基于PLC的全自动洗衣机控制系统的研究

王宾 韩勇莉

摘 要： 随着社会经济的发展和科学技术水平的提高，家庭电器全自动化成为必然的发展趋势。全自动洗衣机的产生极大的方便了人们的生活。根据全自动洗衣机的工作原理，利用可编程控制器PLC实现控制，说明了PLC控制的原理方法，特点及控制洗衣机的特色。PLC的优点是：可靠性高，耗电少，适应性强，运行速度快，寿命长等，为了进一步提高全自动洗衣机的功能和性能，避免传统控制的一些弊端，就提出了用PLC来控制全自动洗衣机这个课题。改文就怎样利用PLC来控制全自动洗衣机进行了调查，对其中软件设计、硬件设计等问题进行了分析和研究，实现了全自动洗衣机的正常运行和强制性停止功能。

关键词： PLC；自动；定时；控制

引 言

全自動洗衣机一般由洗衣脱水桶、控制板、给水排水系统、循环式线绒过滤系统和动力部分组成。全自动洗衣机的洗衣和脱水过程都在单一的洗衣脱水桶内完成，其底部有一个胶质叶轮，由交流电机驱动。周壁有孔的脱水桶可以高速旋转，起脱水作用。控制板设有电源开关、水位设定开关、洗衣程序开关等，用来控制洗衣机的启、停和水位，选择不同的洗衣程序。给水排水系统注入清水和排出浊水。动力部分包括电源、一台交流电机和刹车装置。有些自动洗衣机还备有水加热器，以提高洗涤效果，有的还装有用以烘干的热风机。

1.PLC的控制特点

PLC系统的特点：

1、可靠性高，PLC作为一种通用的工业控制器，它必须能够在各种不同的工作环境中正常工作。对工作的环境要求较低，抗外部干扰能力强，平均无故障时间长。

2、使用方便灵活，PLC采用了基本单元扩展或者是模块化的结构形式，因此，输入/输出信号的数量，形式，驱动能力等都可以根据实际控制要求进行选择与确定，而且在需要时可以随时更换，近年来，PLC的特殊模块增多这些可以满足不同的控制要求，使PLC的使用更加灵活与多变。

3、编程简单，PLC的优越性主要体现在它采用了独特的，多种面向广大工程设计人员的编程语言，如指令表，梯形图，逻辑功能图，顺序功能图等，程序简洁，明了适合各类技术人员的传统习惯，即使是没有计算机知识的人员也很统一掌握，特别是梯形图与逻辑功能图，形象直观，动态监测效果逼真，且与计算机控制容易。

2.控制系统框图

全自动洗衣机完整的洗衣工作过程包括进水、洗涤、漂洗、排水、脱水五个过程组成。本次设计的洗衣机可以自主选择强洗、标准、漂洗、脱水四种洗涤模式；其中强洗和标准的洗涤模式能够实现完整的洗衣过程，完成洗涤模式选择后，每种模式的洗衣过程都能够做到全自动依次运行，直至洗衣结束。也能够实现洗衣机对衣物单独漂洗和脱水功能。以PLC为控制核心，实现电机的正反转[1]

全自动洗衣机控制系统的运行控制方式设置如下：

（1）进水时间为5s。

（2）进水完毕后开始洗涤，电机正反转各2s完成一个周期。

（3）步骤2循环5/3/1次为强/标准/弱洗的洗涤过程。

（4）洗涤结束后排水，时间为5s，洗涤过程结束，也可用手动按钮，进行手动排水。

（5）再进水5s开始漂洗，电机正反转各2s完成一个周期，循环2个周期完成2次漂洗，漂洗过程结束。

（6）脱水5s，电动机高速旋转，同样可以用手动脱水按钮，进行手动脱水。

（7）若按下“急停”按钮，当前所有过程停止，返回到初始状态。

此次全自动洗衣机控制系统设计利用了西门子S7-200系列PLC的特点，对按钮、电磁阀、开关等其他一些输入/输出点进行控制，实现了洗衣机洗衣过程的自动化。根据以上要求控制系统框图如控制系统框图。

3.PLC的选择

3.1 I/O点数统计

I/O点数是PLC的一项重要指标。合理选择I/O点数既可使系统满足控制要求，又可使系统总投资最低。PLC的输入输出总点数和种类应根据被控对象所需控制的模拟量、开关量、输入输出设备情况来确定，一般一个输入输出元件要占用一个输入输出点。考虑到今后的调整和扩充，一般应在估计的总点数上再加上20%—30%的备用量。[该系统有11个数字输入点6个数字输出点，具体的输入输出见下表。

3.2 I/O储存器容量的估算

PLC常用的内存有EPROM、EEPROM和带锂电池供电的RAM。一般微型和小型PLC的存储容量是固定的，介于1—2KB之间。用户应用程序占用多少内存与许多因素有关，如I/O点数、控制要求、运算处理量、程序结构等。因此在程序设计之前只能粗略地估算。根据经验，每个I/O点及有关功能元件占用的内存量大致如下：

开关量输入元件：10—20B/点

开关量输出元件：5—10B/点

定时器/计数器：2B/个

模拟量：100—150B/个

通信接口：一个接口一般需要300B以上[4]

根据上面算出的总字节数再考虑增加25%左右的备用量，就可估算出用户程序所需的内存容量，从而选择合适的PLC内存。该系统有12个数字输入点6个数字输出点，需内存280B，有定时器7个，计时器3个，需内存16B，考虑余量后需要内存370B。

3.3 CPU功能与结构的选择

PLC的功能日益强大，一般PLC都具有开关量逻辑运算、定时、计数、数据处理等基本功能，有些PLC还可扩展各种特殊功能模块，如通信模块、位置控制模块等，选型时可考虑以下几点：功能与任务相适应，PLC的处理速度应满足实时控制的要求、PLC结构合理、机型统一、在线编程和离线编程的选择。全自动洗衣机控制所要求的控制功能简单，小型PLC就能满足要求了。

该控制系统CPU模块可采用CPU-224（AC/DC/继电器）模块，它可控制整个系统按照控制要求有条不紊地进行。同时由于该模块采用交流220V供电，并且自带14个数字量输入点和10个数字量输出点，完全能满足全自动洗衣机控制系统的要求，所以不再需要另外的电源模块、数字量和输出模块。

3.4 PLC外部接线图

根据全自动洗衣机的控制要求，对系统控制的I/O点数进行了统计和PLC型号进行了选择，现根据以上的统计和选择对控制系统PLC的外部接线设计如下图。

4.正常运行流程图

全自动洗衣机正常运行时即洗衣机按照程序设定依次完成依次洗衣过程，先选择洗衣模式（即强洗/标准/弱洗），再选择水位，按下启動按扭，开始进水直到水满（即水位达到高水位）时停止进水开始洗涤正转，洗涤时，正转30秒，停两秒，然后反转30秒，停2秒，若选择弱洗则开始排水；若选择标准洗衣，则重复上述正反洗衣3次；若选择强洗，则如此循环5次；后进行排水，水位下降到低水位时开始脱水并继续排水，脱水30秒，开始清洗，重复以上过程，清洗2次，清洗完成，报警3秒并自动停机。按照以上的工作流程，作出全自动洗衣机的正常运行工作流程图见下图。

5. PLC控制顺序功能图

顺序功能图，它是描述控制系统的控制过程、功能和特性的一种图形，顺序功能图并不涉及所描述的控制功能的具体技术，它是一种通用的技术语言。全自动洗衣机控制系统PLC控制状态流程见下图。

6.总结

洗衣机产业目标主要涵盖节电节水、产品功能、绿色设计三大方向。在中国家用电器协会编制的冰箱、空调、洗衣机的技术路线图中，就节电节水方面，波轮式全自动洗衣机达到国家能效1级，能效1级的滚筒式全自动洗衣机要达到欧盟A+等级耗电、耗水要求，滚筒式洗干一体机要达到GB/T23118国标A级耗电、耗水要求。

在产品研发设计中，新技术和大容量的应用成为未来高端洗衣机的发展方向。居民居住条件的改善使得消费者对洗衣机的容量有了更高的要求，促使洗衣机主流容量不断提高，从而也推动了大容量洗衣机销量和市场份额的持续增加。

参考文献

[1]刘长青.电气控制与PLC应用技术[M] .北京：科学出版社，2012：252.

[2]罗萍.西门子S7-300/400 PLC工程实例详解[M] .北京：人民邮电出版社，2012.1：253.

[3]王永华.电气控制及PLC应用技术[M] .北京：北京航空航天大学出版社，2003.80-96.

[4]许谬.电气控制与PLC控制技术[M] .北京：.机械工业出版社，2005.153-154.

[5]殷洪义.可编程控制器选择设计与维护[M] .北京︰机械工业出版社，2002.24-49.

[6]邹金慧.电气控制与PLC实训教程[M] .北京：清华大学出版社，2012.9：175-176.

[7]邹金慧.电气控制与PLC实训教程[M] .北京：清华大学出版社，2012.9：176-177.

[8]蒋金周.全自动洗衣机的PLC智能控制 [J] .北京：机电一体化，2004，5：83-85.

[9]许谬、王淑英.电气控制与PLC控制技术[M] .北京：.机械工业出版社，2005.211-213.

[10]袁亮.S7-200 PLC实验指导书[M] .绵阳：绵阳师范学院出版社，2009.2-3.

[11]张培志.电气控制与可编程控制器[M] .—2版.北京：化学工业出版社，2014.7：270-271.