基于PLC的全自動洗衣機控制系統的研究

王賓 韓勇莉

摘 要： 隨著社會經濟的發展和科學技術水平的提高，家庭電器全自動化成為必然的發展趨勢。全自動洗衣機的產生極大的方便了人們的生活。根據全自動洗衣機的工作原理，利用可編程控制器PLC實現控制，說明了PLC控制的原理方法，特點及控制洗衣機的特色。PLC的優點是：可靠性高，耗電少，適應性強，運行速度快，壽命長等，為了進一步提高全自動洗衣機的功能和性能，避免傳統控制的一些弊端，就提出了用PLC來控制全自動洗衣機這個課題。改文就怎樣利用PLC來控制全自動洗衣機進行了調查，對其中軟件設計、硬件設計等問題進行了分析和研究，實現了全自動洗衣機的正常運行和強制性停止功能。

關鍵詞： PLC；自動；定時；控制

引 言

全自動洗衣機一般由洗衣脫水桶、控制板、給水排水系統、循環式線絨過濾系統和動力部分組成。全自動洗衣機的洗衣和脫水過程都在單一的洗衣脫水桶內完成，其底部有一個膠質葉輪，由交流電機驅動。周壁有孔的脫水桶可以高速旋轉，起脫水作用?？刂瓢逶O有電源開關、水位設定開關、洗衣程序開關等，用來控制洗衣機的啟、停和水位，選擇不同的洗衣程序。給水排水系統注入清水和排出濁水。動力部分包括電源、一臺交流電機和剎車裝置。有些自動洗衣機還備有水加熱器，以提高洗滌效果，有的還裝有用以烘干的熱風機。

1.PLC的控制特點

PLC系統的特點：

1、可靠性高，PLC作為一種通用的工業控制器，它必須能夠在各種不同的工作環境中正常工作。對工作的環境要求較低，抗外部干擾能力強，平均無故障時間長。

2、使用方便靈活，PLC采用了基本單元擴展或者是模塊化的結構形式，因此，輸入/輸出信號的數量，形式，驅動能力等都可以根據實際控制要求進行選擇與確定，而且在需要時可以隨時更換，近年來，PLC的特殊模塊增多這些可以滿足不同的控制要求，使PLC的使用更加靈活與多變。

3、編程簡單，PLC的優越性主要體現在它采用了獨特的，多種面向廣大工程設計人員的編程語言，如指令表，梯形圖，邏輯功能圖，順序功能圖等，程序簡潔，明了適合各類技術人員的傳統習慣，即使是沒有計算機知識的人員也很統一掌握，特別是梯形圖與邏輯功能圖，形象直觀，動態監測效果逼真，且與計算機控制容易。

2.控制系統框圖

全自動洗衣機完整的洗衣工作過程包括進水、洗滌、漂洗、排水、脫水五個過程組成。本次設計的洗衣機可以自主選擇強洗、標準、漂洗、脫水四種洗滌模式；其中強洗和標準的洗滌模式能夠實現完整的洗衣過程，完成洗滌模式選擇后，每種模式的洗衣過程都能夠做到全自動依次運行，直至洗衣結束。也能夠實現洗衣機對衣物單獨漂洗和脫水功能。以PLC為控制核心，實現電機的正反轉[1]

全自動洗衣機控制系統的運行控制方式設置如下：

（1）進水時間為5s。

（2）進水完畢后開始洗滌，電機正反轉各2s完成一個周期。

（3）步驟2循環5/3/1次為強/標準/弱洗的洗滌過程。

（4）洗滌結束后排水，時間為5s，洗滌過程結束，也可用手動按鈕，進行手動排水。

（5）再進水5s開始漂洗，電機正反轉各2s完成一個周期，循環2個周期完成2次漂洗，漂洗過程結束。

（6）脫水5s，電動機高速旋轉，同樣可以用手動脫水按鈕，進行手動脫水。

（7）若按下“急停”按鈕，當前所有過程停止，返回到初始狀態。

此次全自動洗衣機控制系統設計利用了西門子S7-200系列PLC的特點，對按鈕、電磁閥、開關等其他一些輸入/輸出點進行控制，實現了洗衣機洗衣過程的自動化。根據以上要求控制系統框圖如控制系統框圖。

3.PLC的選擇

3.1 I/O點數統計

I/O點數是PLC的一項重要指標。合理選擇I/O點數既可使系統滿足控制要求，又可使系統總投資最低。PLC的輸入輸出總點數和種類應根據被控對象所需控制的模擬量、開關量、輸入輸出設備情況來確定，一般一個輸入輸出元件要占用一個輸入輸出點。考慮到今后的調整和擴充，一般應在估計的總點數上再加上20%—30%的備用量。[該系統有11個數字輸入點6個數字輸出點，具體的輸入輸出見下表。

3.2 I/O儲存器容量的估算

PLC常用的內存有EPROM、EEPROM和帶鋰電池供電的RAM。一般微型和小型PLC的存儲容量是固定的，介于1—2KB之間。用戶應用程序占用多少內存與許多因素有關，如I/O點數、控制要求、運算處理量、程序結構等。因此在程序設計之前只能粗略地估算。根據經驗，每個I/O點及有關功能元件占用的內存量大致如下：

開關量輸入元件：10—20B/點

開關量輸出元件：5—10B/點

定時器/計數器：2B/個

模擬量：100—150B/個

通信接口：一個接口一般需要300B以上[4]

根據上面算出的總字節數再考慮增加25%左右的備用量，就可估算出用戶程序所需的內存容量，從而選擇合適的PLC內存。該系統有12個數字輸入點6個數字輸出點，需內存280B，有定時器7個，計時器3個，需內存16B，考慮余量后需要內存370B。

3.3 CPU功能與結構的選擇

PLC的功能日益強大，一般PLC都具有開關量邏輯運算、定時、計數、數據處理等基本功能，有些PLC還可擴展各種特殊功能模塊，如通信模塊、位置控制模塊等，選型時可考慮以下幾點：功能與任務相適應，PLC的處理速度應滿足實時控制的要求、PLC結構合理、機型統一、在線編程和離線編程的選擇。全自動洗衣機控制所要求的控制功能簡單，小型PLC就能滿足要求了。

該控制系統CPU模塊可采用CPU-224（AC/DC/繼電器）模塊，它可控制整個系統按照控制要求有條不紊地進行。同時由于該模塊采用交流220V供電，并且自帶14個數字量輸入點和10個數字量輸出點，完全能滿足全自動洗衣機控制系統的要求，所以不再需要另外的電源模塊、數字量和輸出模塊。

3.4 PLC外部接線圖

根據全自動洗衣機的控制要求，對系統控制的I/O點數進行了統計和PLC型號進行了選擇，現根據以上的統計和選擇對控制系統PLC的外部接線設計如下圖。

4.正常運行流程圖

全自動洗衣機正常運行時即洗衣機按照程序設定依次完成依次洗衣過程，先選擇洗衣模式（即強洗/標準/弱洗），再選擇水位，按下啟動按扭，開始進水直到水滿（即水位達到高水位）時停止進水開始洗滌正轉，洗滌時，正轉30秒，停兩秒，然后反轉30秒，停2秒，若選擇弱洗則開始排水；若選擇標準洗衣，則重復上述正反洗衣3次；若選擇強洗，則如此循環5次；后進行排水，水位下降到低水位時開始脫水并繼續排水，脫水30秒，開始清洗，重復以上過程，清洗2次，清洗完成，報警3秒并自動停機。按照以上的工作流程，作出全自動洗衣機的正常運行工作流程圖見下圖。

5. PLC控制順序功能圖

順序功能圖，它是描述控制系統的控制過程、功能和特性的一種圖形，順序功能圖并不涉及所描述的控制功能的具體技術，它是一種通用的技術語言。全自動洗衣機控制系統PLC控制狀態流程見下圖。

6.總結

洗衣機產業目標主要涵蓋節電節水、產品功能、綠色設計三大方向。在中國家用電器協會編制的冰箱、空調、洗衣機的技術路線圖中，就節電節水方面，波輪式全自動洗衣機達到國家能效1級，能效1級的滾筒式全自動洗衣機要達到歐盟A+等級耗電、耗水要求，滾筒式洗干一體機要達到GB/T23118國標A級耗電、耗水要求。

在產品研發設計中，新技術和大容量的應用成為未來高端洗衣機的發展方向。居民居住條件的改善使得消費者對洗衣機的容量有了更高的要求，促使洗衣機主流容量不斷提高，從而也推動了大容量洗衣機銷量和市場份額的持續增加。

參考文獻

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