黃淑琴

（泰州職業(yè)技術(shù)學(xué)院，江蘇 泰州 225300）

隨著技術(shù)的發(fā)展，現(xiàn)有工業(yè)洗衣機(jī)通過(guò)設(shè)定程序完成自動(dòng)化工作，減輕了工人的負(fù)擔(dān)。但現(xiàn)有工業(yè)洗衣機(jī)存在控制設(shè)計(jì)不合理、結(jié)構(gòu)復(fù)雜且維修困難的問(wèn)題，整體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)不能滿足不同材質(zhì)的衣服的使用要求，也不能滿足對(duì)洗衣時(shí)液體渾濁度的實(shí)時(shí)監(jiān)控和處理要求，無(wú)法實(shí)現(xiàn)節(jié)約用水的目的。

節(jié)能洗衣機(jī)的特點(diǎn)是能自動(dòng)完成洗滌、漂洗和脫水的轉(zhuǎn)換，整個(gè)過(guò)程不需要人工操作。這類洗衣機(jī)均采用套筒式結(jié)構(gòu)，其進(jìn)水、排水都采用電磁閥，由程序控制器按人們預(yù)先設(shè)計(jì)好的程序不斷發(fā)出指令，驅(qū)動(dòng)各執(zhí)行器件動(dòng)作，整個(gè)洗衣過(guò)程自動(dòng)完成，極大地提高了生產(chǎn)效率。

一、結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

圖1所示為節(jié)能洗衣機(jī)的結(jié)構(gòu)，包括洗衣機(jī)殼體和設(shè)于洗衣機(jī)殼體上的控制裝置。洗衣機(jī)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(dòng)機(jī)，及相應(yīng)的皮帶和皮帶輪。電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)并通過(guò)皮帶將動(dòng)力傳遞到皮帶輪上，皮帶輪轉(zhuǎn)動(dòng)從而帶動(dòng)主軸轉(zhuǎn)動(dòng)，主軸帶動(dòng)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(jī)殼體底部設(shè)有固定板，電動(dòng)機(jī)固定于該固定板上，它相對(duì)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(jī)殼體內(nèi)側(cè)防水涂層厚度為2～3.5mm。

圖1 節(jié)能洗衣機(jī)結(jié)構(gòu)

控制裝置包括設(shè)于洗衣機(jī)殼體上的控制面板和與控制面板連接的控制系統(tǒng)?？刂葡到y(tǒng)的核心是PLC程序控制器，它分別與啟動(dòng)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(bào)警器、進(jìn)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(hào)輸出端和低速洗滌信號(hào)輸出端與變頻器連接，變頻器另一端連接電動(dòng)機(jī)。

控制面板上設(shè)有啟動(dòng)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(jìn)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(jì)上比較緊湊，價(jià)格合理，功能強(qiáng)大，它使用超級(jí)電容器存儲(chǔ)器的數(shù)據(jù)保護(hù)，消除了對(duì)鋰電池的依賴[1-2]，可以處理12點(diǎn)模擬量輸入和4點(diǎn)模擬輸出。PLC多達(dá)4個(gè)中斷控制輸入，每個(gè)中斷輸入相應(yīng)的時(shí)間都很小，只有0.2ms左右，可編程控制器還有日期和時(shí)間的中斷控制功能。西門子S7-200 CPU224可編程控制器，有16個(gè)DC輸入點(diǎn)，10個(gè)DC晶體管輸出點(diǎn)。

（二）電動(dòng)機(jī)

洗衣機(jī)脫水時(shí)消耗功率大于洗滌時(shí)的功率，所以以脫水時(shí)消耗功率為選擇依據(jù)，一般選用單相電容運(yùn)轉(zhuǎn)式異步電動(dòng)機(jī)。

（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(lái)測(cè)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(cè)。

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(duì)洗衣時(shí)液體渾濁度的實(shí)時(shí)監(jiān)控，根據(jù)對(duì)不同渾濁度的水的處理要求，控制進(jìn)水量的大小，從而達(dá)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(chǎng)的交流電轉(zhuǎn)變?yōu)橹绷麟姡缓笸ㄟ^(guò)變頻器的內(nèi)部運(yùn)算和外部命令輸入等信號(hào)，將直流電轉(zhuǎn)變?yōu)楝F(xiàn)場(chǎng)電動(dòng)機(jī)控制的交流電。這種交流電是可以調(diào)節(jié)的，通過(guò)調(diào)節(jié)可以改變電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)矩。根據(jù)設(shè)計(jì)要求，本次設(shè)計(jì)采用PF753變頻器對(duì)電動(dòng)機(jī)進(jìn)行調(diào)節(jié)輸出。變頻器的各項(xiàng)保護(hù)可通過(guò)輸入輸出端口進(jìn)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(jī)線，按照相序要求正確接線；其次是控制線路，控制線包括運(yùn)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(jì)

節(jié)能洗衣機(jī)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(jìn)水信號(hào)時(shí)，進(jìn)水閥接通，水經(jīng)進(jìn)水管注入外筒；發(fā)出排水信號(hào)時(shí)，使排水閥打開(kāi)，此時(shí)水由外筒排出到機(jī)外。洗滌時(shí)根據(jù)信號(hào)電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)波盤(pán)實(shí)現(xiàn)正、反轉(zhuǎn)，此時(shí)脫水筒并不旋轉(zhuǎn)。脫水時(shí)根據(jù)輸出信號(hào)要求，通過(guò)電控系統(tǒng)將離合器合上，由洗滌電動(dòng)機(jī)帶動(dòng)內(nèi)筒正轉(zhuǎn)進(jìn)行甩干。

（一）節(jié)能洗衣機(jī)控制系統(tǒng)動(dòng)作流程

節(jié)能洗衣機(jī)控制系統(tǒng)順序功能如圖2所示。

（二）程序控制設(shè)計(jì)

1.系統(tǒng)啟動(dòng)程序設(shè)計(jì)：節(jié)能洗衣機(jī)在系統(tǒng)啟動(dòng)的時(shí)候，應(yīng)確保排水閥關(guān)閉，報(bào)警器復(fù)位，計(jì)數(shù)器和時(shí)間繼電器復(fù)位，在此基礎(chǔ)上進(jìn)行啟動(dòng)。

2.進(jìn)水閥程序設(shè)計(jì)：進(jìn)水閥根據(jù)系統(tǒng)指令啟動(dòng)后，自動(dòng)加水，當(dāng)水位超過(guò)高液位傳感器時(shí)，進(jìn)水閥關(guān)閉。

3.電機(jī)正反轉(zhuǎn)程序設(shè)計(jì)：當(dāng)進(jìn)水閥關(guān)閉后，進(jìn)行時(shí)間延時(shí)，延時(shí)時(shí)間到，開(kāi)始進(jìn)行正轉(zhuǎn)或反轉(zhuǎn)高速洗滌輸出。在時(shí)間延時(shí)過(guò)程中，當(dāng)正轉(zhuǎn)高速洗滌時(shí)間到，則開(kāi)始下一步動(dòng)作輸出。當(dāng)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(jī)控制系統(tǒng)順序功能圖

4.排水閥和脫水閥程序設(shè)計(jì)：當(dāng)計(jì)數(shù)滿時(shí)，排水閥打開(kāi)；當(dāng)?shù)鸵何粋鞲衅鹘油〞r(shí)，排水閥關(guān)閉。同時(shí)當(dāng)?shù)鸵何粋鞲衅骰蛘咭沦|(zhì)傳感器接通時(shí)，脫水閥打開(kāi)，并進(jìn)行時(shí)間延時(shí)，延時(shí)時(shí)間到，脫水閥關(guān)閉。程序設(shè)計(jì)如圖3所示。

圖3 排水閥和脫水閥程序

四、組態(tài)設(shè)計(jì)

工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)大量使用PLC，使觸摸屏技術(shù)得到越來(lái)越廣泛的應(yīng)用。根據(jù)控制要求，操作畫(huà)面上設(shè)置了系統(tǒng)啟動(dòng)，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(hào)按鈕，并設(shè)置了正、反轉(zhuǎn)高速洗滌，正、反轉(zhuǎn)低速洗滌，進(jìn)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(huà)面?？刂葡到y(tǒng)的應(yīng)用具有更加方便、直觀的特點(diǎn)。

圖4 控制系統(tǒng)HMI操作畫(huà)面

五、結(jié)語(yǔ)

PLC控制在節(jié)能洗衣機(jī)控制系統(tǒng)中獲得成功應(yīng)用。在洗衣機(jī)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(shí)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(shí)際需要設(shè)定，以滿足各種不同洗衣要求。