(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(lái)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(guò)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(lái)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(guò)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。
烘干機(jī)的工作原理是通過(guò)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(guò)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(guò)高而損壞,避免溫度過(guò)高引起安全隱患。同時(shí),溫濕度傳感器還可以用來(lái)感知出風(fēng)口的濕度。筒內(nèi)的溫濕度通過(guò)溫濕度傳感器來(lái)檢測(cè),通過(guò)濕度的大小來(lái)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(guò)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(kāi)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。
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(guò)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(guò)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(lái)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(guò)冷卻劑后,溫度降低,再通過(guò)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
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(kāi)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(kāi)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(guò)程結(jié)束。
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(kāi)始加熱,溫度開(kāi)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(jiàn)圖2所示。
圖2 烘干機(jī)溫度控制流程圖
根據(jù)烘干機(jī)溫度控制過(guò)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(mén)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(guò)傳感器進(jìn)行溫度采集,并通過(guò)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(kāi)關(guān),當(dāng)溫度升高至65℃時(shí),該溫度開(kāi)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
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(mén)子200 PLC的順序控制方法進(jìn)行設(shè)計(jì),在編寫(xiě)梯形圖時(shí),采用順序控制法來(lái)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(guò)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
該系統(tǒng)的控制主要包括兩大部分,溫度控制和烘干過(guò)程順序控制,分別對(duì)應(yīng)模擬量和數(shù)字量,通過(guò)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(guò)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(mén)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(guò)65℃,則蜂鳴器報(bào)警;若實(shí)際溫度超過(guò)55℃,加熱器停止加熱;若實(shí)際溫度低于45℃,加熱管開(kāi)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(guò)程順序控制
根據(jù)順序控制圖,烘干過(guò)程采用順序控制法來(lái)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(guò)程見(jiàn)圖4,此處不再贅述。
2.5.3程序仿真調(diào)試
通過(guò)仿真來(lái)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(kāi)始依次循環(huán)閃爍。當(dāng)按下濕度下限開(kāi)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(guò)程結(jié)束。
圖6 順序控制程序
圖7 程序仿真
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(kāi)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(guò)程安全可靠。
武漢船舶職業(yè)技術(shù)學(xué)院學(xué)報(bào)2019年4期