全自動(dòng)洗衣機(jī)控制仿真系統(tǒng)設(shè)計(jì)

【摘要】本次設(shè)計(jì)主要著重于全自動(dòng)洗衣機(jī)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(jī)軟件WinCC、下位機(jī)軟件S7-300、觸摸屏軟件WinCC flexible、OPC通訊軟件。

【關(guān)鍵詞】全自動(dòng);PLC;觸摸屏

引言

隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展和科學(xué)技術(shù)水平的提高，家庭電器全自動(dòng)化成為必然的發(fā)展趨勢，其中全自動(dòng)洗衣機(jī)占很重要的位置。經(jīng)過幾年的平穩(wěn)發(fā)展，國產(chǎn)洗衣機(jī)無論在質(zhì)量上還是功能上都和世界領(lǐng)先水平同步。縱觀洗衣機(jī)市場，高效節(jié)能、省水、省電、環(huán)保型的洗衣機(jī)一直在市場上占主導(dǎo)地位。

1.全自動(dòng)洗衣機(jī)的工作原理

本設(shè)計(jì)是全自動(dòng)洗衣機(jī)，它可以自動(dòng)地完成洗衣的全過程。全自動(dòng)洗衣機(jī)的洗衣桶（外桶）和脫水桶（內(nèi)桶）是以同一中心安放的。外桶固定，作盛水用。內(nèi)桶可以旋轉(zhuǎn)，作脫水（甩干）用。內(nèi)桶的四周有很多小孔，使內(nèi)、外桶的水流相通。該洗衣機(jī)的進(jìn)水和排水分別由進(jìn)水電磁閥和排水電磁閥來執(zhí)行。進(jìn)水時(shí)，通過電控系統(tǒng)使進(jìn)水電磁閥打開，經(jīng)進(jìn)水管將水注入到外桶。排水時(shí)，通過電控系統(tǒng)使排水電磁閥打開，將水由外桶排到機(jī)外。洗滌正轉(zhuǎn)、反轉(zhuǎn)由洗滌電機(jī)驅(qū)動(dòng)波盤正、反轉(zhuǎn)來實(shí)現(xiàn)，此時(shí)脫水桶并不旋轉(zhuǎn)。脫水時(shí)，通過電控系統(tǒng)將離合器合上，由洗滌電機(jī)帶動(dòng)內(nèi)桶正轉(zhuǎn)進(jìn)行甩干。

2.全自動(dòng)洗的系統(tǒng)控制要求

全自動(dòng)洗衣機(jī)控制系統(tǒng)的要求是能實(shí)現(xiàn)“正常運(yùn)行”和“強(qiáng)制停止”兩種控制方式。

“正常運(yùn)行”方式：按下啟動(dòng)按鈕，打開進(jìn)水電磁閥，洗衣機(jī)開始進(jìn)水，到達(dá)高水位后，進(jìn)水電磁閥斷開，洗衣機(jī)停止進(jìn)水;波輪開始正轉(zhuǎn)，洗滌開始，正轉(zhuǎn)洗滌20秒后，暫停2秒，然后開始反轉(zhuǎn)洗滌，反轉(zhuǎn)20秒后，暫停2秒，又開始正轉(zhuǎn)洗滌。洗滌正轉(zhuǎn)、反轉(zhuǎn)由洗滌電動(dòng)機(jī)的正反轉(zhuǎn)來實(shí)現(xiàn)，此時(shí)脫水處于靜止?fàn)顟B(tài);如此循環(huán)共3次，若正反轉(zhuǎn)洗滌未滿3次，則返回從正轉(zhuǎn)開始的動(dòng)作，若正反洗滌滿3次，洗衣機(jī)開始排水。排水時(shí)，排水電磁閥打開水位下降到低水位時(shí)，脫水并繼續(xù)排水。進(jìn)入脫水狀態(tài)時(shí)，由洗滌電動(dòng)機(jī)正轉(zhuǎn)進(jìn)行脫水甩干。脫水30s后即完成一次從進(jìn)水到脫水的大循環(huán);洗衣過程完成，報(bào)警3秒并自動(dòng)停機(jī)。

“強(qiáng)制停止”方式：按下停止按鈕，洗衣過程停止，即洗滌電機(jī)和脫水桶停止轉(zhuǎn)動(dòng)、進(jìn)水電磁閥和排水電磁閥全部閉合。

3.PLC選型及硬件組態(tài)

根據(jù)全自動(dòng)洗衣機(jī)的功能要求，本系統(tǒng)CPU選為CPU 315-2DP，電源選為PS 307 5A，數(shù)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(tài)就是模擬真實(shí)的PLC硬件系統(tǒng)，將電源、CPU和信號(hào)模塊等設(shè)備安裝到相應(yīng)的機(jī)架上，并對(duì)PLC硬件模塊的參數(shù)進(jìn)行設(shè)置和修改[1]。

4.上位機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)

上位機(jī)發(fā)出的命令首先給下位機(jī)，下位機(jī)再根據(jù)此命令解釋成相應(yīng)時(shí)序信號(hào)直接控制相應(yīng)設(shè)備。上位機(jī)主要實(shí)現(xiàn)監(jiān)控功能，在集散控制系統(tǒng)中充當(dāng)操作員站的角色。它是集散控制系統(tǒng)可視化部分，完成人機(jī)界面的功能。通過網(wǎng)絡(luò)連接實(shí)現(xiàn)對(duì)下位機(jī)以及現(xiàn)場設(shè)備的監(jiān)控。本課題上位機(jī)人機(jī)界面采用西門子組態(tài)軟件WinCC來實(shí)現(xiàn)監(jiān)控界面的設(shè)計(jì)[3]。

5.編輯主畫面

主畫面只是一個(gè)顯示畫面不涉及到變量的連接以及動(dòng)作的設(shè)置，由對(duì)象選項(xiàng)板上的選項(xiàng)組態(tài)出畫面即可。如圖1所示。

圖1 主畫面

根據(jù)工藝流程，對(duì)“運(yùn)行畫面”、“報(bào)警畫面”、“用戶退出”進(jìn)行轉(zhuǎn)換畫面設(shè)置。例如運(yùn)行畫面，添加一個(gè)畫面，在畫面上添加一個(gè)按鈕，雙擊此按鈕，彈出屬性框，在常規(guī)中，將按鈕文本改為啟動(dòng)。在事件中選擇按下時(shí)，函數(shù)選擇Setbit，變量選為啟動(dòng)對(duì)應(yīng)的系統(tǒng)變量，其他按鈕同理。指示燈的做法如下，在右側(cè)的工具中選擇遠(yuǎn)添加到畫面，在屬性中，選擇動(dòng)畫，改變過其前景和背景顏色，在勾上啟動(dòng)，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(dǎo)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(diào)的交流電源。現(xiàn)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(zhuǎn)換成直流電源，然后再把直流電源轉(zhuǎn)換成頻率、電壓均可控制的交流電源以供給電動(dòng)機(jī)。如果僅改變頻率，電機(jī)將被燒壞。特別是當(dāng)頻率降低時(shí)，該問題就非常突出。為了防止電機(jī)燒毀事故的發(fā)生，變頻器在改變頻率的同時(shí)必須要同時(shí)改變電壓，異步電動(dòng)機(jī)是電力、化工等生產(chǎn)企業(yè)最主要的動(dòng)力設(shè)備。作為高能耗設(shè)備，其輸出功率不能隨負(fù)荷按比例變化，大部分只能通過擋板或閥門的開度來調(diào)節(jié)，而電動(dòng)機(jī)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(chǎn)技術(shù)的成熟以及變頻器應(yīng)用范圍的日益廣泛，使用變頻器對(duì)電動(dòng)機(jī)電源進(jìn)行技術(shù)改造成為各企業(yè)節(jié)能降耗、提高效率的重要手段。

7.結(jié)論

本次畢業(yè)設(shè)計(jì)題目是全自動(dòng)洗衣機(jī)控制仿真系統(tǒng)設(shè)計(jì)，主要完成了上位機(jī)與下位機(jī)仿真通訊。其中，上位機(jī)主要是利用觸摸屏來實(shí)現(xiàn)洗衣機(jī)的控制要求，下位機(jī)利用STEP7編程軟件、變頻器來實(shí)現(xiàn)對(duì)洗衣機(jī)的控制。

參考文獻(xiàn)

[1]馬光.全自動(dòng)洗衣機(jī)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(tǒng)設(shè)計(jì)分析[J].自動(dòng)化技術(shù)與應(yīng)用，2006，3（6）：34-36.

[3]石玉明.基于PLC的全自動(dòng)洗衣機(jī)控制系統(tǒng)[J].機(jī)械工程與自動(dòng)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(xué)院信控分院測控技術(shù)與儀器系教師，研究方向：自動(dòng)控制及儀器儀表。