全自动洗衣机毕业设计及组态王仿真

全自动洗衣机毕业设计及组态王仿真内容摘要：

高、易于操作的全自动洗衣机控制方法，该系统采用 PLC 控制，主要包括电动机正反转控制、离合器控制、进排水电磁阀控制、循环控制、保护和联锁。 研究的具体内容包括： 1. 深入了解洗衣机的发展、结构及控制要求。 2. 控制系统设计。 包括硬件设计， PLC的选择，各硬件模块的介绍，软件设计，编程 方法。 3. 对编写好的编译程序进行实际调试。 4．用组态王软件对系统进行仿真。 洛阳理工学院毕业设计（论文） 8 第 2 章 系统硬件设计 全自动洗衣机的原理和构造 全自动洗衣机总体构造 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，外形结构图如图 21 所示。 图 21 全自动洗衣机外形结构图 洗涤脱水系统 洗涤脱水系统主要由盛水桶，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，在洗涤时配合波轮完成洗涤功能，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洛阳理工学院毕业设计（论文） 9 左右）新水流两类。 排水和进水系统 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）。 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。 电动机及传动系统 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。 元件选择 输入元件选择 根据要求，可以选择 4 个按钮 (SB)作为程序选择和暂停，选用三个位置开关（ SQ）作为高、中、低水位的输入。 洛阳理工学院毕业设计（论文） 10 1．按扭（ SB） 按钮是一种人工控制的主令电器。 主要用来发布操作命令，接通或开断控制电路，控制机械与电气设备的运行。 按钮的工作原理很简单，对于常开触头 ,在按钮未被按下前 ,电路是断开的 ,按下按钮后 ,常开触头被连通 ,电路也被接通；对于常闭触头，在按钮未被按下前，触头是 闭合的，按下按钮后，触头被断开，电路也被分断。 其正好可以作为开启和停止洗衣机工作的按钮。 2．位置开关（ SQ） 位置开关，称限位开关，是一种将机器信号转换为电气信号，以控制运动部件位置或行程的自动控制电器。 是一种常用的小电流主令开关。 在电气控制系统中，位置开关的作用是实现顺序控制、定位控制和位置状态的检测。 一类为以机械行程直接接触驱动，作为输入信号的行程开关和微动开关；另一类为以电磁信号（非接触式）作为输入动作信号的接近开关。 输出元件选择 1．继电器（ KM） 电磁继电器一般由铁芯、线圈、衔 铁、触点簧片等组成的。 只要在线圈两端加上一定的电压，线圈中就会流过一定的电流，从而产生电磁效应，衔铁就会在电磁力吸引的作用下克服返回弹簧的拉力吸向铁芯，从而带动衔铁的动触点与静触点（常开触点）吸合。 当线圈断电后，电磁的吸力也随之消失，衔铁就会在弹簧的反作用力返回原来的位置，使动触点与原来的静触点（常闭触点）释放。 这样吸合、释放，从而达到了在电路中的导通、切断的目的。 2．电磁阀（ YV） 电磁阀是用电磁控制的工业设备，用在工业控制系统中调整介质的方向、流量、速度和其他的参数。 电磁阀可以配合不同的电路来实现预 期的控制，而控制的精度和灵活性都能够保证。 电磁阀有很多种，不同的电磁阀在控制系统的不同位置发挥作用，最常用的是单向阀、安全阀、方向控制阀、速度调节阀等。 而在本设计中，可用来控制洗衣机的进水和排水等动作。 洛阳理工学院毕业设计（论文） 11 3．指示灯（ HL） 用来显示洗衣机的实时工作情况，使用户一目了然。 选用 4 个指示灯分别用作电源指示（表示洗衣机电源已接通，等待选择以全自动、单排水、单脱水三者中的那种工作方式运行）、全自动运行指示、单排水指示、单脱水指示。 对于洗衣机的运行指示选用 24V 的指示灯便可。 电动机的选择 选用 Y132M4 型异步电动机，相关参数为：额定功率为 、额定电压为 220V、额定电流为 、额定转速为 1440rpm（ r/min）功率因素为 、效率为 87%。 由于洗衣机容量为 300kg，其负载转矩理论上为：        LT F r m g D k g N k g m N m11 3 0 0 9 .8 / 2 1 4 7 044 式中： TL 为负载转矩， Nm； F 为力， N； r 为圆心到力的有效距离，m；， D 为圆柱的直径，设为两米，由于圆柱类物体其重力在数学微积分算得在其半径的一半处，所以 14rD，  /g N kg ，为重力加速度。 而电动机的输出转矩为：    NN NPT N mn95 50 17 90 .6 输出转矩比负载转矩大， 所示能带动，同时有一定的余量，是考虑到传动装置、摩擦等因素要有一定的阻转矩。 异步电动机转速与变频器频率关系计算： 同步转速：   11 6 0 6 0 5 0 15002fN r / m inP 转差率：      111115 00 14 00 0 041500NN N N 转速与频率关系： 洛阳理工学院毕业设计（论文） 12       11 1 16 0 6 01 1 0 9 9 9 6 2 9 9 8 82fN N ( S ) ( S ) . f . fp 所以，转速 N 与频率 f1 对应关系 如 表 21 所示。 表 21 频率与转速的关系 异步电动机的转速（ r/min） 40 70 600 800 1200 异步电动机的转速（ r/min） PLC 的选择 1. I/O 点数统计 I/O 点数是 PLC 的一项重要指标。 合理选择 I/O 点数既可使系统满足控制要求，又可使系统总投资最低。 考虑到今后的调整和扩充，一般应在估计的总点数上再加上 20%—30%的备用量。 该系统有 11 个数字输入点10 个数字输出点，具体的输入输出 如 表 22 所示。 表 22 I/O 点数统计表 输入点 输出点 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 运行指示灯 高水位传感器 高水位指示灯 中水位传感器 中水位指示灯 低水位传感器 低水位指示灯 水排空传感器 洛阳理工学院毕业设计（论文） 13 2. I/O 容量估计 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 1—2KB 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： 10—20B/点 开关量输出元件： 5—10B/点 定时器 /计数器： 2B/个 模拟量： 100—150B/个 通信接口：一个接口一般需要 300B 以上 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 10 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。 3. CPU 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、机型统一、在线编程和离线编程的选择。 该控制系统 CPU 模块可采用 CPU226（ 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。 I/O 地址分配表 输入地址分配表 根据系统要求，输入地址的分配如表 23 所示。 洛阳理工学院毕业设计（论文） 14 表 23 输入地址分配表 名称 符号 地址 启动按钮 SB1 停止按钮 SB2 高水位按钮 SB3 中水位按钮 SB4 低水位按钮 SB5 手动排水开关 ST1 手动脱水开关 ST2 高水位传感器 ST3 中水位传感器 ST4 低水位传感器 SB6 排空检测开关 SB7 输出地址分配表 根据系统要求，输出地址的分配如表 24 所示。 表 24 输出地址分配表 名称 符号 地址 进水电磁阀 YV1 排水电磁阀 YV2 洗涤电动机正转继电器 KM1 洗涤电动机反转继电器 KM2 脱水 KM3 报警 HA 运转指示灯 HL1 高水位指 示灯 HL2 中水位指示灯 HL3 低水位指示灯 HL3 洛阳理工学院毕业设计（论文） 15 内部元件地址分配表 全制动洗衣机控制时，需用到 PLC 内部的计时器和计数器对其进行过程控制，现对控制中要用到的内部位元件地址分配表归纳如表 25 所示。 表 25 内部地址分配表 定时器 /计时器 对应的作用 T37 进水暂停计时 T38 正洗计时 T39 正洗暂停计时 T40 反转计时 T41 反转暂停计时 T42 脱水计时 T43 报警计时 C50 正反洗循环计数 C51 大循环计 数 硬件连线图 主电路电气原理图 图中 KM1， KM2 代表 2 个继电器 “正转 ”、 “反转 ”，为控制电动机电源方向的两个继电器组，它们的线圈分别与 PLC 的输出端 、 相连，受控于 PLC 的输出信号。 其中正转组和反转组是通过变频器的限制后接入电动机的，因此，改变变频器参数就可以改变洗涤时的速度。 而脱水继电器组直接与电源和电动机相连，这样，当洗衣机处于脱水状态时，电动机按额定转速工作。 其中加入了不少电气保护元件，如果出现突发情况，如短路、短路等时，可以保护其它电气元件不会因为突发情况 而损坏，具体主电路电气原理图如图 22 所示。 洛阳理工学院毕业设计（论文） 16 MQ SK M 1F RK M 2L 1L 2L 33 ～F U 图 22 主电气原理图 I/O 外部接线图 洗衣机要实现衣服的洗涤和脱水，就要通过上述动作来实现，而这些动作可以通过 PLC 控制来实现。 同时加上开关和按钮，数码管显示器，蜂鸣报警器和欠电压检测保护电路等，就可以形成完整的 PLC 控制系统。 通过软件编程达到对整个洗衣过程进行检测控制和用户交互，外部接线图如图 23 所示。 洛阳理工学院毕业设计（论文） 17 I 0 . 0S B 1S B 2S T 1S T 2S T 3S B 3S B 4S T 4S T 5S T 6I 0。