全自动洗衣机PLC控制系统设计.pdf

第 3 期 总第 1 9 0期 2 0 I 5年 O 6月 机 械 工 程 与自 动 化 M E CHANI CAL ENGI NE ERI NG ＆ AUT0MAT1 0N No ．3 J u n ． 文章编 号 1 6 7 2 6 4 1 3 2 0 1 5 0 3 0 1 6 3 0 2 全 自动洗衣机 P L C控制系统设计 胡 小 颖 上海理 工大学 光 电信息与 计算机 工程学院 ，上海2 0 0 0 9 3 摘要 介 绍 了一种 以 P L C为控制器 ，通过 串励 直流 电动机 实现 洗衣机 全 自动化工作 的设 计方 案。该方案 通 过 软件仿真 ，不仅可 以完全 实现预期 的功 能且模 块化程度高 、可移植性 强。不论 是波轮式洗衣机还是滚 筒式 洗衣机 ，只需对程序 稍作 修改就可直接应用 。即便 是扩展功能 ，也 只需对程序作相应的增减 即可 。 关键词 自动洗衣机 ；P L C；设 计 中图分类号 T P 2 7 3 文献标识码 A O 引言 传统 的全 自动洗衣 机常常采 用单 片机 作为控制 器 ， 虽然相较于 P L C而言单片机成本低廉 ， 专用性较 强， 但其对环境的适应能力较差 ， 可靠性 不高， 且指令 系统 复 杂 ， 编程 方法 不 易掌 握 ， 并 且 在设 计 系统 硬件 时 需要 多 种 电路保 护 装 置 ， 如 电 流保 护 、 电 压保 护 、 过 载 保护等 ， 增加了硬件 的复杂性 ， 隐含了较高的故障率 ， 也无形 中增加了维修成本 。而 P L C运行周 期短 、 可靠 性高 、 稳定性强， 能在高粉尘 、 高噪声、 强电磁干扰和温 度剧 烈变化 等不 同的环境下 正常 工作 ， 而且编 程方 法简 单易学， 又集 中了驱动电路 、 检浸 0 电路和保护 电路以及 通讯联网等功能。因此本文选用 P L C作为全 自动洗衣 机的控制器 ， 利用步进顺控编程指令实现控制功能。 1 全 自动洗衣 机 控 制要 求 本文所设计的控制 系统 可实现洗衣机 自动注水 、 手 动 洗涤 、 自动洗 涤 、 自动排 水 以及 自动 脱 水 等 功 能 。 通 电后 ， 按 下 启 动 按 钮 ， 洗 衣 机 将 自动 注 水 至 标 准 水 位 。5 S 后 ， 如果按下手动洗涤开关 ， 系统会进人手动 洗涤程序 ， 否则 ， 则系统默认进入 自动洗涤程序。当进 人 手 动 洗 涤 程 序 ， 若 按 下 正 转 按 钮 ， 洗 衣 机将 正 转 3 0 S ； 若 按 下 反 转 按 钮 ， 则 洗 衣机 反转 3 0 S ， 此 时 ， 如 果用 户 想 继续 正转 或 反转 洗 涤 衣 物 ， 则 可 以按 下 重 复洗 涤 开关 ， 再次选择洗衣机正转或反转 。当进入 自动洗涤 程 序 ， 洗 衣机 将 先正 转 3 0 S ， 再 反 转 3 0 S ， 直 到 正 反转 过程重复 3遍。结束洗 涤程 序后， 洗衣机会 自动排水 至最低水位 ， 并 自动脱水 3 0 S 。至此 ， 洗衣机完成全部 洗 涤 过程 l 遍 ， 而该 过程 将 重 复 3遍 。3遍 结 束后 ， 洗 衣 机 指示 灯 闪烁 5 S 告 知 用 户 洗 衣 过 程 结 束 ， 用 户 可 通过 停 止按 钮来 决定 继 续洗 衣 或是 停机 。无 论 处 于上 述哪一个环节 ， 用户都可 以随 时按下停止按钮结束 当 前 的运 行状 态 。 2 P L C的 选型 P L C的生产厂 家很 多 ， 主要有 美 国通用 电气 、 德 国西门子以及 日本三菱和欧姆龙等。 日本三菱公司的 F X 2 N 系列 P L C不 仅具有 体 型小、 执行 速度快 等特 点 ， 还吸收了整体式和模块 式的优点 。根据实际定义 的 输 入 、 输 出 点 数 ， 本 文 所 确 定 的 P L C 型 号 为 F X2 N一 3 2 MR 一 0 0 1 。 P L C地址 分配情况见 表 1 ， 硬件接 线方式如图 l所示 。 表 1 P L C地址分配 表 输入信 号 输出信号 名称 名称 代号 编号 代 号 编号 启动开关 S Q1 X O 正转接触器 KM1 Yo 标 准水位 浮球 开关 传感器 S Q2 X1 反转接触器 KM2 Y1 正反转 电阻 R 手动洗涤开关 S Q3 X2 KM3 Y2 切除接触器 正转手动按钮 S B 1 X3 排水继电器 KM4 Y3 启动 电源 反转手动按钮 S B 2 X4 KM5 Y4 接触器 启动 电阻 R1 停止按钮 S B 3 X5 KM6 Y5 切除接触器 最低水位浮球 S Q4 X6 启动 电阻 R2 KM7 Y 6 开关 传感器 切除接触器 重复洗涤开关 S Q5 X7 指示灯 L 1 Y 7 注水继 电器 KM8 Y1 o 3电机 的选择 直流 电机 相对 于 交 流 电机 而 言控 制 性 能优 良， 机 械 特性 和 调速 特 性均 为平行 的直线 ， 可实 现 “ 平滑 而经 济 的调速” ， 即不需要其他设备的配合 ， 就可通过改变 输 入 的 电压／ 电流 进行 调速 。另外 ， 串励 的励 磁方 式使 得电机有软的机械特性， 轻载时转速很高， 启动转矩很 大 ， 过载能力较强 。因此本文选用 串励直流 电动机作 为洗 衣机 正反 转 及脱 水 的驱 动电机 。 收稿 日期 2 o 1 4 0 6 1 9；修 订 日期 2 0 1 5 0 1 1 0 作者简介 胡小颖 1 9 9 0 一 ，女 ，湖北武汉人 ，在读硕士研究生 ，研究方 向智 能仪器 仪表。 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 2 0 1 5年 第 3期 机 械 工 程 与自 动 化 1 6 9 量 ， 提高 了试验 台运用 的灵活性 。此外该方法能作连 续变化 ， 以适合不同的工况需要 ， 且成本低 ， 工作 安全 可靠 ， 但模拟的精度不 高。液压惯量模拟系统主要是 用液压油作为传递能量的介质 ， 而液压油是有黏性的， 因此 ， 当液压模拟系统进行惯量模拟级别转换时响应 会 出现一 定 的延 迟 ， 这 显然会 影 响模 拟 的效 果 ， 在检 测 中增 加 了干 扰 。 1 ． 3 电惯 量模 拟 方法 电惯 量 模拟 技术 是 通过 控 制 电机 的转 速来模 拟 车 辆制动时的速度变化 。电惯量模拟 原理如图 3所示 ， 电机 通 过轴 链 接模 拟 路 面 的滚 筒 ， 电机 带 动 滚 筒 转 动 模拟 出车辆运行的速度 。车轮与滚筒相接触 ， 通过接 触面的摩擦力随着滚筒转动 ， 再通过安装在车轮上 的 制动 系 统实 现 制动 。 采用电惯量模 拟技术可 减小试验 系统 的结 构尺 寸 ， 通过控制参 数调整 系统惯量 ， 提 高试验精度 。同 时 ， 电惯量模拟技术能够实现惯量 的无级调整 ， 这样对 测 试 不 同质量 的车辆 有着 非 常重 要 的意义 。 堑 垄 图 2 液压惯量模 拟原理 图 图 3 电惯量模拟原理 图 2 试 验 台变 力矩 制动 的原理 通过上面介绍可知电惯量模拟技术的关键是模拟 汽车制动时的速度变化 ， 制动时汽车速度的变化 主要 与 制 动力 矩 的大 小有 关 ， 而 目前 电 惯 量 模 拟技 术 主要 模 拟 的是 汽 车在 恒定 制 动力 矩 下 的速 度 变 化 ， 而实 际 上 汽车 制 动 时不可 能 是恒 定 的力 矩 ， 因此 ， 目前 的电惯 量模拟技术还存在着不足 。为了更好地完善电惯量模 拟技术 ， 变力矩制动时的汽车惯量模拟将是主要的改进 方 向。变力矩制动与恒力矩制动的主要差别为恒力矩 制动时制动减速度 的值是一个定值 ， 因此可以通过控 制 电惯量模拟技术 的电机来模拟出制动时的减速度 ； 而变力矩制动时制动减速度是一个随时间变化 的值 ， 因此原来的模拟方法就不太可行了。 为此 ， 我 们在 电惯 量 模 拟 试 验 的装 置 中引入 减速 器 ， 将 减速 器 安装 于 电机 和模拟 路 面 的滚 筒 之间 ， 通过 减速机降低工作部件的速度， 同时提高输 出的扭矩 ， 使 输 出的扭 矩 和速度 之 间存 在一 个数 量关 系 ， 即 减速机扭矩 9 5 5 0 电机功率 速 比使用效率／ 电机转速 ． 速 比是 由减 速机 的本 身 性 能 决 定 的 ， 它 是 一 个 可 以选择的值 ， 只要选定 电机 的额定功率、 额定转速 ， 使 用效率也是一个已知的值 ， 所以， 减速机的输 出扭矩只 和速 比存在关系， 是可 以控制的， 同时该转矩是可 以变 化 的 ， 这 样就 可 以运 用 该 扭 矩 实现 制 动 试 验 台 中变 力 矩 制动 情况 的模 拟 。 3 结 语 电惯量 模拟 与 机械 惯 量 模 拟 、 液 压 惯 量 模 拟 相 比 较有着很多的优势 ， 主要体现在其模 拟惯量范 围具有 连续性 ， 不存在模拟级数 ， 而且装置较为简单， 体积小 ； 同时电惯量模拟技术 的运用将会大大简化制动试验台 的硬件 构成 ， 减 少 系统 的组 成 部 分 。对 现 有 制 动 试 验 台不能模拟变力矩制动 的问题 ， 可在试验装置 中引入 减速器 ， 通过减速器输出可控制扭矩来解决这一 问题。 参 考文 献 [ 1 ] 林荣会 ， 姜 建平． 双分 流加 载式制动器试 验 台的电模拟 系 统口] ． 自动化 与仪器 仪表 ， 1 9 9 7 3 3 9 4 2 ． [ 2 ] 宫文斌 ， 刘安龙 ， 江阔 ， 等． 机械惯 量混合 电模拟技 术研究 I- J ] ． 农、 l 机械学报 ， 2 0 0 9 ， 4 0 1 2 0 8 2 1 2 ． I ne r t i a S i m u l a t i o n M e t h o d o f Au t o m o b i l e Te s t - b e d GE Yo u - h u a ，NI Qu a n ，S U Le i ，LI U M a n 。 1 ．Sc h o ol o f M e c h a n i c a l En g i ne e r i n g，Ya nc h e n g I ns t i t u t e o f Te c h n o l o g y，Ya n c h e n g 2 2 4 0 0 1，Ch i na ；2 ． S c ho o l o f M e c h a n i c a l En g i ne e r i n g。Ch a n g z h ou U n i v e r s i t y，Ch a n g z ho u 2 1 31 6 4，Chi n a ；3 ． S c h o o l o f M e c h a n i c a l En g i ne e r i n g，An h u i Uni v e r s i t y o f Te c h n o l o g y，H u a ina n 2 3 2 0 0 1，Ch i n a Ab s t r a c t I n e r t i a s i mu l a t i o n d e v i c e i s t h e ke y t e s t i n g d e v i c e f o r v e h i c l e b r a k i n g p e r f o r ma n c e t e s t b e n c h ．No wa d a y s e l e c t r i c i n e r t i a s i re ul at i o n i s t he mai n r e s e a r c h di r e c t i o ns ．Thi s p ap e r d e s c r i b e s t he me t ho d o f c on t r o l l i n g t he e l e c t r i c a l i ne r t i a s i mul a t i o n ．At t h e s a m e t i me，me c h a n i c a l i n e r t i a s i m u l a t i o n me t h o d，h y d r a u l i c i n e r t i a s i mu l a t i o n me t h o d a n d e l e c t r i c a l i n e r t i a s i mu l a t i o n me t h o d a r e c o rn pa r e d，t he r e s ul t s s ho w t he e l e c t r i c al i ne r t i a s i mul a t i on m e t h od i s t he b e s t o ne ．Fo r e l e c t r i c i ne r t i a s i m u l a t i on de vi c e c a n n ot s i mul a t e v a r i a b l e t o r q u e b r a k i n g，a n a n a l o g g e a r a p p a r a t u s i s a d d e d t O t h e e l e c t r i c a l i n e r t i a s i mu l a t i o n d e v i c e ，t O u s e t h e r e d u c e r o u t p u t t o r q u e t O s ol ve t hi s pr obl e m． ’ Ke y wo r d s i n e r t i a s i mu l a t i o n me t h o d；b r a k i n g p e r f o r ma n c e ；t e s t b e d 上 接 第 1 6 4页 De s i g n o f PLC Co nt r o l S y s t e m o f Fu l l - a u t o ma t i c W a s hi ng M a c h i n e HU Xi a o - y i ng S c h o o l o f Op t i c a l El e c t r i c a l a n d Co mp ut e r En g i n e e r i n g，U n i v e r s i t y o f S h a n g h a i f or S c i e nc e a n d Te c h n ol o g y，Sh a n gh a i 2 0 0 0 9 3，Ch i n a Ab s t r a c t Th i s p a p e r i n t r o d u c e s a d e s i g n o f c o n t r o l s y s t e m t o i mp l e me n t t h e f u l l a u t o ma t i c wo r k o f wa s h i n g m a c h i n e ，wh i c h i s b a s e d o n PL C a n d s e r i e s DC mo t o r ．Th r o u g h s o f t wa r e s i mu l a t i o n s ，t h e d e s i g n c a n a c h i e v e a l l t h e e x p e c t a t i o n s a n d h a s t h e b e t t e r roo d u l a r i t y a n d p o r t a b i l i t y ．Th e r o u t i n e s i n t h e d e s i g n c a n b e a p p l i e d t o n o ma t t e r t h e i mp e l l e r - t y p e wa s h i n g ma c h i n e o r t h e d r u m- t y p e wa s h ．． i n g m a c h i n e b y m o d i f y i n g s o me p a r t s o f t h e m． An d a d d i n g r e l e v a n t p a r t s t O t h e i n i t i a l r o u t i n e s c a n e x t e n d t h e f u n c t i o n s ． Ke y wo r d s a u t o m a t i c wa s h i n g ma c h i n e s ；PL C；d e s i g n 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m