全自动洗衣机PLC控制系统设计

2015-12-31胡小颖

机械工程与自动化 2015年3期

胡小颖

（上海理工大学光电信息与计算机工程学院，上海 200093）

0 引言

传统的全自动洗衣机常常采用单片机作为控制器，虽然相较于PLC而言单片机成本低廉，专用性较强，但其对环境的适应能力较差，可靠性不高，且指令系统复杂，编程方法不易掌握，并且在设计系统硬件时需要多种电路保护装置，如电流保护、电压保护、过载保护等，增加了硬件的复杂性，隐含了较高的故障率，也无形中增加了维修成本。而PLC运行周期短、可靠性高、稳定性强，能在高粉尘、高噪声、强电磁干扰和温度剧烈变化等不同的环境下正常工作，而且编程方法简单易学，又集中了驱动电路、检测电路和保护电路以及通讯联网等功能。因此本文选用PLC作为全自动洗衣机的控制器，利用步进顺控编程指令实现控制功能。

1 全自动洗衣机控制要求

本文所设计的控制系统可实现洗衣机自动注水、手动洗涤、自动洗涤、自动排水以及自动脱水等功能。通电后，按下启动按钮，洗衣机将自动注水至标准水位。5s后，如果按下手动洗涤开关，系统会进入手动洗涤程序，否则，则系统默认进入自动洗涤程序。当进入手动洗涤程序，若按下正转按钮，洗衣机将正转30 s；若按下反转按钮，则洗衣机反转30s，此时，如果用户想继续正转或反转洗涤衣物，则可以按下重复洗涤开关，再次选择洗衣机正转或反转。当进入自动洗涤程序，洗衣机将先正转30s，再反转30s，直到正反转过程重复3遍。结束洗涤程序后，洗衣机会自动排水至最低水位，并自动脱水30s。至此，洗衣机完成全部洗涤过程1遍，而该过程将重复3遍。3遍结束后，洗衣机指示灯闪烁5s告知用户洗衣过程结束，用户可通过停止按钮来决定继续洗衣或是停机。无论处于上述哪一个环节，用户都可以随时按下停止按钮结束当前的运行状态。

2 PLC的选型

PLC的生产厂家很多，主要有美国通用电气、德国西门子以及日本三菱和欧姆龙等。日本三菱公司的FX2N系列PLC不仅具有体型小、执行速度快等特点，还吸收了整体式和模块式的优点。根据实际定义的输入、输出点数，本文所确定的PLC型号为FX2N-32MR-001。PLC地址分配情况见表1，硬件接线方式如图1所示。

表1 PLC地址分配表

3 电机的选择

直流电机相对于交流电机而言控制性能优良，机械特性和调速特性均为平行的直线，可实现“平滑而经济的调速”，即不需要其他设备的配合，就可通过改变输入的电压/电流进行调速。另外，串励的励磁方式使得电机有软的机械特性，轻载时转速很高，启动转矩很大，过载能力较强。因此本文选用串励直流电动机作为洗衣机正反转及脱水的驱动电机。

4 PLC程序设计

图1 PLC硬件接线图

本文根据全自动洗衣机的工作特点，采用步进顺控指令对PLC进行编程，使得程序条理清晰，易于理解。全自动洗衣机控制程序梯形图如图2所示，其逻辑行描述如下：

（1）第30和34逻辑行描述了系统手动洗涤与自动洗涤的选择功能。当按下手动洗涤开关X2，系统进入手动洗涤程序；否则，系统将进入自动洗涤程序。

（2）第37～65逻辑行描述了系统手动洗涤的过程。当按下正转手动按钮X3，正转接触器Y0得电自锁，内部电机串电阻正向启动运行。5s后，Y2得电切除串联的电阻，内部电机全速全压正转运行30s。按下反转手动按钮X4后的运行原理与正转类似，不再赘述。系统正转或反转30s后，可通过重复洗涤开关X7选择是否重复洗涤。若按下X7，系统回到S23状态步可再次选择手动正转还是手动反转；否则，则系统自动进入下一程序段。

（3）第68～113逻辑行描述了系统自动洗涤的过程。系统进入自动洗涤程序将接通正转接触器Y0，使内部电机串电阻正向启动运行5s，随后Y2得电切除串联的电阻，内部电机全速全压正转运行30s。30s时间过后，Y0和Y2失电，反转接触器Y1得电，运行过程与系统正转相同，不再赘述。系统正转、反转各一次称为一次洗涤循环，系统将自动重复3遍洗涤循环后进入下一程序段。

（4）第121～140逻辑行描述了系统自动脱水的过程。系统进入脱水程序后自动接通（启动）电源接触器Y4，内部电机串电阻R1和R2启动运行，进行脱水。5s后，（启动）电阻R1切除接触器Y5得电，切除电阻R1；再过5s，（启动）电阻R2切除接触器Y6得电，切除电阻R2，内部电机全速全压运行10s。