基于PLC在全自動洗衣機中的模擬設計

【摘 要】本文闡述了利用三菱公司生產的PLC（型號為FX2N—48MR）結合亞龍PLC全自動洗衣機控制單元一臺，模擬實現了洗衣機由進水、洗滌、排水、脫水、報警到自動停機的循環過程。設計了相應的系統軟件，并運用梯形圖編程。此項設計對于開發實訓課教學，提高職業類學生的動手能力，起到了積極的促進作用。

【關鍵詞】PLC 洗衣機 全自動 控制 觸摸屏

一、引言

隨著科學技術的發展，電氣控制技術在各領域中得到越來越廣泛的應用。可編程序控制器（PLC）的應用使電氣控制技術發生了根本的變化。PLC是以計算機為核心的通用自動控制裝置，它的功能強、可靠性好、編程簡單、使用方便、體積小，現已廣泛應用于工業控制的各個領域。

二、模擬裝置組成

為輔助PLC應用的教學，學校實訓室配備了計算機、PLC模塊、和全自動洗衣機應用模塊。

1. 計算機：編輯控制程序，傳入PLC模塊，同時可實現程序編輯、修改、調試等操作。

2. PLC模塊：通過數字式、模擬式的輸入輸出，在其內部存儲執行邏輯運算、定時、計數和算術運算等操作指令，并通過數字式、模擬式的輸入和輸出，控制洗衣機的運行過程。

3. 全自動洗衣機模塊：全自動洗衣機模塊中的啟動、停止、上限、下限、手動排水按鈕與PLC模塊中的X接線端子相連。進水、排水、正攪拌、反攪拌、甩干桶、蜂鳴器指示燈與PLC模塊中的Y接線端子相連。

三、洗衣機工作原理及控制要求

1. 洗衣機的結構

洗衣機的結構由洗衣機的電機、定時器、進水電磁閥、排水電磁閥、水位開關、離合器、蜂鳴器、電容等組成。洗衣桶（外桶）和脫水桶（內桶）是以同一中心安放的。外桶固定，作盛水用；內桶可以旋轉，作脫水（甩干）用。內桶的四周有很多小孔，使內、外桶的水流相通。

2. 洗衣機的工作原理

洗衣機的進水和排水分別由進水電磁閥和排水電磁閥來執行。進水時，通過控制系統使進水電磁閥打開，經進水管將水注入外桶。水位開關可以控制水位。當進水達到預先規定的高度（上限）時，就被高位水位開關檢測到，由控制系統使進水閥關閉。排水時，控制系統使排水閥打開，一段時間后，由控制系統控制脫水桶進行脫水。當水排完時，被低水位開關檢測到，則停止脫水，排水閥關閉。

3. 控制要求

（1）工作循環設計

PLC投入運行，系統處于初始狀態，準備好起動。按下起動按鈕，進水閥打開，進水到上限時，進水閥關閉，停止進水。開始洗滌正轉，正洗15秒后暫停，3秒后開始洗滌反轉，反洗15秒后暫停3秒，計數器加1，累計洗滌計數，若未滿3次，則重復進行正反轉洗滌，此為小循環。若滿3次時，則排水閥打開，開始排水。5秒后脫水桶旋轉脫水，并繼續排水，當水位開關檢測到水排完，脫水桶停止脫水，排水閥關閉，計數器加1，即完成一次從進水到脫水的大過程。若未完成3次大循環，則返回至從進水開始的全部動作，進行下一次大循環；若完成了3次大循環，則洗完報警，每秒鐘報警一次，報警6秒后結束全部過程，回到初始狀態。

（2）停止工作

按停止按鈕以實現手動停止、進水、排水、脫水及報警；按暫停按鈕實現暫停工作，待再次按下起動按鈕后，再從暫停時的狀態繼續工作；按排水按鈕實現手動排水。

（3）模擬演示情況

進水閥的打開、關閉分別模擬為進水燈的亮、滅；排水閥的打開、關閉也分別模擬為排水燈的亮和滅；按下上限按鈕，模擬進水到位；按下下限按鈕，模擬水已排空。洗滌的正反轉分別用攪輪的順時針、逆時針燈亮模擬；報警模擬為蜂鳴器燈亮。

四、系統軟件設計

1. PLC輸入輸出電路設計

綜合系統各方面的設計要求，本系統共采用6個輸入點，其中X0設計為啟動按鈕，X1停止按鈕，X2暫停按鈕，X3上限按鈕，X4下限按鈕，X5排水按鈕。同時輸出點也設計6個，將Y0設計為進水、Y1洗滌正轉、Y2洗滌反轉、Y3排水、Y4甩干、Y5蜂鳴器。

說明：（1）上限按鈕、下限按鈕在實際應用時分別是水位檢測元件。

（2）Y0、Y3在實際當中接的是電磁閥，Y1、Y2、Y4在實際當中接繼電器線圈，Y5在實際中接蜂鳴器。

2. 順序功能圖和梯形圖設計

（1）順序功能圖

由于本系統是一個典型的順序控制實例，所以采用步進指令編程。使用順序控制設計法時首先根據系統的工藝過程，畫出順序功能圖，然后根據順序功能圖畫出梯形圖。

（2）梯形圖的設計

①通用定時器沒有保持功能，在輸入電路斷開或停電時被復位，考慮到洗滌時停電情況，所以采用有保持功能的積算定時器T250-T254。注意定時器的復位和定時時間設定。

②大小循環用計數器C0和C1實現。

③暫停控制用特殊繼電器M8040和M8034配合實現。

梯形圖分塊完成，實現自動循環、手動停止、暫停、手動排水等功能，最后進行整合，完成整個程序的編寫。

五、觸摸屏的設置

觸摸屏在自動化生產線的應用越來越廣泛，為了更好將系統設計成智能化，方便操作和遠程控制，所以在完成系統功能要求的前提下，配置了一臺GT1155觸摸屏，界面設置為：用六個按鈕采用位開關繪制，分別對應六個輸入信號。采用六個指示燈分別對應六個輸出。

六、結束語

通過本系統的設計，對PLC編程有了更深刻地理解，從而進一步地掌握了步進指令、定時器、計數器的使用功能。本次設計，對加強PLC實訓課建設，提高學生專業興趣和動手能力也起到了促進作用。此外，還學習了觸摸屏的應用，實現了PLC與觸摸屏之間進行可靠的人機對話。

【參考文獻】

［1］吳中俊，黃永紅主編. 可編程控制器原理及應用．北京：機械工業出版社，2005.

［2］高勤主編. 電器及PLC控制技術. 北京：高等教育出版社，2002.