PLC洗衣机方案设计书.docx
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PLC洗衣机方案设计书
封面
作者：
PanHongliang
仅供个人学习
1概述
1.1课题的介绍
随着科学技术不断进步和社会飞速发展，洗衣机成为人民日常生活息息相关的家用电器产品。
全自动洗衣机从结构上分有波轮式,搅拌式,滚筒式。
目前,国内市场上销售的大都是波轮式和滚筒式，供应最多的是波轮式洗衣机。
波轮式洗衣机的特点是洗净率高,但对衣服的磨损很大,随着人们生活水平不断地提高，丝绸,毛料,羊毛等大量走进普通家庭,厂商又适时地推出了滚筒洗衣机,它最大的优点是磨损率小,但洗净率比波轮式低,价格高。
洗衣机产品可以分三类：
普通型、半自动型和全自动型。
普通型和半自动型洗衣机，都需要人为参与操作，才能完成洗衣、甩干、排水全过程；而全自动洗衣机在整个洗涤、甩干、排水过程中，无需人为操作和监控。
洗衣机的全自动化、多功能化、智能化是其发展方向。
基于全自动洗衣机的应用日益广泛，本次设计利用来PLC控制全自动洗衣机，与传统的继电器逻辑控制系统相比较，洗衣机可靠性、节能性得到了提高。
PLC控制不需要大量的活动部件和电子元器件，它的接线也大大减少，与此同时系统维修简单、维修时间缩短。
本次设计基于PLC的全自动洗衣机控制，课题源于市场上洗衣机产品。
该设计以按下启动按扭及水位选择开关，开始进水，水满（即水位到达高低）时停止进水，2秒后开始洗涤，洗涤时，正转15秒后暂停，暂停3秒后开始反转洗涤，反转洗涤15秒后暂停，暂停3秒，如此循环3次后开始排水，排空后（水位下降到低位）开始脱水并继续排水。
脱水10秒即完成一次从进水到脱水的工作循环过程，若未完成3次大循环，则返回从进水开始的全部动作，进行下一次大循环；若完成了3次大循环，则进行洗完报警，报警10秒结束全部过程，自动停机，此外按排水按钮可实现手动排水；按停车按扭可停止进水、排水、脱水及报警。
此设计操作简单、使用可靠、维护修理方便作为主要设计方向。
1.2洗衣机的发展简况
世界上第一台洗衣机于1858年诞生，但这台洗衣机使用费力，且损伤衣服，因而没被广泛使用，但这却标志了用机器洗衣的开端。
1874年,“手洗时代”受到了前所未有的挑战，美国人发明了木制手摇洗衣机。
1880年，美国发明了蒸气洗衣机，蒸气动力开始取代人力。
蒸汽洗衣机之后，水力洗衣机、内燃机洗衣机也相继出现。
1910年，美国试制成功世界上第一台电动洗衣机，电动洗衣机的问世，标志着人类家务劳动自动化的开端。
1922年，美国改造了洗衣机的洗涤结构，把拖动式改为搅拌式，使洗衣机的结构固定下来，这也就是第一台搅拌式洗衣机的诞生。
1932年，美国研制成功第一台前装式滚筒洗衣机。
1955年，在引进英国喷流式洗衣机的基础之上，日本研制出独具风格、并流行至今的波轮式洗衣机。
全自动洗衣机从结构上分有波轮式,搅拌式,滚筒式。
目前,国内市场上销售的大都是波轮式和滚筒式，供应最多的是波轮式洗衣机。
波轮式洗衣机的特点是洗净率高,但对衣服的磨损很大,随着人们生活水平不断地提高，丝绸,毛料,羊毛等大量走进普通家庭,厂商又适时地推出了滚筒洗衣机,它最大的优点是磨损率小,但洗净率比波轮式低,价格高。
洗衣机产品可以分三类：
普通型、半自动型和全自动型。
普通型和半自动型洗衣机，都需要人为参与操作，才能完成洗衣、甩干、排水全过程；而全自动洗衣机在整个洗涤、甩干、排水过程中，无需人为操作和监控
1.3工艺要求及动作流程
洗衣机的应用现在比较普遍。
全自动洗衣机的实物示意图如下图1所示。
图1自动洗衣机示意图
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（甩水）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，将水由外桶排出到机外。
洗涤正转、反转由洗涤电动机驱动波盘正、反转来实现，此时脱水桶并不旋转。
脱水时，通过电控系统将离合器合上，由洗涤电动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。
排水按钮用来实现手动排水。
1.4系统的控制要求
PLC投入运行，系统处于初始状态，准备好启动。
（1）按下启动按扭及水位选择开关，开始进水，水满（即水位到达高低）时停止进水。
（2）2秒后开始洗涤。
（3）洗涤时，正转15秒后暂停，暂停3秒后开始反转洗涤，反转洗涤15秒后暂停，暂停3秒。
（4）如此循环3次后开始排水，排空后（水位下降到低位）开始脱水并继续排水。
脱水10秒即完成一次从进水到脱水的工作循环过程。
（5）若未完成3次大循环，则返回从进水开始的全部动作，进行下一次大循环；若完成了3次大循环，则进行洗完报警。
（6）报警10秒结束全部过程，自动停机。
（7）此外按排水按钮可实现手动排水；按停车按扭可停止进水、排水、脱水及报警。
2总体设计方案
2.1拖动方案的选择
一般来说，电动机的选择主要包括以下内容。
类型；功率；电压；转速；外形结构；安装形式；工作制等，根据以上选择电动机的型号。
国产电动机为了满足生产机械的不同需要，做成许多在结构形式；应用范围；性能水平等各异；功率按一定的比例递增并成批生产的系列产品，并冠以规定的产品型号。
它们的特点和数据可以从电动机产品目录中查到。
例如Y系列电动机是我国20世纪80年代设计的封闭型笼型三相异步电动机，YR系列为绕线型三相异步电动机；YD系列为三相多速异步电动机；YB系列为防爆型三相异步电动机；T系列为的三相同步电动机，Z系列为直流电动机，等等。
我所做的洗衣机电机的功率一般在180W左右，因此要考虑到节能环保，运行噪声，电机发热，以及稳定可靠，以维护等方面，我选用在这方面具有相当优势的YY104-180型号的单相电容运转式电动机，功率180瓦,额定电压220V，转速1350r/min，电流1.7A。
2.2控制方式的选择
PLC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。
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。
所以我选择的是PLC控制。
2.3显示方式的选择
（1）显示方式
LED长处有三点：
一是寿命长、耗能低之，应用非常灵活，可以做成点、线、面各种形式的轻薄短小产品；二是控制极为方便，只要调整电流，就可以随意调光，不同光色的组合变化多端，利用时序控制电路，更能达到丰富多彩的动态变化效果；三是价格低廉。
LCD优点：
液晶显示器以其微功耗、显示形式丰富,显示质量高,接口简单,体积小、显示内容丰富、超薄轻巧。
CTR优点：
CTR最大的优点是显示的面积大，显示的效率也比较高，
（2）显示方案的选择
综上所述利用LED显示比较合适，因为在洗衣机上显示利用不同的颜色可以区分不同的工作进程而且效果比较理想，LCD显示亮度不够，使用CTR显示占用的空间较大而且功耗大不适合在小型电器上使用。
但我的比较简单，没有LED显示。
2.4保护措施
2.4.1过载保护
电气线路中允许连续通过而不至于使电线过热的电流量，称为安全载流量或安全电流。
如导线流过的电流超过了安全载流量，就叫导线过载。
一般导线最高允许工作温度为65°C。
过载时，温度超过该温度，会使绝缘迅速老化甚至于线路燃烧。
发生过载的主要原因有导线截面选择不当，实际负载已超过了导线的安全电流；在线路中接入了过多的大功率设备，超过了配电线路的负载能力。
热继电器是比较理想的自动过载保护的设备，在工业应用中一般，都用热继电器来做过载保护。
2.4.2失压保护
失压保护是指电动机在供电电源中断后，能自动切断总控制电路，以防止电源恢复供电后，电动机在无人操作的情况下自动起动而造成事故。
2.4.3短路保护
由于绝缘损坏、负载短接、接线错误等故障，都有可能产生短路现象而使电气设备损坏，短路的瞬间电流可达到额定电流的几倍到几十倍。
短路保护要求具有瞬动特性，即要求在佷短时间内切断电流。
短路保护的常用方法是采用熔断器，它适合于动作准确度要求不高和自动化程度较差的系统中。
3主电路设计
全自动洗衣机的主电路如图2所示
图2全自动洗衣机主电路图
上图可知，KM1控制直流电动机正转；KM2控制直流电动机机反转。
KM3控制电动机转动进行甩干脱水。
FU1是熔断器进行保护电路，FR是热继电器，热元件额定电流接近或略大于电动机的额定电流，也是用来保护电路的。
4PLC控制系统设计
4.1控制系统流程图
全自动洗衣机PLC控制程序流程图如图3所示。
图3全自动洗衣机流程图
从以上框图中可以知道各组成部分的作用：
首先开始，然后按下启动按钮和水位选择开关，启动和水位选择开关作用是启动和水位选择，本设计水位选择有两种水位，分别是高水位和低水位。
先进水电磁阀打开，判断水位，未达到选择水位，继续进水，当达到要求水位时，就进行洗涤过程。
由于流程图知，正反洗涤三次后，就开始排水，未满三次，就继续洗涤过程。
由低水位传感器判断排水过程中水位的情况，到达低水位，就开始脱水，并继续排水，10秒后，重复上述循环，并计数器计数，大循环满三次后，程序结束。
4.2I/O分配表
表1全自动洗衣机的I/O分配表
输入
功能
对应外部设备
PLC端口
启动按钮
SB1
X1
高水位选择开关
SA1
X2
低水位选择开关
SA2
X3
高水位传感器
SQ1
X4
低水位传感器
SQ2
X5
手动排水开关
SA3
X6
手动停止按钮
SB2
X7
输出
进水电磁阀
YV1
Y1
正转接触器
KM1
Y2
反转接触器
KM2
Y3
排水电磁阀
YV2
Y4
脱水离合器
YC1
Y5
报警器
HA
Y6
4.3PLC的选择
（1）机型的选择
PLC产品种类繁多，其规格和性能也各不相同。
对PLC的分类，通常根据其结构形式的不同、功能的差异和I/O点数的多少等进行大致分类。
根据PLC的结构形式，可将PLC分为整体式和模块式两类。
整体式PLC是将电源、CPU、I/O接口等部件都集中装在一个机箱内，具有结构紧凑、体积小、价格低的特点。
模块式PLC是将PLC各组成部分，分别作成若干个单独的模块，如CPU模块、I/O模块、电源模块（有的含在CPU模块中）以及各种功能模块。
就我所做的全自动洗衣机，在这我选的是整体式。
（2）输入输出（I/O）点数
根据PLC的I/O点数的多少，可将PLC分为小型、中型和大型三类。
小型PLC的I/O点数在256点以内；单CPU、8位或16位处理器、用户存储器容量4K字以下。
如：
GE-I型美国通用电气（GE）公司
TI100美国德洲仪器公
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