陳寶森 楊桂華

（桂林理工大學機械與控制工程學院，廣西 桂林 541004）

基于PLC的工業(yè)洗衣機控制系統(tǒng)設計

陳寶森 楊桂華

（桂林理工大學機械與控制工程學院，廣西 桂林 541004）

采用西門子S7-300 PLC結合變頻器MM440控制電機變頻調(diào)速，實現(xiàn)全自動型工業(yè)洗衣機的設計，具有洗滌、漂洗、脫水全自動功能。文章介紹了系統(tǒng)功能，硬件電路工作原理和軟件程序流程。

工業(yè)洗衣機；S7-300 PLC；MM440

1 引言

隨著社會的不斷發(fā)展，工廠不斷的增加，工人每天的工作服又臟又難洗，洗衣服成了一件煩心事；隨著人類的生活水平不斷提高，旅游業(yè)的發(fā)展也帶動了酒店業(yè)的發(fā)展，相應每天就會產(chǎn)生大量的換洗被套、床單，清洗成了一項非常麻煩的事。隨之，就出現(xiàn)了工業(yè)洗衣機。現(xiàn)代的工業(yè)洗衣機具有很強大的功能，在容量方面一般可以洗15kg～100kg織物，在工廠、水洗廠、工礦企業(yè)、學校、賓館、酒店、醫(yī)院等洗衣房具有廣泛應用［1］，是大批量洗衣，提高效率的理想設備。

2 系統(tǒng)控制方案

2.1 系統(tǒng)功能描述

本工業(yè)洗衣機采用滾筒洗衣方式，設計洗衣容量為100kg。能夠滿足洗大量的織物，使用次數(shù)頻繁的需要，可適用于酒店、工廠洗衣房等。此次的設計是全自動型洗衣機，具有洗衣機進水、排水、加熱、洗滌、漂洗、脫水、報警的全自動循環(huán)功能。洗衣機有多種洗衣模式選擇，分別有普通洗，超強洗，手動脫水，手動漂洗，溫度選擇，洗滌物超重提示，同時可根據(jù)洗滌物重量調(diào)整給水量，根據(jù)漂洗時水的濁度來決定漂洗次數(shù)，從而達到節(jié)約用水的目的。

2.2 系統(tǒng)控制方案

溫度選擇功能有具有電加熱和鍋爐加熱兩種方式，采用撥動開關進行選擇；電加熱適用于30kg以下，使用大功率電熱管加熱；鍋爐加熱則沒有重量要求，洗滌時使用熱水閥進水；當溫度達到90℃時還具有殺菌效果。重量檢測可自動測出衣服的重量來選擇給水量，可通過水位開關來實現(xiàn)；同時還具有超重功能提示，當衣物超重后洗衣機無法開始工作。濁度檢測可檢測漂洗時水的濁度來確定漂洗次數(shù)，漂洗次數(shù)最多為4次，到達4次之后如果還不干凈只能手動漂洗。電子門鎖具有檢測與執(zhí)行作用，主要功能是檢測門鎖是否鎖住，如果未鎖住則不進行洗滌程序，并報警。

控制系統(tǒng)的組成包括：可編程控制器、變頻器、三相異步電動機、熱水進水電磁閥、冷水進水電磁閥、排水電磁閥、水位開關、安全門開關、固態(tài)繼電器、加熱器、溫度傳感器、重力傳感器、濁度傳感器。

控制系統(tǒng)結構圖如圖1所示：

圖1 控制系統(tǒng)結構圖

3 系統(tǒng)設計

3.1 控制系統(tǒng)硬件設計

3.1.1 PLC選型

PLC選擇西門子S7-300系列。S7-300是德國西門子公司生產(chǎn)的可編程序控制器（PLC）系列產(chǎn)品之一。其模塊化結構、易于實現(xiàn)分布式的配置以及性價比高、電磁兼容性強、抗震動沖擊性能好，使其在廣泛的工業(yè)控制領域中，成為一種既經(jīng)濟又切合實際的解決方案［2］。

S7-300與各模塊連接圖如圖2所示：

圖2 S7-300與各模塊連接圖

3.1.2 變頻器

由于100kg洗衣機需使用11kw的三相異步電機的，所以變頻器使用西門子MM440變頻器。

該變頻器帶有一個集成制動斬波器，即使在制動和短減速斜坡期間，也能以突出的精度工作。所有這些均可在 0.12 kW（0.16 HP）直至250 kW（350 HP）的功率范圍內(nèi)實現(xiàn)。

MM440變頻器可以在其操作面板進行相關的參數(shù)設置，變頻器的“3、4”端口和“10、11”端口為模擬量輸入端口，對應為模擬輸入1和模擬輸入2?？赏ㄟ^設置P0701參數(shù)值為1，使數(shù)字輸入端口“5”具有正轉的控制功能；設置 P0702參數(shù)值為2，使數(shù)字輸入端口“6”具有反轉控制功能，設置P1000為2可設定頻率由模擬量通道ΑINI輸入。在I/O口18端口旁邊有兩個撥碼開關，用來選擇模擬量輸入類型，其中DIP1對應模擬輸入1，DIP2對應模擬輸入2。當輸入電壓信號的時候將DIP開關打到下面，當輸入電流信號的時候將DIP開關打到上面［3］。

（1）變頻器采用模擬量控制電機時S7-300 PLC數(shù)字量/模擬量輸出地址如表1：

表1 PLC輸出地址表

（2）MM440快速參數(shù)設置如表2：

表2 MM440快速參數(shù)設置表

3.1.3 PLC I/O分配表

PLC I/O分配表如表3：

表3 PLC I/O 分配表

3.2 I/O硬件接線圖

PLC及變頻器接線圖如圖3所示：

圖3 PLC及變頻器接線圖

3.3 控制系統(tǒng)軟件設計

3.3.1 模式選擇

普通洗模式下，開始正轉30s后，暫停5s接著反轉30s，然后暫停5s接著正轉30s，如此反復5次，轉速控制在30r/min。

超強洗模式下，開始正轉35s后，暫停4s接著反轉35s，然后暫停4s接著正轉35s，如此反復6次，轉速控制在35r/min。

漂洗模式下，洗衣機檢測洗滌水排完后，開始進水，然后正轉25s后，暫停3s接著反轉25s，暫停3s接著正轉25s，如此反復3次，然后排水，轉速控制在40r/min。

脫水模式下，洗衣機檢測漂洗的水排完后，開始正轉 8分鐘，轉速700r/min。

3.3.2 控制要求

工業(yè)洗衣機控制要求如下：

（1）洗衣機通電，PLC工業(yè)洗衣機投入運行，進入待機狀態(tài)準備啟動。

（2）按啟動按鈕，洗衣機開始工作。可顯示洗滌物重量相應的水位。

（3）洗衣機重力傳感器檢測所洗滌物是否超重，如果超重將提示，門鎖電源斷開且洗衣機不工作。

（4）洗衣機PTC電子門鎖檢測洗衣機門是否關好。是，則可進行洗滌。否，則未鎖提示燈亮，且工業(yè)洗衣機無法開始工作。并且在按選擇模式按鈕時蜂鳴器響。

（5）如若洗衣機門關好到位，PTC電子門鎖通電加熱發(fā)熱元件，洗衣機門鎖住，洗衣過程不可開門。

（6）溫度撥動開關，可選擇電加熱和鍋爐熱水兩種方式，電加熱溫度從 0～100℃可調(diào)（選擇 0℃時以水的常溫為起始溫度，即不使用加熱功能）。

（7）接著可選普通洗模式、超強洗模式、手動漂洗模式、手動脫水模式。

（8）洗衣機開始進水，并且根據(jù)洗滌物重量決定給水量。洗衣機進水的同時，加熱程序啟動。且本次洗滌只進行一次加熱。

（9）洗衣機洗滌程序開始。

（10）洗滌程序結束后，漂洗程序開始。

（11）濁度傳感器檢測洗衣水的濁度，決定漂洗次數(shù)，最多漂洗不能超過4次，如果超過4次之后濁度仍然不達標，洗衣機將不再漂洗。

（12）漂洗程序結束后，脫水程序開始。

（13）脫水水完成后程序結束且結束指示燈亮。蜂鳴器響兩秒后停止。

3.3.3 工業(yè)洗衣機程序流程圖

工業(yè)洗衣機程序流程圖如圖4。

圖4 程序流程圖

4 程序仿真調(diào)試

本次的工業(yè)洗衣機采用西門子的 S7-PLCSIM V5.4仿真軟件進行程序的調(diào)試與仿真。

S7-PLCSIM，是西門子公司團隊開發(fā)的可編程控制器模擬軟件，它在Step7集成狀態(tài)下實現(xiàn)了無硬件模擬，是一個可以用 STEP 7工具來監(jiān)視和調(diào)試程序的軟件。

啟動仿真軟件，按下啟動按鈕I0.0之后啟動洗衣機，運行燈Q4.0得電并自鎖；撥動開關選擇I1.4電加熱方式，溫度設置80℃。接下來是超重及水位顯示測試，依次設置洗滌物重量為28kg、60kg、80kg，洗衣機依次顯示相應的低水位、中低水、高水位；當設置洗滌物為 105kg時，洗衣機超重指示燈Q5.7亮起，設置為27kg時超重狀態(tài)解除，電子門鎖Q4.3得電，洗衣機門鎖住。按下普通洗按鈕，洗衣機開始根據(jù)重量進水，待加水達到低水位后I1.0為1，加熱程序啟動，固態(tài)繼電器接通加熱管，等待溫度達到80℃后，加熱停止。洗滌開始正反轉，待正反轉達到 5次之后，開始排水，洗滌正反轉計數(shù)器為 0觸發(fā)漂洗程序，漂洗啟動，漂洗時電機正反轉完成3次循環(huán)后，漂洗正反轉計數(shù)器為0，第一次漂洗結束，設置濁度達不到要求，洗衣機繼續(xù)再漂洗 3次，漂洗結束。脫水開始，脫水正轉 8分鐘后，結束指示燈亮，洗衣結束。按下停止按鈕，洗衣機恢復初始狀態(tài)。

5 結束語

洗衣機從手搖木制時代、蒸汽動力時代、電動動力時代經(jīng)過了30多年的發(fā)展；到了70年代出現(xiàn)了全自動型工業(yè)洗衣機，工業(yè)洗衣機朝著高度智能化、大型化、功能多樣化不斷發(fā)展。采用PLC控制的工業(yè)洗衣機具有硬件比較簡單，編程方面相對簡單，并且可容易測試，維修費用少且方便，可滿足各種場合的需要。

［1］ 曾祥進，黃傲成.基于 STC11F32XE的工業(yè)洗衣機原料智能加劑系統(tǒng)研究［J］.軟件導刊，2013（10）:95-97.

［2］ 張銳麗，王洪.電機轉速遠程監(jiān)測和控制［J］.消費電子，2013（10）:176.

［3］ 馬寧，孔紅. S7-300 PLC和MM440變頻器的原理與應用［M］.北京:機械工業(yè)出版社，2006.

Design of industrial washing machine control system based on PLC

The SIEMENS PLC S7-300 is combined with frequency converter MM440 to control motor speed， and design of automatic industrial washing machine is realized. It has complete automatic function of washing， rinsing and dehydration. The system function， the principle of hardware circuit， and the software design process of the device are presented.

Industry washer； S7-300； MM440

TH122；TP27

Α

1008-1151（2016）06-0049-03

2016-05-10

陳寶森（1991-），男，桂林理工大學機械與控制工程學院學生，研究方向為自動化；楊桂華（1971-），女，桂林理工大學機械與控制工程學院副教授，研究方向為計算機檢測與控制。