基于PLC的洗衣機系統(tǒng)設計

于秀娜　張茜銘

摘 要：隨著科學技術的不斷進步，人們的生活水平不斷提高，洗衣機已經(jīng)走進了千家萬戶，成為日常生活中常見的家用電器產(chǎn)品。目前，在自動化領域主要的控制方式有傳統(tǒng)的繼電接觸器控制、微機控制和PLC控制三種。傳統(tǒng)繼電接觸器控制的洗衣機，由于是純硬件控制，工作的可靠性低，而PLC控制的全自動洗衣機，功能的實現(xiàn)都是由程序控制的，故提高了系統(tǒng)的可靠性和節(jié)能性，接線也大大減少，系統(tǒng)維修簡單、維修時間縮短。文章介紹了洗衣機的結構和西門子S7-200系列的PLC，分析了PLC全自動洗衣機控制系統(tǒng)的控制原理，給出了PLC的I/O分配表和程序流程圖，完成了控制系統(tǒng)的設計。

關鍵詞：全自動洗衣機；PLC；控制系統(tǒng)

引言

隨著科學技術的不斷進步，人們的生活水平不斷提高，洗衣機已經(jīng)走進了千家萬戶，成為日常生活中常見的家用電器產(chǎn)品。但是傳統(tǒng)的基于繼電接觸器控制系統(tǒng)的洗衣機系統(tǒng)，由于自身的缺點，不能滿足洗衣機的自動化程度的要求，已經(jīng)落后于時代的步伐。隨著微型計算機技術如單片機的發(fā)展，全自動洗衣機控制系統(tǒng)主要是以單片機控制為主，但是單片機的缺點是控制和驅動能力有限，也不能很好滿足要求。而PLC控制具有實時性、信號處理時間短、速度快，可靠性高，豐富的I/O卡件，質優(yōu)價廉，性價比高，安裝簡單，維修方便等優(yōu)點，更能滿足洗衣機的控制要求。

1 洗衣機控制系統(tǒng)概述

1.1 洗衣機的發(fā)展。我國工業(yè)現(xiàn)代化發(fā)展較晚，洗衣機制造業(yè)也相對發(fā)展較晚，我國的洗衣機企業(yè)在1978年正式生產(chǎn)了家用的洗衣機。世界上第一臺洗衣機最早出現(xiàn)西方國家，時間是18世紀80年代，根據(jù)機械原理，手動操作機械設備進行洗衣動作，模仿人手洗洗衣的過程。1955年日本研制出新一代流行至今的波輪式洗衣機，這對洗衣機行業(yè)來說，是一個質的飛越。隨著我國洗衣機企業(yè)研發(fā)能力的不斷增強，開發(fā)設計人員隊伍不斷壯大，如今，我國已經(jīng)成為生產(chǎn)洗衣機的大國，年產(chǎn)量約占世界年產(chǎn)量的四分之一，是世界第一位。

1.2 洗衣機的工作原理。文章以應用廣泛的波輪式洗衣機為例，分析其工作原理。首先，洗衣機的結構由洗衣桶、箱體、箱蓋、電動機、傳動部件、定時器及控制面板等組成。衣物在洗衣桶里，依靠裝在洗衣桶底部的波輪正、反旋轉，帶動衣物上、下、左、右不停地翻轉，使衣物之間、衣物與桶壁之間，在水中進行柔和地摩擦，在洗滌劑的作用下實現(xiàn)去污清洗。洗衣機洗衣的工作流程共六個步驟，分別是開始，進水、洗衣、漂洗、排水和脫水。啟動按鈕用來啟動洗衣機工作。停止按鈕用來實現(xiàn)手動停止進水、排水、脫水及報警。排水按鈕用來實現(xiàn)手動排水。

2 可編程控制器簡介

2.1 PLC的結構和特點。可編程序控制器是綜合了計算機技術、通信技術以及自動控制技術而開發(fā)的新一代工業(yè)控制裝置。PLC的基本結構主要可以分為：CPU模塊、存儲器、I/O模塊、擴展單元、外部設備及其接口以及電源等。

PLC的特點：可靠性高，抗干擾能力強，配套齊全，功能完善，適用性強，易學易用，設計開發(fā)工作量小，維護方便體積小、重量輕，功耗低等優(yōu)點。PLC的內(nèi)部安裝了抗十擾裝置，不會在工業(yè)環(huán)境中被某些信號所影響，導致數(shù)據(jù)的失真。

2.2 PLC在洗衣機中的應用發(fā)展。很多全自動洗衣機控制系統(tǒng)的控制器是由單片機，還包括穩(wěn)壓電路，顯示電路、輸入電路、放大和驅動電路等其他電路組成。但這種單片機控制的系統(tǒng)一旦出現(xiàn)故障，最大的問題是維修困難。而采用PLC這種工業(yè)控制器，其價格低，又是集中了檢測電路、通訊聯(lián)網(wǎng)功能、驅動電路和保護電路的一種整體功能結構的模塊，編程簡單，并且易于功能擴展，平均無故障時間有可靠的保障，也能夠提高洗衣機的使用壽命，適合各型全自動洗衣機使用。

3 洗衣機的硬件系統(tǒng)設計

3.1 系統(tǒng)控制要求。全自動洗衣機洗衣的工作過程主要分為進水、浸泡、洗滌、漂洗、排水、脫水六大步驟，并且這六個連續(xù)的步驟是全自動實現(xiàn)的，直到洗衣結束并報警提示洗衣過程完成。并且能實現(xiàn)“正常運行”和“強制運行”兩種控制方式。“正常運行”方式具體控制要求如下：（1）按下啟動按扭，開始進水，達到水位檢測信號時停止進水；（2）進水停止2S后開始洗滌；（3）洗衣時，正轉10S，停止2S，然后反轉10S，停止2S；（4）如此循環(huán)共5次后開始排水，排空后開始脫水10S；（5）若沒有完成3次大的洗衣循環(huán)，則返回從進水開始的全部動作，進行下一次大循環(huán)；（6）洗衣全部結束后，報警5S，自動停機。“強制運行”方式具體控制要求如下：（1）按下“停止”按鈕時，洗滌電機和脫水桶轉，進水電磁閥和排水閥全部閉合洗衣過程立即停止；（2）其余步驟，由手動按鈕按動排水開關和脫水開關進行手動排水和脫水操作完成。

3.2 控制系統(tǒng)構成圖。PLC控制系統(tǒng)要控制的對象主要包括：帶動波輪轉動的電動機、起到接通和斷開電路作用的電磁閥及繼電器等。硬件設計的整體思路就是通過PLC模擬量I/O模塊輸出的數(shù)字信號控制繼電器，進而控制電路。改變變頻器參數(shù)就可以改變洗滌和漂洗時的速度。進水閥和排水閥則是通過水位檢測設備進行控制。具體的系統(tǒng)構成如圖1所示。

4 洗衣機的軟件系統(tǒng)設計

4.1 I/O分配表。在洗衣機控制系統(tǒng)中，輸入接口設備包括開關、按鈕、繼電器觸點和傳感器等。水位選擇按鈕的作用是選擇與衣物相適應的水位，水位傳感器的作用是用來采樣水位信息，這個采樣的水位信息是模擬信號，不能由PLC直接處理，需要經(jīng)過模數(shù)轉換器，轉換成數(shù)字量再輸入PLC。PLC輸出信號對設備進行控制，洗衣機的控制設備包括接觸器、電磁閥、指示裝置等。由PLC來控制進水閥和排水閥動作。PLC輸入和輸出端都是經(jīng)過隔離、轉換后的開關信號。

4.2 程序流程圖

5 結束語

該系統(tǒng)采用PLC為控制核心控制器，PLC通用性強、使用方便、適應面廣、可靠性高、抗干擾能力強、編程簡單。其控制系統(tǒng)的硬件電路設計較為容易，軟件編程過程中，輸入、調(diào)試和修改控制程序靈活，給操作帶來了極大的方便性。

參考文獻

[1]劉德兵.全自動洗衣機控制系統(tǒng)的PLC設計[D].電子科技大學，2011.

[2]李小光，段春霞.基于PLC的全自動洗衣機控制系統(tǒng)的設計[J].湖北廣播電視大學學報，2008（1）.

[3]王芹.可編程控制器技術及應用[M].天津：天津大學出版社，2008.