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1、电气控制与PLC课程设计说明书题 目：工业洗衣机控制系统设计自动F0904高文选200948280418专业班级: 姓 名: 学 号: 指导教师:成绩：指导老师签名：日期：1.系统概述可编程控制器是在计算机技术、通信技术和继电器控制技术的发展基础 上开发起来的，现已广泛应用于控制的各个领域。它以微处理器为核心，用 编写的程序进行逻辑控制、定时、计数和算术运算等，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。PLC是传统的继电器技术和计算机技术相结合的产物，所以在工业控制 方面，它具有继电器或通用计算机所无法比拟的特点。本次设计的全自动洗衣机采用PLC控制系统，其优点是能大大提高工
2、作 效率，和适应很多的工作环境。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，提高控制系统的可靠性。另外它的编程语言也相对简单。设计中pLC控制器控制端口输出，控制电机接触器线圈输
3、出，以达到控 制电机的工作或停止。两个电机，一个电机应用于洗涤另一个电机用与抽水 进水装置。四个传感器分别用来检测排空检测、高水位检测、中水位检测、 低水位检测。检测信号输入到PLC中相应的开关作为工作输入信号。多路转 换开关有人们操作制定工作模式，多个按钮来控制电源接通或断开。全自动洗衣机的控制要求1）PLC投入运行，系统处于初始状态准备好启动；2）启动时开始进水；3）水满（上限位）时停止进水并开始洗涤正转；4）正转30s后暂停；5）暂停2s后开始洗涤反转；6）反转30s后暂停；7）暂停2s后，若正、反转未满5次时，返回从正洗开始的动作;8）暂停5s后，若正、反洗涤满5次时则开始排水；9）水
4、位下降到低水位时开始脱水井继续排水；10）脱水30s即完成一次从进水到排水的大循环过程；11）若完成2次大循环，洗完报警3s后自动停机；12）可以按“停止”按钮实现手动停止进水、排水、脱水及报警;输入点：输出点：启动 X1 低水位检测X11启动洗衣机y1停止 X2手动排水X12进水阀y2高水位x3手动脱水X13正转y3中水位x4反转y4低水位x5排水y5排空检测x6脱水y6高水位检测x7中水位检测X10报警y72.1控制系统的比较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
5、。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
6、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。2.2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
7、 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2.1所示：外部输入口接入输图2.1 PLC控制系统的硬件组成框图3硬件设计电气控制线路的原理草图QS断路开关家用可采用HZ10系列组合开关，主要用于电源的引入。FU熔断器是简单有效的保护电器，可选用半封闭插入式熔断器。KW接触器选用CJ12T-250系列交流接触器，额定电流250A。FR热继电器是一种保护电器，专 门用来对过载
8、及电源断相进行保护，以防止电动机因上述故障导致过热而损坏。 常用JR16、JR20、JRS1系列热继电器，本次设计采用JR16，额定电压380V，额 定电流150A。Ml、M2分别为进水电机和洗涤电机。X3、X4、X5、SB0为四触头 两档万能开关。SB1是手动脱水开关。X7、X10、X11分别为高、中、低位水位检 测压力传感器输入信号控制开关。TO、Tl、T2、T3分别为时间继电器，采用空 气式时间继电器，其具有结构简单、调整方便、价格较低等优点。本次设计我们 采用JS23系列空气时间继电器，线圈额定工作电压直流220V，延时范围0.2-0.3/s。如图3.1所示为系统电气控制原理图：QS_
9、FUFR SB0 U J -X3X7X4x5x3 X4X5|KW3KW2 T1T1X7| X107 yX1011T0SB1KW：T：T1T2T2KW3JlT2进水电机洗涤电机KW1 K20KW2 k30o K20 kw3k30o图3.1所示为系统电气控制原理图3.1全自动洗衣机的原理和构造全自动洗衣机在结构上大致可分为3中类型，即波轮式，滚筒式和搅拌式。 我国的洗衣机在结构上主要有波轮式和滚筒式两类，产品的类型以波轮式为主， 其他类型为辅。省水，省洗衣粉。滚筒式洗衣机不需要水位高过衣物，从而可节 约用水，并可减少洗衣粉的投放量。此次设计的自动洗衣机是波轮式全自动洗衣 机3.2洗涤脱水系统它主要
10、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。3.3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
11、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
12、机里的水就流不出去了。3.4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。采用减速离合器的全自动套 桶洗衣机传动系统的原理框如图3.2所示：电动机丫带减速比
13、约为 /,. 76）.图3.2采用减速离合器的全自动套桶洗衣机传动系统的原理框图电动机与固定在离合器下端的大传动带盘之间用V带传动。经第一级减速后 大传动带盘得到150r/min的转速。当洗衣机处于洗涤或漂洗状态时，再经离合 器内部的行星齿轮减速后，使波轮得到175r/min低转速。此时，洗涤（脱水） 桶不动。当洗衣机处于脱水状态时，离合器输出的是未经减速的850r/min的高 转速，驱动脱水桶和波轮作同步高速运转。对于使用普通离合器的小波轮套桶洗 衣机来说，有区别的仅仅是离合器内部没有行星齿轮减速机构，因此在洗涤或漂 洗时其波轮的转速与脱水时的转速时相同的。3.5控制系统原理波轮式全自动洗衣
14、机的电气控制系统由于洗衣机型号的不同而不尽相同，但 电气控制系统主要有程序控制器，电动机，进水电磁阀，排水电磁阀，水位开关, 安全开关及各种功能选择开关等组成的，控制的基本原理也都一样。全自动洗衣 机能实现洗衣的自动化，整个洗衣过程都是在程序控制器的“指挥”下进行的。 如把离合器比作全自动套桶洗衣机的心脏，则程序控制器就是全自动洗衣机的“大脑”。如图3.3所示以程序控制器为核心的波轮式全自动套桶洗衣机控制系统的基本原理方框图。程序控制器中存储着多种程序，一旦通过选择开关选好某种程序后，程序控 制器便按这种程序自动实施对电动机，进水和排水电磁阀的控制。安全开关又称 为盖开关，在洗衣机运行过程中起
15、安全保护作用，它的功能为：在洗衣机工作时 误开盖，安全开关便会切断电动机电源，自动中断程序；在脱水过程中如桶内衣 物摆放不均匀而产生大幅度振动时，安全开关自动中断脱水过程，启动蜂鸣器。 按照采用的程序控制器的不同，波轮式全自动套桶洗衣机的电气控制电路可分为 电动机驱动式程序控制器和单片机式程序控制器电路。电动机驱动式程序控制器 又称为机械式程序控制器，它具有程序组合量大，工作可靠，抗干扰能力强，而 且能直接控制较大电流等优点，单片机程序控制器具有结构紧凑，操作简便，功 能齐全，运行可靠等优点。目前，机械式程序控制器基本上已被淘汰。用PLC（单 片机）控制的全自动洗衣机各种动作典型的系统结构如图3.4所示：图3.4全自动洗衣机各种动作典型的系统结构图PLC在系统中是处于中心位置，水位开关的PLC的输入信号控制开关，进水 阀，排水阀和电动机是洗衣机各种动作的执行机构。其中进水阀和排水阀由PLC 给定信号来决定其工作状态；电动机的工作状态也由控制中心PLC给定信号来决 定，而电动机的正反转状态直接决定了洗衣机的洗涤状态和脱水
