河南科技學(xué)院　李曉娟　秦國(guó)慶　宋長(zhǎng)源

基于PLC的家用噴淋式洗碗機(jī)設(shè)計(jì)

河南科技學(xué)院李曉娟秦國(guó)慶宋長(zhǎng)源

本文根據(jù)洗碗機(jī)的控制要求，設(shè)計(jì)了一種基于PLC的家用洗碗機(jī)，具有自動(dòng)或手動(dòng)實(shí)現(xiàn)預(yù)洗、主洗、漂洗、烘干、消毒等功能。文中選用松下L40機(jī)型作為主控系統(tǒng)，給出了洗碗機(jī)的I/O分配、PLC硬件接線圖和系統(tǒng)工作流程圖，并編寫(xiě)了PLC梯形圖程序，具有節(jié)水，省時(shí)，耗能低，壽命長(zhǎng)，維修方便等優(yōu)點(diǎn)。

PLC控制系統(tǒng)；洗碗機(jī)；梯形圖

隨著電子科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，人們生活節(jié)奏的加快，能夠代替人工清洗餐具的自動(dòng)洗碗機(jī)，已成為普通家庭的需求，基于此設(shè)計(jì)了一種家用的噴淋式洗碗機(jī)。

1　洗碗機(jī)控制系統(tǒng)的工作原理及要求

本文所述的噴淋式洗碗機(jī)［3］由水處理系統(tǒng)、供排水系統(tǒng)、 加熱系統(tǒng)和洗滌系統(tǒng)組成。高壓水從孔內(nèi)噴出的時(shí)候給上噴臂和下噴臂一個(gè)反作用力，這個(gè)反作用力使得上噴臂和下噴臂不停地快速旋轉(zhuǎn)，從不同的方向噴射到餐具的每個(gè)表面，實(shí)現(xiàn)餐具各個(gè)表面被反復(fù)地清洗。洗碗機(jī)［1，2］基本工作流程為預(yù)洗—主 洗—漂洗—烘干—消毒，通過(guò)系統(tǒng)上電，運(yùn)行PLC內(nèi)部程序，由程序來(lái)控制各開(kāi)關(guān)觸點(diǎn)按照要求依次閉合或斷開(kāi)，進(jìn)而驅(qū)動(dòng)繼電器和電磁閥的得失電，從而來(lái)控制洗碗機(jī)各部分工作有序地進(jìn)行。其控制要求如下：

（1）洗碗機(jī)設(shè)有自動(dòng)和手動(dòng)開(kāi)關(guān)。在手動(dòng)控制下，洗碗機(jī)按照手動(dòng)按鍵完成相應(yīng)的工作過(guò)程；在自動(dòng)控制下，按下自動(dòng)控制鍵和啟動(dòng)按鈕鍵洗碗機(jī)便能夠按照系統(tǒng)中編寫(xiě)的程序，自動(dòng)地完成全部的洗碗過(guò)程。

（2）設(shè)有常溫、50℃、70℃三擋選擇開(kāi)關(guān)，用戶可以根據(jù)餐具干凈程度來(lái)自主選擇，以提高洗滌效率和節(jié)約電能。

（3）洗碗機(jī)設(shè)有故障急停和報(bào)警裝置，這可以在突發(fā)情況下有效的保護(hù)設(shè)備不被損壞。另外洗碗機(jī)設(shè)有溫度傳感器和液位傳感器，分別監(jiān)控著水加熱的溫度和水位的高度，到達(dá)設(shè)定值后，便自動(dòng)停止加熱和進(jìn)水過(guò)程，啟動(dòng)下一個(gè)程序。

2　洗碗機(jī)控制系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)

2.1元器件的選擇

本文設(shè)計(jì)的洗碗機(jī)在實(shí)現(xiàn)基本功能的基礎(chǔ)上，還有必要的保護(hù)措施，器件具體型號(hào)選擇如下：

（1）電機(jī)選擇Y系列的Y80M1-2型號(hào)，額定功率0.75KW，轉(zhuǎn)速2830r/min，轉(zhuǎn)矩2.2（N·m）。

（2）電磁閥選用ZCT-10直動(dòng)式電磁閥，其主要部件采用不銹鋼材料，耐腐蝕，壽命長(zhǎng)。

（3）熱敏電阻型溫度傳感器型號(hào)采用MF58系列，其電阻與溫度變化關(guān)系為負(fù)相關(guān)，具有靈敏性高，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，電阻溫度系數(shù)大，壽命長(zhǎng)等優(yōu)點(diǎn)。

（4）液位傳感器型號(hào)為JPG-7的靜壓式液位傳感器，具有可靠性高，壽命長(zhǎng)等優(yōu)點(diǎn)。

（5）熱繼電器選擇JR20-10型號(hào)，主要對(duì)電機(jī)進(jìn)行過(guò)載保護(hù)，避免電機(jī)中長(zhǎng)時(shí)間出現(xiàn)較大的電流而使電機(jī)遭受損壞。

（6）熔斷器主要被用于對(duì)電路進(jìn)行短路保護(hù)，查閱相關(guān)資料選用RL8B-4型號(hào)的螺旋式熔斷器。

2.2硬件電路設(shè)計(jì)

2.2.1PLC型號(hào)的選擇

在本文洗碗機(jī)的PLC［4，5］控制中，共包括15個(gè)輸入點(diǎn)和12個(gè)輸出點(diǎn)，根據(jù)實(shí)際情況，最終選擇松下系列的FP-X0系列的L40機(jī)型。

2.2.2PLC的I/O端口分配表

（1）PLC的輸入端口分配表如表1所示。

表1　輸入端口分配表

（2）PLC的輸出端口分配表如表2所示：

表2　輸出端口分配表

圖1　PLC控制系統(tǒng)外部接線圖

2.2.3PLC控制系統(tǒng)外部接線圖

PLC控制系統(tǒng)的外部接線圖如圖1所示，在自動(dòng)狀態(tài)下，按下啟動(dòng)按鈕、溫度選擇開(kāi)關(guān)、高水位選擇開(kāi)關(guān)后，程序自動(dòng)開(kāi)啟，進(jìn)水電磁閥YV1打開(kāi)，系統(tǒng)開(kāi)始進(jìn)水，進(jìn)水完成后，高水位傳感器自動(dòng)傳出控制信號(hào)，使得進(jìn)水電磁閥YV1關(guān)閉，將水加熱到指定溫度添加洗滌粉、洗滌泵電動(dòng)機(jī)M1開(kāi)啟，清潔洗碗機(jī)內(nèi)部餐具、排出臟水后再相應(yīng)開(kāi)啟設(shè)備進(jìn)水，進(jìn)水完成后、洗滌泵電動(dòng)機(jī)M1開(kāi)始動(dòng)作進(jìn)行漂洗，最后烘干、消毒等過(guò)程依次開(kāi)始。

手動(dòng)程序可以根據(jù)餐具的污跡程度選擇相應(yīng)功能操作，節(jié)約時(shí)間，便捷高效。在手動(dòng)狀態(tài)下，實(shí)際操作中相當(dāng)于首先按下啟動(dòng)按鈕SB3、溫度選擇開(kāi)關(guān)SA1，進(jìn)水電磁閥YV1打開(kāi)，開(kāi)始進(jìn)水，進(jìn)水完成后，高水位傳感器自動(dòng)發(fā)出控制信號(hào)，使得進(jìn)水電磁閥關(guān)閉，選擇清洗的功能依次進(jìn)行預(yù)洗、主洗、漂洗、烘干、消毒等過(guò)程。

圖2　系統(tǒng)流程圖

3　洗碗機(jī)控制系統(tǒng)程序設(shè)計(jì)

3.1系統(tǒng)流程圖

系統(tǒng)的流程圖如圖2所示，系統(tǒng)的運(yùn)行方式有手動(dòng)和自動(dòng)控制兩種方法。手動(dòng)控制運(yùn)行的時(shí)候，需要按照實(shí)際過(guò)程的需求，按下預(yù)洗X7、主洗X8、漂洗X9、烘干XA、消毒XB等功能鍵，分別實(shí)現(xiàn)對(duì)應(yīng)的功能；自動(dòng)控制運(yùn)行的情況下，系統(tǒng)按照編寫(xiě)的程序，自動(dòng)的完成清洗餐具的各個(gè)步驟，自動(dòng)完成進(jìn)水、噴淋、排水、加熱、添加洗滌粉、烘干、消毒等過(guò)程，能夠很好的完成清洗餐具的工作。

3.2系統(tǒng)主程序初始化設(shè)計(jì)

洗碗機(jī)控制系統(tǒng)包括一個(gè)主程序和六個(gè)子程序，其中主程序主要是對(duì)自動(dòng)控制運(yùn)行方式和手動(dòng)控制運(yùn)行方式進(jìn)行選擇，并對(duì)六個(gè)子程序進(jìn)行調(diào)用，按下自動(dòng)控制按鈕SB1，X0閉合，同時(shí)按下溫度選擇開(kāi)關(guān)SA1，X4、X5或X6閉合，Y9置位，自動(dòng)指示燈HL2亮，同時(shí)調(diào)用子程序1；按下手動(dòng)控制按鈕SB2，使X1閉合，YA置位，手動(dòng)指示燈HL3亮，程序則調(diào)用子程序2、子程序3、子程序4、子程序5、子程序6的其中一個(gè)。利用FPWIN-GR仿真軟件畫(huà)主程序梯形圖如下圖3所示。

圖3　主程序控制梯形圖

4　結(jié)論

本文主要完成了基于PLC的洗碗機(jī)的智能化控制，具有自動(dòng)和手動(dòng)兩種功能模式，可以根據(jù)餐具的臟污程度進(jìn)行選擇，省水省電，大大解放了人類的雙手，同時(shí)為廚房小家電加入到物聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展格局中提供依據(jù)。

［1］京訊.全自動(dòng)家用洗碗機(jī)［J］.家用電器，1999（2）：19-20.

［2］王向紅.洗滌方式的研究及新型家用洗碗機(jī)的研制［D］.廣西大學(xué)，2004.

［3］喻永康，何雪明.洗碗機(jī)噴淋結(jié)構(gòu)的優(yōu)化設(shè)計(jì)研究［J］.湖南工業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院學(xué)報(bào)，2012，5（12）：10-11.

［4］張伏，邱兆美，王俊等.基于西門(mén)子PLC的洗碗機(jī)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)［J］.制造業(yè)自動(dòng)化，2013，10（35）：31-33.

［5］呂以全，張鵬.PLC對(duì)洗碗烘干機(jī)的控制［J］.機(jī)電工程技術(shù)，2006，2（35）：60-62.

李曉娟（1986—），女，碩士研究生，助教，研究方向：模式識(shí)別與智能控制。

河南科技學(xué)院2016年大學(xué)生創(chuàng)新訓(xùn)練項(xiàng)目（2016CX025