基于PLC控制的全自動洗衣機系統設計

錢源　陳光　王三秀　呂志鵬　張耀

【摘 要】本文建立了基于組態王6.53與三菱FX2N系列PLC的全自動洗衣機仿真系統。該系統能夠實現上位PC對于洗衣機系統的實時監控，還可以實現直接對系統的控制。

【關鍵詞】可編程控制器；組態王；洗衣機；仿真

0 引言

洗衣服對于每個家庭來說是一項繁重而又不可避免的家務，在現代社會，洗衣機在我們生活中的扮演了一個非常重要的角色。現在市場上全自動洗衣機主要的控制方式有單片機控制和PLC控制兩種。單片機即微型控制器，一個小而完善的計算機系統，但因為它對使用環境有一定要求，不能在有電磁干擾、嚴重粉塵的環境下使用，并且壽命也不很長，因此能滿足一些家用洗衣機，而工業上運用較少。而PLC即可編程序控制器，雖然生產成本高于單片機，但是其穩定性高，耗電少，運行速度快，使用壽命長，對于使用環境要求不苛刻，輸入輸出接口多，但卻可以提高全自動洗衣機的性能，避免傳統控制的一些弊端。因此，本文將采用PLC對全自動洗衣機進行控制，并通過組態軟件對洗衣機運行過程進行監控。

1 程序設計

進水、洗滌、排水、脫水是全自動洗衣機的4個基本預先設定好的不同程序，洗衣時根據選擇，按啟動按鈕后洗衣的全過程就會自動完成。在全自動洗衣機洗衣過程中，上述4個過程是自動依次運行并且實現循環，直至蜂鳴器響起結束。進水、洗滌、排水和脫水是通過高低水位傳感器、進水電磁閥、排水電磁閥與控制程序配合著才產生的動作，從而實現自動控制。高低水位傳感器控制洗衣過程中水位位置，進水電磁閥和排水電磁閥就起著進水、排水的作用。當進行進水時，進水電磁閥打開，水位到達高水位傳感器時，電磁閥閉合，停止進水。在排水時，排水電磁閥打開，水位降至低水位傳感器時，排水電磁閥閉合，停止排水。脫水時，電機啟動，進行排水。最終洗衣完成，蜂鳴器響起，提示洗衣完成。在洗衣過程中，如想直接停止當前動作，則按下停止按鈕，洗衣機立即停止工作，回復初始狀態。如果直接想進行脫水，直接按下脫水按鈕，洗衣機進入脫水程序，脫水完成時蜂鳴器響起。

通過分析洗衣流程，我們知道了在運行程序時，有很多跳轉。如果使用普通邏輯的梯形圖，則很多程序段就需要重復，不符合編程時精簡的原則。因此在這次的設計中，我們使用步進指令。

2 組態監控設計

組態王是一種新式的工業自動控制系統的監控系統軟件，為使用者提供了可視化的監控畫面，便于使用者對于實時現場的監控。在使用組態軟件過程中，我們最先開始需要的是對我們在設計過程中所有運用到的變量進行定義。根據我們自己的需要，新建多個變量，內容包括變量名稱的修改，變量類型、連接設備還有寄存器類型的選擇。在選擇變量類型時，我們將開關、高水位傳感器、低水位傳感器、進水閥、電機正轉、電機反轉、排水閥、脫水、警報、指示燈、急停按鈕、脫水按鈕的變量類型定義為I/O離散型；將水位定義為內存整型變量。為了方便對于變量的屬性，我們可將讀寫屬性全部定義為讀寫。

變量定義完成后，我們再退回到設計的動畫面界面上，進行動畫和變量的連接。這樣就完成了對于按鈕的動畫連接。其他按鈕以及指示燈由于都是離散型，定義方式與上述步驟類似。在運行過程中，水位的變化，實際是顏色的填充。水位的動畫連接時，我們將使用填充選項，對于電機的正轉與反轉的動畫，我們則需要使用到動畫連接中的“隱含”。對于攪拌器的葉片進行編組，分編寫隱含的條件，則能夠萬成正轉與反轉的動畫。

3 系統調試

我們要檢查這個系統的運行是否穩定，能否達到預期的效果，調試是必不可少的一步。

在實驗平臺上我們需要的硬件模塊有：FX2N系列PLC、指示燈模塊、按鈕模塊、限位開關模塊。我們先將各個硬件按照要求連接起來。在電腦上打開FXGPWIN編程軟件，編寫好程序后，將梯形圖轉換后寫入PLC。準備完成后，在編程軟件里，打開“監控模式”。按照設計要求，我們操作按鈕部分，觀察指示燈是否有正確亮暗。如果有問題，可以通過編程軟件的監控模式，觀察是否為程序問題。如果不是程序問題，我們再檢查實驗平臺上的連線。

實驗平臺調試成功后，我們就要進行聯機調試。在開始這一步前，我們需要將編程軟件的監控模式關閉，因為組態王軟件與編程軟件是共用一個通信口的。上述步驟完成后，我們打開組態王軟件，將界面切換到View。我們通過操作組態王界面上的按鈕，觀察實驗平臺上的硬件模塊的動作是否與組態王界面上的動畫一致。如果組態王界面上動畫未按照預想實現，我們檢查動畫連接有無問題。經過多次調試，多次修正后，系統才能更加得完善。

通過反復的調試，最后終于實現了同時在試驗平臺與組態王上操作的功能，并且組態王還能對系統進行監控。洗衣機的洗滌過程在組態王監控畫面如圖所示。

圖1 洗滌過程中組態畫面

4 結論

本設計使用PLC作為控制單元，能很好的實現各項功能。使用梯形圖編程，有很好的靈活性，并且開發周期很短，便于產品的升級與換代。在實際生產中，這些優勢也能帶來更好的經濟效益。三菱PLC還可以使用步進指令，在實現一些循環功能方面很便利，因此在設計該洗衣機系統時，采用步進指令，在一定程度上使編程的變得更加簡潔。組態王在人機交互時，能很好地對系統狀態進行監控，并且在編輯界面時，可以根據用戶的實際需求進行選擇，十分靈活、方便。最終，系統能夠實現PLC和組態王通訊，連接并進行調試，所設計的系統要求能夠達到控制方案的要求。

[責任編輯：朱麗娜]