基于PLC的家用喷淋式洗碗机设计

河南科技学院　李晓娟　秦国庆　宋长源

基于PLC的家用喷淋式洗碗机设计

河南科技学院李晓娟秦国庆宋长源

本文根据洗碗机的控制要求，设计了一种基于PLC的家用洗碗机，具有自动或手动实现预洗、主洗、漂洗、烘干、消毒等功能。文中选用松下L40机型作为主控系统，给出了洗碗机的I/O分配、PLC硬件接线图和系统工作流程图，并编写了PLC梯形图程序，具有节水，省时，耗能低，寿命长，维修方便等优点。

PLC控制系统；洗碗机；梯形图

随着电子科学技术的发展，人们生活节奏的加快，能够代替人工清洗餐具的自动洗碗机，已成为普通家庭的需求，基于此设计了一种家用的喷淋式洗碗机。

1　洗碗机控制系统的工作原理及要求

本文所述的喷淋式洗碗机［3］由水处理系统、供排水系统、 加热系统和洗涤系统组成。高压水从孔内喷出的时候给上喷臂和下喷臂一个反作用力，这个反作用力使得上喷臂和下喷臂不停地快速旋转，从不同的方向喷射到餐具的每个表面，实现餐具各个表面被反复地清洗。洗碗机［1，2］基本工作流程为预洗—主 洗—漂洗—烘干—消毒，通过系统上电，运行PLC内部程序，由程序来控制各开关触点按照要求依次闭合或断开，进而驱动继电器和电磁阀的得失电，从而来控制洗碗机各部分工作有序地进行。其控制要求如下：

（1）洗碗机设有自动和手动开关。在手动控制下，洗碗机按照手动按键完成相应的工作过程；在自动控制下，按下自动控制键和启动按钮键洗碗机便能够按照系统中编写的程序，自动地完成全部的洗碗过程。

（2）设有常温、50℃、70℃三挡选择开关，用户可以根据餐具干净程度来自主选择，以提高洗涤效率和节约电能。

（3）洗碗机设有故障急停和报警装置，这可以在突发情况下有效的保护设备不被损坏。另外洗碗机设有温度传感器和液位传感器，分别监控着水加热的温度和水位的高度，到达设定值后，便自动停止加热和进水过程，启动下一个程序。

2　洗碗机控制系统硬件设计

2.1元器件的选择

本文设计的洗碗机在实现基本功能的基础上，还有必要的保护措施，器件具体型号选择如下：

（1）电机选择Y系列的Y80M1-2型号，额定功率0.75KW，转速2830r/min，转矩2.2（N·m）。

（2）电磁阀选用ZCT-10直动式电磁阀，其主要部件采用不锈钢材料，耐腐蚀，寿命长。

（3）热敏电阻型温度传感器型号采用MF58系列，其电阻与温度变化关系为负相关，具有灵敏性高，结构简单，电阻温度系数大，寿命长等优点。

（4）液位传感器型号为JPG-7的静压式液位传感器，具有可靠性高，寿命长等优点。

（5）热继电器选择JR20-10型号，主要对电机进行过载保护，避免电机中长时间出现较大的电流而使电机遭受损坏。

（6）熔断器主要被用于对电路进行短路保护，查阅相关资料选用RL8B-4型号的螺旋式熔断器。

2.2硬件电路设计

2.2.1PLC型号的选择

在本文洗碗机的PLC［4，5］控制中，共包括15个输入点和12个输出点，根据实际情况，最终选择松下系列的FP-X0系列的L40机型。

2.2.2PLC的I/O端口分配表

（1）PLC的输入端口分配表如表1所示。

表1　输入端口分配表

（2）PLC的输出端口分配表如表2所示：

表2　输出端口分配表

图1　PLC控制系统外部接线图

2.2.3PLC控制系统外部接线图

PLC控制系统的外部接线图如图1所示，在自动状态下，按下启动按钮、温度选择开关、高水位选择开关后，程序自动开启，进水电磁阀YV1打开，系统开始进水，进水完成后，高水位传感器自动传出控制信号，使得进水电磁阀YV1关闭，将水加热到指定温度添加洗涤粉、洗涤泵电动机M1开启，清洁洗碗机内部餐具、排出脏水后再相应开启设备进水，进水完成后、洗涤泵电动机M1开始动作进行漂洗，最后烘干、消毒等过程依次开始。

手动程序可以根据餐具的污迹程度选择相应功能操作，节约时间，便捷高效。在手动状态下，实际操作中相当于首先按下启动按钮SB3、温度选择开关SA1，进水电磁阀YV1打开，开始进水，进水完成后，高水位传感器自动发出控制信号，使得进水电磁阀关闭，选择清洗的功能依次进行预洗、主洗、漂洗、烘干、消毒等过程。

图2　系统流程图

3　洗碗机控制系统程序设计

3.1系统流程图

系统的流程图如图2所示，系统的运行方式有手动和自动控制两种方法。手动控制运行的时候，需要按照实际过程的需求，按下预洗X7、主洗X8、漂洗X9、烘干XA、消毒XB等功能键，分别实现对应的功能；自动控制运行的情况下，系统按照编写的程序，自动的完成清洗餐具的各个步骤，自动完成进水、喷淋、排水、加热、添加洗涤粉、烘干、消毒等过程，能够很好的完成清洗餐具的工作。

3.2系统主程序初始化设计

洗碗机控制系统包括一个主程序和六个子程序，其中主程序主要是对自动控制运行方式和手动控制运行方式进行选择，并对六个子程序进行调用，按下自动控制按钮SB1，X0闭合，同时按下温度选择开关SA1，X4、X5或X6闭合，Y9置位，自动指示灯HL2亮，同时调用子程序1；按下手动控制按钮SB2，使X1闭合，YA置位，手动指示灯HL3亮，程序则调用子程序2、子程序3、子程序4、子程序5、子程序6的其中一个。利用FPWIN-GR仿真软件画主程序梯形图如下图3所示。

图3　主程序控制梯形图

4　结论

本文主要完成了基于PLC的洗碗机的智能化控制，具有自动和手动两种功能模式，可以根据餐具的脏污程度进行选择，省水省电，大大解放了人类的双手，同时为厨房小家电加入到物联网的发展格局中提供依据。

［1］京讯.全自动家用洗碗机［J］.家用电器，1999（2）：19-20.

［2］王向红.洗涤方式的研究及新型家用洗碗机的研制［D］.广西大学，2004.

［3］喻永康，何雪明.洗碗机喷淋结构的优化设计研究［J］.湖南工业职业技术学院学报，2012，5（12）：10-11.

［4］张伏，邱兆美，王俊等.基于西门子PLC的洗碗机控制系统设计［J］.制造业自动化，2013，10（35）：31-33.

［5］吕以全，张鹏.PLC对洗碗烘干机的控制［J］.机电工程技术，2006，2（35）：60-62.

李晓娟（1986—），女，硕士研究生，助教，研究方向：模式识别与智能控制。

河南科技学院2016年大学生创新训练项目（2016CX025