一種PLC控制的工業洗衣機

九州職業技術學院 趙慧娟

一種PLC控制的工業洗衣機

九州職業技術學院 趙慧娟

工業洗衣機的洗衣效率高、實用性強，應用廣泛。文章利用PLC（可編程控制器）對工業洗衣機實現自動控制。針對工業洗衣機的工作原理，文章分別從硬件和軟件兩部分進行闡述。通過對水位傳感器、進水閥、出水閥、變頻器、PLC的選擇、PLC流程狀態圖的設計，實現對工業洗衣機的控制。由于PLC的通訊功能，該設計還可以實現多臺工業洗衣機的控制。

PLC；工業洗衣機；自動控制；變頻器

1　引言

工業洗衣機從世界上第一臺洗衣機問世就相伴而生。工業洗衣機適用于洗滌各種毛紡、棉織、化纖混紡等衣物織品，在服裝廠、工礦企業、學校、酒店、醫院等的洗衣房具有廣泛應用，是減輕勞動強度，提高工作效率，降低能耗的理想設備。工業洗衣機采用滾筒式設計，承載量大，最大容量可達到500公斤，滾筒自動正反旋轉運行，采用變頻及蝸輪減速機，齒輪鏈條傳動，衣物在洗滌過程中不纏繞，洗滌效果好。

2　PLC控制工業洗衣機的優點

傳統自動洗衣機，一般采用單片機為控制單元。單片機一般采用C語言進行編程，編程指令復雜。工業洗衣機中，不同種類的衣物需要不同的洗滌方式，脫水方式也不相同，這樣使得單片機的編程也相對復雜。系統硬件設計的時候，單片機控制的洗衣機需要有電壓、電流保護、欠壓保護、過載保護等，使得單片機的外圍設備相對復雜，隱含的故障率高，無形增加使用過程中的維修成本。由于PLC是整體模塊，硬件和編程語言簡單，維修方便，可以很好地克服單片機控制存在的缺點。PLC控制的工業洗衣機，控制系統靈活、可靠。由于其通訊聯網功能，可以實現一個控制面板控制多臺洗衣機工作，提高洗衣的效率。

3　工業洗衣機的工作原理

工業洗衣機由電動機通過皮帶變速帶動內膽快速旋轉，并且在定時器的控制下實現正反轉，帶動水和衣物作不同步運動。衣物和水互相揉搓、摩擦，最終洗凈衣物。圖1中，ST4、ST5、ST6分別為高、中、低水位傳感器，在實際應用中一般采用諧振式水位傳感器來檢測水位。YV1、YV2分別是進水和排水的電磁閥，電磁閥線圈與220V交流電接通形成磁場。通過電磁線圈吸合和斷開，從而實現通斷水源。傳感器是PLC的輸入信號，PLC的輸出線號決定電磁閥的工作狀態。洗滌電動機實現正反轉驅動波盤運動，脫水桶此時不工作。脫水時，洗滌電動機帶動內桶快速旋轉進行甩干。

圖1　工業洗衣機結構原理圖

4　工業洗衣機的硬件設計

由圖2所示，PLC控制的工業洗衣機控制系統以西門子S7-200型PLC作為核心控制單元。S7-200型PLC具有使用編程簡單方便，外圍電路簡單、功能齊全、維護容易方便等優點。使用S7-200型PLC作為控制單元，價格合理、性能穩定可靠，系統配置固定靈活。變頻器可以改變電動機的工作電壓和頻率，控制工業洗衣電動機的運行方向和轉速。本系統優先采用西門子M440變頻器，與S7-200型PLC配套使用。

圖2　PLC控制的工業洗衣機系統控制圖

在變頻器控制洗衣電動機的運行方向和轉速時，輸入輸出端子的接法很重要，如果把接線端子接錯會影響變頻器的正常應用。在實際接線的過程中，要了解每個端子所代表的含義，變頻器各端子含義如表1所示。

表1　變頻器的接線端子的含義

工業洗衣機的執行元件是電動機，起著非常重要的作用。在選擇電動機的時候，要注意轉速和扭力兩方面的要求。調速性能越好、效率就越高，轉速n與頻率f成正比，改變頻率f，就可以改變異步電動機的同步轉速n1,從而改變其轉子轉速n,即可改變電動機的轉速。變頻器與電機之間的連接如圖3所示。

圖3　變頻器與電機的接線圖

在PLC設計時，要合理地選擇I/O分配點數。根據分析，本設計共有13輸入信號和8輸出信號。表2列出工業洗衣機的I/O分配表。

表2　系統I/O分配表

圖4　PLC控制狀態流程圖

5　PLC程序設計

工業洗衣機的功能控制交給PLC程序來設計，本系統采用順序功能圖來設計程序。順序功能圖編程層次清晰，編程簡單，尤其適用于按一定順序工作的流程。PLC運行時，編程進入初始狀態，按下高、中、低水位按鈕I0.2、I0.3、I0.4中的任一個，Q0.0接通，電磁閥打開，開始進水，進水完成后T37定時器停2S，Q0.2接通電機開始正轉洗衣，與此同時T38開始計時；當T38計時30S后，正轉停止2S。2S后Q0.3接通，電機開始反轉30S后，反轉停止2S.定時器T41啟動計數器C50，正反轉循環5次后電磁閥排水。水排空傳感器檢測到水已排空，進行脫水，并且循環3次。脫水結束后，接通Q0.5，報警器報警，提醒洗衣過程結束。全自動工業洗衣機控制系統PLC控制狀態流程圖見圖4。

6　總結

洗衣機是國內家電業唯一不打價格戰的行業。隨著經濟的增長、技術的發展，國產工業洗衣機在整體功能和綜合質量上都處于世界領先水平。本設計系統中，考慮了電動機運行方向及轉速控制方法，編程方面采用了西門子S7-200指令，既經濟同時又滿足了工業洗衣機編程的需求。

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江蘇省高等職業院校高級訪問工程師計劃資助項目研究成果（項目編號2015FG024）。

趙慧娟(1981—)，女，江蘇泰州人，講師，工程碩士在讀，研究方向：控制工程。