(武漢船舶職業(yè)技術(shù)學(xué)院，湖北武漢 430050)

隨著國(guó)民經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，人們的生活水平不斷提高。在家用家電領(lǐng)域，烘干機(jī)的使用需求越來越大[1]。目前常用的烘干機(jī)除了容量較大的柜式機(jī)外，最受歡迎的應(yīng)為滾筒式烘干機(jī)。它在體積上比柜式機(jī)小，外形跟普通滾筒式洗衣機(jī)很像，可單獨(dú)使用，也可與洗衣機(jī)組合。它是依靠滾筒轉(zhuǎn)動(dòng)，并通過吹熱風(fēng)使衣物中的水分快速蒸發(fā)，從而達(dá)到烘干衣物的目的。

傳統(tǒng)的烘干機(jī)采用繼電器、接觸器等元器件的組裝來實(shí)現(xiàn)控制，其元器件復(fù)雜多樣，成本較高[2]，一旦出現(xiàn)故障，難以找出故障點(diǎn)，維修困難，可靠性不高。PLC具有操作簡(jiǎn)單的特點(diǎn)，易于實(shí)現(xiàn)數(shù)字量和模擬量的自動(dòng)控制和數(shù)據(jù)采集，可在少量的元器件的基礎(chǔ)上，通過編制簡(jiǎn)單的程序完成復(fù)雜的動(dòng)作[3]。本文介紹了一種基于PLC可編程控制器，實(shí)現(xiàn)全自動(dòng)滾筒式烘干機(jī)的自動(dòng)控制，提高系統(tǒng)的可靠性和穩(wěn)定性。

1 烘干機(jī)的工作原理及過程

烘干機(jī)的工作原理是通過電動(dòng)機(jī)的驅(qū)動(dòng)，使烘干機(jī)內(nèi)的滾筒旋轉(zhuǎn)，滾筒內(nèi)放置的衣物隨著滾筒的正反轉(zhuǎn)、上升、掉落，不斷地運(yùn)動(dòng)從而將衣物抖散。同時(shí)，烘干機(jī)內(nèi)安裝有加熱管，空氣經(jīng)過加熱后，吹出干燥熱風(fēng)，將衣物內(nèi)的水分帶走，從而達(dá)到烘干的目的[4]。

烘干機(jī)內(nèi)安裝有溫濕度傳感器，當(dāng)筒內(nèi)溫度低于65℃時(shí)，加熱管正常工作，當(dāng)溫度高于65℃，烘干機(jī)發(fā)出報(bào)警，以防止衣物因溫度過高而損壞，避免溫度過高引起安全隱患。同時(shí)，溫濕度傳感器還可以用來感知出風(fēng)口的濕度。筒內(nèi)的溫濕度通過溫濕度傳感器來檢測(cè)，通過濕度的大小來判斷衣物是否烘干[5]。

在烘干結(jié)束后，對(duì)筒內(nèi)溫度進(jìn)行冷卻[6]。烘干機(jī)的右上角裝有冷卻劑裝置，烘干過程結(jié)束時(shí)加熱管停止加熱，風(fēng)機(jī)保持轉(zhuǎn)動(dòng)，冷卻劑開始發(fā)揮作用，在風(fēng)機(jī)作用下使冷風(fēng)吹向衣物，同時(shí)，滾筒保持轉(zhuǎn)動(dòng)，使衣物慢慢冷卻。最后兩臺(tái)電機(jī)停止，烘干機(jī)停止工作。

2 全自動(dòng)烘干機(jī)PLC控制系統(tǒng)

全自動(dòng)烘干機(jī)的控制方式可分為手動(dòng)控制和自動(dòng)控制，本文只介紹一種全自動(dòng)烘干機(jī)的衣物烘干過程。

烘干機(jī)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖如圖1所示，烘干機(jī)靠近內(nèi)筒處裝有圓形加熱管，內(nèi)筒連接有風(fēng)道，空氣經(jīng)過風(fēng)道，在風(fēng)機(jī)的驅(qū)動(dòng)下，流向筒內(nèi)。風(fēng)機(jī)和滾筒由不同的電機(jī)來驅(qū)動(dòng)，電機(jī)1控制風(fēng)機(jī)單向轉(zhuǎn)動(dòng)，電機(jī)2控制滾筒正、反轉(zhuǎn)，以實(shí)現(xiàn)衣物在不打結(jié)的情況下均勻烘干。右上角的冷卻劑裝置，在烘干機(jī)需要對(duì)衣物進(jìn)行冷卻的時(shí)候發(fā)揮作用。從烘干機(jī)內(nèi)筒排出的潮濕熱空氣經(jīng)過冷卻劑后，溫度降低，再通過風(fēng)機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)流向筒內(nèi)，從而實(shí)現(xiàn)衣物的冷卻。

圖1 烘干機(jī)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖

2.1 全自動(dòng)烘干機(jī)控制要求

全自動(dòng)烘干機(jī)的控制要求如下：

① 烘干機(jī)接通電源后，按下啟動(dòng)按鈕，首先啟動(dòng)指示燈亮，加熱管接通，同時(shí)，風(fēng)機(jī)開始轉(zhuǎn)動(dòng)，向筒內(nèi)吹風(fēng)。

② 5s后，滾筒正轉(zhuǎn)10s后停2s，再反轉(zhuǎn)10s，如此循環(huán)。

③ 當(dāng)出風(fēng)口排出的氣體濕度在5%時(shí)，加熱管停止加熱，冷卻劑裝置開啟。

④ 冷卻時(shí)間達(dá)10分鐘后，風(fēng)機(jī)、滾筒停止轉(zhuǎn)動(dòng)，指示燈滅，蜂鳴器響5s后停止，整個(gè)烘衣過程結(jié)束。

2.2 溫度控制過程

烘干機(jī)筒內(nèi)溫度可自行設(shè)定，根據(jù)不同面料的衣物選擇不同的溫度進(jìn)行烘干。本文烘干機(jī)工作溫度設(shè)定為45℃～55℃。

① 接通電源，按下啟動(dòng)按鈕后，加熱管開始加熱，溫度開始不斷上升。

② 當(dāng)筒內(nèi)溫度到達(dá)設(shè)定溫度上限值55℃時(shí)，加熱管停止加熱，溫度逐漸下降。

③ 當(dāng)筒內(nèi)溫度降到45℃時(shí)，加熱管重新工作，使筒內(nèi)溫度升高……

④ 在烘干機(jī)工作期間，循環(huán)步驟2和步驟3，使溫度控制在45℃～55℃之間。

⑤ 若烘干機(jī)出現(xiàn)故障，加熱管溫度不受控制，溫度持續(xù)升高，當(dāng)溫度升高到65℃時(shí)，加熱管停止工作，蜂鳴器報(bào)警。

烘干機(jī)溫度控制流程圖見圖2所示。

圖2 烘干機(jī)溫度控制流程圖

2.3 I/O元件地址分配及PLC硬件接線圖

根據(jù)烘干機(jī)溫度控制過程，系統(tǒng)需要模擬量輸入輸出對(duì)溫度進(jìn)行控制，所以，采用西門子S7-200 PLC進(jìn)行程序設(shè)計(jì)和仿真時(shí)，需要用到模擬量擴(kuò)展模塊，本文選用CPU226及EM235模塊進(jìn)行編程。通過傳感器進(jìn)行溫度采集，并通過變送器將傳感器提供的信號(hào)轉(zhuǎn)換為直流電流信號(hào)，從而利用PLC可編程控制器對(duì)溫度進(jìn)行有效控制。本文選用溫濕度傳感器HM-30，可以實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)溫濕度檢測(cè)，它具有精度高、成本低、安裝方便、穩(wěn)定性好等特點(diǎn)。同時(shí)，本文選用了KSD9700系列溫度開關(guān)，當(dāng)溫度升高至65℃時(shí)，該溫度開關(guān)迅速動(dòng)作，從而使蜂鳴器發(fā)出報(bào)警，保護(hù)系統(tǒng)正常工作。 I/O元件地址分配表如表1所示。

表1 I/O地址分配表

烘干機(jī)的PLC控制系統(tǒng)外部接線圖如圖3所示。

圖3 烘干機(jī)的PLC控制系統(tǒng)外部接線圖

2.4 順序功能圖設(shè)計(jì)

根據(jù)烘干機(jī)的控制要求，烘干機(jī)的控制為順序動(dòng)作，本文采用西門子200 PLC的順序控制方法進(jìn)行設(shè)計(jì)，在編寫梯形圖時(shí)，采用順序控制法來編程設(shè)計(jì)[7]。起動(dòng)前，采用順序控制法進(jìn)行編程；起動(dòng)后，烘干機(jī)處于初始狀態(tài)，初始步中，將順序控制中所有輸出線圈及計(jì)數(shù)器復(fù)位，順序功能流程圖如圖4所示。需要指出的是，圖中使用的計(jì)數(shù)器C0，計(jì)數(shù)次數(shù)為26次(1+25次)，因循環(huán)1次需要10s+2s+10s+2s=24s，故此處采用循環(huán)執(zhí)行該過程25次進(jìn)行延時(shí)，表示加熱管停止加熱10min，即24x25=600s=10min。

圖4 順序控制功能流程圖

2.5 梯形圖程序及仿真

該系統(tǒng)的控制主要包括兩大部分，溫度控制和烘干過程順序控制，分別對(duì)應(yīng)模擬量和數(shù)字量，通過PLC控制程序的設(shè)計(jì)完成對(duì)兩個(gè)部分的控制。

2.5.1溫度控制

根據(jù)溫度控制過程，溫濕度傳感器將采集到的溫度轉(zhuǎn)換成電流信號(hào)。模擬量輸入模塊將電流信號(hào)進(jìn)行數(shù)字化處理后，送到PLC中進(jìn)行編程處理，對(duì)溫度進(jìn)行控制。本文選用西門子EM235模擬量輸入輸出模塊。輸入通道選擇第2路，輸出通道選擇第1路。本文設(shè)定溫度范圍為45℃～55℃。首先采用傳送指令進(jìn)行上電初始化，然后將溫度模擬輸入量AIW2進(jìn)行轉(zhuǎn)換，輸出實(shí)際溫度值VW200，最后將實(shí)際溫度值與設(shè)定值進(jìn)行比較，VW260中存放的是溫度上限值65，VW266中存放的是溫度下限值45。若實(shí)際溫度超過65℃，則蜂鳴器報(bào)警；若實(shí)際溫度超過55℃，加熱器停止加熱；若實(shí)際溫度低于45℃，加熱管開啟；若實(shí)際溫度等于50℃，則加熱器保持當(dāng)前狀態(tài)。PLC溫度控制程序如圖5所示[8]，該圖只列出關(guān)鍵程序部分。

圖5 溫度控制程序

2.5.2烘干過程順序控制

根據(jù)順序控制圖，烘干過程采用順序控制法來編制梯形圖，該方法思路清晰明了，易于讀懂，便于修改和調(diào)試，可縮短系統(tǒng)編程時(shí)間。本系統(tǒng)梯形圖如圖6所示(網(wǎng)絡(luò)1～15)，該程序圖完全結(jié)合順序功能圖而編制，具體過程見圖4，此處不再贅述。

2.5.3程序仿真調(diào)試

通過仿真來驗(yàn)證程序設(shè)計(jì)是否正確。程序仿真結(jié)果如圖7所示，當(dāng)按兩下啟動(dòng)按鈕I0.0時(shí)，啟動(dòng)指示燈Q0.0亮，風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)輸出Q0.3、加熱管Q0.4均點(diǎn)亮，5s后，滾筒正反轉(zhuǎn)實(shí)現(xiàn)，Q0.1和Q0.2開始依次循環(huán)閃爍。當(dāng)按下濕度下限開關(guān)I0.1時(shí)，加熱管Q0.4熄滅，停止加熱，此時(shí)Q0.1、Q0.2仍然循環(huán)閃爍。10分鐘后，蜂鳴器Q0.5亮。5s后Q0.5滅，同時(shí)，Q0.0～Q0.4均熄滅，整個(gè)烘干過程結(jié)束。

圖6 順序控制程序

圖7 程序仿真

3 結(jié) 語(yǔ)

本文設(shè)計(jì)了一個(gè)基于PLC可編程控制器的家用烘干機(jī)控制系統(tǒng)，從系統(tǒng)的設(shè)計(jì)中得出以下結(jié)論：

(1) 使用PLC可編程控制器實(shí)現(xiàn)烘干機(jī)自動(dòng)控制程序設(shè)計(jì)，程序簡(jiǎn)單，功能強(qiáng)大，可以很好地掌握設(shè)備運(yùn)行情況；

(2) 將PLC控制系統(tǒng)的硬件和軟件相結(jié)合，可以有效地對(duì)烘干機(jī)進(jìn)行控制，實(shí)現(xiàn)其功能；

(3) 采用溫濕度開關(guān)對(duì)烘干機(jī)內(nèi)的溫濕度進(jìn)行測(cè)量和采集，可以判斷烘干是否到位，同時(shí)，還能控制溫度在一定范圍內(nèi)，保證烘干過程安全可靠。