基于PLC的全自動洗衣機(jī)控制系統(tǒng)的研究

王賓 韓勇莉

摘 要： 隨著社會經(jīng)濟(jì)的發(fā)展和科學(xué)技術(shù)水平的提高，家庭電器全自動化成為必然的發(fā)展趨勢。全自動洗衣機(jī)的產(chǎn)生極大的方便了人們的生活。根據(jù)全自動洗衣機(jī)的工作原理，利用可編程控制器PLC實(shí)現(xiàn)控制，說明了PLC控制的原理方法，特點(diǎn)及控制洗衣機(jī)的特色。PLC的優(yōu)點(diǎn)是：可靠性高，耗電少，適應(yīng)性強(qiáng)，運(yùn)行速度快，壽命長等，為了進(jìn)一步提高全自動洗衣機(jī)的功能和性能，避免傳統(tǒng)控制的一些弊端，就提出了用PLC來控制全自動洗衣機(jī)這個課題。改文就怎樣利用PLC來控制全自動洗衣機(jī)進(jìn)行了調(diào)查，對其中軟件設(shè)計、硬件設(shè)計等問題進(jìn)行了分析和研究，實(shí)現(xiàn)了全自動洗衣機(jī)的正常運(yùn)行和強(qiáng)制性停止功能。

關(guān)鍵詞： PLC；自動；定時；控制

引 言

全自動洗衣機(jī)一般由洗衣脫水桶、控制板、給水排水系統(tǒng)、循環(huán)式線絨過濾系統(tǒng)和動力部分組成。全自動洗衣機(jī)的洗衣和脫水過程都在單一的洗衣脫水桶內(nèi)完成，其底部有一個膠質(zhì)葉輪，由交流電機(jī)驅(qū)動。周壁有孔的脫水桶可以高速旋轉(zhuǎn)，起脫水作用?？刂瓢逶O(shè)有電源開關(guān)、水位設(shè)定開關(guān)、洗衣程序開關(guān)等，用來控制洗衣機(jī)的啟、停和水位，選擇不同的洗衣程序。給水排水系統(tǒng)注入清水和排出濁水。動力部分包括電源、一臺交流電機(jī)和剎車裝置。有些自動洗衣機(jī)還備有水加熱器，以提高洗滌效果，有的還裝有用以烘干的熱風(fēng)機(jī)。

1.PLC的控制特點(diǎn)

PLC系統(tǒng)的特點(diǎn)：

1、可靠性高，PLC作為一種通用的工業(yè)控制器，它必須能夠在各種不同的工作環(huán)境中正常工作。對工作的環(huán)境要求較低，抗外部干擾能力強(qiáng)，平均無故障時間長。

2、使用方便靈活，PLC采用了基本單元擴(kuò)展或者是模塊化的結(jié)構(gòu)形式，因此，輸入/輸出信號的數(shù)量，形式，驅(qū)動能力等都可以根據(jù)實(shí)際控制要求進(jìn)行選擇與確定，而且在需要時可以隨時更換，近年來，PLC的特殊模塊增多這些可以滿足不同的控制要求，使PLC的使用更加靈活與多變。

3、編程簡單，PLC的優(yōu)越性主要體現(xiàn)在它采用了獨(dú)特的，多種面向廣大工程設(shè)計人員的編程語言，如指令表，梯形圖，邏輯功能圖，順序功能圖等，程序簡潔，明了適合各類技術(shù)人員的傳統(tǒng)習(xí)慣，即使是沒有計算機(jī)知識的人員也很統(tǒng)一掌握，特別是梯形圖與邏輯功能圖，形象直觀，動態(tài)監(jiān)測效果逼真，且與計算機(jī)控制容易。

2.控制系統(tǒng)框圖

全自動洗衣機(jī)完整的洗衣工作過程包括進(jìn)水、洗滌、漂洗、排水、脫水五個過程組成。本次設(shè)計的洗衣機(jī)可以自主選擇強(qiáng)洗、標(biāo)準(zhǔn)、漂洗、脫水四種洗滌模式；其中強(qiáng)洗和標(biāo)準(zhǔn)的洗滌模式能夠?qū)崿F(xiàn)完整的洗衣過程，完成洗滌模式選擇后，每種模式的洗衣過程都能夠做到全自動依次運(yùn)行，直至洗衣結(jié)束。也能夠?qū)崿F(xiàn)洗衣機(jī)對衣物單獨(dú)漂洗和脫水功能。以PLC為控制核心，實(shí)現(xiàn)電機(jī)的正反轉(zhuǎn)[1]

全自動洗衣機(jī)控制系統(tǒng)的運(yùn)行控制方式設(shè)置如下：

（1）進(jìn)水時間為5s。

（2）進(jìn)水完畢后開始洗滌，電機(jī)正反轉(zhuǎn)各2s完成一個周期。

（3）步驟2循環(huán)5/3/1次為強(qiáng)/標(biāo)準(zhǔn)/弱洗的洗滌過程。

（4）洗滌結(jié)束后排水，時間為5s，洗滌過程結(jié)束，也可用手動按鈕，進(jìn)行手動排水。

（5）再進(jìn)水5s開始漂洗，電機(jī)正反轉(zhuǎn)各2s完成一個周期，循環(huán)2個周期完成2次漂洗，漂洗過程結(jié)束。

（6）脫水5s，電動機(jī)高速旋轉(zhuǎn)，同樣可以用手動脫水按鈕，進(jìn)行手動脫水。

（7）若按下“急?！卑粹o，當(dāng)前所有過程停止，返回到初始狀態(tài)。

此次全自動洗衣機(jī)控制系統(tǒng)設(shè)計利用了西門子S7-200系列PLC的特點(diǎn)，對按鈕、電磁閥、開關(guān)等其他一些輸入/輸出點(diǎn)進(jìn)行控制，實(shí)現(xiàn)了洗衣機(jī)洗衣過程的自動化。根據(jù)以上要求控制系統(tǒng)框圖如控制系統(tǒng)框圖。

3.PLC的選擇

3.1 I/O點(diǎn)數(shù)統(tǒng)計

I/O點(diǎn)數(shù)是PLC的一項(xiàng)重要指標(biāo)。合理選擇I/O點(diǎn)數(shù)既可使系統(tǒng)滿足控制要求，又可使系統(tǒng)總投資最低。PLC的輸入輸出總點(diǎn)數(shù)和種類應(yīng)根據(jù)被控對象所需控制的模擬量、開關(guān)量、輸入輸出設(shè)備情況來確定，一般一個輸入輸出元件要占用一個輸入輸出點(diǎn)?？紤]到今后的調(diào)整和擴(kuò)充，一般應(yīng)在估計的總點(diǎn)數(shù)上再加上20%—30%的備用量。[該系統(tǒng)有11個數(shù)字輸入點(diǎn)6個數(shù)字輸出點(diǎn)，具體的輸入輸出見下表。

3.2 I/O儲存器容量的估算

PLC常用的內(nèi)存有EPROM、EEPROM和帶鋰電池供電的RAM。一般微型和小型PLC的存儲容量是固定的，介于1—2KB之間。用戶應(yīng)用程序占用多少內(nèi)存與許多因素有關(guān)，如I/O點(diǎn)數(shù)、控制要求、運(yùn)算處理量、程序結(jié)構(gòu)等。因此在程序設(shè)計之前只能粗略地估算。根據(jù)經(jīng)驗(yàn)，每個I/O點(diǎn)及有關(guān)功能元件占用的內(nèi)存量大致如下：

開關(guān)量輸入元件：10—20B/點(diǎn)

開關(guān)量輸出元件：5—10B/點(diǎn)

定時器/計數(shù)器：2B/個

模擬量：100—150B/個

通信接口：一個接口一般需要300B以上[4]

根據(jù)上面算出的總字節(jié)數(shù)再考慮增加25%左右的備用量，就可估算出用戶程序所需的內(nèi)存容量，從而選擇合適的PLC內(nèi)存。該系統(tǒng)有12個數(shù)字輸入點(diǎn)6個數(shù)字輸出點(diǎn)，需內(nèi)存280B，有定時器7個，計時器3個，需內(nèi)存16B，考慮余量后需要內(nèi)存370B。

3.3 CPU功能與結(jié)構(gòu)的選擇

PLC的功能日益強(qiáng)大，一般PLC都具有開關(guān)量邏輯運(yùn)算、定時、計數(shù)、數(shù)據(jù)處理等基本功能，有些PLC還可擴(kuò)展各種特殊功能模塊，如通信模塊、位置控制模塊等，選型時可考慮以下幾點(diǎn)：功能與任務(wù)相適應(yīng)，PLC的處理速度應(yīng)滿足實(shí)時控制的要求、PLC結(jié)構(gòu)合理、機(jī)型統(tǒng)一、在線編程和離線編程的選擇。全自動洗衣機(jī)控制所要求的控制功能簡單，小型PLC就能滿足要求了。

該控制系統(tǒng)CPU模塊可采用CPU-224（AC/DC/繼電器）模塊，它可控制整個系統(tǒng)按照控制要求有條不紊地進(jìn)行。同時由于該模塊采用交流220V供電，并且自帶14個數(shù)字量輸入點(diǎn)和10個數(shù)字量輸出點(diǎn)，完全能滿足全自動洗衣機(jī)控制系統(tǒng)的要求，所以不再需要另外的電源模塊、數(shù)字量和輸出模塊。

3.4 PLC外部接線圖

根據(jù)全自動洗衣機(jī)的控制要求，對系統(tǒng)控制的I/O點(diǎn)數(shù)進(jìn)行了統(tǒng)計和PLC型號進(jìn)行了選擇，現(xiàn)根據(jù)以上的統(tǒng)計和選擇對控制系統(tǒng)PLC的外部接線設(shè)計如下圖。

4.正常運(yùn)行流程圖

全自動洗衣機(jī)正常運(yùn)行時即洗衣機(jī)按照程序設(shè)定依次完成依次洗衣過程，先選擇洗衣模式（即強(qiáng)洗/標(biāo)準(zhǔn)/弱洗），再選擇水位，按下啟動按扭，開始進(jìn)水直到水滿（即水位達(dá)到高水位）時停止進(jìn)水開始洗滌正轉(zhuǎn)，洗滌時，正轉(zhuǎn)30秒，停兩秒，然后反轉(zhuǎn)30秒，停2秒，若選擇弱洗則開始排水；若選擇標(biāo)準(zhǔn)洗衣，則重復(fù)上述正反洗衣3次；若選擇強(qiáng)洗，則如此循環(huán)5次；后進(jìn)行排水，水位下降到低水位時開始脫水并繼續(xù)排水，脫水30秒，開始清洗，重復(fù)以上過程，清洗2次，清洗完成，報警3秒并自動停機(jī)。按照以上的工作流程，作出全自動洗衣機(jī)的正常運(yùn)行工作流程圖見下圖。

5. PLC控制順序功能圖

順序功能圖，它是描述控制系統(tǒng)的控制過程、功能和特性的一種圖形，順序功能圖并不涉及所描述的控制功能的具體技術(shù)，它是一種通用的技術(shù)語言。全自動洗衣機(jī)控制系統(tǒng)PLC控制狀態(tài)流程見下圖。

6.總結(jié)

洗衣機(jī)產(chǎn)業(yè)目標(biāo)主要涵蓋節(jié)電節(jié)水、產(chǎn)品功能、綠色設(shè)計三大方向。在中國家用電器協(xié)會編制的冰箱、空調(diào)、洗衣機(jī)的技術(shù)路線圖中，就節(jié)電節(jié)水方面，波輪式全自動洗衣機(jī)達(dá)到國家能效1級，能效1級的滾筒式全自動洗衣機(jī)要達(dá)到歐盟A+等級耗電、耗水要求，滾筒式洗干一體機(jī)要達(dá)到GB/T23118國標(biāo)A級耗電、耗水要求。

在產(chǎn)品研發(fā)設(shè)計中，新技術(shù)和大容量的應(yīng)用成為未來高端洗衣機(jī)的發(fā)展方向。居民居住條件的改善使得消費(fèi)者對洗衣機(jī)的容量有了更高的要求，促使洗衣機(jī)主流容量不斷提高，從而也推動了大容量洗衣機(jī)銷量和市場份額的持續(xù)增加。

參考文獻(xiàn)

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