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1、机电工程学院课程设计说明书设计题目:全自动洗衣机控制系统设计学生姓名：学号： 20094805专业班级： 机制 F09指导教师：2018 年 12 月12 日内容摘要本文介绍了利用西门子系列PLC对全自动洗衣机控制系统总体控制， 阐述了控制方案。实现全自动洗衣机控制系统总体控制有多种，可以采用 早期的模拟电路、数字电路或模数混合电路。近年来随着科技的飞速发 展，单片机、PLC的应用不断地走向深入，同时带动传统的控制检测技术 的不断更新。本文采用德国西门子公司生产的S7-200型PLC作为核心控 制器进行全自动洗衣机控制系统的设计，并且设计出了系统结构图、程序 指令、梯形图以及输入输出端子的分配
2、方案。同时根据全自动洗衣机控制 系统总体控制要求和特点，确定PLC的输入输出分配，并进行现场调试。关键词：PLC ；全自动洗衣机控制系统；PLC程序设计目录第 1 章引言 1第 2 章全自动洗衣机控制系统总体控制方案确定 22.1 总体控制方案确定 22.1.1 控制系统方案选择 22.1.2洗衣机的PLC控制系统概述2第 3 章全自动洗衣机的基本结构 43.1 全自动洗衣机的原理和构造 43.2 洗涤脱水系统 53.3 排水和进水系统 53.4 电动机及传动系统 6第4章电气控制系统74.1 控制系统结构 74.2 控制系统原理 74.3 主电路图 8第 5 章主要器件的选择 95.1 电动
3、机的选择 95.2 可编程控制器外部设计 95.2.1 PLC 的选型 95.2.2 I/O 分配表及接线图 10第 6 章软件设计 136.1 系统的顺序功能图设计 136.2 全自动洗衣机的控制要求设计步骤 136.2.1 控制要求 136.2.2 控制程序的执行过程 136.4 控制系统的梯形图设计156.5 语句表 186.6 程序运行20结论 23设计总结 24谢辞 25参考文献 26第1章引言洗衣机是人们日常生活中常见的一种家电，已经成为人们生活中不可 缺少的家用电器。传统的基于继电器的控制，已经不能满足人们对洗衣机 的自动化程度的要求了。洗衣机需要更好地满足人们的需求，必须借助于
4、 自动化技术的发展。而随着PLC技术的发展，用PLC作为控制器，就能很 好地满足全自动洗衣机对自动化的要求，并且控制方式灵活多样，控制模 式可以根据不同场合的应用而有所不同。自动化技术的飞速发展使得洗衣 机由初始的半自动式洗衣机发展到现在的全自动洗衣机，又正在向智能化 洗衣机方向发展。自动洗衣机就是将洗衣的全过程（泡浸-洗涤-漂洗-脱水预先设定好 N 个程序,洗衣时选择其中一个程序,打开水龙头和启动洗衣机开关后洗衣的 全过程就会自动完成,洗衣完成时由蜂鸣器发出响声。通过PLC课程设计，进一步掌握PLC的原理和系统设计方法。培养和锻炼应用PLC的能力。为今后实际应用和设计PLC系统打下良好的基础
5、。要求了解PLC控制系统设计的全过程，熟悉PLC系统设计的相关内 容，掌握系统的方法和步骤。主要包括：系统工艺过程和控制要求；系统 分析和方案论证、系统功能图；硬件设计、程序设计；系统的调试步骤和 方法。完成一个小型系统上位机和下位机的设计。第 2 章 全自动洗衣机控制系统总体控制方案确定2.1 总体控制方案确定2.1.1 控制系统方案选择单片机系统的特点：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。PLC
6、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
7、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。因此，选用 PLC 作为控制系统。2.1.2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，隐含较高的故障率无形地增加了维修成本费用，在各种 控制系统中
8、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所示：第3 章 全自动洗衣机的基本结构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。首先做一下比较：滚筒式洗衣机具有如下性能：1）更好的软化衣物纤维，减小洗涤过程中衣物的损伤和变形，并且 还可以使洗后的衣物柔软而蓬松。2）提高温度
9、来洗涤可充分溶解洗衣粉，加快洗衣粉中弱酸性物质与 污物的化学反应速度，提高洗衣粉中酶的活性，同时有利于溶解汗渍，血 渍，降低灰尘，油污的粘附作用，从而可在同样的洗净比下大幅度降低洗 涤过程对机械力的需求。3）温度高有利于污物在水中的扩散。4）高温能有效的杀死一些细菌。没有加温的洗涤的波轮式洗衣机无论怎样的水流，要达到一定的洗净 比，都必须有足够的机械力，而机械力对衣物是由损伤的，这就决定了波 轮式洗衣机的磨损率大大高于滚筒式洗衣机。各种新水流基本原理是一样的，就是尽量以紊乱的水流减小衣物的缠 绕，增大水流的冲刷力以用于洗涤，与以前依靠衣物与桶壁和衣物相互之 间的摩擦方式相比，水流冲刷对衣物的损
10、伤较小。滚筒式洗衣机有如下特点：1）磨损低，没有缠绕，机械传动部分简单可靠，寿命长于波轮式洗 衣机。2）自动化程度高，可以自动投放洗衣粉，漂白粉等，为不同质地的 棉制品，化纤制品，羊毛制品设计了不同的洗涤程序和洗涤温度，使洗涤 更为科学。设有防皱浸泡功能，可将洗好的衣物浸泡在清水里，到晾晒前 再甩干，避免衣物甩干后不能及时取出晾晒而起皱。3）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。4）高温洗涤有一定的灭菌作用。5）洗涤过程噪声小，滚筒式洗衣机属封闭式洗涤，可以有效屏蔽内 桶转动声和水流声；而波轮式洗涤的水流声，脱水内桶转动声是不可避免 的且刹车
11、装置和电磁阀动作声音也很大。由于滚筒式洗衣机的价格大大高于波轮式洗衣机，所以波轮式洗衣机 仍然受到普遍欢迎。波轮式洗衣机的特点：1水流方面。现在波轮式全自动洗衣机出现了一种新水流的形式。如 LG 的拳击棒，松下的双瀑布，荣事达的网络水流等都采用了这种水流。2）程序控制器。新推出的波轮式全自动洗衣机均采用单片机程序控 制器，原来的机械式程序控制器基本上已被淘汰。各厂家生产的各种型号 的波轮式全自动洗衣机的控制程序有所不同。如在模糊控制的洗衣机中， 单片机通过采集水位传感器，布量传感器，光传感器的信号以及电动机的 转速，判断出衣物的质地，多少，赃物程度，从而自动调整对衣物进行合 理的洗涤。3不锈钢
12、内桶。波轮式洗衣机采用了不锈钢内桶，减小衣物和内桶壁 摩擦力，从而减轻衣物的磨损。4同心洗。同心洗是直接把电动机轴与洗衣桶主轴同心安装，直接驱 动。使洗涤和脱水时洗衣桶振动减小，噪声降低。5变频波轮式洗衣机可以对不同质地的衣物自动选择不同的电动机转 速，从而给不同质地的衣物以恰当的洗涤强度，在保证洗得干净的同时， 也最大限度地降低衣物的磨损。同时还可以在脱水甩干时，由慢到快地启 动，使衣物在桶内分布均匀，脱水效果好，同时由于衣物均匀分布在洗衣 桶的四周，洗衣桶的重心落在轴心上，可以减小振动，降低噪声，但是价 格较贵。6 ）波轮式全自动洗衣机通常都采用将洗涤 脱水）桶套装在盛水桶 内的同轴套桶式
13、结构，虽然它们各自牌号和型号都不同，但其结构都是由 洗涤，脱水系统，进，排水系统，电动机和传动系统，电器控制系统以及 支撑机构5 大部分组成的。支撑机构主要有箱体，,吊杆及控制台组成， 它除了安装和连接洗衣机的各种零件外还具有减震防护功能。3.2 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
14、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
15、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，阀门自动关闭，洗衣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。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
