基于PLC的全自動洗衣機控制系統(tǒng)設(shè)計

石慶明 貴州大學 大數(shù)據(jù)與信息工程學院

1 緒論

1.1 研究背景

在全球經(jīng)濟發(fā)展的浪潮中，中國經(jīng)濟也得到飛速的發(fā)展，大多數(shù)家庭都已開始使用全自動洗衣機。不僅如此，洗衣機在工業(yè)領(lǐng)域中也被普遍使用，其主要用于洗滌毛、絲、纖以及棉等面料。所以，賓館、醫(yī)院、學校、工廠等地方是工業(yè)洗衣機主要涉及的領(lǐng)域，并大都能完成該類領(lǐng)域?qū)ο匆鹿δ艿囊?。但由于老舊洗衣機通常會由繼電器組成，因此無法滿足人們對洗衣機自動一體化功能的要求。此外，洗衣機以往的半自動化逐漸轉(zhuǎn)變?yōu)橐惑w化，通俗的講，只要把衣服放入洗衣機內(nèi)，加入洗滌劑，啟動洗滌程序，在程序結(jié)束后，根據(jù)人們對衣物的判斷標準就可以判斷洗衣機全自動一體化的功能，用戶也可以根據(jù)自身情況設(shè)定出自己想要的時間和程序。這樣會節(jié)省消費者的時間與精力，給人們的生活帶來極大的便利。

1.2 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀

以往，在全自動洗衣機系統(tǒng)剛盛行時，存在著眾多的缺點，例如：控制功能較為簡單、控制系統(tǒng)不夠完善等。起初對于全自動洗衣機的設(shè)計思想還停留在人工洗滌中，對于衣物的總重以及材料等人工模擬量較為模糊。在經(jīng)過一系列的推算模擬后才得出相應的概念。此概念由軟件進行總結(jié)設(shè)計，并制定出相應的系統(tǒng)規(guī)則。最后，再由控制器以及設(shè)計的規(guī)則進行操控，并輸出至執(zhí)行機構(gòu)，完成洗衣。

1.3 設(shè)計目標

本文中所設(shè)計的工業(yè)全自動系以機需擁有以下幾個功能：

(1）自動運行規(guī)則程序

(2）自動辨別總物是否超重

(3）自動辨別漂洗要求

(4）洗衣過程自動完成（給水、洗滌、漂洗、脫水、排水、提示等）

在整個系統(tǒng)中，所使用的硬件都要擁有編程簡單、電路簡單、易讀取、可靠性高、耗能低、使用壽命長、價格優(yōu)惠以及運行速度快等優(yōu)點。并能依據(jù)用戶的洗衣要求，將洗衣程序設(shè)定為手動模式以及自動模式，在啟動洗衣機的全自動模式后，洗衣機會按標準完成制定的程序，包括重量辨別、自動給水、自動漂洗以及排水等。整個洗衣過程由PLC進行預編工作，其中注水與脫水過程會依據(jù)用戶所設(shè)定的時間進行。若洗衣機程序設(shè)為手動模式時，用戶可通過按下電源或者暫停按鈕停止洗衣過程。在此洗衣過程可調(diào)節(jié)控制水位，可以根據(jù)需要讓洗衣機進行脫水或者排水等操作。對于整個洗衣過程而言，每個階段的運行狀態(tài)以及時間都可以自己設(shè)定，最大程度上滿足用戶對衣物清洗的要求。

2 工業(yè)洗衣機結(jié)構(gòu)和控制方案設(shè)計

2.1 洗衣機結(jié)構(gòu)

圖2-1 洗衣機的基本結(jié)構(gòu)

全自動洗衣機的內(nèi)外筒由同一個中心安裝，分別是脫水桶與盛水桶，并由外筒進行固定，其作用為盛水，內(nèi)桶四周排列眾多的小孔，可通過快速旋轉(zhuǎn)使衣物達到脫水的目的。電磁閥的通判決定著洗衣機的進水和排水。波盤的作用為為清洗衣物，利用電動機驅(qū)動實現(xiàn)對衣物的清洗，此時的內(nèi)筒不能進行旋轉(zhuǎn)。在洗衣機進行正常清洗時，電磁離合器斷電，并與波盤相連，在脫水開始時，電磁離合器通電，此時的電動機將帶動內(nèi)筒快速旋轉(zhuǎn)，進而實現(xiàn)脫水。

2.2 工業(yè)洗衣機的特點

家用洗衣機與工業(yè)洗衣機的主要區(qū)別在于用量的大小，一般的工業(yè)洗衣機容量大多是50公斤至300公斤。而工業(yè)洗衣機所處的工作環(huán)境普遍比較惡劣，例如：水洗廠、酒店、醫(yī)院、工礦企業(yè)以及服裝廠等。因此，工業(yè)洗衣機的內(nèi)外筒的制作材料通常為精制不銹鋼板，此材料具有高耐磨耐腐蝕性以及平整光滑的優(yōu)點，最大程度上減小對衣物的磨損，并不會損壞衣物制作材料，達到延長機器壽命的工作要求。工業(yè)洗衣機中的衣服渾濁辨別功能與重量檢測功能，會及時在洗衣機進行超負荷狀態(tài)下停止，并依據(jù)水的渾濁程度自動辨別下一步的漂洗需求，不僅大幅度降低電能消耗，還能減少對環(huán)境的污染。不僅如此，工業(yè)洗衣機在洗衣過程中擁有運轉(zhuǎn)平穩(wěn)以及振動幅度較小等特點，大大延長其使用壽命。

3 硬件選型

3.1 電動機的選型

根據(jù)工業(yè)洗衣機的實際用量，本次設(shè)計所設(shè)定的最大洗衣容量為100公斤，其尺寸為1760×1915×2100（mm），其轉(zhuǎn)筒實際尺寸為Φ950×1420（mm）。

電容起動電機具有啟動快、結(jié)構(gòu)簡單以及轉(zhuǎn)速平穩(wěn)的特點，波輪洗衣機通常會運用電機的轉(zhuǎn)矩的高起動以及高速進行工作。

帶式磁極電極具有結(jié)構(gòu)簡單、運行聲音小以及生產(chǎn)成本低廉等優(yōu)點。但缺點也是非常顯而易見的，例如：機器的負載與轉(zhuǎn)速成反比。所以，此電機在小負荷應用場所更加適用。本次的研究設(shè)計依據(jù)工業(yè)洗衣機的實際使用情況，將洗衣容量設(shè)定為不超過0.1T，采用的電機為三相異步電機Y1601-8，其功率為7.5KW、轉(zhuǎn)速為720轉(zhuǎn)每分鐘。

3.2 PLC的選型

工業(yè)洗衣機集式選用24輸入與16輸出，其輸入與輸出達到40，而在本次研究設(shè)計設(shè)定的輸入點I有14個，輸出點O有13個。并根據(jù)實際洗衣需求，采用S7-200PLC可編程控制器作為主控部件。該可編程控制器的優(yōu)點眾多：指令集豐富、實時特性強、可靠性極高、便于操作掌握、抗干擾能力強以及通訊能力強勁，不僅如此接觸器線圈以及繼電器位于輸出端時可直接驅(qū)動。而在S7-200系列中又有眾多之分，如：CPU221、CPU224、CPU224XP、CPU22XM。在這其中，為滿足設(shè)計要求，選用S7-200CPU226，因為S7-200CPU226具有24個輸入與16個輸出。

4 結(jié)論

全自動洗衣機的洗滌、排水以及脫水時間是由子元件定時器與計數(shù)器進行控制的，所用程序運行時間的要求都可以通過改變參數(shù)設(shè)定進而實現(xiàn)。

因為大多數(shù)洗衣機都是基于PLC模型進行設(shè)計的，所以功能方向都大同小異，為保證全自動洗衣機具有多種功能，可選用不同品種不同系列的CPU去實現(xiàn)。

全自動洗衣機的水洗、漂白、排水、脫水可根據(jù)用戶的需求進行修改，而用戶則可以通過改變CPU程序進而實現(xiàn)單步操作的功能。

對于設(shè)計的人性化方面，可以添加多種輔助裝置，例如：指示燈以及提示鈴等。保證全自動洗衣機具有控制特色的同時，也要考慮其結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定以及成本價格的合理。

運用組態(tài)調(diào)控的PLC時，需要在程序啟用前將中間繼電器接為實際輸入開關(guān)，其次把中間繼電器的屬性調(diào)為讀寫。