趨于穩(wěn)定值，洗滌過程結(jié)束，然岳進漂洗階段。3）衣質(zhì)傳

23、感器衣質(zhì)傳感器又叫布質(zhì)傳感器，它是為檢測衣物的質(zhì)地而設(shè)置的。根據(jù)衣物纖維中棉纖維、化學(xué)纖維所占比例的大小，衣物的布質(zhì)分為“柔軟棉”、“較硬棉”、“棉與化纖”以及“化纖”四個擋 。 4）衣量傳感器衣量傳感器又稱衣物負載傳感器，它是用來檢測洗衣時衣物量多少的。當(dāng)洗滌桶內(nèi)注入一定量的清水后將衣物放入桶內(nèi)，這時讓驅(qū)動電機以斷續(xù)通電運轉(zhuǎn)的方式工作一分鐘左右。利用電機繞組上產(chǎn)生的感應(yīng)電動勢，經(jīng)光電隔離及比較整型，產(chǎn)生脈沖信號。這種矩形脈沖數(shù)目與電機慣性轉(zhuǎn)過的角度成比例。若衣物多，則電機受到的阻力大，電機慣性轉(zhuǎn)過的角度就小，相應(yīng)地，傳感器產(chǎn)生的脈沖就少，這樣就間接地“測量 出了衣物量的多少。下一步需要做的就

24、是，根據(jù)衣物量來設(shè)定水位。衣質(zhì)傳感器和衣量傳感器是同一個裝置，只是檢測的方法不同。在進行衣質(zhì)檢測時。首先使洗滌桶內(nèi)的水位比設(shè)定水位低一個擋級，然后仍按照測衣物量的方法讓驅(qū)動電機以通斷電的方式工作一段時間。檢測每次斷電期間衣量傳感器發(fā)出的脈沖數(shù)并求其平均值。用測衣量時得到的脈沖數(shù)減去測衣質(zhì)時得到的脈沖數(shù)，二者之差即可以判別衣質(zhì)。若桶內(nèi)的衣物棉纖維所占比例大，脈沖數(shù)差就大，若化學(xué)纖維所占比例大脈沖數(shù)差就小。5）水溫傳感器適當(dāng)?shù)南匆聹囟扔欣谖酃傅淖兓??？梢蕴岣呦礈煨Ч?。水溫傳感器裝在洗滌桶的下部。以熱敏電阻為檢測元件。測定打開洗衣機開關(guān)時的溫度為環(huán)境溫度，注水結(jié)束時的溫度為水溫，將所測溫度信號輸給

25、PLC。5 主要器件的選擇5.1 電動機的選擇由于家庭提供的電源限制故選單相電容運轉(zhuǎn)式異步電動機。以3.6公斤全自動洗衣機為例，由于全自動洗衣機的脫水桶直徑較大，這一偏心不能不考慮，所以計算時應(yīng)以洗滌物可能產(chǎn)生前最大偏心為計算依據(jù)。脫水時電機功率比洗滌時要大，在確定電機功率時應(yīng)以脫水時消耗的功率為依據(jù)，也就是說脫水時電機功率就是該洗衣機所確定的電機額定功率。由于在計算時一些因素如電機轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)動慣量等沒考慮，造成一些偏差，所以3.6公斤全自動洗衣機電機額定功率選為180瓦。符合全自動洗衣機的功率范圍120W250W。故選擇YY104-180型號單相電容運轉(zhuǎn)式電動機，功率180瓦,額定電壓220V

26、，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可用熱敏電阻或MTS102 半導(dǎo)體溫度檢測器。洗衣機水溫一般為4 40 ,在該溫度范圍內(nèi)MTS102線性好,溫度敏感,水溫檢測常選用它。5.2.2 水位傳感器的選擇對于PLC控制的洗衣機,要求水位的檢測必須是連續(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,將被測物體的變化轉(zhuǎn)變?yōu)長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導(dǎo)管轉(zhuǎn)換成一個測試內(nèi)腔氣體變化的壓力,驅(qū)動內(nèi)腔上方的一塊隔膜移動,帶動隔膜中心的磁芯在某線圈內(nèi)移動,從而線圈電感發(fā)生變化。由此引起諧振電

27、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 渾濁度傳感器的選擇渾濁度傳感器主要采用紅外光電傳感器。由紅外發(fā)射管發(fā)出一定強度的紅外光,紅外接收管在溶液的另一側(cè)接收紅外線。紅外線在溶液中透光性的大小就決定接收方產(chǎn)生光電電流的大小,光電流經(jīng)整形放大和數(shù)據(jù)處理后,就可以判斷出水的渾濁程度。5.2.4 衣質(zhì)傳感器的選擇衣質(zhì)的檢測一般在洗滌之前，且主要用來測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。為了測出衣質(zhì),先加入一定的水并讓電機轉(zhuǎn)動,突然切斷電源,由于慣性作用電機會維持短時間旋轉(zhuǎn)。此時電機處于發(fā)電機狀態(tài),會產(chǎn)生一定感應(yīng)電勢并逐漸衰減到零。由

28、于衰減速率與布阻抗有一定的線性關(guān)系,通過對定子繞組兩端電熱進行整流和檢測,經(jīng)光電隔離后形成脈沖,脈沖信號多，則布阻抗小,反之亦然。經(jīng)過幾次測量就可以判斷出布阻抗,通過推理得出衣質(zhì)。故選擇電阻傳感器。5.3 可編程控制器外部設(shè)計5.3.1 可編程控制器的選擇根據(jù)輸入信號及輸出信號的數(shù)量，經(jīng)過初略計算， 輸人點數(shù)為7點，輸出點數(shù)為7點5.3.2 可編程控制器I/O口及定時器/計數(shù)器分配輸入地址對應(yīng)的外部設(shè)備X000電源按扭X001洗滌啟動X002進水控制按鈕X003排水控制按鈕X004停止按鈕X005脫水按鈕X006暫停按鈕X007留水按鈕輸出地址對應(yīng)的輸出設(shè)備Y000電源指示燈Y001進水指示燈

29、Y002正轉(zhuǎn)指示燈Y003反轉(zhuǎn)指示燈Y004排水指示燈Y005脫水指示燈Y006報警燈Y007留水指示燈 定時器/計時器 對應(yīng)的作用T250 正洗計時T251 正洗暫停計時T252 反轉(zhuǎn)計時T253 反轉(zhuǎn)暫停計時T254 脫水計時T255 報警計時C100 正反洗循環(huán)計數(shù)C101 大循環(huán)計數(shù)C102 留水判斷5.3.3 外圍接線圖圖6 可編程控制器外圍接線圖洗衣機要實現(xiàn)衣服的洗滌，漂洗和脫水，就要通過上述動作來實現(xiàn)，而這些動作可以通過PLC控制來實現(xiàn)。同時加上開關(guān)和按鈕，數(shù)碼管顯示器，蜂鳴報警器和欠電壓檢測保護電路等，就可以形成完整的PLC控制系統(tǒng)。通過軟件編程達到對整個洗衣過程進行檢測控制和

30、用戶交互。此外，在少數(shù)全自動洗衣機上，以繼電器作各電氣工作部件驅(qū)動電路的電源開關(guān)，由PLC控制繼電器觸點開關(guān)的通斷，實現(xiàn)洗衣機的程序運轉(zhuǎn)。6 軟件設(shè)計6.1 系統(tǒng)的順序功能圖設(shè)計全自動洗衣機工作原理：全自動洗衣機的洗衣桶(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。該洗衣機的進水和排水分別由進水電磁閥和排水電磁閥來執(zhí)行。進水時，通過電動控制系統(tǒng)，使進水閥打開，經(jīng)進水管將水注入到外桶。排水時，通過電控系統(tǒng)使排水閥打開，將水由外桶排出到機外。洗滌正轉(zhuǎn)、反轉(zhuǎn)由洗滌電動機驅(qū)動波盤正、反轉(zhuǎn)來實現(xiàn)，此時脫水桶并不旋

31、轉(zhuǎn)。脫水時，通過電控系統(tǒng)將離合器合上，由洗滌電動機帶動內(nèi)桶正轉(zhuǎn)進行甩干。高、低水位開關(guān)分別用來檢測高、低水位。啟動按鈕用來啟動洗衣機工作。停止按鈕用來實現(xiàn)手動停止進水、排水、脫水及報警。排水按鈕用來實現(xiàn)手動排水。6.2 全自動洗衣機的控制要求全自動洗衣機控制系統(tǒng)的要求:按電源按鈕 按標(biāo)準(zhǔn)洗滌啟動按鈕進水：進水到所設(shè)定的水位洗滌：正轉(zhuǎn)洗滌5S后暫停2S，反轉(zhuǎn)洗滌5S后暫停2S，如此正反轉(zhuǎn)洗滌3次排水：排水到所設(shè)定的水位脫水：脫水5S如此再從進水開始循環(huán)3次報警：蜂鳴器響3S按電源按鈕后電源燈亮，一直到整個過程結(jié)束，所有按鈕均帶有自鎖的按鈕。停止按鈕：停止洗滌過程，在整個洗滌過程中任何時刻都可以停

32、止，如果再洗滌則重新按啟動按鈕。暫停按鈕：按一次隨時暫停，再按繼續(xù)。顯示留水指示燈，留水是指整個洗滌過程的最后一次洗滌后不排水也不脫 水，直接報警5S停機，按啟動按鈕可以繼續(xù)。6.3 控制系統(tǒng)的邏輯設(shè)計法（1） 程序剛開始對元件進行清零處理。（2） 按下啟動按鈕X000，M0得電，電源指示燈亮，同時實現(xiàn)自鎖。（3）按下洗滌啟動按鈕XOO1，觸發(fā)脈沖上升沿有效，Y001閉合，洗衣機開始進水，同時實現(xiàn)自鎖，并聯(lián)T254是為了實現(xiàn)循環(huán)功能，就算X001下次沒有按下，洗衣機循環(huán)完成自動開始進水。（4)當(dāng)進水達到要求后，手動按下進水按鈕X002，正轉(zhuǎn)指示燈Y002亮，洗衣機開始正轉(zhuǎn)5S。并聯(lián)T253是為

33、了實現(xiàn)正轉(zhuǎn)的循環(huán)運行。正轉(zhuǎn)5S過后，T250閉合，對T253和T254進行預(yù)先清零，同時T251得電，洗衣機暫停2S，2S過后T251閉合，反轉(zhuǎn)指示燈Y003得電，洗衣機開始反轉(zhuǎn)5S，同時對T250進行清零以方便重新計時，反轉(zhuǎn)5S過后洗衣機暫停2S，C100是對正反轉(zhuǎn)循環(huán)次數(shù)進行計數(shù)，計滿3次后往下執(zhí)行程序。(5)當(dāng)C100達到3以后，即正反轉(zhuǎn)循環(huán)3次后，C100閉合，Y004得電，洗衣機開始排水，C102常閉觸電串聯(lián)在這里的作用是在留水時不進行排水，排水結(jié)束后，按下X003，Y005得電，洗衣機開始脫水，計時5S結(jié)束，5S后在執(zhí)行大循環(huán)前對正反轉(zhuǎn)計數(shù)器C100進行清零，C103是整個過程計數(shù)

34、，C102是留水時的計數(shù)，達到兩次就執(zhí)行留水部分。(6)若提前按下留水按鈕X007，D0被賦值為50，執(zhí)行報警5S，程序結(jié)束，洗衣機停止運行，按下啟動按鈕可繼續(xù)運行。6.4 控制系統(tǒng)的跳轉(zhuǎn)指令法（1）按下啟動按鈕X001，電源指示燈Y000亮，同時實現(xiàn)自鎖，出發(fā)脈沖上升沿有效，對定時器和計數(shù)器進行預(yù)先清零處理，M100具有停電保持功能，可實現(xiàn)暫?？刂?。（2） 若按下停止按鈕XOO4，則跳轉(zhuǎn)至P0處執(zhí)行，同時對計數(shù)器C101進行清零。（3） 按下洗滌啟動按鈕X001，進水指示燈Y001亮，洗衣機開始進水，同時對C100進行清零（4）進水完成后進行正轉(zhuǎn)洗滌5S，暫停2S后開始反轉(zhuǎn)洗滌5S，再暫停2

35、S，小循環(huán)未滿3次跳轉(zhuǎn)到P1處再執(zhí)行正轉(zhuǎn)和反轉(zhuǎn)洗滌，同時對定時器T250和T251進行清零以方便再次計數(shù)，大循環(huán)計數(shù)未滿3次再循環(huán)執(zhí)行，知道C100計滿3次再往下執(zhí)行。只要按下暫停按鈕X006，則計數(shù)器停止計時，但是此處的計數(shù)器具有停電保持的功能，松掉停止按鈕后還可以繼續(xù)計時。（5）C100計數(shù)滿3次后開始排水，排水指示燈Y004亮，按下X003后，洗衣機開始脫水，同時對定時器T250和T251進行清零，脫水5S后，跳到P2處再次執(zhí)行洗滌，大循環(huán)未滿3次回到進水位置重新開始洗滌。C102是用于留水時的計數(shù)。(6)若提前按下留水按鈕，則報警5S后停機，若不提前按下留水按鈕則報警3S后停機，最后一

36、次留水時不執(zhí)行排水和脫水。6.5 調(diào)試過程（1）要查接線、核對地址。要逐點進行，要確保正確無誤?？刹粠щ姾藢Γ蔷褪遣榫€，較麻煩。也可帶電查，加上信號后，看電控系統(tǒng)的動作情況是否符合設(shè)計的目的。（2）檢查模擬量輸入輸出?？摧斎胼敵瞿K是否正確，工作是否正常。必要時，還可用標(biāo)準(zhǔn)儀器檢查輸入輸出的精度。(3）檢查與測試指示燈。控制面板上如有指示燈，應(yīng)先對應(yīng)指示燈的顯示進行檢查。一方面，查看燈壞了沒有，另一方面檢查邏輯關(guān)系是否正確。指示燈是反映系統(tǒng)工作的一面鏡子，先調(diào)好它，將對進一步調(diào)試提供方便。（4）檢查手動動作及手動控制邏輯關(guān)系。完成了以上調(diào)試，繼而可進行手動動作及手動控制邏輯關(guān)系調(diào)試。要查看各

37、個手動控制的輸出點，是否有相應(yīng)的輸出以及與輸出對應(yīng)的動作，然后再看，各個手動控制是否能夠?qū)崿F(xiàn)。如有問題，立即解決。（5）半自動工作。如系統(tǒng)可自動工作，那先調(diào)半自動工作能否實現(xiàn)。調(diào)試時可一步步推進。直至完成整個控制周期。哪個步驟或環(huán)節(jié)出現(xiàn)問題，就著手解決哪個步驟或環(huán)節(jié)的問題。（6）自動工作。在完成半自動調(diào)試后，可進一步調(diào)試自動工作。要多觀察幾個工作循環(huán)，以確保系統(tǒng)能正確無誤地連續(xù)工作。（7）模擬量調(diào)試、參數(shù)確定。以上調(diào)試的都是邏輯控制的項目。這是系統(tǒng)調(diào)試時，首先要調(diào)通的。這些調(diào)試基本完成后，可著手調(diào)試模擬量、脈沖量控制。最主要的是選定合適控制參數(shù)。一般講，這個過程是比較長的。要耐心調(diào)，參數(shù)也要作

38、多種選擇，再從中選出最優(yōu)者。（8）異常條件檢查,完成上述所有調(diào)試，整個調(diào)試基本也就完成了。但是好再進行一些異常條件檢查?？纯闯霈F(xiàn)異常情況或一些難以避免的非法操作，是否會停機保護或是報警提示。7 心得與體會經(jīng)過兩周的課程設(shè)計，終于按規(guī)定完成了課題的任務(wù)要求，但是現(xiàn)在回想起來做課程設(shè)計的整個過程，頗有心得，其中有苦也有甜，艱辛同時又充滿樂趣,不過樂趣盡在其中！通過本次課程設(shè)計，沒有接受任務(wù)以前覺得課程設(shè)計只是對這一學(xué)期所學(xué)知識的單純總結(jié)，但是通過這次做課程設(shè)計發(fā)現(xiàn)課程設(shè)計不僅是對前面所學(xué)知識的一種檢驗，而且也是對自己能力的一種提高。這次課程設(shè)計要求設(shè)計一個全自動洗衣機控制，自行設(shè)計這對我將來踏上工

39、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自己的努力完成設(shè)計并希望有所突破。這也是我對自己的考驗。于是本次設(shè)計過程中我完全按照軟件設(shè)計步驟的要求來進行，從課題分析開始，再進行總體設(shè)計、詳細設(shè)計,最后到系統(tǒng)實現(xiàn)。每一步都讓我將理論學(xué)習(xí)的知識應(yīng)用到實踐中去。也使我掌握了一整套規(guī)范的設(shè)計操作流程。 在課題分析階段，由于本次是設(shè)計一個PLC控制系統(tǒng)，所以對其中的PLC的工作分析尤為重要。對指導(dǎo)老師提供的資料必須要吃透。這是關(guān)鍵，從查閱資料、提出問題，到慢慢一一解決問題，老師給了我很大的幫助。 在總體設(shè)計階段，由于課題分析做的比較全面，很快就對系統(tǒng)的功能，控制機制有了充分的認識，形成了裝備流水線的控制詳細設(shè)計階段，首先考慮各電路模塊的主要功能及軟件的設(shè)計，分別進行安裝調(diào)試。其次，將寫好的程序進行上機調(diào)試，這時就遇到了非常大的困難，煩瑣的接口采集數(shù)據(jù),分析數(shù)據(jù),檢測，調(diào)用，很容易出錯。 最后，系統(tǒng)運行環(huán)節(jié)。對已完成的程序和硬件系統(tǒng)相結(jié)合。調(diào)試時，由于控制邏輯上出現(xiàn)了一點問題，使得硬件和軟件不能完全統(tǒng)一。當(dāng)時我心里是非常焦急的，這一出錯也意味著前功盡棄。然而，在指導(dǎo)老師的分析與鼓勵下，我重新糾錯找到了錯誤并改正。使我意識到今后不論遇到什么情況都要分析原因，列出可能的情況后，沉著應(yīng)對，必然