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1、 目錄 第一章 前言 .............................................................. 1 1.1 洗衣機的分類 ...................................................... 1 1.2 洗衣機的發(fā)展歷史 .................................................. 1 第二章 全自動洗衣機的總體設計 ...........................................

2、. 4 2.1 全自動洗衣機的設計思路 ............................................ 4 2.2 全自動洗衣機的工作原理 ............................................ 4 2.2.1 洗衣機的電機示意圖 .......................................... 4 2.2.2 全自動洗衣機的電容特征及其參數(shù) .............................. 5 2.2.3 全自動洗衣機的控制系統(tǒng)組成及其工作時序圖

3、 .................... 5 2.2.4 全自動洗衣機的熔斷器和蜂鳴箱的示意圖 ........................ 9 2.3 全自動洗衣機的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖 ....................................... 11 第三章 基于 PLC的全自動洗衣機的系統(tǒng)硬件設計 ............................. 12 3.1 全自動洗衣機的硬件設計 ........................................... 12 3.1.1 全自動洗衣機的硬件系

4、統(tǒng)設計及控制電路圖 ..................... 12 3.1.2 全自動洗衣機的控制系統(tǒng)的運作要求 ........................... 13 3.2 全自動洗衣機的電氣接線圖及控制要求 ............................... 14 3.2.1 全自動洗衣機的 I/O 分配表 ................................... 14 3.2.2 全自動洗衣機的電氣接線圖 ................................... 14 3.2.3

5、 全自動洗衣機的控制要求及機型選擇 ........................... 15 3.3 全自動洗衣機的控制系統(tǒng)設計線路圖 ................................. 15 第四章 基于 PLC的全自動洗衣機的系統(tǒng)軟件設計 ............................. 17 4.1 PLC可編程控制技術(shù)的概述 ......................................... 17 4.2 可編程控制技術(shù) PLC的基本結(jié)構(gòu)圖 ............................

6、....... 17 4.3 PLC的工作原理 ................................................... 18 4.4 可編程控制 PLC的編程語言 ......................................... 19 4.5 西門子 S7-200 系列 PLC的系統(tǒng)配置及 I/O 配置 ........................ 20 4.5.1 西門子 S7-200 系列 PLC的特點及選型 .......................... 20 4.5.2 S7-200

7、PLC 的系統(tǒng)配置及 I/O 地址分配表 ...................... 20 I 4.5.3 S7-200PLC 控制系統(tǒng)設計的原則以及設計流程圖 22 4.6 全自動洗衣機的系統(tǒng)軟件設計流程圖 25 4.7 全自動洗衣機的梯形圖 25 第五章 基于 PLC的全自動洗衣機的系統(tǒng)檢測與調(diào)試 28 5.1 系統(tǒng)硬件檢測與調(diào)試 28 5.2 系統(tǒng)軟件檢測與調(diào)試 28 結(jié)束語 29 參考文獻 30 致謝 31

8、 II 摘要：描述了全自動洗衣機控制系統(tǒng)的運作要求。實現(xiàn)了洗衣機進水、洗滌、排水、 脫水、報警到自動停機的循環(huán)過程。設計了相應的系統(tǒng)軟件，結(jié)合相應的硬件系統(tǒng)，并 通過系西門子 S7-200 系列的 plc 仿真系統(tǒng)模擬出全自動洗衣機的運行過程。此項設計 對提高學生的動手能力和幫助學生對

9、一些理論知識的理解都具有積極作用。 可編程控制 器 (PLC)是以計算機技術(shù)為核心的通用自動化控制裝置 , 它的功能性強 , 可靠性高 , 編程簡單 , 使用方便 , 體積小巧 , 近年來在工業(yè)生產(chǎn)中得到廣泛的應用 , 被譽為當代工業(yè)自動化主要支柱之一。 在現(xiàn)代的社會，全自動洗衣機進入各個家庭，本文介紹了 PLC用于全自動洗衣機的控制系統(tǒng)，其可改進現(xiàn)有技術(shù)的不足，簡化結(jié)構(gòu)，有利于降低成本和提高可靠性。 關(guān)鍵詞： PLC;洗衣機 ; 全自動 ; 控制程序器

10、 III ABSTRACT ： Have described that the full-automatic washing machine controls the systematic operation request .Have come true the washing machine drains away water from water-entering , c

11、leaning , dehydration , gives an alarm to the circulation process stopping calculation voluntarily. Have designed corresponding system software , having put up full-automatic washing machine operation process combining with the corresponding hardware system ,and the simulated PLC system imitate pass

12、ing the S7-200 of company series .this item designs that the ability and understanding helping a student to a little theory knowledge all have the active effect to getting to work improving a student . PLC is takes core to control devised the calculator technique as the in general use automation con

13、trol equip to computer skills. Its function is strong, the credibility is high, the plait distance is simple, the usage is convenient, the physical volume is cleverly made, in these years. In the modern time, the Full-automatic washer is entering every family. The article introduces a new deceler

14、ating clutch, which is used in fully-auto washing machine, it can improve the current technology, simplify structure, it is also helpful to reduce cost and increases reliability. KEY WORDS ：PLC; Washing machine;Full-automati;Cprocedure controll

15、 IV 第一章 前言 1.1 洗衣機的分類 目前，我國洗衣機的分類方法主要有三種：按自動化程度分類，按洗滌方式分類， 按結(jié)構(gòu)方式分類。 1．按自動化程度分類，洗衣機可分為普通型、半自動型、全自動型三類。 目前大多是全自動型洗衣機，它是指洗滌、漂洗、脫水各個功能之間的轉(zhuǎn)換全部不 用手工操作而能自動進行的洗衣機。 這種洗衣機在選定的工作程序內(nèi)由機電式程序控制 器或微電腦程序控制器適時發(fā)出各

16、種指令，自動完成各個執(zhí)行機構(gòu)的動作，使整個洗衣 [2] 過程自動化。 2．按結(jié)構(gòu)方式分類，洗衣機可分為單桶、雙桶、套桶三大類。 （ 1）單桶洗衣機。單桶洗衣機自動化程度較低，多為簡易和普通型，少量的為半自動型。其主要特點是占地面積小，價格便宜。 （ 2）雙桶洗衣機。 雙桶洗衣機實際上就是單桶洗衣機和脫水機的組合。它的洗衣 部分和甩干部分有各自的電動機和定時器。 雙桶洗衣機功能齊全， 使用方便，操作簡單，省電，省水，價格適宜，品種多樣。目前，我國雙桶波輪式洗衣機占主導地位。 雙桶洗衣機。脫水桶壁上沒有許多小孔，甩干電動機高速運轉(zhuǎn)，在強大的離心力作用下，衣物

17、水分被甩出，并順著排水管排出。 （ 3）套桶洗衣機。 該洗衣機的特點是內(nèi)、外兩個立式容器套裝在同一軸心上。波輪式套桶洗衣機多為全自動型。因其離心桶的外徑小于盛水桶的內(nèi)徑，故將外桶和內(nèi)筒套裝在同一個軸心上，減少了占地面積。其外桶作為盛水容器，內(nèi)筒作為洗滌、漂洗、 離心脫水作用。常見波輪式套桶洗衣機是單電機的，洗滌及脫水工作由離合器控制。洗 [2] 滌時波輪轉(zhuǎn)動而脫水桶不轉(zhuǎn)，脫水是波輪與脫水桶一起旋轉(zhuǎn)。 3. 按洗滌方式分類，洗衣機可分為波輪式和滾筒式等。 （ 1）波輪式洗衣機。波輪式洗衣機是將洗滌衣物浸泡在水中，靠波輪正、反方向的交替轉(zhuǎn)動或連續(xù)單方向的轉(zhuǎn)動使衣物在

18、水中不斷滾動，而達到洗凈衣物的目的。 主要特點 : 洗滌能力強、洗滌時間短、結(jié)構(gòu)簡單、可調(diào)節(jié)水位、成本低、易維修、易操作。 （ 2）滾筒式洗衣機。滾筒式洗衣機的自動化程度高，洗滌性能好，容量大，質(zhì)量 [3] 高 。 1.2 洗衣機的發(fā)展歷史 1858 年，一個叫漢密爾頓史密斯的美國人在匹茨堡制成了世界上第一臺洗衣機。 該洗衣機的主件是一只圓桶，桶內(nèi)裝有一根帶有槳狀葉子的直軸。軸是通過搖動和它相 連的曲柄轉(zhuǎn)動的。同年史密斯取得了這臺洗衣機的專利權(quán)。但這臺洗衣機使用費力，且 1 損傷衣服，因而沒被廣泛使用，

19、但這卻標志了用機器洗衣的開端。次年在德國出現(xiàn)了一 種用搗衣杵作為攪拌器的洗衣機，當搗衣杵上下運動時，裝有彈簧的木釘便連續(xù)作用于 衣服。19 世紀末期的洗衣機已發(fā)展到一只用手柄轉(zhuǎn)動的八角形洗衣缸， 洗衣時缸內(nèi)放入 熱肥皂水，衣服洗凈后，由軋液裝置把衣服擠干。 1874 年, “手洗時代”受到了前所未有的挑戰(zhàn)，美國人比爾布萊克斯發(fā)明了木制 手搖洗衣機。布萊克斯的洗衣機構(gòu)造極為簡單，是在木筒里裝上 6 塊葉片，用手柄和齒 輪傳動，使衣服在筒內(nèi)翻轉(zhuǎn)，從而達到“凈衣”的目的。這套裝置的問世，讓那些為提 高生活效率而冥思苦想的人士大受啟發(fā)，洗衣機的改進過程開始大大

20、加快。 1880 年，美國又出現(xiàn)了蒸汽洗衣機， 蒸汽動力開始取代人力。 經(jīng)歷了上百年的發(fā)展 改進，現(xiàn)代蒸汽洗衣機較早期有了無與倫與的提高，但原理是相同的?，F(xiàn)代蒸汽洗衣機 的功能包括蒸汽洗滌和蒸汽烘干，采用了智能水循環(huán)系統(tǒng)，可將高濃度洗滌液與高溫蒸 汽同時對衣物進行雙重噴淋，貫穿全部洗滌過程，實現(xiàn)了全球獨創(chuàng)性的“蒸汽洗”全新 洗滌方式。。與普通滾筒洗衣機在洗滌時需要加熱整個滾筒的水不同，蒸汽洗滌是以深 層清潔衣物為目的，當少量的水進入蒸汽發(fā)生盒并轉(zhuǎn)化為蒸汽后，通過高溫噴射分解衣 物污漬。蒸汽洗滌快速、徹底，只需要少量的水，同時可節(jié)約時間。對于放在衣柜很長

21、 時間產(chǎn)生褶皺、異味的冬季衣物，能讓其自然舒展，撫平褶皺?！罢羝娓伞钡墓ぷ髟? 理則是把恒定的蒸汽噴灑在衣物上，將衣物舒展開之后，再進行恒溫冷凝式烘干。通過 這種方式，厚重衣物不僅干得更快，并且具有舒展和熨燙的效果。 1910 年，美國的費希爾在芝加哥試制成功世界上第一臺電動洗衣機。 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，美國瑪塔依格公司改造了洗衣機的洗滌結(jié)構(gòu)， 把拖動式改為攪拌式， 使洗 衣機的結(jié)構(gòu)固定下來，這也就是第一臺攪拌式洗衣機的誕生。這種洗衣機是在筒中心裝 上一個立軸，在立軸下端裝有攪拌翼，電動機帶動立軸，

22、進行周期性的正反擺動，使衣 物和水流不斷翻滾，相互摩擦，以此滌蕩污垢。攪拌式洗衣機結(jié)構(gòu)科學合理，受到人們 的普遍歡迎。 1932 年，美國本德克斯航空公司宣布， 他們研制成功第一臺前裝式滾筒洗衣機， 洗 滌、漂洗、脫水在同一個滾筒內(nèi)完成。這意味著電動洗衣機的型式躍上一個新臺階，朝 自動化又前進了一大步！ 第一臺自動洗衣機于 1937 年問世。這是一種 " 前置 " 式自動洗衣機?？恳桓降? 軸帶動的缸可容納 4000 克衣服。衣服在注滿水的缸內(nèi)不停地上下翻滾，使之去污除垢。 到了 40 年代便出現(xiàn)了現(xiàn)代的 " 上置 " 式自動洗衣機。 隨著工

23、業(yè)化的加速，世界各國也 加快了洗衣機研制的步伐。首先由英國研制并推出了一種噴流式洗衣機，它是靠筒體一 側(cè)的運轉(zhuǎn)波輪產(chǎn)生的強烈渦流，使衣物和洗滌液一起在筒內(nèi)不斷翻滾，洗凈衣物。 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。至此，波輪式、滾筒式、攪拌式在洗衣機生產(chǎn)領(lǐng)域三分天下的局面初 2 步形成。 60 年代的日本出現(xiàn)了帶干桶的雙桶洗衣機，人們稱之為“半自動型洗衣機”。 70 年代，生產(chǎn)出波輪式套桶全自動洗衣機。 70 年代后期，以電腦（實際上微處理器）控制

24、的全自動洗衣機在日本問世，開創(chuàng)了洗衣機發(fā)展史的新階段。 80 年代，“模糊控制”的應用使得洗衣機操作更簡便， 功能更完備， 洗衣程序更隨 人意，外觀造型更為時尚 ,, 90 年代，由于電機調(diào)速技術(shù)的提高， 洗衣機實現(xiàn)了寬范圍的轉(zhuǎn)速變換與調(diào)節(jié)， 誕生 了許多新水流洗衣機。此后，隨著電機驅(qū)動技術(shù)的發(fā)展與提高，日本生產(chǎn)出了電機直接 驅(qū)動式洗衣機， 省去了齒輪傳動和變速機構(gòu)， 引發(fā)了洗衣機驅(qū)動方式的巨大革命。 之后， 隨著科技的進一步發(fā)展，滾筒洗衣機已經(jīng)成了大家耳濡目染的產(chǎn)品。伴隨著科技的進一 [4] 步發(fā)展，相信新型更適合人們使用的洗衣機會給我們的生活帶來

25、新的方式。 3 第二章 全自動洗衣機的總體設計 2.1 全自動洗衣機的設計思路 全自動洗衣機電氣控制系統(tǒng)包括微處理器、排水電磁鐵、電容器、門開關(guān)、按鍵開 關(guān)、指示燈、中間繼電器，水位壓力開關(guān)、蜂鳴器及進水電磁閥等部件組成。通過微處

26、理器，能自動完成進水，洗滌（漂洗）、排水、脫水、報警等全部程序，只需設計軟件 [1] 就可以來達到預想控制的目的。 2.2 全自動洗衣機的工作原理 2.2.1 洗衣機的電機示意圖 本文描述的是一種全自動洗衣機，它可以自動地完成洗衣的全過程。全自動洗衣機 的洗衣桶（外桶）和脫水桶（內(nèi)桶）是以同一中心安放的。外桶固定，作盛水用。內(nèi)桶 可以旋轉(zhuǎn)，作脫水（甩干）用。內(nèi)桶的四周有很多小孔，使內(nèi)、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

27、水閥打開，將水由外 桶排到機外。洗滌正轉(zhuǎn)、反轉(zhuǎn)由洗滌電機驅(qū)動波盤正、反轉(zhuǎn)來實現(xiàn)，此時脫水桶并不旋 轉(zhuǎn)。脫水時，通過電控系統(tǒng)將離合器合上，由洗滌電機帶動內(nèi)桶正轉(zhuǎn)進行甩干。高、低 水位開關(guān)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) [5] 手動停止進水、排水、脫水及報警。其示意圖如圖 2.1 所示。 進水口 啟動按鈕 停止按鈕 排水按鈕 控制器 高水位開關(guān) 內(nèi)桶 外桶 低水位開關(guān) 排水口 波盤 洗滌電機 圖

28、 2.1 全自動洗衣機示意圖 4 2.2.2 全自動洗衣機的電容特征及其參數(shù) 特征： 1. 長方形阻燃塑料外殼，焊片或引線結(jié)構(gòu)引出。 2. 體積小、重量輕、具有良好的自愈性。 3. 應用 ZnAI 邊沿加厚蒸發(fā)工藝，電性能良好，可靠性高 4. 耐沖擊及電流大，抗電強度高。 5. 適用于 50Hz/60Hz 交流電動機的啟動和運轉(zhuǎn)， 特別適用于電風扇等具有小型電機的電器上。 主要參數(shù)： 容量范圍： 0.4uF-50uF 電壓范圍 :250VAC-500 VAC 容量偏差： 5%, 10%

29、, 15% 測試電壓：極間： 1075 倍額定電壓， 1min,50Hz, 無永久擊穿或電弧產(chǎn)生；極殼： 2 倍額定電壓 +1000VAC,1min [6] 絕緣電阻：極間≥ 1000MΩuF 極殼≥ 3000 MΩuF。 2.2.3 全自動洗衣機的控制系統(tǒng)組成及其工作時序圖 1. 定時器是普通型波輪式洗衣機中的關(guān)鍵部件之一。它主要起兩個作用：一是控制洗滌電機和脫水電機運轉(zhuǎn)時間的長短；二是控制電機預定的的程序自動的實現(xiàn)正反轉(zhuǎn)、停轉(zhuǎn)的時間。 普通型輪式洗衣機， 大多采用發(fā)條定時器。 而許多大波輪新水流式洗衣機使用電動 [6] 式定時器。

30、定時器時序圖如圖 2.2 所示： 5 I0.0 最大值 4 4 T35當前值 T35位 最大值 10 T2當前值 T2位 3 3 T36當前值 T36 圖 2.2 定時器時序圖 2. 全自動洗衣機的進水電磁閥的工作原理： 進水電磁

31、閥簡稱水閥、注水閥。在全自動洗衣機上，以內(nèi)供用水閥來實現(xiàn)自動注水 和停水。它與水位開關(guān)相互配合，對洗衣機水位高低僅系自動控制。 進水閥是一種電磁閥，閥中心是磁芯，鐵芯外為電磁線圈，線圈不通電時，在小彈簧的作用鐵芯被壓下，封住了橡膠閥上所裝的塑料盤中間的泄壓孔，這時書從加壓針孔進入控制腔，是進水和控制腔的水壓相等。由于橡膠閥上部的受壓面積大于下部的受壓面積，所以橡膠閥被壓緊在閥座上起到封閉作用。其封閉的可靠性是由鐵芯所受的壓力決定的，鐵芯的下端與泄壓孔接觸，鐵芯的上端受壓面積大于下端受益面積，顯然水的壓力越大，鐵芯對泄孔的封閉壓力越大，封閉越可靠。其水壓低時，閥的封閉性就差，

32、所以對水壓有最低的要求， 不能低于 0.3Mpa。全自動洗衣機控制面板由工作指示區(qū)、 編 [6] 程選擇鍵、增鍵、減鍵、和啟動鍵組成。 全自動洗衣機一般采用輕觸式開關(guān)，在按下開關(guān)后，字符旁邊的指示燈會亮。當指示燈亮起表示程序選中，指示燈閃爍表示正在執(zhí)行此程序，指示燈熄滅表示程序未選擇 [7] 或執(zhí)行完畢。 進水電磁閥的主要性能參數(shù)見表 2-1 6 表 2-1 進水電磁閥閥的技術(shù)參數(shù) 額定電壓、 額定電流 使用水溫 水壓范圍 密封性能 溫度 絕緣電阻 電

33、氣強度 （ am） （℃） （ Mpa） （ Mpa） （℃） （ Ω ） 頻率 220V、50HZ 2500V 、 27+/-5 0-80 0.02-0.8 0.02-1 75 100 1min 3. 排水電磁閥及其排水閥的介紹： （ 1）排水電磁閥是全自動洗衣機特有的電器部件。它是一個受程序控制的自動排 水開關(guān)。除了排水功能外，還控制著離合器的狀態(tài)（洗滌或脫水） 。排水電磁閥由電磁鐵和排水閥兩部分組成，它們是相互獨立的部件，兩者用排水閥相互連接起來，在連接板的右端以開口銷與電磁鐵動鐵心連接，而左端鉤在排水閥的內(nèi)彈簧上。當電磁鐵通電時，將動鐵心往右

34、拉，排水閥就呈打開狀態(tài)。此時盛水桶內(nèi)的洗滌液便能通過水道和閥門，從排水孔流出機外。在連接板上還用螺栓固定著一個位置可調(diào)的定位套，在動鐵心吸合的過程中，該定位套向右移動，撥動了離合器上的制動桿，為脫水做準備。當電磁 鐵失電時，排水閥在自身彈簧作用下將鐵心拉出， 排水閥關(guān)閉，洗衣機停止排水。 同時，離合器上制動桿靠制動彈簧的作用恢復原位，為洗滌漂洗過程中波輪轉(zhuǎn)動做好準備。全 自動洗衣機的進水系統(tǒng)采用水位壓力開關(guān)和進水閥，由程序控制器調(diào)節(jié)。設有溢水口，其位置在盛水桶上口部。漂洗時，它能讓洗滌液中的泡沫和污水溢出，有利于漂清。 全自動洗衣機水位開關(guān)一般有三檔水位控制 , 并都有 低水

35、位、中水位、高水位、再注水等功能當進水閥注水，內(nèi)桶水位增高到預選水位時，導通橡皮氣膜受到內(nèi)部空氣的壓縮而被頂出，中觸片上跳，與上觸片閉合。此時主電機導通，進水閥斷開（原來中觸片與下閉合），并開始洗衣。當旋鈕旋至低水位時，凸輪轉(zhuǎn)動，但曲率半徑較小。通過 一定的機構(gòu)，橡皮氣膜壓簧被壓縮而產(chǎn)生壓力 P1，壓迫氣膜。當桶內(nèi)水量達到 30L 時，軟管內(nèi)的空氣被壓縮，產(chǎn)生空氣壓力 F1，當 F1>P1時, 中觸片上跳 , 與上觸片閉合 , 主電動機動作 , 進水閥關(guān)閉。 全自動洗衣機的排水系統(tǒng)由程序來控制排水電磁閥，牽引排水閥。排水閥主要同閥蓋、閥芯彈簧、閥芯拉簧，橡皮閥和閥體組成。 排

36、水電磁鐵主要用來控制自動型洗衣機排水閥的開閉, 在套桶式自動型洗衣機中同 起到改變減速離合大的洗滌、脫水狀態(tài)、排水電磁鐵主要由線圈、磁軛、靜鐵芯、銜鐵 [8] 和短路銅環(huán)等組成。 （ 2）排水閥裝配于排水閥體之外，為彈簧將橡膠閥壓在閥體的底部，使橡膠閥的環(huán)形密封環(huán)產(chǎn)生少量的變形，保持水不從閥口泄露，橡膠閥的右端環(huán)形邊被閥蓋壓緊。排水閥桿嵌在橡膠閥上，與橡膠閥成一體，裝于排水閥拉桿內(nèi)部的內(nèi)彈簧與排水閥連接板連接，在排水閥關(guān)閉時，連接板抵在排水拉桿上，這時內(nèi)彈簧的彈力對排水閥來說是 7 內(nèi)力，對排水閥不起作用。 排水時，電磁鐵通

37、電，動鐵心被吸入，牽引排水閥連接拉桿拉動內(nèi)彈簧，同時連接 板上的定位套推動制動桿使處于脫水狀態(tài)。只要連接板的左端一離開排水拉桿，內(nèi)彈簧 就不再是排水閥的內(nèi)力，而變成了外力，它要與外彈簧的彈力和橡膠閥的彈力相平衡， 當內(nèi)彈力的拉力（即連接不能的拉力）大于外彈簧的彈力時，外彈簧被壓縮，帶動橡膠 閥向右移動，把閥拉離閥座，排水開始。這些動作都是在電磁鐵得電的瞬間完成的。因 為內(nèi)彈簧的剛度比外彈簧的剛度大，加上裝配排水閥連接板時，內(nèi)彈簧已有了一定的預 緊力，因而在牽引排水過程中，內(nèi)彈簧并不需要產(chǎn)生很大的拉伸變形，也就可以使橡膠 閥向右移動較大的距離，從而保證足

38、夠的排水速度。處于正常的排水閥開啟量時橡膠閥 左端與閥體平面的距離應小于 10mm。閥體多由半透明塑料制成，從外部可以看到閥的 [7] 開啟量。 4. 全自動洗衣機的水位開關(guān)及其工作原理： 水位開關(guān)也叫壓力開關(guān)，是一種氣壓式電觸點開關(guān)。它是利用洗衣桶內(nèi)水位高低不 同所產(chǎn)生的不同壓力，來控制進水閥的開啟和關(guān)閉。此外，它還負責進水與洗滌之間的轉(zhuǎn)換。 水位開關(guān)由三部分組成： （ 1）壓力傳感部分有橡皮膜下部的氣室組成； （ 2）電氣開關(guān)部分由中間的的一組觸電、簧片及開關(guān)小壓簧組成； [8] （ 3）壓力控制部分包括上部的頂心、壓力彈簧以及調(diào)整

39、壓力的凸輪、杠桿等。水位開關(guān)工作原理： 水位開關(guān)的氣室經(jīng)過軟管與洗衣機外筒連接起來。平時，橡皮膜處于平衡狀態(tài)，當 水注進外筒后，水首先將貯氣室封閉起來，一部分的空氣來不及跑出而被封閉在貯氣室里。由于貯氣室與水位開關(guān)的氣室間用壓力軟管相連通，貯氣室的壓力也就與水位開關(guān)氣室的壓力相同，隨著外桶中水位的上升，貯氣室、壓力軟管和水位開關(guān)氣室間的空氣不斷的被壓縮，隨之壓強也成比例的上升，這樣就把外桶中的水壓轉(zhuǎn)換成了空氣壓力，并作用在橡皮膜上。當水注到預定的水位時，氣室內(nèi)的壓力也升高到一定值。當它足以克服壓力彈簧通過頂心作用加在彈簧片上的力時，就推動簧片向上移動。當簧片移動預定位置后，開關(guān)下壓

40、簧將推動簧片彎到另一個方向，從而使動簧片上的公共觸點與常閉觸點分離，而與常開觸點接觸，這樣就向程控器發(fā)出了“水位已到”的信號，由程控器來控制進水電磁閥關(guān)閉，隨即進入洗滌程序。 當完成洗衣程序后，程控器向排水電磁鐵發(fā)出信號，排水閥開啟并排水。隨著水位的下降，氣室內(nèi)的壓力也逐漸減小，在壓力彈簧的作用下，頂心和橡皮膜逐漸下移，到了某一程度時動彈簧又彎向上方，常開與常閉觸點都恢復原位，等待下一個進水程序，此時水位開關(guān)雖然復位，但并不影響洗衣機繼續(xù)排水。 旋轉(zhuǎn)凸輪使杠桿上下移動，從而改變壓力彈簧的壓縮程度。如果壓力彈簧的壓縮長 8 度大，則壓力氣室

41、內(nèi)的壓力要高一些才能將動簧片推到預定位置，以此達到控制水位的 [9] 目的。 水位開關(guān)的主要技術(shù)參數(shù)如表 2-2 表 2-2 水位開關(guān)的主要技術(shù)參數(shù) 配用程序控制器 額定電壓 額定電流 氣密性 接觸電阻 絕緣電阻 電氣強度（交流） （ V） （ A） （Kpa） （Ω ） （MΩ ） 電動式程序控制器 1.5 250 3 7.6 100 2500 1min 微電腦式程序控制器 0.01 6

42、 5. 全自動洗衣機離合器的組成及其工作原理： （ 1）目前大多數(shù)洗衣機采用減速離合器。它有四根軸：洗滌輸入軸，下半軸，中半軸，洗滌輸入軸。 談減速離合器的工作原理： 全自動洗衣機在洗滌、排水和脫水之間是自動轉(zhuǎn)換的，這些轉(zhuǎn)換由排水電磁閥和制動桿來控制。 當排水電磁鐵吸合時，定位套就想上運動一段距離，使得制動桿克服制動彈簧的作用力被推向上方，制動彈簧的中心軸做逆時針方向轉(zhuǎn)動，連接在制動桿另一端的剎車被迫向下移動，與脫水軸上的剎車盤產(chǎn)生間隙，脫水因此失去控制，也就可以順利的進行脫水轉(zhuǎn)動了。同時，制動桿將棘爪撥叉上的調(diào)節(jié)螺釘頂向上方，也就使撥叉克服彈簧

43、的壓力，繞彈簧的中心軸做順時針方向轉(zhuǎn)動，于是棘爪拾起，放松了對棘輪的限制，這樣被棘輪扭轉(zhuǎn)一個小角度的方絲離合簧雜自身彈力的作用下恢復原來的位置，抱緊離合 套。當大皮帶在電動機的帶動下順時針旋轉(zhuǎn)時，可以產(chǎn)生巨大的摩擦力，使離合套和下 [10] 半軸（脫水軸）聯(lián)為一體，脫水工作就可以順利進行了。 （ 2）離合器的技術(shù)參數(shù)如表 2-3 ： 表 2-3 離合器的技術(shù)參數(shù) 額定傳 額定洗 洗滌傳 脫水 輸出啟 脫水軸 脫水軸 脫水軸 制動桿 脫水 傳動 正轉(zhuǎn)啟 正轉(zhuǎn)制 反轉(zhuǎn)制 開啟力 制動 動功率 滌力矩 動比 動力矩

44、 比 動力矩 動力矩 動力矩 矩 時間 200W 12.5N. 5.2 ：1 1： 1 <0.45N 15N.m 3-6N.m 15N.m <35N.m <10s m .m 2.2.4 全自動洗衣機的熔斷器和蜂鳴箱的示意圖 熔斷器時低壓配電系統(tǒng)和電力拖動系統(tǒng)中起過載和短路保護作用的電器。使用時，熔體串接于被保護的電路中，當流過熔斷器的電流大于規(guī)定值時，以自身產(chǎn)生的熱量使 [11] 熔體熔斷，從而自動切斷電路，實現(xiàn)過載和短路保護。 9

45、 熔斷器具有結(jié)構(gòu)簡單、 體積小、重量輕、使用維護方便、 價格低廉、 分斷能力較高、 限流能力良好等優(yōu)點。 適用范圍 本品適用于交流 50Hz（ 60Hz），額定電壓 380V,額定電流 5A 及以下的工業(yè)電氣裝置 的配電設備中，作為線路過載或短路保護之用。 型號及其含義 RT 18 - □ / □ 熔斷體額定電流Rated current of the fuse-link 帶指示燈代號 Code with pllafiamp 熔斷額定電流 Rated cur

46、rent of the fuse 設計序號 Design order number 有填料封閉管式熔斷器Power-filled cartridge 蜂鳴箱如表 2-4 所示： 表 2-4 蜂鳴箱示意圖 TYPE UNIF HXY26AO HXY26AO4 HXY26AO409 HXY26AO41 HXY26AO4 403W 06W W 2W 24W Min. Sound Output dB

47、 83 83 83 83 83 at 10cm Rated VDC 3 6 9 12 24 voltage Operati ng VDC 2.5～ 3.5 4.5～ 7.5 7～ 11 9～ 15 20～ 28 Voltage Resona nt Hz 400 100 400 100 400 100 400 100 400 100 Freque

48、 ncy ◆ Max. mA 30 30 30 30 30 Current 10 onstim ption Tone Continuous Continuous Continuous Continuous Continuous nature Qperati ng -20～ +60 -20～ +60 -20～ +60 -20～+60 ℃-20～ +60 Temper at

49、ure Storage Temper℃-30～ +70 -30～ +70 -30～ +70 -30～ +70 -30～+70 ature Weight g 12 12 12 12 12 2.3 全自動洗衣機的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖 根據(jù)上述對全自動洗衣機系統(tǒng)的功能分析， 可以設計如圖 2.3 所示的全自動洗衣機硬件系統(tǒng)框圖。 啟動按鈕 進水電磁閥 電機正轉(zhuǎn)接觸器 停止按鈕 電機反轉(zhuǎn)接觸器 高水位 S7-200 PLC 低水位 排水離

50、合器 CPU226 標準 脫水離合器 柔和 蜂鳴器 高水位探測器 低水位探測器 圖 2.3 全自動洗衣機的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖 11 第三章 基于 PLC的全自動洗衣機的系統(tǒng)硬件設計 3.1 全自動洗衣機的硬件設計 3.1.1 全自動洗衣機的硬件系統(tǒng)設計及控制電路圖 全自動洗衣機的工作過程包括啟動、進水、洗滌、排水和脫水等功能。在實現(xiàn)控制 過程中，各種采用信息都是通過控制中心進行各種判斷、比較和選擇，在經(jīng)信息線路反 饋給洗衣機各控制執(zhí)行機構(gòu)，決

51、定洗衣機的工作狀態(tài)。如圖 3.1 所示，由 PLC控制洗衣 機各種動作典型的系統(tǒng)控制圖： 進水閥 水位開關(guān) PLC 電機正反轉(zhuǎn) 排水閥 圖 3.1 全自動洗衣機系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖 由圖 3.1 可知， PLC在系統(tǒng)中式處中心位置的，水位開關(guān)是 PLC的輸入信號控制開 關(guān)、進水閥、排水閥和電機是洗衣機各種動作的執(zhí)行機構(gòu)。其中進水閥和排水閥由 PLC 給定信號來決定其工作狀態(tài)；電機的工作狀態(tài)也由可知中心 PLC給定信號來決定，而電 機的正反狀態(tài)直接決定了洗衣機的

52、洗滌狀態(tài)和脫水狀態(tài)。 另外由于洗衣機工作過程是順 [9] 序過程，所以利用 PLC作為洗衣機的控制系統(tǒng)是可行的。 PLC輸出的數(shù)字信號控制繼電器組，達到控制電路的目的。如圖 3.2 ： 12 變頻器 N G 交流電源 L U V W U V W 正轉(zhuǎn) 反轉(zhuǎn) 脫水

53、 M 圖 3.2 控制電路圖 圖中“正轉(zhuǎn)”、“反轉(zhuǎn)”、“脫水”為控制電動機電源方向的三個繼電器組，它們的線圈分別與 PLC的輸出端“ Q0.2”“Q0.3”“ Q0.4”相連，受控于 PLC的輸出信號。其中正轉(zhuǎn)組和反轉(zhuǎn)組是通過變頻器的限制后接入電動機的，因此，改變變頻器參數(shù)就可以改變洗滌和漂洗時的速度。而脫水繼電器組直接與電源和電動機相連，這樣，當洗衣機處于脫水狀態(tài)時，電動機按額定轉(zhuǎn)速工作。所以，在演示時轉(zhuǎn)速會和洗滌漂洗有所區(qū)別。 [8] 3.1.2 全自動洗衣機的控制系統(tǒng)的運作要求 全自動洗衣機的控制系統(tǒng)的運作要求： 波輪式

54、全自動洗衣機的洗衣桶（外桶）和脫水桶（內(nèi)桶）上以同一個中心安裝的。 外桶固定作為盛水桶，內(nèi)桶可以旋轉(zhuǎn)，作為脫水桶。內(nèi)桶的四周有許多小孔，使內(nèi)外桶 的水流相通。 洗衣機的進水和排水分別由進水電閥和排水電閥控制。進水時，控制系統(tǒng)使進水閥 13 打開，將水注入外桶，排水時，使排水閥打開，將水由外桶排到機外。洗滌和脫水由同 一臺電機拖動，通過電磁離合器來控制，將動力傳遞給洗滌波輪或甩干桶（內(nèi)桶） 。電 磁離合器失電，電動機帶動洗滌波輪實現(xiàn)正、反轉(zhuǎn)進行洗滌；電磁離合器得電，電動機帶動內(nèi)桶單向旋轉(zhuǎn)，進行甩干（此時波輪不轉(zhuǎn)） 。水

55、位高低分別由高低水位開關(guān)進行檢 [8] 測。啟動按鈕用來啟動洗衣機工作。 3.2 全自動洗衣機的電氣接線圖及控制要求 3.2.1 全自動洗衣機的 I/O 分配表 全自動洗衣機的 I/O 分配表如表 3-1 所示為： 表 3-1 全自動洗衣機的 I/O 分配表 輸入 輸出 I0.0 啟動按鈕 Q0.0 進水指示燈 I0.1 停止按鈕 Q0.1 排水指示燈 I0.2 上限按鈕 Q0.2 正攪拌指示燈 I0.3 下限按鈕 Q0.3 反攪拌指示燈 I0.4 手動排水按鈕 Q0

56、.4 甩干桶指示燈 Q0.5 蜂鳴器指示燈 3.2.2 全自動洗衣機的電氣接線圖 依照 S7-200系列 PLC的I/O 地址分配表，結(jié)合系統(tǒng)的控制要求， 設洗衣機當中電磁閥、 指示燈等采用直流 12V電流供電，并且負載電流較小，可又 PLC輸出點直接驅(qū)動， PLC控 [9] 制電氣接線圖如圖 3.3 。 啟動按鈕 I0.0 Q0.0 進水電磁閥 排水按鈕 I0.1 高水位開關(guān) I0.2 低水位開關(guān) I0.3 停止按鈕 I0.4

57、 COM  Q0.2 KM1 電機正轉(zhuǎn)接觸器 Q0.3 KM2 電機反轉(zhuǎn)接觸器 S7-200 Q0.1 排水電磁閥 CPU226 Q0.4 離合器 Q0.5 報警蜂鳴器 AC COM 220V交流電源 圖 3.3 全自動洗衣機的電氣接線圖 14 3.2.3 全自動洗衣機的控制要求及機型選擇 1. 啟動時：首先進水，到高水位時停止進水，開始洗滌。正轉(zhuǎn) 15s，暫停 3s 后反轉(zhuǎn)

58、 洗滌 15s，暫停 3s 后再正傳洗滌，如此反復 30 次。洗滌結(jié)束后，開始排水，當水位下 降到低水位時，進行脫水（同時排水） ，脫水時間為 10s。這樣完成一次從進水到脫水的 大循環(huán)過程。 經(jīng)過 3 次上述大循環(huán)后（第 2、3 次為漂洗），進行洗衣完成報警，報警 10s 后結(jié)束全過程，自動停機。 2. 全自動洗衣機的機型選擇和編號分配 PLC是一種用作數(shù)字控制的專用電子計算機。它根據(jù)用戶給的指令，通過輸入接口 現(xiàn)場采樣信息執(zhí)行邏輯或數(shù)值運算，在通過輸出接口去控制各種執(zhí)行機構(gòu)動作。它和單 片機一樣，主要有 CPU、存儲器、 I/O 接口模塊三部分。它

59、是整體模塊形式，因此又他 作為洗衣機控制系統(tǒng)，在硬件設計上就相對簡單點。通過對系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖的分析，可知全 自動洗衣機的 I/O 點不多，選擇西門子 S7-200 系列可以完全滿足其要求如表 3-2 所示： 表 3-2 輸入 / 輸出設備點的分配 輸入設備點編號 輸入編號 輸出設備 輸出 進水電磁閥 Y0 啟動開關(guān) X0 電機正轉(zhuǎn)控制 Y1 電機反轉(zhuǎn)控制 Y2 高水位開關(guān) X3 排水電磁閥 Y3 脫水電磁離合器 Y4 低水位開關(guān) X4 報警蜂鳴器 Y5 3.3 全自動洗

60、衣機的控制系統(tǒng)設計線路圖 根據(jù) PLC主機的 I/O 資源分配以及 PLC主機的硬件框圖， 則 PLC主機的硬件接線圖如圖 3.3 ，說明如下： 1．輸入口 （ 1）啟動按鈕連到 PLC主機的輸入口 I0.0, 停止按鈕連至 PLC主機的輸入口 I0.1 。 （ 2） 高水位按鈕連至 PLC主機的輸入口 I0.2 ，低水位按鈕連至 PLC主機的輸入口 I0.3 。 15 （ 3）標準模式選擇按鈕連至 PLC主機的輸入口 I0.4 ，柔和模式選擇按鈕連至 PLC 主機的輸入口 I0.5 。 （

61、 4）高水位探測器連至 PLC主機的輸入口 I0.6 ，低水位探測器連至 PLC主機的輸入口 I0.7 。 2．輸出口 （ 1） PLC主機輸出口 Q0.0 控制進水電磁閥。 （ 2） PLC主機輸出口 Q0.1 控制電機正轉(zhuǎn)接觸器。 （ 3） PLC主機輸出口 Q0.2 控制電機反轉(zhuǎn)接觸器。 （ 4） PLC主機輸出口 Q0.3 控制排水離合器。 （ 5） PLC主機輸出口 Q0.4 控制脫水離合器。 [12] （ 6） PLC主機輸出口 Q0.5 控制蜂鳴器。 PLC主機的外部接線線路圖如圖 3.3 。 1M

62、 1L SF1 I0.0 Q0.0 QA1 SF2 I0.1 Q0.1 QA2 SF3 I0.2 Q0.2 QA3 SF4 I0.3 Q0.3 QA4 SF5 I0.4 PLC Q0.4 QA5 S7-200 SF6 I0.5 CPU226 QA6 Q0.5 BG1 I0.6 BG2 I0.7 ...

63、 ... N 120V/240V M L1 AC 24V DC L+ AC 圖 3.3 S7-200PLC 線路圖 16 第四章 基于 PLC 的全自動洗衣機的系統(tǒng)軟件設計 4.1 PLC 可編程控制技術(shù)的概述 PLC的定義：可編程序控制器是一種數(shù)字運算操作的電子系統(tǒng)，專為在工業(yè)環(huán)境下 應用而設計，它采用可編程序的儲存器，用來在其內(nèi)部存

64、儲執(zhí)行邏輯運算、順序控制、定時、計數(shù)和算術(shù)運算等操作命令，并通過數(shù)字式、模擬式的輸入和輸出，控制各種類型的機械或生產(chǎn)過程?？删幊炭刂破骷捌溆嘘P(guān)的外部設備，都應按易于工業(yè)控制系統(tǒng)聯(lián)成一個整體，易于擴充其功能的原則而設計。 可編程控制技術(shù)的特點： PLC綜合繼電器接觸器控制的優(yōu)點及計算機的靈活、方便 [13] 的優(yōu)點而設計制造和發(fā)展的，這就使 PLC具有許多其它控制器無法相比的特點。 1. 可靠性高，抗干擾能力強 2. 通用性強，使用方便 3. 采用模塊化結(jié)構(gòu)，使系統(tǒng)組合靈活方便 4. 編程語言簡單、易學、便于掌握 5. 系統(tǒng)設計周期短 6. 對生

65、產(chǎn)工藝改變適應性強 7. 安裝簡單、調(diào)試方便、維護工作量小 PLC 的應用： PLC 是以微處理器為核心，綜合了計算機技術(shù)、自動化技術(shù)和通信技 術(shù)發(fā)展起來的一種通用的工業(yè)自動斷控制裝置，它具有可靠性高、體積小、功能強、程 序設計簡單、靈活通用、維護方便等一系列優(yōu)點，因而在冶金、能源、化工、交通、電 力等領(lǐng)域中有著廣泛的應用，成為現(xiàn)代工業(yè)的三大支柱（ PLC、 機器人和 CAD/CAM）之 [12] 一。 PLC的發(fā)展前景：為了適應市場的各方面的需求， 各生產(chǎn)廠家對 PLC不斷進行改進， 推出功能更強、結(jié)構(gòu)更完善的新產(chǎn)品。這些新產(chǎn)品總體來說，

66、朝兩個方向發(fā)展：一個是 超小型、專用化和低價格的方向發(fā)展，以進行單機控制；另一個是向大型、高速、多功 [13] 能和分布式全自動網(wǎng)絡化方向發(fā)展， 以適應現(xiàn)代化的大型工廠、 企業(yè)自動化的需要。 4.2 可編程控制技術(shù) PLC的基本結(jié)構(gòu)圖 PLC 的組成： PLC 的主機由微處理器（ CPU）、傳感器（ EPROM、RAM）、輸入 / 輸出模塊、外設 I/O 接口、通信接口及電源組成。對于整體式的 PLC，這些部件都在同一個極 殼內(nèi)。而對于模塊式結(jié)構(gòu)的 PLC，部件獨立封裝，稱為模塊，模塊通過機架和電纜連接 在一起。其基本機構(gòu)如圖 4.1 所示。 可編程控制系統(tǒng)基本結(jié)構(gòu)圖： 17 開關(guān) 輸 輸 輸出 入 CPU模塊 出 模 模 塊 塊 電源 電源 圖 4.1 可編程控制系統(tǒng)的基本結(jié)構(gòu)圖 主機內(nèi)