毕业设计论文全自动洗衣机的传动模块和PLC控制系统


     课 题 名 称:全自动洗衣机的传动模块和PLC控制系统 课 题 名 称(英文): The transmission module and PLC control system of the fully automatic washing machine 全自动洗衣机的传动模块和PLC控制系统 摘要:洗衣机是目前每个家庭必备的生活家电,经济水平的提高与自动化控制技术发展全自动洗衣机逐步走进了每家每户。全自动洗衣机的传动模块是是洗衣机工作环节中一个非常重要电力能源转换枢纽,起着将电能转化为机械能关键作用。随着国家建设小康社会目标的深入推进,全自动洗衣机在我国家庭中逐渐代替了传统老一代的洗衣机。并且人们对全自动洗衣机的功能与洗衣质量要求也越来越高。全自动洗衣机的控制系统设计是衡量一个品牌的一个重点技术。因此研究设计全自动洗衣机的传动模块和PLC控制系统具有工程实践意义。 本次论文是针对全自动洗衣机的传动模块和PLC控制系统进行研究,主要设计部分为PLC控制系统部分。考虑了全自动洗衣机的实际工作情况,分析全自动洗衣机传动模块工作原理,综合传感器和PLC的特点,设计了一种全自动洗衣机传动模块和PLC控制系统。本文完成对系统的硬件设计,程序编写。本次选取的PLC为西门子公司S7-200,并进行梯形图程序的编写。能够实现对全自动洗衣机运行控制,验证了本次设计的可行性和有效性。 关键词:全自动洗衣机自动控制;传动模块;PLC; Transmission module and PLC control system of automatic washing machine ABSTRACT:Washing machine is a necessary household appliance for every family. The development of economic level and automatic control technology has entered into every household. The transmission module of the automatic washing machine is a very important power conversion hub in the working process of washing machines, playing a key role in converting electrical energy into mechanical energy. With the development of the goal of building a well-off society, the automatic washing machine has gradually replaced the traditional old washing machine in our family. In the same way, people have more and more expectations for the function of the automatic washing machine and the quality of the laundry. The design of the control system of a fully automatic washing machine is a key technique for measuring a brand. Therefore, it is of practical significance to study and design the transmission module and PLC control system of the fully automatic washing machine. This paper is aimed at the research of the transmission module and the PLC control system of the fully automatic washing machine, and the main part is the part of the PLC control system. Considering the actual working situation of the automatic washing machine, the working principle of the transmission module of the automatic washer is analyzed, and the characteristics of sensors and PLC are analyzed. A fully automatic washing machine transmission module and PLC control system are designed. This paper completes the hardware design of the system and the program. The use of PLC for the SIEMENS company S7-200, and the programming of the ladder diagram program. It can realize the operation control of the automatic washing machine, and verify the feasibility and effectiveness of this design. Key words: automatic washing machine,transmission module , PLC 目 录 第1章 绪论 1 1.1本设计的意义与背景 1 1.2本设计的研究方法和研究进展 1 1.3本设计的主要内容 2 第2章 全自动离合减速器传动方案设计 3 2.1 减速器系统方案 3 2.2 行星齿轮传动的传动比和效率计算 3 2.3 行星轮传动的配齿 4 2.4 行星齿轮传动的几何尺寸和啮合参数计算 5 2.5行星齿轮传动强度计算及校核 6 2.6 行星齿轮传动的受力分析 9 2.7减速器输入轴的设计 10 2.8 减速器输出轴的设计 12 第3章 全自动洗衣机传动模块原理分析 15 3.1 减速离合器结构和工作原理 15 3.2传动模块工作状态分析 18 第4章 全自动洗衣机控制系统要求分析与整体方案设计 19 4.1 全自动洗衣机的控制要求 19 4.2控制系统的组成 20 第5章 PLC控制系统设计 21 5.1 PLC系统设计概述及设计原则 21 5.2 PLC系统设计步奏 21 5.3 PLC选型 22 5.4 I/O分配 23 5.5 梯形图一览 25 结 论 31 致 谢 32 参考文献 34 第1章 绪论 1.1本设计的意义与背景 从上个世纪60年代一般职员家庭仅有手电筒到现在农村基本完成楼上楼下LED灯照明电视等诸多家电全部齐备的目标。经济发展水平速度超过了家庭常用电器的更新换代,在农村许多家庭中仍然存在着许多老旧品牌的老式洗衣机。相信有很多时候在洗衣服的时候需要来回跑进行操作,或者洗衣时期临时在家中看电视遗忘后续的操作,这在一定程度上影响了日常生活。国家层面上对促进内需出台了许多优惠政策,另外国民可支配资金的不断提高,也使全自动洗衣机存在广大的市场需求。伴随着我国工业的不断升级改造,在内陆的出现了许多新兴工业园区,越来越多的人背井离乡来到城市工厂进行打工制造产品。农村村庄人口流失严重,城市双职工家庭非常密集,一般家庭中对家庭劳务反而是越来较高,那么家庭家用电气设施主要是为了全面达到现实生活需求,为大众日常工作与生活提供便利。因此全自动洗衣机得到了大力推广,全自动洗衣机在家庭生活中地位越来越高,可以没有自动扫地机器人但是必须有全自动洗衣机。 在全自动洗衣机工作过程中,传动系统和PLC控制系统是重要的环节,其中PLC控制技术是企业品牌一个关键技术核心。PLC控制技术是一个关乎全自动洗衣机是否能够正常工作的核心技术,PLC控制技术事故会给造成了全自动洗衣机非常大的损害,给人民生活带来的巨大不便。到了控制洗衣运行,怎么控制才能够洗衣服更干净、高效,是直接关系着全自动洗衣机品质问题。全自动洗衣机工作流程中各个环节的相互配合,通过各个环节的紧密配合十分重要。全自动洗衣机PLC控制系统对于一个本科生还是具有一定难度的课题。比较差的全自动洗衣机PLC控制系统在使用的过程中不断的出现各种问题,需要不断的升级,修改。目前很多农村家庭仍然在使用传统老式洗衣机,湿手操作在一定程度上有可能会造成一定的危险,且操作流程需要人工参与比较多,使用起来相对比较的复杂。特别是农村留守老人和小孩子,家传统老式洗衣机会给他们生活造成许多不便,在操作过程中不免会存在湿手操作。现在在新闻内也时常出现触电问题,所以站在安全角度上最好只使用全自动洗衣机,特别是对农村留守老年人和儿童来说十分关键。当前市场上随之出现众多类型的洗衣机,大多数公司进入到此领域内,然而价格却不断提高。在农村一般家庭中,因为上述较高的价格,智能家居仅仅是幻想。现实因素并不是功能更多,智能系统更复杂就是更好的产品。根据以上因素开展分析,本文设计出全自动洗衣机传动以及PLC控制系统,硬件成本较低,功能稳定安全。不只可以达到现实生活要求,此外也可以减少费用,增加安全性。 1.2本设计的研究方法和研究进展 洗衣机进程开始于在19世纪60年代。伴随着各国妇女运动的开展,为研究家庭自动装置奠定了社会风气与思想基调。在上述时期,不同高新家用电器随之上市,这就是最主要的理论开端。此后自动洗衣机不断改善,此外不同硬件也随之出现,在硬件领域也得到相应研发,在上述阶段也出现众多理论和实践长久。1880年顺利设计出全球首台蒸汽机洗衣机,但是这并不代表着洗衣机自动化逐渐被普遍使用,甚至进入到更多家庭中,蒸汽机洗衣机当时依旧属于商业应用范围。上述原因不仅仅是因为技术问题最主要的是妇女家庭地位依然没有得到大幅度的提高。在二战中出现了更多的妇女离开家庭进入工厂, 妇女真正获得解放。洗衣机在普通百姓中推广有了进一步的支持,洗衣机开始进入了自动化高速化发展。特备是在自动化技术已经慢慢开始趋于成熟,很多公司都研究全自动洗衣机。我们国家的全自动洗衣机技术相对于日本还是显得有些落后,但是经过改革开放的发展,我国自动化技术已经达到了进一步的发展,全自动洗衣机已经开始步入各家各户,并且在广大农村都得到了进一步的取得推广成果。相对于一个本科生全自动洗衣机传动系统和PLC控制系统设计难度较高,任务量非常的大,是一个十分综合复杂设计项目。全自动洗衣机传动系统和PLC控制系统国外的研究水平相对高。西方国家发展较好主要是经济发达,女性家庭地位高,对产品需求以及标准相对高,具有一定的现实需求。国内城市化发展水平不高,西方国家城市化发展水平高,所以在经济影响下全自动洗衣机传动系统和PLC控制系统设计与尝试研发动力足。 在真实流程控制时期,出现众多开关量,主要根据生产工序以及流程开展顺序控制,在上述时期控制系统一般筹集到的数据内容都是离散量,之后依照工序逻辑来完成连锁顺序动作。美国通用企业曾经在上世纪指出全新的控制观点,取代以往的继电器控制方式。之后该国数字设备企业设计出PLC。最初的设计观点是通过具备发展空间的PC软件取代以往的继电器开关逻辑控制方案,在硬件部分设计出微型计算机。在首代PLC中融合微处理器与以往继电器的优势,为其未来展奠定基础,所以在此后的研究中,依旧使用此结构形式。然而在计算机电子技术持续发展时期,PLC硬件在数据处理领域发展迅速,控制器体积持续减小,抗干扰水平不断提高,即便是在较差环境中也可以发挥良好的效果。 当前各个国家都出现众多制造PLC的企业,然而此处具备较高影响力的是下述企业:日本公司欧姆龙,德国西门子、美国AB等,上述企业制造的产品在世界各地出售,位于全球PLC制造工厂的第一梯队。而国内因为历史因素,从上世纪末期才逐渐分析国有品牌,到现在我国PLC制造设计产业依旧步入发达国家,需要继续努力。本文设计的全自动洗衣机传动模块和PLC控制系统可以为此后工作提供相应的技术扶持与便利。 1.3本设计的主要内容 本论文是针对全自动洗衣机的传动模块和PLC控制系统进行研究,主要设计部分为PLC控制系统部分。考虑了全自动洗衣机的实际工作情况,分析全自动洗衣机传动模块工作原理,综合传感器和PLC的特点,设计了一种全自动洗衣机传动模块和PLC控制系统。本文完成对系统的硬件设计,程序编写。本次选用的PLC为西门子公司S7-200,并进行梯形图程序的编写。能够实现对全自动洗衣机运行控制,验证了本次设计的可行性和有效性。 第2章 全自动离合减速器传动方案设计 2.1 减速器系统方案 合理的传动方案,首先应满足工作机的功能要求,还要满足工作可靠、传动精度高、体积小、结构简单、尺寸紧凑、重量轻、成本低、工艺性好、使用和维护方便等要求。 任何一个方案,要满足上述工作可靠、传动精度高、体积小、结构简单、尺寸紧凑等要求都必须统筹兼顾,至少要满足最主要的结构简化和最基本的工作机功能的要求。图2.3所示的行星轮传动方案 图2.3 行星轮系图 a-中心轮,b-内齿圈,g-行星轮,H-行星架 2.2 行星齿轮传动的传动比和效率计算 行星齿轮传动比符号及角标含义为: 1-固定件,2-主动件,3-从动件 ( 1 ) 齿轮b固定时(图2.3),2K-H(NGW)型传动的传动比为 (3.1) 可得 传出速度: ( 2 ) 行星齿轮传动的效率计算: (3.2) (3.3) 为a-g啮合的损失系数,为b-g啮合的损失系数,为轴承的损失系数,为总的损失系数,一般取。 按,,可得: 2.3 行星轮传动的配齿 ( 1 ) 传动比的要求——传动比条件 即 (3.4) 可得 所以中心轮a和内齿轮b的齿数满足给定传动比的要求。 ( 2 ) 保证中心轮、内齿轮和行星架轴线重合——同轴条件 为保证行星轮与两个中心轮同时正确啮合,要求外啮合齿轮a-g的中心距等于内啮合齿轮b-g的中心距,即 称为同轴条件。 对于非变位或高度位传动,有 (3.5) 得 ( 3 ) 保证多个行星轮均布装入两个中心轮的齿间——装配条件 相邻两个行星轮所夹的中心角 中心轮a相应转过角,角必须等于中心轮a转过γ个(整数)齿所对的中心角,即 式中为中心轮a转过一个齿所对的中心角。 (3.6) 将和代入上式,有 经整理后 满足两中心轮的齿数和应为行星齿轮数目的整数倍的装配条件。 ( 4 ) 保证两行星齿轮的齿顶不相碰——邻接条件 在行星齿轮传动中,为保证两相邻行星轮的齿顶不致相碰,相邻两行星轮的中心距应大于两轮齿顶圆半径之和。 可得 (3.7) 满足邻接条件。 2.4 行星齿轮传动的几何尺寸和啮合参数计算 按齿根弯曲强度初算齿轮模数m。 齿轮模数m的初算公式为 (3.8) 式中 —算术系数,对于直齿轮传动; —啮合齿轮副中小齿轮的名义转矩,; —使用系数,由参考文献[10]表6-7查得; —综合系数,由参考文献[10]表6-5查得; —计算弯曲强度的行星轮间载荷分布不均匀系数,由参考文献[10]公式6-5得; —小齿轮齿形系数,由参考文献[10]图6-22可得; —齿轮副中小齿轮齿数,; —试验齿轮弯曲疲劳极限,按由参考文献[10]图6-26至6-30选取, 所以 取m=0.9 ( 1 ) 分度圆直径 ( 2 ) 齿顶圆直径 齿顶高:外啮合 内啮合 ( 3 ) 齿根圆直径 齿根高 ( 4 ) 齿宽 由参考文献[11]表8-19选取 ( 5 ) 中心距 对于不变位或高变位的啮合传动,因其节圆与分度圆相重合,则啮合齿轮副的中心距为: 1)a-g为外啮合齿轮副 2)b-g为内啮合齿轮副 2.5行星齿轮传动强度计算及校核 (一)行星齿轮弯曲强度计算及校核 ( 1 ) 选择齿轮材料及精度等级 中心轮a选用45钢正火,硬度为162-217HBS,选8级精度,要求齿面粗糙度。 行星轮a、内齿圈b选用聚甲醛(一般机械结构零件,硬度大,强度、刚度、韧性等性能突出,吸水性小,尺寸稳定,可用作齿轮、凸轮、轴承材料)选8级精度,要求齿面粗糙度。 ( 2 ) 转矩 ( 3 ) 按齿根弯曲强度校核 由参考文献[11]得出σF如则校核合格。 ( 4 ) 齿形系数 由参考文献[11]得,,; ( 5 ) 应力修正系数 由参考文献[11]得,,; ( 6 ) 许用弯曲应力 由参考文献[11]得,;由得;由得; 由参考文献[11]可得 (3.9) (3.10) 得齿根弯曲疲劳强度校核合格。 (二) 齿轮齿面强度的计算及校核 ( 1 ) 齿面接触应力 (3.11) (3.12) (3.13) ( 2 ) 许用接触应力为 许用接触应力可按下式计算,即 (3.14) ( 3 ) 强度条件 校核齿面接触应力的强度条件:大小齿轮的计算接触应力中的较大σH值均应不大于其相应的许用接触应力σHP,即σH≤σHP,或者校核齿轮的安全系数:大小齿轮接触安全系数SH值应分别大于其对应的最小安全系数SHlim,即 查参考文献[10]表6-11得 ,所以。 (三) 有关系数和接触疲劳强度 ( 1 ) 使用系数 查参考文献[10]表6-7选取 ( 2 ) 动载荷系数 对于接触情况良好的齿轮副可选取 ( 3 ) 齿向载荷分布系数 对于接触情况良好的齿轮副可取 ( 4 ) 齿间载荷分布系数、 由参考文献[10]表6-9查得, ( 5 ) 行星轮间载荷分布不均匀系数 由参考文献[10]式7-13得 (3.15) 由参考文献[10]图7-19得=1.5 所以 同上 ( 6 ) 节点区域系数 由参考文献[10]图6-9查得 ( 7 ) 弹性系数 由参考文献[10]图6-10查得 ( 8 ) 重合度系数 由参考文献[10]图6-10查得 ( 9 ) 螺旋角系数 ( 10 ) 试验齿的解除疲劳极限 由参考文献[10]图6-11~6-15查得 ( 11 ) 最小安全系数, 由参考文献[10]表6-11可得, ( 12 ) 接触强度计算的寿命系数 由参考文献[10]图6-11可得 ( 13 ) 润滑油膜影响系数,, 由参考文献[10]图6-17,图6-18,图6-19查得,, ( 14 ) 齿面工作硬化系数 由参考文献[10]图6-20查得 ( 15 ) 接触强度计算的齿数系数 由参考文献[10]图6-21查得 所以 所以有 故齿面接触强度校核合格。 2.6 行星齿轮传动的受力分析 在行星齿轮传动中由于其行星轮的数目通常大于1,即nw>1,且均匀对称的分布于中心轮之间. 为了分析各构件所受的切向力Ft,提出如下三点: ( 1 )构件间的作用力等于反作用力。 ( 2 ) 如果在某一构件上作用有三个平行力,则中间的力与两边的力的方向用哪个反向。 ( 3 ) 为了求得构件上两个平行力的比值,则应研究它们对第三个力的作用点的力矩。 在2K-H型行星齿轮传动中,其受力分析图是由运动的输入件开始,然后以此确定各构件上所受的作用力和转矩。对于支持圆柱齿轮的啮合齿轮副只需绘出切向力。 由于在输入件中心轮a上受有nw个行星轮g同时施加的作用力Fga和输入转矩Ta的作用。当行星轮数目nw ≥2时,各行星轮上的载荷均匀,因此只需要计算其中的一套即可。在此首先确定输入件中心轮a在每一套中所受的输入转矩为 可得 式中—中心轮所传递的转矩, —输入所传递的名义功率, 按照上述提示进行受力分析计算,则可得行星轮g作用于中心轮a的切向力 而行星轮g上所受的三个切向力为中心轮a作用于行星轮g的切向力为 内齿轮作用于行星轮g的切向力为 转臂H作用于行星轮g的切向力为 转臂H上所受的力为 转臂H上的力矩为 在内齿轮b上所受的切向力为 在内齿轮b上所受的力矩为 式中 —中心轮a的节圆直径,mm —内齿轮b的节圆直径,mm —转臂H的回转半径,mm 根据参考文献[11]式6-37得 (3.16) 转臂H的转矩为 仿上 (3.17) 内齿轮b所传递的转矩 2.7减速器输入轴的设计 ( 1 ) 选择轴的材料,确定许用应力 由已知条件选用45号钢,并经调质处理,由参考文献[13]表14-4查得抗拉强度极限,再由表14-2得许用弯曲应力。 ( 2 ) 按扭转强度估算轴径 根据参考文献[13]表14-1得。又有式14-2得 ( 3 ) 确定各段轴的直径 轴段1直径 考虑到轴在整个减速离合器中的安装所必需的满足条件,初定:,,,,,, ( 4 ) 确定各轴段的长度 齿轮轮廓宽度为20.5mm,为保证达到轴与行星齿轮安装的技术要求及轴在整个减速离合器中所必须满足的安装条件,初定: 按设计结果画出轴的结构简图,见图4.1: 图4.1 输入轴结构简图 ( 5 ) 校核轴 1 ) 受力分析,见图4.2: 图4.2 受力分析和弯矩图 圆周力: 径向力: 2 ) 作水平面内的弯矩图(4.2a),支点反力为: 弯矩为: 3 ) 作垂直面内的弯矩图(4.2b),支点反力为: 弯矩为: 4 ) 作合成弯矩图(4.2c) 弯矩为: 5 ) 作弯矩图(4.2d) 6 ) 求当量弯矩 7 ) 校核强度 所以满足的条件,故设计的轴有足够的强度,并有一定余量 2.8 减速器输出轴的设计 ( 1 ) 选择轴的材料,确定许用应力 由已知条件选用45号钢正火,并经调质处理,由参考文献[13]表14-4查得强度极限,再由表14-2得许用弯曲应力。 ( 2 ) 按扭转强度估算轴径 根据参考文献[13]表14-1得。又有式14-2得 ( 3 ) 确定各段轴的直径 轴段1直径最少 考虑到轴段在整个减速离合器中的安装所必需的满足条件,初定: ( 4 ) 确定各轴段的长度 齿轮轮廓宽度为20.5mm,为保证达到轴与行星齿轮安装的技术要求及轴在整个减速离合器中所必须满足的安装条件,初定: 按设计结果画出轴的结构简图,见图4.3: 图4.3 输出轴结构简图 ( 5 ) 校核轴 1 ) 受力分析,见图4.4: 图4.4 受力分析和弯矩图 圆周力: 径向力: 2 ) 作水平面内的弯矩图(4.4a),支点反力为: 弯矩为: 3 ) 作垂直面内的弯矩图(4.4b),支点反力为: 弯矩为: 4 ) 作合成弯矩图(4.4c) 弯矩为: 5 ) 作弯矩图(4.4d) 6 )求当量弯矩 7 ) 校核强度 所以满足的条件,故设计的轴有足够的强度,并有一定余量。 第3章 全自动洗衣机传动模块原理分析 3.1 减速离合器结构和工作原理 全自动洗衣机洗衣桶与脱水桶是一起的,洗衣工作模式下波轮转动、脱水桶不动。脱水工作模式下则使一起动,是利用离合器实现。全自动洗衣机离合器是脱水轴、洗涤轴、抱簧与刹车等元件构成。本文全自动洗衣机传动系统中选择带制动式离合器。基本结构可以用图2-1表示,其中重要元件为:输入轴20与脱水轴5。 图2-1 减速离合器结构图 在图2-1中:1代表输出轴;2代表弹簧挡圈;3代表粉末冶金轴承;4代表块含油毛绳;5代表脱水轴;6代表行星轮架;7代表行星轮轴;8代表行星轮;9代表内齿圈;10代表行星轮外壳;11代表内六角平圆头螺钉;12代表块垫圈;13代表行星轮架盖;14代表弹簧挡圈;15代表粉末冶金轴承;16代表毡垫;17代表刹车电磁铁;18代表制动挡套;19代表轴外套;20代表输入轴;21代表水封;22代表弹簧挡圈;23代表滚动轴承;24代表挡圈;25代表弹簧盖;26代表减速器外壳;27代表逆转螺旋弹簧;28代表螺母;29代表弹簧垫圈;30代表螺栓31代表刹车片;32代表端面刹车盘;;33代表制动板;34代表压力弹簧;35代表块平垫圈;36代表螺栓;37代表螺旋刹车弹簧;38代表刹车定套;39代表块刹车动套;40代表离合制动器壳;41代表离合弹簧;42代表离合轴承。 减速离合器工作表 工作状态 零件 脱 水 洗 涤 电磁铁17 铁心吸入 铁心弹出 制动挡套18 随脱水轴转 被电磁铁心挡住不动 离合制动器壳40 随脱水轴一起转 开始刹车时有可能被刹车 弹簧带着转过一定角度后静止 螺旋刹车弹簧37 自由状态,与刹车定套动配合,随离合制动器壳转动 缠紧在刹车定动套上,在开始刹车时间有可能带着端面 刹车盘转过一定角度后,始终缠紧,可严格防止顺时针 方向内桶跟转 离合弹簧41 把离合轴套和刹车动套连成一体,实现脱水 被旋松,使离合轴套与脱水轴分离,转动传入减速器,驱动波轮工作 刹车动套39 被离合弹簧带着旋转 被弹簧螺旋刹车缠紧,与刹车定套连为一体 刹车定套38 不动 与刹车动套连为一体 逆转螺旋制动弹簧27 阻力矩很小 可以严格防止内筒逆时针方向跟转 在动力驱动装置中取消了皮带传动机构,由电机直接驱动洗衣机波轮和脱水桶,改进后的动力装置有启动平稳,噪声振动减弱等优点。 改进装置如图2.2所示: 图2.2 改进装置图 3.2传动模块工作状态分析 自动洗衣机的工作原理见图2.3。 洗涤:刹车A制动,抱簧B放开,运动经电机、传动轴、中心齿轮、行星轮、行星架、波轮。 脱水:刹车A放开,抱簧B制动,运动经电机、传动轴、内齿圈(脱水桶)、中心齿轮、行星架、波轮与行星架等速旋转。 图2.3 洗衣机工作原理图 减速器系统组成框图 第4章 全自动洗衣机控制系统要求分析与整体方案设计 4.1 全自动洗衣机的控制要求 在全自动洗衣机工作过程中,传动系统和PLC控制系统是重要的环节,其中PLC控制技术是企业品牌一个关键技术核心。PLC控制技术是一个关乎全自动洗衣机是否能够正常工作的核心技术,PLC控制技术事故会给导致全自动洗衣机受到负面影响,给大众日常生活带来明显的阻碍。因此本文研究全自动洗衣机传动系统和PLC控制系统以PLC控制系统为研究重点。全自动洗衣机传动系统担任着电力转化为机械能任务。但是到了控制洗衣运行,怎么控制才能够洗衣服更干净、高效,是直接关系着全自动洗衣机品质问题。 图3-1 全自动洗衣机结构 全自动洗衣机工作流程中各个环节的相互配合,通过各个环节的紧密配合十分重要。本文设计全自动洗衣机PLC控制系统能够使整个全自动洗衣机的各种功能发挥,具体的PLC控制系统控制要求如下所示: 1、用户能够自己确定需要洗衣服的多少选择合适水位。用户能够根据待洗衣服的脏度选择高强度还是低强度的洗衣工作模式。 2、用户确定全自动洗衣机水位、洗衣强度工作模式后,按下启动按钮,全自动洗衣机控制系统应能够打开进水电磁阀,当洗衣机内的水位到用户确定的水位后停止进水,开始洗衣状态。 3、洗衣工作模式下:正转20秒,暂停3秒,然后反转20秒,暂停3秒。重复上面的操作, 20次为一次洗衣循环。 4、洗衣结束后,全自动洗衣机控制系统应能够打开排水电磁阀,将洗衣机内的水排出,并能够自动进入脱水工作模式,脱水工作模式定时为3min。 5、如果用户在启动前选择的为低强度,那么全自动洗衣机控制系统进行两次洗衣大循环。如果用户在启动前选择的为高强度洗衣,那么全自动洗衣机控制系统进行三次洗衣大循环。结束后控制系统应能够自动报警,告知用户洗衣结束。告知方法为蜂鸣器响10秒,然后停机。 6、考虑到实际情况,用户可能要提前进行结束洗衣过程。全自动洗衣机控制系统应预设有手动排水,手动脱水。用户能够直接选择手动脱水后直接进入脱水状态。 7、安全是第一位,洗衣机为旋转设备,如果在洗衣过程中用户手深入洗衣桶将有可能造成人身伤害。因此需要进行安全设计,在工作中,如果检测到洗衣机门被打开,控制系统应能够自动紧急停止工作,确保用户安全。合上洗衣机门后继续进行工作。 4.2控制系统的组成 PLC是利用PC软件进行继电器开关逻辑控制,PLC的编程语言使用梯形图。梯形图的编程方式和传统的继电器控制方式的电路图类似。所以也可以轻松被生产线的职员所了解,梯形图编程相对方便学习。PLC中一直使用继电器命名参与计算与控制。PLC融合微处理器与以往继电器控制优势,在计算机电子科技的持续发展中,PLC硬件在数据处理上也不断提升, 控制器体积持续减小,抗干扰水平不断提高,即便是在较差环境中也可以发挥良好的效果。 当前各个国家都出现众多制造PLC的企业,然而此处具备较高影响力的是下述企业:日本公司欧姆龙,德国西门子、美国AB等,上述企业制造的产品在世界各地出售,本文设计的全自动洗衣机PLC控制系统的组成主要包括:可编程序控制器、电动机、进水电磁阀、排水电磁阀、水位开关及从而用实现3.1提出的控制要求。 进水电磁阀 排水电磁阀 水位开关 PLC 电动机正反转 图3-2 控制系统结构图 第5章 PLC控制系统设计 5.1 PLC系统设计概述及设计原则 PLC结构运作形式与通用型计算机不同,所以在研发全自动洗衣机PLC控制系统的时候需要根据选择的PLC具体特征开展设计。PLC控制系统与以往的继电器相比表现出不一样的特点,所以在设计时期要分开软硬件单独设计。采用PLC控制的现实目标是缩减使用者的洗衣时间,提升综合运作效率。使用PLC促使控制主体科学高效运行。 在设计PLC控制系统的时候需要考虑一下几个准则: 1、第一需要对被控制主体开展深入分析,确定在上述控制阶段的详细要求。要有一定的可调整性。因此在不同的衣服数量、衣服脏度,用户可以自行选择工作模式。 2、在设计时候需要更多的是与硬件传动模块设计者和产品开发商开展良好沟通,不能独来独往。需要和相关设计人员开展交流,了解硬件传动模块可能需要的特出要求,与产品开发商一起了解产品使用过程中特色服务。尽量减少在设计时期的控制失效问题,寻找高效的处理方案。 3、设计全自动洗衣机PLC控制系统可以充分了解家庭使用需求,控制系统需要表现出简单安全的优势,便于维修且经济实用。 4、控制系统设计时期需要重视内部平稳性以及安全性,需要确保系统的稳定,如此才可以确保运作的高效率,才可以确保综合质量。 5、设计的时候需要关注操作界面的友好性,确保在现实操作时期方便维护。 5.2 PLC系统设计步奏 全自动洗衣机PLC控制系统的主要设计任务是根据在用户实际需求需要操作的动作和操作形式。所以在设计的时候需要提前挑选合适的型号。 1、依照当前操作控制的系统所需要的I/O数量,我们选择型号PLC的I/O口点数。在思考全自动洗衣机PLC控制系统内部控制的传动模块,就可以大致明确PLC型号,了解全自动洗衣机传动模块设计。 2、确定PLC型号之后,需要对挑选的型号I/O实施分配和命名名。之久要根据现实需求,设计出PLC接口连线图。 3、设计完善连线图之后随之编写控制程序。 5.3 PLC选型 在当前系统设计内挑选符合的PLC控制器非常关键。当前在行业内可以买入的PLC类型较多,国产品牌较少,目前基本上是日本与欧美产品。此时我们需要对比众多品牌,进而学习相关经验和优势。在挑选PLC型号时需要将达到设计需求当做基础,挑选稳定性高,应用便利得,且具备一定性价比的型号。本次设计主要针对PLC的电梯控制系统在全面分析控制标准、应用环境与性价比等众多条件之后,依照现实需要的I/O点数,最后挑选西门子PLC的S7-200。 本文中利用PLC作为主控制器,,我们可以通过设置通过PLC来控制。西门子S7-200系列使用顺序逻辑扫描技术工作,一般涵盖输入采样时期、用户程序操作时期与输出刷新时期三部分。上述时期被叫做完整的扫描周期,运作任务是反复进行上述三个时期。 图4-1 PLC的基本结构 1、输入采样阶段 2、用户程序执行阶段 3、输出刷新阶段 5.4 I/O分配 全自动洗衣机控制电路的I/O分配表如表4-1所示。 表4-1 I/O分配表 输入 输出 元件 作用 输入点 元件 作用 输出点 SB1 通电 I0.0 1HL 通电指示灯 Q0.0 SB2 高水位选择 I0.1 2HL 高水位指示灯 Q0.1 SB3 中水位选择 I0.2 3HL 中水位指示灯 Q0.2 SB4 高强度洗衣 I0.3 4HL 高强度洗衣指示灯 Q0.3 SB5 低强度洗衣 I0.4 5HL 低强度洗衣指示灯 Q0.4 SB6 启动 I0.5 YV1 进水电磁阀 Q0.5 SB7 停止 I0.6 YV2 排水电磁阀 Q0.6 SQ1 门开关 I0.7 KM1 电动机正转接触器 Q0.7 SB8 手动脱水 I0.8 KM2 电动机反转接触器 Q1.0 SB9 手动排水 I0.9 6HL 进水指示灯 Q1.1 SQ2 高水位开关 I1.0 7HL 排水指示灯 Q1.2 SQ3 中水位开关 I1.1 KM3 脱水控制接触器 Q1.3 SQ4 低水位开关 I1.2 8HL 脱水指示灯 Q1.4 HZ 报警蜂鸣器 Q1.5 本程序中,还需要几个中间继电器、定时器和计数器,如表格4-2所示: 表4-2中间继电器表 地址 功能 M0.0 判断洗衣机通电、初始状态 M0.1 判断洗衣机水位是否高水位 M0.2 判断洗衣机水位是否低水位 M0.3 判断洗衣机是否高强度洗衣 M0.4 判断洗衣机是否低强度洗衣 M0.5 启动、判断洗衣机是否进水 M0.6 判断洗衣机是否正转 M0.7 判断洗衣机是否暂停 M0.8 判断洗衣机是否正转 M0.9 判断洗衣机是否暂停 M1.0 判断洗衣机是否排水 M1.1 判断洗衣机是否脱水 M1.2 洗衣机是否报警 T37 洗衣电动机正转时间20s T38 洗衣电动机暂停3s T39 洗衣电动机正转时间20s T40 洗衣电动机暂停3s T41 洗衣完毕报警10s C50 抵挡洗衣(100次) C51 中档洗衣(200次) C52 高档洗衣(300次) C53 整个过程重复2次 T37 洗衣电动机正转时间30s T38 洗衣电动机反转时间30s T39 排水30s T40 脱水30s T41 洗衣完毕报警10s C0 洗衣机整体内循环20次 C1 洗衣机整体外循环2次 C2 洗衣机整体外循环3次 梯形图如下图所示: ` 图4-2 PLC梯形图程序设计图 5.5 梯形图一览 结 论 洗衣机是目前每个家庭必备的生活家电,经济水平的提高与自动化控制技术发展全自动洗衣机逐步走进了每家每户。全自动洗衣机的传动模块是是洗衣机工作环节中一个非常重要电力能源转换枢纽,起着将电能转化为机械能关键作用。随着国家建设小康社会目标的深入推进,全自动洗衣机在我国家庭中逐渐代替了传统老一代的洗衣机。在全自动洗衣机工作过程中,传动系统和PLC控制系统是重要的环节,其中PLC控制技术是企业品牌一个关键技术核心。PLC控制技术是一个关乎全自动洗衣机是否能够正常工作的核心技术,PLC控制技术事故会给造成了全自动洗衣机非常大的损害,给人民生活带来的巨大不便。因此本文研究全自动洗衣机传动系统和PLC控制系统以PLC控制系统为研究重点。完善的PLC控制系统可以充分激发全自动洗衣机的现实功能。反之,全自动洗衣机PLC控制系统在使用的过程中不断的出现各种问题,需要不断的升级,修改。家传统老式洗衣机在操作过程中不免会存在湿手操作,时不时的会传出触电事故,因此从安全角度伤考虑从采用全自动洗衣机使用起来非常的安全,基于上面的考虑,考虑了全自动洗衣机的实际工作情况,分析全自动洗衣机传动模块工作原理,综合传感器和PLC的特点,设计了一种全自动洗衣机传动模块和PLC控制系统。本文完成对系统的硬件设计,程序编写。本次使用的PLC为西门子公司S7-200,并进行梯形图程序的编写。本文设计一种全自动洗衣机传动系统和PLC控制系统,硬件价格便宜,功能使用可靠。既能够满足实际的生活需求,又能够控制成本低廉,功能实用。 虽然本次研究自动洗衣机传动模块和PLC控制系统的要求目标基本实现,但是由于作者本人水品有限,并没有进行实物设计与制造,没有形成一个产品样品。因此本设计还有很大的提高空间。 参考文献 [1] 刘建伟, 魏颖. 基于PLC的全自动洗衣机控制设计与实现[J]. 数码世界, 2017(5):22-22. 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    文档贡献者

    爱***享

    贡献于2021-07-13

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