工業(yè)洗衣機(jī)自動(dòng)控制系統(tǒng)改造設(shè)計(jì)

王玉萍,叢曉霞,邵峰

（河南科技學(xué)院,河南新鄉(xiāng)453003）

近年來(lái)隨著國(guó)民經(jīng)濟(jì)的飛速發(fā)展,人民生活水平不斷提高,洗滌行業(yè)產(chǎn)業(yè)化進(jìn)程明顯加快,社會(huì)對(duì)工業(yè)洗衣機(jī)的需求不斷增加.工業(yè)洗衣機(jī)廣泛應(yīng)用于服裝廠、水洗廠、工礦企業(yè)、學(xué)校、賓館酒店、醫(yī)院.自1911年世界上第一臺(tái)洗衣機(jī)問(wèn)世,工業(yè)洗衣機(jī)就相伴而生[1].由于我國(guó)洗滌行業(yè)產(chǎn)業(yè)化發(fā)展緩慢,使工業(yè)洗衣機(jī)的發(fā)展相對(duì)落后于家用洗衣機(jī)的發(fā)展.而機(jī)電技術(shù)的快速發(fā)展,為工業(yè)洗衣機(jī)性能的進(jìn)一步提升奠定了基礎(chǔ)[2].本文以PLC為核心,采用變頻技術(shù)、傳感器技術(shù),實(shí)現(xiàn)了工業(yè)洗衣機(jī)的自動(dòng)化控制,該設(shè)計(jì)簡(jiǎn)化了工業(yè)洗衣機(jī)的機(jī)械結(jié)構(gòu)和控制電路結(jié)構(gòu),在減輕工人勞動(dòng)強(qiáng)度的同時(shí)降低了工業(yè)洗衣機(jī)的能耗,提高了系統(tǒng)的可靠性,彌補(bǔ)了傳統(tǒng)洗衣機(jī)在工業(yè)領(lǐng)域上應(yīng)用的不足[3].

1 工業(yè)洗衣機(jī)控制系統(tǒng)組成及功能

1.1 系統(tǒng)構(gòu)成

目前工業(yè)洗衣機(jī)多由內(nèi)筒、外筒、多速電機(jī)、支撐裝置、傳動(dòng)裝置、控制電路組成[4].工作原理：由三角帶及帶動(dòng)傳動(dòng)裝置,將電機(jī)產(chǎn)生的動(dòng)力傳送到內(nèi)筒和外同,采用繼電接觸器控制方式實(shí)現(xiàn)電機(jī)的正反轉(zhuǎn),定時(shí)裝置為傳統(tǒng)的機(jī)械結(jié)構(gòu).總體結(jié)構(gòu)復(fù)雜、體積大、重量大、噪音大、電氣控制方式落后,故障率高,可靠性差.改進(jìn)后的工業(yè)洗衣機(jī),去除了中間復(fù)雜的機(jī)械傳動(dòng)裝置,只需一臺(tái)普通的三相鼠籠式異步電動(dòng)機(jī),控制系統(tǒng)以PLC為核心,利用變頻器,傳感器實(shí)現(xiàn)電機(jī)的自動(dòng)化控制,使工業(yè)洗衣機(jī)性能得到了很大的改善.系統(tǒng)主要由可編程控器、水位、溫度檢測(cè)系統(tǒng)、進(jìn)水系統(tǒng)、排水系統(tǒng)、變頻調(diào)速系統(tǒng)、電機(jī)等組成,其結(jié)構(gòu)如圖1所示.

圖1 工業(yè)洗衣機(jī)控制系統(tǒng)構(gòu)成Fig.1 Industrial washing machine control system

1.2 系統(tǒng)功能

設(shè)計(jì)控制系統(tǒng)以PLC為核心,它接受來(lái)自啟動(dòng)按鈕、停止按鈕、水位傳感器、溫度傳感器等輸入信號(hào),通過(guò)程序控制進(jìn)水排水電磁閥、加熱器、電機(jī)等執(zhí)行機(jī)構(gòu).系統(tǒng)自動(dòng)判斷水溫、水位、衣質(zhì)衣量、衣物的臟污情況,決定投放適量的洗滌劑并選擇最佳的洗滌程序.當(dāng)洗衣桶內(nèi)衣物的多少和質(zhì)地不同,注入相同水位的水時(shí),其總重量是不同的,利用這一點(diǎn),通過(guò)對(duì)洗衣電動(dòng)機(jī)低速轉(zhuǎn)動(dòng)后的慣性測(cè)量,可以判斷衣質(zhì)和衣量.方法是：在洗衣桶內(nèi)注入一定量的水后使電機(jī)低速運(yùn)轉(zhuǎn),平穩(wěn)后快速斷電,洗衣桶在慣性作用下帶動(dòng)電機(jī)繼續(xù)轉(zhuǎn)動(dòng).此時(shí),電機(jī)繞組產(chǎn)生反電動(dòng)勢(shì),對(duì)其半波整流并放大整形后獲得一矩形脈沖系列.通過(guò)分析脈沖個(gè)數(shù)和脈沖寬度.就能得到衣質(zhì)衣量情況.衣物的臟污程度是通過(guò)排水口水的透明度來(lái)判斷的.在洗衣機(jī)的排水口處安裝一個(gè)光電傳感器,若水的透明度低,光電傳感器接收到的光能小,說(shuō)明衣物較臟.工業(yè)洗衣機(jī)工作流程由進(jìn)水、洗衣、排水和脫水4個(gè)過(guò)程組成,這4個(gè)過(guò)程可做到全自動(dòng)依次運(yùn)行,直至洗衣過(guò)程結(jié)束[5-6].

2 硬件電路設(shè)計(jì)

2.1 PLC的選型

可編程控制器的設(shè)計(jì)和開(kāi)發(fā)是以工業(yè)控制為前提,信號(hào)處理時(shí)間短,速度快.能滿足各個(gè)領(lǐng)域大、中、小型工業(yè)控制要求,系統(tǒng)配置簡(jiǎn)單靈活,可靠性高.根據(jù)工業(yè)洗衣機(jī)的工作流程及輸入輸出設(shè)備的數(shù)量和控制要求,本系統(tǒng)選用松下公司的FP1-C40型PLC.該產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)型,I/O點(diǎn)數(shù)40,工作電壓100～240 V,繼電器輸出方式.

2.2 電機(jī)主電路

工業(yè)洗衣機(jī)在洗滌和脫水時(shí)電機(jī)轉(zhuǎn)速相差很大,一般為多臺(tái)籠式電機(jī)采用離合器切換運(yùn)轉(zhuǎn)或者使用多速電機(jī)加上離合器、皮帶輪及正反轉(zhuǎn)開(kāi)關(guān)等機(jī)械裝置實(shí)現(xiàn)速度調(diào)節(jié),機(jī)械結(jié)構(gòu)復(fù)雜,故障率高.本設(shè)計(jì)采用一臺(tái)普通的鼠籠式異步電動(dòng)機(jī),配套選擇一臺(tái)通用型變頻器,實(shí)現(xiàn)電機(jī)的調(diào)速,轉(zhuǎn)速開(kāi)環(huán)控制,無(wú)速度傳感器,控制電路簡(jiǎn)單,性價(jià)比高.通過(guò)PLC控制變頻器的外接輸入端子X(jué)1、X2、X3的不同組合,可得到8擋轉(zhuǎn)速,能夠滿足洗衣過(guò)程對(duì)轉(zhuǎn)速的要求.電機(jī)主電路如圖2所示.

圖2 電機(jī)主電路Fig.2 The main circuit of the motor

2.3 溫度及濁度的檢測(cè)

為了改善工業(yè)洗衣機(jī)的洗滌效果,增加水溫控制功能,采用電加熱器和鉑電阻溫度傳感器控制水溫.該傳感器由精密級(jí)鉑熱電阻元件和經(jīng)特殊工藝處理的防護(hù)套組成,并用三芯屏蔽信號(hào)電纜線從敏感元件引出用于測(cè)量,采用三線測(cè)量法測(cè)量,以減少導(dǎo)線電阻引起的測(cè)量誤差.鉑電阻溫度傳感器具有極佳的可互換性和長(zhǎng)期穩(wěn)定性,接線方法如圖3所示.安裝在排水口用來(lái)檢測(cè)衣物潔凈度的光電傳感器,選用NPN型常開(kāi)（或常閉）漫反射式光電傳感器,其接線方法如圖4所示.

圖3 溫度傳感器接線電路Fig.3 temperature sensor wiring circuit

圖4 光電傳感器接線電路Fig.4 photoelectric sensor wiring circuit

2.4 PLC的I/O口分配及其外圍接線電路

FP1-C40型PLC共有40個(gè)輸入輸出端口,其中輸入24點(diǎn),輸出16點(diǎn),I/O口分配如表1所示.PLC外圍接線圖如圖5所示.

圖5 系統(tǒng)控制電路Fig.5 System control circuit

按下啟動(dòng)按扭,工作指示燈L1亮,系統(tǒng)檢測(cè)到門關(guān)閉信號(hào)后,進(jìn)水電磁閥線圈YV1通電,進(jìn)水電磁閥打開(kāi),開(kāi)始進(jìn)水,當(dāng)水位達(dá)到一定量后使電機(jī)低速運(yùn)轉(zhuǎn),平穩(wěn)后快速斷電,衣質(zhì)衣量傳感器檢測(cè)到信號(hào)后,洗滌液電磁閥線圈YV3,注入適量的洗滌液,同時(shí)進(jìn)水閥再次打開(kāi)繼續(xù)進(jìn)水,高水位傳感器檢測(cè)到信號(hào)時(shí),關(guān)閉進(jìn)水電磁閥,停止進(jìn)水,5 s后開(kāi)始洗滌,電機(jī)正轉(zhuǎn)25 s,暫停2 s,然后開(kāi)始反轉(zhuǎn)洗滌,待反轉(zhuǎn)洗滌25 s后暫停3 s,如此循環(huán),洗滌結(jié)束后,排水電磁閥線圈YV2通電,開(kāi)始排水,排空后（水位傳感器檢測(cè)到低水位信號(hào)）開(kāi)始脫水,并繼續(xù)排水脫水10 s即完成一次從進(jìn)水到脫水的工作循環(huán)過(guò)程.按照PLC設(shè)定的程序洗滌過(guò)程結(jié)束后,結(jié)束指示燈L2亮,同時(shí)蜂鳴器BE得電報(bào)警[7].

3 結(jié)論

系統(tǒng)采用可編程控制器作為工業(yè)洗衣機(jī)的控制核心,實(shí)現(xiàn)了工業(yè)洗衣機(jī)的智能化控制.變頻器的應(yīng)用很好地解決了由于工業(yè)洗衣機(jī)負(fù)載大,調(diào)速性能要求高的問(wèn)題.并且達(dá)到了洗滌行業(yè)節(jié)能的要求,降低了企業(yè)的運(yùn)行成本,大大減輕了工人的勞動(dòng)強(qiáng)度.

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[5]張秀鳳.工業(yè)洗衣機(jī)利用三菱PLC與變頻器的綜合控制[J].價(jià)值工程,2012（4）：42.

[6]陳曉軍,朱云開(kāi),張建.基于PLC的投幣式洗衣機(jī)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)[J].機(jī)械制造與自動(dòng)化,2009（3）：161-162,164.

[7]李良仁,王兆晶.變頻調(diào)速技術(shù)與應(yīng)用[M].北京：電子工業(yè)出版社,2004.