基于PLC的洗衣机系统设计

于秀娜　张茜铭

摘 要：随着科学技术的不断进步，人们的生活水平不断提高，洗衣机已经走进了千家万户，成为日常生活中常见的家用电器产品。目前，在自动化领域主要的控制方式有传统的继电接触器控制、微机控制和PLC控制三种。传统继电接触器控制的洗衣机，由于是纯硬件控制，工作的可靠性低，而PLC控制的全自动洗衣机，功能的实现都是由程序控制的，故提高了系统的可靠性和节能性，接线也大大减少，系统维修简单、维修时间缩短。文章介绍了洗衣机的结构和西门子S7-200系列的PLC，分析了PLC全自动洗衣机控制系统的控制原理，给出了PLC的I/O分配表和程序流程图，完成了控制系统的设计。

关键词：全自动洗衣机；PLC；控制系统

引言

随着科学技术的不断进步，人们的生活水平不断提高，洗衣机已经走进了千家万户，成为日常生活中常见的家用电器产品。但是传统的基于继电接触器控制系统的洗衣机系统，由于自身的缺点，不能满足洗衣机的自动化程度的要求，已经落后于时代的步伐。随着微型计算机技术如单片机的发展，全自动洗衣机控制系统主要是以单片机控制为主，但是单片机的缺点是控制和驱动能力有限，也不能很好满足要求。而PLC控制具有实时性、信号处理时间短、速度快，可靠性高，丰富的I/O卡件，质优价廉，性价比高，安装简单，维修方便等优点，更能满足洗衣机的控制要求。

1 洗衣机控制系统概述

1.1 洗衣机的发展。我国工业现代化发展较晚，洗衣机制造业也相对发展较晚，我国的洗衣机企业在1978年正式生产了家用的洗衣机。世界上第一台洗衣机最早出现西方国家，时间是18世纪80年代，根据机械原理，手动操作机械设备进行洗衣动作，模仿人手洗洗衣的过程。1955年日本研制出新一代流行至今的波轮式洗衣机，这对洗衣机行业来说，是一个质的飞越。随着我国洗衣机企业研发能力的不断增强，开发设计人员队伍不断壮大，如今，我国已经成为生产洗衣机的大国，年产量约占世界年产量的四分之一，是世界第一位。

1.2 洗衣机的工作原理。文章以应用广泛的波轮式洗衣机为例，分析其工作原理。首先，洗衣机的结构由洗衣桶、箱体、箱盖、电动机、传动部件、定时器及控制面板等组成。衣物在洗衣桶里，依靠装在洗衣桶底部的波轮正、反旋转，带动衣物上、下、左、右不停地翻转，使衣物之间、衣物与桶壁之间，在水中进行柔和地摩擦，在洗涤剂的作用下实现去污清洗。洗衣机洗衣的工作流程共六个步骤，分别是开始，进水、洗衣、漂洗、排水和脱水。启动按钮用来启动洗衣机工作。停止按钮用来实现手动停止进水、排水、脱水及报警。排水按钮用来实现手动排水。

2 可编程控制器简介

2.1 PLC的结构和特点。可编程序控制器是综合了计算机技术、通信技术以及自动控制技术而开发的新一代工业控制装置。PLC的基本结构主要可以分为：CPU模块、存储器、I/O模块、扩展单元、外部设备及其接口以及电源等。

PLC的特点：可靠性高，抗干扰能力强，配套齐全，功能完善，适用性强，易学易用，设计开发工作量小，维护方便体积小、重量轻，功耗低等优点。PLC的内部安装了抗十扰装置，不会在工业环境中被某些信号所影响，导致数据的失真。

2.2 PLC在洗衣机中的应用发展。很多全自动洗衣机控制系统的控制器是由单片机，还包括稳压电路，显示电路、输入电路、放大和驱动电路等其他电路组成。但这种单片机控制的系统一旦出现故障，最大的问题是维修困难。而采用PLC这种工业控制器，其价格低，又是集中了检测电路、通讯联网功能、驱动电路和保护电路的一种整体功能结构的模块，编程简单，并且易于功能扩展，平均无故障时间有可靠的保障，也能够提高洗衣机的使用寿命，适合各型全自动洗衣机使用。

3 洗衣机的硬件系统设计

3.1 系统控制要求。全自动洗衣机洗衣的工作过程主要分为进水、浸泡、洗涤、漂洗、排水、脱水六大步骤，并且这六个连续的步骤是全自动实现的，直到洗衣结束并报警提示洗衣过程完成。并且能实现“正常运行”和“强制运行”两种控制方式。“正常运行”方式具体控制要求如下：（1）按下启动按扭，开始进水，达到水位检测信号时停止进水；（2）进水停止2S后开始洗涤；（3）洗衣时，正转10S，停止2S，然后反转10S，停止2S；（4）如此循环共5次后开始排水，排空后开始脱水10S；（5）若没有完成3次大的洗衣循环，则返回从进水开始的全部动作，进行下一次大循环；（6）洗衣全部结束后，报警5S，自动停机。“强制运行”方式具体控制要求如下：（1）按下“停止”按钮时，洗涤电机和脱水桶转，进水电磁阀和排水阀全部闭合洗衣过程立即停止；（2）其余步骤，由手动按钮按动排水开关和脱水开关进行手动排水和脱水操作完成。

3.2 控制系统构成图。PLC控制系统要控制的对象主要包括：带动波轮转动的电动机、起到接通和断开电路作用的电磁阀及继电器等。硬件设计的整体思路就是通过PLC模拟量I/O模块输出的数字信号控制继电器，进而控制电路。改变变频器参数就可以改变洗涤和漂洗时的速度。进水阀和排水阀则是通过水位检测设备进行控制。具体的系统构成如图1所示。

4 洗衣机的软件系统设计

4.1 I/O分配表。在洗衣机控制系统中，输入接口设备包括开关、按钮、继电器触点和传感器等。水位选择按钮的作用是选择与衣物相适应的水位，水位传感器的作用是用来采样水位信息，这个采样的水位信息是模拟信号，不能由PLC直接处理，需要经过模数转换器，转换成数字量再输入PLC。PLC输出信号对设备进行控制，洗衣机的控制设备包括接触器、电磁阀、指示装置等。由PLC来控制进水阀和排水阀动作。PLC输入和输出端都是经过隔离、转换后的开关信号。

4.2 程序流程图

5 结束语

该系统采用PLC为控制核心控制器，PLC通用性强、使用方便、适应面广、可靠性高、抗干扰能力强、编程简单。其控制系统的硬件电路设计较为容易，软件编程过程中，输入、调试和修改控制程序灵活，给操作带来了极大的方便性。

参考文献

[1]刘德兵.全自动洗衣机控制系统的PLC设计[D].电子科技大学，2011.

[2]李小光，段春霞.基于PLC的全自动洗衣机控制系统的设计[J].湖北广播电视大学学报，2008（1）.

[3]王芹.可编程控制器技术及应用[M].天津：天津大学出版社，2008.