基于PLC的工业洗衣机控制系统设计

陈宝森 杨桂华

（桂林理工大学机械与控制工程学院，广西 桂林 541004）

基于PLC的工业洗衣机控制系统设计

陈宝森 杨桂华

（桂林理工大学机械与控制工程学院，广西 桂林 541004）

采用西门子S7-300 PLC结合变频器MM440控制电机变频调速，实现全自动型工业洗衣机的设计，具有洗涤、漂洗、脱水全自动功能。文章介绍了系统功能，硬件电路工作原理和软件程序流程。

工业洗衣机；S7-300 PLC；MM440

1 引言

随着社会的不断发展，工厂不断的增加，工人每天的工作服又脏又难洗，洗衣服成了一件烦心事；随着人类的生活水平不断提高，旅游业的发展也带动了酒店业的发展，相应每天就会产生大量的换洗被套、床单，清洗成了一项非常麻烦的事。随之，就出现了工业洗衣机。现代的工业洗衣机具有很强大的功能，在容量方面一般可以洗15kg～100kg织物，在工厂、水洗厂、工矿企业、学校、宾馆、酒店、医院等洗衣房具有广泛应用［1］，是大批量洗衣，提高效率的理想设备。

2 系统控制方案

2.1 系统功能描述

本工业洗衣机采用滚筒洗衣方式，设计洗衣容量为100kg。能够满足洗大量的织物，使用次数频繁的需要，可适用于酒店、工厂洗衣房等。此次的设计是全自动型洗衣机，具有洗衣机进水、排水、加热、洗涤、漂洗、脱水、报警的全自动循环功能。洗衣机有多种洗衣模式选择，分别有普通洗，超强洗，手动脱水，手动漂洗，温度选择，洗涤物超重提示，同时可根据洗涤物重量调整给水量，根据漂洗时水的浊度来决定漂洗次数，从而达到节约用水的目的。

2.2 系统控制方案

温度选择功能有具有电加热和锅炉加热两种方式，采用拨动开关进行选择；电加热适用于30kg以下，使用大功率电热管加热；锅炉加热则没有重量要求，洗涤时使用热水阀进水；当温度达到90℃时还具有杀菌效果。重量检测可自动测出衣服的重量来选择给水量，可通过水位开关来实现；同时还具有超重功能提示，当衣物超重后洗衣机无法开始工作。浊度检测可检测漂洗时水的浊度来确定漂洗次数，漂洗次数最多为4次，到达4次之后如果还不干净只能手动漂洗。电子门锁具有检测与执行作用，主要功能是检测门锁是否锁住，如果未锁住则不进行洗涤程序，并报警。

控制系统的组成包括：可编程控制器、变频器、三相异步电动机、热水进水电磁阀、冷水进水电磁阀、排水电磁阀、水位开关、安全门开关、固态继电器、加热器、温度传感器、重力传感器、浊度传感器。

控制系统结构图如图1所示：

图1 控制系统结构图

3 系统设计

3.1 控制系统硬件设计

3.1.1 PLC选型

PLC选择西门子S7-300系列。S7-300是德国西门子公司生产的可编程序控制器（PLC）系列产品之一。其模块化结构、易于实现分布式的配置以及性价比高、电磁兼容性强、抗震动冲击性能好，使其在广泛的工业控制领域中，成为一种既经济又切合实际的解决方案［2］。

S7-300与各模块连接图如图2所示：

图2 S7-300与各模块连接图

3.1.2 变频器

由于100kg洗衣机需使用11kw的三相异步电机的，所以变频器使用西门子MM440变频器。

该变频器带有一个集成制动斩波器，即使在制动和短减速斜坡期间，也能以突出的精度工作。所有这些均可在 0.12 kW（0.16 HP）直至250 kW（350 HP）的功率范围内实现。

MM440变频器可以在其操作面板进行相关的参数设置，变频器的“3、4”端口和“10、11”端口为模拟量输入端口，对应为模拟输入1和模拟输入2。可通过设置P0701参数值为1，使数字输入端口“5”具有正转的控制功能；设置 P0702参数值为2，使数字输入端口“6”具有反转控制功能，设置P1000为2可设定频率由模拟量通道ΑINI输入。在I/O口18端口旁边有两个拨码开关，用来选择模拟量输入类型，其中DIP1对应模拟输入1，DIP2对应模拟输入2。当输入电压信号的时候将DIP开关打到下面，当输入电流信号的时候将DIP开关打到上面［3］。

（1）变频器采用模拟量控制电机时S7-300 PLC数字量/模拟量输出地址如表1：

表1 PLC输出地址表

（2）MM440快速参数设置如表2：

表2 MM440快速参数设置表

3.1.3 PLC I/O分配表

PLC I/O分配表如表3：

表3 PLC I/O 分配表

3.2 I/O硬件接线图

PLC及变频器接线图如图3所示：

图3 PLC及变频器接线图

3.3 控制系统软件设计

3.3.1 模式选择

普通洗模式下，开始正转30s后，暂停5s接着反转30s，然后暂停5s接着正转30s，如此反复5次，转速控制在30r/min。

超强洗模式下，开始正转35s后，暂停4s接着反转35s，然后暂停4s接着正转35s，如此反复6次，转速控制在35r/min。

漂洗模式下，洗衣机检测洗涤水排完后，开始进水，然后正转25s后，暂停3s接着反转25s，暂停3s接着正转25s，如此反复3次，然后排水，转速控制在40r/min。

脱水模式下，洗衣机检测漂洗的水排完后，开始正转 8分钟，转速700r/min。

3.3.2 控制要求

工业洗衣机控制要求如下：

（1）洗衣机通电，PLC工业洗衣机投入运行，进入待机状态准备启动。

（2）按启动按钮，洗衣机开始工作。可显示洗涤物重量相应的水位。

（3）洗衣机重力传感器检测所洗涤物是否超重，如果超重将提示，门锁电源断开且洗衣机不工作。

（4）洗衣机PTC电子门锁检测洗衣机门是否关好。是，则可进行洗涤。否，则未锁提示灯亮，且工业洗衣机无法开始工作。并且在按选择模式按钮时蜂鸣器响。

（5）如若洗衣机门关好到位，PTC电子门锁通电加热发热元件，洗衣机门锁住，洗衣过程不可开门。

（6）温度拨动开关，可选择电加热和锅炉热水两种方式，电加热温度从 0～100℃可调（选择 0℃时以水的常温为起始温度，即不使用加热功能）。

（7）接着可选普通洗模式、超强洗模式、手动漂洗模式、手动脱水模式。

（8）洗衣机开始进水，并且根据洗涤物重量决定给水量。洗衣机进水的同时，加热程序启动。且本次洗涤只进行一次加热。

（9）洗衣机洗涤程序开始。

（10）洗涤程序结束后，漂洗程序开始。

（11）浊度传感器检测洗衣水的浊度，决定漂洗次数，最多漂洗不能超过4次，如果超过4次之后浊度仍然不达标，洗衣机将不再漂洗。

（12）漂洗程序结束后，脱水程序开始。

（13）脱水水完成后程序结束且结束指示灯亮。蜂鸣器响两秒后停止。

3.3.3 工业洗衣机程序流程图

工业洗衣机程序流程图如图4。

图4 程序流程图

4 程序仿真调试

本次的工业洗衣机采用西门子的 S7-PLCSIM V5.4仿真软件进行程序的调试与仿真。

S7-PLCSIM，是西门子公司团队开发的可编程控制器模拟软件，它在Step7集成状态下实现了无硬件模拟，是一个可以用 STEP 7工具来监视和调试程序的软件。

启动仿真软件，按下启动按钮I0.0之后启动洗衣机，运行灯Q4.0得电并自锁；拨动开关选择I1.4电加热方式，温度设置80℃。接下来是超重及水位显示测试，依次设置洗涤物重量为28kg、60kg、80kg，洗衣机依次显示相应的低水位、中低水、高水位；当设置洗涤物为 105kg时，洗衣机超重指示灯Q5.7亮起，设置为27kg时超重状态解除，电子门锁Q4.3得电，洗衣机门锁住。按下普通洗按钮，洗衣机开始根据重量进水，待加水达到低水位后I1.0为1，加热程序启动，固态继电器接通加热管，等待温度达到80℃后，加热停止。洗涤开始正反转，待正反转达到 5次之后，开始排水，洗涤正反转计数器为 0触发漂洗程序，漂洗启动，漂洗时电机正反转完成3次循环后，漂洗正反转计数器为0，第一次漂洗结束，设置浊度达不到要求，洗衣机继续再漂洗 3次，漂洗结束。脱水开始，脱水正转 8分钟后，结束指示灯亮，洗衣结束。按下停止按钮，洗衣机恢复初始状态。

5 结束语

洗衣机从手摇木制时代、蒸汽动力时代、电动动力时代经过了30多年的发展；到了70年代出现了全自动型工业洗衣机，工业洗衣机朝着高度智能化、大型化、功能多样化不断发展。采用PLC控制的工业洗衣机具有硬件比较简单，编程方面相对简单，并且可容易测试，维修费用少且方便，可满足各种场合的需要。

［1］ 曾祥进，黄傲成.基于 STC11F32XE的工业洗衣机原料智能加剂系统研究［J］.软件导刊，2013（10）:95-97.

［2］ 张锐丽，王洪.电机转速远程监测和控制［J］.消费电子，2013（10）:176.

［3］ 马宁，孔红. S7-300 PLC和MM440变频器的原理与应用［M］.北京:机械工业出版社，2006.

Design of industrial washing machine control system based on PLC

The SIEMENS PLC S7-300 is combined with frequency converter MM440 to control motor speed， and design of automatic industrial washing machine is realized. It has complete automatic function of washing， rinsing and dehydration. The system function， the principle of hardware circuit， and the software design process of the device are presented.

Industry washer； S7-300； MM440

TH122；TP27

Α

1008-1151（2016）06-0049-03

2016-05-10

陈宝森（1991-），男，桂林理工大学机械与控制工程学院学生，研究方向为自动化；杨桂华（1971-），女，桂林理工大学机械与控制工程学院副教授，研究方向为计算机检测与控制。