PLC技术在家用烘干机中的应用

2020-01-07

武汉船舶职业技术学院学报 2019年4期

(武汉船舶职业技术学院，湖北武汉 430050)

随着国民经济的发展，人们的生活水平不断提高。在家用家电领域，烘干机的使用需求越来越大[1]。目前常用的烘干机除了容量较大的柜式机外，最受欢迎的应为滚筒式烘干机。它在体积上比柜式机小，外形跟普通滚筒式洗衣机很像，可单独使用，也可与洗衣机组合。它是依靠滚筒转动，并通过吹热风使衣物中的水分快速蒸发，从而达到烘干衣物的目的。

传统的烘干机采用继电器、接触器等元器件的组装来实现控制，其元器件复杂多样，成本较高[2]，一旦出现故障，难以找出故障点，维修困难，可靠性不高。PLC具有操作简单的特点，易于实现数字量和模拟量的自动控制和数据采集，可在少量的元器件的基础上，通过编制简单的程序完成复杂的动作[3]。本文介绍了一种基于PLC可编程控制器，实现全自动滚筒式烘干机的自动控制，提高系统的可靠性和稳定性。

1 烘干机的工作原理及过程

烘干机的工作原理是通过电动机的驱动，使烘干机内的滚筒旋转，滚筒内放置的衣物随着滚筒的正反转、上升、掉落，不断地运动从而将衣物抖散。同时，烘干机内安装有加热管，空气经过加热后，吹出干燥热风，将衣物内的水分带走，从而达到烘干的目的[4]。

烘干机内安装有温湿度传感器，当筒内温度低于65℃时，加热管正常工作，当温度高于65℃，烘干机发出报警，以防止衣物因温度过高而损坏，避免温度过高引起安全隐患。同时，温湿度传感器还可以用来感知出风口的湿度。筒内的温湿度通过温湿度传感器来检测，通过湿度的大小来判断衣物是否烘干[5]。

在烘干结束后，对筒内温度进行冷却[6]。烘干机的右上角装有冷却剂装置，烘干过程结束时加热管停止加热，风机保持转动，冷却剂开始发挥作用，在风机作用下使冷风吹向衣物，同时，滚筒保持转动，使衣物慢慢冷却。最后两台电机停止，烘干机停止工作。

2 全自动烘干机PLC控制系统

全自动烘干机的控制方式可分为手动控制和自动控制，本文只介绍一种全自动烘干机的衣物烘干过程。

烘干机结构简图如图1所示，烘干机靠近内筒处装有圆形加热管，内筒连接有风道，空气经过风道，在风机的驱动下，流向筒内。风机和滚筒由不同的电机来驱动，电机1控制风机单向转动，电机2控制滚筒正、反转，以实现衣物在不打结的情况下均匀烘干。右上角的冷却剂装置，在烘干机需要对衣物进行冷却的时候发挥作用。从烘干机内筒排出的潮湿热空气经过冷却剂后，温度降低，再通过风机的转动流向筒内，从而实现衣物的冷却。

图1 烘干机结构简图

2.1 全自动烘干机控制要求

全自动烘干机的控制要求如下：

① 烘干机接通电源后，按下启动按钮，首先启动指示灯亮，加热管接通，同时，风机开始转动，向筒内吹风。

② 5s后，滚筒正转10s后停2s，再反转10s，如此循环。

③ 当出风口排出的气体湿度在5%时，加热管停止加热，冷却剂装置开启。

④ 冷却时间达10分钟后，风机、滚筒停止转动，指示灯灭，蜂鸣器响5s后停止，整个烘衣过程结束。

2.2 温度控制过程

烘干机筒内温度可自行设定，根据不同面料的衣物选择不同的温度进行烘干。本文烘干机工作温度设定为45℃～55℃。

① 接通电源，按下启动按钮后，加热管开始加热，温度开始不断上升。

② 当筒内温度到达设定温度上限值55℃时，加热管停止加热，温度逐渐下降。

③ 当筒内温度降到45℃时，加热管重新工作，使筒内温度升高……

④ 在烘干机工作期间，循环步骤2和步骤3，使温度控制在45℃～55℃之间。

⑤ 若烘干机出现故障，加热管温度不受控制，温度持续升高，当温度升高到65℃时，加热管停止工作，蜂鸣器报警。

烘干机温度控制流程图见图2所示。

图2 烘干机温度控制流程图

2.3 I/O元件地址分配及PLC硬件接线图

根据烘干机温度控制过程，系统需要模拟量输入输出对温度进行控制，所以，采用西门子S7-200 PLC进行程序设计和仿真时，需要用到模拟量扩展模块，本文选用CPU226及EM235模块进行编程。通过传感器进行温度采集，并通过变送器将传感器提供的信号转换为直流电流信号，从而利用PLC可编程控制器对温度进行有效控制。本文选用温湿度传感器HM-30，可以实现实时温湿度检测，它具有精度高、成本低、安装方便、稳定性好等特点。同时，本文选用了KSD9700系列温度开关，当温度升高至65℃时，该温度开关迅速动作，从而使蜂鸣器发出报警，保护系统正常工作。 I/O元件地址分配表如表1所示。

表1 I/O地址分配表

烘干机的PLC控制系统外部接线图如图3所示。

图3 烘干机的PLC控制系统外部接线图

2.4 顺序功能图设计

根据烘干机的控制要求，烘干机的控制为顺序动作，本文采用西门子200 PLC的顺序控制方法进行设计，在编写梯形图时，采用顺序控制法来编程设计[7]。起动前，采用顺序控制法进行编程；起动后，烘干机处于初始状态，初始步中，将顺序控制中所有输出线圈及计数器复位，顺序功能流程图如图4所示。需要指出的是，图中使用的计数器C0，计数次数为26次(1+25次)，因循环1次需要10s+2s+10s+2s=24s，故此处采用循环执行该过程25次进行延时，表示加热管停止加热10min，即24x25=600s=10min。

图4 顺序控制功能流程图

2.5 梯形图程序及仿真

该系统的控制主要包括两大部分，温度控制和烘干过程顺序控制，分别对应模拟量和数字量，通过PLC控制程序的设计完成对两个部分的控制。

2.5.1温度控制

根据温度控制过程，温湿度传感器将采集到的温度转换成电流信号。模拟量输入模块将电流信号进行数字化处理后，送到PLC中进行编程处理，对温度进行控制。本文选用西门子EM235模拟量输入输出模块。输入通道选择第2路，输出通道选择第1路。本文设定温度范围为45℃～55℃。首先采用传送指令进行上电初始化，然后将温度模拟输入量AIW2进行转换，输出实际温度值VW200，最后将实际温度值与设定值进行比较，VW260中存放的是温度上限值65，VW266中存放的是温度下限值45。若实际温度超过65℃，则蜂鸣器报警；若实际温度超过55℃，加热器停止加热；若实际温度低于45℃，加热管开启；若实际温度等于50℃，则加热器保持当前状态。PLC温度控制程序如图5所示[8]，该图只列出关键程序部分。

图5 温度控制程序

2.5.2烘干过程顺序控制

根据顺序控制图，烘干过程采用顺序控制法来编制梯形图，该方法思路清晰明了，易于读懂，便于修改和调试，可缩短系统编程时间。本系统梯形图如图6所示(网络1～15)，该程序图完全结合顺序功能图而编制，具体过程见图4，此处不再赘述。

2.5.3程序仿真调试

通过仿真来验证程序设计是否正确。程序仿真结果如图7所示，当按两下启动按钮I0.0时，启动指示灯Q0.0亮，风机转动输出Q0.3、加热管Q0.4均点亮，5s后，滚筒正反转实现，Q0.1和Q0.2开始依次循环闪烁。当按下湿度下限开关I0.1时，加热管Q0.4熄灭，停止加热，此时Q0.1、Q0.2仍然循环闪烁。10分钟后，蜂鸣器Q0.5亮。5s后Q0.5灭，同时，Q0.0～Q0.4均熄灭，整个烘干过程结束。