全自動洗衣機控制仿真系統設計

【摘要】本次設計主要著重于全自動洗衣機的控制，所采用的控制方法操作簡單、控制方便。本工藝用到了以下幾種軟件，有上位機軟件WinCC、下位機軟件S7-300、觸摸屏軟件WinCC flexible、OPC通訊軟件。

【關鍵詞】全自動;PLC;觸摸屏

引言

隨著社會經濟隨著社會經濟的發展和科學技術水平的提高，家庭電器全自動化成為必然的發展趨勢，其中全自動洗衣機占很重要的位置。經過幾年的平穩發展，國產洗衣機無論在質量上還是功能上都和世界領先水平同步。縱觀洗衣機市場，高效節能、省水、省電、環保型的洗衣機一直在市場上占主導地位。

1.全自動洗衣機的工作原理

本設計是全自動洗衣機，它可以自動地完成洗衣的全過程。全自動洗衣機的洗衣桶（外桶）和脫水桶（內桶）是以同一中心安放的。外桶固定，作盛水用。內桶可以旋轉，作脫水（甩干）用。內桶的四周有很多小孔，使內、外桶的水流相通。該洗衣機的進水和排水分別由進水電磁閥和排水電磁閥來執行。進水時，通過電控系統使進水電磁閥打開，經進水管將水注入到外桶。排水時，通過電控系統使排水電磁閥打開，將水由外桶排到機外。洗滌正轉、反轉由洗滌電機驅動波盤正、反轉來實現，此時脫水桶并不旋轉。脫水時，通過電控系統將離合器合上，由洗滌電機帶動內桶正轉進行甩干。

2.全自動洗的系統控制要求

全自動洗衣機控制系統的要求是能實現“正常運行”和“強制停止”兩種控制方式。

“正常運行”方式：按下啟動按鈕，打開進水電磁閥，洗衣機開始進水，到達高水位后，進水電磁閥斷開，洗衣機停止進水;波輪開始正轉，洗滌開始，正轉洗滌20秒后，暫停2秒，然后開始反轉洗滌，反轉20秒后，暫停2秒，又開始正轉洗滌。洗滌正轉、反轉由洗滌電動機的正反轉來實現，此時脫水處于靜止狀態;如此循環共3次，若正反轉洗滌未滿3次，則返回從正轉開始的動作，若正反洗滌滿3次，洗衣機開始排水。排水時，排水電磁閥打開水位下降到低水位時，脫水并繼續排水。進入脫水狀態時，由洗滌電動機正轉進行脫水甩干。脫水30s后即完成一次從進水到脫水的大循環;洗衣過程完成，報警3秒并自動停機。

“強制停止”方式：按下停止按鈕，洗衣過程停止，即洗滌電機和脫水桶停止轉動、進水電磁閥和排水電磁閥全部閉合。

3.PLC選型及硬件組態

根據全自動洗衣機的功能要求，本系統CPU選為CPU 315-2DP，電源選為PS 307 5A，數字量輸入和輸出分別選為DI16xDC24V和DO16xDC24V/0.5A。

STEP7軟件中的硬件組態就是模擬真實的PLC硬件系統，將電源、CPU和信號模塊等設備安裝到相應的機架上，并對PLC硬件模塊的參數進行設置和修改[1]。

4.上位機監控系統

上位機發出的命令首先給下位機，下位機再根據此命令解釋成相應時序信號直接控制相應設備。上位機主要實現監控功能，在集散控制系統中充當操作員站的角色。它是集散控制系統可視化部分，完成人機界面的功能。通過網絡連接實現對下位機以及現場設備的監控。本課題上位機人機界面采用西門子組態軟件WinCC來實現監控界面的設計[3]。

5.編輯主畫面

主畫面只是一個顯示畫面不涉及到變量的連接以及動作的設置，由對象選項板上的選項組態出畫面即可。如圖1所示。

圖1 主畫面

根據工藝流程，對“運行畫面”、“報警畫面”、“用戶退出”進行轉換畫面設置。例如運行畫面，添加一個畫面，在畫面上添加一個按鈕，雙擊此按鈕，彈出屬性框，在常規中，將按鈕文本改為啟動。在事件中選擇按下時，函數選擇Setbit，變量選為啟動對應的系統變量，其他按鈕同理。指示燈的做法如下，在右側的工具中選擇遠添加到畫面，在屬性中，選擇動畫，改變過其前景和背景顏色，在勾上啟動，類型選擇“位”。主控畫面如圖2所示。

圖2 主控畫面

6.變頻器的工作原理

變頻器是利用電力半導體器件的通斷作用把電壓、頻率固定不變的交流電變成電壓、頻率都可調的交流電源。現在使用的變頻器主要采用交—直—交方式，先把工頻交流電源通過整流器轉換成直流電源，然后再把直流電源轉換成頻率、電壓均可控制的交流電源以供給電動機。如果僅改變頻率，電機將被燒壞。特別是當頻率降低時，該問題就非常突出。為了防止電機燒毀事故的發生，變頻器在改變頻率的同時必須要同時改變電壓，異步電動機是電力、化工等生產企業最主要的動力設備。作為高能耗設備，其輸出功率不能隨負荷按比例變化，大部分只能通過擋板或閥門的開度來調節，而電動機消耗的能量變化不大，從而造成很大的能量損耗。近年來，隨著變頻器生產技術的成熟以及變頻器應用范圍的日益廣泛，使用變頻器對電動機電源進行技術改造成為各企業節能降耗、提高效率的重要手段。

7.結論

本次畢業設計題目是全自動洗衣機控制仿真系統設計，主要完成了上位機與下位機仿真通訊。其中，上位機主要是利用觸摸屏來實現洗衣機的控制要求，下位機利用STEP7編程軟件、變頻器來實現對洗衣機的控制。

參考文獻

[1]馬光.全自動洗衣機中的傳感器[J].家用電器，2003， 1（6）：70-78.

[2]馬云鋒，樊俊秀.PLC系統設計分析[J].自動化技術與應用，2006，3（6）：34-36.

[3]石玉明.基于PLC的全自動洗衣機控制系統[J].機械工程與自動化，2007，21（3）：7-9.

作者簡介：王影（1979—），女，吉林長春人，副教授，吉林化工學院信控分院測控技術與儀器系教師，研究方向：自動控制及儀器儀表。