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全自动洗衣机

2011-11-29 28页 doc 418KB 47阅读

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全自动洗衣机 无锡科技职业学院中德机电学院 机电一体化概论大作业 设 计 题 目 全自动洗衣机研究 学 生 姓 名 杨阳 系 别 中德机电学院 专 业 机电一体化 班 级 机电1003班 授 课 教 师 龚运新 目 录 2序 言 31.1 概述 41.1.1洗衣机发展概况 41.2机械部分 51.2.1整机机构 61.2.2 滚筒...
全自动洗衣机
无锡科技职业学院中德机电学院 机电一体化概论大作业 设 计 题 目 全自动洗衣机研究 学 生 姓 名 杨阳 系 别 中德机电学院 专 业 机电一体化 班 级 机电1003班 授 课 教 师 龚运新 目 录 2序 言 31.1 概述 41.1.1洗衣机发展概况 41.2机械部分 51.2.1整机机构 61.2.2 滚筒机构及其功能 71.2.3波轮结构及其功能 101.3电气控制部分 101.3.1电机结构及功能 111.3.2控制器功能 121.3.3传感器功能及使用 131.4程序设计 131.4.1 总体思路 131.4.2 电气设计部分 181.4.4 全自动洗衣机控制系统PLC程序 201.4.5源程序 261.4.6 程序梯形图 序 言 全自动洗衣机就是将洗衣的全过程(泡浸-洗涤-漂洗-脱水)预先设定好N个程序,洗衣时选择其中一个程序,打开水龙头和启动洗衣机开关后洗衣的全过程就会自动完成,洗衣完成时由蜂鸣器发出响声。 全自动洗衣机由洗衣系统和控制电路组成。其控制电路分为机械和电脑型,全自动洗衣机就是将洗衣的全过程(泡浸-洗涤-漂洗-脱水)预先设定好N个程序,洗衣时选择其中一个程序,打开水龙头和启动洗衣机开关后洗衣的全过程就会自动完成,洗衣完成时由蜂鸣器发出响声。 全自动洗衣机由洗衣系统和控制电路组成。其控制电路分为机械和电脑型,电脑型控制电路是以单片机作为控制电路的核心。图1给出单片机Z86C09组成的全自动洗衣机的控制电路。 1.1 概述 本次设计基于PLC的全自动洗衣机控制,本文的课题源于市场上洗衣机产品。采用PLC控制开发的周期短,开发成本低,可以直接用于工业现场控制。PLC控制具有实时性、信号处理时间短、速度快、更能满足各个领域大、中、小型工业控制项目,可靠性高,丰富的I/O卡件,质优价廉,性价比高,安装简单,维修方便,PLC控制能在高粉尘、高噪声、强电磁干扰和温度变化剧烈的环境下正常工作。因为它是整体模块,集中了驱动电路、检测电路和保护电路以及通讯联网功能,所以在使用中,硬件相对简单,编程语言也相对简单,并且测试容易,维修方便,更可以提高控制系统设计的灵活性及控制系统的可靠性。本设计以操作简单、使用可靠、维护修理方便作为主要设计方向。 1.1.1洗衣机发展概况 世界上第一台洗衣机于1858年诞生,但这台洗衣机使用费力,且损伤衣服,因而没被广泛使用,但这却标志了用机器洗衣的开端。1874年,“手洗时代”受到了前所未有的挑战,美国人发明了木制手摇洗衣机。1880年, 全自动洗衣机从结构上分有波轮式,搅拌式,滚筒式。目前,国内市场上销售的大都是波轮式和滚筒式,供应最多的是波轮式洗衣机。波轮式洗衣机的特点是洗净率高,但对衣服的磨损很大,随着人们生活水平不断地提高,丝绸,毛料,羊毛等大量走进普通家庭,厂商又适时地推出了滚筒洗衣机,它最大的优点是磨损率小,但洗净率比波轮式低,价格高。 洗衣机产品可以分三类:普通型、半自动型和全自动型。普通型和半自动型洗衣机,都需要人为参与操作,才能完成洗衣、甩干、排水全过程;而全自动洗衣机在整个洗涤、甩干、排水过程中,无需人为操作和监控。 国内外洗衣机品牌有海尔、小天鹅、荣事达、松下、惠而浦水仙、LG熊猫、西门子、日立好用。 1.2机械部分 主要部分组成:1、左罩壳组件 2、内筒组件3、外筒组件 4、右罩壳组件 5、电器箱及电器控制 6、传动部分 7、 排水阀及水位计 8、管路系统 左罩壳组件:左罩壳组件由左罩壳,左墙板门等主要部件构成,在本设计中采用内嵌式罩门,从而增加门的刚度,使整机更美观,左罩壳组件的作用:保护管路系统与液位计,用作内筒组件左端支承及罩护转动中的皮带轮。 内筒组件:内筒组件由V型筋、拉杆、内筒体、左右轴头等主要部件组成,用以盛放被洗涤的衣物,两端通过轴承组件支承在左右墙板上。 外筒组件;外筒组件主要由外筒体,拉门等主要部件组成,用以盛放洗涤用水,整个机组联接,以及罩护转动的内筒组件。 右罩壳组件:右罩壳组件由右罩壳,右墙板门等到主要部件构成,在本设计中彩内嵌式罩门,从而增加门的刚度,使整机更加美观;右罩壳组件的作用:安置电器箱、传动系统及用作内筒组件右端支承。 电器箱及电气控制:电器箱位于右罩壳组件的后上部,电气控制面板位于右罩壳组件的前上部,电气控制的主要内容:电机的正反转,主电机断电时制动器制动,门盖打开时,行程开关动作,主电机断电。 传动系统:本传动系统分一、二级传动,实现减速,将电机的动力传送到内筒上。 排水阀及水位计:排水阀主要用于排放洗涤衣物后的污水,水位计是用来反映外筒组件内的水位。 管路系统;主要由进水管路,进气管路,水位计连接管路及温度组成。 1.2.1整机机构 以日常生活中最常见的波轮式全自动洗衣机为例,洗衣机的洗衣桶(外桶)和脱水桶(内桶)是以同一中心安放的。外桶固定,作盛水用。内桶可以旋转,作脱水(甩水)用。内桶的四周有很多小孔,使内外桶的水流相通。该洗衣机的进水和排水分别由进水电磁阀和排水电磁阀来执行。进水时,通过电控系统使进水阀打开,经进水管将水注入到外桶。排水时,通过电控系统使排水阀打开,将水由外桶排出到机外。洗涤正转、反转由洗涤电动机驱动波盘正、反转来实现,此时脱水桶并不旋转。脱水时,通过电控系统将离合器合上,由洗涤电动机带动内桶正转进行甩干。高、低水位开关分别用来检测高、低水位。启动按钮用来启动洗衣机工作。停止按钮用来实现手动停止进水、排水、脱水及报警。排水按钮用来实现手动排水。波轮式全自动洗衣机的实物示意图如图1.1所示。 1.2.2 滚筒机构及其功能 滚筒洗衣机的基本结构:是不锈钢內桶,机械控制程序,经过磷化、电化、喷涂三重保护的外壳,和用于平衡滚筒旋转时产生的巨大离心力的平衡块组成的。 如图1.2.1 滚筒洗衣机的功能:滚筒内部酷似雨滴一般的凸起,均匀地密集分布于滚筒内壁。凸起的弧度对织物纤维起到自然拉伸的作用,避免衣物的收缩与变形;雨滴状凸起的前端特有细流孔,均匀喷射出托举、悬浮精致织物的细腻水流,能全面达到至柔至净的洗护效果,而且它还能喷涌大量水流能让浸湿过程得以加快,明显缩短洗衣时间。如图1.2.2 1.2.3波轮结构及其功能 波轮的结构:机械支撑系统、电气控制系统、洗涤、脱水系统、传动系统、进、排水系统。如图1.2.3.1 1、机械支撑系统:是由箱体(洗衣机外壳,支撑、保护、装饰 材料)吊杆(a、波轮洗衣机的外桶与内桶套装在一起,外桶底部装有离合器、电动机等,这一套部件都是依靠吊杆悬吊在箱体四个角板上。吊杆与箱体及外桶都是球面配合。B、减振,保证洗衣机在洗涤和脱水时的平衡和稳定。)面架(主要用于安装和固定电气部件和操作部件。 面架内装有电脑板、进水阀、水位传感器(水位开关)、安全开关、进水盒等部件。 ) 2、电气控制系统: 程序控制器(电子式俗称电脑板):全自动洗衣机的大脑,它接收指令,发出指令,控制洗衣机的整个工作过程。 传感器:a、水位传感器—控制水位;b、布量、布质传感器—主要用于模糊控制洗衣机,作用是对洗涤物的质地和数量作出判断;c、污染度传感器—通过对洗涤液进行检测,从而判断衣物的脏污程度。D、温度传感—用于检测室温及洗涤液的温度。 安全开关:控制洗衣机在脱水时的开盖和脱偏。 进水阀:根据控制器的指令进行运作,执行开关水源的动作。 牵引器:根据控制器的指令进行运作,控制排水阀及离合器的动作。 排水泵:用于上排水。 3、洗涤、脱水系统:如图1.2.3.2 外桶(PP):盛放洗涤液和漂洗水,同时也是离合器、电机、牵引器等部件的安装体。外桶圈:加强强度,防止溅水;溢水口:防止出现溢水;空气室:连接水位传感器,控制水位;排水口:排水 内桶(PP、1Cr17):内桶侧面凹凸不平的筋和槽类似与搓衣板的结构相似,当波轮带动水及衣物转动时,起到搓洗作用,增加衣物洗净比;内桶侧面有许多小孔,当洗衣机在脱水时,由于高速运转,产生一个离心力,在其作用下,使衣物紧贴桶壁,衣物内的水在离心力作用下通过许多小孔进入盛水桶排出机外,即达到脱水的目的;平衡环:减少脱水时不平衡产生的振动;循环水道:喷水;滤网:回收线屑;有孔内桶与无孔内桶。 波轮:波轮是洗衣机在洗涤、漂洗过程中起着相当重要的作用。当它在动力系统作用下,能产生螺旋式水流,由此产生一个洗涤所需的机械作用力。 其形状、尺寸大小、转速等对洗涤的洗净率、磨损率、缠绕程度都有重要影响。 底部有波轮叶片,作为强制产生水压的动力,其相当于水泵的叶片。 4、传动系统: 电动机:洗衣机电机的特点是频繁正反转。大多数用单相异步电容电动机,特点是过载能力强,有较高的效率,体积小、重量轻。 离合器:主要作用是完成洗涤和脱水的动力切换以及减速。 三角带:将电机的动力传给离合器。 电容:使主、副绕组电流产生相位差,从而产生旋转磁场,使电机正常运行。 洗衣机洗涤转速:120-180转/分;脱水:800转/分左右。 6、进、排水系统:进水阀、排水阀、排水管 波轮的功能 以在洗涤桶中装有波轮,波轮上有几条凸起的筋,并以一定的转速,一定的时间间隔正反向转动,从而带动桶中的洗涤液和衣物作旋转和翻滚运动来洗涤衣物为特征的洗衣机叫做波轮式洗衣机。 波轮新水流洗衣机具有波轮转速低、换向频率高等特点,使得衣物不易被缠绕,提高了衣物的洗净度,降低了衣物的磨损率,得到广泛应用 1.3电气控制部分 1.3.1电机结构及功能 电机机构:包括薄板、形成在薄板中间且中央设有一个孔的圆形凸台、形成在薄板上与凸台方向相反且与薄板垂直的叶片,叶片与薄板之间设有若干加强筋,其特征在于,所述薄板的边缘形成切减结构,凸台的孔内设有一个或一个以上突块,所述叶片直接形成在薄板上。所述切减结构为圆弧、圆孔、方形、三角形、异形。本实用新型通过减少圆面积、增高叶片的高度,以降低原材料用量,同时并不影响温升的提高。如图1.3.1.1 电机功能:电机是洗衣机运转的动力,全自动洗衣机电机运转通过散热轮、减速器带动波轮和内桶运转,实现洗涤和脱水。双桶洗涤电机运转通过散热轮、减速器或皮带轮带动波轮运转,实现洗涤。双桶脱水电机直接带动脱水桶运转 。如图1.3.1.2 1.3.2控制器功能 控制操作系统:由电脑程控器、电源开关、安全开关等组成。 电脑程控器如图 1.3.2.1 功能及特点: 1、射频卡是采用本公司专有技术生产的异型卡,具有防水、坚硬、体积小和便于携带等优点; 2、控制器采用本公司专有防水技术生产,具有防水、防撞击等优点; 3、刷卡通电,显示卡上剩余金额,八位数码管显示,左边四位显示钱数,右边四位显示时间(分秒); 4、洗衣机在运行过程中,控制器上右边四位数码管显示倒计时洗衣时间; 5、按次计费,按时控制,费率和时间可由管理方自行设定; 6、通过管理卡可直接在洗衣机上设置不同洗涤状态的费率及统计消费数据; 7、各控制器相互独立,不会因为某单元故障而影响其他单元正常工作, 8、控制器上有四个按钮,分别是“设置”、“慢洗”、“经济洗”、“快洗”,可以设置费率,选择不同的洗衣模式。 1.3.3传感器功能及使用 传感器功能:传感器就相当于压力开关。当你设定好一个压力值以后,注水后产生水压,达到压力值后就自动通电,达到了开关的作用洗衣机水位开关分为电子式(可调电阻式)和开关式两种,它们都是通过水位上升时所产生的空气压力通过管道传递到传感器使电阻发生变化或内部开关接通来使电脑产生动作的,它损坏后都会产生注水不准,长注水不动作(运转),排完水后不甩干(此情况比较少见,原因是传感器不复位)。检修时应注意检查管道是否破裂,两端密封是否良好,传感器是否漏气,检查传感器时可用嘴从空气入口处吹入空气同时用表测量传感器两端阻值是否发生变化或开关是否接通,开关式传感器上面的螺钉是用来调整水位注入高低用的,水位不准时可调整.如图1.3.3.1 传感器使用:1,你要确定水电都是畅通的。2,在放好衣服后盖上上盖。3,现在就要选择开关,一般海尔都有电源的开关。4,按下后就要选择水位(水量),根据衣服多少你自己决定,洗涤(程序)选择,一般有大物洗,轻柔洗,洗等。5,完成上述后按下启动(暂停)键。 1.4程序设计 1.4.1 总体思路 全自动洗衣机的工作原理:开始-进水-洗衣-排水-脱水-结束 1.4.2 电气设计部分 如下图为全自动洗衣机的PLC控制系统电路图。通过PLC来实现电动机的正反转,并且实现洗衣机按预先设置的程序自动执行,完成洗衣。当需要手动排水与脱水时,可强制止自动程序的运行,跳出自动切换到手动操作。 为防止全自动洗衣机在工作过程中,电路发生短路,损坏电动机和电路中的各种电气设备,因此在主电路中安装了熔断器,当电路出现短路故障时,能迅速、可靠的断开电源。 全自动洗衣机在无人问津的情况下可能长时间运行,为防止电机绕组的温升超过额定值而损坏,采用热继电器作为保护元件,与熔断器搭配使用,可靠地保护电动机。 人机接口部分的按钮等都选择低压电器元件,保护操作者的安全。 1.4.3 PLC设计部分 1.4.1正常运行流程图如下图所示。 4.2强制运行流程图如下 1)程序的构成 这个程序有自动方式和手动方式两种。在自动方式下,PLC将运行已经设置好的程序和参数(适用于机械一切都正常工作的情况下)。在手动方式下是在紧急停止情况下,可以手动排水和脱水。 2)程序的下载、安装和调试 将各个输入输出端子和实际控制系统中的按钮。所需控制设备正确连接,完成硬件的安装。全自动洗衣机程序是由GX Developer软件的指令完成,正常工作是程序存放在存储卡中,若要修改程序,先将PLC设定在STOP状态下,运行GX Developer编程软件,打开全自动洗衣机程序,即可在线调试,也可用编程器进行调试。 1.4.4 全自动洗衣机控制系统PLC程序 4.2.1系统资源分配 1.数字量输入部分 这个控制系统的输入有启动按钮、停止按钮、水位选择开关(高水位、中水位、低水位)、手动排水、自动排水开关、高水位浮球开关、中水位浮球开关,低水位浮球开关、水排空浮球开关、压力开关共12个。具体的输入地址分配如表4.1所示。 表4.1 输入地址分配 输入地址 对应的元器件 对应的外部设备 X001 SB1 启动按钮 X002 SB2 停止按钮 X003 SB3 高水位选择开关 X004 SB4 中水位选择开关 X005 SB5 低水位选择开关 X006 SQ1 水排空检测开关 X007 SQ2 高水位检测开关 X010 SQ3 中水位检测开关 X011 SQ4 低水位检测开关 X012 SB6 手动排水 X013 SB7 手动脱水 X014 SP1 压力开关 2.数字量输出部分 这个控制系统需要控制的外部设备有进水电磁阀、排水电磁阀、洗涤电动机、脱水桶、报警器共五个设备。但是由于洗涤电动机有正转和反转两个状态,分别都应正转继电器和反转继电器,所以输出点有六个。具体的输出地址分配如表4.2所示。 表4.2 输出地址分配 输出地址 对应的元器件 对应的外部设备 Y001 YA1 启动洗衣机 Y002 YA2 进水电磁阀 Y003 KM1 洗涤电动机正转继电器及脱水 Y004 KM2 洗涤电动机反转继电器 Y005 YA3 排水电磁阀 Y006 YH 报警器 3.定时器和计数器 全自动洗衣机的控制系统中的工作时间和循环次数需要定时器和计数器来控制。具体定时器和计数器分配如表4.3所示。 表4.3 定时器和计数器分配 类别 元器件号 设定值 作用 定 时 器 T0 2s 进水后暂停时间 T1 30s 正转洗涤计时 T2 2s 正转暂停计时 T3 30s 反转洗涤计时 T4 2s 反转暂停计时 T5 30s 脱水计时 T6 3s 洗完报警计时 计数器 C0 5次 正反洗循环计数 C1 3次 大循环计数 4.PLC I/0硬件接线图 根据全自动洗衣机控制系统的输入、输出地址分配和定时器、计时器分配以及所选PLC型号,PLC I/O硬件接线图如下图4.1所示。 图4.1 I/O硬件接线图 1.4.5源程序 1.辅助继电器 在本程序中,M0是按下启动按钮的辅助继电器;M1是判断洗衣机水位是否和设定水位不一致的辅助继电器;M2是判断洗衣机是否和设定水位一致的辅助继电器;M3是停止自动洗衣机的辅助继电器,它的助记符如下。 // //按下启动按钮,开始洗衣 // LD X001 OR M0 ANI X002 OUT M0 // //洗衣机水位与设定水位不一致辅助继电器 // LD X003 ANI X007 LD X004 ANI X010 ORB LD X005 ANI X011 ORB OUT M1 // //洗衣机水位与设定水位相一致辅助继电器 // LD X003 AND X007 LD X004 AND X010 ORB LD X005 AND X011 ORB OUT M2 // //停止自动洗衣辅助继电器 // LD X002 OR M3 ANI X001 OUT M3 2.进水 在正常情况下,按下启动按钮或者脱水完毕,而且洗衣大循环未到三次时,开始进水,当水位达到设定水位后停止进水,等待2s后进入洗衣程序。在强制停止情况下,当停止按钮按下时立即停止进水。它的助记符程序为: // //进水到设定的水位,超重后报警,进水阀关闭,自动洗衣终止 // LD M0 LD T5 ANI C1 ORB OR Y002 AND M1 ANI X002 ANI X014 OUT Y002 LD X014 OUT Y006 LD Y006 RST M0 // //进水到设定的水位后等待2s // LD M2 ANI Y005 ANI Y001 ANI Y004 OUT T0 K20 3.洗衣 进水到设定水位2s后,开始洗衣,先正转30s,停止2s然后再反转30s,停止2s这样循环5次后进入排水过程。 // //洗涤电动机正转30s // LD T0 LDI C0 AND T4 ORB OR Y001 ANI T1 OUT Y001 OUT T1 K300 // //洗涤电动机停2s // LD T1 OUT T2 K20 // //洗涤电动机反转30s // LD T2 OR Y004 ANI T2 OUT Y004 OUT T3 K300 // //洗涤电动机停2s // LD T3 OUT T4 K20 4.排水 洗衣过程完毕后,进入排水过程。水排空后停止排水。它的助记符程序为: // //洗衣小循环5次 // LD Y004 OUT C0 K5 LD C0 OUT Y005 // //排水,直至水排空 // LD C0 OR Y005 ANI X002 ANI X006 LD M3 AND X012 ORB OUT Y005 5.脱水 水排空后,开始脱水,脱水30s后停止脱水。因为判断水排空是否在排水完毕后,所以要用到水排完毕辅助继电器。它的助记符程序如下: // //排水完毕辅助继电器 // LD Y005 OR M4 ANI Y003 OUT M4 // //脱水30s // LD X006 AND M4 OR Y003 ANI T3 ANI X002 OR X013 OUT Y003 OUT T5 K300 6.洗完报警 洗衣大循环3次后,开始洗完报警过程,3s后停止报警,这样整个洗衣过程结束。它的助记符程序为: // //洗衣大循环3次 // LD Y003 OUT C1 K3 LD C1 OUT Y006 // //报警3s // LD Y006 ANI T6 ANI X002 OUT Y006 OUT Y006 OUT T6 K30 END 1.4.6 程序梯形图 图1.1 洗衣机示意图 如图1.2.1 如图1.2.2 如图1.2.2 图1.2.3.1 图1.2.3.2 如图1.3.1.1 如图1.3.1.2� 图1.3.2.1 图1..3.3.1 图1.3.3.1 设定水位 按启动按钮 进水 水位到设定水位 停止进水 计时2s 正转洗衣 计时30s 反转洗衣 计时30s 洗衣5次 开始 N Y N N Y Y Y Y Y N N N N 停止洗衣 计时2s N 停止洗衣 计时2s N 停止进水 停止按钮闭合 超重 水是否排完 脱水 计时30s 洗衣过程运行3次 洗完报警 计时3s 结束 超重报警 Y Y Y N N N N 排水 Y Y 开始 正常运行 按停止按钮 洗涤电机和脱水桶停止转动、进水和排水电磁阀闭合 排水 打开手动排水开关 打开手动脱水开关 脱水 结束 Y Y Y N N N 1 1
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