基于西门子plc洗衣机控制系统的设计

基于西门子plc洗衣机控制系统的设计内容摘要：

在平衡圈上还设有柔顺剂自动注入装置， 结构 如图 36 所示。 柔顺剂 流动过程见 表31。 表 31 柔顺剂流动过程 工作方式 洗涤 中间脱水 漂洗 中间脱水 漂洗 柔顺剂受力 自 然流动 离心力 自然流动 离心力 自然流动 注入装置 A 腔 B 腔 C 腔 柔顺剂在隔室内的流动状态 在 A 腔 中 由 A 腔流向 B腔 在 B 腔中 由 B 腔流入 C腔 加入漂洗液中 图 33 洗涤脱水桶 1线屑过滤器 ； 2循环水道； 3桶体； 4柔 软剂盛载盒 图 34 平衡圈结构图 图 35 平衡过程 图 36 柔顺剂注入装置 青岛农业大学机电工程学院本科毕业设计（论文） 7 波轮的选择设 计 本次设计选用 碟形波轮 ， 如 图 37 所示 ： 直径 约 300mm， 转速 约 175 r／ min，正反交替 旋转。 由于波轮呈凹形， 工作时， 底部的叶片将洗涤液先 上扬 再下压，使洗涤液呈“心形”和上 下翻滚， 实现了高净率低磨损， 减小了衣服缠绕和扭绞 现象。 进水、排水系统的设计 进水系统主要 给洗衣机提供洗涤用水 ，由进水管、进水电磁阀和压力开关 组成。 进水管的选择设计 进水管 为洗衣机 附件，由水管和接头 组成。 本 次设计水管采用 内嵌纤维丝的复合橡胶 ，可承受 一 定水压。 一端为螺纹接头，与进水电磁阀相连，一 端为 接头 ，与水龙头 相连。 进水电磁阀的结构 工作原理 及选择 进水电磁阀 作用 是控制水流通断，为洗衣机提 供洗涤 用水， 结构如图 38 所示。 阀 中心是铁芯 ， 铁芯 外为电磁线圈，不通电时， 铁芯因 弹簧 弹力 被 压下， 则 下端橡胶柱 封住 泄压孔 ， 水经 加压孔 流 入 控制腔 ，进水腔和控制腔的水压相等，由于橡胶阀 芯上 部的 受压面积大， 阀芯 被 压在橡胶阀垫 上，阀 即闭合。 通电时， 铁芯因电磁力大于 弹簧 弹力被 吸 合，泄压孔打开，由于 泄压孔大于加压孔， 控制腔 内的水很快流出，压力降低 ， 阀芯的下部压力大于 上部压力，被下部 水压推开，阀即开启注水 [14]。 图 37 碟形波轮 图 38 进水电磁阀结构图 1出水口； 2泄压孔； 3橡胶阀垫；4塑料阀芯； 5引出片； 6控制腔；7螺丝； 8线圈及骨架； 9弹簧；10铁芯； 11橡胶柱； 12导磁铁架；13绝缘层； 14金属网； 15进水腔；16阀座； 17加压孔 青岛农业大学机电工程学院本科毕业设计（论文） 8 本次设计采用 小天鹅 PDQ7 型进水电磁阀，主要性能参数见 表 32。 表 32 PDQ7 型进水电磁阀性能参数表 额定电 压频率 额定电流（ mA） 使用水温（℃） 水压范 围（ MPa） 密封性 能（ MPa） 温升 （ K） 绝缘电阻（ MΩ） 电气 强度 220V 50Hz 27177。 5 0～ 80 ～ ～ 1 无泄漏 ＜ 75 ＞ 100 2500V 历时 1min 水位 传感器 结构 及 功能 本次设计水位传感器采用 气压式电触点开关，利用洗衣机桶内水位高低不同所产生的不同压力， 来控制进水电磁阀的通断。 本次设计中， 一共安放三 个水位传感器 ，盛水桶侧壁自上往 下分布三个，分别为高、中、低 水位开关， 负责进水和洗涤之间的转换 ；底部 安装 一个 浮球式行程开关 ， 进水时浮起，水排空时落下， 负责检测 排水完毕与否。 水位传感器通过软管与贮气室 相连， 其 结构如图 39 所示。 注水时， 贮气室 的空气被压缩，将压力传递给传感器。 气 压 升高 使橡皮膜变形并推动动触点与定触 点 接触 ，从而将水位 达到设定值的信号送 至 PLC， PLC 依据程序闭合进水电磁阀并 使电机旋转，洗衣机进入洗涤状态；排水 时 水位下降， 空气压力随着 下降， 当 压力 小于弹簧 弹力时， 橡胶模 片 恢复初始 位置。 当水排空时， 底部传感器 控制 使 排水电磁 阀闭合， 洗衣机根据程序，进入下一 状态。 排水系统的设计 排水系统负责排出 污水，由排水电磁阀和排水管组成。 本次设计 排水管采用橡塑材料 吹压成波纹管，一端连接排水口，另一端装有一只挂钩，平时 可以挂在洗衣机的挂口上。 排水电磁阀由电磁铁和排水阀 组成， 靠连接板连接， 其结构与装配关系如图 310所示。 通电时，动铁芯往右吸合，排水阀呈打开状态，污水 通过水道 和阀门，经 排水口图 39 水位 传感器 结构图 1杠杆； 2支撑弹簧； 3开关体； 4定触点接线片；5固定座； 6凸轮； 7调整螺丝； 8套筒； 9垫片；10水位控制弹簧； 11动触点接线片； 12长簧片；13短簧片； 14橡皮膜； 15换向杆； 16气室盖；17腰鼓弹簧； A气室； B进气接口 青岛农业大学机电工程学院本科毕业设计（论文） 9 排出。 连接板上还 有一 可调的 定位套， 用 来控制离合器 制动杆，为脱水作准备。 当 电磁铁失电时，排水阀在自身弹簧的作用 下将铁芯拉回，排水阀关闭，洗衣机停止 排水 [15]，同时，离合器上的制动杆 也靠自 身弹簧的作用恢复原位 ,为洗涤漂洗过程中 波轮转动作好准备。 电磁铁有两种，此次由 PLC 输出口驱 动，为 24V 直流电源，故选用直流电磁铁， 且直流电磁铁具有吸引力大、体积小、噪 音低和安全性能高等优点。 直流电磁铁有 两组线圈，即吸引线圈和保持线圈，两组 线圈串联在一起，其结构如图 311 所示。 吸引线圈电阻较小，约为 15Ω，保持线圈 电阻较大，约为 385Ω。 当 PLC 发出排水 信号时 ，保持线圈被短路，仅吸引线圈工 作，通过励磁线圈的电流较大，约为 ， 衔铁被较强的引力吸引，打开排水阀开 始 排水，同时拨发离合器上的制动杆。 在衔 铁动作至一定位置时，衔铁上的压板将装 载电磁铁外壳上的断路开关断开，使保持 线圈和吸引线圈串联在一起 工作，这时 励 磁电流减小，只有 左右 ， 电磁铁只 起维持排水阀打开状态。 线圈失电时，衔 铁由于 弹簧作用复位，排水阀关闭，离合 器制动杆也恢复原位。 驱动系统 驱动系统 由电动机、 减速系统和减速离合器组成，为洗衣机提供动力、调节转速。 图 310 排水电磁阀结构图 1阀体； 2橡胶阀门； 3绝缘垫； 4内弹簧；5拉杆； 6外弹簧； 7阀盖； 8定位螺母；9连接板； 10开口销； 11动铁芯； 12电磁铁； 13缓冲器； 14螺栓； 15定位套；16垫圈； 17制动 杆 ； A水道； B溢水管；C排水口 图 311 直流电磁铁结构 1外衔铁； 2缓冲垫； 3挡板； 4外壳； 5吸引线圈； 6保持线圈； 7安装挡板； 8线圈骨架； 9密封圈； 10内衔铁； 11引出片； 12塑料座； 13动触片； 14静触片； 15断路开关； 16行程 档杆 青岛农业大学机电工程学院本科毕业设计（论文） 10 电动机 的工作原理及结构 此次设计采用电容式电动机，它具有过 载能力强，运行性能、起动性能稳定，结构 简单、维修方 便等优点。 1. 电容式电动机的 工作原理 由于洗衣机采用的是单相电源，为了获 取旋转的磁场 ，首先 在定子槽内嵌放两个绕 组，即主绕组（工作绕组）和副绕组（启动 绕组） ，两绕组在空间排列互成 90176。 ；其次 需 使通入主、副绕组的同一相电流具有不同的 相位差，变为两相电流。 因此，在副绕组中 串入一个适当容量的电容器，这样主绕组就 相当于电阻和电感串联电路，电流 I 主 在相位 上 滞后电压 V；而副绕组串入电容后就相当 于电容、电阻和电感的串联，电流 I 副 超前电 压 V，具体电路如图 312 所示。 主绕组的电 阻、电感和副绕组的电 阻、电感和电容匹配 得当，使副绕组中的电流超前于主绕组电流 一定的电角度（往往设计成满载时两相电流 的电角度为 100176。 ～ 110176。 ，过载时电角度为 90176。 ） ，就可产生旋转的磁场，处于旋转磁场 中的转子就可启动旋转。 副绕组 主绕组电机220vII主I副220VR主L主R副L副CII副I主图 312 电动机电路图 青岛农业大学机电工程学院本科毕业设计（论文） 11 2. 电容式电动机的结构 为了便 于散热和排除水气， 将电动机设计成开 启式结构 ，如图 313 所示 [16]。 （ 1） 定子 定子由定子铁芯和定子绕组组成。 定子铁芯由 硅钢片冲制叠压而成，內圆上 开有 24 个槽，用来嵌放主绕组和副绕组。 （ 2） 转子 转子有转子铁芯 和鼠笼组成。 转 子铁芯也由 硅钢片冲制而成，外圆 有转子槽且扭 斜一个角度 以消除高次谐波。 斜槽内浇铸铝合金 或铝 ，与两端短路环形成一个鼠笼。 （ 3） 端盖 端盖分为上、下端盖两部分，中间 用螺栓连接，有铸铝和钢板两种。 上、下端盖内有 轴承室，用以安装轴承；上部开有气孔，利于通风 散热；侧面有 4 个装配位置 口，用于紧固定位。 在 电机上方有 与皮带轮一体的塑料或钢板制成的风叶， 加强散热效果。 3. 所选 XDL120 型电动机主要 性能 参数指标 见 表 33。 表 33 XDL120 型 电动机性能参数表 额定功率 W 120 满载效率 % 52 气隙长度mm 半匝平均长 额定电压 V 220 功率因数 定子槽数 24 堵转电流 A 额 定 频 率Hz 50 定子外径 mm 107 转子槽数 34 噪声 dB 62 满载电流 A 定子内径 mm 68 绕组线规 电容容量 uF 9 满载转速 r／ min 1500 定子长度 mm 40 绕组每极匝数 253 减速系统 的组成和工作原理 此次 减速系统 设计 分为两级 减速，第一级为皮带减速系统，由电动机轴端小皮带轮、图 313 电动机结构图 1电机轴； 2风扇叶； 3上端盖； 4安装孔；5引出线； 6下端盖； 7轴承； 8波形弹簧；9转子； 10连接螺钉； 11定子铁芯； 12定子绕组； 13小皮带轮 青岛农业大学机电工程学院本科毕业设计（论文） 12 波轮轴端大皮带轮和皮带组成。 电动机转速为 1500r／ min，其 动力通过皮带传递到大皮带轮上，带动波轮旋转。 由于两皮带轮直径不等，减速比约为 1／ ， 大皮带轮转速约为 850 r／ min。 第二级为行星减速系统，减速比约为 1／ ，波轮转速约为 175 r／min， 以适 应洗涤工作。 减速离合器的结构及工作原理 离合器是洗衣机中完成降速并传动扭矩的部件。 结构如图 315 所示。 离合器有四根轴：①洗涤输入轴，上部为恒星齿轮，把来自皮带轮 的扭矩传递给行星齿轮，下部为方形轴，与离合套结合，离合套内方外圆。 ②下半轴，它是一根空心轴，套装于洗涤 输入轴外，截面为“ T”字形，下端与离合套的外径一致，之间套一个方丝弹簧，为离合簧，形状为锥形，上面两圈直径比下面小点，因此能紧紧的套在下半轴上。 离合簧一端呈自由状态，一端 的弯头嵌在外面套装着的棘轮上的小孔内。 由棘轮控制该簧抱紧与放松。 ③中半轴，也称脱水轴，是个空心的阶梯轴，下面大轴的表面是光滑的，作为刹车盘用，内表面是齿轮，与行星齿轮啮合。 上面小轴的外径装轴承，内径与洗涤输出轴之间装有密封圈用以防水。 中半 轴与上半轴固定在一起。