九州職業(yè)技術(shù)學(xué)院 趙慧娟

一種PLC控制的工業(yè)洗衣機(jī)

九州職業(yè)技術(shù)學(xué)院 趙慧娟

工業(yè)洗衣機(jī)的洗衣效率高、實(shí)用性強(qiáng)，應(yīng)用廣泛。文章利用PLC（可編程控制器）對(duì)工業(yè)洗衣機(jī)實(shí)現(xiàn)自動(dòng)控制。針對(duì)工業(yè)洗衣機(jī)的工作原理，文章分別從硬件和軟件兩部分進(jìn)行闡述。通過(guò)對(duì)水位傳感器、進(jìn)水閥、出水閥、變頻器、PLC的選擇、PLC流程狀態(tài)圖的設(shè)計(jì)，實(shí)現(xiàn)對(duì)工業(yè)洗衣機(jī)的控制。由于PLC的通訊功能，該設(shè)計(jì)還可以實(shí)現(xiàn)多臺(tái)工業(yè)洗衣機(jī)的控制。

PLC；工業(yè)洗衣機(jī)；自動(dòng)控制；變頻器

1　引言

工業(yè)洗衣機(jī)從世界上第一臺(tái)洗衣機(jī)問(wèn)世就相伴而生。工業(yè)洗衣機(jī)適用于洗滌各種毛紡、棉織、化纖混紡等衣物織品，在服裝廠、工礦企業(yè)、學(xué)校、酒店、醫(yī)院等的洗衣房具有廣泛應(yīng)用，是減輕勞動(dòng)強(qiáng)度，提高工作效率，降低能耗的理想設(shè)備。工業(yè)洗衣機(jī)采用滾筒式設(shè)計(jì)，承載量大，最大容量可達(dá)到500公斤，滾筒自動(dòng)正反旋轉(zhuǎn)運(yùn)行，采用變頻及蝸輪減速機(jī)，齒輪鏈條傳動(dòng)，衣物在洗滌過(guò)程中不纏繞，洗滌效果好。

2　PLC控制工業(yè)洗衣機(jī)的優(yōu)點(diǎn)

傳統(tǒng)自動(dòng)洗衣機(jī)，一般采用單片機(jī)為控制單元。單片機(jī)一般采用C語(yǔ)言進(jìn)行編程，編程指令復(fù)雜。工業(yè)洗衣機(jī)中，不同種類(lèi)的衣物需要不同的洗滌方式，脫水方式也不相同，這樣使得單片機(jī)的編程也相對(duì)復(fù)雜。系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)的時(shí)候，單片機(jī)控制的洗衣機(jī)需要有電壓、電流保護(hù)、欠壓保護(hù)、過(guò)載保護(hù)等，使得單片機(jī)的外圍設(shè)備相對(duì)復(fù)雜，隱含的故障率高，無(wú)形增加使用過(guò)程中的維修成本。由于PLC是整體模塊，硬件和編程語(yǔ)言簡(jiǎn)單，維修方便，可以很好地克服單片機(jī)控制存在的缺點(diǎn)。PLC控制的工業(yè)洗衣機(jī)，控制系統(tǒng)靈活、可靠。由于其通訊聯(lián)網(wǎng)功能，可以實(shí)現(xiàn)一個(gè)控制面板控制多臺(tái)洗衣機(jī)工作，提高洗衣的效率。

3　工業(yè)洗衣機(jī)的工作原理

工業(yè)洗衣機(jī)由電動(dòng)機(jī)通過(guò)皮帶變速帶動(dòng)內(nèi)膽快速旋轉(zhuǎn)，并且在定時(shí)器的控制下實(shí)現(xiàn)正反轉(zhuǎn)，帶動(dòng)水和衣物作不同步運(yùn)動(dòng)。衣物和水互相揉搓、摩擦，最終洗凈衣物。圖1中，ST4、ST5、ST6分別為高、中、低水位傳感器，在實(shí)際應(yīng)用中一般采用諧振式水位傳感器來(lái)檢測(cè)水位。YV1、YV2分別是進(jìn)水和排水的電磁閥，電磁閥線圈與220V交流電接通形成磁場(chǎng)。通過(guò)電磁線圈吸合和斷開(kāi)，從而實(shí)現(xiàn)通斷水源。傳感器是PLC的輸入信號(hào)，PLC的輸出線號(hào)決定電磁閥的工作狀態(tài)。洗滌電動(dòng)機(jī)實(shí)現(xiàn)正反轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)波盤(pán)運(yùn)動(dòng)，脫水桶此時(shí)不工作。脫水時(shí)，洗滌電動(dòng)機(jī)帶動(dòng)內(nèi)桶快速旋轉(zhuǎn)進(jìn)行甩干。

圖1　工業(yè)洗衣機(jī)結(jié)構(gòu)原理圖

4　工業(yè)洗衣機(jī)的硬件設(shè)計(jì)

由圖2所示，PLC控制的工業(yè)洗衣機(jī)控制系統(tǒng)以西門(mén)子S7-200型PLC作為核心控制單元。S7-200型PLC具有使用編程簡(jiǎn)單方便，外圍電路簡(jiǎn)單、功能齊全、維護(hù)容易方便等優(yōu)點(diǎn)。使用S7-200型PLC作為控制單元，價(jià)格合理、性能穩(wěn)定可靠，系統(tǒng)配置固定靈活。變頻器可以改變電動(dòng)機(jī)的工作電壓和頻率，控制工業(yè)洗衣電動(dòng)機(jī)的運(yùn)行方向和轉(zhuǎn)速。本系統(tǒng)優(yōu)先采用西門(mén)子M440變頻器，與S7-200型PLC配套使用。

圖2　PLC控制的工業(yè)洗衣機(jī)系統(tǒng)控制圖

在變頻器控制洗衣電動(dòng)機(jī)的運(yùn)行方向和轉(zhuǎn)速時(shí)，輸入輸出端子的接法很重要，如果把接線端子接錯(cuò)會(huì)影響變頻器的正常應(yīng)用。在實(shí)際接線的過(guò)程中，要了解每個(gè)端子所代表的含義，變頻器各端子含義如表1所示。

表1　變頻器的接線端子的含義

工業(yè)洗衣機(jī)的執(zhí)行元件是電動(dòng)機(jī)，起著非常重要的作用。在選擇電動(dòng)機(jī)的時(shí)候，要注意轉(zhuǎn)速和扭力兩方面的要求。調(diào)速性能越好、效率就越高，轉(zhuǎn)速n與頻率f成正比，改變頻率f，就可以改變異步電動(dòng)機(jī)的同步轉(zhuǎn)速n1,從而改變其轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速n,即可改變電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速。變頻器與電機(jī)之間的連接如圖3所示。

圖3　變頻器與電機(jī)的接線圖

在PLC設(shè)計(jì)時(shí)，要合理地選擇I/O分配點(diǎn)數(shù)。根據(jù)分析，本設(shè)計(jì)共有13輸入信號(hào)和8輸出信號(hào)。表2列出工業(yè)洗衣機(jī)的I/O分配表。

表2　系統(tǒng)I/O分配表

圖4　PLC控制狀態(tài)流程圖

5　PLC程序設(shè)計(jì)

工業(yè)洗衣機(jī)的功能控制交給PLC程序來(lái)設(shè)計(jì)，本系統(tǒng)采用順序功能圖來(lái)設(shè)計(jì)程序。順序功能圖編程層次清晰，編程簡(jiǎn)單，尤其適用于按一定順序工作的流程。PLC運(yùn)行時(shí)，編程進(jìn)入初始狀態(tài)，按下高、中、低水位按鈕I0.2、I0.3、I0.4中的任一個(gè)，Q0.0接通，電磁閥打開(kāi)，開(kāi)始進(jìn)水，進(jìn)水完成后T37定時(shí)器停2S，Q0.2接通電機(jī)開(kāi)始正轉(zhuǎn)洗衣，與此同時(shí)T38開(kāi)始計(jì)時(shí)；當(dāng)T38計(jì)時(shí)30S后，正轉(zhuǎn)停止2S。2S后Q0.3接通，電機(jī)開(kāi)始反轉(zhuǎn)30S后，反轉(zhuǎn)停止2S.定時(shí)器T41啟動(dòng)計(jì)數(shù)器C50，正反轉(zhuǎn)循環(huán)5次后電磁閥排水。水排空傳感器檢測(cè)到水已排空，進(jìn)行脫水，并且循環(huán)3次。脫水結(jié)束后，接通Q0.5，報(bào)警器報(bào)警，提醒洗衣過(guò)程結(jié)束。全自動(dòng)工業(yè)洗衣機(jī)控制系統(tǒng)PLC控制狀態(tài)流程圖見(jiàn)圖4。

6　總結(jié)

洗衣機(jī)是國(guó)內(nèi)家電業(yè)唯一不打價(jià)格戰(zhàn)的行業(yè)。隨著經(jīng)濟(jì)的增長(zhǎng)、技術(shù)的發(fā)展，國(guó)產(chǎn)工業(yè)洗衣機(jī)在整體功能和綜合質(zhì)量上都處于世界領(lǐng)先水平。本設(shè)計(jì)系統(tǒng)中，考慮了電動(dòng)機(jī)運(yùn)行方向及轉(zhuǎn)速控制方法，編程方面采用了西門(mén)子S7-200指令，既經(jīng)濟(jì)同時(shí)又滿(mǎn)足了工業(yè)洗衣機(jī)編程的需求。

[1]吳存宏.淺談PLC在全自動(dòng)洗衣機(jī)中運(yùn)用[J].設(shè)計(jì)與開(kāi)發(fā),2009.

[2]王偉.變頻器原理及應(yīng)用.北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2005.

[3]陳建明主編.電氣控制與PLC應(yīng)用[M].北京:電子工業(yè)出版社,2013.

[4]潘海燕.波輪式全自動(dòng)洗衣機(jī)的單片控制[J].電子世界,2013(3).

[5]中國(guó)制冷與暖通空調(diào)信息網(wǎng),洗衣機(jī)迎來(lái)科技時(shí)代.電子文獻(xiàn)類(lèi)標(biāo)識(shí)/載體類(lèi)型表示.http://www.chinarhvac.com/jydq/xy8.htm, 2004-3-4/2006-5-10.

江蘇省高等職業(yè)院校高級(jí)訪問(wèn)工程師計(jì)劃資助項(xiàng)目研究成果（項(xiàng)目編號(hào)2015FG024）。

趙慧娟(1981—)，女，江蘇泰州人，講師，工程碩士在讀，研究方向：控制工程。