基于MCGS和三菱PLC的洗衣機(jī)控制仿真系統(tǒng)設(shè)計(jì)

【摘要】 本設(shè)計(jì)借助MCGS組態(tài)軟件平臺(tái)，對(duì)PLC課程教學(xué)中用到的發(fā)光二極管模擬洗衣機(jī)動(dòng)作的實(shí)驗(yàn)板進(jìn)行虛擬系統(tǒng)開(kāi)發(fā)，介紹了虛擬系統(tǒng)開(kāi)發(fā)的具體步驟，并調(diào)試分析了虛擬系統(tǒng)。開(kāi)發(fā)的虛擬系統(tǒng)畫(huà)面直觀，操作簡(jiǎn)單，有利于學(xué)生提高編寫(xiě)PLC控制程序的效率，降低學(xué)校辦學(xué)成本。

【關(guān)鍵詞】 PLC MCGS 組態(tài)軟件 洗衣機(jī) 虛擬仿真

編寫(xiě)PLC控制程序的指令和方法繁多，在學(xué)習(xí)步進(jìn)指令的選擇序列編程法時(shí)，筆者使用現(xiàn)有洗衣機(jī)教學(xué)模塊設(shè)計(jì)了洗衣機(jī)控制系統(tǒng)項(xiàng)目作為學(xué)習(xí)的載體，該模板用發(fā)光二極管點(diǎn)亮情況來(lái)模擬實(shí)際洗衣機(jī)洗衣的過(guò)程，用手動(dòng)操作開(kāi)關(guān)來(lái)模擬限位開(kāi)關(guān)的動(dòng)作過(guò)程。學(xué)生在驗(yàn)證程序的過(guò)程中經(jīng)常會(huì)因?yàn)橥浭謩?dòng)操作開(kāi)關(guān)而使程序卡殼，從而無(wú)法做出正確的判斷，也無(wú)法觀察洗衣機(jī)液位的變化，由此失去了編寫(xiě)程序的信心與樂(lè)趣。該教學(xué)方式直觀性極差，無(wú)法吸引學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，教學(xué)效果一般。

一、系統(tǒng)控制要求

洗衣機(jī)啟動(dòng)后，按以下順序進(jìn)行工作：洗滌（1次）→漂洗（2次）→發(fā)出報(bào)警，衣服洗好。

每次洗滌和漂洗后都要進(jìn)行脫水，LED顯示器顯示當(dāng)前工作狀態(tài)的剩余時(shí)間。

洗滌：進(jìn)水→正轉(zhuǎn)2秒，反轉(zhuǎn)2秒，5個(gè)循環(huán)→排水→脫水。漂洗：進(jìn)水→正轉(zhuǎn)2秒，反轉(zhuǎn)2秒，3個(gè)循環(huán)→排水→脫水。報(bào)警：報(bào)警燈亮3秒。進(jìn)水：開(kāi)始進(jìn)水后水面不斷升高，先是液位開(kāi)關(guān)SL2閉合，然后SL1閉合，SL1閉合后，關(guān)閉進(jìn)水閥。

排水、脫水：排水閥打開(kāi)后，水面不斷下降，先是SL1斷開(kāi)，然后SL2斷開(kāi)，SL2斷開(kāi)5秒后脫水，脫水3秒后停止，排水閥關(guān)閉。

有暫停、停止和手動(dòng)排水功能，并能顯示時(shí)間[1]。

使用PLC控制洗衣機(jī)的電機(jī)和閥門，并實(shí)現(xiàn)時(shí)間的正確顯示。用計(jì)算機(jī)組態(tài)洗衣機(jī)畫(huà)面，監(jiān)控洗衣機(jī)輸出繼電器，并編寫(xiě)MCGS的腳本程序來(lái)模擬洗衣機(jī)液位的變化。其整體框圖如圖1，洗衣機(jī)實(shí)物教學(xué)模型也可以不用。

二、I/O端口分配

根據(jù)控制要求，分析確定PLC的輸入點(diǎn)數(shù)6點(diǎn)，13點(diǎn)輸出，如表1所示，選用PLC型號(hào)為FX2N-48MR可以滿足設(shè)計(jì)需求。因?yàn)閮晌粩?shù)碼管使用的是8421BCD碼，而組態(tài)軟件里的數(shù)據(jù)是位元件，所以這里定義了7段數(shù)碼管的8個(gè)數(shù)據(jù)對(duì)象，通過(guò)腳本程序保持與PLC數(shù)碼管顯示一致。

三、組態(tài)設(shè)計(jì)

具體步驟為：（1）打開(kāi)MCGS組態(tài)環(huán)境界面，新建組態(tài)窗口，保存為洗衣機(jī).MCG。（2）新建窗口名為“洗衣機(jī)”的組態(tài)窗口。（3）雙擊“洗衣機(jī)”用戶窗口，根據(jù)控制要求，對(duì)洗衣機(jī)進(jìn)行畫(huà)面組態(tài)。如圖2所示。（4）動(dòng)畫(huà)連接。按表1MCGS組態(tài)變量表，分別設(shè)置啟動(dòng)、停止和暫停按鈕：“雙擊”圖標(biāo)設(shè)置動(dòng)作方式為“按1松0”。數(shù)碼管用于倒計(jì)時(shí)顯示，雙擊每段圖標(biāo)，對(duì)應(yīng)變量名，設(shè)置填充顏色。指示燈用于報(bào)警點(diǎn)亮。設(shè)置攪拌和脫水兩個(gè)扇葉轉(zhuǎn)輪，正轉(zhuǎn)時(shí)扇葉順時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)，反轉(zhuǎn)時(shí)扇葉逆時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)，使動(dòng)作顯示更逼真。液位采用大小變化動(dòng)畫(huà)連接，變化方向?yàn)榧羟?。進(jìn)水和排水管的動(dòng)畫(huà)連接為流動(dòng)塊流動(dòng)屬性。（5）動(dòng)畫(huà)腳本文件編寫(xiě)：為了能逼真的顯示洗衣機(jī)液位的變化，還需編寫(xiě)一定的腳本程序，如：IF 進(jìn)水閥=1 and 液位<40 THEN 液位=液位+2 ；IF 排水閥=1 and 液位>0 THEN 液位=液位-1。同時(shí)，為了節(jié)省實(shí)訓(xùn)設(shè)備經(jīng)費(fèi)，我們借助MCGS定義了幾個(gè)虛擬傳感器來(lái)進(jìn)行PLC編程實(shí)驗(yàn)，從而在MCGS腳本里對(duì)限位傳感器進(jìn)行了定義，即if 液位>=40 THEN 上限位液位=1 else上限位液位=0 endif。這樣就形成了自動(dòng)控制過(guò)程，取代了模擬電路板需要手動(dòng)操作而引起程序誤跳的可能。（6）進(jìn)入設(shè)備窗口，對(duì)設(shè)備進(jìn)行通信配置，三菱PLC的編程口掛接在通用串口父設(shè)備下，注意通信參數(shù)應(yīng)與PLC參數(shù)一致才能正常通信[2]。并按表1進(jìn)行通道連接[4]。

四、調(diào)試運(yùn)行

將編寫(xiě)好的洗衣機(jī)控制程序?qū)懭隤LC，打開(kāi)MCGS運(yùn)行界面，此時(shí)畫(huà)面數(shù)碼管顯示77（洗衣機(jī)模擬洗衣時(shí)間），藍(lán)色液位最低，點(diǎn)擊畫(huà)面上的起動(dòng)按鈕，進(jìn)水閥打開(kāi)，水管的水流動(dòng)，洗衣缸液位增加，數(shù)碼管倒計(jì)時(shí)顯示，當(dāng)增加到上限位時(shí)，攪拌電機(jī)正轉(zhuǎn)2s，反轉(zhuǎn)2s，循環(huán)三次，同時(shí)正反轉(zhuǎn)指示燈點(diǎn)亮，攪拌完成后，進(jìn)行脫水，排水閥打開(kāi)，水管的水流出，液位降低，脫水電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)。脫水后再一次洗滌，洗完后指示燈閃爍報(bào)警。該虛擬仿真系統(tǒng)動(dòng)畫(huà)豐富，形象直觀。運(yùn)行時(shí)的效果如圖5所示，綠燈表示合閘或輸出顯示狀態(tài)。

五、結(jié)語(yǔ)

利用MCGS組態(tài)軟件設(shè)計(jì)PLC對(duì)洗衣機(jī)控制系統(tǒng)的運(yùn)行，將PLC中的串口驅(qū)動(dòng)程序與組態(tài)軟件的需求響應(yīng)相結(jié)合并加載驅(qū)動(dòng)，使設(shè)置的畫(huà)面能夠按照真實(shí)的情況動(dòng)作[3]，操作人員僅利用上位機(jī)（電腦）和下位機(jī)（PLC）就可對(duì)所編的洗衣機(jī)程序進(jìn)行檢驗(yàn)和測(cè)試，理解PLC控制系統(tǒng)對(duì)洗衣機(jī)的運(yùn)行狀態(tài)的控制效果，既節(jié)省了辦學(xué)成本，又通過(guò)逼真的畫(huà)面動(dòng)作，提高了學(xué)生興趣，提高了教學(xué)效率，具有良好的應(yīng)用價(jià)值。

參 考 文 獻(xiàn)

[1] 天煌教儀團(tuán)隊(duì). THPTS-1型實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書(shū). 27頁(yè)

[2] 袁秀英. 組態(tài)控制技術(shù). 電子工業(yè)出版社，2003.8；18-38

[3] 黃穎等. 基于組態(tài)軟件MCGS的升降機(jī)遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)[J]. 自動(dòng)化信息，2007（10）：84-87

[4] 北京昆侖通態(tài)自動(dòng)化軟件科技有限公司MCGS使用手冊(cè)[z]. 2005