洗衣機的系統(tǒng)控制設計畢業(yè)論文

1、論文（設計）題目： 洗衣機的系統(tǒng)控制設計 II摘 要隨著科學技術不斷進步和社會飛速發(fā)展，洗衣機成為人民日常生活息息相關的家用電器產品。洗衣機的全自動化、多功能化、智能化是其發(fā)展方向?；谌詣酉匆聶C的應用日益廣泛，本次設計利用三菱公司生產的PLC控制全自動洗衣機，與傳統(tǒng)的繼電器邏輯控制系統(tǒng)相比較，洗衣機可靠性、節(jié)能性得到了提高。PLC控制不需要大量的活動部件和電子元器件，它的接線也大大減少，與此同時系統(tǒng)維修簡單、維修時間縮短。本次設計首先介紹了洗衣機的發(fā)展，分類和工作原理。然后重點介紹了洗衣機的設計，對程序流程圖及編程軟件進行了說明。本次設計采用置位復位控制指令編程，根據(jù)工藝要求編程簡單，PL

2、C采樣按鈕及限位開關外部輸入信號的變化，執(zhí)行相應的程序，然后輸出控制電機正反轉及脫水處理。最后就本課題所做的工作進行了總結，并對進一步的研究提出了自己的看法。本次設計的全自動洗衣機工藝要求有待改善，不可以單獨脫水及洗衣時間的設置；由于時間有限，沒做進一步的改善。基于全自動洗衣機在日常生活中廣泛運用，本設計具有廣泛的推廣價值。關鍵詞：全自動洗衣機；三菱FX2N系列；PLC控制目 錄1.1 課題概述11.2 洗衣機發(fā)展概況11.3 洗衣機的分類及工作原理21.3.1 洗衣機的分類21.3.2 洗衣機的工作原理31.4 課題研究的目的與意義51.5 本課題研究的主要內容62.1 系統(tǒng)簡介72.1.1

3、 全自動洗衣機的工作原理72.1.2 系統(tǒng)的控制要求82.2 系統(tǒng)的組成與功能82.3 系統(tǒng)控制主電路103 系統(tǒng)軟件設計113.1 程序流程圖113.2 程序說明13總結17參考文獻18致 謝19 1 緒論1.1 課題概述 本次設計基于PLC的全自動洗衣機控制，本文的課題源于市場上洗衣機產品。采用PLC控制開發(fā)的周期短，開發(fā)成本低，可以直接用于工業(yè)現(xiàn)場控制。PLC控制具有實時性、信號處理時間短、速度快、更能滿足各個領域大、中、小型工業(yè)控制項目，可靠性高，豐富的I/O卡件，質優(yōu)價廉，性價比高，安裝簡單，維修方便，PLC控制能在高粉塵、高噪聲、強電磁干擾和溫度變化劇烈的環(huán)境下正常工作。因為它是整

4、體模塊，集中了驅動電路、檢測電路和保護電路以及通訊聯(lián)網(wǎng)功能，所以在使用中，硬件相對簡單，編程語言也相對簡單，并且測試容易，維修方便，更可以提高控制系統(tǒng)設計的靈活性及控制系統(tǒng)的可靠性。本設計以操作簡單、使用可靠、維護修理方便作為主要設計方向。1.2 洗衣機發(fā)展概況世界上第一臺洗衣機于1858年誕生，但這臺洗衣機使用費力，且損傷衣服，因而沒被廣泛使用，但這卻標志了用機器洗衣的開端。1874年,“手洗時代”受到了前所未有的挑戰(zhàn)，美國人發(fā)明了木制手搖洗衣機。1880年，美國發(fā)明了蒸氣洗衣機，蒸氣動力開始取代人力。蒸汽洗衣機之后，水力洗衣機、內燃機洗衣機也相繼出現(xiàn)。1910年，美國試制成功世界上第一臺電

5、動洗衣機，電動洗衣機的問世，標志著人類家務勞動自動化的開端。1922年，美國改造了洗衣機的洗滌結構，把拖動式改為攪拌式，使洗衣機的結構固定下來，這也就是第一臺攪拌式洗衣機的誕生。1932年，美國研制成功第一臺前裝式滾筒洗衣機。1955年，在引進英國噴流式洗衣機的基礎之上，日本研制出獨具風格、并流行至今的波輪式洗衣機。全自動洗衣機從結構上分有波輪式、攪拌式、滾筒式。目前,國內市場上銷售的大都是波輪式和滾筒式，供應最多的是波輪式洗衣機。波輪式洗衣機的特點是洗凈率高,但對衣服的磨損很大,隨著人們生活水平不斷地提高，絲綢、毛料、羊毛等大量走進普通家庭,廠商又適時地推出了滾筒洗衣機,它最大的優(yōu)點是磨損率

6、小,但洗凈率比波輪式低、價格高。洗衣機產品可以分三類：普通型、半自動型和全自動型。普通型和半自動型洗衣機，都需要人為參與操作，才能完成洗衣、甩干、排水全過程；而全自動洗衣機在整個洗滌、甩干、排水過程中，無需人為操作和監(jiān)控。國內外洗衣機品牌有海爾、小天鵝、榮事達、松下、惠而浦水仙、LG、熊貓、西門子、日立。1.3 洗衣機的分類及工作原理1.3.1 洗衣機的分類 1、按結構形式分：單桶、雙桶、多桶型。 2、按洗滌方式結構原理分： 滾筒式洗衣機：衣物半浸沒于水中，滾筒作有規(guī)律的間歇的正反轉動，滾筒內凸筋把衣物帶至高處再跌下，起揉搓作用，進行洗滌。 類型：前裝式滾筒洗衣機。 頂裝式滾筒洗衣機。 波輪式

7、（渦卷式）洗衣機（也稱日本式洗衣機）： 優(yōu)點：結構簡單，體積小，重量輕，操作方便，耗電量少，洗凈率高。 缺點：漂洗衣物不均勻，損衣率高。 攪拌式或擺動（葉）式洗衣機： 洗衣機有一根主柱，由電動機帶動擺動葉繞定軸作周期往復運動，每次轉動角度小于360度。 (4) 其他：噴流式、噴射式、振動式等，市場上比較少見。 3、按自動化程度分： 普通型洗衣機： 攪拌動作為電動機帶動正轉、反轉及停止定時器控制，而進水、排水、脫水等完全手動。 半自動型洗衣機： 半自動單筒型：洗滌、漂洗、進出水均自動按設定程序與時間進行，沒有脫水機。 半自動雙筒型：由洗滌、脫水兩部分組成。先自動完成洗滌、漂洗。再由人工把洗凈的衣

8、物放入甩干桶中脫水。 全自動型洗衣機： 可按選定的工作程序自動完成洗滌、漂洗、脫水、甩干、進水、排水等動作，無看管。 類型：機械全自動型：由電動程控器控制。 電腦全自動型：由電腦程控器控制。1.3.2 洗衣機的工作原理 洗衣機（washing machine/washer）是利用電能產生機械作用來洗滌衣物的清潔電器。按其額定洗滌容量分為家用和集體用兩類。中國規(guī)定洗滌容量在6kg以下的屬于家用洗衣機：家用洗衣機主要由箱體、洗滌脫水桶（有的洗滌和脫水桶分開）、傳動和控制系統(tǒng)等組成，有的還裝有加熱裝置。洗衣機一般專指使用水作為主要的清洗液體，有別于使用特制清潔溶液，及通常由專人負責的干洗。（1）普通

9、型波輪洗衣機由洗衣桶、電動機、定時器、傳動部件、箱體、箱蓋及控制面板等組成。工作原理是依靠裝在洗衣桶底部的波輪正、反旋轉，帶動衣物上、下、左、右不停地翻轉，使衣物之間、衣物與桶壁之間，在水中進行柔和地摩擦，在洗滌劑的作用下實現(xiàn)去污清洗。 （2）波輪式洗衣機中產生機械作用的主要部件是波輪。它設置在洗滌捅底，在電機的驅功下重復作“正轉-停-反轉-停-正轉”運動。波輪旋轉時對洗滌液的作用力P可以分解為與轉軸平行方向的軸向分力Po 及在波輪平面內的切向分力Pt和徑向分力Pn。軸向分力可以減少衣物與波輪的摩擦；切向分力使洗滌液產生水平方向的渦流；徑向分力將洗滌液甩向桶壁。使之沿捅壁上升，造成波輪中心區(qū)的

10、負壓。因壓力差，四周的液體迅速向下流動，以彌補波輪四周的液體。這樣就形成了洗滌捅內上下翻滾的流場。（3）機械全自動洗衣機由電動程控器、水位開關、安全開關（蓋開關）、排水選擇開關、不排水停機開關、貯水開關、漂洗選擇開關、洗滌選擇開關等組成。工作原理：通過各種開關組成控制電路，來控制電動機、進水閥、排水電磁鐵及蜂鳴器的電壓輸出，使洗衣機實現(xiàn)程序運轉。1.3.2 洗衣機的洗衣特點（1） 波輪式洗衣機洗衣特點：微電腦控制洗衣及甩干功能、省時省力。缺點：耗電、耗水、衣物易纏繞、清潔性不佳。適合洗滌衣物：除需要特別洗滌之外的所有衣物。波輪式洗衣機流行于日本、中國、東南亞等地。（2） 滾筒式洗衣機洗衣特點：

11、微電腦控制所有功能、衣物無纏繞。最不會損耗衣物的方式 。缺點：耗時，時間是普通的幾倍，而且一旦關上門，洗衣過程中無法打開，潔凈力不強。適合洗滌衣物：羊毛、羊絨以及絲綢、純毛類織物。流行于歐洲、南美等主要穿毛、綿為主的地區(qū)，幾乎100的家庭使用的都是滾筒洗衣機。優(yōu)點：全面的洗滌能力鶴立雞群。因為衣物在洗滌過程中不纏繞、洗滌均勻、磨損小，所以就連羊絨、羊毛、真絲衣物也能在機內洗滌，做到真正的全面洗滌性能?？梢岳眉訜峒せ钕匆路壑械幕钚悦?，充分發(fā)揮出洗衣粉的去污效能。由于用水量較小，可以在桶內形成高濃度洗衣液，在節(jié)水的情況下帶來理想的洗衣效果。這種發(fā)源于歐洲的洗衣機是模仿棒錘擊打衣物原理設計，利用電

12、動機的機械做功使?jié)L筒旋轉，衣物在滾筒中不斷地被提升摔下，再提升再摔下，做重復運動，加上洗衣粉和水的共同作用使衣物洗滌干凈。滾筒洗衣機的發(fā)展最為成熟，多年來在結構上沒有多少變化，基本是不銹鋼內桶，機械程序控制器，經(jīng)過磷化、電泳、噴涂三重保護的外殼，和兩塊笨重的水泥塊用于平衡滾筒旋轉時產生的巨大離心力，由于用料比波輪洗衣機好，所以壽命一般在15-20年，而以塑料件為主的波輪壽命一般只有8-10年左右。（3） 攪拌式洗衣機洗衣特點：衣物潔凈力最強，省洗衣粉攪拌式洗衣機。缺點：喜歡纏繞相比前兩種方式損壞性加大，噪音最大。適合洗滌衣物：除需要特別洗滌之外的所有衣物。北美普遍使用。1.4 課題研究的目的與

13、意義本課題主要著重于全自動洗衣機的控制，要求洗衣機能實現(xiàn)進水、洗滌、排水、脫水、報警，所采用的控制方法操作簡單、穩(wěn)定可靠、維護與維修方便。控制方法確定后投入生產要縮短控制系統(tǒng)的設計的時間和調試周期，且要降低成本。傳統(tǒng)的洗衣機采用繼電器控制的優(yōu)點是裝置結構簡單、價格便宜、抗干擾能力強。但是，這也是隨之帶來的一些問題，如絕大多數(shù)控制繼電器都是長期磨損和疲勞工作條件下進行的，容易損壞，而且繼電器的觸點容易產生電弧，甚至會熔在一起產生誤操作，引起嚴重的后果。在全負荷運載的情況下，大的繼電器將產生大量的熱及噪聲，同時也消耗了大量的電能。并且繼電器控制系統(tǒng)必須是手工接線、安裝，如果有簡單的改動，也需要花費

14、大量時間及人力和物力去改制、安裝和調試。這種電路接線多，只適用于小型的控制電路。采用PLC控制比繼電器控制好的多，我們采用PLC來控制。 （1） 可靠性高，抗干擾能力強，高可靠性是電氣控制設備的關鍵性能。PLC由于采用現(xiàn)代大規(guī)模集成電路技術，采用嚴格的生產工藝制造，內部電路采取了先進的抗干擾技術，具有很高的可靠性。（2） 配套齊全，功能完善，適用性強PLC發(fā)展到今天，已經(jīng)形成了大、中、小各種規(guī)模的系列化產品。可以用于各種規(guī)模的工業(yè)控制場合。（3） 易學易用，深受工程技術人員歡迎PLC作為通用工業(yè)控制計算機，是面向工礦企業(yè)的工控設備。（4） 系統(tǒng)的設計、建造工作量小、維護方便、容易改造，PLC用

15、存儲邏輯代替接線邏輯，大大減少了控制設備外部的接線，使控制系統(tǒng)設計及建造的周期大為縮短，同時維護也變得容易起來。更重要的是使同一設備經(jīng)過改變程序改變生產過程成為可能。這很適合多品種、小批量的生產場合。（5） 體積小，重量輕，能耗低，由于體積小很容易裝入機械內部，是實現(xiàn)機電一體化的理想控制設備。1.5 本課題研究的主要內容本課題需研制出可靠性高、易于操作的全自動洗衣機控制方法，該系統(tǒng)采用PLC控制，主要包括電動機正反轉控制、離合器控制、進排水電磁閥控制、循環(huán)控制、保護和聯(lián)鎖。研究的具體內容包括：（1） 深入了解洗衣機的發(fā)展、結構及控制要求。（2） 控制系統(tǒng)設計。包括硬件設計，各硬件模塊的介紹，軟

16、件設計，編程方法。2 系統(tǒng)硬件設計2.1 系統(tǒng)簡介2.1.1 全自動洗衣機的工作原理以日常生活中最常見的波輪式全自動洗衣機為例，洗衣機的洗衣桶（外桶）和脫水桶（內桶）是以同一中心安放的。外桶固定，作盛水用。內桶可以旋轉，作脫水（甩水）用。內桶的四周有很多小孔，使內外桶的水流相通。該洗衣機的進水和排水分別由進水電磁閥和排水電磁閥來執(zhí)行。進水時，通過電控系統(tǒng)使進水閥打開，經(jīng)進水管將水注入到外桶。排水時，通過電控系統(tǒng)使排水閥打開，將水由外桶排出到機外。洗滌正轉、反轉由洗滌電動機驅動波盤正、反轉來實現(xiàn)，此時脫水桶并不旋轉。脫水時，通過電控系統(tǒng)將離合器合上，由洗滌電動機帶動內桶正轉進行甩干。高、低水位開

17、關分別用來檢測高、低水位。啟動按鈕用來啟動洗衣機工作。停止按鈕用來實現(xiàn)手動停止進水、排水、脫水及報警。排水按鈕用來實現(xiàn)手動排水。波輪式全自動洗衣機的實物示意圖如圖2-1所示。圖2-1 洗衣機示意圖2.1.2 系統(tǒng)的控制要求PLC投入運行，系統(tǒng)處于初始狀態(tài)，準備好啟動。（1） 按下啟動按鈕后，進水電磁閥打開并開始進水。達到高水位時停止進水，進入洗滌狀態(tài)。（2） 洗滌時內桶正轉洗滌15秒暫停3秒，再反轉洗滌15秒暫停3秒，又正轉洗滌15秒暫停3秒······如此循環(huán)反復30次。（3） 洗滌結束后，排水電磁閥打開，進入排水狀態(tài)。當水位下降到

18、低水位時進入脫水狀態(tài)并同時排水，脫水時間為10秒。即完成一次從進水到脫水的工作循環(huán)過程。（4） 若未完成3次大循環(huán)，則返回從進水開始的全部動作，進行下一次大循環(huán)；若完成了3次大循環(huán)，則進行洗完報警。（5） 報警10秒結束全部過程，自動停機。（6） 此外按排水按鈕可實現(xiàn)手動排水；按停車按扭可停止進水、排水、脫水及報警。2.2 系統(tǒng)的組成與功能該系統(tǒng)的設計主要包含兩大部分，硬件部分選型，軟件部分設計。其中軟件部分包括PLC軟件部分設計，組態(tài)軟件設計兩部分部分。而軟件設計是核心內容。一般來說，PLC控制系統(tǒng)有以下三種類型。（1） PLC構成的單機系統(tǒng)這種系統(tǒng)的被控對象是單一的機器生產或生產流水線，其

19、控制器是由單臺PLC構成，一般不需要與其他PLC或計算機進行通信。但是，設計者還要考慮將來是否有聯(lián)網(wǎng)的需要，如果有的話，應當選用具有通信功能的PLC。如圖2-2所示。圖 2-2 PLC單機控制圖（2） PLC構成的集中控制系統(tǒng)這種系統(tǒng)的被控對象通常是數(shù)臺機器或數(shù)臺流水線構成，該系統(tǒng)的控制單元由單臺PLC構成，每個被控對象與PLC指定的I/O相連。由于采用一臺PLC控制，因此，各被控對象之間的數(shù)據(jù)、狀態(tài)不需要另外的通信線路。但是，這種系統(tǒng)也有一個缺點，一但PLC出現(xiàn)故障，整個系統(tǒng)將停止工作。對于大型的集中系統(tǒng)，通常采取冗余系統(tǒng)克服上述缺點。如圖2-3所示。圖 2-3 PLC集中控制圖（3） PL

20、C構成的分布式控制系統(tǒng)這類系統(tǒng)的被控對象通常比較多，分布在一個較大的區(qū)域內，相互之間比較遠，而且，被控對象之間經(jīng)常的交換數(shù)據(jù)和信息。這種系統(tǒng)的控制器采用若干個相互之間具有通信能力的PLC構成，系統(tǒng)地上位機可以采用PLC，也可以采用工控機。如圖2-4所示。圖 2-4 PLC分布式控制圖由于本次設計的系統(tǒng)只有1臺被控電機以及數(shù)量不是很多的其他被控對象，采用PLC集中控制方法，單臺PLC進行多個對象的控制，只要適當?shù)倪x用PLC，完全能夠完成任務。2.3 系統(tǒng)控制主電路洗衣機PLC控制主電路圖如圖2-5所示。圖 2-5 主電路圖在主電路中我們主要是考慮如何控制交流電機運轉和怎么實現(xiàn)電路保護。主電路的三

21、相電源經(jīng)隔離開關QS、主電路熔斷器FU1、交流接觸器KM1、KM2的主觸頭、熱繼電器FR的加熱元件到三相異步電動機M構成主電路。通過接觸器線圈得電控制其主觸點的接通，能實現(xiàn)電動機正反轉。該主電路既實現(xiàn)短路或過載保護。3 系統(tǒng)軟件設計3.1 程序流程圖 全自動洗衣機PLC控制程序流程圖如圖3-1所示。圖3-1 程序流程圖3.2 程序說明本次設計采用置位復位指令編程，編寫的程序清晰明了?？偨Y在本課題的研究設計中，認真研究最新的控制方法。經(jīng)過認真選擇和反復設計，確定了利用三菱公司生產的PLC對全自動洗衣機進行控制，重點對軟硬件進行了設計和討論。本文主要進行了以下研究工作。 綜述了全自動洗衣機的發(fā)展過

22、程及控制技術的最新進展：介紹了三菱公司PLC的基本概念、特點以及系統(tǒng)的各種組成結構；詳細介紹PLC的選型。 對全自動洗衣機的工作原理、要求進行了說明。 對PLC控制技術進行了深入研究，并進行了設計。 對程序梯形圖進行了說明及三菱公司的FXGPWIN編程軟件進行了簡介。本次畢業(yè)設計使我深有感觸，只要付出就有回報，遇到問題多與老師同學交流，利用網(wǎng)絡資源學習。通過這次畢業(yè)設計，我才明白學習是一個長期積累的過程，在以后的工作、生活中都應該不斷的學習，努力提高自己的知識和綜合素質?？傊f事開頭難，知識必須通過應用才能實現(xiàn)其價值！有些東西以為學會了，但真正到用的時候才發(fā)現(xiàn)是兩回事，所以我認為只有到真正會用的時候才是真的學會了。參考文獻1 史國生.電氣控制與可編程控制器技術M.第二版.北京：化學工業(yè)出版社，2008.2