全自动洗衣机(一)

机电工程学院课程设计说明书设计题目:全自动洗衣机控制系统设计（一）学生姓名：学号：20094805专业班级：机制F09指导教师：2012年12月12日1内容摘要根据全自动洗衣机的工作原理,利用可编程控制器PLC实现控制,说明了PLC控制的原理方法,特点及控制洗衣机的特色。全自动洗衣机控制系统利用了西门子S7-200系列PLC的特点,对按钮,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。由于每遍的洗涤,排水,脱水的时间由PLC内计数器控制,所以只要改变计数器参数就可以改变时间。可以把上面设定的程序时间定下来,作为固定程序使用,也可以根据衣物的质地,数量及油污的程度来编程。只要稍作改变,就可以设计出诸如要多洗多甩的牛仔类衣物,充分表现现代家电品的实用性。在洗衣机控制方面，在PLC问世之前，工业控制领域中是继电器占主导地位。但继电器控制领域有着十分明显的缺点：体积大、耗电多、可靠性、寿命短、运行速度慢、适应性差、尤其当生产工艺发生变化时，就必须重新设计、重新安装，造成时间和资金的严重浪费。为了改变这一现状，PLC控制系统产生了。继1969年美国数字设备公司研制出世界第一台PLC，并在通用汽车公司自动装配线上试用，获得了成功，从而开创了工业控制新时期，从此，可编程控制器这一新的控制技术迅速发展起来了。在许多领域都有广泛的应用。PLC的优点是：可靠性高，耗电少，适应性强，运行速度快，寿命长等，为了进一步提高全自动洗衣机的功能和性能，避免传统控制的一些弊端，就提出了用PLC来控制全自动洗衣机这个课题。关键词：PLC;全自动;控制11目录第1章引言………………………………………………………………………………1第2章概述………………………………………………………………………………22.1选题背景……………………………………………………………………………22.2全自动洗衣机发展概况……………………………………………………………22.3控制系统的选择……………………………………………………………………3第3章全自动洗衣机控制系统设计………………………………………………53.1系统描述……………………………………………………………………………53.2主电路设计………………………………………………………………………53.3制定控制方案………………………………………………………………………53.4系统配置…………………………………………………………………………73.5PLC外部接线图……………………………………………………………………83.6控制流程图………………………………………………………………………9第4章全自动洗衣机控制系统设计………………………………………………114.1各个模块的调试…………………………………………………………………114.2程序的整体调试…………………………………………………………………11结论……………………………………………………………………………………16设计总结…………………………………………………………………………………17致谢…………………………………………………………………………………………18参考文献…………………………………………………………………………………19附录A………………………………………………………………………………20附录B……………………………………………………………………………………251第1章引言本课题主要着重于全自动洗衣机的控制，要求洗衣机能实现进水、洗涤、排水、脱水、报警，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。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。我设计的这个课题的控制要求：全自动洗衣机通过十一个输入信号的控制对全自动洗衣机进行控制，这十一个信号分别是：启动信号停止信号低水位设定信号中水位设定信号高水位设定信号低水位检测信号中水位监测信号高水位监测信号手动脱水信号排空检测信号。当设定档位选择开关之后，通过相应档位检测开关将水添加到相应的水位。接下来将自动按照要求进行清洗过程：正转30秒，停两秒，然后反转30秒，停两秒；这要重复此过程5次之后，接下来排水，脱水，在排水脱水的同时可以通过相应的手动开关进行控制。至此，是清洗的一个过程，如此循环两次之后，清洗就结束了。报警3秒之后，将自动停机。具体的工作过程，参见工作流程图。动作要求如下：1.按下启动按钮及水位选择开关，开始进水直到高（中、低）水位，关水；2.2秒后开始洗涤；3.洗涤时，正转30秒，停2秒，然后反转30秒，停2秒；4.如此循环5次，总共320秒后开始排水，排水后脱水30秒；5.开始清洗，重复1-4，清洗两遍；6.清洗完成，报警3秒并自动停机；7.若按下停车按钮，手动排水（不脱水）和手动脱水（不计数）。2第2章概述2.1选题背景洗衣机是人们日常生活中常见的一种家电，已经成为人们生活中不可缺少的家用电器。在工业生产中应用也十分广泛。但是传统的基于继电器的控制，已经不能满足人们对洗衣机的自动化程度的要求了。洗衣机需要更好地满足人们的需求，必须借助于自动化技术的发展。而随着PLC技术的发展，用PLC来作为控制器，就能很好地满足全自动洗衣机对自动化的要求，并且控制方式灵活多样，控制模式可以根据不同场合的应用而有所不同。自动化技术的飞速发展使得洗衣机由初始的半自动式洗衣机发展到现在的全自动洗衣机，又正在向智能化洗衣机方向发展。2.2全自动洗衣机发展概况全自动洗衣机是一种除放、取衣物和开动洗衣机这三道手续外，其余洗衣各程序全部自动完成的设备。1874年美国的比尔·布莱克斯通发明了木制手摇洗衣机，这是世界上第一台人工搅动洗衣机。1911年美国人又研制了世界上第一台电动洗衣机。1920年美国的玛依塔格公司又把洗衣机的木制桶改为铝制桶体，第二年又把铝制桶体改为外层铸铝、内层为铜板的双层结构。1936年，他们又将搪瓷用于洗衣机桶体。与此同时，世界各地也相继出现了洗衣机。欧洲国家研究成功了喷流式洗衣机和滚筒式洗衣机。1932年后，美国一家公司研制成功了第一台前装式滚筒全自动洗衣机，洗涤、漂洗和脱水都在同一个滚筒内自动完成，使洗衣机的发展跃上了一个新台阶。这种滚筒洗衣机，目前在欧洲、美洲等地得到了广泛的应用。第二次世界大战结束后，洗衣机得到了迅速的发展，研制出具有独特风格的波轮式洗衣机。这种洗衣机由于其波轮安装在洗衣桶底，又称涡卷式洗衣机。近几十年，在工业发达国家，全自动洗衣机制造技术又得到迅速发展，其年总产量及社会普及率均以达到相当高得水平。目前世界洗衣机年总产量近5000万台，而全自动洗衣机的产量呈增长趋势，在技术性能上正向着节水、节能、高效、结构更趋合理的方向发展。微电脑控制功能、新型的洗涤方式、高速脱水以及低噪音等方面都有了很大提高。近几年，我国的洗衣机制造技术得到迅速发展，从生产单桶波轮式、双桶波轮式洗衣机逐步向套桶波轮式全自动洗衣机和滚筒式全自动洗衣机方向发展，其中全自动洗衣机的年产量已占洗衣机总产量的10%左右。生产规模不断扩大，技术工艺日趋完善，产3品质量稳步提高，已生产出技术性能优良的多种牌号的全自动洗衣机供应市场。2.3控制系统的选择从满足全自动洗衣机控制系统的安全性、扩展性和可靠性方面考虑，目前常见的全自动洗衣机自动控制系统，主要有单片机控制、PLC控制、工业控制计算机集中控制等类型。随着集成芯片技术的不断提高，特别是高档8位单片机的普及，单片机全自动洗衣机系统由单片计算机及其外围芯片构成控制系统。虽然单片机本身小巧、功耗低，实时控制功能强，但是其软、硬件的开发必须借助于开发工具，系统调试困难，不具有自开发能力，且编写洗涤、脱水等程序相对复杂；在设计控制系统硬件时，要有多种电路保护装置，如电流保护、电压保护、过载保护、过热保护及欠压保护等等。这样增加了硬件的复杂性，隐含较高的故障率，无形地增加了维修成本费用。工业控制计算机全自动洗衣机控制系统是利用通用计算机的扩展槽或扩展区，设计应用系统硬件模板，如通讯板、I/O扩展板等测控功能板，与通用计算机构成一个用于完成预定测控功能的控制系统。其特点是系统有较强的软、硬件支持。利用通用计算机的软、硬件资源来支持控制系统进行工作，具有自开发能力，有较强的可视能力和数据处理能力，更适合于计算机集中控制系统应用。PLC是一种新型的具有极高可靠性的通用自动化控制装置。它以微处理器为核心，有机地将微型计算机技术、自动化控制技术及通信技术融为一体。其特点如下：抗干扰能力强，可靠性极高。PLC是专为工业控制设计的，采取了精选元器件及多层次抗干扰等措施，能适应工业现场的恶劣环境。编程方便。PLC采用易于理解和掌握的梯形图语言，以及面向工业控制的简单指令。使用方便。PLC的结构不仅具有先进的通讯和输入、输出能力，而且其模块化的系统结构、灵活的配置能力，使用户可以灵活组成各种规模和不同要求的控制系统。维护方便。PLC模块化的系统结构，使操作人员在维修时只需要更换插入式模板或其它易损部件即可完成，既方便又减少了影响系统运行的时间。设计、施工、调试周期短。用PLC完成一项控制工程时，由于其硬、软件齐全，设计和施工可同时进行，缩短了周期。易于实现机电一体化。PLC的结构紧凑，体积小，重量轻，可靠性高，抗振防潮和耐热能力强，使之易于安装在机器设备内部，制造出机电一体化产品。PLC控制洗衣机洗衣程序有独特之处。首先，它是一个顺序控制系统程序；其次，洗涤、漂洗、排水、脱水时间是由PLC内的计数器和定时器中参数控制的，只要改变它的参数太小就可改变整个程序时间长短；第三．通过改变PLC的型号，可以根据衣物的质地、数量及脏污程度来实现标准洗洗、柔和洗的多功能；第四，通过修改洗衣程序可4实现进水、洗涤、漂洗、排水脱水的顺序控制，也可实现或洗涤、或漂洗、或脱水等单体控制；第五，在设计过程中，可以方便地加入相应的配套装置，如指示灯、蜂鸣器。通过以上分析、说明可知全自动洗衣机的控制系统是有多样性的，虽然各种控制系统均可运用，但是必须考虑它的结构和成本。鉴于PLC的诸多优势，结合全自动洗衣机自动控制系统的需要，选择德国西门子公司生产的具有高性能价格比的S7-200系列可编程序控制器。5第3章全自动洗衣机控制系统设计3.1系统描述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，此时脱水同并不旋转。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。3.2主电路设计家用洗衣机电相为单相电机，常采用电容启动，单相电机改变转向的原理是：副绕组的电流超前或者滞后于主绕组便可以正传或者反转。根据这个原理你可以调换主绕组或者副绕组的接线端即可。图3.1单相电机正反转接线图3.3制定控制方案通常地，人们采用洗衣机来洗衣服需要经历洗涤、漂洗、排水、脱水等4个环节，而在全自动洗衣机中，这样的一个