基于PLC的工业洗衣机控制系统设计

张争刚，熊刚

（杨凌职业技术学院 陕西 杨凌712100）

基于PLC的工业洗衣机控制系统设计

张争刚，熊刚

（杨凌职业技术学院 陕西 杨凌712100）

为了解决传统洗衣机存在功能单一、洗涤效率低、卫生状况差等问题，本文结合传感器、电力电子以及智能控制技术，设计了一种基于三菱FX2N-32MR型PLC的工业洗衣机控制系统，该系统包括主回路控制电路、PLC控制电路以及软件系统3个部分，具有手动、自动两种操作模式，能够满足不同织物和用户个性化需求，最后制作了样机并且进行了测试，测试结果表明该洗衣机系统洗净度达到0.95、含水率达0.5%、细菌数量低、操作简单、智能化程度高、成本低廉，达到了预期效果，具有一定的使用价值。

PLC；洗衣机；控制系统；智能

随着科技的进步和社会需求的不断提高，人们对日常生活中的自动化设备要求也越来越高，洗衣机便是其中一种[1-2]，然而普通全自动洗衣机在满足人们基本洗涤需求的同时还存在一些不足：

1）洗衣量较小，工作效率较低只能满足一般家庭的日常需要，而像酒店、医院等场合远远无法满足其需求；

2）一般的洗衣机只有自动模式，不能满足不同织物和用户的个性化需求；

3）洗衣机为多次重复使用设备，不同衣物经洗衣机存在细菌交叉感染，危及人身健康；

4）一般的洗衣机没有除湿功能，洗涤完毕的衣物还需晾晒后才能使用，浪费时间；

5）在阴雨季节衣物往往容易发潮，影响穿着的舒适性和人体健康，而衣物的除潮往往要借助其他设备来进行，增加用户经济负担。目前，能满足以上要求的洗衣机主要是国外品牌，其结构复杂、价格昂贵还没有得到广泛使用。文中设计一种基于PLC的工业洗衣机控制系统既能实现洗衣过程的自动化又能满足不同织物和用户的个性化需求。

1 系统结构及工作过程

基于PLC的工业洗衣机由进水阀、出水阀、水位检测、洗涤电机、甩干电机、烘干加热器组成[2]，其结构示意图如图1所示。

水位检测用来检测洗衣机中水位高低，进水阀控制水流入洗衣机，出水阀进行排水控制，M1为洗涤电机，带动洗衣机桶旋转进行洗涤，M2为高速甩干电机，其高速旋转使洗涤物品快速脱水，加热器对洗涤物品烘干[3-5]。

图1 工业洗衣机结构示意图

工业洗衣机的工作过程要求包括自动模式和手动模式。

自动模式：在自动模式下可实现洗涤物品的自动洗涤、漂洗、甩干、烘干处理，在此过程中不需要人为干预即可完成整个洗涤过程。

手动模式：考虑到不同洗涤物品的特性及用户洗涤习惯等的差别，用户可单独控制进水电阀控制洗衣机水位高低，单独控制洗衣机进行洗涤、漂洗、甩干及烘干，满足用户的个性化需求。

2 PLC控制系统设计

2.1 系统组成及工作原理

PLC控制系统由硬件和软件两部分组成，而硬件又由两部分组成，一部分为PLC控制回路主要由PLC控制器、模式选择开关、液位传感器、进水控制开关、排水控制开关、洗涤控制开关、漂洗控制开关、甩干控制开关、加热器控制开关等输入元件和进水阀、出水阀、信号指示灯、报警器等小功率负载组成，洗涤电机、甩干电机、加热器等大功率负载PLC无法直接驱动放在主回路中由接触器驱动。PLC系统控制框图如图2所示。

图2 PLC系统控制框图

2.2 硬件选型

PLC在系统中负责采集、分析各个输入信号，并输出控制信号驱动主电路进而控制各负载执行相应动作达到控制目标。PLC的选型主要根据系统输入/输出点数的多少来选择。考虑到本系统的输入信号及输出信号数量，本系统中选择日本三菱公司FX2N-32MR型PLC作为控制器。该PLC可采用交流100～240 V电源供电，稳定性很好，有32个I/O点，16点输入、16点输出，输出形式为继电器输出，有256个定时器，能满足本控制系统的设计要求。

2.3 系统硬件设计

PLC控制系统硬件中主回路主要功能是解决PLC输出带负载能力有限的问题，负载功率较小时可由PLC输出点直接驱动[6-8]，如果负载功率较大，则需要借助驱动电路来实现控制，在本系统中使用接触器来完成，并且对PLC起到隔离保护的作用，防止负载过载时烧坏PLC输出点。PLC控制系统主回路如图3所示。

图3 工业洗衣机PLC控制系统主回路电路图

PLC控制接触器KM1及KM2的通、断对洗涤电机M1正反转控制，FR1为M1过载保护；PLC控制接触器KM3来控制高速电机M2高速旋转对衣物甩干；PLC控制接触器KM4来控制加热器对衣物进行烘干，温控器BT用来设置烘干温度，当温度达到设定温度时接触器KM4断开，加热器停止加热；当洗衣机容量较大时可选择大容量洗涤电机、甩干电机和加热器并配套相应容量的接触器KM1、KM2、KM3、 KM4满足要求。

PLC的输入用来接收各种外部信号包括开关、按钮、继电器触点和传感器等，PLC的输出用来将PLC输出结果传递给被控对象包括接触器、电磁阀、指示装置等。本系统输入信号11个，输出信号7个，输入信号在自动模式下仅需启动信号、液位信号即可自动完成洗涤任务；在手动模式下，需要用户根据自己需求输入相应的操作；输出信号由进水阀开/闭、出水阀开/闭、洗涤电机正转/停止/反转、甩干电机启/停、加热器启/停等控制信号组成。系统PLC I/O端子分配如表1所示。

表1 PLC I/O分配表

由控制系统控制要求及I/O分配表设计系统I/O接线图，如图4所示。

在自动模式下（X3 ON），按下SB1后，系统自动运行进水（Y0 ON）--水满（X4 ON）--停止进水（Y0 OFF）--洗涤（Y1和Y2交替ON）--漂洗--排水（Y3 ON）--甩干（Y4 ON）--烘干（Y5 ON）--报警（Y6 ON）。

在手动模式下（X2 ON），接通SA6洗衣机进水，断开SA6洗衣机停止进水，即可人为控制进水量；接通SA7洗衣机排水，断开SA7洗衣机停止排水，即可人为控制排水量；接通SA2洗衣机进行洗涤工序，洗涤电机正转--暂停--反转--暂停一直循环工作，断开SA2洗衣机停止洗涤，即可人为根据衣物脏净程度、衣物特点控制洗涤时间，以达到最佳洗涤效果；接通SA3洗衣机进行漂洗工序，洗涤电机正转--暂停--反转--暂停一直循环工作，断开SA3洗衣机停止漂洗，即可人为根据漂洗效果控制漂洗时间及漂洗次数，以达到最佳漂洗效果；接通SA4洗衣机甩干，断开SA4洗衣机停止甩干，即可人为控制脱水时间；接通SA5洗衣机烘干，断开SA5洗衣机停止烘干，即可人为控制烘干时间从而控制衣物干燥程度，当然可能由于时间过长而引起不安全，系统设置有温控开关做保护，当温度达到系统极限温度时会自动断开加热器停止加热。

图4 工业洗衣机PLC控制系统I/O接线图

3 系统软件设计

根据工业洗衣机的控制要求，系统开机后等待用户进行工作模式的选择，如果选择自动模式[7-12]，则在自动模式下工作，如果选择手动模式，则在手动模式下工作，两种模式下可随时停止工作。系统主程序流程图如图5所示。

图5 主程序流程图

在手动模式下可用户可根据衣物特点及自己意愿单独控制各个洗衣工序，如单独进行衣物的烘干、洗涤时间的长短、漂洗次数等而不受系统程序的限定，使用方便，流程图如图6所示。

图6 手动模式流程图

在自动模式下，按下启动按钮后，系统自动打开进水电磁阀进水并进行水位的检测，当水位达到高水位时进水电磁阀自动关闭，并启动洗涤程序（洗涤电机M1正传20秒后停止，3秒后再正传20秒后再停止，3秒后重复刚才的洗涤过程20次），然后洗涤工序结束，打开出水阀排出洗涤过程中的污水；当检测到污水排完后自动关闭排水阀并打开进水阀，注入清水，当清水水位达到高水位时关闭进水阀，然后启动漂洗程序（洗涤电机M1正传10秒后停止，4秒后再正传10秒后再停止，4秒后重复刚才的漂洗过程10次），漂洗结束后打开出水阀排出漂洗过程中的污水；当检测到污水排完后启动高速甩干电机M2进行甩干及排水，45秒后停止甩干并关闭出水阀，启动加热器对洗涤物品进行烘干，烘干50秒后关闭加热器启动报警装置通知用户洗涤任务结束，系统停止工作。在此过程中用户只需按下启动按钮，剩下的事情由洗衣机自动完成，用户只等洗衣机报警取干衣服。自动模式流程图如图7所示。

图7 自动模式流程图

4 系统调试与试验

将编写的PLC程序写入PLC中，将硬件、软件结合进行综合调试。接通系统电源后将PLC运行开关打到RUN方式[13-15]，将SA1打到自动模式，按下SB1后，看到进水电磁阀指示灯L1亮（洗衣机进水），当水位上升到高水位时，停止进水，洗涤电机正转指示灯L2亮（洗涤作业），L2亮20秒后熄灭，3秒后洗涤电机反转指示灯L3亮，L3亮20秒后熄灭，3秒后洗涤电机正转指示灯L2亮......如此循环20次以后停止转动并自动排水，水拍完后，看到洗衣又自动进水，水满后，洗涤电机正转指示灯L2亮（漂洗），L2亮10秒后熄灭，4秒后洗涤电机反转指示灯L3亮，L3亮10秒后熄灭，暂停4秒后洗涤电机正转指示灯L2亮......如此循环10次以后停止转动并自动排水，水拍完后看到甩干指示灯L5亮，45秒后L5灭，L6灯亮（烘干），50秒后L6灭，报警灯AR亮，洗涤任务完成，将SA1打到停止，AR灭，洗衣机停止工作。

将SA1打到手动模式，接通SA6，看到L1亮（洗衣机进水），断开A6L1灭（停止进水）；接通SA7，指示灯L4亮（洗衣机排水），断开SA7 L4灭（停止排水）；接通SA2，洗涤电机正转指示灯L2亮（洗涤作业），20秒后L2熄灭，3秒后洗涤电机反转指示灯L3亮，20秒后L3熄灭，3秒后L2亮......如此循环，断开SA2，L2、L3都灭（停止洗涤）；接通SA3，洗涤电机正转指示灯L2亮（漂洗），10秒后L2熄灭，暂停4秒后洗涤电机反转指示灯L3亮，L3亮10秒后熄灭，4秒后洗涤电机正转指示灯L2亮......如此循环直到SA3断开，L2、L3都灭（停止漂洗）；接通 SA4，L5灯亮（甩干），断开 SA4，L5灯灭（停止甩干）；接通 SA5，L6灯亮（烘干），断开 SA5，L6灯灭（停止烘干）。在手动模式下洗衣过程的各个工序工作时间完全由用户控制，衣物较脏时可加长洗涤时间，增加衣物洗净比；衣物含洗涤剂较多时可增加漂洗次数，降低衣物洗涤剂残余量；衣物含水量较高时延长甩干时间及烘干时间，同时使洗衣机内筒得到干燥，细菌在潮湿的环境下繁殖很快，但在干燥的环境下几乎无法繁殖，对减少衣物细菌数量和经洗衣机传播到其他衣物的细菌数量大大减少；另外，在潮湿的的雨季，衣物常常发潮，影响穿着舒适度，而衣物又是干净的不需要清洗，此时可以单独使用洗衣机的烘干功能进行除潮，方便实惠。

通过实际测试发现，各个工序工作正常达到工业洗衣机控制工艺要求且工作稳定可靠、达到控制工艺要求。为了验证工业洗衣机的性能，将PLC控制系统与普通洗衣机结合并进行了改造[16]。进行了衣物的洗涤、漂洗、甩干、和烘干，其洗净比达到了0.95达到了国家A级水平，烘干后衣物的含水量达到了0.5%，达到了可直接穿着的含水量要求。而洗衣机在烘干工序后，洗衣机内筒也被烘干，其细菌数量也比普通洗衣机细菌数量低很多。

5 结束语

以PLC为核心的工业洗衣机控制系统满足了对衣物的洗涤、漂洗、甩干、烘干等功能，并有自动、手动两种工作模式供用户选择，使用方便、操作灵活能满足用户的个性化需求、并提高了系统运行可靠性，效果良好。同时，该工业洗衣机的烘干功能使衣物含水率快速达到0.5%，同时洗衣机内筒被快速烘干，破坏了细菌繁殖环境使洗衣机内筒细菌数量大幅减少，极大降低了衣物细菌传染给人的概率；其次，在阴雨季节可直接使用洗衣机的烘干功能对干净衣物进行除潮，对增加衣物穿着舒适性和人体健康很有益处。

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Design of industrial washing machine control system based on PLC

ZHANG Zheng-gang，XIONG Gang
（Yangling Vocational&Technical College，Yangling 712100，China）

In order to solve the problem with single function，lower washing efficiency and poor health in traditional washing machine，the design of industrial washing machine control system based on Mitsubishi FX2N-32MR PLC is designed in this paper，sensors，power electronics and intelligent control technology is used in the system.It consists of three parts:the main circuit，PLC control circuit and software，there are manual and automatic two modes to meet different needs of individual unsers in the system，Further more，prototype is made and made a test，the results of the test on washing machine shows that cleanliness reached 0.95，water rate of 0.5%，low number of bacteria，simple operation，highly intelligentized and low cost，and achieve the desired effect.It has some use value.

PLC；industrial washing machine；control system；intelligent

TN02

A

1674－6236（2016）23-0078-04

2015-12-30 稿件编号：201512316

张争刚（1981—），男，陕西武功人，硕士，讲师。研究方向：自动化技术。