王玉萍,叢曉霞,邵峰

（河南科技學(xué)院,河南新鄉(xiāng)453003）

近年來隨著國民經(jīng)濟的飛速發(fā)展,人民生活水平不斷提高,洗滌行業(yè)產(chǎn)業(yè)化進程明顯加快,社會對工業(yè)洗衣機的需求不斷增加.工業(yè)洗衣機廣泛應(yīng)用于服裝廠、水洗廠、工礦企業(yè)、學(xué)校、賓館酒店、醫(yī)院.自1911年世界上第一臺洗衣機問世,工業(yè)洗衣機就相伴而生[1].由于我國洗滌行業(yè)產(chǎn)業(yè)化發(fā)展緩慢,使工業(yè)洗衣機的發(fā)展相對落后于家用洗衣機的發(fā)展.而機電技術(shù)的快速發(fā)展,為工業(yè)洗衣機性能的進一步提升奠定了基礎(chǔ)[2].本文以PLC為核心,采用變頻技術(shù)、傳感器技術(shù),實現(xiàn)了工業(yè)洗衣機的自動化控制,該設(shè)計簡化了工業(yè)洗衣機的機械結(jié)構(gòu)和控制電路結(jié)構(gòu),在減輕工人勞動強度的同時降低了工業(yè)洗衣機的能耗,提高了系統(tǒng)的可靠性,彌補了傳統(tǒng)洗衣機在工業(yè)領(lǐng)域上應(yīng)用的不足[3].

1 工業(yè)洗衣機控制系統(tǒng)組成及功能

1.1 系統(tǒng)構(gòu)成

目前工業(yè)洗衣機多由內(nèi)筒、外筒、多速電機、支撐裝置、傳動裝置、控制電路組成[4].工作原理：由三角帶及帶動傳動裝置,將電機產(chǎn)生的動力傳送到內(nèi)筒和外同,采用繼電接觸器控制方式實現(xiàn)電機的正反轉(zhuǎn),定時裝置為傳統(tǒng)的機械結(jié)構(gòu).總體結(jié)構(gòu)復(fù)雜、體積大、重量大、噪音大、電氣控制方式落后,故障率高,可靠性差.改進后的工業(yè)洗衣機,去除了中間復(fù)雜的機械傳動裝置,只需一臺普通的三相鼠籠式異步電動機,控制系統(tǒng)以PLC為核心,利用變頻器,傳感器實現(xiàn)電機的自動化控制,使工業(yè)洗衣機性能得到了很大的改善.系統(tǒng)主要由可編程控器、水位、溫度檢測系統(tǒng)、進水系統(tǒng)、排水系統(tǒng)、變頻調(diào)速系統(tǒng)、電機等組成,其結(jié)構(gòu)如圖1所示.

圖1 工業(yè)洗衣機控制系統(tǒng)構(gòu)成Fig.1 Industrial washing machine control system

1.2 系統(tǒng)功能

設(shè)計控制系統(tǒng)以PLC為核心,它接受來自啟動按鈕、停止按鈕、水位傳感器、溫度傳感器等輸入信號,通過程序控制進水排水電磁閥、加熱器、電機等執(zhí)行機構(gòu).系統(tǒng)自動判斷水溫、水位、衣質(zhì)衣量、衣物的臟污情況,決定投放適量的洗滌劑并選擇最佳的洗滌程序.當洗衣桶內(nèi)衣物的多少和質(zhì)地不同,注入相同水位的水時,其總重量是不同的,利用這一點,通過對洗衣電動機低速轉(zhuǎn)動后的慣性測量,可以判斷衣質(zhì)和衣量.方法是：在洗衣桶內(nèi)注入一定量的水后使電機低速運轉(zhuǎn),平穩(wěn)后快速斷電,洗衣桶在慣性作用下帶動電機繼續(xù)轉(zhuǎn)動.此時,電機繞組產(chǎn)生反電動勢,對其半波整流并放大整形后獲得一矩形脈沖系列.通過分析脈沖個數(shù)和脈沖寬度.就能得到衣質(zhì)衣量情況.衣物的臟污程度是通過排水口水的透明度來判斷的.在洗衣機的排水口處安裝一個光電傳感器,若水的透明度低,光電傳感器接收到的光能小,說明衣物較臟.工業(yè)洗衣機工作流程由進水、洗衣、排水和脫水4個過程組成,這4個過程可做到全自動依次運行,直至洗衣過程結(jié)束[5-6].

2 硬件電路設(shè)計

2.1 PLC的選型

可編程控制器的設(shè)計和開發(fā)是以工業(yè)控制為前提,信號處理時間短,速度快.能滿足各個領(lǐng)域大、中、小型工業(yè)控制要求,系統(tǒng)配置簡單靈活,可靠性高.根據(jù)工業(yè)洗衣機的工作流程及輸入輸出設(shè)備的數(shù)量和控制要求,本系統(tǒng)選用松下公司的FP1-C40型PLC.該產(chǎn)品標準型,I/O點數(shù)40,工作電壓100～240 V,繼電器輸出方式.

2.2 電機主電路

工業(yè)洗衣機在洗滌和脫水時電機轉(zhuǎn)速相差很大,一般為多臺籠式電機采用離合器切換運轉(zhuǎn)或者使用多速電機加上離合器、皮帶輪及正反轉(zhuǎn)開關(guān)等機械裝置實現(xiàn)速度調(diào)節(jié),機械結(jié)構(gòu)復(fù)雜,故障率高.本設(shè)計采用一臺普通的鼠籠式異步電動機,配套選擇一臺通用型變頻器,實現(xiàn)電機的調(diào)速,轉(zhuǎn)速開環(huán)控制,無速度傳感器,控制電路簡單,性價比高.通過PLC控制變頻器的外接輸入端子X1、X2、X3的不同組合,可得到8擋轉(zhuǎn)速,能夠滿足洗衣過程對轉(zhuǎn)速的要求.電機主電路如圖2所示.

圖2 電機主電路Fig.2 The main circuit of the motor

2.3 溫度及濁度的檢測

為了改善工業(yè)洗衣機的洗滌效果,增加水溫控制功能,采用電加熱器和鉑電阻溫度傳感器控制水溫.該傳感器由精密級鉑熱電阻元件和經(jīng)特殊工藝處理的防護套組成,并用三芯屏蔽信號電纜線從敏感元件引出用于測量,采用三線測量法測量,以減少導(dǎo)線電阻引起的測量誤差.鉑電阻溫度傳感器具有極佳的可互換性和長期穩(wěn)定性,接線方法如圖3所示.安裝在排水口用來檢測衣物潔凈度的光電傳感器,選用NPN型常開（或常閉）漫反射式光電傳感器,其接線方法如圖4所示.

圖3 溫度傳感器接線電路Fig.3 temperature sensor wiring circuit

圖4 光電傳感器接線電路Fig.4 photoelectric sensor wiring circuit

2.4 PLC的I/O口分配及其外圍接線電路

FP1-C40型PLC共有40個輸入輸出端口,其中輸入24點,輸出16點,I/O口分配如表1所示.PLC外圍接線圖如圖5所示.

圖5 系統(tǒng)控制電路Fig.5 System control circuit

按下啟動按扭,工作指示燈L1亮,系統(tǒng)檢測到門關(guān)閉信號后,進水電磁閥線圈YV1通電,進水電磁閥打開,開始進水,當水位達到一定量后使電機低速運轉(zhuǎn),平穩(wěn)后快速斷電,衣質(zhì)衣量傳感器檢測到信號后,洗滌液電磁閥線圈YV3,注入適量的洗滌液,同時進水閥再次打開繼續(xù)進水,高水位傳感器檢測到信號時,關(guān)閉進水電磁閥,停止進水,5 s后開始洗滌,電機正轉(zhuǎn)25 s,暫停2 s,然后開始反轉(zhuǎn)洗滌,待反轉(zhuǎn)洗滌25 s后暫停3 s,如此循環(huán),洗滌結(jié)束后,排水電磁閥線圈YV2通電,開始排水,排空后（水位傳感器檢測到低水位信號）開始脫水,并繼續(xù)排水脫水10 s即完成一次從進水到脫水的工作循環(huán)過程.按照PLC設(shè)定的程序洗滌過程結(jié)束后,結(jié)束指示燈L2亮,同時蜂鳴器BE得電報警[7].

3 結(jié)論

系統(tǒng)采用可編程控制器作為工業(yè)洗衣機的控制核心,實現(xiàn)了工業(yè)洗衣機的智能化控制.變頻器的應(yīng)用很好地解決了由于工業(yè)洗衣機負載大,調(diào)速性能要求高的問題.并且達到了洗滌行業(yè)節(jié)能的要求,降低了企業(yè)的運行成本,大大減輕了工人的勞動強度.

[1]賈國華.單片機在洗衣機中的應(yīng)用研究[J].電子技術(shù),2012（4）：22-23.

[2]羅及紅.全自動洗衣機控制電路的PLC自動控制[J].電子世界,2012（1）：57-58.

[3]廖興展.工業(yè)洗衣機的 PLC控制[J].機械與電氣,2010（7）：49-50.

[4]張道德,楊光友.APMS-10G渾濁度傳感器在模糊控制工業(yè)洗衣機中的應(yīng)用[J].儀表技術(shù)與傳感器,2005（5）：45-46.

[5]張秀鳳.工業(yè)洗衣機利用三菱PLC與變頻器的綜合控制[J].價值工程,2012（4）：42.

[6]陳曉軍,朱云開,張建.基于PLC的投幣式洗衣機控制系統(tǒng)設(shè)計[J].機械制造與自動化,2009（3）：161-162,164.

[7]李良仁,王兆晶.變頻調(diào)速技術(shù)與應(yīng)用[M].北京：電子工業(yè)出版社,2004.