关于PLC的全自动洗衣机.docx

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关于PLC的全自动洗衣机

摘要

目前中国洗衣机市场正进入更新换代期，市场潜力巨大，人们对于洗衣机的要求也越来越高，目前的洗衣机主要有强弱洗涤功能、进排水系统故障自动诊断功能、暂停等七大功能，在许多方面还不能达到人们的需求。

这就要求设计者们有更高的专业和技术水平，能够提出更多好的建议和新的课题，将人们的需要变成现实，设计出更节能、功能更全面、更人性化的全自动洗衣机。

目前的洗衣机都没有实现全方面的兼容，大多洗衣的厂家都注重各自品牌的洗衣机的特长，突出一两个与别的洗衣机不同的个性化的功能，洗衣机的各项功能是PLC控制实现的，控制功能灵活，因此，设计出基于PLC全自动洗衣机控制电路系统具有很强的实用性。

本文介绍了全自动洗衣机的PLC控制系统，全自动洗衣机的基本结构和硬件设计，重点介绍了关于三菱系统的自动洗衣机PLC的设计,还介绍了与自动洗衣机有关的一些常见的PLC基本功能,使自动洗衣机能更加智能化,更加完善。

一、课程设计的目的………………………………………………1

二、课程设计题目描述和要求………………………………………………1三、课程设计报告内容………………………………………………3

3.1设计方案的论证………………………………………………3

3.2全自动洗衣机基本结构………………………………………………4

3.3硬件设计………………………………………………5

3.4软件设计………………………………………………6

四、结论………………………………………………12

五、结束语………………………………………………12六、参考书目………………………………………………14

七、附录………………………………………………15

一、课程设计目的

通过对自动洗衣机控制系统的设计实践，了解一般电气控制系统设计过程、设计要求、应完成的工作内容和具体设计方法。

通过设计也有助于复习、巩固以往所学的知识，达到灵活应用的目的。

二、课程设计题目描述和要求

波轮式全自动洗衣机的洗衣桶（外桶）和脱水桶（内桶）是以同一个中心安装的。

外桶固定，作为盛水用，内桶可以旋转，作为脱水（甩干）用。

内桶的四周有许多小孔，使内、外桶的水流相通。

洗衣机的进水和排水分别有进水电磁阀和排水电磁阀控制。

进水时，控制系统使进水电磁阀打开，将水注入外桶；排水时，使排水电磁阀打开将水由外桶排到机外。

洗涤和脱水由同一台电机拖动，通过电磁阀离合器来控制，将动力传给洗涤波轮或甩干桶（内桶）。

电磁离合器失电，电动机带动洗涤波轮实现正、反转，进行洗涤；电磁离合器得电，电动机带动内桶单向旋转，进行甩干（此时波轮不转）。

水位高低分别有高低水位开关进行检测。

工作时，首先进水到高水位时停止进水，开始洗涤。

正转洗涤15s，暂停3s后反转洗涤15s，暂停3s后再正转洗涤，如此反复30次。

洗涤结束后，开始排水，当水位下降到低水位时，进行脱水（同时排水），脱水时间为10s。

这样完成依次从进水到脱水的大循环过程。

经过3次大循环后（第2、3次为漂洗），进行洗衣完成报警，报警10s后结束全过程，自动停机。

在洗涤过程中，按下停止按钮，洗衣机停止工作。

在洗衣机停止工作时，按下排水按钮，洗衣机排水电磁阀得电排水，当水位下降到低水位开关时，排水电磁阀失电停止排水。

三、课程设计报告内容

3.1设计方案的论证：

自动洗衣机综合运用了大量力学、电学、光学等知识，以下就其原理和构造作一分析。

洗衣机的洗涤过程主要是在机械产生的排渗、冲刷等机械作用和洗涤剂的润湿、分散作用下，将污垢拉入水中来实现洗净的目的。

首先充满于波轮叶片间的洗涤液，在离心力的作用下被高速甩向桶壁，并沿桶壁上升。

在波轮中心处，因甩出液体而形成低压区，又使得洗涤液流回波轮附近。

这样，在波轮附近形成了以波轮轴线为中心的涡流。

衣物在涡流的作用下，作螺旋式回转，吸入中心后又被甩向桶壁，与桶壁发生摩擦。

又由于波轮中心是低压区，衣物易被吸在波轮附近，不断地与波轮发生摩擦，如同人工揉搓衣物，污垢被迫脱离衣物。

其次，当衣物被放进洗涤液之后，由于惯性作用运动缓慢，在水流与衣物之间存在着速度差，使得两者发生相对运动，水流与衣物便发生相对摩擦，这种水流冲刷力同样有助于污垢离开衣物。

再次由于洗衣涌形状的不规则，当旋转着的水流碰到桶壁后，其速度和方向都发生了改变，形成湍流。

在湍流的作用下，衣物做无规则地运动并翻滚，其纤维不断被弯曲、绞纽扣拉长，衣物相互相摩擦，增大了洗涤的有效面积，提高衣物的洗净的均匀性。

自动洗衣机是通过水位开关与电磁进水阀配合来控制进水、排水以及电机的通断，从而实现自动控制的。

电磁进水阀起着通、断水源的作用。

当电磁线圈断电时，移动铁芯在重力和弹簧力的作用下，紧紧顶在橡胶膜片上，并将膜片的中心小孔堵塞，这样阀门关闭，水流不通。

当电磁线圈通电后，移动铁芯在磁力作用下上移，离开膜片，并使膜片的中心小孔打开，于是膜片上方的水通过中心小孔流入洗衣桶内。

由于中心小孔的流通能力大于膜片两侧小孔的流通能力，膜片上方压强迅速减小，膜片将在压力差的作用下上移，闭门开启，水流导通。

水位开关实际上是一个压力开关。

气室的入口与洗衣桶中的贮气室相联接。

当水注入洗衣桶后，贮气室口很快被封闭，随水位上升，贮气室的水位也上升，被封闭的空气压强亦增大，水位开关中的波纹膜片受压而胀起，推动顶杆运动而使触点改变，从而实现自动通断。

智能型模糊控制的全自动洗衣机还可以自动判断水温、水位、衣质衣量、衣物的脏污情况，决定投放适量的洗涤剂和最佳的洗涤程序。

其方法是：

在洗衣桶内注入一定量水后使电机低速运转，平稳后快速断电，洗衣桶在惯性作用下带动电机继续转动。

此时，电机绕组产生反电动势，对其半波整流并放大整形后获得一矩形脉冲系列。

通过分析脉冲个数和脉冲宽度。

就能得到衣质衣量情况。

衣物的脏污程度是通过水的透明度来判断的。

在洗衣桶的排水口处加一红外光电传感器，使红外光通过水而进入另一侧的接收管。

若水的透明度低，接收管获得的光能小，说明衣物较脏。

脱水时采用压电传感器。

当脱水桶高度旋转时，从脱水桶喷射出来的水作用于压电传感器上，根据这个压力变化，自动停止脱水运转。

3.2全自动洗衣机基本结构

3.2.1全自动洗衣机控制系统

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。

3.2.2洗涤脱水系统

它主要有盛水桶，洗涤桶和波轮组成。

盛水桶又称为外桶，主要用来盛放洗涤液。

盛水桶固定在钢制底板上，通过4根吊杆悬挂在洗衣机箱体上。

电动机，离合器，排水阀等部件都装在桶底下面。

洗涤桶又称为脱水桶或者离心桶，也称为内桶，它的主要功能是用来盛放衣物，在洗涤或漂洗时配合波轮完成洗涤或漂洗功能，在脱水时便成为离心式的脱水桶。

波轮是全自动洗衣机中对衣物产生机械作用的主要部件。

按波轮的形状来分，基本上有小波轮（直径在160mm左右）的涡卷式水流和大波轮（直径在300mm左右）新水流两类。

3.2.3排水和进水系统

波轮式全自动洗衣机的进排水系统都采用了电磁阀控制。

为了对桶内的水位进行检测和控制，洗衣机上都安装有水位控制器（水位开关）。

波轮式全自动套桶洗衣机使用最多的水位开关是空气压力式开关，主要有气压传感器装置，控制装置及电触点开关3部分组成，用来监视水位的高低。

此外电磁阀分进水和排水电磁阀，进水电磁阀是洗衣机上的自动进水开关，它受水位开关动断触点的控制。

而排水电磁阀是全自动洗衣机上的自动排水装置，同时还起改变离合器工作状态。

进水、排水电磁阀是采用电流流过线圈形成磁场的原理，洗衣机电磁阀在进，排水时使用，220V交流电压与电磁阀线圈接通，形成磁场，电磁线圈吸合。

自动打开香蕉阀门，洗衣机里的水就顺着管道流出去了。

断电后，电磁阀线圈失去电流，磁场消失，电磁铁松开，橡胶阀门自动关闭，洗衣机里的水就流不出去了。

3.2.4电动机及传动系统

波轮式全自动套桶洗衣机的电动机及传动系统主要由电动机和离合器组成，离合器又有普通离合器和减速离合器两种。

其中普通离合器用在采用小波轮的套桶洗衣机上，这种洗衣机在洗涤或者漂洗时波轮的转速和脱水时离心桶的转速相同，目前各种大波轮新水流套桶洗衣机普遍采用减速离合器，它在洗涤，漂洗时波轮的转速较慢，而脱水时离心桶的转速较快。

电动机同时作为洗涤和脱水时的动力源，普遍采用主，副绕组完全对称的电容式电动机。

由于一般全自动套桶洗衣机的额定洗涤容量较大，因此电动机的功率较大。

3.3硬件设计

3.3.1进水电磁阀

进水电磁阀是保证全自动洗衣机正常工作的关键部件，它通过接受PLC的指令和水位传感器的反馈信号控制洗衣过程中的进水动作。

全自动洗衣机进水电磁阀结构主要由阀体、电磁线圈、可动铁芯、橡皮膜、过滤网灯部件组成。

其工作原理为：

电磁阀在未通电时，可动铁芯在其上端的弹簧力和自身重力作用下，通过橡皮膜，关闭住导流孔，这样进水腔内的水压与橡皮膜和塑料导阀之间密闭腔内的水压相等，使橡皮膜牢牢压住阀体中的水管口，切断了水流，保证了进水阀的正常关闭。

当电磁阀接通电源后，由于电磁力的作用，可动铁芯被吸起，中心孔被打开，这时橡皮膜和塑料导阀间的空腔压力低于进水腔内的袭来水压，橡皮膜被顶开，电磁阀开始进水工作。

3.3.2排水阀与电磁铁

排水阀工作时，由排水电磁铁将它打开，与此同时，它还带动刹车臂转动，放开刹车带和棘轮，使的脱水轴能够自由转动。

交流电磁铁由固定铁芯、线包电磁线圈和衔铁三部分组成。

当它的线包接通220V交流电时，由于电磁感应的作用，定子铁芯使对衔铁产生吸引力，将衔铁吸合，同时拉动排水阀的拉杆和橡胶密封膜，打开水门防水，并带动刹车零件动作，使后面的一系列工作顺利进行。

3.3.3水位开关和水位传感器

水位开关是波轮式全自动洗衣机控制洗涤桶中水量的电器件。

洗衣机的洗涤桶中水位的高低代表着桶内水量的多少。

在向桶内注水时，当水位达到一定高度后，水位开关将切断电磁进水阀的电路，同时，通过PLC接通洗涤电机的电路，完成进水与洗涤电路的交换。

在排水时，当水位降到脱水桶底以下时，它也将接通或断开相应的电路，完成预定的工作。

3.3.4减速离合器

早期设计的小波轮全自动洗农机的离合器没有减速功能，故洗涤和脱水转速相同。

新型大波轮全自动洗衣机的离合器都具有洗涤减速功能，称减速离合器，其种类很多，但主要结构和工作原理基本相同。

目前应用最为广泛的有两种：

单向轴承式减速离合器与带制动式减速离合器。

3.3.5电机和电容

电机是自动洗衣机的心脏，是整个洗涤工作的动力来源。

工业上用的电机各式各样，规格型号数不胜数，其中按使用电源可以分为交流电机和直流电机两种。

交流电机又分为异步电机和同步电机。

洗衣机上所用到的电机是单相电容起动运转式异步电机，使用220v交流电源。

全自动洗衣机上使用的电机输出功率一般150W以上，配12μF以上的电容器。

这种电机的特点是启动转矩大，过载能力强，可以充分满足洗衣机负载频繁变化的使用要求。

在洗衣机中使用的电机都要配接电容器。

电容器的作用是加大电机的起动转矩和工作转矩，它还起确定旋转方向的作用。

在洗衣机中使用的电容器一般都是纸介质或塑料介质的。

电容器容量的大小一定要按照电机的要求选配，容量大了，容易使电机升温过高，缩短电机寿命；容量小了，会降低电机的起动转矩和过载能力。

电容器的电压也要按照电机标牌的要求选配，一般洗衣机电机对电容器的要求电压为400伏到450伏交流电。

3.4软件设计

3.4.1全自动洗衣机的工作顺序

PLC投入运行，系统处于初始状态，准备好启动。

按下启动按钮时开始进水，水满（即水位到达高水位）时停止进水。

电机开始正转洗涤15s后暂停，暂停3s后开始反转洗涤。

反转洗涤15s后暂停，暂停3s后，若正、反洗涤未满3次，则返回从正转洗涤开始的动作;若正、反洗涤满30次时，则开始排水。

排水水位若下降到低水位时，开始脱水并继续排水。

脱水10s即完成一次从进水到脱水的工作循环过程。

若完成了3次大循环，则进行洗完报警。

报警10s结束全部过程，自动停机。

若按下停止按钮，可以手动排水和手动脱水。

3.4.2I/O地址分配与接线图

根据洗衣机操作的工艺过程及对控制系统的要求，首先归纳本系统中所有输入信号和输出信号；然后根据PLC的输入点和输出点进行I/O地址分配，使每个输入信号对应PLC内部的输入继电器，每个输出信号对应PLC内部的输出继电器。

PLC洗衣机控制的I/O地址分配如表所示。

符号

地址

外部设备

符号

地址

外部设备

SB1

I0.0

启动按钮

SQEMP

I0.8

水排空浮球开关

SB2

I0.1

停止按钮

YVI

Q0.0

进水电磁阀

SWH

I0.2

高水位选择开关

YVO

Q0.1

排水电磁阀

SWL

I0.3

低水位选择开关

KA1

Q0.2

电动机正转继电器

MAPAI

I0.4

手动排水开关

KA2

Q0.3

电动机反转继电器

MATUO

I0.5

手动脱水开关

KAM

Q0.4

脱水桶

SQH

I0.6

高水位浮球开关

ALARM

Q0.5

报警器

SQL

I0.7

低水位浮球开关

3.4.3电气控制及PLC硬件连线

3.4.4可编程控制器的基本指令程序

TITLE=程序注释

Network1自动方式状态M0.0

LDI0.0

SM0.0,1

RM0.1,1

Network2

LDI0.1

LDT41

AC51

OLD

RM0.0,1

Network3手动方式状态M0.1

LDI0.1

SM0.1,1

Network4洗衣机实际水位达到设定水位状态M0.2

LDI0.2

AI0.6

LDI0.3

AI0.7

OLD

=M0.2

Network5进水

LDM0.0

EU

LDT40

ANC51

OLD

SQ0.0,1

Network6

LDM0.2

OI0.1

RQ0.0,1

Network7洗涤电动机正转

LDT37

LDT43

ANC50

OLD

SQ0.2,1

Network8洗涤电动机正转计时15s

LDQ0.2

TONT38,+150

Network9第一次定时3s的条件M0.3

LDT38

RQ0.2,1

SM0.3,1

Network10洗涤电动机正转完毕延时3s（第一次定时3秒）

LDM0.3

TONT42,+30

Network11洗涤电动机反转

LDT42

SQ0.3,1

RM0.3,1

Network12洗涤电动机反转时间计时15s

LDQ0.3

TONT39,+150

Network13第二次定时3s的条件M0.4

LDT39

RQ0.3,1

SM0.4,1

Network14洗涤电动机反转完毕延时3s（第二次定时3秒）

LDM0.4

TONT43,+30

Network15

LDT43

RM0.4,1

Network16洗涤电动机正反转次数计数30次

LDQ0.3

LDQ0.1

OI0.1

CTUC50,+30

Network17自动方式下排水状态M0.5

LDC50

AT43

SM0.5,1

Network18

LDI1.0

OI0.1

RM0.5,1

Network19自动方式和手动方式下的排水

LDM0.6

LDM0.1

AI0.5

OLD

=Q0.1

Network20自动方式下脱水状态M0.6

LDM0.0

AQ0.1

ED

SM0.6,1

Network21

LDT40

OI0.1

RM0.6,1

Network22自动方式和手动方式下的脱水

LDM0.6

LDM0.1

AI0.5

OLD

=Q0.4

Network23脱水时间定时10s

LDM0.0

AQ0.4

TONT40,+100

Network24脱水次数计数3次

LDM0.0

AQ0.4

LDI0.1

OI0.0

CTUC51,+3

Network25

LDC51

AT40

AM0.0

SQ0.5,1

Network26

LDT41

OI0.1

RQ0.5,1

Network27报警时间10秒

LDQ0.5

TONT41,+100

四、结论

洗衣机是国内家电业唯一不打价格战的行业，经过几年的平稳发展，国产洗衣机无论在质量上还是功能上都和世界领先水平同步。

纵观省会的洗衣机市场，高效节能、省水、省电、环保型洗衣机一直在市场上占主导地位。

洗衣机无论在质量、技术、功能还是在外观上面，谁能接近于为人们的生活服务这一主题，谁就能得到长足的进步和发展。

该设计符合国家标准，同时具有全自动与手动的功能，而且节电、节水符合国家未来家用全自动洗衣机的发展主流。

全自动洗衣机的洗净比、用电量、用水量、噪声、含水率、寿命这6个主要性能指标符合国家的生产要求。

五、结束语

经过几周的课程设计感觉课程设计不仅是对前面所学知识的一种检验，而且也是对自己能力的一种提高。

通过这次课程设计使我明白了自己原来学到的知识还是比较欠缺。

自己要学习的东西还太多，以前老是觉得自己什么东西都会，什么东西都懂，有点眼高手低。

通过这次课程设计，我才明白学习是一个长期积累的过程，在以后的工作、生活中都应该不断的学习，努力提高自己知识和综合素质。

在此要感谢我们的指导老师给我们的帮助。

在设计过程中，我通过查阅大量有关资料，与同学交流经验和自学，并向老师请教等方式，使自己学到了不少知识，也经历了不少艰辛，但收获同样巨大。

在整个设计中我懂得了许多东西，也培养了我独立工作的能力，树立了对自己工作能力的信心，相信会对今后的学习工作生活有非常重要的影响。

而且大大提高了动手的能力，使我充分体会到了在创造过程中探索的艰难和成功时的喜悦。

虽然这个设计做的也不太好，但是在设计过程中所学到的东西是这次课程设计的最大收获和财富，使我终身受益。

六、参考书目：

［1］蒋金周.全自动洗衣机的PLC智能控制[J].北京：

机电一体化，2004

［2］吴中俊主编.可编程控制器原理及应用[M].北京：

机械工业出版社，2004

［3］廖常初、PLC梯形图程序的设计方法与技巧、电工技术、1998-1999

［4］荣俊昌.全自动洗衣机原理与维修.高等教育出版社,1998

［5］刘长青.电气控制及PLC应用技术.北京：

科学出版社，2008

［6］杨兴.工厂电气控制及PLC技术.北京：

清华大学出版社，2010

七、附录：

（源程序清单）