全自动洗衣机课程设计

目录

摘 要 .................................................................................................................................... 1 第一章

绪论 .......................................................................................................................... 2

1.1课题的研究背景 .......................................................................................................... 2 1.2 洗衣机的发展史 ......................................................................................................... 2 1.3 洗衣机的分类与命名规则 ......................................................................................... 3

1.3.1 洗衣机的分类 .................................................................................................. 3 1.3.2 洗衣机的命名规则 .......................................................................................... 4 1.4 课题研究的目的与意义 ............................................................................................. 5 第二章 波轮式全自动洗衣机总体设计 .................................................................................. 6

2.1波轮式洗衣机总体结构 .............................................................................................. 6 2．2 支承系统和箱体 ....................................................................................................... 7 2.3 进水、排水系统 ......................................................................................................... 8 2.4洗涤、脱水系统 ........................................................................................................ 12 2.5电动机和传动系统 .................................................................................................... 12 2.6控制系统 .................................................................................................................... 19 课程设计总结 .......................................................................................................................... 20 致谢 .......................................................................................................................................... 21 参考文献 .................................................................................................................................. 22

摘 要

本次设计主要采用PLC控制技术来设计全自动洗衣机控制系统，跟传统的洗衣机相比更具有智能，实时监控，人性化的功能。本系统最大的优点集中体现在：实现功能齐全、外围电路简单、时间计算精确以及可维护方便等。具有可靠性高、安全性好、开发价值高等一系列优点。

可编程控制器(PLC)是以计算机技术为核心的通用自动化控制装置,它的功能性强,可靠性高,编程简单,使用方便,体积小巧,近年来在工业生产中得到广泛的应用,被誉为当代工业自动化主要支柱之一。在现代的社会，全自动洗衣机进入各个家庭，本文介绍了PLC用于全自动洗衣机的控制系统，其可改进现有技术的不足，简化结构，有利于降低成本和提高可靠性。

关键词：PLC、洗衣机、全自动

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第一章 绪论

1.1课题的研究背景

本次设计基于PLC的全自动洗衣机控制，本文的课题源于市场上洗衣机产品。采用PLC控制开发的周期短，开发成本低，可以直接用于工业现场控制。PLC控制具有实时性、信号处理时间短、速度快、更能满足各个领域大、中、小型工业控制项目，可靠性高，丰富的I/O卡件，质优价廉，性价比高，安装简单，维修方便，PLC控制能在高粉尘、高噪声、强电磁干扰和温度变化剧烈的环境下正常工作。因为它是整体模块，集中了驱动电路、检测电路和保护电路以及通讯联网功能，所以在使用中，硬件相对简单，编程语言也相对简单，并且测试容易，维修方便，更可以提高控制系统设计的灵活性及控制系统的可靠性。本设计以操作简单、使用可靠、维护修理方便作为主要设计方向。

1.2 洗衣机的发展史

从古到今，洗衣服都是一项难于逃避的家务劳动，在洗衣机出现以前，这项劳动并不像田园诗描绘的那样充满乐趣、手搓、脚踩、棒击、冲刷、摔打。这些不断重复的简单的体力劳动，留给人的感受常常是辛苦劳累。世界上第一台洗衣机于1858年诞生，但这台洗衣机使用费力，且损伤衣服，因而没被广泛使用，但这却标志了用机器洗衣的开端。1874年,“手洗时代”受到了前所未有的挑战，美国人发明了木制手摇洗衣机。1880年，美国发明了蒸气洗衣机，蒸气动力开始取代人力。蒸汽洗衣机之后，水力洗衣机、内燃机洗衣机也相继出现。1910年，美国试制成功世界上第一台电动洗衣机，电动洗衣机的问世，标志着人类家务劳动自动化的开端。1922年，美国改造了洗衣机的洗涤结构，把拖动式改为搅拌式，使洗衣机的结构固定下来，这也就是第一台搅拌式洗衣机的诞生。1932年，美国研制成功第一台前装式滚筒洗衣机。1955年，在引进英国喷流式洗衣机的基础之上，日本研制出独具风格、并流行至今的波轮式洗衣机。70年代后期，微电脑控制的全自动洗衣机出现引领新的发展方向，让人耳目一新。90年代，由于电动机调速技术的提高，洗衣机实现了较宽范围的转速变换与调节，诞生了许多新水流洗衣机。

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全自动洗衣机其特点是能自动完成洗涤，漂洗和脱水的转换，整个过程不需要人工操作。这类洗衣机均采用套筒式结构，其进水，排水都采用电磁阀，由程序控制器 按人们预先设计好的程序不断发出指令，驱动各执行器件动作，整个洗衣过程自动完成，所用的程序控制器可分为电动机驱动式和单片机式。从控制方式的发展阶段上分， 全自动洗衣机可分为两大类：

第一类：电动控制洗衣机，它的程序控制器由电动元件组成。

第二类：电脑控制洗衣机，它的程序控制器由微型计算机组成。电动控制全自动洗衣机是较早出现的自动控制类家用电器，其产品类型还属于传统的机械产品，是自动控制的初级阶段。随着计算机的及微电子技术的发展，自动控制系统正在逐步实现硬件化。因此，电动控制洗衣机将逐步退出家电舞台。

全自动洗衣机从结构上分有波轮式、搅拌式、滚筒式。目前,国内市场上销售的大都是波轮式和滚筒式，供应最多的是波轮式洗衣机。波轮式洗衣机的特点是洗净率高,但对衣服的磨损很大,随着人们生活水平不断地提高，丝绸,毛料,羊毛等大量走进普通家庭,厂商又适时地推出了滚筒洗衣机,它最大的优点是磨损率小,但洗净率比波轮式低,价格高。

洗衣机产品可以分三类：普通型、半自动型和全自动型。普通型和半自动型洗衣机，都需要人为参与操作，才能完成洗衣、甩干、排水全过程；而全自动洗衣机在整个洗涤、甩干、排水过程中，无需人为操作和监控。

国内外洗衣机品牌有海尔、小天鹅、荣事达、松下、惠而浦水仙、LG熊猫、西门子、日立好用。

1.3 洗衣机的分类与命名规则

1.3.1 洗衣机的分类

目前，我国洗衣机的分类方法主要有三种：按自动化程度分类，按洗涤方式分类，按结构方式分类。

1．按自动化程度分类，洗衣机可分为普通型、半自动型、全自动型三类。 普通型洗衣机、半自动型洗衣机、全自动型洗衣机均具有洗涤、漂洗、脱水功能。三种洗衣机的根本区别在于技术利用程度不同。由于技术程度不同，在功能操作上也有

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区别。

①普通型洗衣机各功能的操作需手工转换。

②半自动型洗衣机各功能之间的操作，只有其中一两个功能不用手工操作而可自动转换。

③全自动洗衣机的进水、洗涤、漂洗、脱水、排水均不需手工操作，可自动转换。 2．按结构方式分类，洗衣机可分为单桶、双桶、套桶三大类。

（1）单桶洗衣机。单桶洗衣机自动化程度较低，多为简易和普通型，少量的为半自动型。其主要特点是占地面积小，价格便宜。

（2）双桶洗衣机。 双桶洗衣机实际上就是单桶洗衣机和脱水机的组合。它的洗衣部分和甩干部分有各自的电动机和定时器。双桶洗衣机功能齐全，使用方便，操作简单，省电，省水，价格适宜，品种多样。目前，我国双桶波轮式洗衣机占主导地位。

（3）套桶洗衣机。 该洗衣机的特点是内、外两个立式容器套装在同一轴心上。波轮式套桶洗衣机多为全自动型。因其离心桶的外径小于盛水桶的内径，故将外桶和内筒套装在同一个轴心上，减少了占地面积。3. 按洗涤方式分类，洗衣机可分为波轮式、滚筒式和搅拌式洗衣机。

（1）波轮式洗衣机。洗涤能力强、洗涤时间短、结构简单、可调节水位、成本低、易维修、易操作。

（2）滚筒式洗衣机。滚筒式洗衣机的自动化程度高，洗涤性能好，容量大，质量高。

（3）搅拌式洗衣机的洗涤方式是将洗涤物浸没在洗涤水中，依靠摆叶的往复运动进行洗涤。

1.3.2 洗衣机的命名规则

洗衣机的命名格式以汉语拼音字母表示，其含义包括洗衣机代号、自动化程度代号、洗涤方式代号、规格代号、工厂设计序号及结构型式代号。其含义是：

(1)洗衣机：以汉语拼音字母“X”表示。

(2)自动化程度：以汉语拼音字母表示，其中：普通洗衣机为“P”，半自动洗衣机为“B”，全自动洗衣机为“Q”。

(3)洗涤方式：以汉语拼音字母表示，其中：波轮式洗衣机为“B”，滚筒式洗衣机

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为“G”，摆叶式洗衣机为“D”。

(4)规格代号：按额定洗涤容量1.0、1.5、2.0、2.5、3.0、4.0、5.0kg分别乘以10，即以10、15、20、25、30、40、50表示。 (5)工厂设计序号 用阿拉伯数字表示。

(6)结构型式：双桶以汉语拼音字母“S”表示，单桶不注。

脱水代号以汉语拼音字母T表示。例如：水仙牌XPB20—2S，即：普通双缸波轮式，其标准洗涤容量为2.0kg；

又如：小鸭XQG50—5，即：滚筒式全自动洗衣机，其标准容量为5.0kg。

1.4 课题研究的目的与意义

本课题主要着重于全自动洗衣机的控制，要求洗衣机能实现进水、洗涤、排水、脱水、报警，所采用的控制方法操作简单、稳定可靠、维护与维修方便。控制方法确定后投入生产要缩短控制系统的设计的时间、调试周期，且要降低成本。

采用PLC控制比继电器控制好的多，我们采用PLC来控制。

（1） 可靠性高，抗干扰能力强，高可靠性是电气控制设备的关键性能。PLC由于采用现代大规模集成电路技术，采用严格的生产工艺制造，内部电路采取了先进的抗干扰技术，具有很高的可靠性。

（2） 配套齐全，功能完善，适用性强PLC发展到今天，已经形成了大、中、小各种规模的系列化产品。可以用于各种规模的工业控制场合。

（3） 易学易用，深受工程技术人员欢迎PLC作为通用工业控制计算机，是面向工矿企业的工控设备。

（4） 系统的设计、建造工作量小，维护方便，容易改造，PLC用存储逻辑代替接线逻辑，大大减少了控制设备外部的接线，使控制系统设计及建造的周期大为缩短，同时维护也变得容易起来。

（5） 体积小，重量轻，能耗低，由于体积小很容易装入机械内部，是实现机电一体化的理想控制设备

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第二章 波轮式全自动洗衣机总体设计

2.1波轮式洗衣机总体结构

图2-1 波轮式全自动洗衣机的结构

1—排水管 2—溢水管 3—吊杆 4—脱水桶 5—盛水桶

6—平衡环 7—盖板 8—安全开关 9—控制面板 10—水位控制器 11—进水电磁阀 12—进水接头 13—压力软管 14—贮气室 15—支架

16—电动机 17—离合器 18—波轮 19—脱水轴 20—排水电磁阀 21—法兰盘 22—脱水孔

目前在我国生产的洗衣机中，波轮式洗衣机占了80%以上。早期生产的波轮式洗衣机波轮较小，直径都在165~185mm之间，转速为320~500r/min。现在基本都是大波轮洗衣机，其中又以碟形波轮应用最广，波轮直径约为300mm，转速约为120~300r/min。

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滚筒式全自动洗衣机，是将洗涤物放在不锈钢滚筒内，依靠滚筒的运转将洗涤物举升到高出洗涤液的某一高度，然后跌落下来，使洗涤物与洗涤液产生撞击，同时，也使洗涤物互相摩擦，产生人工搓洗的效果，从而达到理想洗涤效果

滚筒式全自动洗衣机的操作过程与其他全自动洗衣机基本相似。打开开关后，进水电磁阀接通，开始进水。同时，将事前放置在洗涤剂容器盒内的洗涤剂冲进机内，当水位达到预定位置时，压力开关接通，进水阀关闭，洗衣机运转，搅拌洗涤液使洗涤物浸润，然后停止运转，装在水桶底部的加热元件开始对洗涤液加温，当洗涤液达到预定温度时，温控器断开，洗衣机进入主洗涤程序。主洗涤程序进行四次漂洗，然后进行脱水，整个洗涤过程结束。

当然相比波轮式全自动洗衣机，是略有不如的。波轮式全自动洗衣机它的洗涤效果是相当的好的。它能洗尽各种衣料的衣服裤子，虽然在均匀性上面略有瑕疵，但是它的前景不容小觑。我想在将来的洗衣机中，波轮式全自动洗衣机将会是广大群众的最爱的选择！

一般来说，波轮式全自动洗衣机具有洗涤、脱水、水位自动控制，以及根据不同衣物选择洗涤方式和洗涤时间等功能。其结构主要由洗涤和脱水系统、进排水系统、电动机和传动系统、电气控制技术、支承机构等5大部分组成，如图2-1所示。波轮式全自动洗衣机多采用套桶式结构，波轮装在内桶的底部，内桶为带有加强筋和均匀小孔的网状结构，并可绕轴旋转。外桶弹性悬挂于机箱外壳上，主要用于盛水，并配有一套进水和排水系统，用两个电磁阀控制洗衣机的进、排水动作。外桶的底部装有电动机减速离合器，以及传动机构、排水电磁阀等部件。动力和传动系统能提供两种传递，低速用于洗涤和漂洗，高速用于脱水，通过减速离合器来实现两种转速的切换。

2．2 支承系统和箱体

全自动洗衣机的箱体一般采用1mm左右的薄钢板制成。箱体背面开口，顶部和底部四个角设角撑，上角撑与吊杆连接，下角撑装有支承脚体。

支承系统的四根吊杆把整个箱体及传动机构一起吊压在箱体的四角。支撑杆总成包括减振弹簧，一般洗衣机采用阻尼筒。

全自动洗衣机的洗衣桶（外桶）和脱水桶（内桶）是以同一中心安放的。外桶固定，作盛水用。内桶可以旋转，作脱水（甩水）用。内桶的四周有很多小孔，使内外桶

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的水流相通。波轮式洗衣机是将洗涤衣物浸泡在水中，靠波轮正、反方向的交替转动或连续单方向的转动使衣物在水中不断滚动，而达到洗净衣物的目的。

2.3 进水、排水系统

全自动洗衣机的进、排水系统主要由进水电磁阀、排水电磁阀和水位开关等组成。进水时，通过电控系统使进水阀打开，经进水管将水注入到外桶。排水时，通过电控系统使排水阀打开，将水由外桶排出到机外。高低水位开关分别用来检测高低水位。启动按钮用来启动洗衣机工作，停止按钮用来手动停止进水、停水、脱水及报警，排水按钮用来手动排水。

1、水位开关

水位开关又称为压力开关。洗衣机洗涤桶进水时的水位和洗涤桶排水时的状况是压力开关检测的。当洗衣机工作在洗涤或漂洗程序时，若桶内无水或水量不够，压力开关则发出供水信号。当水位达到设定位置时，压力开关将发出关闭水源的信号。微电脑全自动洗衣机工作在排水程序时，若排水系统有故障，水位开关则发出排水系统受阻信号。水位开关由三部分组成：

（1）压力传感部分有橡皮膜下部的气室组成；

（2）电气开关部分由中间的的一组触电、簧片及开关小压簧组成；

（3）压力控制部分包括上部的顶心、压力弹簧以及调整压力的凸轮、杠杆等。 水位开关工作原理：水位开关的气室经过软管与洗衣机外筒连接起来。平时，橡皮膜处于平衡状态，当水注进外筒后，水首先将贮气室封闭起来，一部分的空气来不及跑出而被封闭在贮气室里。由于贮气室与水位开关的气室间用压力软管相连通，贮气室的压力也就与水位开关气室的压力相同，随着外桶中水位的上升，贮气室、压力软管和水位开关气室间的空气不断的被压缩，随之压强也成比例的上升，这样就把外桶中的水压转换成了空气压力，并作用在橡皮膜上。当水注到预定的水位时，气室内的压力也升高到一定值。当它足以克服压力弹簧通过顶心作用加在弹簧片上的力时，就推动簧片向上移动。当簧片移动预定位置后，开关下压簧将推动簧片弯到另一个方向，从而使动簧片上的公共触点与常闭触点分离，而与常开触点接触，这样就向程控器发出了“水位已到”的信号，由程控器来控制进水电磁阀关闭，随即进入洗涤程序。

当完成洗衣程序后，程控器向排水电磁铁发出信号，排水阀开启并排水。随着水位的下降，气室内的压力也逐渐减小，在压力弹簧的作用下，顶心和橡皮膜逐渐下移，到

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了某一程度时动弹簧又弯向上方，常开与常闭触点都恢复原位，等待下一个进水程序，此时水位开关虽然复位，但并不影响洗衣机继续排水。

旋转凸轮使杠杆上下移动，从而改变压力弹簧的压缩程度。如果压力弹簧的压缩长度大，则压力气室内的压力要高一些才能将动簧片推到预定位置，以此达到控制水位的目的。

表2-1 水位开关的主要技术参数

配用的程序额定电压 额定电压 气密性 接触电阻 绝缘电阻 机气强度 控制器 机械式程序AC220 控制器 微电脑式程DC6 序控制器

2、进水电磁阀及工作原理

进水电磁阀简称水阀、注水阀。在全自动洗衣机上，以内供用水阀来实现自动注水和停水。它与水位开关相互配合，对洗衣机水位高低仅系自动控制。

进水阀是一种电磁阀，阀中心是磁芯，铁芯外为电磁线圈，线圈不通电时，在小弹簧的作用铁芯被压下，封住了橡胶阀上所装的塑料盘中间的泄压孔，这时书从加压针孔进入控制腔，是进水和控制腔的水压相等。由于橡胶阀上部的受压面积大于下部的受压面积，所以橡胶阀被压紧在阀座上起到封闭作用。其封闭的可靠性是由铁芯所受的压力决定的，铁芯的下端与泄压孔接触，铁芯的上端受压面积大于下端受益面积，显然水的压力越大，铁芯对泄孔的封闭压力越大，封闭越可靠。其水压低时，阀的封闭性就差，所以对水压有最低的要求，不能低于0.3Mpa。全自动洗衣机控制面板由工作指示区、编程选择键、增键、减键、和启动键组成。

全自动洗衣机一般采用轻触式开关，在按下开关后，字符旁边的指示灯会亮。当指示灯亮起表示程序选中，指示灯闪烁表示正在执行此程序，指示灯熄灭表示程序未选择或执行完毕。

进水电磁阀的主要性能参数见表2-2

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1.5A 7.6KPA 《0.03 历时1min >100 2500V历时1min 10MA

表2-2 进水电磁阀阀的技术参数 额定电压、 额定电流电气强度 （am） 频率 220V、50HZ 27+/-5 2500V、1min 0-80 0.02-0.8 0.02-1 75 100 （℃） （Mpa） 能（Mpa） （℃） 阻（Ω） 使用水温水压范围密封性温度绝缘电

图2-2 进水阀结构图

3.排水电磁阀及工作原理

（1）排水电磁阀是全自动洗衣机特有的电器部件。它是一个受程序控制的自动排水开关。除了排水功能外，还控制着离合器的状态（洗涤或脱水）。排水电磁阀由电磁铁和排水阀两部分组成，它们是相互的部件，两者用排水阀相互连接起来，在连接板的右端以开口销与电磁铁动铁心连接，而左端钩在排水阀的内弹簧上。当电磁铁通电时，将动铁心往右拉，排水阀就呈打开状态。此时盛水桶内的洗涤液便能通过水道和阀门，从排水孔流出机外。在连接板上还用螺栓固定着一个位置可调的定位套，在动铁心吸合的过程中，该定位套向右移动，拨动了离合器上的制动杆，为脱水做准备。当电磁

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铁失电时，排水阀在自身弹簧作用下将铁心拉出，排水阀关闭，洗衣机停止排水。同时，离合器上制动杆靠制动弹簧的作用恢复原位，为洗涤漂洗过程中波轮转动做好准备。全自动洗衣机的进水系统采用水位压力开关和进水阀，由程序控制器调节。设有溢水口，其位置在盛水桶上口部。漂洗时，它能让洗涤液中的泡沫和污水溢出，有利于漂清。

全自动洗衣机水位开关一般有三档水位控制,并都有 低水位、中水位、高水位、再注水等功能当进水阀注水，内桶水位增高到预选水位时，导通橡皮气膜受到内部空气的压缩而被顶出，中触片上跳，与上触片闭合。此时主电机导通，进水阀断开（原来中触片与下闭合），并开始洗衣。当旋钮旋至低水位时，凸轮转动，但曲率半径较小。通过一定的机构，橡皮气膜压簧被压缩而产生压力P1，压迫气膜。当桶内水量达到30L时，软管内的空气被压缩，产生空气压力F1，当F1>P1时,中触片上跳,与上触片闭合,主电动机动作,进水阀关闭。

全自动洗衣机的排水系统由程序来控制排水电磁阀，牵引排水阀。排水阀主要同阀盖、阀芯弹簧、阀芯拉簧，橡皮阀和阀体组成。

排水电磁铁主要用来控制自动型洗衣机排水阀的开闭,在套桶式自动型洗衣机中同起到改变减速离合大的洗涤、脱水状态、排水电磁铁主要由线圈、磁轭、静铁芯、衔铁和短路铜环等组成。

（2）排水阀装配于排水阀体之外，为弹簧将橡胶阀压在阀体的底部，使橡胶阀的环形密封环产生少量的变形，保持水不从阀口泄露，橡胶阀的右端环形边被阀盖压紧。排水阀杆嵌在橡胶阀上，与橡胶阀成一体，装于排水阀拉杆内部的内弹簧与排水阀连接板连接，在排水阀关闭时，连接板抵在排水拉杆上，这时内弹簧的弹力对排水阀来说是内力，对排水阀不起作用。

排水时，电磁铁通电，动铁心被吸入，牵引排水阀连接拉杆拉动内弹簧，同时连接板上的定位套推动制动杆使处于脱水状态。只要连接板的左端一离开排水拉杆，内弹簧就不再是排水阀的内力，而变成了外力，它要与外弹簧的弹力和橡胶阀的弹力相平衡，当内弹力的拉力（即连接不能的拉力）大于外弹簧的弹力时，外弹簧被压缩，带动橡胶阀向右移动，把阀拉离阀座，排水开始。这些动作都是在电磁铁得电的瞬间完成的。因为内弹簧的刚度比外弹簧的刚度大，加上装配排水阀连接板时，内弹簧已有了一定的预紧力，因而在牵引排水过程中，内弹簧并不需要产生很大的拉伸变形，也就可以使橡胶阀向右移动较大的距离，从而保证足够的排水速度。处于正常的排水阀开启量时橡胶阀左端与阀体平面的距离应小于10mm 。阀体多由半透明塑料制成，从外部可以看到阀的

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开启量。

排水电磁阀由电磁铁与排水阀组成，如图2-3所示。电磁铁和排水阀是两个的部件，两者之间以电磁铁拉杆连接起来。

图2-3 排水阀的结构与电磁铁的装配关系

2.4洗涤、脱水系统

它主要有盛水桶，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，在洗涤或漂洗时配合波轮完成洗涤或漂洗功能，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左右）新水流两类。

洗涤正转、反转由洗涤电动机驱动波盘正反转来实现，此时，脱水桶并不旋转。脱水时，通过电控系统将离合器合上，由洗涤电动机带动内桶正转进行甩干。波轮式洗衣机是将洗涤衣物浸泡在水中，靠波轮正、反方向的交替转动或连续单方向的转动使衣物在水中不断滚动，而达到洗净衣物的目的。洗涤能力强、洗涤时间短、结构简单、可调节水位、成本低、易维修、易操作。

2.5电动机和传动系统

传动系统主要由电动机、减速离合器组成。套桶式全自动洗衣机使用一台电动机完

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成洗涤和脱水。洗涤时，波轮转速较低（140~200 r/min）；而脱水时，脱水桶转速较高（约800r/min）。因此，要对电动机1370r/mim的输出转速经常减速处理，以适应两项工作的不同要求，这主要由洗衣机的传动系统来完成，传动系统的工作示意如图2-4所示。

图2-4 套桶式全自动洗衣机传动系统示意图 1.电动机的技术参数

电动机是整个洗衣机工作的动力来源。我国现阶段生产的套筒式洗衣机大多采用的是电容运转式电动机，产品遵循中华人民共和国机械行业标准JB/T3758—1996《家用洗衣机用电动机 通用技术条件》。目前常用的电容运转式电动机技术参数如表所示。 表 2-3型洗衣机电动机技术参数

额定功率/W 额定电压/V 额定频率/Hz 电流/A 满 载 时 转速/（r•min） 效率（%） 功率因数 堵转电流/A 2.0 13

-1XDL—90 XDS—90 90 XDL—120 XDS—120 120 XDL—180 XDS—180 180 XDL—250 XDS—250 250 220 50 0.88 1.1 1370 49 52 0.95 2.5 4.0 5.5 56 59 1.54 2.0

堵转转矩/N•m ： 额定转矩/N•m 最大转矩/N•m ： 额定转矩N•m 2. 减速离合器的结构和工作原理

早期设计的小波轮全自动动洗衣机的离合器没有减速功能，故洗涤和脱水转速相同。新型大波轮全自动洗衣机的离合器都具有洗涤减速功能，称为减速离合器，其种类很多，但主要结构和工作原理基本相同。目前应用最广泛的有两种：单向轴承式减速离合器与带制动式减速离合器。 （1） 单向轴承式减速离合器

1） 基本结构 单向轴承式减速离合器主要由离合器和行星减速器两部分成。

① 离合器主要结构 如图2-5所示，离合器中部有两根轴：输入轴1和脱水轴18。输入轴1的下端加工成四方形，与之相配的带轮3和离合套20的内孔也是方形。离合套20和带轮3被螺母2固定在输入轴1上，由于方轴与方孔的紧密配合，从而带轮3、输入轴1和离合套20联成了一体。输入轴1的上端加工成齿形花键，和行星减速器的中心轮内孔配合联接输入轴1的外部是脱水轴18。在衣服洗涤时，脱水轴静止不转；而洗涤结束后，脱水轴应将带轮3的高转速直接传递给脱水桶，完成脱水功能。这种转换功能是由方丝离合弹簧4完成的。方丝离合弹簧的形状呈锥形，上端几圈的直径比下端略小一些。由于脱水轴18和离合套20的外径比方丝离合弹簧的内径略大，在自由状态时，方丝离合弹簧就抱紧在离合套20和脱水轴18的外壁上。当带轮带动离合套向弹簧旋紧方向旋转时，通过方丝离合弹簧就将带轮3的转动由离合套20传递到脱水轴18，这就是“合”时的脱水状态。在洗涤时，可以就将方丝离合弹簧向反方向旋松，使其内径变大，从而与离合套20脱离接触，这就是“离”时的洗涤状态。实现弹簧旋松的机构是棘轮棘爪装置，图2-6是其工作原理简图。方丝离合弹簧下端的弹簧卡2卡在棘轮3的内槽中，通过棘爪5的摆动使棘轮3转动，从而带动方丝离合弹簧向旋松方向转动。

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0.95 0.9 0.8 0.7 1.7 1.7 1.7 1.7

图2-5单向轴承式减速离合器

图2-5中的8是单向滚针轴承部件，它的内圈与脱水轴18相接触，它的外圈与齿轮轴承座过盈配合成一体，齿轮轴承座嵌在支撑架19中，支撑架用螺栓和离合器外罩14固定在一起。在单向滚针轴承8的作用下，脱水轴18只能向一个方向自由旋转。单向滚针轴承是滚针轴承产品领域中一种科技含量较高的产品，其结构紧凑，径向截面小。因为其外圈工作面是楔形，所以只允许一个方向的转动，可以起到单向离合器的作用。洗衣机单向滚针离合器的工作原理如图2-6所示。它由带楔形面的外圈7以及利用保持架3隔开的一系列滚针6组成，轴承直接套在脱水轴5上。当脱水轴5顺时针转动时，滚针落入楔形槽的大端中，此时脱水轴顺时针转动；而当脱水轴逆时针转动时，滚针则卡紧在楔形槽的小端处，这时脱水轴将无法转动。

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图2-6离合棘轮工作原理

图2-7单向滚针离合器

② 行星减速器结构 减速器的结构如图2-8示。减速器外罩8和减速器底盖10用螺钉紧固在一起，再安装在法兰盘12上，法兰盘12和脱水轴2通过锁紧块13固定在一起，因为法兰盘12和脱水桶相联接，所以减速器外罩8、减速器底盖10、法兰盘12和脱水桶成一整体。减速器底盖10有上、下两个止口，从而保证了减速器和脱水轴2安装时的同心度。对行星减速器来说，输入轴1是动力的传入轴，其花键端插入中心轮11的内孔中。行星轮4共有4个，与中心轮11以及内齿圈6相啮合。内齿圈6通过其圆周槽卡在减速器底盖10上，与之联成一体。行星轮通过销轴5安装在行星架7上，当行星轮绕中心转时，将带动行星架一起旋转。波轮轴9两端都加工成齿形花键，其下端与行星架7联接，上端与波轮相联，从而使波轮以低速旋转洗涤衣物。

2）工作原理

①脱水状态 脱水状态下，排水电磁铁通电吸合，牵引拉杆移动约13mm，使排水阀开启。拉杆在带动阀门开启的同时，一方面拨打旋松刹车弹簧，使其松开刹车装置外罩，这是刹车盘随脱水轴5一起转动，刹车不起作用；另一方面又推动拨叉旋转，致使棘爪18脱开棘轮4，棘轮被放松，方丝离合弹簧3在自身的作用力下回到自由旋紧状态，这是也就抱紧了离合套2.。大带轮1在脱水时是顺时针旋转的，由于摩擦力

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的作用，方丝离合弹簧3将会越抱越紧。这样脱水轴5就和离合套2联在一起，跟随大带轮1一起做高速运转。由于此时脱水轴5做顺时针运动，和单向滚针轴承7的运动方向一致，因此单向滚针轴承7对它的运动无。由于脱水轴5通过锁紧块与法兰盘9联接，而内桶12与行星减速器10均固定在法兰盘9上，所以脱水轴5带动内桶12以及减速器内齿圈的转速，与输入轴带动减速器中心轮的转速相同，这样致使行星轮无法自转而只能公转，从而行星架的转速与脱水轴是一样的，即使波轮与脱水桶以等速旋转，保证了脱水桶内的衣物不会发生拉伤。

脱水状态传动路线是：电动机小带轮大带轮1输入轴6离合套2方丝离合弹簧3脱水轴5法兰盘9内桶12。由于电动机输出转速只经带轮一级减速，所以内桶转速较高，约680~800r/min。

② 洗涤状态 洗涤状态下排水电磁铁断电，排水阀关闭，拉杆复位。这时刹车扭簧16被恢复到自然旋紧状态，扭簧抱紧刹车装置外罩，刹车装置8起作用；同时拨叉回转复位，棘爪18伸入棘轮4，将棘轮拨过一个角度，方丝离合弹簧3被旋松，起下端与离合套2脱离，这时离合套只是随输入轴空转。大带轮1带动输入轴6转动，经行星减速器减速后，带动波轮轴11转动，实现洗涤功能。输入轴至波轮轴的传动称为二级减速，其工作过程为，输入轴通过中心轮驱动行星轮，行星轮既绕自己的轴自转又沿内齿圈绕输入轴公转。行星减速器的减速比i计算公式为：i=1+内齿圈齿数/中心轮齿数。

洗涤状态传动路线是：电动机小带轮大带轮1输入轴6中心轮行星轮行星架波轮轴11波轮。其间，电动机输出转速经带轮一级减速后，又经减速比约为4的行星减速器减速，所以转速约为140~200r/min。

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图2-8带制动式减速离合器

（2）带制动式减速离合器 带制动式减速离合器和单向轴承式离合器结构和原理大体相同，其结构如图2-8所示，减速器和制动器合二为一，即借用减速器外壳作为刹车盘。带制动式减速离合器是由排水阀电磁铁来切换高低速状态。洗涤时，排水阀电磁铁断电，排水阀关闭，由制动杆21通过棘爪拨叉25，使棘爪27卡住棘轮3，棘轮内的方丝离合弹簧4松开，带轮的动力无法传给上半轴15。同时制动带6刹住制动轮16，避免上半轴15因波轮轴转动而跟转。

方丝离合弹簧4外部同轴安装棘轮3，上端处于自由状态，下端插入棘轮3内壁孔中。方丝离合弹簧4内部套住方孔离合套29和上半轴28，为柔性接触，旋紧时使两者联为一体。

脱水时，排水阀电磁铁得电，排水阀处于排水状态，电磁铁带动制动杆21移动一个距离，刹车带6放松，制动轮16可自由转动。同时，棘爪拨叉25随制动杆转过一个角度，棘爪和棘轮3分开，方丝离合弹簧4旋紧，方孔离合套29和下半轴28两者联动。大带轮2的扭矩由方孔离合套29、方丝离合弹簧4、下半轴28、制动轮16传给上半轴15，为高速脱水提供动力。

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2.6控制系统

全自动洗衣机采用PLC控制系统将大大提高工作效率和适应工作环境的能力。在全自动洗衣机中，洗衣机洗涤、脱水程序是由单片机为中心控制系统工作的。首先由于单片机的指令系统相对复杂，编写洗涤、脱水程序相对复杂；其次，在设计控制系统硬件时．要有多种电路保护装置，如电流保护、电压保护、过载保护、过热保护及欠压保护等等 这样增加了硬件的复杂性，隐含较高的故障率无形地增加了维修成本费用，在各种控制系统中广泛运用的PLC能克服单片机的缺点。它是整体模块，集中了驱动电路、检测电路和保护电路以及通讯联网功能。因此在运用中，硬件也相对简单，提高控制系统的可靠性。另外它的编程语言也相对简单。

控制电路的组成主要包括：可编程序控制器、继电器组和连接电路（变频器）。其中，继电器为主要执行模块，PLC所发出的数字指令控制继电器线圈，而继电器的开合直接控制电源电路，实现对电动机的控制。另外，变频器只是作为演示时增强效果的连接装置，在电路中控制洗涤时的电机转速，不作为必要装置。

全自动洗衣机的控制系统由程序控制器、电源开关、水位开关、安全开关等组成。核心是程序控制器。洗衣机的进水、洗涤、漂洗、排水、脱水等全过程由控制系统控制洗衣机，按设定程序进行工作。

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课程设计总结

通过本系统的设计，对全自动洗衣机的控制系统有了深入的理解。全自动洗衣机控制系统利用了三菱PLC的特点，对按钮、电磁阀、开关等其他一些输入输出点设备进行控制，实现了洗衣机洗衣过程的自动化。由于每遍的洗涤,排水,脱水的时间由PLC内计数器控制,所以只要改变计数器参数就可以改变时间。可以把上面设定的程序时间定下来,作为固定程序使用,也可以根据衣物的质地,数量及油污的程度来编程。只要稍作改变,就可以设计出诸如要多洗多甩的牛仔类衣物,轻洗轻甩的羊毛类衣物以及通用的标准洗涤程序,充分表其实用性。

通过这次设计，对自动控制原理及应用有了进一步认识，在两周的设计过程中学到了许多东西，不仅仅是课程设计中的。设计中，我们遇到不懂或不明白的地方，除了查阅相关资料，老师也给了我们很多的指导。总之，这次设计为我们打开了以后面向实际应用的大门，为我们以后做各项工作和进一步学习奠定了基础。

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致谢

课程设计是培养学生综合运用所学知识,发现,提出,分析和解决实际问题,锻炼实践能力的重要环节,是对学生实际工作能力的具体训练和考察过程.随着科学技术发展的日新日异，PLC已经成为当今空前活跃的领域， 在生活中可以说得是无处不在。因此作为二十一世纪的大学生来说掌握PLC的开发技术是十分重要的。

论文的完成，不仅在于最后一段时间的搜集和整理，更主要是在四年中学习知识的积累，所以我在此首先要重点感谢三年来教授我们每门课程的老师们，正因为他们严谨的作风和朴实的教学，才能最终让我们走向硕果的终点。在此特别感谢我们组的指导老师蒋晓梅老师和封士彩老师，他们在我们做毕业论文期间做出了很大的努力，争取让组里的每一位同学精益求精的完成论文，提高答辩质量，这是论文可以顺利完成的最重要的原因。同学们的关心和帮助是我的动力，在我知识的缺憾点上给予我很大的帮助，使得论文从刚开始的暇迹斑斑到越来越完善、越来越有内容，最终帮助我完整的写完了整个论文。

这次课程设计终于顺利完成了，在设计中遇到了很多编程问题，最后在指导老师的辛勤、指导下，终于游逆而解。同时，在指导老师的身上我学得到很多实用的知识，在此我表示感谢，对于在学习和生活中帮助我和鼓励我的老师和同学们，我再次表示衷心的感谢，你们对于我的帮助使我在心中无以言表。

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参考文献

[1] 尹志强. 机电一体化系统设计课程设计指导书 [M]. 北京：机械工业出版社，2007. [2] 高安邦. 机电一体化系统设计实例精解 [M]. 北京：机械工业出版社，2008. [3] 朱喜林，张代治. 机电一体化设计基础 [M]. 北京:北京科学出版社，2004. [4] 张庆双. 全自动洗衣机故障检测技术 [M]. 北京：金盾出版社，2004. [5] 张立科. PLC应用开发技术与工程实践 [M]. 北京：人民邮电出版社,2005. [6] 蒋金周. 全自动洗衣机的PLC智能控制 [J]. 北京：机电一体化，2004. [7] 许谬,王淑英. 电气控制与PLC控制技术 [M] .北京：机械工业出版社，2005. [8] 赵松年，裴仁清.机电一体化系统设计 [M]. 北京理工大学出版社，2006. [9] 魏志精. 可编程控制器应用基础 [M]．电子工业出版社,2003. [10] 廖常初. PLC基础及应用 [M]．北京：机械工业出版社,2003. [11] 邱士安. 机电一体化技术 [M]. 西安电子科技大学出版社,1997.

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