基于PLC控制的節(jié)能洗衣機(jī)系統(tǒng)設(shè)計(jì)

黃淵

摘要：針對洗衣機(jī)的發(fā)展和目前的研究現(xiàn)狀，將從洗衣機(jī)的工作原理開始變頻，進(jìn)水，洗衣，排水和脫水進(jìn)行論述，選用PLC進(jìn)行控制洗衣機(jī)實(shí)現(xiàn)這五個(gè)過程。洗衣機(jī)PLC控制系統(tǒng)的構(gòu)成包括：啟動按鈕，停止按鈕，電磁進(jìn)水、排水閥，洗劑電動機(jī)，脫水桶，變頻調(diào)速，手動脫水、排水開關(guān)，水位監(jiān)測裝置，水位選擇開關(guān)等組成。首先分析了PLC的優(yōu)缺點(diǎn)，其次分析了洗衣機(jī)控制設(shè)備的要求和設(shè)計(jì)的主要內(nèi)容給出了較為合理的PLC控制系統(tǒng)。

Abstract： According to the development of the washing machine and the current research status， the frequency conversion， water inlet， washing， drainage and dehydration will be discussed from the working principle of the washing machine. PLC is used to control the washing machine to realize these five processes. The composition of the washing machine PLC control system includes： start button， stop button， electromagnetic water inlet and drain valve， lotion motor， dehydration bucket， variable frequency speed regulation， manual dehydration， drain switch， water level monitoring device， water level selector switch and other components. The advantages and disadvantages of PLC are analyzed first， and the requirements of washing machine control equipment and the main content of the design are analyzed. A more reasonable PLC control system is given.

關(guān)鍵詞：PLC;節(jié)能洗衣機(jī);系統(tǒng)設(shè)計(jì)

Key words： PLC;energy-saving washing machine;system design

中圖分類號：TM925.33 ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文章編號：1006-4311（2020）06-0232-02

1 ?洗衣機(jī)的發(fā)展史

科技的不斷發(fā)展，促進(jìn)了社會的進(jìn)步。早期人們洗衣服是利用手洗，現(xiàn)在早已經(jīng)擺脫了手洗而采用機(jī)器完成洗衣服的任務(wù)。在1874年，就有人開始考慮用機(jī)器來代替手工洗衣服，于是發(fā)明了木制手搖洗衣機(jī)。這一發(fā)明促進(jìn)了洗衣機(jī)的發(fā)展。隨后誕生了蒸汽洗衣機(jī)，在1880年出現(xiàn)于美國。蒸汽洗衣機(jī)只是一個(gè)開端，水力洗衣機(jī)和內(nèi)燃機(jī)洗衣機(jī)的到來又將洗衣機(jī)的發(fā)展推向了高潮。于1911年美國出現(xiàn)了獨(dú)一無二的電動洗衣機(jī)[1]。1960年以后，一些發(fā)達(dá)的國家出現(xiàn)了洗衣機(jī)，步入市場，開始在家庭中投入使用，家庭的使用率呈現(xiàn)上升的趨勢。在日本首次出現(xiàn)了半自動型的洗衣機(jī)，該洗衣機(jī)需要一定的人工輔助，同時(shí)是雙桶的，能進(jìn)行洗衣和脫水。70年代，又出現(xiàn)了波輪式套桶全自動洗衣機(jī)。隨后微電腦控制全自動洗衣機(jī)的誕生，給人們眼前一新[2]。1990年之后，科技越來越發(fā)達(dá)，電機(jī)的種類形式也越來越多，有了變頻調(diào)節(jié)電機(jī)的問世，推動了洗衣機(jī)的發(fā)展，使得洗衣機(jī)也越來越節(jié)能，洗衣機(jī)的種類也越來越繁多，可以供大家選擇的余地也越來越多。洗衣機(jī)的發(fā)展在中國的情況不是很樂觀，由于中國洗衣機(jī)的發(fā)展起步比較晚，所以情況不是很好。中國1978年才開始研究生產(chǎn)洗衣機(jī)，并投入家庭進(jìn)行使用。雖然起步較晚，但是我國的認(rèn)識和發(fā)展較為迅速，改革開放以后，洗衣機(jī)的發(fā)展越來越好，而不是和預(yù)期的那樣停滯不前，反而是保持著良好的發(fā)展。洗衣機(jī)的銷售量說明了一切，在1978年的時(shí)候僅僅生產(chǎn)400臺，而到1983年的時(shí)候洗衣機(jī)的數(shù)量翻了很多倍，產(chǎn)量為365萬臺，僅僅只經(jīng)歷了5年的時(shí)間。此后全國各地都進(jìn)行了技術(shù)的引進(jìn)，為了使得洗衣機(jī)更好的發(fā)展，估摸有40多家廠從先進(jìn)國家，例如美國、日本、英國等國家引進(jìn)技術(shù)攻克洗衣機(jī)發(fā)展的問題。目前我國洗衣機(jī)的年產(chǎn)量居世界前列[3]。

單片機(jī)控制洗衣機(jī)的整個(gè)洗衣的流程，是一種手段，比較的常見，但是對于維修來說較為復(fù)雜，成本也較高，對維修人員的要求也較為苛刻，而選擇PLC來控制洗衣機(jī)的洗衣過程，顯得較為有優(yōu)點(diǎn)，其原因是：維修簡單，只要能夠看懂編程即可，而且編程也較為簡單，易于學(xué)習(xí)，它具有模塊化，可以進(jìn)行擴(kuò)充，洗劑的時(shí)間可以很好地去控制，出現(xiàn)故障的可能性不高，適合于大多數(shù)全自動洗衣機(jī)[2]。洗衣機(jī)在洗衣，脫水過程中，若是全自動洗衣機(jī)，則其程序是由PLC中心控制系統(tǒng)工作的。洗衣機(jī)控制洗衣，脫水的過程它是一個(gè)整體的模塊，其中包含了檢測電路，網(wǎng)絡(luò)通訊功能，保護(hù)電路和驅(qū)動電路等。故此在硬件方面，應(yīng)用起來也相對的較為簡單，能夠提高可靠性在控制系統(tǒng)方面[3]。PLC會像洗衣機(jī)發(fā)展的過程那樣，不斷地發(fā)展和完善，彌補(bǔ)不足，突破技術(shù)上的難題，打造更好的洗衣機(jī)控制系統(tǒng)[4]。

2 ?洗衣機(jī)的工作原理

洗衣機(jī)的工作流程示意圖如1圖所示。

洗衣機(jī)的工作流程由圖1可知，洗衣機(jī)由開始變頻、進(jìn)水、洗衣、排水和脫水5個(gè)過程組成。洗衣機(jī)可分為全自動和半自動。它們的區(qū)別為：半自動洗衣機(jī)是需要一定的人工輔助，其中進(jìn)水、排水、脫水和洗衣4個(gè)過程需要人工按相應(yīng)的按鈕來實(shí)現(xiàn);全自動洗衣機(jī)則不需要人工的輔助，這4個(gè)過程可以自動的實(shí)現(xiàn)，一直到洗衣結(jié)束才會停止。

全自動洗衣機(jī)的進(jìn)水、排水、脫水和洗衣4個(gè)過程，需要用水位開關(guān)、電磁進(jìn)水、排水閥結(jié)合進(jìn)行控制洗衣機(jī)這4個(gè)過程的運(yùn)轉(zhuǎn)。

3 ?PLC控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

3.1 洗衣機(jī)設(shè)備控制要求

洗衣機(jī)的設(shè)備在目前的市場上半自動和全自動較為廣泛。

本文主要對全自動洗衣機(jī)控制要求做出說明。全自動洗衣機(jī)控制系統(tǒng)要求能夠?qū)崿F(xiàn)“正常運(yùn)行”和“強(qiáng)制運(yùn)行”兩種控制方式。

3.1.1 “正常運(yùn)行”方式具體控制要求如下：

①首先按啟動按鈕，然后水位通過水位選擇開關(guān)，自動的選擇合適的水位，分別有高、中、低三個(gè)檔位，當(dāng)水位達(dá)到預(yù)定的高度后，水就會停止進(jìn)入;②當(dāng)水進(jìn)入達(dá)到預(yù)定的高度后，可停止3秒后，再開始洗衣;③在洗衣服的過程中，進(jìn)行設(shè)置電機(jī)的轉(zhuǎn)速讓正轉(zhuǎn)20秒，然后停止3秒，再進(jìn)行反轉(zhuǎn)20秒，最后再停止3秒，洗衣過程中一直重復(fù)這個(gè)操作;④洗衣的過程重復(fù)5次，總計(jì)時(shí)間245秒，245秒后進(jìn)行排水，排水后脫水30秒;⑤再次進(jìn)水，重復(fù)①-④的過程，重復(fù)三次完成洗衣的過程;⑥當(dāng)洗衣服完成后，進(jìn)行警報(bào)3秒，提示洗衣結(jié)束，取走衣服。

3.1.2 “強(qiáng)制運(yùn)行”方式具體控制要求如下：

①若按下“停止”按鈕，洗衣過程停止，即洗滌電機(jī)和脫水桶轉(zhuǎn)，進(jìn)水電磁閥和排水閥全部閉合;②可用手動排水開關(guān)和手動脫水開關(guān)進(jìn)行手動排水和脫水。

3.2 PLC設(shè)計(jì)的主要內(nèi)容

PLC的設(shè)計(jì)內(nèi)容主要包括：確定總體方案;確定輸入、輸出點(diǎn)數(shù);PLC的類型選擇;選擇用戶所需要的輸入設(shè)備;控制程序的編寫。

3.2.1 確定總體方案

總體方案的確定是進(jìn)行洗衣機(jī)后續(xù)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)的關(guān)鍵也是核心，需要了解洗衣機(jī)的工作原理。

3.2.2 確定輸入、輸出的點(diǎn)數(shù)

控制系統(tǒng)的輸入、輸出點(diǎn)數(shù)，取決于它的功能，功能越多點(diǎn)數(shù)也就越多，只有確定了點(diǎn)數(shù)，才能選擇PLC的類型。

3.2.3 PLC的選擇

PLC的種類繁多，根據(jù)所需要的點(diǎn)數(shù)選擇合適的PLC，減少成本。

3.2.4 選擇用戶所需要的輸入設(shè)備

洗衣機(jī)投入市場使用需要滿足用戶的需求，所以需要有用戶輸入設(shè)備，例如啟動、停止開關(guān)等。

3.2.5 控制程序的編寫

控制程序的編寫是關(guān)鍵，編寫完程序只是第一步，還需要后續(xù)的調(diào)試，通過不斷地調(diào)試，滿足要求即可。

3.3 洗衣機(jī)設(shè)計(jì)的控制系統(tǒng)構(gòu)成圖

洗衣機(jī)的PLC系統(tǒng)構(gòu)成主要包括：啟動按鈕，停止按鈕，電磁進(jìn)水、排水閥，洗劑電動機(jī)，脫水桶，變頻調(diào)速，手動脫水、排水開關(guān)，水位監(jiān)測裝置，水位選擇開關(guān)等，如圖2所示。

啟動按鈕：主要作用是控制洗衣機(jī)進(jìn)行啟動，完成后續(xù)的洗衣操作;

停止按鈕：主要作用是控制洗衣機(jī)結(jié)束洗衣過程;

電磁進(jìn)水、排水閥：主要作用是控制洗衣進(jìn)水和排水的操作;

洗劑電動機(jī)：主要作用是給洗衣機(jī)提供動力源，使洗衣機(jī)能夠按照要求進(jìn)行運(yùn)轉(zhuǎn);

脫水桶：主要作用是將洗完的衣服進(jìn)行脫水，加快衣服變干;

變頻調(diào)速：主要作用是能夠自動進(jìn)行變頻調(diào)節(jié)，突顯節(jié)能的特點(diǎn);

手動脫水、排水開關(guān)：主要作用是人工來實(shí)現(xiàn)脫水和排水的操作;

水位監(jiān)測裝置：主要作用是監(jiān)測水位的高低，分別有三個(gè)檔位（高中低），監(jiān)測合適的水位進(jìn)行洗衣;

水位選擇開關(guān)：主要作用是控制水位的高低，然后進(jìn)行選擇合適的水位，分別有三個(gè)檔位（高中低）。

4 ?總結(jié)

洗衣機(jī)的控制系統(tǒng)選擇PLC是基于PLC的諸多優(yōu)點(diǎn)，例如，編程簡單，操作方便，初學(xué)者易于上手，同時(shí)抗干擾能力較好，相對較為穩(wěn)定，應(yīng)用較為廣泛，使用、維修也相對簡單等特點(diǎn)。在工業(yè)中選擇PLC來控制，尤其是它的順序控制用的特別多，而本文洗衣機(jī)的控制系統(tǒng)選擇PLC控制就是利用順序控制。PLC控制和變頻技術(shù)的融合使得設(shè)計(jì)洗衣機(jī)在投入市場應(yīng)用的時(shí)候成本降低，用戶維修費(fèi)用也低，而且產(chǎn)生的故障時(shí)間較短，具有節(jié)能的特點(diǎn)。

參考文獻(xiàn)：

[1]趙華山，陳強(qiáng)，都慶慶，梁鑒如.共享式智能洗衣機(jī)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)[J].計(jì)算機(jī)測量與控制，2018，26（10）：85-88，92.

[2]石玉明，張屏.基于PLC的自動洗衣機(jī)控制系統(tǒng)[J].機(jī)械工程與自動化，2007（03）：123-124，127.

[3]陳海衛(wèi)，張秋菊.滾筒洗衣機(jī)瞬態(tài)脫水振動的分析與控制[J].振動與沖擊，2013，32（15）：47-53.

[4]張秀鳳.工業(yè)洗衣機(jī)利用三菱PLC與變頻器的綜合控制[J].價(jià)值工程，2012，31（04）：42.