洛阳理工学院毕业设计（论文）
1.4 本课题研究的主要内容
本课题需研制出可靠性高、易于操作的全自动洗衣机控制方法，该系统采用PLC控制，主要包括电动机正反转控制、离合器控制、进排水电磁阀控制、循环控制、保护和联锁。
研究的具体内容包括：
1. 深入了解洗衣机的发展、结构及控制要求。
2. 控制系统设计。包括硬件设计，PLC的选择，各硬件模块的介绍，软件设计，编程方法。
3. 对编写好的编译程序进行实际调试。 4．用组态王软件对系统进行仿真。
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第2章 系统硬件设计
2.1 全自动洗衣机的原理和构造
2.1.1 全自动洗衣机总体构造
全自动洗衣机在结构上大致可分为3中类型，即波轮式，滚筒式和搅拌式。我国的洗衣机在结构上主要有波轮式和滚筒式两类，产品的类型以波轮式为主，其他类型为辅，外形结构图如图2-1所示。
图2-1全自动洗衣机外形结构图
2.1.2 洗涤脱水系统
洗涤脱水系统主要由盛水桶，洗涤桶和波轮组成。盛水桶又称为外桶，主要用来盛放洗涤液。盛水桶固定在钢制底板上，通过4根吊杆悬挂在洗衣机箱体上。电动机，离合器，排水阀等部件都装在桶底下面。洗涤桶又称为脱水桶或者离心桶，也称为内桶，它的主要功能是用来盛放衣物，在洗涤时配合波轮完成洗涤功能，在脱水时便成为离心式的脱水桶。波轮是全自动洗衣机中对衣物产生机械作用的主要部件。按波轮的形状来分，基本上有小波轮（直径在160mm左右）的涡卷式水流和大波轮（直径在300mm
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左右）新水流两类。
2.1.3 排水和进水系统
全自动洗衣机的进排水系统都采用了电磁阀控制。为了对桶内的水位进行检测和控制，洗衣机上都安装有水位控制器（水位开关）。全自动套桶洗衣机使用最多的水位开关是空气压力式开关，主要有气压传感器装置，控制装置及电触点开关3部分组成，用来监视水位的高低。此外电磁阀分进水和排水电磁阀，进水电磁阀是洗衣机上的自动进水开关，它受水位开关动断触点的控制。而排水电磁阀是全自动洗衣机上的自动排水装置，同时还起改变离合器工作状态。进水、排水电磁阀是采用电流流过线圈形成磁场的原理，洗衣机电磁阀在进，排水时使用，220V交流电压与电磁阀线圈接通，形成磁场，电磁线圈吸合。自动打开阀门，洗衣机里的水就顺着管道流出去了。断电后，电磁阀线圈失去电流，磁场消失，电磁铁松开，阀门自动关闭，洗衣机里的水就流不出去了。
2.1.4 电动机及传动系统
全自动套桶洗衣机的电动机及传动系统主要由电动机和离合器组成，离合器又有普通离合器和减速离合器两种。其中普通离合器用在采用小波轮的套桶洗衣机上，这种洗衣机在洗涤或者漂洗时波轮的转速和脱水时离心桶的转速相同，目前各种大波轮新水流套桶洗衣机普遍采用减速离合器，它在洗涤，漂洗时波轮的转速较慢，而脱水时离心桶的转速较快。电动机同时作为洗涤和脱水时的动力源，普遍采用主，副绕组完全对称的电容式电动机。由于一般全自动套桶洗衣机的额定洗涤容量较大，因此电动机的功率较大。
2.2 元件选择
2.2.1 输入元件选择
根据要求，可以选择4个按钮(SB)作为程序选择和暂停，选用三个位置开关（SQ）作为高、中、低水位的输入。
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1．按扭（SB）
按钮是一种人工控制的主令电器。主要用来发布操作命令，接通或开断控制电路，控制机械与电气设备的运行。按钮的工作原理很简单，对于常开触头,在按钮未被按下前,电路是断开的,按下按钮后,常开触头被连通,电路也被接通；对于常闭触头，在按钮未被按下前，触头是闭合的，按下按钮后，触头被断开，电路也被分断。其正好可以作为开启和停止洗衣机工作的按钮。
2．位置开关（SQ）
位置开关，称限位开关，是一种将机器信号转换为电气信号，以控制运动部件位置或行程的自动控制电器。是一种常用的小电流主令开关。在电气控制系统中，位置开关的作用是实现顺序控制、定位控制和位置状态的检测。一类为以机械行程直接接触驱动，作为输入信号的行程开关和微动开关；另一类为以电磁信号（非接触式）作为输入动作信号的接近开关。
2.2.2 输出元件选择
1．继电器（KM）
电磁继电器一般由铁芯、线圈、衔铁、触点簧片等组成的。只要在线圈两端加上一定的电压，线圈中就会流过一定的电流，从而产生电磁效应，衔铁就会在电磁力吸引的作用下克服返回弹簧的拉力吸向铁芯，从而带动衔铁的动触点与静触点（常开触点）吸合。当线圈断电后，电磁的吸力也随之消失，衔铁就会在弹簧的反作用力返回原来的位置，使动触点与原来的静触点（常闭触点）释放。这样吸合、释放，从而达到了在电路中的导通、切断的目的。
2．电磁阀（YV）
电磁阀是用电磁控制的工业设备，用在工业控制系统中调整介质的方向、流量、速度和其他的参数。电磁阀可以配合不同的电路来实现预期的控制，而控制的精度和灵活性都能够保证。电磁阀有很多种，不同的电磁阀在控制系统的不同位置发挥作用，最常用的是单向阀、安全阀、方向控制阀、速度调节阀等。而在本设计中，可用来控制洗衣机的进水和排水等动作。
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3．指示灯（HL）
用来显示洗衣机的实时工作情况，使用户一目了然。选用4个指示灯分别用作电源指示（表示洗衣机电源已接通，等待选择以全自动、单排水、单脱水三者中的那种工作方式运行）、全自动运行指示、单排水指示、单脱水指示。对于洗衣机的运行指示选用24V的指示灯便可。
2.2.3 电动机的选择
选用Y132M-4型异步电动机，相关参数为：额定功率为7.5kW、额定电压为220V、额定电流为15.4A、额定转速为1440rpm（r/min）功率因素为0.85、效率为87%。
由于洗衣机容量为300kg，其负载转矩理论上为：
TL?Fr?14mgD?14?300kg?9.8N/kg?2m?1470N?m
式中：TL为负载转矩，N·m；F为力，N；r为圆心到力的有效距离，m；，D为圆柱的直径，设为两米，由于圆柱类物体其重力在数学微积分算得在其半径的一半处，所以r?而电动机的输出转矩为：
TN?9550?PNnN?1790.6N?m14D，g?9.8N/kg，为重力加速度。
输出转矩比负载转矩大，所示能带动，同时有一定的余量，是考虑到传动装置、摩擦等因素要有一定的阻转矩。
异步电动机转速与变频器频率关系计算： 同步转速：
N1?60f1P?60?502?1500r/min
转差率：
S?N1?NN1?N1?NNN1?1500?14001500?0.04
转速与频率关系：
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