PLC在自动洗衣机上的应用.docx

1、PLC在自动洗衣机上的应用 PLC在全自动洗衣机上的应用【摘要】： 描述了全自动洗衣机控制系统的运作要求。实现了洗衣机由进水、洗涤、排水、脱水、报警到自动停机的循环过程。设计了相应的系统软件，结合相应的硬件系统，并通过三菱公司的F1系列的PLC仿真系统模拟出全自动洗衣机的运行过程。此项设计对于提高学生的动手能力和帮助学生对一些理论知识的理解都具有积极的作用。【关键词】：PLC；洗衣机；全自动；程序控制器【KEYWORD】：PLC; Washing machine; Full-automatic; Procedure controller 绪 论 可编程控制器是以计算机为核心的通用自动控制装置，

2、它的功能强、可靠性极强、编程简单、使用方便、体积小。现已广泛应用于工业控制的各个领域，它以微处理器为核心，用编写的程序进行逻辑控制、定时、记数和算术运算等，并通过数字量和模拟量的输入/输出来控制机械设备或生产过程。 该设计主要介绍了全自动洗衣机的工作原理、控制系统的PLC的造型和资源的配置、控制系统程序设计与调试、控制系统PLC程序。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。通过本系统的设计，对三菱的F1系列PLC的特点有了深入的理解。全自动洗衣机控制系统利用了三菱的F1系列PLC的特点，对按钮、电磁阀、开关等其它一些输入/

3、输出点进行控制，实现了洗衣机洗衣过程的自动化。 充分表现现代家电用品的个性。在全自动洗衣机中，洗衣机洗涤、脱水程序是由以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、过热保护以及欠压保护等等。这样增加了硬件的复杂性，隐含较高的故障率，无形的增加了维修成本费用。在工业控制系统中广泛应用的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，提高控制系统的可靠性。另外它的编程语言也相对简单。因此在该设计中采

4、用了PLC来实现全自动洗衣机的工作过程。1 洗衣机类别 1.1 洗衣机的分类目前，我国洗衣机的分类方法主要有三种：按自动化程度分类，按洗涤方式分类，按结构方式分类。 1 按自动化程度分类，洗衣机可分为普通型、半自动型、全自动型三大类。 目前大多是全自动型洗衣机，它是指洗涤、漂洗、脱水各个功能之间的转换全部不用手工操作而能自动进行的洗衣机。这种洗衣机在选定的工作程序内由机电式程序控制器或微电脑程序控制器适时发出各种指令，自动完成各个执行机构的动作，使整个洗衣过程自动化。 2 按结构方式分类，洗衣机可分为单桶、双桶、套桶三大类。（1） 单桶洗衣机。单桶洗衣机自动化程度较低，多为简易型和普通型，少量

5、的为半自动型。其主要特点是占地面积小，价格便宜。（2） 双桶洗衣机。双桶洗衣机实际上就是单桶洗衣机和脱水机的组合。它的洗衣部分和甩干部分有各自的电动机和定时器。双桶洗衣机功能齐全，使用方便，操作简单，省水，省电，价格适宜，品种多样。目前，我国双桶波轮式洗衣机占主导地位。 双桶洗衣机。脱水桶壁上设有许多小孔，甩干电动机高速运转，在强大的离心力作用下，衣物水分被甩出，并顺着排水管排出。（3） 套桶洗衣机。该洗衣机的特点是内、外两个立式容器套装在同一个轴心上。波轮式套桶洗衣机多为全自动型。因其离心桶的外径小于盛水桶的内径，故将外桶和内桶套装在同一个轴心上，减少了占地面积。其外桶作为盛水容器，内桶作为

6、洗涤、漂洗、离心脱水用。常见的波轮式套桶洗衣机是单电机的，洗涤及脱水工作由离合器控制。洗涤时波轮转动而脱水桶不转，脱水是波轮与脱水桶一齐旋转。3 按洗涤方式分类，洗衣机可分为波轮式、滚筒式等（1） 波轮式洗衣机。波轮式洗衣机是将洗涤衣物浸泡在水中，靠波轮正、反方向的交替转动或连续单方向的转动使衣物在水中不断翻滚，而达到洗净衣物的目的。主要特点是：洗涤能力强、洗涤时间短、结构简单、可调节水位、成本低、易维修、易操作。（2） 滚筒式洗衣机。滚筒式洗衣机自动化程度高，洗涤性能好，容量大，质量高。 2洗衣机主要部件 2.1 洗衣机电机 全自动洗衣机电机XD-180W型 号 XD-180W XD-180

7、W XD-135W XD-120W额定电压 220V 220-240V 220V 220V额定频率 50HZ 60HZ 50HZ 50HZ 额定转速 1370 1370 1370 1370输出功率 180W 180W 135W 120W额定电流 1.75A 1.75A 1.25A 1.10A电 容 量 13 13 10 10噪 音 45 45 45 45性能特点：起动转矩大、起动电流小、过载能力强、机械特性硬。2.2 定时器 定时器是普通型波轮式洗衣机中的关键部件之一。它主要起两个作用：一是控制洗涤电机和脱水电机运转时间的长短；二是控制电机按预定的程序自动地实现正反转、停转的时间。 普通型波轮

8、式洗衣机，大多采用发条式定时器。而许多大波轮新水流式洗衣机使用电动式定时器。 2.3 进水电磁阀 进水电磁阀简称进水阀、注水阀。在全自动洗衣机上，以内功用进水阀来实现自动注水和停止进水。它和水位开关互相配合，对洗衣桶的水位高低进行自动控制。2.3.1 工作原理进水阀是一种电磁阀，阀中心是铁心，铁心外为电磁线圈，线圈不通电时，在小弹簧的作用下铁心被压下，封住了橡胶阀上所装的塑料盘中间的泄压孔，这时书从加压针孔进入控制腔，使进水腔和控制腔的水压相等。由于橡胶阀上部的受压面积大于下部的受压面积，所以橡胶阀被压紧在阀座上起到了封闭作用。其封闭的可靠性是由铁心所受的压力决定的，贴心的下端与泄压孔接触，铁

9、心的上端受压面积大于下端的受压面积，显然水的压力越大，铁心对泄压孔的封闭压力越大，封闭越可靠。早水压力低时，阀的封闭性就差，所以对水压有个最低要求，不能低于0.3Mpa。 当线圈通电时，电磁力克服下弹簧的弹力将添心吸上，泄压孔打开，由于泄压孔大于加压针孔，控制腔内的水将很快流出，压力降低，进水腔为自来水压，橡胶阀的下部压力大于上部压力，即被下部的水压推开，阀即开启注水。2.3.2 主要性能参数进水电磁阀的主要性能参数见表2-2-1和表2-2-2所示 表2-2-1 进水阀的技术参数额定电压、 额定电流 使用水 水压范围 密封性能 温升 绝缘电阻 电气强度频率 （mA） 温（0C）（Mpa） （M

10、pa） （0C） （欧姆）220V、50Hz 27+/-5 080 0.020.8 0.021 75 100 2500V、1min 表2-2-2 进水电磁阀的流量特性进水压力（Mpa） 0.02 0.1 0.3 0.8流量（L/min） 3 8 13 25 2.4 排水电磁阀排水电磁阀是全自动洗衣机特有的电器部件。它是一个受程控器控制的自动排水开关。除了排水功能外，还控制着离合器的状态（洗涤或脱水）。排水电磁阀由电磁铁和排水阀两部分组成，它们是相互独立的部件，两者用排水阀连接起来，在连接板的右端以开口销与电磁铁动铁心连接，而左端钩在排水阀的内弹簧上。当电磁铁通电时，将动铁心往右拉，排水阀就呈打

11、开状态。此时盛水桶内的洗涤液便能通过水道和阀门，从排水口流出机外。在连接板上还用螺栓固定着一个位置可调的定位套，在动铁心吸合的过程中，该定位套向右运动，拨动了离合器上的制动杆，为脱水做准备。当电磁铁失电时，排水阀在自身弹簧作用下将铁心拉出，排水阀关闭，洗衣机停止排水。同时，离合器上制动杆靠制动弹簧的作用恢复原位，为洗涤漂洗过程中波轮转动做好准备。2.4.1电磁铁电磁铁有两种交流和直流，电动式程控式（机械式）全自动洗衣机一般采用交流电磁铁，而微电脑程控器式（电脑式）全自动洗衣机一般采用直流电磁铁。 1交流电磁铁交流电磁铁的铁心和衔铁是由硅钢片叠压铆接而成的。衔铁置于铁心之中。在线圈通电后，铁心和

12、衔铁同被磁化，相对的两个面上产生了异名磁极这种吸引力使衔铁向铁心运动，从而带动拉杆将阀打开。虽然线圈中电流的方向不断发生变化，但由于铁心与衔铁的磁极同时变化，使它们之间出现的总是吸引力。2 直流电磁铁直流电磁铁具有吸引力大、体积小、噪音低和安全性能高等优点，它的线圈分成吸合线圈和保持线圈两组，由其内部的微动开关控制这两组线圈的工作。线圈和铁心用环氧树脂灌装加固和密封。2.4.2排水阀排水阀装配于排水阀体之中，为弹簧将橡胶阀压在阀体的底部，使橡胶阀的环行密封环产生少量变形，保持水不从阀口泄露，橡胶阀的右端环行边被阀盖压紧。排水阀杆嵌在橡胶阀上，与橡胶阀成为一体，装于排水阀拉杆内部的内弹簧与排水阀

13、连接板连接，在排水阀关闭时，连接板抵在排水拉杆上，这时内弹簧的弹力对排水阀来说是内力，对排水阀不起作用。排水时，电磁铁通电，动铁心被吸入，牵引排水阀连接板拉动内弹簧，同时连接板上的定位套推动制动杆使 处于脱水状态。只要连接板的左端一离开排水拉杆，内弹簧的拉力就不再是排水阀的内力，而变成了外力，它要与外弹簧的弹力和橡胶阀的弹力相平衡，当内弹力的拉力（即连接板的拉力）大于外弹簧的弹力时，外弹簧被压缩，带动橡胶阀向右移动，把阀拉离阀座，排水开始。这些动作都是在电磁铁得电瞬间完成的。因为内弹簧的刚度比外弹簧的刚度大，加上装配排水阀连接板时，内弹簧已有了一定的预紧力，因而在牵引排水过程中，内弹簧并不需要

14、产生很大的拉伸变形，就可以使外弹簧有较大的弹性变形，也就是可以使橡胶阀向右移动较大的距离，从而保证足够的排水速度。处于正常的排水阀开启量时橡胶阀左端与阀体平面的距离应不小于10mm。阀体多有半透明塑料制成，从外部可以看到阀的开启量。 2.5 水位开关 水位开关也叫压力开关，是一种气压式电触点开关。它是利用洗衣桶内水位高低不同所产生的不同压力，来控制进水阀的开启和关闭。此外，它还负责进水与洗涤之间的转换。 2.5.1 工作原理水位开关由三部分组成：（1）压力传感部分由橡皮膜下部的气室组成；（2）电气开关部分由中间的一组触点、簧片及开关小压簧组成；（3）压力控制部分包括上部的顶心、压力弹簧以及调整

15、压力的凸轮、杠杆等。水位开关的气室经过软管与洗衣机外桶连接起来。平时，橡皮膜处于平衡状态，当水注进外桶后，水首先将贮气室封闭起来，一部分的空气来不及跑出而被封闭在贮气室里。由于贮气室与水位开关的气室间用压力软管相连通，贮气室的压力也就与水位开关气室的压力相同，随着外桶中水位的上升，贮气室、压力软管和水位开关气室间的空气不断的被压缩，随之压强也成比例地上升，这样就把外桶中的水压转换成了空气压力，并作用在橡皮膜上。当注水到了预定的水位时，气室内的压力也升高到一定值。当它足以克服压力弹簧通过顶心作用加在动簧片上的力时，就推动动簧片向上移动。当动簧片移动到预定位置后，开关下压簧将推动动簧片弯到另一个方

16、向，从而使动簧片上的公共触点与常闭触点分离，而与常开触点接触，这样就向程控器发出了“水位已到”的信号，由程控器来控制进水电磁阀关闭，随即进入洗涤程序。 当完成个洗衣程序后，程控器向排水电磁铁发出信号，排水阀开启并排水。随着水位的下降，气室内的压力也逐渐减小，在压力弹簧的作用下，顶心和橡皮膜逐渐下移，到了某有程度时动簧片又弯向上方，常开与常闭触点都恢复原位，等待下一个进水程序，此时水位开关虽然复位，但并不影响洗衣机继续排水。 旋转凸轮使杠杆上下移动，从而改变压力弹簧的压缩程度。如果压力弹簧的压缩长度大，则压力大气室内的压力要高一些才能将动簧片推到预定位置，以次达到控制水位的目的。 2.5.2 水

17、位开关的主要技术参数如表2-2-5 表2-2-5 水位开关的主要技术参数配用程 额定电压 额定电流 气密性 接触电阻 绝缘电阻 电气强度序控制器 （V） （A） （k Pa） （欧） （兆欧） （交流）电动式程 250 3、1.5序控制器7.6 1min =0.03 100 2500V 1 min微电脑式 6 0.01 程序控制器 2.6 离合器减速离合器就是全自动洗衣机中完成降速并传递扭矩的部件。 2.6.1结构和工作原理目前大多数洗衣机采用减速离合器。它有4根轴（1）洗涤输入轴；（2）下半轴；（3）中半轴；（4）洗涤输出轴。谈减速离合器的工作原理。 全自动洗衣机在洗涤、排水和脱水之间是自动

18、转换的，这些转换由排水电磁阀和制动杆来控制。 当排水电磁铁吸合时，定位套就向上运动一段距离，使得制动杆克服制动弹簧的作用力被推向上方，制动弹簧的中心轴做逆时针方向转动，连接在制动杆另一端的刹车带被迫向下移动，与脱水轴上的刹车盘产生间隙，脱水轴因此失去控制，也就可以顺利的进行脱水转动了。同时，制动杆将棘爪拨叉上的调节螺钉顶向上方，也就使拨叉克服弹簧的压力，饶弹簧的中心轴做顺时针方向转动，于是棘爪抬起，放松了对棘轮的限制，这样被棘轮扭转一个小角度的方丝离合簧杂自身弹力的作用下恢复原来的位置，抱紧离合套。当大皮带在电动机的带动下顺时针旋转时，可以产生巨大的摩擦力，使离合套和下半轴（脱水轴）联为一体，

19、脱水工作就可以顺利进行了。 2.6.2 主要技术参数 减速离合器主要技术参数： 额定传动功率：200W； 额定洗涤力矩：12.5N.m； 洗涤传动比：5.2：1； 脱水传动比：1：1； 输出轴启动力矩：0.45 N.m； 脱水轴正转启动力矩：0.9 N.m； 脱水轴正转制动力矩：36 N.m； 脱水轴反转制动力矩：15 N.m； 制动杆开启力矩：35 N.m； 脱水制动时间：10s2.7 熔断器 熔断器是低压配电系统和电力拖动系统中起过载和短路保护作用的电器。使用时，熔体串接于被保护的电路中，当流过熔断器的电流大于规定值时，以自身产生的热量使熔体熔断，从而自动切断电路，实现过载和短路保护。 熔

20、断器具有结构简单、体积小、重量轻、使用维护方便、价格低廉、分断能力较高、限流能力良好等优点。 适用范围 本产品适用于交流50HZ(60HZ),额定电压380V，额定电流5A及以下的工业电气装置的配电设备中，作为线路过载或短路保护之用。型号及其含义主要技术参数型号额定电压额定电流(A)额定分断能力(kA)熔断体额定耗散功率(W)支持件重量(g)熔断体重量(g)支持件熔断体 l1 kACOSRT18-32380V322,4,6,8,10,12,16,20,25,3263 1000.10.23828RT18-63632,4,6,8,10,12,16,20,25,32,40,50,63520620RT

21、18A-32322,4,6,8,10,12,16,20,25,3238282.8 蜂鸣器 2.9 电容 特征：1. 长方形阻燃塑料外壳，焊片或引线结构引出2. 体积小，重量轻，具有良好的自愈性。3. 应用ZnAI边沿加厚蒸发工艺，电性能优良，可靠性高4. 耐冲击电流大，抗电强度高。5. 适用于50Hz/60Hz交流电动机的启动和运转，特别适用于电风扇等具有小型电机的电器上 主要参数：容量范围：0.4F50F电压范围：250VAC500VAC容量偏差：5%，10%，15%测试电压：极间：1.75倍额定电压，1min，50HZ，无永久击穿或电弧产生； 极壳：2倍额定电压+1000VAC，1min绝

22、缘电阻：极间 1000MF.极壳 3000MF3可编程序控制技术 3.1 PLC的定义及特点 3.1.1 PLC的定义可编程序控制器是一种数字运算操作的电子系统，专为在工业环境下应用而设计，它采用可编程序的存储器，用来在其内部存储执行逻辑运算、顺序控制、定时、计数和算术运算等操作命令，并通过数字式、模拟式的输入和输出，控制各种类型的机械或生产过程。可编程序控制器及其有关的外部设备，都应按易于与工业控制系统联成一个整体，易于扩充其功能的原则而设计。 3.1.2 PLC的特点PLC是综合继电器接触器控制的优点及计算机灵活、方便的优点而设计制造和发展的，这就使PLC具有许多其他控制器所无法相比的特点

23、。（1） 可靠性高，抗干扰能力强（2） 通用性强，使用方便（3） 采用模块化结构，使系统组合灵活方便（4） 编程语言简单、易学，便于掌握（5） 系统设计周期短（6） 对生产工艺改变适应性强（7） 安装简单、调试方便、维护工作量小 3.2 PLC的应用和发展前景 3.2.1 PLC的应用 PLC是以微处理器为核心，综合了计算机技术、自动控制技术和通信技术发展起来的一种通用的工业自动控制装置，它具有可靠性高、体积小、功能强、程序设计简单、灵活通用、维护方便等一系列的优点，因而在冶金、能源、化工、交通、电力等领域中有着广泛的应用，成为现代工业控制的三大支柱（PLC、机器人和CAD/CAM）之一。 3

24、.2.2 PLC的发展前景 为了适应市场的各方面的需求，各生产厂家对PLC不断进行改进，推出功能更强、结构更完善的新产品。这些新产品总体来说，朝两个方向发展：一个是向超小型、专用化和低价格的方向发展，以进行单机控制；另一个是向大型、高速、多功能和分布式全自动网络化方向发展，以适应现代化的大型工厂、企业自动化的需要。3.3 PLC的基本组成及工作原理 3.3.1 PLC的基本组成CPUU输入模块用户输入设备EPROM输出模块用户输出设备 总线外围设备 RAM I/O接口电源模块通信接口计算机或其他PLC 主机 图31 PLC硬件系统结构框图在图31中，PLC的主机由微处理器（CPU）、存储器（E

25、PROM、RAM）、输入/输出模块、外设I/O接口、通信接口及电源组成。对于整体式的PLC，这些部件都在同一个机壳内。而对于模块式结构的PLC，各部件独立封装，称为模块，各模块通过机架和电缆连接在一起。 主机内的各个部分均通过电源总线、控制总线、地址总线和数据总线连接。根据实际控制对象的需要配备一定的外部设备，可构成不同的PLC控制系统。下面分别介绍PLC各组成部分及其作用：（1） 处理单元CPU） CPU是PLC的控制中枢，PLC在CPU的控制下有条不紊的工作，从而实现对现场的各个设备进行控制。 CPU的具体作用如下： 1、 接收、存储用户程序。 2、 以扫描方式接收来自输入单元的数据和状态

26、信息，并存入相应的数据存储区。 3、 执行监控程序和用户程序。 4、 响应外部设备的请求。 （2） 存储器 可编程控制器有两种存储器，即系统存储器（EPROM）和用户存储器（RAM）。系统存储器用来存放系统管理程序，用户不能访问和修改这部分存储器的内容。用户存储器用来存放编制的应用程序和工作数据状态。存放工作数据状态的用户存储器部分也称为数据存储区。它包括输入、输出数据映像区，定时器/计数器预置数和当前的数据区，存放中间结果的缓冲区。 （3） 输入/输出模块 PLC的控制对象是工业生产过程，实际生产过程中的信号电平是多种多样的，外部执行机构所需的电平也是各不相同的，而可编程控制器的CPU所处理

27、的信号只能是标准电平，这样就需要有相应的I/O模块作为CPU与工业生产现场的桥梁，进行信号电平的转换。 3.3.2 PLC的基本工作原理 PLC是一种存储程序的控制器。用户根据某一对象的具体控制要求，编制好控制程序后，用编程器将程序键入到PLC的用户程序存储器中寄存。PLC的控制功能就是通过运行用户程序来实现的。 PLC扫描工作方式主要分三个阶段：输入采样、程序执行、输出刷新。（1） 输入采样 PLC在开始执行程序之前，首先扫描输入端子，按顺序将所有输入信号，读入到寄存输入状态的输入映像寄存器中，这个过程称为输入采样。PLC在运行程序时，所需的输入信号不是现时取输入端子上的信息，而是取输入映像

28、寄存器中的信息。在本工作周期内这个采样结果的内容不会改变，只有到下一个扫描周期输入采样阶段才被刷新。 （2） 程序执行 PLC完成了采样工作后，按顺序从0000号地址开始的程序进行扫描执行，并分别从输入映像寄存器、输出映像寄存器以及辅助继电器中获得所需的数据进行运算处理。再将程序执行的结果写入寄存执行结果的输出映像寄存器中保存。但这个结果在全部程序未被执行完毕之前不会送到输出端子上。 （3）输出刷新 在执行到END的命令时，即执行完用户所有的程序后，PLC将输出映像寄存器中的内容送到输出锁存器中进行输出，驱动用户设备。3.4 PLC的编程语言 PLC的控制功能是由车工女婿实现的。目前PLC常用

29、的编程语言有：梯形图语言、助记符（指令表）语言、功能图语言、顺序功能图语言、高级编程语言等。 3.4.1 梯形图语言 （1）梯形图与继电器控制的区别梯形图语言形象直观，类似电气控制系统中继电器控制电路图。逻辑关系明显，电气技术人员容易接受。读同一控制电路，继电器控制原理图和梯形图的输入、输出信号、控制过程等效。但两者有本质的区别：继电器控制原理图使用的是硬件继电器和定时器，靠硬件连接组成控制线路。而PLC的梯形图使用的是内部继电器、定时器/计数器等，靠软件实现控制。 （2）梯形图程序简介 1. 梯形图程序按行从上至下，每一行从左到右顺序编写。PLC程序执行顺序与梯形图的编写一致。 2. 梯形图

30、左边垂直线称左母线，右边称为右母线。左母线右侧放置输入接点和内部继电器触点。梯形图触点有两种，即常开触点和常闭触点。 3 梯形最右侧必须放置输出器件。PLC的输出器件用圆圈表示，圆圈可以表示内部继电器线圈，输出继电器线圈或定时/计数器的逻辑运算结果。其逻辑动作只有在线圈接通后，对应的触点才动作。输出线圈直接与右母线相连，输出线圈与右母线之间不能连有触点。 4. 梯形图程序中的触点可以任意串、并联，而输出线圈只能并联不能串联。 5. 输出线圈只对应输出映像区的相应位，不能直接驱动现场设备。 6. 梯形图中每个编程元件应按一定的规则加标字母数字串。3.4.2 助记符语言 PLC的助记符语言是PLC

31、的命令语句表达式，它与计算机汇编语言相类似。用户可以直观地根据梯形图，写出助记符语言程序，并通过编程器送到PLC中去。 3.4.3 功能图语言功能图语言是一种类似于数字逻辑电路图的编程语言，熟悉数字电路的人比较容易掌握。 3.4.4顺序功能图语言 顺序功能图常用来编制顺序控制类程序，可以将一个复杂的控制过程分解为一些具体的工作状态，把这些具体的状态依一定的顺序控制要求，组合成整体的控制程序。4 三菱FX系列PLC简介 4.1 FX系列PLC的特点 （1） 先进美观的外部结构 三菱公司FX系列PLC吸收了整体式和模块式可编程序控制器的优点，它的基本单元、扩展单元和扩展模块的高度和宽度相同。它们的相互连接不用基板，仅用扁平电缆连接，紧密拼装后组成一个整齐的长方体。其体积小，很适于在机电一体化产品中使用。 （2） 多种系列机型供用户选择 FX0s