青島農(nóng)業(yè)大學(xué)畢 業(yè) 論 文（設(shè)計(jì)） 題 目：基于西門(mén)子PLC洗衣機(jī)控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì) 姓 名： 學(xué) 院： 機(jī)電工程學(xué)院 專(zhuān) 業(yè)： 電氣工程及其自動(dòng)化 班 級(jí)： 2008.02 學(xué) 號(hào)： 20082538 指導(dǎo)教師： 2012年6月18日畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)）誠(chéng)信聲明 本人聲明：所呈交的畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)）是在導(dǎo)師指導(dǎo)下進(jìn)行的研究工作及取得的研究成果，論文中引用他人的文獻(xiàn)、數(shù)據(jù)、圖表、資料均已作明確標(biāo)注，論文中的結(jié)論和成果為本人獨(dú)立完成，真實(shí)可靠，不包含他人成果及已獲得青島農(nóng)業(yè)大學(xué)或其他教育機(jī)構(gòu)的學(xué)位或證書(shū)使用過(guò)的材料。與我一同工作的同志對(duì)本研究所做的任何貢獻(xiàn)均已在論文中作了明確的說(shuō)明并表示了謝意。論文（設(shè)計(jì)）作者簽名： 日期： 年 月 日 畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)）版權(quán)使用授權(quán)書(shū) 本畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)）作者同意學(xué)校保留并向國(guó)家有關(guān)部門(mén)或機(jī)構(gòu)送交論文（設(shè)計(jì)）的復(fù)印件和電子版，允許論文（設(shè)計(jì)）被查閱和借閱。本人授權(quán)青島農(nóng)業(yè)大學(xué)可以將本畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)）全部或部分內(nèi)容編入有關(guān)數(shù)據(jù)庫(kù)進(jìn)行檢索，可以采用影印、縮印或掃描等復(fù)制手段保存和匯編本畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)）。本人離校后發(fā)表或使用該畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)）或與該論文（設(shè)計(jì)）直接相關(guān)的學(xué)術(shù)論文或成果時(shí)，單位署名為青島農(nóng)業(yè)大學(xué)。論文（設(shè)計(jì)）作者簽名： 日期： 年 月 日指 導(dǎo) 教 師 簽 名： 日期： 年 月 日目 錄摘 要IAbstractII1 緒論11.1洗衣機(jī)的發(fā)展概況與發(fā)展趨勢(shì)11.2課題研究的目的意義11.3研究?jī)?nèi)容及目標(biāo)22 PLC及觸摸屏簡(jiǎn)介32.1PLC的發(fā)展、定義32.2觸摸屏的簡(jiǎn)介43 洗衣機(jī)硬件整體設(shè)計(jì)53.1波輪式洗衣機(jī)整體結(jié)構(gòu)及原理53.2洗滌脫水系統(tǒng)的設(shè)計(jì)53.3進(jìn)水、排水系統(tǒng)的設(shè)計(jì)73.4驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)93.5安全開(kāi)關(guān)結(jié)構(gòu)、功能設(shè)計(jì)133.6機(jī)械支撐系統(tǒng)的設(shè)計(jì)143.7其他電器件的設(shè)計(jì)選擇154 全自動(dòng)洗衣機(jī)程序設(shè)計(jì)164.1全自動(dòng)洗衣機(jī)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)164.2 全自動(dòng)洗衣機(jī)控制系統(tǒng)編程214.3觸摸屏控制界面設(shè)計(jì)224.4 PLC控制程序設(shè)計(jì)245總 結(jié)275.1全文總結(jié)275.2心得體會(huì)275.3展望28參考文獻(xiàn)29致 謝30附 錄31基于西門(mén)子PLC洗衣機(jī)控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)摘 要本文基于西門(mén)子S7-200 PLC，通過(guò)STEP 7-Micro WIN V4.0編程軟件，結(jié)合WinCC flexible組態(tài)軟件，設(shè)計(jì)出PLC洗衣機(jī)控制系統(tǒng)。設(shè)計(jì)從實(shí)際出發(fā)，力求所設(shè)計(jì)的洗衣機(jī)經(jīng)濟(jì)、實(shí)用、人性、智能。根據(jù)設(shè)計(jì)要求，編寫(xiě)、調(diào)試出PLC和觸摸屏控制程序，并系統(tǒng)的設(shè)計(jì)出合理的硬件連線圖，在掌握洗衣機(jī)工作原理的前提下，參考波輪式洗衣機(jī)，設(shè)計(jì)選擇出各部分硬件設(shè)施，最終得到符合要求的畢業(yè)設(shè)計(jì)。 西門(mén)子PLC-200實(shí)現(xiàn)的全自動(dòng)洗衣機(jī)控制，融入了觸摸屏操作，系統(tǒng)功能強(qiáng)大、電路連接簡(jiǎn)單、時(shí)間計(jì)算精確，并且編程語(yǔ)言簡(jiǎn)單明了，易于掌握，指令可根據(jù)用戶需求靈活改變，PLC全自動(dòng)洗衣機(jī)設(shè)計(jì)成功，使智能化的控制取代了傳統(tǒng)的工業(yè)控制，縮短了全自動(dòng)洗衣機(jī)開(kāi)發(fā)周期的同時(shí)，極大的方便了人們的日常生活。關(guān)鍵詞：洗衣機(jī)；PLC；觸摸屏The Design of washing machine using Siemens PLCAbstractThe control system for the washing machine is designed in this paper. It is programmed by the STEP 7-Micro WIN V4.0 programming software and the WinCC flexible software based on Siemens S7 -200 PLC. This design aims at making the washing machine more economic, practical, hommization and intelligentialize. According to the requirements of design, compilation, debugging PLC and touch screen control procedures, finally got reasonable hardware even chart. In master under the premise of washing machine working principle, reference existing washing machine, choose the parts hardware facilities, finally got to meet the requirements of graduation design. Siemens PLC-200 realized the automatic washing machine control and integrated into the touch screen operation, system powerful, Circuit is connected simple, time calculation and precision programming language is simple, PLC automatic washing machine design success, and to make intelligent control replaced the traditional industrial control, shorten the development cycle automatic washing machine at the same time, the great convenience to the peoples daily life. Key words: washing machine; PLC; touch screenII青島農(nóng)業(yè)大學(xué)機(jī)電工程學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）1 緒論1.1 洗衣機(jī)的發(fā)展概況與發(fā)展趨勢(shì)洗衣服是人們?nèi)粘Ｉ钪斜夭豢缮俚囊豁?xiàng)家務(wù)工作，費(fèi)時(shí)費(fèi)力，為了將人們從繁重的家務(wù)中解放出來(lái)，洗衣機(jī)應(yīng)運(yùn)而生。美國(guó)人先后于1874年和1911年發(fā)明了手搖式和電動(dòng)式洗衣機(jī)；1922年瑪依塔格公司又研制成功了攪拌式洗衣機(jī)，它利用電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)攪拌軸，使之作往復(fù)運(yùn)動(dòng)，使衣服和水流不斷翻滾、換向，從而洗凈衣服；1932滾筒式洗衣機(jī)誕生，它將洗滌、漂洗、脫水集中于同一個(gè)滾筒里進(jìn)行，結(jié)構(gòu)先進(jìn)、設(shè)計(jì)合理，迅速普及；1952年，日本開(kāi)始生產(chǎn)噴流式洗衣機(jī)。1955年三洋公司研制成功了波輪式洗衣機(jī)，它以結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、制造維修方便、洗凈率高、成本低等優(yōu)點(diǎn)脫穎而出；其后，塑料雙桶洗衣機(jī)和波輪式套桶全自動(dòng)洗衣機(jī)相繼問(wèn)世，自動(dòng)化程度進(jìn)一步提高；到1984年，日立公司率先推出帶不纏繞棒式新水流洗衣機(jī)，洗衣機(jī)的發(fā)展又躍上了一個(gè)新的臺(tái)階1。我國(guó)生產(chǎn)洗衣機(jī)的歷史較短，1957年第一臺(tái)單桶洗衣機(jī)在遼寧問(wèn)世，1978年才作為一個(gè)行業(yè)興起。但發(fā)展速度驚人，至1984年已成為最大的洗衣機(jī)生產(chǎn)國(guó)。跨入90年代以后，年產(chǎn)量超過(guò)1000萬(wàn)臺(tái)，而且產(chǎn)量大，型號(hào)多，洗滌方式齊全。目前，國(guó)內(nèi)外洗衣機(jī)生產(chǎn)廠家的努力方向是以最短的時(shí)間和最低的成本來(lái)達(dá)到節(jié)能、節(jié)水、節(jié)洗滌劑、少污染、高效率的目標(biāo)。同時(shí)在材料上更多的采用不銹鋼和鍍鋅板，在控制技術(shù)上采用模糊控制理論，在控制器件上應(yīng)用各種新型的傳感器。總的來(lái)說(shuō)，當(dāng)今洗衣機(jī)工業(yè)的發(fā)展趨勢(shì)正朝著“五化”方向努力2。1.智能化；2.兩極化；3.多品種化；4.節(jié)能化；5.美觀化。1.2 課題研究的目的意義 隨著社會(huì)的發(fā)展、工業(yè)化的加速，人們生活水平的不斷提高，無(wú)論是波輪式洗衣機(jī)也好，還是滾筒式洗衣機(jī)也好，都朝著智能化、人性化方向發(fā)展。傳統(tǒng)洗衣機(jī)采用繼電器控制，而繼電器長(zhǎng)期磨損，極易損壞，且繼電器的觸點(diǎn)通斷時(shí)易產(chǎn)生電弧，嚴(yán)重時(shí)觸點(diǎn)會(huì)熔在一起導(dǎo)致誤操作，引發(fā)事故。在負(fù)荷較大的時(shí)候，繼電器還會(huì)產(chǎn)生大量的熱和噪聲，同時(shí)也浪費(fèi)了大量的電能3。并且繼電器控制安裝調(diào)試麻煩，接線多而復(fù)雜，如果有輕微的改動(dòng)也需要花費(fèi)大量的時(shí)間、人力和物力，不適合洗衣機(jī)控制電路。另外傳統(tǒng)洗衣機(jī)操作費(fèi)時(shí)費(fèi)力、節(jié)水性差、易纏繞、脫水性能不穩(wěn)定，體積較大不易搬運(yùn)，已經(jīng)難以滿足人們對(duì)智能化操作、人性化電器設(shè)計(jì)的需求。而市場(chǎng)上已有的全自動(dòng)洗衣機(jī),多采用單片機(jī)控制，生產(chǎn)成本較高，其穩(wěn)壓電路、保護(hù)電路比較復(fù)雜，容易發(fā)熱，維修護(hù)理麻煩，需專(zhuān)業(yè)人員檢修，售價(jià)偏高，不適合普通人家使用，難以批量生產(chǎn)4。所以，開(kāi)發(fā)設(shè)計(jì)一款經(jīng)濟(jì)實(shí)用、人性化、智能化的全自動(dòng)洗衣機(jī)具有很好的現(xiàn)實(shí)意義，既能填補(bǔ)市場(chǎng)上的空白，又能滿足人們對(duì)產(chǎn)品的要求，使人們?nèi)粘Ｏ匆赂虞p松便捷。1.3 研究?jī)?nèi)容及目標(biāo)研究?jī)?nèi)容：1. 掌握全自動(dòng)洗衣機(jī)的整體結(jié)構(gòu)、各系統(tǒng)組成及工作原理。2. 學(xué)習(xí)掌握PLC編程軟件STEP 7-Micro WIN V4.0的使用，設(shè)計(jì)編寫(xiě)出全自動(dòng)洗衣機(jī)程序，并調(diào)試運(yùn)行成功。3. 熟練應(yīng)用WinCC flexible 2007人機(jī)界面組態(tài)軟件，設(shè)計(jì)完成控制界面并編寫(xiě)出相應(yīng)觸摸屏控制程序。研究目標(biāo)：1. 熟練掌握PLC編程軟件STEP 7-Micro WIN V4.0及WinCC flexible人機(jī)界面組態(tài)軟件，為以后學(xué)習(xí)工作奠定基礎(chǔ)。2. 廣泛交流，收集資料，在共同進(jìn)步中提高交際能力，積極參與實(shí)驗(yàn)操作，焊接連線，強(qiáng)化實(shí)際動(dòng)手能力。3. 選擇設(shè)計(jì)出洗衣機(jī)各系統(tǒng)硬件，完成全自動(dòng)洗衣機(jī)軟件程序設(shè)計(jì)，順利完成畢業(yè)設(shè)計(jì)同時(shí)，為全自動(dòng)洗衣機(jī)的發(fā)展貢獻(xiàn)一份力量。 2 PLC及觸摸屏簡(jiǎn)介2.1 PLC的發(fā)展、定義在PLC問(wèn)世之前，工業(yè)控制領(lǐng)域中是繼電器占主導(dǎo)地位。但繼電器控制領(lǐng)域有著十分明顯的缺點(diǎn)：體積大、耗電多、壽命短、運(yùn)行慢，尤其當(dāng)生產(chǎn)工藝發(fā)生變化時(shí)，就必須重新設(shè)計(jì)、安裝，造成時(shí)間和資金的嚴(yán)重浪費(fèi)5。為了改變這一現(xiàn)狀，PLC控制系統(tǒng)產(chǎn)生了。1969年，美國(guó)數(shù)字設(shè)備公司（DEC）研制出第一臺(tái)PLC，它基于集成電路和電子技術(shù)，首次采用程序化的手段應(yīng)用于電氣控制。這種新型的工業(yè)控制裝置以其簡(jiǎn)單易懂、操作方便、可靠性高、通用靈活、體積小、使用壽命長(zhǎng)的一系列優(yōu)點(diǎn)，很快在美國(guó)其他工業(yè)領(lǐng)域推廣應(yīng)用。PLC有豐富的指令語(yǔ)言，IL、ST、FBD和梯形圖等，隨著科技的發(fā)展，C語(yǔ)言、FORTRAN、PASCAL等高級(jí)語(yǔ)言也被加入到PLC編程語(yǔ)言中，使編程語(yǔ)言和思想更加簡(jiǎn)潔、明了6。早期的PLC可以看作是繼電器控制裝置的替代物，主要功能是執(zhí)行原先用繼電器完成的順序控制、時(shí)間控制的。中期的PLC微處理器開(kāi)始作為PLC的中央處理單元（CPU），使PLC的功能大大增強(qiáng)。近期的PLC由于集成電路技術(shù)迅速發(fā)展，使得各種類(lèi)型的PLC微處理器升級(jí)，PLC的處理速度進(jìn)一步提高，功能更加強(qiáng)大7。進(jìn)入本世紀(jì)后，PLC已經(jīng)運(yùn)用到了各個(gè)領(lǐng)域，根據(jù)Food Engineerings annual state of manufacturing 的一項(xiàng)調(diào)查報(bào)告，被調(diào)查的64%的設(shè)備工程師打算在2001年購(gòu)買(mǎi)P L C，而在隨后的調(diào)查中，升到了70%80%8。國(guó)際電工委會(huì)（IEC）于1985年頒布了對(duì)PLC的定義(修訂版)：“PLC是一種專(zhuān)門(mén)為在工業(yè)環(huán)境下應(yīng)用而設(shè)計(jì)的數(shù)字運(yùn)算操作的電子裝置，它采用可編程序的存儲(chǔ)器，用來(lái)在其內(nèi)部存儲(chǔ)執(zhí)行邏輯運(yùn)算、順序運(yùn)算、計(jì)時(shí)、計(jì)數(shù)和算術(shù)運(yùn)算等操作的指令，并能通過(guò)數(shù)字式或模擬式的輸入和輸出，控制各種類(lèi)型的機(jī)械或生產(chǎn)過(guò)程。PLC及其有關(guān)的外圍設(shè)備都應(yīng)該按易于與工業(yè)控制系統(tǒng)形成一個(gè)整體，易于擴(kuò)展其功能的原則而設(shè)計(jì)”9。本次設(shè)計(jì)選用的西門(mén)子S7-200PLC,是整體結(jié)構(gòu)具有很高性價(jià)比的小型PLC。它具有結(jié)構(gòu)緊湊，可靠性高，可以采用梯形圖、語(yǔ)句表和功能塊三種方式來(lái)編程；指令豐富，功能強(qiáng)大，易于掌握，操作方便等優(yōu)點(diǎn)，廣泛應(yīng)用于各種領(lǐng)域10。2.2 觸摸屏的簡(jiǎn)介觸摸屏是結(jié)合顯示器使用的一種絕對(duì)坐標(biāo)定位系統(tǒng)，作為一種簡(jiǎn)單、便利的輸入設(shè)備得到廣泛應(yīng)用。無(wú)須物理按鈕，用戶根據(jù)觸摸屏上具有明確意義和提示信息的按鍵，通過(guò)觸摸感應(yīng)及顯示能使其直觀的進(jìn)行圖形控制監(jiān)視11。 本次設(shè)計(jì)中運(yùn)用 WinCC flexible 組態(tài)軟件，將觸摸屏與PLC聯(lián)系起來(lái)，實(shí)現(xiàn)了觸摸屏對(duì)全自動(dòng)洗衣機(jī)的控制。 3 洗衣機(jī)硬件整體設(shè)計(jì)圖3-1 全自動(dòng)波輪洗衣機(jī)結(jié)構(gòu)圖1-平衡圈；2-脫水桶；3-盛水桶；4-箱體；5-波輪；6-電動(dòng)機(jī)；7-離合器；8-棘輪；9-離合器皮帶輪；10-棘爪；11-排水口；12-制動(dòng)桿；13-牽引電磁鐵；14-吊桿；15-安全開(kāi)關(guān)；16-PLC控制器3.1 波輪式洗衣機(jī)整體結(jié)構(gòu)及原理3.1.1 波輪式洗衣機(jī)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)本次設(shè)計(jì)洗衣機(jī)結(jié)構(gòu)采用套筒式，如圖3-1所示，它將洗滌漂洗和脫水集中于一個(gè)桶內(nèi)進(jìn)行，按設(shè)定程序完成洗衣動(dòng)作，脫水后自動(dòng)斷電，真正實(shí)現(xiàn)了全自動(dòng)化。3.1.2 波輪式洗衣機(jī)的洗滌原理波輪在電動(dòng)機(jī)帶動(dòng)下作正反方向轉(zhuǎn)動(dòng)，使洗衣桶內(nèi)的洗滌液受到水平和垂直方向兩個(gè)作用力，由 于摩擦力和桶壁的存在，產(chǎn)生水平和垂直運(yùn)動(dòng)著的 渦流，它們的合成作用使衣服在桶內(nèi)強(qiáng)烈翻滾，同 時(shí)在衣服之間、衣服與桶壁之間產(chǎn)生摩擦與撞擊力。 反復(fù)的機(jī)械運(yùn)動(dòng)，便類(lèi)似于手工洗滌 12。 3.2 洗滌脫水系統(tǒng)的設(shè)計(jì)洗滌脫水系統(tǒng)主要由盛水桶、洗滌脫水桶和波輪構(gòu)成。圖3-2 盛水桶結(jié)構(gòu)圖 1-溢水孔；2-貯氣管安裝口；3-排水孔；4-大油封安裝口3.2.1 盛水桶結(jié)構(gòu)及功能盛水桶是耐酸堿、抗沖擊的塑料桶，盛放洗滌液或清水。其結(jié)構(gòu)如圖3-2所示，桶口裝有密封蓋板，防止洗滌液濺出，并可增強(qiáng)桶口的剛度；底部中央有圓孔裝大油封，依靠其將盛水桶和脫水軸連接；底部側(cè)面開(kāi)有排水孔，與排水閥相連；桶壁上部開(kāi)有溢流孔，防止工作時(shí)溢水；側(cè)壁有貯氣室，通過(guò)軟管與水位傳感器相連，控制桶內(nèi)水位高度。 圖3-3 洗滌脫水桶1-線屑過(guò)濾器；2-循環(huán)水道； 3-桶體；4-柔軟劑盛載盒3.2.2 洗滌脫水桶結(jié)構(gòu)及功能 洗滌脫水桶兼具洗滌、離心脫水雙重功能，其結(jié)構(gòu)如圖3-3所示。桶壁上有許多小孔，洗滌時(shí)使內(nèi)外桶相通，脫水時(shí)使桶內(nèi)衣物中的水分甩出；內(nèi)壁上有許多凸筋，形成小渦流，增強(qiáng)揉搓效果，提高洗滌效果；內(nèi)壁上嵌有回水管，隨著波輪的旋轉(zhuǎn)洗滌液被吸入回水管，經(jīng)導(dǎo)向槽注入過(guò)濾網(wǎng)袋回到桶內(nèi)，將其中的線屑、絨毛等雜質(zhì)收集起來(lái)，在使衣服干凈的同時(shí)，確保了排水管的通暢。 為減小衣物放置不均勻引起的抖動(dòng)，在內(nèi)桶上端設(shè)置了平衡圈，結(jié)構(gòu)如圖3-4所示。其為空心的塑料環(huán)，內(nèi)部充約70%的濃鹽水（防結(jié)冰），內(nèi)設(shè)一些開(kāi)有缺口隔板以減小濃鹽水流動(dòng)的沖擊。洗衣機(jī)脫水時(shí)，如衣服放置不均勻，內(nèi)桶將傾斜，圈中濃鹽水流向傾斜的一邊，旋轉(zhuǎn)時(shí)，離心力使?jié)恹}水流向?qū)γ?，以減小衣物不均衡的影響，從而減小抖動(dòng)13。過(guò)程如圖3-5所示。圖3-4 平衡圈結(jié)構(gòu)圖圖3-5 平衡過(guò)程 圖3-6 柔順劑注入裝置 在平衡圈上還設(shè)有柔順劑自動(dòng)注入裝置，結(jié)構(gòu)如圖3-6所示。柔順劑流動(dòng)過(guò)程見(jiàn)表3-1。表 3-1 柔順劑流動(dòng)過(guò)程工作方式洗滌中間脫水漂洗中間脫水漂洗柔順劑受力自然流動(dòng)離心力自然流動(dòng) 離心力 自然流動(dòng)注入裝置A腔B腔C腔柔順劑在隔室內(nèi)的流動(dòng)狀態(tài)在A腔中由A腔流向B腔在B腔中由B腔流入C腔加入漂洗液中圖3-7 碟形波輪3.2.3 波輪的選擇設(shè)計(jì)本次設(shè)計(jì)選用碟形波輪，如圖3-7所示：直徑約300mm，轉(zhuǎn)速約175 rmin，正反交替旋轉(zhuǎn)。由于波輪呈凹形，工作時(shí)，底部的葉片將洗滌液先上揚(yáng)再下壓，使洗滌液呈“心形”和上下翻滾，實(shí)現(xiàn)了高凈率低磨損，減小了衣服纏繞和扭絞現(xiàn)象。3.3 進(jìn)水、排水系統(tǒng)的設(shè)計(jì)進(jìn)水系統(tǒng)主要給洗衣機(jī)提供洗滌用水，由進(jìn)水管、進(jìn)水電磁閥和壓力開(kāi)關(guān)組成。圖3-8 進(jìn)水電磁閥結(jié)構(gòu)圖1-出水口；2-泄壓孔；3-橡膠閥墊；4-塑料閥芯；5-引出片；6-控制腔；7-螺絲；8-線圈及骨架；9-彈簧；10-鐵芯；11-橡膠柱；12-導(dǎo)磁鐵架；13-絕緣層；14-金屬網(wǎng)；15-進(jìn)水腔；16-閥座；17-加壓孔3.3.1 進(jìn)水管的選擇設(shè)計(jì)進(jìn)水管為洗衣機(jī)附件，由水管和接頭組成。本次設(shè)計(jì)水管采用內(nèi)嵌纖維絲的復(fù)合橡膠，可承受一定水壓。一端為螺紋接頭，與進(jìn)水電磁閥相連，一端為接頭，與水龍頭相連。3.3.2 進(jìn)水電磁閥的結(jié)構(gòu)工作原理及選擇進(jìn)水電磁閥作用是控制水流通斷，為洗衣機(jī)提供洗滌用水，結(jié)構(gòu)如圖3-8所示。閥中心是鐵芯，鐵芯外為電磁線圈，不通電時(shí)，鐵芯因彈簧彈力被壓下，則下端橡膠柱封住泄壓孔，水經(jīng)加壓孔流入控制腔，進(jìn)水腔和控制腔的水壓相等，由于橡膠閥芯上部的受壓面積大，閥芯被壓在橡膠閥墊上，閥即閉合。通電時(shí)，鐵芯因電磁力大于彈簧彈力被吸合，泄壓孔打開(kāi)，由于泄壓孔大于加壓孔，控制腔內(nèi)的水很快流出，壓力降低，閥芯的下部壓力大于上部壓力，被下部水壓推開(kāi)，閥即開(kāi)啟注水14。 本次設(shè)計(jì)采用小天鵝PDQ-7型進(jìn)水電磁閥，主要性能參數(shù)見(jiàn)表3-2。表3-2 PDQ-7型進(jìn)水電磁閥性能參數(shù)表額定電壓頻率 額定電流（mA）使用水溫（）水壓范圍（MPa）密封性能（MPa）溫升（K）絕緣電阻（M）電氣強(qiáng)度220V50Hz2750800.020.80.021無(wú)泄漏751002500V歷時(shí)1min3.3.3 水位傳感器結(jié)構(gòu)及功能圖3-9 水位傳感器結(jié)構(gòu)圖1-杠桿；2-支撐彈簧；3-開(kāi)關(guān)體；4-定觸點(diǎn)接線片；5-固定座；6-凸輪；7-調(diào)整螺絲；8-套筒；9-墊片；10-水位控制彈簧；11-動(dòng)觸點(diǎn)接線片；12-長(zhǎng)簧片；13-短簧片；14-橡皮膜；15-換向桿；16-氣室蓋；17-腰鼓彈簧；A-氣室；B-進(jìn)氣接口本次設(shè)計(jì)水位傳感器采用氣壓式電觸點(diǎn)開(kāi)關(guān)，利用洗衣機(jī)桶內(nèi)水位高低不同所產(chǎn)生的不同壓力，來(lái)控制進(jìn)水電磁閥的通斷。本次設(shè)計(jì)中，一共安放三個(gè)水位傳感器，盛水桶側(cè)壁自上往下分布三個(gè)，分別為高、中、低水位開(kāi)關(guān)，負(fù)責(zé)進(jìn)水和洗滌之間的轉(zhuǎn)換；底部安裝一個(gè)浮球式行程開(kāi)關(guān)，進(jìn)水時(shí)浮起，水排空時(shí)落下，負(fù)責(zé)檢測(cè)排水完畢與否。水位傳感器通過(guò)軟管與貯氣室相連，其結(jié)構(gòu)如圖3-9所示。注水時(shí)，貯氣室的空氣被壓縮，將壓力傳遞給傳感器。氣壓升高使橡皮膜變形并推動(dòng)動(dòng)觸點(diǎn)與定觸點(diǎn)接觸，從而將水位達(dá)到設(shè)定值的信號(hào)送至PLC，PLC依據(jù)程序閉合進(jìn)水電磁閥并使電機(jī)旋轉(zhuǎn)，洗衣機(jī)進(jìn)入洗滌狀態(tài)；排水時(shí)水位下降，空氣壓力隨著下降，當(dāng)壓力小于彈簧彈力時(shí)，橡膠模片恢復(fù)初始位置。當(dāng)水排空時(shí)，底部傳感器控制使排水電磁閥閉合，洗衣機(jī)根據(jù)程序，進(jìn)入下一狀態(tài)。3.3.4 排水系統(tǒng)的設(shè)計(jì)排水系統(tǒng)負(fù)責(zé)排出污水，由排水電磁閥和排水管組成。本次設(shè)計(jì)排水管采用橡塑材料吹壓成波紋管，一端連接排水口，另一端裝有一只掛鉤，平時(shí)可以掛在洗衣機(jī)的掛口上。排水電磁閥由電磁鐵和排水閥組成，靠連接板連接，其結(jié)構(gòu)與裝配關(guān)系如圖3-10所示。通電時(shí)，動(dòng)鐵芯往右吸合，排水閥呈打開(kāi)狀態(tài)，污水通過(guò)水道和閥門(mén)，經(jīng)排水口排出。連接板上還有一可調(diào)的定位套，用圖3-10 排水電磁閥結(jié)構(gòu)圖1-閥體；2-橡膠閥門(mén)；3-絕緣墊；4-內(nèi)彈簧；5-拉桿；6-外彈簧；7-閥蓋；8-定位螺母；9-連接板；10-開(kāi)口銷(xiāo)；11-動(dòng)鐵芯；12-電磁鐵；13-緩沖器；14-螺栓；15-定位套；16-墊圈；17-制動(dòng)桿；A-水道；B-溢水管；C-排水口來(lái)控制離合器制動(dòng)桿，為脫水作準(zhǔn)備。當(dāng)電磁鐵失電時(shí)，排水閥在自身彈簧的作用下將鐵芯拉回，排水閥關(guān)閉，洗衣機(jī)停止排水15，同時(shí)，離合器上的制動(dòng)桿也靠自身彈簧的作用恢復(fù)原位,為洗滌漂洗過(guò)程中波輪轉(zhuǎn)動(dòng)作好準(zhǔn)備。 電磁鐵有兩種，此次由PLC輸出口驅(qū) 動(dòng)，為24V直流電源，故選用直流電磁鐵，且直流電磁鐵具有吸引力大、體積小、噪音低和安全性能高等優(yōu)點(diǎn)。直流電磁鐵有兩組線圈，即吸引線圈和保持線圈，兩組線圈串聯(lián)在一起，其結(jié)構(gòu)如圖3-11所示。吸引線圈電阻較小，約為15，保持線圈圖3-11 直流電磁鐵結(jié)構(gòu)1-外銜鐵；2-緩沖墊；3-擋板；4-外殼；5-吸引線圈；6-保持線圈；7-安裝擋板；8-線圈骨架；9-密封圈；10-內(nèi)銜鐵；11-引出片；12-塑料座；13-動(dòng)觸片；14-靜觸片；15-斷路開(kāi)關(guān)；16-行程檔桿電阻較大，約為385。當(dāng)PLC發(fā)出排水信號(hào)時(shí)，保持線圈被短路，僅吸引線圈工作，通過(guò)勵(lì)磁線圈的電流較大，約為1.6A，銜鐵被較強(qiáng)的引力吸引，打開(kāi)排水閥開(kāi)始排水，同時(shí)撥發(fā)離合器上的制動(dòng)桿。在銜鐵動(dòng)作至一定位置時(shí)，銜鐵上的壓板將裝載電磁鐵外殼上的斷路開(kāi)關(guān)斷開(kāi)，使保持線圈和吸引線圈串聯(lián)在一起工作，這時(shí)勵(lì)磁電流減小，只有0.06A左右，電磁鐵只起維持排水閥打開(kāi)狀態(tài)。線圈失電時(shí)，銜鐵由于彈簧作用復(fù)位，排水閥關(guān)閉，離合器制動(dòng)桿也恢復(fù)原位。3.4 驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)由電動(dòng)機(jī)、減速系統(tǒng)和減速離合器組成，為洗衣機(jī)提供動(dòng)力、調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)速。3.4.1 電動(dòng)機(jī)的工作原理及結(jié)構(gòu)此次設(shè)計(jì)采用電容式電動(dòng)機(jī)，它具有過(guò)載能力強(qiáng)，運(yùn)行性能、起動(dòng)性能穩(wěn)定，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、維修方便等優(yōu)點(diǎn)。圖3-12 電動(dòng)機(jī)電路圖1. 電容式電動(dòng)機(jī)的工作原理由于洗衣機(jī)采用的是單相電源，為了獲取旋轉(zhuǎn)的磁場(chǎng)，首先在定子槽內(nèi)嵌放兩個(gè)繞組，即主繞組（工作繞組）和副繞組（啟動(dòng)繞組），兩繞組在空間排列互成90；其次需使通入主、副繞組的同一相電流具有不同的相位差，變?yōu)閮上嚯娏?。因此，在副繞組中串入一個(gè)適當(dāng)容量的電容器，這樣主繞組就相當(dāng)于電阻和電感串聯(lián)電路，電流I主在相位上滯后電壓V；而副繞組串入電容后就相當(dāng)于電容、電阻和電感的串聯(lián)，電流I副超前電壓V，具體電路如圖3-12所示。主繞組的電阻、電感和副繞組的電阻、電感和電容匹配得當(dāng)，使副繞組中的電流超前于主繞組電流一定的電角度（往往設(shè)計(jì)成滿載時(shí)兩相電流的電角度為100110，過(guò)載時(shí)電角度為90），就可產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)的磁場(chǎng)，處于旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng) 中的轉(zhuǎn)子就可啟動(dòng)旋轉(zhuǎn)。圖3-13 電動(dòng)機(jī)結(jié)構(gòu)圖1-電機(jī)軸；2-風(fēng)扇葉；3-上端蓋；4-安裝孔；5-引出線；6-下端蓋；7-軸承；8-波形彈簧；9-轉(zhuǎn)子；10-連接螺釘；11-定子鐵芯；12-定子繞組；13-小皮帶輪2. 電容式電動(dòng)機(jī)的結(jié)構(gòu)為了便于散熱和排除水氣，將電動(dòng)機(jī)設(shè)計(jì)成開(kāi)啟式結(jié)構(gòu)，如圖3-13所示 16。（1）定子 定子由定子鐵芯和定子繞組組成。定子鐵芯由0.5mm硅鋼片沖制疊壓而成，內(nèi)圓上開(kāi)有24個(gè)槽，用來(lái)嵌放主繞組和副繞組。 （2）轉(zhuǎn)子 轉(zhuǎn)子有轉(zhuǎn)子鐵芯和鼠籠組成。轉(zhuǎn)子鐵芯也由硅鋼片沖制而成，外圓有轉(zhuǎn)子槽且扭斜一個(gè)角度以消除高次諧波。斜槽內(nèi)澆鑄鋁合金或鋁，與兩端短路環(huán)形成一個(gè)鼠籠。（3）端蓋 端蓋分為上、下端蓋兩部分，中間用螺栓連接，有鑄鋁和鋼板兩種。上、下端蓋內(nèi)有軸承室，用以安裝軸承；上部開(kāi)有氣孔，利于通風(fēng)散熱；側(cè)面有4個(gè)裝配位置口，用于緊固定位。在電機(jī)上方有與皮帶輪一體的塑料或鋼板制成的風(fēng)葉，加強(qiáng)散熱效果。3. 所選XDL-120型電動(dòng)機(jī)主要性能參數(shù)指標(biāo)見(jiàn)表3-3。表3-3 XDL-120型電動(dòng)機(jī)性能參數(shù)表 額定功率W120滿載效率%52氣隙長(zhǎng)度mm0.35半匝平均長(zhǎng)108.5額定電壓V220功率因數(shù)0.95定子槽數(shù)24堵轉(zhuǎn)電流A2.5額定頻率Hz50定子外徑mm107轉(zhuǎn)子槽數(shù)34噪聲dB62滿載電流A1.1定子內(nèi)徑mm68繞組線規(guī)1-0.38電容容量uF9滿載轉(zhuǎn)速rmin1500定子長(zhǎng)度mm40繞組每極匝數(shù)253 3.4.2 減速系統(tǒng)的組成和工作原理此次減速系統(tǒng)設(shè)計(jì)分為兩級(jí)減速，第一級(jí)為皮帶減速系統(tǒng)，由電動(dòng)機(jī)軸端小皮帶輪、波輪軸端大皮帶輪和皮帶組成。電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速為1500rmin，其動(dòng)力通過(guò)皮帶傳遞到大皮帶輪上，帶動(dòng)波輪旋轉(zhuǎn)。由于兩皮帶輪直徑不等，減速比約為11.76，大皮帶輪轉(zhuǎn)速約為850 rmin 。第二級(jí)為行星減速系統(tǒng)，減速比約為14.3，波輪轉(zhuǎn)速約為175 rmin，以適應(yīng)洗滌工作。 3.4.3 減速離合器的結(jié)構(gòu)及工作原理離合器是洗衣機(jī)中完成降速并傳動(dòng)扭矩的部件。結(jié)構(gòu)如圖3-15所示。離合器有四根軸：洗滌輸入軸，上部為恒星齒輪，把來(lái)自皮帶輪的扭矩傳遞給行星齒輪，下部為方形軸，與離合套結(jié)合，離合套內(nèi)方外圓。下半軸，它是一根空心軸，套裝于洗滌輸入軸外，截面為“T”字形，下端與離合套的外徑一致，之間套一個(gè)方絲彈簧，為離合簧，形狀為錐形，上面兩圈直徑比下面小點(diǎn)，因此能緊緊的套在下半軸上。離合簧一端呈自由狀態(tài)，一端的彎頭嵌在外面套裝著的棘輪上的小孔內(nèi)。由棘輪控制該簧抱緊與放松。中半軸，也稱(chēng)脫水軸，是個(gè)空心的階梯軸，下面大軸的表面是光滑的，作為剎車(chē)盤(pán)用，內(nèi)表面是齒輪，與行星齒輪嚙合。上面小軸的外徑裝軸承，內(nèi)徑與洗滌輸出軸之間裝有密封圈用以防水。中半軸與上半軸固定在一起。洗滌輸出軸，上端裝有波輪，負(fù)責(zé)洗滌，下端與行星架固定17。洗滌時(shí)，傳動(dòng)過(guò)程為：電機(jī)皮帶輪洗滌輸入軸恒星齒輪行星齒輪行星架洗滌輸出軸波輪。此時(shí)，排水閥閉合，定位套與制動(dòng)桿保持2.53.5mm的間隙。剎車(chē)帶在制動(dòng)彈簧的作用下被拉緊，抱住中半軸，則整個(gè)軸無(wú)法順時(shí)針跟轉(zhuǎn)（從上端往下看），雖然其內(nèi)齒與行星齒輪嚙合，但不能轉(zhuǎn)動(dòng)，使行星齒輪既自身轉(zhuǎn)動(dòng)，又圍繞恒星齒輪轉(zhuǎn)動(dòng)。同時(shí)，棘爪撥叉在撥叉彈簧的作用下，通過(guò)棘爪，把棘爪撥過(guò)一個(gè)角度，使方絲離合簧旋松，于是輸入軸的轉(zhuǎn)動(dòng)無(wú)法帶動(dòng)中半軸和下半軸，而只帶動(dòng)輸出軸轉(zhuǎn)動(dòng)。在中半軸上設(shè)置有圓抱簧，防止洗滌輸出軸在逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)時(shí)中半軸跟轉(zhuǎn)。 脫水時(shí)，傳動(dòng)過(guò)程為：電機(jī)皮帶輪離合套下半軸中半軸脫水桶。棘輪被放松，在方絲離合簧自身的作用力下回到自身位置，離合簧也就抱緊了離合套，皮帶輪在脫水時(shí)是順時(shí)針旋轉(zhuǎn)的，由于摩擦力的作用，離合簧就會(huì)越抱越緊，這樣，下半軸就和離合套連在一起，跟隨皮帶輪一起做高速運(yùn)轉(zhuǎn)，從而使中半軸獲得動(dòng)力，完成脫水工作。這時(shí)，由于洗滌輸入軸和中半軸同時(shí)跟隨皮帶輪轉(zhuǎn)動(dòng)，速度一樣，行星輪也就無(wú)法自轉(zhuǎn)而只能公轉(zhuǎn)，即行星架的轉(zhuǎn)動(dòng)速度與中半軸的一樣，因此，波輪的轉(zhuǎn)動(dòng)與脫水桶的轉(zhuǎn)動(dòng)等速，保證了脫水桶內(nèi)衣物不會(huì)被拉傷或扭曲。定位套排水閥電磁鐵作用線圖3-15離合器結(jié)構(gòu)圖1-制動(dòng)桿；2-調(diào)節(jié)螺釘；3-內(nèi)齒輪；4-傳動(dòng)架；5-行星齒輪；6-棘爪撥叉；7-棘爪彈簧；8-棘爪；9-下半軸；10-洗滌輸入軸；11-方孔離合套；12-帶輪螺母；13-帶輪；14-棘輪；15-方絲離合套；16-制動(dòng)帶；17-殼體；18-蓋板；19-圓抱簧；20-外密封圈；21-內(nèi)密封圈；22-洗滌輸出軸；23-上半軸；24-中半軸；25-制動(dòng)軸；26-制動(dòng)彈簧；27-撥叉彈簧 3.5 安全開(kāi)關(guān)結(jié)構(gòu)、功能設(shè)計(jì)圖3-16 安全開(kāi)關(guān)結(jié)構(gòu)1-探棒；2-洗衣機(jī)蓋；3-防振器；4-桶體；5-防振杠桿；6-動(dòng)觸片；7-靜觸片；8-防水殼；9-壓柱 本設(shè)計(jì)采用防振型安全開(kāi)關(guān)，如圖3-16所示。當(dāng)機(jī)蓋蓋上時(shí)，探棒上抬，帶動(dòng)防振杠桿及防振器向上移動(dòng)，壓柱帶動(dòng)動(dòng)觸片與靜觸片接通。振動(dòng)劇烈時(shí)，防振杠桿向左運(yùn)動(dòng)到一定程度，壓柱落入限振器的凹口內(nèi)，使動(dòng)觸片下移切斷電源。3.6 機(jī)械支撐系統(tǒng)的設(shè)計(jì)3.6.1 箱體箱體包容著全部零部件，將各部連成一個(gè)整體且裝飾表面。本次設(shè)計(jì)采用厚0.60.8mm鋼板，設(shè)凸凹筋以增加強(qiáng)度，外表面有靜電噴漆和塑料噴涂，左右兩側(cè)設(shè)有把手，便于搬動(dòng)。圖3-17 吊桿系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖1-掛頭；2-吊桿；3-外桶吊耳；4-阻尼筒；5-減振彈簧；6-阻尼膠碗；7-膠碗支撐簧內(nèi)壁貼有泡沫塑料襯墊，用于保護(hù)箱體。3.6.2 支腳箱體下面有四個(gè)支腳，三個(gè)為固定支腳，另一個(gè)為可調(diào)支腳，保證其與地面良好接觸。3.6.3 支承機(jī)構(gòu)支承機(jī)構(gòu)具有支承、減振、隔振和消除噪音的作用。本次設(shè)計(jì)采用彈簧吊桿懸掛式支承方式，如圖3-17所示，懸掛式支承方式是將各部件先總成后再和洗滌桶一起固定在底板上，通過(guò)四根彈簧吊桿將底板懸掛在箱體上18。 3.6.4 面框 面框位于洗衣機(jī)上部，用于固定安裝操作部件，采用工程塑料注塑成型，具有良好的絕緣性能和安全性能。本次設(shè)計(jì)中面框上加入漂白劑注入口，連接到盛水桶上環(huán)，防止漂白劑與洗滌物直接接觸，減少對(duì)其損傷。圖3-18 正反轉(zhuǎn)控制電路圖3.7 其他電器件的設(shè)計(jì)選擇3.7.1 直流繼電器的選擇本次設(shè)計(jì)選擇MY-1P(一對(duì)常開(kāi)觸點(diǎn))直流繼電器，通電時(shí)，電磁線圈得電吸合，常開(kāi)觸點(diǎn)閉合，（工作原理與電磁閥相同，見(jiàn)圖3-11）。當(dāng)繼電器KM1接通時(shí)，主、副繞組形成兩相旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)，電動(dòng)機(jī)正向起動(dòng)；當(dāng)繼電器KM2接通時(shí)，主、副繞組功能互換，電動(dòng)機(jī)反向起動(dòng)。隨著KM1、KM2的不斷交替接通，電動(dòng)機(jī)便實(shí)現(xiàn)了正反轉(zhuǎn)控制，如圖3-18所示。3.7.2報(bào)警器的選擇選擇LZQ-2724B電磁式蜂鳴器，由振蕩器、電磁線圈、磁鐵、振動(dòng)膜片及外殼等組成。通電時(shí)，振蕩器產(chǎn)生音頻信號(hào)電流通過(guò)電磁線圈，產(chǎn)生磁場(chǎng)。振動(dòng)膜片在電磁線圈和磁鐵作用下，周期性地振動(dòng)發(fā)聲。驅(qū)動(dòng)電路見(jiàn)硬件連接圖4-4。3.7.3電源部分設(shè)計(jì)單相電動(dòng)機(jī)采用交流220V供電，PLC模塊采用直流24V供電，由220V經(jīng)降壓、整流、濾波、穩(wěn)壓模塊得到，見(jiàn)硬件連接圖4-4。 4 全自動(dòng)洗衣機(jī)程序設(shè)計(jì)4.1全自動(dòng)洗衣機(jī)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì) 4.1.1控制要求依據(jù)畢業(yè)設(shè)計(jì)任務(wù)書(shū)，洗衣機(jī)控制要求如下：（1）按下啟動(dòng)按鈕及水位選擇開(kāi)關(guān)，注水直到高（中、 低）水位，關(guān)水；（2）2s后開(kāi)始洗滌；（3）洗滌時(shí)，正轉(zhuǎn)30s，停2s，然后反轉(zhuǎn)30s，停2s；（4）如此循環(huán)5次，總共320s后開(kāi)始排水，排空后脫水30s；（5）開(kāi)始清洗，重復(fù)（2）（5），清洗兩遍；（6）清洗完成，報(bào)警3s并自動(dòng)停機(jī)；（7）若按下停車(chē)按扭，可手動(dòng)排水（不脫水）和手動(dòng)脫水（不計(jì)數(shù)）。4.1.2控制流程圖 流程圖分為自動(dòng)控制流程圖4-1和手動(dòng)控制流程圖4-2，具體見(jiàn)下圖。 暫停2s反轉(zhuǎn)30s暫停2s排水排水完畢脫水30s報(bào)警3s結(jié)束啟動(dòng)開(kāi)始水位選擇進(jìn)水正轉(zhuǎn)30s到達(dá)選擇水位循環(huán)5次循環(huán)3次YNYNNY圖4-1自動(dòng)控制流程圖有水手動(dòng)排水但不脫水手動(dòng)排水但不脫水排水完畢停止再次按下手動(dòng)脫水停止脫水結(jié)束NY圖4-2手動(dòng)控制流程圖自動(dòng)控制時(shí)，先按下啟動(dòng)按鈕，再選擇水位，進(jìn)水電磁閥線圈得電工作，開(kāi)始進(jìn)水到達(dá)指定水位后，水位傳感器壓力開(kāi)關(guān)閉合，使進(jìn)水閥線圈失電停止進(jìn)水，同時(shí)根據(jù)程序正轉(zhuǎn)繼電器得電，其常開(kāi)觸點(diǎn)閉合，電動(dòng)機(jī)得電正轉(zhuǎn)，洗衣機(jī)正轉(zhuǎn)洗滌，計(jì)時(shí)器計(jì)時(shí)30s ，暫停2s，反轉(zhuǎn)繼電器得電，其常開(kāi)觸點(diǎn)閉合，電動(dòng)機(jī)得電反轉(zhuǎn)，洗衣機(jī)反轉(zhuǎn)洗滌，計(jì)時(shí)器計(jì)時(shí)30s，暫停2s，計(jì)數(shù)器C1計(jì)數(shù)一次，同時(shí)電機(jī)正轉(zhuǎn)，C1計(jì)數(shù)5次后，電機(jī)停止，排水閥得電打開(kāi)排水，同時(shí)，離合器制動(dòng)桿拉開(kāi)，排水完畢后，電動(dòng)機(jī)正轉(zhuǎn)，脫水桶高速旋轉(zhuǎn)，脫水計(jì)時(shí)器計(jì)時(shí)30s，計(jì)數(shù)器C2計(jì)數(shù)一次，而后又開(kāi)始進(jìn)水，到達(dá)指定水位，交替正轉(zhuǎn)、反轉(zhuǎn)，計(jì)數(shù)器C2計(jì)數(shù)3次后，報(bào)警器報(bào)警3s，之后程序結(jié)束。手動(dòng)控制時(shí)，按下停止按鈕，有水時(shí)需先手動(dòng)排水，排水完成后排水閥閉合，而不自動(dòng)脫水，需手動(dòng)脫水時(shí)，按下手動(dòng)脫水按鈕一次，排水閥打開(kāi)，拉動(dòng)離合器制動(dòng)桿，脫水桶高速旋轉(zhuǎn)脫水，再次按下脫水按鈕，脫水停止，程序結(jié)束。4.1.3 IO口分配表 按輸入、輸出口分配，如表4-3所示，程序中還應(yīng)用到3個(gè)計(jì)數(shù)器，7個(gè)定時(shí)器（見(jiàn)下表），此外，還應(yīng)用了11個(gè)輔助繼電器，功能見(jiàn)附錄程序。表4-3 IO口分配表輸入變量地址輸出變量地址計(jì)時(shí)器、計(jì)數(shù)器名稱(chēng)啟動(dòng)按鈕M0.0高水位指示燈Q0.0小循環(huán)5次計(jì)數(shù)器C1高水位選擇按鈕M0.1中水位指示燈Q0.1大循環(huán)3次計(jì)數(shù)器C2中水位選擇按鈕M0.2低水位指示燈Q0.5手動(dòng)排水計(jì)數(shù)器C3低水位選擇按鈕M0.3進(jìn)水電磁閥Q0.3等待2秒計(jì)時(shí)器T37停止按鈕M0.4正轉(zhuǎn)洗滌繼電器Q0.4正轉(zhuǎn)30秒計(jì)時(shí)器T38手動(dòng)排水M0.5反轉(zhuǎn)洗滌繼電器Q0.2暫停2秒計(jì)時(shí)器1T39手動(dòng)脫水M0.6排水電磁閥Q0.6反轉(zhuǎn)30秒計(jì)時(shí)器T40高水位觸點(diǎn)I0.0離合器線圈Q0.7暫停2秒計(jì)時(shí)器2T41中水位觸點(diǎn)I0.1報(bào)警器Q1.1脫水30秒計(jì)時(shí)器T42低水位觸點(diǎn)I0.2報(bào)警3秒計(jì)時(shí)器T43進(jìn)水浮球開(kāi)關(guān)I0.34.1.4硬件連線圖硬件接線如圖4-4所示。KM1高水位指示燈中水位指示燈低水位指示燈進(jìn)水閥線圈正轉(zhuǎn)繼電器反轉(zhuǎn)繼電器排水閥線圈離合器指示燈報(bào)警器高水位行程開(kāi)關(guān)中水位行程開(kāi)關(guān)低水位行程開(kāi)關(guān)進(jìn)水浮球行程開(kāi)關(guān)KM2電動(dòng)機(jī)示意圖圖4-4 硬件連線圖4.2 全自動(dòng)洗衣機(jī)控制系統(tǒng)編程4.2.1STEP 7Micro WIN V4.0編程軟件簡(jiǎn)介及使用STEP 7-Micro WIN V4.0的基本功能是協(xié)助用戶完成開(kāi)發(fā)軟件的任務(wù)，創(chuàng)建用戶程序、修改編輯原有程序，編輯過(guò)程中還有編譯查錯(cuò)功能，同時(shí)還可以直接設(shè)置PLC的工作方式、參數(shù)及運(yùn)行監(jiān)控等功能19。編程使用如下：圖4-5軟件初始界面1. 雙擊桌面STEP 7-Micro WIN V4.0圖標(biāo)，打開(kāi)軟件，并通過(guò)文件新建，或單擊新建圖標(biāo)，新建文件，如圖4-5所示。2. 設(shè)置PGPC接口。單擊設(shè)置設(shè)置PGPC接口圖標(biāo)，如圖4-6所示。圖4-6設(shè)置PGPC接口 3. 定義用戶符號(hào)表。即定義出現(xiàn)的IO接口、定時(shí)器、計(jì)數(shù)器及輔助繼電器功能。如所需行不夠，可以右擊插入行，來(lái)添加行。 4. 編程。根據(jù)需要可以分別單擊，調(diào)用所需指令。完成后，可以點(diǎn)擊編譯圖標(biāo)，進(jìn)行查錯(cuò)，如正確，可以單擊下載圖標(biāo)，將程序下載到PLC中，而后通過(guò)調(diào)試狀態(tài)監(jiān)控，來(lái)運(yùn)行程序。4.2.2 WinCC flexible 2007人機(jī)界面組態(tài)軟件簡(jiǎn)介WinCC flexible 操作簡(jiǎn)單，組態(tài)效率高，功能強(qiáng)大?？梢院?jiǎn)化項(xiàng)目創(chuàng)建，對(duì)畫(huà)面層級(jí)和動(dòng)作路徑進(jìn)行圖形化組態(tài)，并可組態(tài)大量數(shù)據(jù)。通過(guò)其操作界面可以快速訪問(wèn)HMI對(duì)象，還可以根據(jù)用戶要求進(jìn)行調(diào)整，還可以實(shí)現(xiàn)同時(shí)對(duì)多個(gè)對(duì)象的編輯20。4.3 觸摸屏控制界面設(shè)計(jì)1. 創(chuàng)建連接。畫(huà)面如圖4-7所示。圖4-7創(chuàng)建連接畫(huà)面 2. 定義變量。變量如圖4-8所示。圖4-8定義變量畫(huà)面3. 控制界面，觸摸屏控制界面如圖4-9所示。圖4-9觸摸屏控制界面4.4 PLC控制程序設(shè)計(jì)4.4.1重點(diǎn)程序解析1. 高、中、低水位傳感器沖突問(wèn)題的解決。開(kāi)始的時(shí)候認(rèn)為在盛水桶側(cè)壁按高、中、低位置安放三個(gè)傳感器，再通過(guò)貯氣室軟管分別連接。將觸點(diǎn)連接到PLC輸入端口以此來(lái)控制水位，但忽略了選擇高水位時(shí)，壓力會(huì)超過(guò)中、低水位壓力使其動(dòng)作，無(wú)法實(shí)現(xiàn)中、高水位的控制。經(jīng)反復(fù)考慮，加入了水位選擇輔助繼電器，以輸出口來(lái)選擇、控制水位傳感器，并將其互鎖，自鎖。如選擇高水位時(shí)，輸出口Q0.0將控制高水位傳感器，使其得電自鎖，而中、低傳感器無(wú)法得電，即使其觸點(diǎn)斷開(kāi)、閉合也不會(huì)有信號(hào)輸入，不會(huì)影響水位正常選擇。具體程序見(jiàn)附錄程序網(wǎng)絡(luò)2-11。2. 單按鈕控制啟停21。為了簡(jiǎn)化觸摸屏界面，將手動(dòng)脫水按鈕設(shè)置為單按鈕控制排水啟停，即按下停止按鈕且排水完畢后，按下手動(dòng)脫水按鈕一次，開(kāi)始脫水，再次按下脫水按鈕時(shí)，洗衣機(jī)停止脫水，程序如圖4-10所示。按下停止按鈕后，M1.1閉合，此時(shí)按下手圖4-10單按鈕啟停程序動(dòng)脫水按鈕M0.6時(shí)，M1.5得電閉合并自鎖，其常開(kāi)觸點(diǎn)閉合，洗衣機(jī)開(kāi)始脫水，同時(shí)計(jì)數(shù)器C3加1，再次按下M0.6時(shí)，計(jì)數(shù)器C3到達(dá)計(jì)數(shù)2，其常開(kāi)觸點(diǎn)C3閉合，M1.7得電，其常閉觸點(diǎn)斷開(kāi)，使M1.5失電，洗衣機(jī)停止脫水，同時(shí)常開(kāi)觸點(diǎn)閉合使計(jì)數(shù)器C3復(fù)位，復(fù)位后M1.7又失電斷開(kāi)，完成一次啟停控制。3. 單相電機(jī)正反轉(zhuǎn)交替控制程序。電路圖見(jiàn)3-22。正反轉(zhuǎn)時(shí)間由計(jì)數(shù)器控制，且加入了自鎖、互鎖，確保電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)可靠、安全，中間有暫停2s計(jì)數(shù)器及輔助繼電器控制并自動(dòng)轉(zhuǎn)換方向，循環(huán)次數(shù)為3次，由計(jì)數(shù)器C1控制，程序如圖4-11所示。圖4-11電動(dòng)機(jī)正反轉(zhuǎn)控制程序 圖4. 手動(dòng)排水與手動(dòng)脫水程序。因設(shè)計(jì)要求為手動(dòng)排水時(shí)不脫水，手動(dòng)脫水時(shí)不計(jì)時(shí)，故在程序中加入停止輔助繼電器，按下停止按鈕M0.4后，M1.1得電吸合，其常閉觸點(diǎn)將自動(dòng)脫水程序和自動(dòng)計(jì)時(shí)程序斷開(kāi)，此時(shí)只能手動(dòng)操作。具體程序如圖4-12所示。圖4-12手動(dòng)操作程序 4.4.2洗衣機(jī)控制完整程序 完整程序見(jiàn)附錄。5總 結(jié)5.1全文總結(jié)本論文針對(duì)基于西門(mén)子PLC-200并結(jié)合觸摸屏控制實(shí)現(xiàn)的全自動(dòng)洗衣機(jī)控制系統(tǒng)進(jìn)行了整體研究及設(shè)計(jì)，并取得了一定的成果，在此，結(jié)合研究設(shè)計(jì)過(guò)程和結(jié)果，對(duì)此次設(shè)計(jì)歸納總結(jié)如下：(1) 查閱了相關(guān)資料，了解了PLC的發(fā)展歷程，認(rèn)真學(xué)習(xí)了西門(mén)子PLC-200的相關(guān)知識(shí)，掌握了其定義、硬件結(jié)構(gòu)、工作過(guò)程及原理，學(xué)習(xí)并掌握了基于PLC-200的編程軟件STEP 7-Micro WIN V4.0 及人際界面組態(tài)軟件WinCC flexible 2007的編程使用。(2) 學(xué)習(xí)了洗衣機(jī)的發(fā)明、發(fā)展的歷史和不斷革新的進(jìn)程，熟練掌握了洗衣機(jī)各硬件部分的結(jié)構(gòu)、功能、工作原理及連接控制方式，在此基礎(chǔ)上，設(shè)計(jì)選出最經(jīng)濟(jì)、合理的全自動(dòng)洗衣機(jī)的整體結(jié)構(gòu)及各硬件部分。(3) 在開(kāi)始設(shè)計(jì)期間，總感覺(jué)相關(guān)知識(shí)都已經(jīng)掌握，但實(shí)際設(shè)計(jì)編程中卻毫無(wú)頭緒，不得已我結(jié)合試驗(yàn)臺(tái)及編程軟件重新將課本復(fù)習(xí)幾遍，才有了思路并完成了編程設(shè)計(jì)。才明白，課本上的東西學(xué)得再好，不結(jié)合實(shí)際，不懂得應(yīng)用，一樣沒(méi)有意義，在遇到問(wèn)題時(shí)，止步不前，不學(xué)會(huì)解決，永遠(yuǎn)也不會(huì)成功。當(dāng)然，在設(shè)計(jì)取得一定成果的同時(shí)，同樣也出現(xiàn)了一些不足：(1) 編程調(diào)試時(shí)，在功能實(shí)現(xiàn)的前提下，還需要進(jìn)一步使程序簡(jiǎn)潔化，標(biāo)準(zhǔn)化。(2) 對(duì)全自動(dòng)洗衣機(jī)硬件的設(shè)計(jì)選擇局限于知識(shí)層面，對(duì)軟件編程調(diào)試也局限在試驗(yàn)臺(tái)上，并沒(méi)有真正做出洗衣機(jī)實(shí)物，無(wú)法確定實(shí)際應(yīng)用中會(huì)出現(xiàn)的問(wèn)題及相應(yīng)的改進(jìn)方法。(3) 對(duì)設(shè)計(jì)出的洗衣機(jī)實(shí)物價(jià)格沒(méi)有明確定位，對(duì)市場(chǎng)也沒(méi)有調(diào)研，設(shè)計(jì)存在一定的盲目性。5.2心得體會(huì)3個(gè)多月的畢業(yè)設(shè)計(jì)轉(zhuǎn)眼之間就要過(guò)去，同時(shí)也意味著我即將結(jié)束我的大學(xué)生活，好在，通過(guò)畢業(yè)設(shè)計(jì)期間，我又學(xué)到了很多在課堂上、書(shū)本上無(wú)法學(xué)習(xí)到的東西，在與導(dǎo)師和同學(xué)們不斷交流和進(jìn)步中，自己的交際能力和動(dòng)手操作能力也有明顯提高，為自己將來(lái)步入社會(huì)、找到滿意的工作又多了一份保證。在此，將我的一些心得與大家分享。(1) 在遇到問(wèn)題毫無(wú)頭緒時(shí)，不要苦苦抱怨：我沒(méi)學(xué)過(guò)，不會(huì)。這樣永遠(yuǎn)都不會(huì)解決問(wèn)題。我們應(yīng)該找到問(wèn)題的源頭，哪里不會(huì)，從哪里學(xué)起，問(wèn)老師、問(wèn)同學(xué)，去圖書(shū)館查閱資料，將知識(shí)空缺補(bǔ)上，才能保證下次不會(huì)出現(xiàn)同樣的問(wèn)題與錯(cuò)誤。(2) 課本上的知識(shí)學(xué)得再好，不能與實(shí)際結(jié)合，不懂得運(yùn)用，也就等于沒(méi)有學(xué)好。學(xué)習(xí)后要走出課本，走向?qū)嶋H，在實(shí)習(xí)操作過(guò)程中將知識(shí)熟練掌握，才不會(huì)成為“書(shū)呆子”。(3) 要學(xué)會(huì)合作，學(xué)會(huì)交流，在共同學(xué)習(xí)中共同進(jìn)步，三人行必有我?guī)煛?.3展望 基于PLC全自動(dòng)洗衣機(jī)的設(shè)計(jì)，克服了傳統(tǒng)繼電器控制的缺點(diǎn)，簡(jiǎn)化了現(xiàn)有全自動(dòng)洗衣機(jī)的線路，將來(lái)一定會(huì)大大方便人們生活，革新未來(lái)，占領(lǐng)市場(chǎng)。同時(shí)，小型PLC以其功能強(qiáng)大，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單等多項(xiàng)優(yōu)勢(shì)必將會(huì)替代其他程序控制器，應(yīng)用于各行各業(yè)，更好的服務(wù)于人類(lèi)。 參考文獻(xiàn)1 陸國(guó)召. 洗衣機(jī)家族的變遷J. 家電科技, 2012,(Z1):63-652 陳小娟. 從洗衣機(jī)的發(fā)展探討中國(guó)洗衣機(jī)本土化設(shè)計(jì)J. 設(shè)計(jì),2004,(8):10-173 王仁祥. 常用低壓電器原理及其控制技術(shù)M. 北京:機(jī)械工業(yè)出版社,2001,12-134 李小光,段春霞. 基于PLC的全自動(dòng)洗衣機(jī)控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)J. 湖北廣播電視大學(xué)學(xué)報(bào), 2008,(1): 159-1605 Martin, Vaughn D. 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