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1、毕业设计题目 UPS供电“全自动洗衣机”运动模式机械设备的控制机制研究院（系）机电工程学院班级 机电一体化 学号 040802010118姓名指导教师 完成日期 目录摘要.1前言.11.尝试在洗衣机系统中增加不断电的系统.31.1 UPS创新简介.31.2 UPS需要具备的基本功能.31.3 UPS的工作过程.41.4 UPS中各控制器设计工作原理要求.51.5 运行与调试.72、全自动洗衣机控制系统简介和设计要求.82.1 洗衣机的工作说明.82.2 各种电器设备的控制方式及控制要求.102.2.1 电动机机能和特性.102.2.2 液面传感器.103、全自动洗衣机的PLC系统设计.113.
2、1控制系统硬件设计.113.2控制系统软件设计.113.2.1I/O地址分配.123.3控制流程图.133.4状态转移图的设计.143.4.1弄清各状态的功能.143.4.2状态转移图.153.5控制程序梯形图.163.6调试与运行.234、结论.23参考文献.24致谢.23UPS供电“全自动洗衣机”运动模式机械设备的控制机制研究摘 要：本文引用UPS供电解决了如何使洗衣机在市电突然断了后还能继续一段时间工作的问题，并在三菱PLC应用的基础上，讲述该种全自动洗衣机运动模式机械设备的控制机制研究，系统编程中包括设计原理、设计过程给出了设计原理框图，流程图和梯形并作相关介绍，并引用UPS供电解决了
3、如何使洗衣机在市电突然断了后还能继续一段时间工作的问题。关键词 UPS电源 可编程控制器 梯形图 前 言：生产效率是一个和人们生活有密切关系的物理量。目前，有的全自动洗衣机上还采用了模糊技术，即洗衣机能对传感器提供的信息进行逻辑推理，自动判别衣服质地、重量、脏污程度，从而自动选择最佳的洗涤时间、进水量、漂洗次数、脱水时间，达到了整个洗涤时间自动化，使用方便，节能节水。这里我提到PLC控制应用系统，三菱PLC是一块集成了计算机的所有组成单元的芯片。它具有结构简单、控制功能强、可靠性高、体积小、，它是超大规模集成电路工艺技术发展的产物，它出现以来，以其这种独特的结构和优点，深受广大用户欢迎和重视，
4、在许多行业都得到了广泛的应用。特别是在控制方面，已进入国民经济的各个领域之中，发挥了很大的效益。选择用PLC来实现全自动控制不仅具有控制方便、简单、灵活等优点，也可以使自动控制系统达到很高的集成化、智能化，大副度提高被工作效率，减少劳动力。当我在设计系统电路的具体实践中发现，市场上出售的全自动洗衣机按程控器分类，可分为机电式程控器和微电脑式程控器两大类。机电式程控器的 特点是利用同步电机的旋转来带动控制系统工作，此类洗衣机具有工作可靠，抗干扰能力强，成本低、寿命 长、价格低等优点。微电脑程控器由微型可编程控制器和电子元件组成，程控器根据选定的程序发出指令，控 制各个有关部件工作，无需手动即可完
5、成全部的洗衣过程。电子程控器具有结构紧凑、外形美观、操作简便 、精度高、寿命更长等优点，价格比机电式全自动洗衣机高，目前，机电式全自动洗衣机已逐步 被微电脑全自动洗衣机所取代。当我在设计系统电路的具体实践中发现，全自动洗衣机是集洗涤、脱水于一体，并且能自动完成洗衣全过程的洗衣机，真正做到了它工作，您休息。基于以上种种原因，我尝试着使用一种新型的三菱PLC设计，来解决以上的问题。在这个控制系统中，我尝试UPS作为洗衣机的重要外设，在保护控制数据、保证电网电压和频率的稳定,改进电网质量,防止瞬时停电和事故停电对用户造成的不便等。我相信随着微型计算机技术的发展，可编程控制器将向更加集成化、智能化方向
6、不断前进！1 洗衣机系统中增加不断电的系统在各类工业生产过程中广泛应用的各种电器，对供电系统要求严格控制；还有在日常生活中，如家用电器供电系统控制也必然成为重中之重。但有时市电造成一些不必要的损失，如何解决这个问题呢？1.1 创新简介 我尝试后备式电源作为改进洗衣机的电源输入，在保护控制数据、保证电网电压和频率的稳定,改进电网质量,防止瞬时停电和事故停电对用户造成的不便，当市电中断后，由供电分钟，洗衣机仍旧能够正常工作。1.2 UPS需要具备的基本功能 （1）为负载设备提供连续的不间断的交流电能供给。具体采用的技术方法是：平时由电网系统供电，在电网出现异常而突然停电的时候，能够迅速地切换到UP
7、S内部电源供电。由于负载设备对供电稳定性的要求不同，对选用的UPS的切换速度要求也有所不同。比如，洗衣机内部的滤波电容放电只能维持计算机工作810ms 的时间，如果超过这个时间，机器就进入自检重启状态。为了避免出现这些情况，必须要求UPS能在停电后10ms以内恢复对负载的正常供电， （2）提供电压、频率稳定的，准确的交流电能供给。电网中的一些强脉冲尖峰、高能浪涌等干扰也会引起计算机等一些电器设备的误操作而带来不必要的损失；市电供应在一些特殊情况下电压也会发生较大的波动，对精确设备的工作也会造成不量的影响。因此，UPS供电系统，实际上还需要起到稳定电压、频率，过滤洁净电源环境等功能。1.3 UP
8、S的工作过程洗衣机工作开始，首先市电电源先经过输入滤波器，将市电中的高频电磁干扰、射频干扰、尖峰脉冲等干扰进行吸收、抑制处理，然后分成四路进入下面不同的处理部分： （1）送到具有 “功率团数校正功能”的整流器输人端进行整流处理。 （2）进入 UPS锁相同步电路，提取同步信号以便逆变器在市电停电时将蓄电池组产生的直流电进行瞬时同步逆变，保证负载侧供电的同步连续性。 （3）经充电器对UPS所配置的蓄电池组进行“浮充”式充电，以便市电中断时向逆变器提供充足的逆变能源。其浮充电压应为电池组标称端电压的1.125倍。 （4）直接经交流旁路供电通道馈送到切换开关的常闭触点上。这样设计的目的是为了在当逆变器
9、或微处理器发生故障时直接由市电向负载供电避免负载供电中断，同时，启动蜂鸣器报警，提示值班人员采取措施。这也是UPS高可靠性的一个体现。其工作过程如图1.1静态开关2静态开关1图1.11.4 UPS设计中各控制器设计工作原理要求（1）整流器将输入的无干扰市电整流为幅值稳定的直流高压电源送到逆变器的直流总线输入端，当市电正常时，整流输出电压高于DCDC输出的直流电压，开关二极管 D截止，蓄电池不向逆变器提供逆变电源。逆变器在微处理器提供的正弦脉宽调制脉冲的控制下，将整流器输出的高压直流电逆变成标准的50Hz的正弦波电源。 当市电中断时或市电过高过低时在微处理器的控制下，DCDC直流变换器立即投入运
10、行，将蓄电池的直流低电压提升到完全符合逆变器输入所要求的较高电压，再经逆变器向负载输出标准波形交流电源。 为了保证市电中断时，UPS机内的控制电路继续工作，控制电路所需的直流电压不是取自市电输入端，而是由蓄电池组的直流电源经DCDC变换得到的。 （2）“同步锁相电路”除了实现主备电源的同步切换外，还能使逆变器输出的电压频率保持在所要求的误差范围内（即同步窗口）。当市电频率超过这个范围时，逆变器电源不再跟踪市电电源，而同步于本机石英晶体振荡频率50Hz0.5，从而确保逆变器输出电压频率稳定在同步窗口之内。 （3）“输入功率因数校正电路”的作用是使进入整流器的输入电流和电压保持良好的相位一致的关系
11、，提高输入功率因数，同时也就提高了对市电的利用率。 （4）“自动保护电路”具有两种主要的保护功能，一是逆变器输出过载或短路的自动保护，它可以有效地防止逆变器中的IGBT等大功率开关元件在负载短路时被烧毁。二是电池电压过低自动保护。UPS在市电中断或不正常时将会把蓄电池组的能量立即提供给逆变器，随着蓄电池放电时间的延长，电池所存贮的能量逐渐释放出来，电池的电压也随之降低，当下降到阈值电平时，为防止电池组因过度放电而损坏，保护电路会立即停止逆变器的工作，中断电池组的放电过程。 “逆变器输出电压负反馈电路”。在逆变器输出电路中，通过建立“逆变器输出微处理器逆变器PWM调节逆变器输入”这样一个电子负反
12、馈闭环控制回路，可确保 UPS向负载提供电压误差2的高精度稳压电源。（5）由市电旁路供电到蓄电池直流供电的切换当市电掉电时，随着静态开关1（旁路）关断的同时，关断静态开关1的触发脉冲，并对静态开关2进行触发，使其被触发导通。 （6）由直流供电到市电交流旁路供电的切换如图8所示，首先关断静态开关2的触发脉冲，当市电电压正半周到来的瞬间，将静态开关1（旁路）触发导通，用市电电压正半周的峰值（311V）大于蓄电池电压（300V）的值来关断静态开关2。工作过程如图1.2所示 图1.2 用市电正半周电压峰值关断静态开关2的示意图 1.5运行与调试应用该系统功能当把该电源接入洗衣机中，UPS输出接PLC
13、可控制器驱动电机负载，当市电正常时，通过内部的整流、稳压、滤波，直接输出电压，并对机内的蓄组浮充电，电池及逆变等器件都处于后备状态；当市电中断时，蓄电池组由充电状态变为放电状态，各部件处于逆变状态，经逆变器和升压器处理输出电压供洗衣机PLC 可控制器驱动负载使用如图1.3 。 滤波转换开关输入 输出 逆变器电池充电器 市电正常 市电故障图1.3综上所述，UPS的工作过程中电源的变换顺序是，220V交流市电变为直流电，通过逆变器再将直流电变换为交流电。通过这样的变换过程，UPS向负载提供的电源具有如下显著的特点：（1）稳压精度高；（2）频率稳定度高；（3）谐波少；（4）波形失真小。从而确保洗衣机
14、还在市电中断时仍旧可以工作。2 全自动洗衣机控制系统简介和设计要求2.1 洗衣机工作说明全自动洗机的洗衣桶（外桶）和（内桶）是以同一中心安放的外外桶固定，作盛水用。内桶可以旋转，作脱水（甩干）用。内桶的四周有很多小孔，使内、外桶的水流相通。全自动洗衣机的结构如图 2.1所示 进水进水电磁阀大皮带轮洗涤液筒轴承体排水管三角传动带主电动机小皮带轮洗涤剂操作面板圆形前窗玻璃视孔洗涤液密封圈洗涤物排水管排水阀过滤器图 2.1 通过增加UPS不断电系统全自动洗衣机电路图如图2.2所示洗涤选择定时器水位选择UPS开关脱水阀电动机进水阀排水阀指示灯脱水进水图2.2 这种洗衣机的进水和排水分别由进水电磁阀和排
15、水电磁阀来执行。进水时，通过电控系统使水阀打开，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，将水由外桶排到机外。洗涤正转、反转由洗涤电动机驱动盘正、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，高、低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。2.2各种电器设备的控制方式及控制要求2.2.1电动机的机能和特性洗衣机的电动机是一种单相交流电源供电的旋转式单相异步电动机，具有结构简单，成本低廉，运行可靠等一系列优点，该洗衣机利用了电动机正反转原理实现顺序流程。2.2.2传感器采用接近开关作为水位检测用，接近开关有三根
16、连线（红、蓝、黑），红色接电源的正极，黑色接电源的负极，蓝色为输出信号，当与水位液面接近时输出电平为低电平，否则为高电平，其结构如图2.1所示： 图2.3 3 全自动洗衣机的PLC系统设计 3.1控制系统硬件设计PLC硬件设计是指PLC外部设备的设计。在硬件设计中要进行输入设备的选择（如控制按钮、开发及计算机保护装置的输入信号等），还有执行元件的选择以及控制台、柜的设计等，硬件设计还包括PLC输入输入/输出通道的分配，为便于程序设计和阅读，常作出I/O通道分配表 ，表中包含有I/O编号，设备代号、名称及功能等。 洗衣机控制系统电气原理图如图3-1所示FX2N-32MRFU2FU2图3.13.2
17、控制系统软件设计软件设计主要是指编写工艺流程图，即将整个流程分解为若干步，确定每步的控制要求及转移条件，配合定时计数、分支、循环、跳转及某些特殊功能指令便可完成梯形图的设计。3.2.1 I/O地址分配 I/O地址分配如表3.1表示名称符号定义号名称符号定义号启动按钮SAX0蜂鸣器HAY6低水位限位检测开关ST1X1进水电磁阀YV1Y0高水位限位检测开关ST2X2排水电磁阀YV2Y3洗涤方式选择按钮SB2X3脱水电磁阀YCY5低水位选定显示LED4Y4电动机正转接触器KM1Y1高水位选定显示LED3Y7电动机反转接触器KM3Y2元件明细表3.2：代号名称型号规格数量用途M1单相异步电动机YL17
18、-132250W1驱动负载FU1熔断器RL1-60/3060A、容体2电源保护FU2熔断器RL1-1515A、容体2控制电路保护KM1接触器CJ0-10线圈电压220V1电机正转KM2接触器CJ0-10线圈电压220V1电机反转FR热继电器JR10-10整定电路9.5A1M1过载保护SB1按钮SB1绿色1启动按钮ST1高水位传感器ST1绿色1感应ST2低水位传感器ST2绿色1感应3.3控制流程图洗衣机工作流程如图3.2所示。图3.2PLC投入运行，系统处于初始状态，准备好启动。启动时开始进水，水满（即水位到达高水位）时停止进水，若选择洗衣机一般洗涤，洗衣机开始正转洗涤8S后暂停。暂停2S后又开
19、始反转洗涤。反转8S后暂停2S；若在进水后选择强洗，洗衣机开始正转2S暂停。暂停3S后又开始反转洗涤，反转2S后暂停3S，弱洗涤方法是在满6次后开始，若正、反转未满6次，则返回从正转洗涤开始：强洗涤方法是在满5次后开始排水，若正、反转未满5次，则返回从正转洗涤开始若正、反转满5次后。则开始排水 如果排水下降到底水位时开始脱水排出，脱水10S后即完成一次从进水到脱水的大循环过程。若未完成3次大循环，则返回从进水开始的全部动作，进行下一次大循环：若完成3次循环，则进水洗完报警。报警5S后结束全部过程，自动停机。3.4状态转移图的设计状态转移图的设计，是运用状态编程思想解决顺序控制问题的过程，该过程
20、分为：任务分解，弄清每个状态功能，找出每个状态的转移条件及方向和设置初始状态四个阶段，下面说明全自动洗衣机控制系统状态转移图的设计过程。 3.4.1弄清各状态的功能S20 进水电磁阀得电打开 Y000为ONS21 高水位显示 Y007为ONS22 弱正转洗涤8S Y001为ON，定时T0 K80S23 暂停2S T1为ON，K20，延时2SS24 弱洗反转洗涤8S Y002为ON，定时T2 K80S25 暂停2S T3为ON，K20，延时2S 洗涤次数计数5次，C0 K6 S26 强洗正转洗涤 2S Y010为ON，定时T4，K20SS27 暂停3S T5为ON，K30，延时3SS28 强洗反
21、转洗涤 2S Y001为ON，定时T6 K20S29 暂停3S T7为ON，K30，延时3S 洗涤次数计数3次,C1 K5 S30 使排水电磁阀得电打开 Y003为ON S31 低水位显示 Y004为ONS32 脱水排水电磁阀打开 Y003为ON脱水离合器得电 Y005为ON电机正转 Y001为ON脱水定时10S T8，K100SS33 报警(蜂鸣器工作) Y006为ON，定时T5 K503.4.2状态转移图的设计找出各状态的转移条件和转移方向，将系统中各状态连接成状态转移图，并设置初始条件，结果如图3.3所示：3.5控制程序梯形图 全自动洗衣机梯形图3-5所示图3-5指令表如图3-6所示：图
22、3-63.6调试与运行FX2N系列PLC机器上有两组电源端子，分别用于PLC电源的输入和输入回路所用直流电源的供出。其中L、N是PLC的电源接UPS电源输出端，以保证在洗衣过程市电突然中断影响洗衣机正常工作，PLC机器上的24+、COM是机器为输入回路提供的直流24V电源，为减少接线，其正极在机器内已与输入回路连接。当某输入点需给定输入信号时，只需将COM通过输入设备接至对应的输入点，一旦COM与对应点接通，该点就为ON，此时对应输入指示灯就点亮。接地端子用于接地保护。PLC在全自动洗衣机控制系统模拟调试过程中，当洗衣机开始进水运行期间，需要手动按下X3才进入强洗涤状态。当水位达到相应的高低水
23、位传感器时，也得手动按下相应的X1，X4开关。4 结论经过一个多月的设计和研究，应用高级电工技能知识成功地通过了模拟调试，全自动洗衣机控制系统基本设计完毕，其功能基本达到要求，整个系统稳定性好，而且只要修改控制程序，就可以让洗衣机改变洗衣过程程序。以至实现不同的洗涤过程.控制的柔性很好，但是由于造价成本比较贵，如果采用单片机设计，更符合实际。系统的分析与设计过程也是对学习的总结过程.更是进一步学习和探索的过程，在这个过程中，我对利用可编程控制器系统的设计与开发有了深刻的认识，对洗衣机的工作原理有了进一步的掌握，对控制系统的分析与设计有了切身的认识和体会,并在学习和实践过程中增长了知识，丰富了经
24、验。控制系统的开发设计是一项复杂的系统工程，必须严格按照系统分析、系统设计、系统实施，系统运行与调试的过程来进行。系统的分析与设计是一项复杂的工作，同时也是一个充满乐趣的过程。在设计过程中，要边学习，边实践，遇到新的问题就不断探索和努力即可使问题得到解决。参考文献1 张桂香 机电类专业毕业设计指南 机械工业出版社 2005年1月出版2 鲁远东 PLC机电控制系统应用设计技术 电子工业出版社 2006年4月出版3 李俊秀 可编程控制器应用技术实训指导 化学工业出版社 2005年6月出版致谢：在我的毕业论文设计写作过程中得到了广州工程技术职业学院机电系张文凡教授、罗琴老师和李亮贤老师细心的指正，张教授在我创新设计应用UPS这方面提出了恳切的意见，他的治学严谨精神和关心学生的的师德是我永远学习的榜样，并将继续影响我今后的学习和工作，还有罗琴老师对我的排版和专业知识进行了的辅导，在此表示真诚的感谢！并感谢母校三年来对我的栽培！。
