基于PLC的家用噴淋式洗碗機設計

河南科技學院　李曉娟　秦國慶　宋長源

基于PLC的家用噴淋式洗碗機設計

河南科技學院李曉娟秦國慶宋長源

本文根據洗碗機的控制要求，設計了一種基于PLC的家用洗碗機，具有自動或手動實現預洗、主洗、漂洗、烘干、消毒等功能。文中選用松下L40機型作為主控系統，給出了洗碗機的I/O分配、PLC硬件接線圖和系統工作流程圖，并編寫了PLC梯形圖程序，具有節水，省時，耗能低，壽命長，維修方便等優點。

PLC控制系統；洗碗機；梯形圖

隨著電子科學技術的發展，人們生活節奏的加快，能夠代替人工清洗餐具的自動洗碗機，已成為普通家庭的需求，基于此設計了一種家用的噴淋式洗碗機。

1　洗碗機控制系統的工作原理及要求

本文所述的噴淋式洗碗機［3］由水處理系統、供排水系統、 加熱系統和洗滌系統組成。高壓水從孔內噴出的時候給上噴臂和下噴臂一個反作用力，這個反作用力使得上噴臂和下噴臂不停地快速旋轉，從不同的方向噴射到餐具的每個表面，實現餐具各個表面被反復地清洗。洗碗機［1，2］基本工作流程為預洗—主 洗—漂洗—烘干—消毒，通過系統上電，運行PLC內部程序，由程序來控制各開關觸點按照要求依次閉合或斷開，進而驅動繼電器和電磁閥的得失電，從而來控制洗碗機各部分工作有序地進行。其控制要求如下：

（1）洗碗機設有自動和手動開關。在手動控制下，洗碗機按照手動按鍵完成相應的工作過程；在自動控制下，按下自動控制鍵和啟動按鈕鍵洗碗機便能夠按照系統中編寫的程序，自動地完成全部的洗碗過程。

（2）設有常溫、50℃、70℃三擋選擇開關，用戶可以根據餐具干凈程度來自主選擇，以提高洗滌效率和節約電能。

（3）洗碗機設有故障急停和報警裝置，這可以在突發情況下有效的保護設備不被損壞。另外洗碗機設有溫度傳感器和液位傳感器，分別監控著水加熱的溫度和水位的高度，到達設定值后，便自動停止加熱和進水過程，啟動下一個程序。

2　洗碗機控制系統硬件設計

2.1元器件的選擇

本文設計的洗碗機在實現基本功能的基礎上，還有必要的保護措施，器件具體型號選擇如下：

（1）電機選擇Y系列的Y80M1-2型號，額定功率0.75KW，轉速2830r/min，轉矩2.2（N·m）。

（2）電磁閥選用ZCT-10直動式電磁閥，其主要部件采用不銹鋼材料，耐腐蝕，壽命長。

（3）熱敏電阻型溫度傳感器型號采用MF58系列，其電阻與溫度變化關系為負相關，具有靈敏性高，結構簡單，電阻溫度系數大，壽命長等優點。

（4）液位傳感器型號為JPG-7的靜壓式液位傳感器，具有可靠性高，壽命長等優點。

（5）熱繼電器選擇JR20-10型號，主要對電機進行過載保護，避免電機中長時間出現較大的電流而使電機遭受損壞。

（6）熔斷器主要被用于對電路進行短路保護，查閱相關資料選用RL8B-4型號的螺旋式熔斷器。

2.2硬件電路設計

2.2.1PLC型號的選擇

在本文洗碗機的PLC［4，5］控制中，共包括15個輸入點和12個輸出點，根據實際情況，最終選擇松下系列的FP-X0系列的L40機型。

2.2.2PLC的I/O端口分配表

（1）PLC的輸入端口分配表如表1所示。

表1　輸入端口分配表

（2）PLC的輸出端口分配表如表2所示：

表2　輸出端口分配表

圖1　PLC控制系統外部接線圖

2.2.3PLC控制系統外部接線圖

PLC控制系統的外部接線圖如圖1所示，在自動狀態下，按下啟動按鈕、溫度選擇開關、高水位選擇開關后，程序自動開啟，進水電磁閥YV1打開，系統開始進水，進水完成后，高水位傳感器自動傳出控制信號，使得進水電磁閥YV1關閉，將水加熱到指定溫度添加洗滌粉、洗滌泵電動機M1開啟，清潔洗碗機內部餐具、排出臟水后再相應開啟設備進水，進水完成后、洗滌泵電動機M1開始動作進行漂洗，最后烘干、消毒等過程依次開始。

手動程序可以根據餐具的污跡程度選擇相應功能操作，節約時間，便捷高效。在手動狀態下，實際操作中相當于首先按下啟動按鈕SB3、溫度選擇開關SA1，進水電磁閥YV1打開，開始進水，進水完成后，高水位傳感器自動發出控制信號，使得進水電磁閥關閉，選擇清洗的功能依次進行預洗、主洗、漂洗、烘干、消毒等過程。

圖2　系統流程圖

3　洗碗機控制系統程序設計

3.1系統流程圖

系統的流程圖如圖2所示，系統的運行方式有手動和自動控制兩種方法。手動控制運行的時候，需要按照實際過程的需求，按下預洗X7、主洗X8、漂洗X9、烘干XA、消毒XB等功能鍵，分別實現對應的功能；自動控制運行的情況下，系統按照編寫的程序，自動的完成清洗餐具的各個步驟，自動完成進水、噴淋、排水、加熱、添加洗滌粉、烘干、消毒等過程，能夠很好的完成清洗餐具的工作。

3.2系統主程序初始化設計

洗碗機控制系統包括一個主程序和六個子程序，其中主程序主要是對自動控制運行方式和手動控制運行方式進行選擇，并對六個子程序進行調用，按下自動控制按鈕SB1，X0閉合，同時按下溫度選擇開關SA1，X4、X5或X6閉合，Y9置位，自動指示燈HL2亮，同時調用子程序1；按下手動控制按鈕SB2，使X1閉合，YA置位，手動指示燈HL3亮，程序則調用子程序2、子程序3、子程序4、子程序5、子程序6的其中一個。利用FPWIN-GR仿真軟件畫主程序梯形圖如下圖3所示。

圖3　主程序控制梯形圖

4　結論

本文主要完成了基于PLC的洗碗機的智能化控制，具有自動和手動兩種功能模式，可以根據餐具的臟污程度進行選擇，省水省電，大大解放了人類的雙手，同時為廚房小家電加入到物聯網的發展格局中提供依據。

［1］京訊.全自動家用洗碗機［J］.家用電器，1999（2）：19-20.

［2］王向紅.洗滌方式的研究及新型家用洗碗機的研制［D］.廣西大學，2004.

［3］喻永康，何雪明.洗碗機噴淋結構的優化設計研究［J］.湖南工業職業技術學院學報，2012，5（12）：10-11.

［4］張伏，邱兆美，王俊等.基于西門子PLC的洗碗機控制系統設計［J］.制造業自動化，2013，10（35）：31-33.

［5］呂以全，張鵬.PLC對洗碗烘干機的控制［J］.機電工程技術，2006，2（35）：60-62.

李曉娟（1986—），女，碩士研究生，助教，研究方向：模式識別與智能控制。

河南科技學院2016年大學生創新訓練項目（2016CX025