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1、第二章 PLC全自动洗衣机的系统设计2.1 设备控制要求全自动洗衣机控制系统的要求是能实现“正常运行”和“强制停止”两种控制方式。1.正常运行 “正常运行”方式具体控制要求如下：（1）将水位通过水位选择开关设在合适的位置（高、中、低），按下“启动”按扭，开始进水，达到设定的水位（高、中、低）后，停止进水；（2）进水停止2s后开始洗衣；（3）洗衣时，正转20s，停2s，然后反转20s，停2s；（4）如此循环共5次，总共220s后开始排水，排空后脱水30s；（5）然后再进水，重复（1）（4）步，如此循环共三次；（6）洗衣过程完成，报警3s并自动停机。2.强制停止 “强制停止”方式具体控制要求如下：
2、（1）若按下“停止”按扭，洗衣过程停止，即洗涤电机和脱水桶转、进水电磁阀和排水电磁阀全部闭合；（2）可用手动排水开关和手动脱水开关进行手动排水和脱水。2.2 全自动洗衣机的工作原理与系统结构普通洗衣机的工作流程示意图如图1所示 开始进水 洗衣排水 脱水结束图1 普通洗衣机工作流程图此次设计根据全自动洗衣机的工作原理, 洗衣机的工作流程由进水，洗衣，排水，和脱水四个过程组成。在半自动洗衣机中，这四个过程分别用相应的按扭开关来控制。利用可编程控制器PLC实现控制,用于说明PLC控制的原理方法,特点及工作特色。此次全自动洗衣机控制系统设计利用了西门子S7-200系列PLC的特点,对按鈕,电磁阀,开关
3、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。根据控制过程中的进水、洗涤、脱水、报警等控制要求，对控制所需的外部设备初步设计如表1表1对应设备及功能表对应的外部设备对应的输出设备启动按扭进水电磁阀停止按扭排水电磁阀水位选择开关（高水位）洗涤电动机正转继电器水位选择开关（中水位）洗涤电动机反转继电器水位选择开关（低水位）脱水桶手动排水开关报警器手动脱水开关高水位传感器中水位传感器低水位传感器水排空传感器根据以上要求PLC的控制系统框图如下图2。图2全自动洗衣机控制系统图 自动洗衣机的进水、洗衣、排水和脱水是通过水位开关、电磁进水阀和电磁排水阀配合进行控制，从而实现自动控制的。水位
4、开关用来控制进水到洗衣机内高、中、低水位；电磁进水阀起着通/断水源的作用。进水时，电磁进水阀打开，将水注入；排水时，电磁排水阀打开，将水排出；洗衣时，洗涤电动机启动；脱水时，脱水桶启动。2.3模块选型2.3.1 I/O储存器容量的估算PLC常用的内存有EPROM、EEPROM和带锂电池供电的RAM。一般微型和小型PLC的存储容量是固定的，介于12KB之间。用户应用程序占用多少内存与许多因素有关，如I/O点数、控制要求、运算处理量、程序结构等。因此在程序设计之前只能粗略地估算。根据经验，每个I/O点及有关功能元件占用的内存量大致如下：开关量输入元件：1020B/点开关量输出元件：510B/点定时
5、器/计数器：2B/个模拟量：100150B/个通信接口：一个接口一般需要300B以上8根据上面算出的总字节数再考虑增加25%左右的备用量，就可估算出用户程序所需的内存容量，从而选择合适的PLC内存。该系统有11个数字输入点6个数字输出点，需内存280B，有定时器6个，计时器2个，需内存16B，考虑余量后需要内存370B。2.3.2 CPU功能与结构的选择PLC的功能日益强大，一般PLC都具有开关量逻辑运算、定时、计数、数据处理等基本功能，有些PLC还可扩展各种特殊功能模块，如通信模块、位置控制模块等，选型时可考虑以下几点：功能与任务相适应，PLC的处理速度应满足实时控制的要求、PLC结构合理、
6、机型统一、在线编程和离线编程的选择。全自动洗衣机控制所要求的控制功能简单，小型PLC就能满足要求了。该控制系统CPU模块可采用CPU-224（AC/DC/继电器）模块，它可控制整个系统按照控制要求有条不紊地进行。同时由于该模块采用交流220V供电，并且自带14个数字量输入点和10个数字量输出点，完全能满足全自动洗衣机控制系统的要求，所以不再需要另外的电源模块、数字量和输出模块。9综上所述此次设计选用西门子S7-200型PLC。2.4控制原理与结构分析全自动洗衣机综合运用了大量力学、电学、光学等知识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
7、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
8、，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。全自动洗衣机是通过水位开关与电磁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
9、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
10、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。 2.4.1全自动洗衣机控制面板及控制系统 全自动洗衣机控制面板由工作指示区、编程选择键、增键、减键、和启动键组成。 全自动洗衣机一般采用轻触式开关，在按下开关后，字符旁边的指示灯会亮。当指示灯亮起表示程序选中，指示灯闪烁表示正在执行此程序，指示灯熄灭表示程序未选择或执行完毕。 全自
11、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。 2.4.2洗涤与脱水系统 全自动洗衣机主要是通过波轮对衣物的翻滚达到洗涤目的。波轮安装在洗涤桶的正中，托盘连接着盛水桶。套桶式全自动洗衣机的脱水桶（甩干篮）既要保证能离心脱水，又要能容纳洗涤的衣物，全自动洗衣机的洗涤桶其上部略大，下部略小，呈圆锥形。为了保证洗涤效果，洗涤桶的内壁上必需设计成凸形来增大摩擦力，达到满意的洗涤效果，当衣物与洗涤桶接触时
12、，桶壁就产生像搓板那样的洗涤作用，而且能增强涡旋作用，提高洗涤率。 洗涤系统的传动部分由风叶、皮带、皮带轮、和洗衣轴体组成。脱水系统由脱水桶、脱水定时器、安全开关、电动机、制动机构等组成。洗衣机具有盖的带锁装置，该锁定装置，包括洗衣机盖板、洗衣机箱体，还包括控制开关，与控制脱水的开关联动；电磁铁，与控制开关连接；洗衣机盖板翻口端内面在对应洗衣机箱体内壁处设有凹缘，凹缘上设有锁孔，洗衣机箱体上端设有所述电磁铁，电磁铁衔铁的伸缩口位于洗衣机箱体内壁，而且电磁铁通电后其衔铁伸出端正好位于盖好的洗衣机盖板凹缘的锁孔内。由于电磁铁的控制开关与洗衣机控制脱水的开关联动，使洗衣机在脱水时电磁铁的衔铁能伸出，
13、而且正好锁住洗衣机盖板凹缘的锁孔，使用户在脱水时不能打开洗衣机盖板，从而确保了洗衣机脱水时的操作安全。 2.4.3进水和排水系统 全自动洗衣机的进水系统采用水位压力开关和进水阀，由程序控制器调节。设有溢水口，其位置在盛水桶上口部。漂洗时，它能让洗涤液中的泡沫和污水溢出，有利于漂清。 全自动洗衣机水位开关一般有三档水位控制，并都有 低水位、中水位、高水位、再注水等功能当进水阀注水，内桶水位增高到预选水位时，导通橡皮气膜受到内部空气的压缩而被顶出，中触片上跳，与上触片闭合。此时主电机导通，进水阀断开（原来中触片与下闭合），并开始洗衣。当旋钮旋至低水位时，凸轮转动，但曲率半径较小。通过一定的机构，橡
14、皮气膜压簧被压缩而产生压力P1，压迫气膜。当桶内水量达到30L时，软管内的空气被压缩，产生空气压力F1，当F1P1时，中触片上跳，与上触片闭合，主电动机动作，进水阀关闭。 全自动洗衣机的排水系统由程序来控制排水电磁阀，牵引排水阀。排水阀主要同阀盖、阀芯弹簧、阀芯拉簧，橡皮阀和阀体组成。 排水电磁铁主要用来控制自动型洗衣机排水阀的开闭，在套桶式自动型洗衣机中同起到改变减速离合大的洗涤、脱水状态、排水电磁铁主要由线圈、磁轭、静铁芯、衔铁和短路铜环等组成。 2.4.4传动系统、箱体与支承系统 全自动洗衣机的传动系统设在洗衣机脱水桶的底部，主要由波轮、脱水桶、离合器、传动带、电动机、电磁阀及单相电容式
15、电动机组成。离合器是内外轴复合为一体的结构。离合器的内轴（洗涤轴），一端固定波轮，另一端固定离合套，离合套上固定大带轮，离合器外轴（离心轴）的一端固定离心桶（脱水桶），另一端通过抱簧与离合套连接。内外桶的联动或分动（即实现脱水或洗洗涤），是由拨叉控制抱簧和刹车盘来实现的。 离合器轴包括脱水轴合洗涤轴。洗涤或漂洗时，牵引电机处在断电状态，制动杆将制动带收紧，对脱水轴制动。棘爪将棘轮拔动一定角度使方丝离合簧被拔松，所以电机做正转或反转转矩都不能传递给脱水轴，而只是经过行星减速器再输出给波轮，实现洗涤运转。 脱水时，牵引电机是通电状态，拉动制动杆使得制动带松开，棘轮和方丝离合器处于自由状态，大皮带轮顺时针旋转将方丝离合簧旋紧，使输入转矩有效地传递给脱水轴，实现高速脱水运转。如果大皮带轮逆时针转动，则方丝离合簧被拨松而不能传递转矩给脱水轴，所以脱水只能顺时针单向转动。 洗衣机外箱体是洗衣机的盔甲， 很多洗衣机采用高分子聚合塑钢材料作为外箱体，不怕水，不腐烂，永不生锈，耐碰撞，防漏电，机身轻便，易于搬动。特意添加的抗老化剂，令外箱体历久弥新。有的采用刚柔相济的不锈钢做内桶刚性，在于不锈钢材质表面分子结构致密，空隙小，故可抗击细菌等物质的侵入和腐蚀，以达到抗菌，抑菌，耐腐蚀的作用。柔性，超级镜面不锈钢材料光滑
