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摘 要 全自動洗衣機(jī)是通過水位開關(guān)與電磁進(jìn)水閥配合來控制進(jìn)水、排水以及電機(jī)的通斷：從而實(shí)現(xiàn)自動控制的。電磁進(jìn)水閥起著通、斷水源的作用。本次課程設(shè)計，主要是選擇和修改關(guān)于控制方式的方案，包括器件的選擇、方案的論證還有實(shí)地監(jiān)測的效果。這樣才能實(shí)現(xiàn)洗衣機(jī)的用途，人們可以輕松使用它。本文對全自動洗衣機(jī)做了簡單說明，并且通過使用PLC控制器對全自動洗衣機(jī)的洗滌過程進(jìn)行了控制與模擬。通過本次課程設(shè)計，了解并掌握全自動洗衣機(jī)的控制系統(tǒng)原理，加強(qiáng)對可編程控制器的認(rèn)識。 關(guān)鍵詞：自動控制 PLC控制 模擬實(shí)驗(yàn) 目 錄 目 錄 1 1 引言 2 1.1背景意義 2 1.2 洗衣機(jī)發(fā)展歷史 2 1.3課題研究的目的與意義 2 1.4 課程設(shè)計的主要內(nèi)容 3 2 全自動洗衣機(jī)控制系統(tǒng)總體控制方案確定 3 2.1控制系統(tǒng)的特點(diǎn) 3 2.2 全自動洗衣機(jī)的PLC控制系統(tǒng)概述 4 2.3 PLC的設(shè)計步驟 4 3 全自動洗衣機(jī)的基本結(jié)構(gòu) 5 3.1 全自動洗衣機(jī)的原理和構(gòu)造 5 3.2 洗滌脫水系統(tǒng) 5 3.3 排水和進(jìn)水系統(tǒng) 6 3.4電動機(jī)及傳動系統(tǒng) 6 4 電氣控制系統(tǒng) 6 4.1 控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu) 6 4.2 控制系統(tǒng)原理 7 5 主要器件的選擇 7 5.1 電動機(jī)的選擇 7 5.2 可編程控制器的選擇 7 6 軟件設(shè)計 8 6.1 系統(tǒng)的順序功能圖設(shè)計 8 6.2 全自動洗衣機(jī)的控制要求 8 6.3 控制系統(tǒng)順序功能圖 9 6.4系統(tǒng)資源分布 9 7 總結(jié) 10 參 考 文 獻(xiàn) 11 附錄一 附錄二 附錄三 1 引言 1.1背景意義 洗衣機(jī)的發(fā)明和使用使得人們能從繁重的家務(wù)活動中解放出來，既省時又省力，由傳統(tǒng)的普通洗衣機(jī)進(jìn)一步發(fā)展成如今的全自動洗衣機(jī)，同時，洗衣機(jī)的洗滌方式也變得多種多樣?？删幊炭刂破鱌LC的出現(xiàn)使得洗衣機(jī)擺脫了傳統(tǒng)的人工操作，能自動完成洗滌、漂洗、脫水的轉(zhuǎn)換，實(shí)現(xiàn)了全自動控制。 1.2 洗衣機(jī)發(fā)展歷史 從古代到現(xiàn)今現(xiàn)代化社會，洗衣服一直是困擾無數(shù)人的難題，傳統(tǒng)的手洗不僅耗時費(fèi)力，而且效率不高，人們不得不把時間浪費(fèi)在洗衣服上，雖然先人前輩想出無數(shù)辦法改進(jìn)洗衣過程，然而收效甚微。不論是沖刷還是手搓這些耗費(fèi)體力的勞動往往帶給人們的是辛苦和疲憊。因此在洗衣機(jī)問世以前，這項勞動一直得不到很好地改善。全自動洗衣機(jī)它不需要人們來操作漂洗、脫水和洗滌這三個過程，能夠自動完成，實(shí)現(xiàn)狀態(tài)切換。閥門用來控制其進(jìn)水、排水過程，其中所用的程控器可分為兩類。 第一類：程控器由電動原件組成的電動控制洗衣機(jī).第二類：程控器由微型計算機(jī)組成的電腦控制洗衣機(jī)。 由于隨著微電子科學(xué)的研究深入和計算機(jī)的飛速發(fā)展，硬件化正逐步成為現(xiàn)代化自動控制系統(tǒng)的目標(biāo)。 波輪式洗衣機(jī)由于采用了不銹鋼的內(nèi)筒，這樣衣物在漂洗的過程中能減少磨損。由于它是同心洗，它的主軸和電動機(jī)軸是安裝在一起的，使得振動減小，噪聲降低。 1.3課題研究的目的與意義 本次設(shè)計要求洗衣機(jī)能自動實(shí)現(xiàn)過程的轉(zhuǎn)換，自動控制實(shí)現(xiàn)硬件軟化，控制方法簡單、能可靠穩(wěn)定運(yùn)行、便于維護(hù)。使用PLC有許多好處： （1）能夠抵抗較強(qiáng)信號干擾，使用讓人信服； （2） 方便人們使用，控制方式靈活； （3） PLC的編程語言是梯形圖語言，它比較容易學(xué)會，使用起來也很方便，而且它是直接控制過程的。不需要用戶具有很強(qiáng)的程序設(shè)計能力，只要用戶具備一定的計算機(jī)軟、硬件知識即可。深受廣大技術(shù)人員歡迎。PLC作為通用可編程控制器，是面向各大生產(chǎn)廠家以及企業(yè)的工控設(shè)備； （4） 便于維修，工作量小； （5） 很輕便，消耗的功率低。 1.4 課程設(shè)計的主要內(nèi)容 本次設(shè)計需要設(shè)計出穩(wěn)定性高、操作便利的的全自動洗衣機(jī)電氣控制系統(tǒng)方案，因此本系統(tǒng)采用可編程控制器PLC控制。 研究的具體內(nèi)容包括： 1）設(shè)計與繪制電氣原理圖（主電路和控制電路）或PLC外部接線圖、梯形圖和主電路圖，選擇電器元件（接觸器、熔斷器、熱繼電器要有計算過程），制訂元件目錄表； 2）繪制電氣布置圖； 3）繪制電氣接線圖； 4）編制設(shè)計說明書與設(shè)計小結(jié)； 5）列出設(shè)計參考資料目錄，不少于5個。 2 全自動洗衣機(jī)控制系統(tǒng)總體控制方案確定 2.1控制系統(tǒng)的特點(diǎn) PLC系統(tǒng)的特點(diǎn)： 1）抗干擾能力強(qiáng)，作為一種通用的可編程邏輯控制器，它能夠應(yīng)用與工業(yè)控制的各個領(lǐng)域并且能夠在各種不同的復(fù)雜的工作環(huán)境中實(shí)現(xiàn)正常工作。 2）使用便利，可以根據(jù)需要改變。 3）采用梯形圖語言進(jìn)行編程，容易掌握，面向廣大用戶。 4）易于安裝、調(diào)試、維修。 5)網(wǎng)絡(luò)功能強(qiáng)大，采用微電子設(shè)計，體積小，重量輕。 2.2 全自動洗衣機(jī)的PLC控制系統(tǒng)概述 采用可編程控制器PLC的全自動洗衣電氣控制系統(tǒng)機(jī)采用PLC控制系統(tǒng)能夠適應(yīng)各種復(fù)雜的環(huán)境，滿足客戶多種需求，而且省時節(jié)力、可靠性高。用單片機(jī)作為全自動洗衣機(jī)電氣控制系統(tǒng)的中心來控制洗衣機(jī)進(jìn)水、漂洗、排水、脫水四個程序。但是，相比較于PLC，單片機(jī)的控制語言和指令程序比較繁瑣復(fù)雜，不太容易被掌握。而且，我們在設(shè)計全自動洗衣機(jī)電氣控制系統(tǒng)時，必須要考慮到各種保護(hù)電路的裝置，例如過壓保護(hù)、過流保護(hù)、過載保護(hù)等。這樣一來，毫無疑問，增加了控制系統(tǒng)的復(fù)雜性，并且成本相對較高。如果，洗衣機(jī)發(fā)生故障，那么可見這將大大增加維修調(diào)試的難度和費(fèi)用。但是，如果利用PLC就能克服這些困難。因?yàn)槟K化的設(shè)計使得PLC應(yīng)用靈活、使用方便；易于安裝、調(diào)試、維修。采用梯形圖語言進(jìn)行編程，容易掌握，面向廣大用戶。 2.3 PLC的設(shè)計步驟 一般PLC控制系統(tǒng)的設(shè)計步驟有以下幾個流程： 1） 控制要求分析 2） 確定輸入/輸出設(shè)備 3） 選擇合適的PLC 4） I/O點(diǎn)數(shù)分配 5） PLC程序設(shè)計 6） 模擬調(diào)試 7） 現(xiàn)場聯(lián)機(jī)調(diào)試 8） 整理技術(shù)文件 由于這兩種控制方式在在各自的結(jié)構(gòu)組成和控制原理的不同導(dǎo)致它們存在很大的區(qū)別。所謂程序控制洗衣機(jī)就是用戶在使用它時可以通過要漂洗的衣物的量，衣物布質(zhì)的好壞和衣服的污垢的多少來選擇不同的程序洗衣服。它的操作程序是由生產(chǎn)廠家設(shè)定的。從而達(dá)到隨時隨地監(jiān)控衣物漂洗情況以及全自動洗衣機(jī)工作情況。因此，這種控制方式是智能全自動化控制，代表著目前自動控制的發(fā)展方向。但是由于這種洗衣機(jī)內(nèi)部存在這大量的傳感器以及各種控制器，所以他在制造成本上相對比較高。 3 全自動洗衣機(jī)的基本結(jié)構(gòu) 3.1 全自動洗衣機(jī)的原理和構(gòu)造 現(xiàn)在主要有三種類型的洗衣機(jī)。由于三種類型的洗衣機(jī)內(nèi)部構(gòu)造和原理不同，它們的優(yōu)缺點(diǎn)大不相同。首先，波輪式洗衣機(jī)。波輪式洗衣機(jī)它的內(nèi)筒是不銹鋼造的，在它的底部有一個渦輪，而且洗衣機(jī)的主軸和電動機(jī)主軸是連在一起的。這樣，在漂洗衣服時，渦輪能夠帶動水流旋轉(zhuǎn)，和洗衣機(jī)內(nèi)部不停接觸搓洗，使得衣服得到洗滌。優(yōu)點(diǎn)：洗滌衣物時，振動噪聲很低，能夠在很大程度上減輕衣物的磨損并能把衣物洗滌干凈。 攪拌式洗衣機(jī)：它在漂洗衣物時，讓攪拌器旋轉(zhuǎn)使得流水不停滾動，這樣衣服也就隨著一起不斷滾動，衣物之間摩擦去掉污垢。優(yōu)點(diǎn)：洗凈度高，衣物不會纏繞。缺點(diǎn)：衣物的損害大，內(nèi)部結(jié)構(gòu)復(fù)雜，維修不便。 滾筒式洗衣機(jī)：這種洗衣機(jī)內(nèi)部安裝一個可旋轉(zhuǎn)的內(nèi)筒，這樣在工作時電動機(jī)將內(nèi)筒帶動使得衣物到一定高度時釋放，達(dá)到摩擦去污的功能。優(yōu)點(diǎn)：對衣服損害小，利用高溫洗滌還有一定的滅菌作用。缺點(diǎn)：漂洗時間過長，內(nèi)部結(jié)構(gòu)比較繁瑣。 3.2 洗滌脫水系統(tǒng) 1）盛水桶：它是用來存放清水和洗滌精的器件，它是由塑料注塑成型的，固定在洗衣機(jī)底部的。盛水桶底端的圓孔與離合器水封配合能夠有效防止洗衣機(jī)漏水。在桶的底端設(shè)置有排水口，通過排水閥排去污水。桶壁上香柚小孔，這樣可以在水或者肥皂泡過量時排出去。它的下端開有導(dǎo)氣口利用軟管和洗衣機(jī)水位控制開關(guān)相連接，以此來控制水位的高低。 2)洗滌脫水桶：洗滌脫水桶也叫做離心桶。它的內(nèi)壁上設(shè)計有許多凹槽和凸起來的梗，這樣在洗滌衣物時能起到手搓摩擦的功能。在脫水桶的凹槽內(nèi)設(shè)計有許多小孔，這樣可以使得洗衣機(jī)的水從這些小孔排除達(dá)到脫水的目的。脫水桶的內(nèi)壁上還鑲嵌有回水管，它與波輪互相作用，漂洗時，洗滌精被波輪旋轉(zhuǎn)泵出，從回水管上端流出，于是經(jīng)過反反復(fù)復(fù)的的來回，裝有平衡圈的脫水桶就能實(shí)現(xiàn)脫水的功能，還可以減少振動噪聲。 3.3 排水和進(jìn)水系統(tǒng) 全自動洗衣機(jī)的給排水系統(tǒng)通過閥門和各種水位開關(guān)能夠?qū)崿F(xiàn)對水位不停地檢查，然后反饋回數(shù)據(jù)。閥門分為進(jìn)水閥和出水閥進(jìn)水閥能夠控制洗衣機(jī)的進(jìn)水開關(guān)，而排水電磁閥控制洗衣機(jī)的排水開關(guān)。通電時，閥門打開，洗衣機(jī)向外排水：斷電時，閥門關(guān)閉，使得水流不出去。 3.4電動機(jī)及傳動系統(tǒng) 一般情況下，離合器使洗衣機(jī)在工作時轉(zhuǎn)速相同。但是對于大波輪洗衣機(jī)一般利用減速離合器，波輪的轉(zhuǎn)速在漂洗工作時較慢，在脫水時較快。一般來說，電動機(jī)的功率較大以滿足洗滌容量。 電動機(jī)與傳動帶連接。當(dāng)洗衣機(jī)漂洗衣物時，經(jīng)過內(nèi)部的行星齒輪減速，得到低轉(zhuǎn)速。此時，脫水桶靜止。脫水時，脫水桶和波輪通過離合器輸出的高轉(zhuǎn)速來運(yùn)轉(zhuǎn)。這樣使得洗衣機(jī)的電動機(jī)及傳動系統(tǒng)得到改善。 4 電氣控制系統(tǒng) 4.1 控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu) 雖然因?yàn)橄匆聶C(jī)的型號差異使得他們的控制系統(tǒng)不大相同，但是洗衣機(jī)的電氣控制系統(tǒng)都要有電動機(jī)、程控器、閥門以及各種傳感器和開關(guān)等部件，而且它們的原理都是一樣的。程控器是全自動洗衣機(jī)的的核心，洗衣機(jī)能夠?qū)崿F(xiàn)全自動化就是因?yàn)槌炭仄鞯目刂谱饔谩? 4.2 控制系統(tǒng)原理 全自動洗衣機(jī)的電動機(jī)、閥門、開關(guān)和傳感器都是用程序控制器來控制運(yùn)行的，一般來說，用戶通過開關(guān)選擇程序后，程控器就會指揮洗衣機(jī)各個部件來完成工作。一般全自動洗衣機(jī)內(nèi)部都安裝有安全開關(guān)，它能實(shí)時保護(hù)洗衣機(jī)的運(yùn)行過程，避免因誤操作造成的損失和傷害。前者它的程序組成量大，因此可靠性高，而且能穩(wěn)定工作，不受干擾。 PLC在整個控制系統(tǒng)中起著舉足若輕的作用。水位信號通過PLC控制閥門和電動機(jī)運(yùn)行。通過整個原理圖我們可以看到PLC在整個控制系統(tǒng)中的起著實(shí)時監(jiān)控、發(fā)送指令、通過反饋系統(tǒng)返回的數(shù)據(jù)信息再經(jīng)過PLC進(jìn)行分析處理然后下達(dá)給各個指令機(jī)構(gòu)執(zhí)行。 由此我們可以看到，利用可編程控制器PLC我們就能實(shí)現(xiàn)洗衣機(jī)的全自動化，作為控制系統(tǒng)的核心，與各個指令執(zhí)行模塊組成了全自動洗衣機(jī)的電氣控制系統(tǒng)。 5 主要器件的選擇 5.1 電動機(jī)的選擇 一般來說，家庭用的全自動洗衣機(jī)大多數(shù)是單相電容運(yùn)轉(zhuǎn)式異步電動機(jī)，因?yàn)檫@是受到家庭電源的限制?？紤]到全自動洗衣的偏心率，一般洗衣機(jī)的脫水桶直徑，而且必須以最大的偏心數(shù)據(jù)來計算漂洗的衣物。由于電動機(jī)在脫水時比在漂洗時功率消耗較大，所以必須要用脫水時的功率來設(shè)置電動機(jī)功率。 5.2 可編程控制器的選擇 本次課程設(shè)計是全自動洗衣機(jī)電氣控制系統(tǒng)設(shè)計，我選用的是西門子公司的S7-200PLC。它能可靠完成用戶需要的功能，穩(wěn)定性強(qiáng)，抗干擾能力強(qiáng)。它的編程語言對于廣大用戶比較簡單，易于掌握和聯(lián)機(jī)調(diào)試，而且它能適應(yīng)各種復(fù)雜的工業(yè)環(huán)境。目前，PLC正朝著體積更小、速度更快、功能更強(qiáng)、價格更低的方向發(fā)展。 PLC是整個電氣控制系統(tǒng)的“靈魂”，由它來控制驅(qū)動各個執(zhí)行機(jī)構(gòu)來完成用戶指定的目標(biāo)程序。閥門、傳感器、開關(guān)和電動機(jī)組成了PLC控制系統(tǒng)。整個系統(tǒng)能實(shí)時監(jiān)控洗衣機(jī)工作狀態(tài)，并能及時反饋信息調(diào)整程序以達(dá)到自動化的目的。 根據(jù)實(shí)時反饋的數(shù)據(jù)，經(jīng)過PLC進(jìn)行處理分析，形成新的指令下達(dá)給各個功能模塊，完成用戶所需要的功能。 6 軟件設(shè)計 6.1 系統(tǒng)的順序功能圖設(shè)計 水流在渦輪的作用下，帶動衣物高速旋轉(zhuǎn)與桶壁發(fā)生摩擦，反反復(fù)復(fù)，不斷摔打沖刷，就像手洗一樣洗凈污垢。而且由于水流和衣服存在運(yùn)動差，這樣就會使它們發(fā)生相對摩擦，也能洗掉污垢。同時，由于在洗衣機(jī)的內(nèi)筒壁上有許多凸槽，這就加大了衣服與桶壁的摩擦，使衣物能洗得更干凈。 6.2 全自動洗衣機(jī)的控制要求 1）選擇合適的水位開關(guān)，按下“啟動”按鈕； 2）洗衣機(jī)進(jìn)水； 3）水滿時停止進(jìn)水，電動機(jī)正轉(zhuǎn)； 4）正轉(zhuǎn)30s暫停； 5）暫停2s開始反轉(zhuǎn)； 6）反轉(zhuǎn)30s暫停； 7）暫停2s后，沒有達(dá)到五次的話返回； 8）排水； 9）當(dāng)水位達(dá)到設(shè)定值時開始脫水； 10）脫水30s說明完成了一次大循環(huán)； 11）當(dāng)2次大循環(huán)結(jié)束，報警3s并自動停機(jī)； 12）可按“停止”按鈕達(dá)到手動停止； 13）可按“排水”按鈕實(shí)現(xiàn)手動排水； 6.3 控制系統(tǒng)順序功能圖 用戶在使用全自動洗衣機(jī)的時候，打開啟動按鈕，洗衣機(jī)開始進(jìn)水直到洗衣機(jī)內(nèi)的液位達(dá)到設(shè)定值就停止。暫停2秒洗衣機(jī)就開始漂洗衣服，電動機(jī)帶動波輪先是正轉(zhuǎn)30秒然后停止，暫停兩秒后洗衣機(jī)再反轉(zhuǎn)30秒。這樣連續(xù)5次。經(jīng)過5次洗衣正反轉(zhuǎn)后，衣服洗好后，洗衣機(jī)開始自動排水。直到洗衣機(jī)將桶內(nèi)污水全部排空后，這時，洗衣機(jī)開始自動進(jìn)行脫水。 經(jīng)過整個流程運(yùn)行后，全自動洗衣機(jī)就能實(shí)現(xiàn)用戶所需要的功能，能夠達(dá)到自動化的目的，節(jié)省人力物力。 6.4系統(tǒng)資源分布 數(shù)字量輸入部分我設(shè)計了11個開關(guān)按鈕，它們能夠?qū)崿F(xiàn)用戶所需要的各種功能，并且也滿足廣大用戶的不同需要，可以根據(jù)不同的現(xiàn)實(shí)情況進(jìn)行選擇，達(dá)到最佳洗滌效果。全自動洗衣機(jī)不僅要能做到全自動化的目的，更要方便不同人群，不同功能選擇，只有這樣，才能使全自動洗衣機(jī)適應(yīng)性強(qiáng)，可靠性高。、 表1 .I/O分配表 輸入地址 對應(yīng)的外部設(shè)備 I0.0 啟動按鈕 I0.1 停止按鈕 I0.2 水位開關(guān)（高水位） I0.3 水位開關(guān)（中水位） I0.4 水位開關(guān)（低水位） I0.5 高水位浮球開關(guān) I0.6 中水位浮球開關(guān) I0.7 低水位浮球開關(guān) I1.0 水排空浮球開關(guān) Q0.0 洗滌電動機(jī)正轉(zhuǎn)繼電器 Q0.1 洗滌電動機(jī)反轉(zhuǎn)繼電器 Q0.2 進(jìn)水電磁閥 Q0.3 排水電磁閥 Q0.4 脫水桶 Q0.5 報警器 7 總結(jié) 本次課程設(shè)計是我大學(xué)所學(xué)和所得的一個總結(jié)，通過本次課程設(shè)計我收獲了很多。回首過去的這三個周，其中有甜蜜也有苦澀，本次課程設(shè)計能夠把我大學(xué)所學(xué)到的所掌握的知識進(jìn)行一個升華沉淀。通過本次課程設(shè)計反映的問題，會時刻提醒我在日后的學(xué)習(xí)中不斷改進(jìn)，不斷提高。 參 考 文 獻(xiàn) [1]張萬忠《電器與PLC控制技術(shù)》.化學(xué)工業(yè)出版社.2011 [2]趙安陽.《電氣基礎(chǔ)實(shí)踐》.機(jī)械工業(yè)出版社.2007 [3]孫國璐.《自動控制技術(shù)》.中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)出版社.2007 [4]李陽.《PLC應(yīng)用與實(shí)踐》.北京郵電大學(xué)出版社.2001 [5]鄒士群.《自動化入門》.中國電力出版社,2002 附錄一：PLC外部接線圖 附錄二：電氣布置圖 附錄三：I/O分配表 輸入地址 對應(yīng)的外部設(shè)備 I0.0 啟動按鈕 I0.1 停止按鈕 I0.2 水位開關(guān)（高水位） I0.3 水位開關(guān)（中水位） I0.4 水位開關(guān)（低水位） I0.5 高水位浮球開關(guān) I0.6 中水位浮球開關(guān) I0.7 低水位浮球開關(guān) I1.0 水排空浮球開關(guān) Q0.0 洗滌電動機(jī)正轉(zhuǎn)繼電器 Q0.1 洗滌電動機(jī)反轉(zhuǎn)繼電器 Q0.2 進(jìn)水電磁閥 Q0.3 排水電磁閥 Q0.4 脫水桶 Q0.5 報警器