石慶明 貴州大學(xué) 大數(shù)據(jù)與信息工程學(xué)院

1 緒論

1.1 研究背景

在全球經(jīng)濟(jì)發(fā)展的浪潮中，中國(guó)經(jīng)濟(jì)也得到飛速的發(fā)展，大多數(shù)家庭都已開始使用全自動(dòng)洗衣機(jī)。不僅如此，洗衣機(jī)在工業(yè)領(lǐng)域中也被普遍使用，其主要用于洗滌毛、絲、纖以及棉等面料。所以，賓館、醫(yī)院、學(xué)校、工廠等地方是工業(yè)洗衣機(jī)主要涉及的領(lǐng)域，并大都能完成該類領(lǐng)域?qū)ο匆鹿δ艿囊?。但由于老舊洗衣機(jī)通常會(huì)由繼電器組成，因此無(wú)法滿足人們對(duì)洗衣機(jī)自動(dòng)一體化功能的要求。此外，洗衣機(jī)以往的半自動(dòng)化逐漸轉(zhuǎn)變?yōu)橐惑w化，通俗的講，只要把衣服放入洗衣機(jī)內(nèi)，加入洗滌劑，啟動(dòng)洗滌程序，在程序結(jié)束后，根據(jù)人們對(duì)衣物的判斷標(biāo)準(zhǔn)就可以判斷洗衣機(jī)全自動(dòng)一體化的功能，用戶也可以根據(jù)自身情況設(shè)定出自己想要的時(shí)間和程序。這樣會(huì)節(jié)省消費(fèi)者的時(shí)間與精力，給人們的生活帶來(lái)極大的便利。

1.2 國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀

以往，在全自動(dòng)洗衣機(jī)系統(tǒng)剛盛行時(shí)，存在著眾多的缺點(diǎn)，例如：控制功能較為簡(jiǎn)單、控制系統(tǒng)不夠完善等。起初對(duì)于全自動(dòng)洗衣機(jī)的設(shè)計(jì)思想還停留在人工洗滌中，對(duì)于衣物的總重以及材料等人工模擬量較為模糊。在經(jīng)過(guò)一系列的推算模擬后才得出相應(yīng)的概念。此概念由軟件進(jìn)行總結(jié)設(shè)計(jì)，并制定出相應(yīng)的系統(tǒng)規(guī)則。最后，再由控制器以及設(shè)計(jì)的規(guī)則進(jìn)行操控，并輸出至執(zhí)行機(jī)構(gòu)，完成洗衣。

1.3 設(shè)計(jì)目標(biāo)

本文中所設(shè)計(jì)的工業(yè)全自動(dòng)系以機(jī)需擁有以下幾個(gè)功能：

(1）自動(dòng)運(yùn)行規(guī)則程序

(2）自動(dòng)辨別總物是否超重

(3）自動(dòng)辨別漂洗要求

(4）洗衣過(guò)程自動(dòng)完成（給水、洗滌、漂洗、脫水、排水、提示等）

在整個(gè)系統(tǒng)中，所使用的硬件都要擁有編程簡(jiǎn)單、電路簡(jiǎn)單、易讀取、可靠性高、耗能低、使用壽命長(zhǎng)、價(jià)格優(yōu)惠以及運(yùn)行速度快等優(yōu)點(diǎn)。并能依據(jù)用戶的洗衣要求，將洗衣程序設(shè)定為手動(dòng)模式以及自動(dòng)模式，在啟動(dòng)洗衣機(jī)的全自動(dòng)模式后，洗衣機(jī)會(huì)按標(biāo)準(zhǔn)完成制定的程序，包括重量辨別、自動(dòng)給水、自動(dòng)漂洗以及排水等。整個(gè)洗衣過(guò)程由PLC進(jìn)行預(yù)編工作，其中注水與脫水過(guò)程會(huì)依據(jù)用戶所設(shè)定的時(shí)間進(jìn)行。若洗衣機(jī)程序設(shè)為手動(dòng)模式時(shí)，用戶可通過(guò)按下電源或者暫停按鈕停止洗衣過(guò)程。在此洗衣過(guò)程可調(diào)節(jié)控制水位，可以根據(jù)需要讓洗衣機(jī)進(jìn)行脫水或者排水等操作。對(duì)于整個(gè)洗衣過(guò)程而言，每個(gè)階段的運(yùn)行狀態(tài)以及時(shí)間都可以自己設(shè)定，最大程度上滿足用戶對(duì)衣物清洗的要求。

2 工業(yè)洗衣機(jī)結(jié)構(gòu)和控制方案設(shè)計(jì)

2.1 洗衣機(jī)結(jié)構(gòu)

圖2-1 洗衣機(jī)的基本結(jié)構(gòu)

全自動(dòng)洗衣機(jī)的內(nèi)外筒由同一個(gè)中心安裝，分別是脫水桶與盛水桶，并由外筒進(jìn)行固定，其作用為盛水，內(nèi)桶四周排列眾多的小孔，可通過(guò)快速旋轉(zhuǎn)使衣物達(dá)到脫水的目的。電磁閥的通判決定著洗衣機(jī)的進(jìn)水和排水。波盤的作用為為清洗衣物，利用電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)實(shí)現(xiàn)對(duì)衣物的清洗，此時(shí)的內(nèi)筒不能進(jìn)行旋轉(zhuǎn)。在洗衣機(jī)進(jìn)行正常清洗時(shí)，電磁離合器斷電，并與波盤相連，在脫水開始時(shí)，電磁離合器通電，此時(shí)的電動(dòng)機(jī)將帶動(dòng)內(nèi)筒快速旋轉(zhuǎn)，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)脫水。

2.2 工業(yè)洗衣機(jī)的特點(diǎn)

家用洗衣機(jī)與工業(yè)洗衣機(jī)的主要區(qū)別在于用量的大小，一般的工業(yè)洗衣機(jī)容量大多是50公斤至300公斤。而工業(yè)洗衣機(jī)所處的工作環(huán)境普遍比較惡劣，例如：水洗廠、酒店、醫(yī)院、工礦企業(yè)以及服裝廠等。因此，工業(yè)洗衣機(jī)的內(nèi)外筒的制作材料通常為精制不銹鋼板，此材料具有高耐磨耐腐蝕性以及平整光滑的優(yōu)點(diǎn)，最大程度上減小對(duì)衣物的磨損，并不會(huì)損壞衣物制作材料，達(dá)到延長(zhǎng)機(jī)器壽命的工作要求。工業(yè)洗衣機(jī)中的衣服渾濁辨別功能與重量檢測(cè)功能，會(huì)及時(shí)在洗衣機(jī)進(jìn)行超負(fù)荷狀態(tài)下停止，并依據(jù)水的渾濁程度自動(dòng)辨別下一步的漂洗需求，不僅大幅度降低電能消耗，還能減少對(duì)環(huán)境的污染。不僅如此，工業(yè)洗衣機(jī)在洗衣過(guò)程中擁有運(yùn)轉(zhuǎn)平穩(wěn)以及振動(dòng)幅度較小等特點(diǎn)，大大延長(zhǎng)其使用壽命。

3 硬件選型

3.1 電動(dòng)機(jī)的選型

根據(jù)工業(yè)洗衣機(jī)的實(shí)際用量，本次設(shè)計(jì)所設(shè)定的最大洗衣容量為100公斤，其尺寸為1760×1915×2100（mm），其轉(zhuǎn)筒實(shí)際尺寸為Φ950×1420（mm）。

電容起動(dòng)電機(jī)具有啟動(dòng)快、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單以及轉(zhuǎn)速平穩(wěn)的特點(diǎn)，波輪洗衣機(jī)通常會(huì)運(yùn)用電機(jī)的轉(zhuǎn)矩的高起動(dòng)以及高速進(jìn)行工作。

帶式磁極電極具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、運(yùn)行聲音小以及生產(chǎn)成本低廉等優(yōu)點(diǎn)。但缺點(diǎn)也是非常顯而易見的，例如：機(jī)器的負(fù)載與轉(zhuǎn)速成反比。所以，此電機(jī)在小負(fù)荷應(yīng)用場(chǎng)所更加適用。本次的研究設(shè)計(jì)依據(jù)工業(yè)洗衣機(jī)的實(shí)際使用情況，將洗衣容量設(shè)定為不超過(guò)0.1T，采用的電機(jī)為三相異步電機(jī)Y1601-8，其功率為7.5KW、轉(zhuǎn)速為720轉(zhuǎn)每分鐘。

3.2 PLC的選型

工業(yè)洗衣機(jī)集式選用24輸入與16輸出，其輸入與輸出達(dá)到40，而在本次研究設(shè)計(jì)設(shè)定的輸入點(diǎn)I有14個(gè)，輸出點(diǎn)O有13個(gè)。并根據(jù)實(shí)際洗衣需求，采用S7-200PLC可編程控制器作為主控部件。該可編程控制器的優(yōu)點(diǎn)眾多：指令集豐富、實(shí)時(shí)特性強(qiáng)、可靠性極高、便于操作掌握、抗干擾能力強(qiáng)以及通訊能力強(qiáng)勁，不僅如此接觸器線圈以及繼電器位于輸出端時(shí)可直接驅(qū)動(dòng)。而在S7-200系列中又有眾多之分，如：CPU221、CPU224、CPU224XP、CPU22XM。在這其中，為滿足設(shè)計(jì)要求，選用S7-200CPU226，因?yàn)镾7-200CPU226具有24個(gè)輸入與16個(gè)輸出。

4 結(jié)論

全自動(dòng)洗衣機(jī)的洗滌、排水以及脫水時(shí)間是由子元件定時(shí)器與計(jì)數(shù)器進(jìn)行控制的，所用程序運(yùn)行時(shí)間的要求都可以通過(guò)改變參數(shù)設(shè)定進(jìn)而實(shí)現(xiàn)。

因?yàn)榇蠖鄶?shù)洗衣機(jī)都是基于PLC模型進(jìn)行設(shè)計(jì)的，所以功能方向都大同小異，為保證全自動(dòng)洗衣機(jī)具有多種功能，可選用不同品種不同系列的CPU去實(shí)現(xiàn)。

全自動(dòng)洗衣機(jī)的水洗、漂白、排水、脫水可根據(jù)用戶的需求進(jìn)行修改，而用戶則可以通過(guò)改變CPU程序進(jìn)而實(shí)現(xiàn)單步操作的功能。

對(duì)于設(shè)計(jì)的人性化方面，可以添加多種輔助裝置，例如：指示燈以及提示鈴等。保證全自動(dòng)洗衣機(jī)具有控制特色的同時(shí)，也要考慮其結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定以及成本價(jià)格的合理。

運(yùn)用組態(tài)調(diào)控的PLC時(shí)，需要在程序啟用前將中間繼電器接為實(shí)際輸入開關(guān)，其次把中間繼電器的屬性調(diào)為讀寫。