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基于PLC控制的节能洗衣机系统设计

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黄渊

摘要：针对洗衣机的发展和目前的研究现状，将从洗衣机的工作原理开始变频，进水，洗衣，排水和脱水进行论述，选用PLC进行控制洗衣机实现这五个过程。洗衣机PLC控制系统的构成包括：启动按钮，停止按钮，电磁进水、排水阀，洗剂电动机，脱水桶，变频调速，手动脱水、排水开关，水位监测装置，水位选择开关等组成。首先分析了PLC的优缺点，其次分析了洗衣机控制设备的要求和设计的主要内容给出了较为合理的PLC控制系统。

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.

关键词：PLC;节能洗衣机;系统设计

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

中图分类号：TM925.33 ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文献标识码：A ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文章编号：1006-4311（2020）06-0232-02

1 ?洗衣机的发展史

科技的不断发展，促进了社会的进步。早期人们洗衣服是利用手洗，现在早已经摆脱了手洗而采用机器完成洗衣服的任务。在1874年，就有人开始考虑用机器来代替手工洗衣服，于是发明了木制手摇洗衣机。这一发明促进了洗衣机的发展。随后诞生了蒸汽洗衣机，在1880年出现于美国。蒸汽洗衣机只是一个开端，水力洗衣机和内燃机洗衣机的到来又将洗衣机的发展推向了高潮。于1911年美国出现了独一无二的电动洗衣机[1]。1960年以后，一些发达的国家出现了洗衣机，步入市场，开始在家庭中投入使用，家庭的使用率呈现上升的趋势。在日本首次出現了半自动型的洗衣机，该洗衣机需要一定的人工辅助，同时是双桶的，能进行洗衣和脱水。70年代，又出现了波轮式套桶全自动洗衣机。随后微电脑控制全自动洗衣机的诞生，给人们眼前一新[2]。1990年之后，科技越来越发达，电机的种类形式也越来越多，有了变频调节电机的问世，推动了洗衣机的发展，使得洗衣机也越来越节能，洗衣机的种类也越来越繁多，可以供大家选择的余地也越来越多。洗衣机的发展在中国的情况不是很乐观，由于中国洗衣机的发展起步比较晚，所以情况不是很好。中国1978年才开始研究生产洗衣机，并投入家庭进行使用。虽然起步较晚，但是我国的认识和发展较为迅速，改革开放以后，洗衣机的发展越来越好，而不是和预期的那样停滞不前，反而是保持着良好的发展。洗衣机的销售量说明了一切，在1978年的时候仅仅生产400台，而到1983年的时候洗衣机的数量翻了很多倍，产量为365万台，仅仅只经历了5年的时间。此后全国各地都进行了技术的引进，为了使得洗衣机更好的发展，估摸有40多家厂从先进国家，例如美国、日本、英国等国家引进技术攻克洗衣机发展的问题。目前我国洗衣机的年产量居世界前列[3]。

单片机控制洗衣机的整个洗衣的流程，是一种手段，比较的常见，但是对于维修来说较为复杂，成本也较高，对维修人员的要求也较为苛刻，而选择PLC来控制洗衣机的洗衣过程，显得较为有优点，其原因是：维修简单，只要能够看懂编程即可，而且编程也较为简单，易于学习，它具有模块化，可以进行扩充，洗剂的时间可以很好地去控制，出现故障的可能性不高，适合于大多数全自动洗衣机[2]。洗衣机在洗衣，脱水过程中，若是全自动洗衣机，则其程序是由PLC中心控制系统工作的。洗衣机控制洗衣，脱水的过程它是一个整体的模块，其中包含了检测电路，网络通讯功能，保护电路和驱动电路等。故此在硬件方面，应用起来也相对的较为简单，能够提高可靠性在控制系统方面[3]。PLC会像洗衣机发展的过程那样，不断地发展和完善，弥补不足，突破技术上的难题，打造更好的洗衣机控制系统[4]。

2 ?洗衣机的工作原理

洗衣机的工作流程示意图如1图所示。

洗衣机的工作流程由图1可知，洗衣机由开始变频、进水、洗衣、排水和脱水5个过程组成。洗衣机可分为全自动和半自动。它们的区别为：半自动洗衣机是需要一定的人工辅助，其中进水、排水、脱水和洗衣4个过程需要人工按相应的按钮来实现;全自动洗衣机则不需要人工的辅助，这4个过程可以自动的实现，一直到洗衣结束才会停止。

全自动洗衣机的进水、排水、脱水和洗衣4个过程，需要用水位开关、电磁进水、排水阀结合进行控制洗衣机这4个过程的运转。

3 ?PLC控制系统的设计

3.1 洗衣机设备控制要求

洗衣机的设备在目前的市场上半自动和全自动较为广泛。

本文主要对全自动洗衣机控制要求做出说明。全自动洗衣机控制系统要求能够实现“正常运行”和“强制运行”两种控制方式。

3.1.1 “正常运行”方式具体控制要求如下：

①首先按启动按钮，然后水位通过水位选择开关，自动的选择合适的水位，分别有高、中、低三个档位，当水位达到预定的高度后，水就会停止进入;②当水进入达到预定的高度后，可停止3秒后，再开始洗衣;③在洗衣服的过程中，进行设置电机的转速让正转20秒，然后停止3秒，再进行反转20秒，最后再停止3秒，洗衣过程中一直重复这个操作;④洗衣的过程重复5次，总计时间245秒，245秒后進行排水，排水后脱水30秒;⑤再次进水，重复①-④的过程，重复三次完成洗衣的过程;⑥当洗衣服完成后，进行警报3秒，提示洗衣结束，取走衣服。

3.1.2 “强制运行”方式具体控制要求如下：

①若按下“停止”按钮，洗衣过程停止，即洗涤电机和脱水桶转，进水电磁阀和排水阀全部闭合;②可用手动排水开关和手动脱水开关进行手动排水和脱水。

3.2 PLC设计的主要内容

PLC的设计内容主要包括：确定总体方案;确定输入、输出点数;PLC的类型选择;选择用户所需要的输入设备;控制程序的编写。

3.2.1 确定总体方案

总体方案的确定是进行洗衣机后续控制系统设计的关键也是核心，需要了解洗衣机的工作原理。

3.2.2 确定输入、输出的点数

控制系统的输入、输出点数，取决于它的功能，功能越多点数也就越多，只有确定了点数，才能选择PLC的类型。

3.2.3 PLC的选择

PLC的种类繁多，根据所需要的点数选择合适的PLC，减少成本。

3.2.4 选择用户所需要的输入设备

洗衣机投入市场使用需要满足用户的需求，所以需要有用户输入设备，例如启动、停止开关等。

3.2.5 控制程序的编写

控制程序的编写是关键，编写完程序只是第一步，还需要后续的调试，通过不断地调试，满足要求即可。

3.3 洗衣机设计的控制系统构成图

洗衣机的PLC系统构成主要包括：启动按钮，停止按钮，电磁进水、排水阀，洗剂电动机，脱水桶，变频调速，手动脱水、排水开关，水位监测装置，水位选择开关等，如图2所示。

启动按钮：主要作用是控制洗衣机进行启动，完成后续的洗衣操作;

停止按钮：主要作用是控制洗衣机结束洗衣过程;

电磁进水、排水阀：主要作用是控制洗衣进水和排水的操作;

洗剂电动机：主要作用是给洗衣机提供动力源，使洗衣机能够按照要求进行运转;

脱水桶：主要作用是将洗完的衣服进行脱水，加快衣服变干;

变频调速：主要作用是能够自动进行变频调节，突显节能的特点;

手动脱水、排水开关：主要作用是人工来实现脱水和排水的操作;

水位监测装置：主要作用是监测水位的高低，分别有三个档位（高中低），监测合适的水位进行洗衣;

水位选择开关：主要作用是控制水位的高低，然后进行选择合适的水位，分别有三个档位（高中低）。

4 ?总结

洗衣机的控制系统选择PLC是基于PLC的诸多优点，例如，编程简单，操作方便，初学者易于上手，同时抗干扰能力较好，相对较为稳定，应用较为广泛，使用、维修也相对简单等特点。在工业中选择PLC来控制，尤其是它的顺序控制用的特别多，而本文洗衣机的控制系统选择PLC控制就是利用顺序控制。PLC控制和变频技术的融合使得设计洗衣机在投入市场应用的时候成本降低，用户维修费用也低，而且产生的故障时间较短，具有节能的特点。

参考文献：

[1]赵华山，陈强，都庆庆，梁鉴如.共享式智能洗衣机控制系统设计[J].计算机测量与控制，2018，26（10）：85-88，92.

[2]石玉明，张屏.基于PLC的自动洗衣机控制系统[J].机械工程与自动化，2007（03）：123-124，127.

[3]陈海卫，张秋菊.滚筒洗衣机瞬态脱水振动的分析与控制[J].振动与冲击，2013，32（15）：47-53.

[4]张秀凤.工业洗衣机利用三菱PLC与变频器的综合控制[J].价值工程，2012，31（04）：42.

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