PLC 的 优点是:可靠性 高,耗电少,适应性强,运行速度快,寿命长等,为了进一步提高全自动洗衣机 的功能和性能,避免传统控制的一些弊端,就提出了用 PLC 来控制全自动洗衣机 这个课题。 1 第一章 全自动洗衣机设计方案 1.1 控制要求 1.1.1 洗衣机的控制流程: (1) 按下启动按扭及水位选择开关,开始进水直到高(中、 低)水位,关水; (2) 2 秒后开始洗涤; (3) 洗涤时,正转 30s,停 2s,然后反转 30s,停 2s; (4) 如此循环 5 次,总共 320s 后开始排水,排空后脱水 30s; (5) 开始清洗,重复(1)~(4) ,清洗两遍; (6) 清洗完成,报警 3 秒并自动停机; (7) 若按下停车按扭,可手动排水(不脱水)和手动脱水(不计数) ; 输入点: 启动 低水位 10005 中水位检测 排水 00005 正转及脱水 10001 排空检测 停止 10002 高水位 10003 10007 反转 进水阀 00004 00002 中水位 10004 高水位检测 10006 10008 10009 00006 手动排水 启动洗衣机 10010 00001 报警 00003 输出点: 低水位检测 说明: (1)在洗涤过程中,若外部电源与供水中断,洗衣机暂时停止工作,当电 源或供电恢复后,洗衣机在原来基础上继续工作,知道洗涤完成。 (2)若要求启动开关分为标准洗和轻柔洗,试改变有关输入点,并在程序 中加入轻柔洗功能(轻柔洗过程自定) 全自动洗衣机要能够通过控制面板设定洗衣机的洗涤时间、洗涤次数、脱 水时间,选择洗衣模式;能够检测水位,自动完成进、出水;按下启动按键洗衣 机能够按照设定的洗衣程序,从进水、洗涤、漂洗、排水到脱水,整个过程全自 动进行;完毕后,能够自动报警,停止工作。 2 名称 启动 停止 高水位 中水位 低水位 排空检测 高水位检测 中水位检测 低水位检测 手动排水 手动脱水 反转 排水 报警 启动洗衣机 进水阀 正转及脱水 符号 输入信号 10001 10002 10003 10004 10005 10006 10007 10008 输出信号 10009 10010 10011 00004 00005 00006 00001 00002 00003 图 2.1 输入输出地址分配 地址 I0.0 I0.1 I0.2 I0.3 I0.4 I0.5 I0.6 I0.7 I1.0 I1.1 I1.2 Q0.3 Q0.4 Q0.5 Q0.0 Q0.1 Q0.2 1.2 基于 PLC 的系统设计方案 1.2.1 全自动洗衣机 PLC 控制系统 全自动洗衣机 PLC 控制系统如图 2.2 所示。该系统由 PLC 控制器、继电器、 按钮开关、选择开关、限位开关等组成。 3 图 2.2 PLC 控制系统接线图 1.2.2 控制系统构成图 1..控制系统图 展开系统图如下图所示: 4 启动按钮 停止按钮 电磁进水阀 电磁排水阀 手动排水开关 P L C 手动脱水开关 水位选择开关(高,中,低) 洗涤电动机 水位检测设备(高,中,低) 脱水桶 图 2.3 全自动洗衣机控制系统图 2.PLC 构架配置图 主机单元 CPU 224 AC/DC 继电器 图 2.4 PLC 系统构成 1.2.3 全自动洗衣机机程序流程 洗衣机的进水、排水分别由进水电磁阀和排水电磁阀执行。 洗涤正转、反 转由洗涤电动机驱动波盘的正、反转来实现。 脱水时,由脱水电磁离合器合上、 排水电磁阀吸合,洗涤电动机正转进行甩干。洗涤完成由蜂鸣器报警。 洗衣机按下启动按扭和水位选择开关,开始进水,进水到规定高度,使水位 开关接通,停止进水,2S 后实现洗涤正转;洗涤正转 30S 后,停止洗涤,2S 后 开始洗涤反转;洗涤反转 30S 后,2S 后计数器加 1,累计洗涤次数;若未满 5 次 则重复进行洗涤,直至洗涤达到 5 次(共 320 s) ,开始排水。由于排水水位降 低,启动排空检测,当水位低于规定下限水位时,低水位开关接通,开始脱水, 脱水 30S 后, 计数器加 1, 脱水停止。 然后再返回到进水动作重复上述过程 2 次, 5 报警 30S 并停机。其程序流程如图所示 图 2.4 程序流程图 6 第二章 2.1 全自动洗衣机的基本结构 全自动洗衣机的工作原理及构造 全自动洗衣机综合运用了大量力学、电学、光学等知识,以下就其原理和构 造作一分析。 洗衣机的洗涤过程主要是在机械产生的排渗、冲刷等机械作用和洗 涤剂的润湿、分散作用下,将污垢拉入水中来实现洗净的目的。首先充满于波轮 叶片间的洗涤液,在离心力的作用下被高速甩向桶壁,并沿桶壁上升。在波轮中 心处,因甩出液体而形成低压区,又使得洗涤液流回波轮附近。这样,在波轮附 近形成了以波轮轴线为中心的涡流。衣物在涡流的作用下,作螺旋式回转,吸入 中心后又被甩向桶壁,与桶壁发生摩擦。又由于波轮中心是低压区,衣物易被吸 在波轮附近,不断地与波轮发生摩擦,如同人工揉搓衣物,污垢被迫脱离衣物。 其次,当衣物被放进洗涤液之后,由于惯性作用运动缓慢,在水流与衣物之间存 在着速度差,使得两者发生相对运动,水流与衣物便发生相对摩擦,这种水流冲 刷力同样有助于污垢离开衣物。 再次由于洗衣涌形状的不规则,当旋转着的水流 碰到桶壁后,其速度和方向都发生了改变,形成湍流。在湍流的作用下,衣物做 无规则地运动并翻滚,其纤维不断被弯曲、绞纽扣拉长,衣物相互相摩擦,增大 了洗涤的有效面积, 提高衣物的洗净的均匀性。全自动洗衣机是通过水位开关与 电磁进水阀配合来控制进水、排水以及电机的通断:从而实现自动控制的。电磁 进水阀起着通、断水源的作用。如图 1.1,当电磁线圈 1 断电时,移动铁芯 2 在 重力和弹簧力的作用下,紧紧顶在橡胶膜片 3 上,并将膜片的中心小孔 4 堵塞, 这样阀门关闭,水流不通。当电磁线圈通电后,移动铁芯在磁力作用下上移,离 开膜片, 并使膜片的中心小孔打开,于是膜片上方的水通过中心小孔流入洗衣桶 内。 由于中心小孔的流通能力大于膜片两侧小孔 5 的流通能力,膜片上方压强迅 速减小,膜片将在压力差的作用下上移,闭门开启,水流导通。 7 水位开关实际上是一个压力开关。如图 1.2,气室 1 的入口与洗衣桶中的贮 气室相联接。当水注入洗衣桶后,贮气室口很快被封闭,随水位上升,贮气室的 水位也上升,被封闭的空气压强亦增大,水位开关中的波纹膜片 2 受压而胀起, 推动顶杆 3 运动而使触点 4 改变,从而实现自动通断。智能型模糊控制的全自动 洗衣机还可以自动判断水温、水位、衣质衣量、衣物的脏污情况,决定投放适量 的洗涤剂和最佳的洗涤程序。 其方法是:在洗衣桶内注入一定量水后使电机低速 运转,平稳后快速断电,洗衣桶在惯性作用下带动电机继续转动。此时,电机绕 组产生反电动势, 对其半波整流并放大整形后获得一矩形脉冲系列。通过分析脉 冲个数和脉冲宽度。 就能得到衣质衣量情况。衣物的脏污程度是通过水的透明度 来判断的。 在洗衣桶的排水口处加一红外光电传感器,使红外光通过水而进入另 一侧的接收管。若水的透明度低,接收管获得的光能小,说明衣物较脏。脱水时 采用压电传感器。 当脱水桶高度旋转时,从脱水桶喷射出来的水作用于压电传感 器上,根据这个压力变化,自动停止脱水运转。 2.2 全自动洗衣机控制面板及控制系统 全自动洗衣机控制面板由工作指示区、编程选择键、增键、减键、和启动键 组成。如图 1.3 所示。 编程选择 增 减 脱水剩余时间 启动 强洗 弱洗 洗涤次数 脱水定时 洗衣剩余时间 洗衣定时 图 1.3 操作面板图 全自动洗衣机一般采用轻触式开关, 在按下开关后, 字符旁边的指示灯会亮。 当指示灯亮起表示程序选中, 指示灯闪烁表示正在执行此程序,指示灯熄灭表示 程序未选择或执行完毕。 全自动洗衣机电气控制系统包括微处理器、排水电磁铁、电容器、门开关、 按键开关、指示灯、中间继电器,水位压力开关、蜂鸣器及进水电磁阀等部件组 成。通过微处理器,能自动完成进水,洗涤(漂洗) 、排水、脱水、报警等全部 程序,只需设计软件就可以来达到预想控制的目的。 8 2.3 洗涤与脱水系统 全自动洗衣机主要是通过波轮对衣物的翻滚达到洗涤目的。 波轮安装在洗涤 桶的正中,托盘连接着盛水桶。套桶式全自动洗衣机的脱水桶(甩干篮)既要保 证能离心脱水,又要能容纳洗涤的衣物,全自动洗衣机的洗涤桶其上部略大,下 部略小,呈圆锥形。为了保证洗涤效果,洗涤桶的内壁上必需设计成凸形来增大 摩擦力,达到满意的洗涤效果,当衣物与洗涤桶接触时,桶壁就产生像搓板那样 的洗涤作用,而且能增强涡旋作用,提高洗涤率。 洗涤系统的传动部分由风叶、皮带、皮带轮、和洗衣轴体组成。脱水系统由 脱水桶、脱水定时器、安全开关、电动机、制动机构等组成。洗衣机具有盖的带 锁装置,该锁定装置,包括洗衣机盖板、洗衣机箱体,还包括控制开关,与控制 脱水的开关联动;电磁铁,与控制开关连接;洗衣机盖板翻口端内面在对应洗衣 机箱体内壁处设有凹缘,凹缘上设有锁孔,洗衣机箱体上端设有所述电磁铁,电 磁铁衔铁的伸缩口位于洗衣机箱体内壁, 而且电磁铁通电后其衔铁伸出端正好位 于盖好的洗衣机盖板凹缘的锁孔内。 由于电磁铁的控制开关与洗衣机控制脱水的 开关联动, 使洗衣机在脱水时电磁铁的衔铁能伸出,而且正好锁住洗衣机盖板凹 缘的锁孔, 使用户在脱水时不能打开洗衣机盖板,从而确保了洗衣机脱水时的操 作安全。 2.4 进水和排水系统 全自动洗衣机的进水系统采用水位压力开关和进水阀,由程序控制器调节。 设有溢水口,其位置在盛水桶上口部。漂洗时,它能让洗涤液中的泡沫和污水溢 出,有利于漂清。 全自动洗衣机水位开关一般有三档水位控制,并都有 低水位、中水位、高水 位、再注水等功能当进水阀注水,内桶水位增高到预选水位时,导通橡皮气膜受 到内部空气的压缩而被顶出,中触片上跳,与上触片闭合。此时主电机导通,进 水阀断开(原来中触片与下闭合) ,并开始洗衣。当旋钮旋至低水位时,凸轮转 动,但曲率半径较小。通过一定的机构,橡皮气膜压簧被压缩而产生压力 P1, 压迫气膜。当桶内水量达到 30L 时,软管内的空气被压缩,产生空气压力 F1, 当 F1>P1 时,中触片上跳,与上触片闭合,主电动机动作,进水阀关闭. 全自动洗衣机的排水系统由程序来控制排水电磁阀,牵引排水阀。排水阀主 要同阀盖、阀芯弹簧、阀芯拉簧,橡皮阀和阀体组成。 排水电磁铁主要用来控制自动型洗衣机排水阀的开闭,在套桶式自动型洗衣 9 机中同起到改变减速离合大的洗涤、脱水状态、排水电磁铁主要由线圈、磁轭、 静铁芯、衔铁和短路铜环等组成。 2.5 传动系统、箱体与支承系统 全自动洗衣机的传动系统设在洗衣机脱水桶的底部,主要由波轮、脱水桶、 离合器、传动带、电动机、电磁阀及单相电容式电动机组成。