用PLC实现洗衣机的“一键式”全自动控制.doc

用PLC实现洗衣机的“一键式”全自动控制王 盛宁波市职教中心学校2007年8月12日用PLC实现洗衣机的“一键式”全自动控制王 盛 宁波市职教中心学校摘要：可编程控制器(PLC) 是计算机技术在工业控制领域的一种应用技术，具有体积小、组装维护方便、编程简单、可靠性高、抗干扰能力强等特点。本文介绍一种专为学校或企业集体宿舍公共使用设计，用PLC控制，以“一键式”操控的多模式全自动洗衣机控制系统。关键词：PLC；“一键式”；步进梯形图用PLC实现洗衣机的“一键式”全自动控制0 引言被称为现代工业自动化三大支柱之一的可编程控制器(PLC)是在继电接触器控制和计算机控制基础上开发的工业自动控制装置，是计算机技术在工业控制领域的一种应用技术。由于它可通过软件来改变控制过程，而且具有体积小、组装维护方便、编程简单、可靠性高、抗干扰能力强等特点，已广泛应用于工业控制的各个领域，成为自动化技术的重要组成部分。本文所设计的“一键式”控制多模式全自动洗衣机适合于学校宿舍、大型企业集体宿舍等场所公共使用，利用PLC对现行的“内外桶洗衣机”进行改进，做到了多种洗衣模式的全自动控制，尤其采用了“一键式”单按钮控制方式，不但操作维护简单便易，更简化了系统线路，提高了整个控制系统的可靠性。1 设计方向和主要特点由于是学校或企业的集体宿舍公共使用，使用的人数较多，大多数人对洗衣的要求比较简单，所以本设计以操作简单、使用可靠、维护修理方便作为主要设计方向，具有以下几个特点：1、采用“一键式”单按钮控制，操作简单，由于只有一个操作按钮，全部控制流程由PLC内部程序实现，因此内部线路结构非常简单，使得维护和检修十分的简易方便，适合公共场所长时间频繁使用；2、设计了最常用的四种全自动洗衣模式：全流程模式、单漂洗脱水模式、单漂洗模式和单脱水模式，第一种模式即可满足大多数人的洗衣要求，后三种模式可以满足一些快速洗衣需求，由于模式较少且固定，因此各个模式的运行时间也相对固定，便于估算完成时间，方便多人次轮流使用，提高使用效率；3、操作方式极为简便，最常用的是控制按钮点按一次，就完成多次漂洗甩干的全洗衣流程，洗衣结束时蜂鸣提醒。其他单漂洗脱水、单漂洗、单脱水等三种模式，分别用连续按钮两次、三次、四次启动，流程完成后同样自动停止并蜂鸣提醒。如需在洗衣过程中停车的，则用按钮长按实现，操作方式简单易懂，适合所有人使用。2 洗衣机的结构及控制要求2.1 洗衣机的组成结构本文的洗衣机机械结构组成如下：洗衣桶(外桶)和脱水桶(内桶)同心安放，内桶的桶壁有许多小孔，使内桶和外桶的水流相通，且内桶可以旋转，作为脱水用。洗衣机的进水和排水分别由进水电磁阀和排水电磁阀来执行。进水时由PLC控制系统将进水电磁阀打开，经进水管将水注入到外桶。排水时，控制系统将排水电磁阀打开，将水由外桶排到机外。洗涤中的正、反转洗涤由洗涤电动机驱动波盘的正、反转来实现，此时脱水桶并不旋转。脱水时，控制系统将脱水离合器合上，由洗涤电动机带动内桶正转进行脱水甩干。2.2 控制系统的功能要求洗衣机的系统控制程序按照控制功能的不同分为四个模块：第一部分是“一键式”控制的核心模块，即按钮动作识别程序段：在按钮被点按一次或连续点按二次、三次、四次（间隔不超过3秒）及长按超过一定时限时，控制程序将对这五种操作予以识别，并启动相对应的工作模式；第二部分是进水洗衣排水模块：控制程序自动实现进水洗衣排水的流程；第三部分是脱水模块：控制程序自动实现脱水甩干一分钟；第四部分是停机提醒模块，在完成洗衣流程后，蜂鸣十秒以提醒使用者，同时控制程序复位，回到初始状态。图一是各种工作模式的控制程序流程图，在图中可以看到，第一个全洗衣控制模式具体流程如下：按钮一次，程序转入全洗衣模式中的进水洗衣排水模块，洗衣机开始进水，水满时（即水位到达高水位，高水位感应开关由OFF变为ON）洗衣机停止进水并开始洗涤，洗涤结束后开始排水，水位下降到低水位后（低水位感应开关由OFF变为ON）转入脱水模块，脱水结束完成一次循环，如未完成3次循环，则返回进水洗衣排水模块，如完成了3次循环，则进入停机蜂鸣模块，最后恢复初始状态。此工作模式中包含了全部四个模块，而其他三个工作模式均可由此模式中的部分模块屏蔽或跳转来完成。进水洗衣排水模块的具体工作流程如下：在进水结束后，从正转洗涤开始，正洗30秒后暂停，5秒后开始反转洗涤，到反转洗30秒接暂停5秒结束，如此为一个正反转洗涤循环，若此循环未满8次则返回正转洗涤再次重复，若此正反洗涤循环满8次时则开始排水，水位下降到低水位时进入下一模块。图一 洗衣机控制程序的流程全图全洗衣模式 单漂洗脱水模式 单漂洗模式 脱水模式 急停车3 系统配置和PLC控制程序3.1 PLC外部接线及I/O端口分配为实现控制要求，采用了三菱的FX2N型PLC，外部接线见图二，I/O端口分配如下系统的I/O端口分配表输入元件输出元件作用名称地址作用名称地址控制按钮*SB1X0正转洗涤控制KM1Y0高水位感应器SHX1反转洗涤控制KM2Y1低水位感应器SLX2脱水离合器YC1Y2进水电磁阀YV1Y3排水电磁阀YV2Y4蜂鸣器控制KM3Y5* 说明：SB1点按1次，洗衣机实行全洗衣模式（重复三次漂洗脱水）；SB1点按2次（间隔不超过3秒），洗衣机实行单次漂洗脱水模式；SB1点按3次（间隔不超过3秒），洗衣机实行单次漂洗模式；SB1点按4次（间隔不超过3秒），洗衣机实行单脱水模式；SB1长按3秒后，洗衣机停止所有工作且回复初始状态。图二 PLC外部接线图 3.2 程序设计图三是PLC控制程序的梯形图，前半部分0至60行指令是按钮动作识别程序段，是实现“一键式”控制的核心部分：当控制按钮点动时，将对X0输入一个脉冲信号，信号的脉冲上升延先将计时元件T0置零，然后脉冲下降延使T0开始计时并使C0计数一次，如果在三秒钟内X0得到第二个脉冲信号（按钮又按了一次），第二个脉冲上升延将T0重新置零，而后脉冲下降延使C0再次计数一次，这样C0就对X0的点动次数进行了计数；如果X0没有在3秒钟之内被再次接通，T0动作，比较指令CMP将C0的当前数值（因为C0最多累计4次，所以最大值为4）与整数1、2、3、4比较，如果相等，将分别使中间元件M21、M24、M27、M30动作，程序启动相应的全洗衣模式、单漂洗脱水模式、单漂洗模式和脱水模式，同时断开计数元件C0，以防止指令冲突。从61行起进入步进梯形图，初始状态S0使整个步进程序中两个计数元件C1、C2和控制排水的中间元件M4复位，以全洗衣模式为例，M21动作，步进至S20，M3动作启动进水电磁阀开始自动进水，当洗衣桶内水位达到高水位时，高水位感应开关SH闭合，X1转为ON步进至S21，M0动作控制洗涤电机正转，30秒后停5秒，步进至S22，M1动作控制洗涤电机反转30秒再停5秒，由计数元件C2计数一次，若C2计数未满8次，回至S21重复上述正反洗流程，若满8次则步进至S23，用SET命令使M4动作保持，排水电磁阀打开，洗衣桶排水，当排水至低水位时低水位感应开关SL闭合，X2触点闭合步进至S24，M2动作，脱水离合器YC1工作脱水60秒，结束后将M4复位关闭排水电磁阀，且C1计数1次，若C1累计数小于3，步进程序回至S21再次重复上述进水洗衣脱水流程，若C1累计数等于3，步进程序进入S25，启动Y0，T15保持蜂鸣器鸣叫10秒提醒用户洗衣结束，而后其常开触点闭合使按钮点动计数元件C0置零，步进程序回至S0初始状态。其他三种模式以屏蔽步进程序中的部分环节来实现，如单漂洗脱水模式是以M24的常闭触点屏蔽了C1的计数作用；单漂洗模式利用M27的常开触点在S23排水后跳过了脱水程序模块S24；单脱水模式则是直接从S0转入S23排水和S24脱水模块，工作流程更为简单，这里就不再详细分析了。由于在每个步进环节中，都加入了一条T1触点闭合回S0的条件指令，所以如需在洗衣机工作过程中停车的，只需将控制按钮长按达3秒以上，计时元件T1触点闭合，程序即可从步进程序的任何阶段回至S0，洗衣机停止工作且按钮点动计数元件C0置零。4 结束语本设计方案选用PLC作为系统控制器，又采用单按钮控制来实现洗衣机的多模式全自动工作，控制系统结构清楚、线路简单、操控便易、工作可靠，非常适合学校、企业的集体宿舍公共使用；其中的单按钮动作识别程序段，是实现“一键式”控制的核心，可以广泛应用于其他自动控制系统，极具实用价值。参考文献：1李建兴. 可编程序控制器应用技术M. 机械工业出版社