全自动洗衣机控制系统设计分解

1摘要：本文介绍了采用可编程控制器（PLC）作为核心控制部件，根据全自动洗衣机的基本结构、工作流程和工作原理，以及对洗衣机的控制要求，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内定时器和计数器控制,所以只要改变定时器和计数器参数就可以改变时间。具有智能化程度高、安全可靠、方便、灵活等特点。PLC编程简单易学，功能强大，性能稳定，抗干扰能力强而且PLC的体积小巧，能耗低。所以通过实验证明，利用PLC完成对洗衣机的控制，控制性能稳定。关键词：PLC；全自动洗衣机；西门子Abstract：Thisarticleintroducestheprogrammablecontroller(PLC)asthekeycontrolcomponents,accordingtothebasicstructureofautomaticwashingmachine,workingprocessandworkingprinciple,aswellastothecontrolrequirementsofthewashingmachine,usingtheprogrammablecontrollerPLCcontrol,thatthePLCcontrolmethodoftheprinciple,characteristicsandcontrolthecharacteristicsofthewashingmachine.AutomaticwashingmachinecontrolsystemusingtheSiemensseriesS7-200PLConthefeaturesofbutton,solenoidvalves,switch,orsomeotherinput/outputcontrol,realizedtheautomationofwashingmachinelaundryprocess.Sinceeachtimewashing,drainage,dehydrationtimebyPLCtimerandcounterincontrol,sojustchangethetimerandcounterparameterscanchangethetime.Withintelligent,safeandreliable,convenientandflexibleetc.Characteristics.PLCprogrammingiseasytofollowandpowerful,stableperformance,stronganti-interferenceabilityandPLCsmallsize,lowenergyconsumption.SothroughtheexperimentprovesthatthePLCtocontrolthefinishwashingmachine,thecontrolperformanceisstable.Keywords:PLC;Automaticwashingmachine;Siemens2前言一直以来，洗衣服都是一项难于逃避的家务劳动，在洗衣机出现以前，这项劳动并不像田园诗描绘的那样充满乐趣、手搓、脚踩、棒击、冲刷、摔打。这些不断重复的简单的体力劳动，留给人的感受常常是辛苦劳累。全自动洗衣机其特点是能自动完成洗涤，漂洗和脱水的转换，整个过程不需要人工操作。这类洗衣机均采用套筒式结构，其进水，排水都采用电磁阀，由程序控制器按人们预先设计好的程序不断发出指令，驱动各执行器件动作，整个洗衣过程自动完成。以可编程逻辑控制器PLC来控制，用其内部存贮执行逻辑运算、顺序控制、定时、计数和算术运算等操作的指令,并通过数字的、模拟的输入和输出,控制各种类型的机械或生产过程。在下文中会详细介绍其控制过程。1.全自动洗衣机控制系统总体控制方案确定31.1控制系统的比较1.1.1PLC系统的特点1）可靠性高，PLC作为一种通用的工业控制器，它必须能够在各种不同的工作环境中正常工作。对工作的环境要求较低，抗外部干扰能力强，平均无故障时间长。2）使用方便灵活，PLC采用了基本单元扩展或者是模块化的结构形式，因此，输入/输出信号的数量，形式，驱动能力等都可以根据实际控制要求进行选择与确定，而且在需要时可以随时更换，近年来，PLC的特殊模块增多这些可以满足不同的控制要求，使PLC的使用更加灵活与多变。3）编程简单，PLC的优越性主要体现在它采用了独特的，多种面向广大工程设计人员的编程语言，如指令表，梯形图，逻辑功能图，顺序功能图等，程序简洁，明了适合各类技术人员的传统习惯，即使是没有计算机知识的人员也很统一掌握，特别是梯形图与逻辑功能图，形象直观，动态监测效果逼真，且与计算机控制容易。1.1.2单片机系统的特点1）要求环境，单片机对环境的适应能力较低，可靠性差。2）编程和PLC相比难以学习，主要是单片机采用汇编语言或者是C语言，这些高级语言和PLC语言相比，难以学习。3）功能单一只具有使用中所需要的功能。但是，它结构简单，处理速度快。1.2洗衣机的PLC控制系统概述全自动洗衣机采用PLC控制系统将大大提高工作效率，和适应工作环境的能力。在全自动洗衣机中，洗衣机洗涤、脱水程序是由单片机为中心控制系统工作的。首先由于单片机的指令系统相对复杂，编写洗涤、脱水程序相对复杂；其次，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，在各种控制系统中广泛运用的PLC能克服单片机的缺点。它是整体模块，集中了驱动电路、检测电路和保护电路以及通讯联网功能。因此在运用中，硬件也相对简单，提高控制系4统的可靠性。另外它的编程语言也相对简单。典型的PLC控制系统的硬件组成框图如图1所示：图1PLC控制系统的硬件组成框图1.3PLC的设计步骤开发应用PLC的设计任务分为硬件和软件设计两部分。硬件设计主要包括:1）确定安排PLC的输入、输出点;2）设计外围电路,包括主电路;3）选购PLC并进行现场安装接线等内容；软件设计,大多数用梯形图和指令程序,主要包括:1）设计控制流程,根据工艺要求先画出工作循环,如有必要再画详细的状态流程图;2）根据工作循环图,画出虚拟的电路图———继电器梯形图;按梯形图编写指令程序表;3系统调试:根据设计要求,对程序进行调试和修改,必要时还可对硬件进行修改,直到满足要求；在电脑控制的全自动洗衣机中，又存在着两种不同的控制方式，即程序控制和模糊控制。由于控制方式的不同，两种洗衣机在结构和原理上都有很大的区别。程序控制洗衣机以洗衣机生产厂家设定的数十种操作程序为基础，用户在使用时可根据洗衣量，布质的轻重以及衣物的脏污程度性质等因素，选择不同的洗衣程序。程序控制全自动洗衣机的控制按钮很多，对程序的选择需要有一定的洗衣经验。5模糊控制洗衣机以其内部设置的各种传感器为信息采集源，对传感器传回的洗衣量，衣物布质，脏污程度以及脏污性质信息进行模糊逻辑推理，从而自动设置相应的洗涤参数，并对洗衣的全过程进行实时的检测与控制。模糊控制全自动洗衣机的洗衣按钮只有很少几个。从控制类型上来说，模糊控制属于智能控制，是自动控制的较高形式，代表着自动控制的发展方向。但是，受自动控制水平的限制，目前的模糊控制洗衣机还不能实现全功能上的模糊控制，另外由于使用了各种传感器和模糊逻辑控制器，使模糊控制机成本远高于程序控制洗衣机。故一般不采用。2全自动洗衣机PLC控制的控制要求2.1全自动洗衣机的基本结构、工作流程和工作原理2.1.1全自动洗衣机的基本结构全自动洗衣机的基本结构如图2所示。图2全自动洗衣机的基本结构图2.1.2全自动洗衣机的工作流程6全自动洗衣机的单循环工作流程示意图如图3所示。图3全自动洗衣机的单循环工作流程示意图2.1.3全自动洗衣机的工作原理洗衣机的进水、排水分别由进水电磁阀和排水电磁阀执行。洗涤正转、反转由洗涤电动机驱动波盘正、反转来实现。脱水时，由脱水电磁离合器合上、排水电磁阀吸合，洗涤电动机正转进行甩干。洗涤完成由蜂鸣器报警。2.2洗衣机控制要求1.全自动洗衣机控制系统的要求:（1）按下启动按扭及水位选择开关，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，排空后脱水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）若按下停车按扭，可手动排水（不脱水）和手动脱水（不计数）3.电器元件的选择结束开始进水粗洗排水脱水73.1电机的选择根据本次设计要求和实际生活情况，选择如下表3.1中所示规格电动机：图4电动机表1电动机规格品牌型号电压(V)频率（Hz）功率（W）转速（r/min）启动转矩（N.m）额定转矩(N.m)科圣YS104-1803805018013502812.743.2接触器的选择交流接触器的选择主要考虑主触点的额度电流、额定电压、线圈电压等。主触点的额定电流In可根据下面的经验公式进行选择：310NNNPIKU式中NI为接触器主触点额定电流；K为比例系数，一般取11.4；NP为被控电动机额定功率；NU为被控电动机额定线电压。并且，交流接触器主触点额定电压一般按高于电路额定电压来确定。所以，取K=11800.821220NIA故选择施奈德的LC1-D0610M5C型交流接触器。其外形图如图5所示8图5交流接触器该交流接触器主要技术参数为：表2交流接触器主要参数额定绝缘电压额定发热电流220V6A3.3热继电器的选择根据电动机频繁换向启动的工作情况，按下式选取：(1.151.5)RNII所以，1.50.821.23RIA故选取施奈德的LR2-D1306C型热继电器。外形图如下图6所示图6热继电器该热继电器主要技术参数为：表3热继电器主要参数脱扣等级整定电流范围10A1-1.6A3.4开关电源的选择9根据全自动洗衣机的设计要求，为保证安全，外部电器（包括电磁阀、蜂鸣器等）使用低电压直流电，为此选择了如下表4所示规格的开关电源，将交流电转换为要求的直流电。图7开关电源表4开关电源规格品牌型号输出电压（V）输出电流（A）效率哈克特HTSP-320F-24240-1387%3.5压力开关的选择根据设计要求，全自动洗衣机需要对超重与否进行检测，为此选择如图3.6所示的压力开关，具体规格如下表5所示，用于检测超重与否。图8压力开关表5压力开关的规格型号设定压力范围(KG)最大允许压力(KG)最大允许电流(A)最大允许电压(V)美国CCS压力开关604G32.07-24.482.07-24.4815250根据设计要求，将压力设为20Kg。103.6.水位浮球开关的选择根据设计要求，选择Daehansensor品牌的DP-100S水位浮球开关。图9水位浮球开关表6水位浮球开关主要技术参数供电电压适用范围压力范围适用温度DC12~30V0.1-2m0-5bar0-50℃水位浮球开关安装示意图如下图10所示图10水位浮球开关安装示意图3.7电磁阀的选择根据设计要求，选择如下图所示的电磁阀，规格如下表所示。11图11电磁阀图12示意图表7电磁阀规格品牌型号流量（3/mh）压力范围（bar）供电电压德国CO-AXMK102.50-4024VDC3.8.蜂鸣器的选择根据设计要求，选择如下图13所示的蜂鸣器，表8所示规格的压电式蜂鸣器。图13蜂鸣器表8压电式蜂鸣器的规格类型型号额定电压Ue(V)响度dB/10cm光亮度cd/2m额定电流（mA）压电式蜂鸣器NFM1-22/LCAC/DC12708520【注】AC、DC电压的极限范围为0.85Ue1.1Ue3.9熔断器的选择