全自動洗衣機PLC控制系統(tǒng)設(shè)計

胡小穎

（上海理工大學 光電信息與計算機工程學院，上海 200093）

0 引言

傳統(tǒng)的全自動洗衣機常常采用單片機作為控制器，雖然相較于PLC而言單片機成本低廉，專用性較強，但其對環(huán)境的適應(yīng)能力較差，可靠性不高，且指令系統(tǒng)復雜，編程方法不易掌握，并且在設(shè)計系統(tǒng)硬件時需要多種電路保護裝置，如電流保護、電壓保護、過載保護等，增加了硬件的復雜性，隱含了較高的故障率，也無形中增加了維修成本。而PLC運行周期短、可靠性高、穩(wěn)定性強，能在高粉塵、高噪聲、強電磁干擾和溫度劇烈變化等不同的環(huán)境下正常工作，而且編程方法簡單易學，又集中了驅(qū)動電路、檢測電路和保護電路以及通訊聯(lián)網(wǎng)等功能。因此本文選用PLC作為全自動洗衣機的控制器，利用步進順控編程指令實現(xiàn)控制功能。

1 全自動洗衣機控制要求

本文所設(shè)計的控制系統(tǒng)可實現(xiàn)洗衣機自動注水、手動洗滌、自動洗滌、自動排水以及自動脫水等功能。通電后，按下啟動按鈕，洗衣機將自動注水至標準水位。5s后，如果按下手動洗滌開關(guān)，系統(tǒng)會進入手動洗滌程序，否則，則系統(tǒng)默認進入自動洗滌程序。當進入手動洗滌程序，若按下正轉(zhuǎn)按鈕，洗衣機將正轉(zhuǎn)30 s；若按下反轉(zhuǎn)按鈕，則洗衣機反轉(zhuǎn)30s，此時，如果用戶想繼續(xù)正轉(zhuǎn)或反轉(zhuǎn)洗滌衣物，則可以按下重復洗滌開關(guān)，再次選擇洗衣機正轉(zhuǎn)或反轉(zhuǎn)。當進入自動洗滌程序，洗衣機將先正轉(zhuǎn)30s，再反轉(zhuǎn)30s，直到正反轉(zhuǎn)過程重復3遍。結(jié)束洗滌程序后，洗衣機會自動排水至最低水位，并自動脫水30s。至此，洗衣機完成全部洗滌過程1遍，而該過程將重復3遍。3遍結(jié)束后，洗衣機指示燈閃爍5s告知用戶洗衣過程結(jié)束，用戶可通過停止按鈕來決定繼續(xù)洗衣或是停機。無論處于上述哪一個環(huán)節(jié)，用戶都可以隨時按下停止按鈕結(jié)束當前的運行狀態(tài)。

2 PLC的選型

PLC的生產(chǎn)廠家很多，主要有美國通用電氣、德國西門子以及日本三菱和歐姆龍等。日本三菱公司的FX2N系列PLC不僅具有體型小、執(zhí)行速度快等特點，還吸收了整體式和模塊式的優(yōu)點。根據(jù)實際定義的輸入、輸出點數(shù)，本文所確定的PLC型號為FX2N-32MR-001。PLC地址分配情況見表1，硬件接線方式如圖1所示。

表1 PLC地址分配表

3 電機的選擇

直流電機相對于交流電機而言控制性能優(yōu)良，機械特性和調(diào)速特性均為平行的直線，可實現(xiàn)“平滑而經(jīng)濟的調(diào)速”，即不需要其他設(shè)備的配合，就可通過改變輸入的電壓/電流進行調(diào)速。另外，串勵的勵磁方式使得電機有軟的機械特性，輕載時轉(zhuǎn)速很高，啟動轉(zhuǎn)矩很大，過載能力較強。因此本文選用串勵直流電動機作為洗衣機正反轉(zhuǎn)及脫水的驅(qū)動電機。

4 PLC程序設(shè)計

圖1 PLC硬件接線圖

本文根據(jù)全自動洗衣機的工作特點，采用步進順控指令對PLC進行編程，使得程序條理清晰，易于理解。全自動洗衣機控制程序梯形圖如圖2所示，其邏輯行描述如下：

（1）第30和34邏輯行描述了系統(tǒng)手動洗滌與自動洗滌的選擇功能。當按下手動洗滌開關(guān)X2，系統(tǒng)進入手動洗滌程序；否則，系統(tǒng)將進入自動洗滌程序。

（2）第37～65邏輯行描述了系統(tǒng)手動洗滌的過程。當按下正轉(zhuǎn)手動按鈕X3，正轉(zhuǎn)接觸器Y0得電自鎖，內(nèi)部電機串電阻正向啟動運行。5s后，Y2得電切除串聯(lián)的電阻，內(nèi)部電機全速全壓正轉(zhuǎn)運行30s。按下反轉(zhuǎn)手動按鈕X4后的運行原理與正轉(zhuǎn)類似，不再贅述。系統(tǒng)正轉(zhuǎn)或反轉(zhuǎn)30s后，可通過重復洗滌開關(guān)X7選擇是否重復洗滌。若按下X7，系統(tǒng)回到S23狀態(tài)步可再次選擇手動正轉(zhuǎn)還是手動反轉(zhuǎn)；否則，則系統(tǒng)自動進入下一程序段。

（3）第68～113邏輯行描述了系統(tǒng)自動洗滌的過程。系統(tǒng)進入自動洗滌程序?qū)⒔油ㄕD(zhuǎn)接觸器Y0，使內(nèi)部電機串電阻正向啟動運行5s，隨后Y2得電切除串聯(lián)的電阻，內(nèi)部電機全速全壓正轉(zhuǎn)運行30s。30s時間過后，Y0和Y2失電，反轉(zhuǎn)接觸器Y1得電，運行過程與系統(tǒng)正轉(zhuǎn)相同，不再贅述。系統(tǒng)正轉(zhuǎn)、反轉(zhuǎn)各一次稱為一次洗滌循環(huán)，系統(tǒng)將自動重復3遍洗滌循環(huán)后進入下一程序段。

（4）第121～140邏輯行描述了系統(tǒng)自動脫水的過程。系統(tǒng)進入脫水程序后自動接通（啟動）電源接觸器Y4，內(nèi)部電機串電阻R1和R2啟動運行，進行脫水。5s后，（啟動）電阻R1切除接觸器Y5得電，切除電阻R1；再過5s，（啟動）電阻R2切除接觸器Y6得電，切除電阻R2，內(nèi)部電機全速全壓運行10s。

5 仿真與調(diào)試

利用實驗室的硬件平臺和GX Simulator仿真軟件對梯形圖程序進行仿真和調(diào)試。仿真結(jié)果表明，全自動洗衣機控制系統(tǒng)工作正常，能完全實現(xiàn)預期的工作要求。

6 結(jié)束語

相較于基本編程指令，本文采用的步進順控指令使得程序的可讀性和可移植性更強，模塊化程度更高。即便應(yīng)用在控制要求更多，操作更為復雜的洗衣機控制系統(tǒng)，也只需在已有程序上作適當增減，無需重寫。

圖2 全自動洗衣機控制系統(tǒng)梯形圖

［1］王阿根.電氣可編程控制原理與應(yīng)用［M］.北京：清華大學出版社，2007.

［2］張鶴鳴.可編程控制器原理及應(yīng)用教程［M］.北京：北京大學出版社，2007.

［3］賀哲榮.流行PLC實用程序及設(shè)計（三菱FX2系列）［M］.西安：西安電子科技大學出版社，2009.

［4］張家生.電機原理與拖動基礎(chǔ)［M］.北京：北京郵電大學出版社，2007.

［5］陳曉軍，朱云開，張建.基于PLC的投幣式洗衣機控制系統(tǒng)設(shè)計［J］.機械制造與自動化，2009，38（3）：161-164.

［6］舒易茂.PLC在自動洗衣機控制系統(tǒng)中的應(yīng)用［J］.科技信息（學術(shù)版），2008（36）：136-137.

［7］丁學恭.電氣控制與PLC［M］.杭州：浙江大學出版社，2011.