節(jié)能洗衣機結(jié)構(gòu)及控制系統(tǒng)設(shè)計

黃淑琴

（泰州職業(yè)技術(shù)學院，江蘇 泰州 225300）

隨著技術(shù)的發(fā)展，現(xiàn)有工業(yè)洗衣機通過設(shè)定程序完成自動化工作，減輕了工人的負擔。但現(xiàn)有工業(yè)洗衣機存在控制設(shè)計不合理、結(jié)構(gòu)復雜且維修困難的問題，整體結(jié)構(gòu)設(shè)計不能滿足不同材質(zhì)的衣服的使用要求，也不能滿足對洗衣時液體渾濁度的實時監(jiān)控和處理要求，無法實現(xiàn)節(jié)約用水的目的。

節(jié)能洗衣機的特點是能自動完成洗滌、漂洗和脫水的轉(zhuǎn)換，整個過程不需要人工操作。這類洗衣機均采用套筒式結(jié)構(gòu)，其進水、排水都采用電磁閥，由程序控制器按人們預先設(shè)計好的程序不斷發(fā)出指令，驅(qū)動各執(zhí)行器件動作，整個洗衣過程自動完成，極大地提高了生產(chǎn)效率。

一、結(jié)構(gòu)設(shè)計

圖1所示為節(jié)能洗衣機的結(jié)構(gòu)，包括洗衣機殼體和設(shè)于洗衣機殼體上的控制裝置。洗衣機殼體內(nèi)設(shè)有洗脫缸及與洗脫缸相適配的主軸、排水管，與主軸相適配的電動機，及相應(yīng)的皮帶和皮帶輪。電動機轉(zhuǎn)動并通過皮帶將動力傳遞到皮帶輪上，皮帶輪轉(zhuǎn)動從而帶動主軸轉(zhuǎn)動，主軸帶動洗脫缸旋轉(zhuǎn)。洗脫缸上設(shè)有排水孔和排水電磁閥，排水孔與排水管連接，洗脫缸內(nèi)設(shè)有高液位傳感器、低液位傳感器、渾濁度傳感器、衣質(zhì)傳感器，所有傳感器分別與控制裝置連接。洗衣機殼體底部設(shè)有固定板，電動機固定于該固定板上，它相對于水平面的傾斜角度為25～40°，設(shè)置傾斜的目的是為了在皮帶變形后，便于調(diào)整皮帶的松緊。洗衣機殼體內(nèi)側(cè)防水涂層厚度為2～3.5mm。

圖1 節(jié)能洗衣機結(jié)構(gòu)

控制裝置包括設(shè)于洗衣機殼體上的控制面板和與控制面板連接的控制系統(tǒng)。控制系統(tǒng)的核心是PLC程序控制器，它分別與啟動按鈕、高低液位傳感器、渾濁度傳感器、衣質(zhì)傳感器、停止按鈕、報警器、進水電磁閥、變頻器、排水電磁閥和脫水電磁閥連接；并且PLC程序控制器的高速洗滌信號輸出端和低速洗滌信號輸出端與變頻器連接，變頻器另一端連接電動機。

控制面板上設(shè)有啟動按鈕、停止按鈕和調(diào)節(jié)控制按鈕，調(diào)節(jié)控制按鈕與PLC控程序控制器、進水電磁閥、排水電磁閥、脫水電磁閥相適配。

二、硬件組成

（一）西門子S7-200 CPU224可編程控制器

該可編程控制器屬于小型PLC，在結(jié)構(gòu)設(shè)計上比較緊湊，價格合理，功能強大，它使用超級電容器存儲器的數(shù)據(jù)保護，消除了對鋰電池的依賴[1-2]，可以處理12點模擬量輸入和4點模擬輸出。PLC多達4個中斷控制輸入，每個中斷輸入相應(yīng)的時間都很小，只有0.2ms左右，可編程控制器還有日期和時間的中斷控制功能。西門子S7-200 CPU224可編程控制器，有16個DC輸入點，10個DC晶體管輸出點。

（二）電動機

洗衣機脫水時消耗功率大于洗滌時的功率，所以以脫水時消耗功率為選擇依據(jù)，一般選用單相電容運轉(zhuǎn)式異步電動機。

（三）傳感器

主要包括衣質(zhì)傳感器、水位傳感器和渾濁度傳感器。

衣質(zhì)傳感器選擇電阻傳感器，在洗滌之前用來測定所洗衣物屬于棉類還是化纖類。

水位傳感器選擇的是諧振式水位傳感器，它滿足連續(xù)的水位檢測。

渾濁度傳感器采用紅外光電傳感器，由它判斷出水的渾濁程度，滿足對洗衣時液體渾濁度的實時監(jiān)控，根據(jù)對不同渾濁度的水的處理要求，控制進水量的大小，從而達到節(jié)水的目的。

（四）變頻器

變頻器的控制原理是將工業(yè)現(xiàn)場的交流電轉(zhuǎn)變?yōu)橹绷麟姡缓笸ㄟ^變頻器的內(nèi)部運算和外部命令輸入等信號，將直流電轉(zhuǎn)變?yōu)楝F(xiàn)場電動機控制的交流電。這種交流電是可以調(diào)節(jié)的，通過調(diào)節(jié)可以改變電動機的轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)矩。根據(jù)設(shè)計要求，本次設(shè)計采用PF753變頻器對電動機進行調(diào)節(jié)輸出。變頻器的各項保護可通過輸入輸出端口進行輸出顯示。變頻器接線主要分為兩部分，首先是電源線和電機線，按照相序要求正確接線；其次是控制線路，控制線包括運行使能線、正轉(zhuǎn)反轉(zhuǎn)命令、多段速度輸入命令以及使能輸入。

三、電氣控制設(shè)計

節(jié)能洗衣機的洗衣筒即外筒固定，作盛水用，脫水筒即內(nèi)筒可以旋轉(zhuǎn)，作脫水用，它們是同軸安放的?？刂葡到y(tǒng)發(fā)出需要進水信號時，進水閥接通，水經(jīng)進水管注入外筒；發(fā)出排水信號時，使排水閥打開，此時水由外筒排出到機外。洗滌時根據(jù)信號電動機驅(qū)動波盤實現(xiàn)正、反轉(zhuǎn)，此時脫水筒并不旋轉(zhuǎn)。脫水時根據(jù)輸出信號要求，通過電控系統(tǒng)將離合器合上，由洗滌電動機帶動內(nèi)筒正轉(zhuǎn)進行甩干。

（一）節(jié)能洗衣機控制系統(tǒng)動作流程

節(jié)能洗衣機控制系統(tǒng)順序功能如圖2所示。

（二）程序控制設(shè)計

1.系統(tǒng)啟動程序設(shè)計：節(jié)能洗衣機在系統(tǒng)啟動的時候，應(yīng)確保排水閥關(guān)閉，報警器復位，計數(shù)器和時間繼電器復位，在此基礎(chǔ)上進行啟動。

2.進水閥程序設(shè)計：進水閥根據(jù)系統(tǒng)指令啟動后，自動加水，當水位超過高液位傳感器時，進水閥關(guān)閉。

3.電機正反轉(zhuǎn)程序設(shè)計：當進水閥關(guān)閉后，進行時間延時，延時時間到，開始進行正轉(zhuǎn)或反轉(zhuǎn)高速洗滌輸出。在時間延時過程中，當正轉(zhuǎn)高速洗滌時間到，則開始下一步動作輸出。當渾濁度傳感器接通后，轉(zhuǎn)為正轉(zhuǎn)和反轉(zhuǎn)低速洗滌輸出。

圖2 節(jié)能洗衣機控制系統(tǒng)順序功能圖

4.排水閥和脫水閥程序設(shè)計：當計數(shù)滿時，排水閥打開；當?shù)鸵何粋鞲衅鹘油〞r，排水閥關(guān)閉。同時當?shù)鸵何粋鞲衅骰蛘咭沦|(zhì)傳感器接通時，脫水閥打開，并進行時間延時，延時時間到，脫水閥關(guān)閉。程序設(shè)計如圖3所示。

圖3 排水閥和脫水閥程序

四、組態(tài)設(shè)計

工業(yè)現(xiàn)場大量使用PLC，使觸摸屏技術(shù)得到越來越廣泛的應(yīng)用。根據(jù)控制要求，操作畫面上設(shè)置了系統(tǒng)啟動，高、低液位傳感器，渾濁度傳感器，衣質(zhì)傳感器和系統(tǒng)停止等輸入信號按鈕，并設(shè)置了正、反轉(zhuǎn)高速洗滌，正、反轉(zhuǎn)低速洗滌，進水閥，排水閥和脫水閥等輸出指示燈。圖4為控制系統(tǒng)HMI操作畫面?？刂葡到y(tǒng)的應(yīng)用具有更加方便、直觀的特點。

圖4 控制系統(tǒng)HMI操作畫面

五、結(jié)語

PLC控制在節(jié)能洗衣機控制系統(tǒng)中獲得成功應(yīng)用。在洗衣機控制系統(tǒng)中，衣服的洗滌和脫水工作由可編程控制器控制完成。實踐表明，該方法提高了工作效率，可以適應(yīng)任何惡劣的工作環(huán)境，參數(shù)設(shè)置可以根據(jù)實際需要設(shè)定，以滿足各種不同洗衣要求。