【正文】 ............................................................ 31 PLC與其他工業(yè)控制系統(tǒng)的比較 .......................................................... 32 PLC的系統(tǒng)硬件設(shè)計 ............................................................................ 33 FX2N24MR軟件設(shè)計 ................................... 37 ........................................................................ 37 。發(fā)明者是美國人比爾 .布萊克斯。 1880 年，美國又出現(xiàn)了蒸汽機(jī)洗衣機(jī)，蒸汽動力開始取代人力。到 1910 年，美國試制成功世界上第一臺電動洗衣機(jī)。隨著工業(yè)化的加速，世界各國也加快了洗衣機(jī)的研制的步伐， 20 世紀(jì) 60 年代，洗衣機(jī)在一些發(fā)達(dá)國家的消費市場開始形成系列，家庭普及率迅速上升。 60年代的日本出現(xiàn)了帶干桶的雙桶洗衣機(jī)，人們稱之為”半自動型洗衣機(jī)“。到 80 年代，“模糊控制”的應(yīng)用使得洗衣機(jī)操作更簡便功能更完備，洗衣程序更隨人意，外形造型更為時尚。此后，隨著電動驅(qū)動技術(shù)的發(fā)展與提高，日本生產(chǎn)出了電動直接驅(qū)動式洗衣機(jī)，省去了齒輪轉(zhuǎn)動和驅(qū)動方式的巨大改革。它不僅大大節(jié)省了人力，而且還進(jìn)一步擴(kuò)大了機(jī)洗衣物的范圍。使用全自動洗衣機(jī)洗衣時可以根據(jù)衣物的質(zhì)地、體積，在微電腦控制板上選擇水流的強弱、時間的長短以 及水量的多少。 本課題的意義 傳統(tǒng)的基于繼電器的控制，已經(jīng)不能滿足人們對洗衣機(jī)的自動化程度的要求了。隨著自動化技術(shù)的飛速發(fā)展。隨著微電子技術(shù)和計算機(jī)技術(shù)的迅速發(fā)展。首先由于單片機(jī)的指令系統(tǒng)相對復(fù)雜，編寫洗滌、脫水程序也相對復(fù) 雜 。 PLC 是一種基于數(shù)字計算機(jī)技術(shù)、專為在工業(yè)環(huán)境下應(yīng)用而設(shè)計的電子控制裝置。它的優(yōu)點是：可靠性高，耗電少，適應(yīng)性強，運行速度快，壽命長等。如果在全自動洗衣機(jī)的控制系統(tǒng)中采用 PLC 來控制將能 4 克服單片機(jī)的這些缺點。所以在使用中，硬件相對簡單，編程語言也相對簡單，并且測試容易，維修方便，更可以提高控制系統(tǒng)的設(shè)計的靈活性及控制系統(tǒng)的可靠性。 家用洗衣機(jī)采用 PLC 進(jìn)行控制的還相對較少。 研究的具體內(nèi)容包括： ① 深入了解洗衣機(jī)的發(fā)展、結(jié)構(gòu)及控制要求。 ③ 硬件 選型與 設(shè)計。⑤ 對編寫好的編譯程序進(jìn)行實際調(diào)試并仿真。洗衣機(jī)的洗滌過程主要是在機(jī)械產(chǎn)生的排滲、沖刷等機(jī)械作用和洗滌劑的潤濕、分散作用下，將污垢拉入水中來實現(xiàn)洗凈的目的。在波輪中心處，因甩出液體而形成低壓區(qū)，又使得洗滌液流回波輪附近。衣物在渦流的作用下，作螺旋式回轉(zhuǎn)，吸入中心后又被甩向桶壁，與桶壁發(fā)生摩擦。其次，當(dāng)衣物被放進(jìn)洗滌液之后，由于慣性作用運動緩慢，在水流與衣物之間存在著速度差，使得兩者發(fā)生相對運動，水流與衣物便發(fā)生相對摩擦，這種水流沖刷力同樣有助于污垢離開衣物。在湍流的作用下，衣物做無規(guī)則地運動并翻滾，其纖維不斷被彎曲、絞紐扣拉長，衣物相互相摩擦，增大了洗滌的有效面積，提高衣物的洗凈的均勻性。電磁進(jìn)水閥起著通、斷水源的作用。當(dāng)電磁線圈通電后，移動鐵芯在磁力作用下上移，離開膜片，并使膜片的中心小孔打開，于是膜片上方的水通過中心小孔流入洗衣桶內(nèi)。 水位開關(guān)實際上是一個壓力開關(guān)。當(dāng)水注入洗衣桶后，貯氣室口很快被封閉，隨水位上升，貯氣室的水位也上升，被封閉的空氣壓強亦增大，水位開關(guān)中的波紋膜片受壓而脹起，推動頂桿運動而使觸點改變，從而實現(xiàn)自動通斷。其方法是：在洗衣桶內(nèi)注入一定量水后使電機(jī)低速運轉(zhuǎn)，平穩(wěn)后快速斷電，洗衣桶在慣性作用下帶動電機(jī)繼續(xù)轉(zhuǎn)動。通過分析脈沖個數(shù)和 7 脈沖寬度。衣物的臟污程度是通過水的透明度來判斷的。若水的透明度低，接收管獲得的光能小，說明衣物較臟。當(dāng)脫水桶高度旋轉(zhuǎn)時，從脫水桶噴射出來的水作用于壓電傳感器上，根據(jù)這個壓力變化，自動停止脫水運轉(zhuǎn)。 全自動洗衣機(jī)一般采用輕觸式開關(guān)，在按下開關(guān)后，字符旁邊的指示燈會亮。 全自動洗衣機(jī)電氣控制系統(tǒng)包括微處理器、排水電磁鐵、電容器、門開關(guān)、按鍵開關(guān)、指示燈、中間繼電器，水位壓力開關(guān)、蜂鳴器及進(jìn)水電磁閥等部件組成。 圖 22 全自動洗衣機(jī)控制系統(tǒng)方框圖 8 自動洗衣機(jī)的 洗滌與脫水系統(tǒng) 圖 23 洗滌脫水桶 全自動洗衣機(jī)主要是通過波輪對衣物的翻滾達(dá)到洗滌目的。套桶式 全自動洗衣機(jī)的脫水桶（甩干籃）既要保證能離心脫水，又要能容納洗滌的衣物，全自動洗衣機(jī)的洗滌桶其上部略大，下部略小，呈圓錐形。 洗滌系統(tǒng)的傳動部分由風(fēng)葉、皮帶、皮帶輪、和洗衣軸體組成。洗衣機(jī)具有蓋的帶鎖裝置，該鎖定裝置，包括洗衣機(jī)蓋板、洗衣機(jī)箱體，還包括控制開關(guān)，與控制脫水的開關(guān)聯(lián)動 ；電磁鐵，與控制開關(guān)連接； 9 洗衣機(jī)蓋板翻口端內(nèi)面在對應(yīng)洗衣機(jī)箱體內(nèi)壁處設(shè)有凹緣，凹緣上設(shè)有鎖孔，洗衣機(jī)箱體上端設(shè)有所述電磁鐵，電磁鐵銜鐵的伸縮口位于洗衣機(jī)箱體內(nèi)壁，而且電磁鐵通電后其銜鐵伸出端正好位于蓋好的洗衣機(jī)蓋板凹緣的鎖孔內(nèi)。 自動洗衣機(jī)的進(jìn)水和排水系統(tǒng) 全自動洗衣機(jī)的進(jìn)水系統(tǒng)采用水位壓力開關(guān)和進(jìn)水閥，由程 序控制器調(diào)節(jié)。漂洗時，它能讓洗滌液中的泡沫和污水溢出，有利于漂清。此時主電機(jī)導(dǎo)通，進(jìn)水閥斷開（原來中觸片與下閉合），并開始洗衣。通過一定的機(jī)構(gòu)，橡皮氣膜壓簧被壓縮而產(chǎn)生壓力 P1，壓迫氣膜。排水閥主要 由 閥蓋、閥芯彈簧、閥芯拉簧，橡皮閥和閥體組成。 10 自動洗衣機(jī)的 傳動系統(tǒng)、箱體與支承系統(tǒng) 全自動洗衣機(jī)的傳動系統(tǒng)設(shè)在洗衣機(jī)脫水桶的底部 ,主要由波輪、脫水桶、離合器、傳動帶、電動機(jī)、電磁閥及單 相電容式電動機(jī)組成。離合器的內(nèi)軸（洗滌軸），一端固定波輪，另一端固定離合套，離合套上固定大帶輪，離合器外軸（離心軸）的一端固定離心桶（脫水桶），另一端通過抱簧與離合套連接。洗滌或漂洗時，牽引電機(jī)處在斷電狀態(tài)，制動桿將制動帶收緊，對脫水軸制動。 脫水時，牽引電機(jī)是通電狀態(tài)，拉動制動桿使得制動帶松開，棘輪和方絲離合器處于自由狀態(tài)，大皮帶輪順時針旋轉(zhuǎn)將方絲離合簧旋緊，使輸入轉(zhuǎn)矩有效地傳遞給脫水軸，實現(xiàn)高速脫水運轉(zhuǎn)。 洗衣機(jī)外箱體是洗衣機(jī)的盔甲， 很多洗衣機(jī)采用高分子聚合塑鋼材料作為外箱體，不怕水，不腐爛，永不生銹，耐碰撞，防漏電，機(jī)身輕便，易于搬動。有的采用剛?cè)嵯酀?jì)的不銹鋼做內(nèi)桶剛性，在于不銹鋼材質(zhì)表面分子結(jié)構(gòu)致密，空隙小，故可抗擊細(xì)菌等物質(zhì)的侵入和腐蝕，以達(dá)到抗菌，抑菌，耐腐蝕的作用。很多洗衣機(jī)內(nèi)桶完全采用世界一流的不銹鋼材料制成，擁有頂級的品質(zhì)保證。進(jìn)水是有電磁進(jìn)水閥來完成的。于是，電磁進(jìn)水閥被接通電源， 閥 內(nèi)閥芯被吸合，進(jìn)水的節(jié)門被打開 ，自來水管 12 中的水就開始流入洗衣機(jī)。于是進(jìn)水閥的電路被切斷，進(jìn)水工作停止。 在一般情況下，洗滌工作進(jìn)行 10～ 15 分鐘，在波輪轉(zhuǎn)動達(dá)到預(yù)定時間后，程控器便切斷電機(jī)的電路，波輪停止轉(zhuǎn)動。電磁鐵的吸合控制三個動作：①拉動排水閥桿，打開排水口，將洗滌桶內(nèi)的水排出。③抬起棘爪臂，將棘輪放開，使得動力簧可以抱緊皮帶輪軸（離合套），將皮帶輪與脫水軸連為一體。 在洗滌桶內(nèi)的水位降到一定高度時，水壓下降，水位開關(guān)動作，發(fā)出信號，程控器連通電機(jī)的脫水電路，電機(jī)進(jìn)行單向轉(zhuǎn)動，通過減速器帶動脫水軸，使洗衣機(jī)進(jìn)行漂洗前的脫水運行。電磁鐵隨即也被切斷電路。在這同時，又做好了波輪運轉(zhuǎn)的準(zhǔn)備工作。于是程控器再次接通電磁進(jìn)水閥的電路，向洗滌桶內(nèi)注水。漂洗一般進(jìn)行兩次，在第二次漂洗前注水時，衣物的柔軟調(diào)理劑被放入洗滌桶內(nèi)，這個 工作一般是利用離心力的原理放入的。 第二次漂洗后的脫水是最終脫水，他的運轉(zhuǎn)時間要長一些，一般控制在 3~5 分鐘之間，以便將衣物內(nèi)的水分充分甩出，達(dá)到一定的脫水率。 以上我們可以看到，全自動洗衣機(jī)的整個洗滌過程的完成，也就是程控器按照一定的規(guī)律，將各個電器零部件按照順序，接通和斷開他們的有關(guān)電路，再由他 們來推動其他機(jī)械結(jié)構(gòu)的運行。 以上所提到的程控器在本課題中是可編程控制器，也就是 PLC。 全自動洗衣機(jī)進(jìn)水電磁閥結(jié)構(gòu)主要由閥體、 電磁 線圈、 可動 鐵芯、橡 皮膜 、過濾網(wǎng)等部件組成。當(dāng)電磁閥接通電源后 ， 由于電磁力的作用 ， 可動 鐵芯被吸起 ， 中心孔被打開 ， 這時橡皮膜 和塑料導(dǎo)閥間的空腔壓力低于進(jìn)水腔內(nèi)的自來水水壓 ， 橡 皮膜 被頂開 ， 電磁閥開始進(jìn)水工作。 15 排水閥 與電磁鐵 排水閥工作時，由排水電磁鐵將 它打開，與此同時，它還帶動剎車臂轉(zhuǎn)動，放開剎車帶和棘輪，使的脫水軸能夠自由地轉(zhuǎn)動。當(dāng)它的線包接通 220V 交流電時，由于電磁感應(yīng)的作用，定子鐵芯便對銜鐵產(chǎn)生吸引力，將銜鐵吸合，同時拉動排水閥的拉桿和橡膠密封膜，打開水門放水，并帶動剎車零件動作，使后面的一系列工作順利進(jìn)行。洗衣機(jī)的洗滌桶中水位的高低代表著桶內(nèi)水量的多少。在排水時，當(dāng)水位降到脫水桶底以下時，它也將接通或斷開相應(yīng)的電路，完成預(yù)定的工作。隨著水平面的不斷升高，桶底的壓力就越來越大，氣室、導(dǎo)氣管和水位開關(guān)內(nèi)部的空氣被壓縮，氣壓也隨之增大。因此，桶內(nèi)的水位高低，就轉(zhuǎn)換成桶底壓力的變化 ，水壓力的變化導(dǎo)致了氣室內(nèi)氣壓的變化，同時，氣壓的變化又引起了水位開關(guān)內(nèi)橡皮膜的機(jī)械動作，這種機(jī)械運動在牽動觸點簧片的上下移動，最后起了通、斷電路的功能，完成了預(yù)定的水位控制工作。 當(dāng)氣室內(nèi)的壓力逐漸升高時，氣室上方的橡皮膜被逐漸向上推起，使得頂芯就克服彈簧的壓力被推向上方，同時帶動動簧片中間的部分一起向上移動。經(jīng) 過這一過程后，再加上 PLC 內(nèi)部電路使電磁進(jìn)水閥的電路被切斷，進(jìn)水停止，同時接通了洗滌電機(jī)的電路，波輪開始運轉(zhuǎn)，洗滌工作開始。這是 PLC內(nèi)部電路已經(jīng)發(fā)生改變，電機(jī)接通的時脫水電路。 凸輪的作用是調(diào)節(jié)水位的高低，當(dāng)杠桿處于凸輪的不同位置時，彈簧的壓縮量不同，對于閥芯的壓力也就不同，從而控制了閥芯動作多需要的氣壓（也就是水的壓力），這也就達(dá)到了控制水位高低的目的。 在水位開關(guān)上，出了固定的幾檔 水位 之外 ，還有一個補水檔位。從圖中凸輪的形狀就可以看出來 ，在凸輪右部凹處逐漸向上過渡，與中心的距離急速擴(kuò)大。所以電磁進(jìn)水閥的電路也就不能斷開，洗衣機(jī)便保持這種進(jìn)水狀態(tài)，直到我們將旋鈕放到某一檔位為止。所以，當(dāng)我們運轉(zhuǎn)水位開關(guān)旋鈕，達(dá)到補水檔，電磁進(jìn)水閥重新進(jìn)水后，就要將它退回到合適位置（例如高水位），這樣，當(dāng)桶內(nèi)的水平面上升到一定高度后，就可以停止進(jìn)水，繼續(xù)洗滌。由于水位的變化是連續(xù)的，所以光敏元件內(nèi)的電流變化也是逐漸進(jìn)行的。 本設(shè)計水位傳感器采用 深圳市安泰測控儀表有限公司所供應(yīng)的 1020系列洗衣機(jī)水位傳感器 ， 是一種帶高集成度放大電路的硅壓力傳感器 ，工作溫度范圍：－ 40 — +125℃；壓力范圍： 15～ 115 kPa；供電電壓：177。 %VFSS 對于 PLC 控制的洗衣機(jī) ,要求水位的檢測必須是連續(xù)的 ,諧振式水位 18 傳感器是的變化 ,最終以頻率參數(shù)輸出。由此引起諧振電路的固有頻率隨水位變化。 19 減速 離合器 早期設(shè)計的小波輪全自動洗農(nóng)機(jī)的離合器沒有減速功能，故洗滌和脫水轉(zhuǎn)速相同。目前應(yīng)用最為廣泛的有兩種：單向軸承式減速離合器與帶制動式減速離合器。 圖 35 減速離合器總承分解圖 基本結(jié)構(gòu) ①離合器主要結(jié)構(gòu)如 下 圖 3 37 所示。輸人軸 1 的下端加工成四方形，與之相配的帶輪 3和離合套 20 的內(nèi)孔也是方形。輸入軸 1 的上 端加工成齒形花鍵，和行星減速器的中心輪內(nèi)孔配合聯(lián)接。在衣服洗滌時，脫水軸靜止不轉(zhuǎn)；而洗滌結(jié)束后，脫水軸應(yīng)將帶輪 3 的高轉(zhuǎn)速直接傳遞給脫水桶，完成脫水功能。方絲離合彈簧的形狀呈錐形，上端幾圈的直徑比下端略小一些。當(dāng)帶輪帶動離合套向彈簧旋緊方向旋轉(zhuǎn)時，通過方絲離合彈簧就將帶輪 3 的轉(zhuǎn)動由離合套 20 傳遞到脫水軸 18，這就是“合” 時的脫水狀態(tài)。實現(xiàn)彈簧旋松的機(jī)構(gòu)是棘輪棘爪裝置，圖 38 是其工作原理簡圖。 圖 37 中的 8 是單向滾針軸承部件，它的內(nèi)圈與脫水軸 18 相接觸，它的外圈與齒輪軸承座過盈配合成一體，齒輪軸承座嵌在支撐架 19 中，支撐架用螺栓和離合器外罩 14固定在一起。單向滾針軸承是滾針軸承產(chǎn)品領(lǐng)域中一種科技含量較高的產(chǎn)品，其結(jié)構(gòu)緊湊，徑向截面小。洗衣機(jī)單向滾針離合器的工作原理如圖 39 所示，它由帶楔形面的外圈 7以及利用保持架 3 隔開的一系列滾針 6 組成，軸承直接套在脫水軸 5 上。 在圖 37 中，剎車裝置外罩 剎車扭簧 l0、剎車帶 1剎車盤 16和十寧軸套 17 等組成了脫水軸 18 的剎車裝置。剎車裝置外罩 9 安裝在脫水軸 18 上，為間隙配合，它對脫水軸的作用由剎車扭簧 10 控制。洗滌時，排水電磁鐵斷電，剎車扭簧處于自由旋緊的狀態(tài)。剎車裝置外罩 9 在順時針旋轉(zhuǎn)過程中，剎車扭簧 10 將被迅速旋緊，強大的摩擦力使剎車裝置外罩 9 無法動作，此時剎車帶 15 和剎車盤 16 將發(fā)生劇烈摩擦，對脫水軸 18 產(chǎn)生制動作用，防止脫水桶產(chǎn)生跟轉(zhuǎn)現(xiàn)象。由于剎車裝置外罩 9 在順時針旋轉(zhuǎn)過程中，與旋松的剎車扭簧之間可以自由滑動，剎車不起作用，因此剎車裝置外罩 剎車盤 1剎車帶 15 都將