第４章 电气控制系统
4.1 控制系统结构
波轮式全自动洗衣机的电气控制系统由于洗衣机型号的不同而不尽相同，但电气控制系统主要有程序控制器，电动机，进水电磁阀，排水电磁阀，水位开关，安全开关及各种功能选择开关等组成的，控制的基本原理也都一样。全自动洗衣机能实现洗衣的自动化，整个洗衣过程都是在程序控制器的“指挥”下进行的。如把离合器比作全自动套桶洗衣机的心脏，则程序控制器就是全自动洗衣机的“大脑”。如图所示以程序控制器为核心的波轮式全自动套桶洗衣机控制系统的基本原理方框图。
图4-1 基本原理方框图
4.2 控制系统原理
程序控制器中存储着多种程序，一旦通过选择开关选好某种程序后，程序控制器便按这种程序自动实施对电动机，进水和排水电磁阀的控制。安全开关又称为盖开关，在洗衣机运行过程中起安全保护作用，它的功能为：在洗衣机工作时误开盖，安全开关便会切断电动机电源，自动中断程序；在脱水过程中如桶内衣物摆放不均匀而产生大幅度振动时，安全开关自动中断脱水过程，启动蜂鸣器。按照采用的程序控制器的不同，波轮式全自动套桶洗衣机的电气控制电路可分为电动机驱动式程序控制器和单片机式程序控制器电路。电动机驱动式程序控制器又称为机械式程序控制器，它具有程序组合量大，工作可靠，抗干扰能力强，而且能直接控制较大电流等优点，单片机程序控制器具有结构紧凑，操作简便，功能齐全，运行可靠等优点。目前，机械式程序控制器基本上已被淘汰。用PLC（单片机）控制的全自动洗衣机各种动作典型的系统结构如图所示：
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图4-2各种动作系统结构如图
PLC在系统中是处于中心位置，水位开关的PLC的输入信号控制开关，进水阀，排水阀和电动机是洗衣机各种动作的执行机构。其中进水阀和排水阀由PLC给定信号来决定其工作状态；电动机的工作状态也由控制中心PLC给定信号来决定，而电动机的正反转状态直接决定了洗衣机的洗涤状态和脱水状态。
4.3 主电路图
图4-3主电路图
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第5章 主要器件的选择
5.1 电动机的选择
由于家庭提供的电源限制故选单相电容运转式异步电动机。以3.6公斤全自动洗衣机为例，由于全自动洗衣机的脱水桶直径较大，这一偏心不能不考虑，所以计算时应以洗涤物可能产生前最大偏心为计算依据。脱水时电机功率比洗涤时要大，在确定电机功率时应以脱水时消耗的功率为依据，也就是说脱水时电机功率就是该洗衣机所确定的电机额定功率。由于在计算时一些因素如电机转子的转动惯量等没考虑，造成一些偏差，所以3.6公斤全自动洗衣机电机额定功率选为180瓦。符合全自动洗衣机的功率范围120W～250W。
故选择YY104-180型号单相电容运转式电动机，功率180瓦,额定电压220V，转速1350r/min，电流1.7A。
5.2 可编程控制器外部设计
5.2.1 PLC的选型
PLC的功能日益强大，一般PLC都具有开关量逻辑运算、定时、计数、数据处理等基本功能，有些PLC还可扩展各种特殊功能模块，如通信模块、位置控制模块等，选型时可考虑以下几点：功能与任务相适应，PLC的处理速度应满足实时控制的要求、PLC结构合理、机型统一、在线编程和离线编程的选择。全自动洗衣机控制所要求的控制功能简单，小型PLC就能满足要求了。
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表5-1 常用PLC的CPU型号
程序存储器 用户数据存储器 用户存储器类型 数据后备典型时间 I/O 扩展模块数量 数字量I/O印象区大小 模拟量IO印象区大小 33Hz布尔指令执行速度 内部继电器 计数器/定时器 顺序控制继电器 无 6输入4输出 无 50h 8输入6输出 2个 256(128入/128出) 16入/16出 0.37/微妙/指令 256 256/256 256 32入/32出 CPU221 CPU222 2048字节 1024字节 EEPROM 190h 14输入10输出 24输入16输出 CPU224 4096字节 2560字节 CPU226 7个 根据上表可知，该全自动洗衣机控制系统CPU模块可采用CPU-２２２（AC/DC/继电器）模块，它可控制整个系统按照控制要求有条不紊地进行。同时由于该模块采用交流220V供电，并且自带８个数字量输入点和６个数字量输出点，完全能满足全自动洗衣机控制系统的要求，所以不再需要另外的电源模块、数字量和输出模块。
5.2.2 I/O分配表及接线图
I/O点数是PLC的一项重要指标。合理选择I/O点数既可使系统满足控制要求，又可使系统总投资最低。PLC的输入输出总点数和种类应根据被控对象所需控制的模拟量、开关量、输入输出设备情况来确定，一般一个输入输出元件要占用一个输入输出点。考虑到今后的调整和扩充，一般应在估计的总点数上再加上20%—30%的备用量。该系统有４个数字输入点6个数字输出点。
根据I/O点数，可选西门子S7-200 CPU222型可编程控制器。其I/O分配表与I/O接线图
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表5-2 I/O分配表
控制信号 信号名称 启动信号 停止信号 输入信号 高水位信号 高水位开关 SB3 I0.2 元件名称 常开按钮 常闭按钮 元件符号 SB1 SB2 地址编码 I0.0 I0.1 低水位信号 进水信号 低水位开关 电磁阀 SB4 YV0 I0.3 Q0.0 电动机正转信号 接触器 KM1 Q0.1 输出信号 电动机反转信号 排水信号 脱水信号 报警信号 接触器 电磁阀 电磁离合器 报警器 KM2 YV1 YV2 HA Q0.2 Q0.3 Q0.4 Q0.5 .
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