基于PLC的全自动洗衣机控制系统设计

石庆明 贵州大学 大数据与信息工程学院

1 绪论

1.1 研究背景

在全球经济发展的浪潮中，中国经济也得到飞速的发展，大多数家庭都已开始使用全自动洗衣机。不仅如此，洗衣机在工业领域中也被普遍使用，其主要用于洗涤毛、丝、纤以及棉等面料。所以，宾馆、医院、学校、工厂等地方是工业洗衣机主要涉及的领域，并大都能完成该类领域对洗衣功能的要求。但由于老旧洗衣机通常会由继电器组成，因此无法满足人们对洗衣机自动一体化功能的要求。此外，洗衣机以往的半自动化逐渐转变为一体化，通俗的讲，只要把衣服放入洗衣机内，加入洗涤剂，启动洗涤程序，在程序结束后，根据人们对衣物的判断标准就可以判断洗衣机全自动一体化的功能，用户也可以根据自身情况设定出自己想要的时间和程序。这样会节省消费者的时间与精力，给人们的生活带来极大的便利。

1.2 国内外研究现状

以往，在全自动洗衣机系统刚盛行时，存在着众多的缺点，例如：控制功能较为简单、控制系统不够完善等。起初对于全自动洗衣机的设计思想还停留在人工洗涤中，对于衣物的总重以及材料等人工模拟量较为模糊。在经过一系列的推算模拟后才得出相应的概念。此概念由软件进行总结设计，并制定出相应的系统规则。最后，再由控制器以及设计的规则进行操控，并输出至执行机构，完成洗衣。

1.3 设计目标

本文中所设计的工业全自动系以机需拥有以下几个功能：

(1）自动运行规则程序

(2）自动辨别总物是否超重

(3）自动辨别漂洗要求

(4）洗衣过程自动完成（给水、洗涤、漂洗、脱水、排水、提示等）

在整个系统中，所使用的硬件都要拥有编程简单、电路简单、易读取、可靠性高、耗能低、使用寿命长、价格优惠以及运行速度快等优点。并能依据用户的洗衣要求，将洗衣程序设定为手动模式以及自动模式，在启动洗衣机的全自动模式后，洗衣机会按标准完成制定的程序，包括重量辨别、自动给水、自动漂洗以及排水等。整个洗衣过程由PLC进行预编工作，其中注水与脱水过程会依据用户所设定的时间进行。若洗衣机程序设为手动模式时，用户可通过按下电源或者暂停按钮停止洗衣过程。在此洗衣过程可调节控制水位，可以根据需要让洗衣机进行脱水或者排水等操作。对于整个洗衣过程而言，每个阶段的运行状态以及时间都可以自己设定，最大程度上满足用户对衣物清洗的要求。

2 工业洗衣机结构和控制方案设计

2.1 洗衣机结构

图2-1 洗衣机的基本结构

全自动洗衣机的内外筒由同一个中心安装，分别是脱水桶与盛水桶，并由外筒进行固定，其作用为盛水，内桶四周排列众多的小孔，可通过快速旋转使衣物达到脱水的目的。电磁阀的通判决定着洗衣机的进水和排水。波盘的作用为为清洗衣物，利用电动机驱动实现对衣物的清洗，此时的内筒不能进行旋转。在洗衣机进行正常清洗时，电磁离合器断电，并与波盘相连，在脱水开始时，电磁离合器通电，此时的电动机将带动内筒快速旋转，进而实现脱水。

2.2 工业洗衣机的特点

家用洗衣机与工业洗衣机的主要区别在于用量的大小，一般的工业洗衣机容量大多是50公斤至300公斤。而工业洗衣机所处的工作环境普遍比较恶劣，例如：水洗厂、酒店、医院、工矿企业以及服装厂等。因此，工业洗衣机的内外筒的制作材料通常为精制不锈钢板，此材料具有高耐磨耐腐蚀性以及平整光滑的优点，最大程度上减小对衣物的磨损，并不会损坏衣物制作材料，达到延长机器寿命的工作要求。工业洗衣机中的衣服浑浊辨别功能与重量检测功能，会及时在洗衣机进行超负荷状态下停止，并依据水的浑浊程度自动辨别下一步的漂洗需求，不仅大幅度降低电能消耗，还能减少对环境的污染。不仅如此，工业洗衣机在洗衣过程中拥有运转平稳以及振动幅度较小等特点，大大延长其使用寿命。

3 硬件选型

3.1 电动机的选型

根据工业洗衣机的实际用量，本次设计所设定的最大洗衣容量为100公斤，其尺寸为1760×1915×2100（mm），其转筒实际尺寸为Φ950×1420（mm）。

电容起动电机具有启动快、结构简单以及转速平稳的特点，波轮洗衣机通常会运用电机的转矩的高起动以及高速进行工作。

带式磁极电极具有结构简单、运行声音小以及生产成本低廉等优点。但缺点也是非常显而易见的，例如：机器的负载与转速成反比。所以，此电机在小负荷应用场所更加适用。本次的研究设计依据工业洗衣机的实际使用情况，将洗衣容量设定为不超过0.1T，采用的电机为三相异步电机Y1601-8，其功率为7.5KW、转速为720转每分钟。

3.2 PLC的选型

工业洗衣机集式选用24输入与16输出，其输入与输出达到40，而在本次研究设计设定的输入点I有14个，输出点O有13个。并根据实际洗衣需求，采用S7-200PLC可编程控制器作为主控部件。该可编程控制器的优点众多：指令集丰富、实时特性强、可靠性极高、便于操作掌握、抗干扰能力强以及通讯能力强劲，不仅如此接触器线圈以及继电器位于输出端时可直接驱动。而在S7-200系列中又有众多之分，如：CPU221、CPU224、CPU224XP、CPU22XM。在这其中，为满足设计要求，选用S7-200CPU226，因为S7-200CPU226具有24个输入与16个输出。

4 结论

全自动洗衣机的洗涤、排水以及脱水时间是由子元件定时器与计数器进行控制的，所用程序运行时间的要求都可以通过改变参数设定进而实现。

因为大多数洗衣机都是基于PLC模型进行设计的，所以功能方向都大同小异，为保证全自动洗衣机具有多种功能，可选用不同品种不同系列的CPU去实现。

全自动洗衣机的水洗、漂白、排水、脱水可根据用户的需求进行修改，而用户则可以通过改变CPU程序进而实现单步操作的功能。

对于设计的人性化方面，可以添加多种辅助装置，例如：指示灯以及提示铃等。保证全自动洗衣机具有控制特色的同时，也要考虑其结构的稳定以及成本价格的合理。

运用组态调控的PLC时，需要在程序启用前将中间继电器接为实际输入开关，其次把中间继电器的属性调为读写。