基于PLC控制的全自動(dòng)洗衣機(jī)系統(tǒng)設(shè)計(jì)

錢源　陳光　王三秀　呂志鵬　張耀

【摘 要】本文建立了基于組態(tài)王6.53與三菱FX2N系列PLC的全自動(dòng)洗衣機(jī)仿真系統(tǒng)。該系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)上位PC對(duì)于洗衣機(jī)系統(tǒng)的實(shí)時(shí)監(jiān)控，還可以實(shí)現(xiàn)直接對(duì)系統(tǒng)的控制。

【關(guān)鍵詞】可編程控制器；組態(tài)王；洗衣機(jī)；仿真

0 引言

洗衣服對(duì)于每個(gè)家庭來說是一項(xiàng)繁重而又不可避免的家務(wù)，在現(xiàn)代社會(huì)，洗衣機(jī)在我們生活中的扮演了一個(gè)非常重要的角色。現(xiàn)在市場(chǎng)上全自動(dòng)洗衣機(jī)主要的控制方式有單片機(jī)控制和PLC控制兩種。單片機(jī)即微型控制器，一個(gè)小而完善的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)，但因?yàn)樗鼘?duì)使用環(huán)境有一定要求，不能在有電磁干擾、嚴(yán)重粉塵的環(huán)境下使用，并且壽命也不很長(zhǎng)，因此能滿足一些家用洗衣機(jī)，而工業(yè)上運(yùn)用較少。而PLC即可編程序控制器，雖然生產(chǎn)成本高于單片機(jī)，但是其穩(wěn)定性高，耗電少，運(yùn)行速度快，使用壽命長(zhǎng)，對(duì)于使用環(huán)境要求不苛刻，輸入輸出接口多，但卻可以提高全自動(dòng)洗衣機(jī)的性能，避免傳統(tǒng)控制的一些弊端。因此，本文將采用PLC對(duì)全自動(dòng)洗衣機(jī)進(jìn)行控制，并通過組態(tài)軟件對(duì)洗衣機(jī)運(yùn)行過程進(jìn)行監(jiān)控。

1 程序設(shè)計(jì)

進(jìn)水、洗滌、排水、脫水是全自動(dòng)洗衣機(jī)的4個(gè)基本預(yù)先設(shè)定好的不同程序，洗衣時(shí)根據(jù)選擇，按啟動(dòng)按鈕后洗衣的全過程就會(huì)自動(dòng)完成。在全自動(dòng)洗衣機(jī)洗衣過程中，上述4個(gè)過程是自動(dòng)依次運(yùn)行并且實(shí)現(xiàn)循環(huán)，直至蜂鳴器響起結(jié)束。進(jìn)水、洗滌、排水和脫水是通過高低水位傳感器、進(jìn)水電磁閥、排水電磁閥與控制程序配合著才產(chǎn)生的動(dòng)作，從而實(shí)現(xiàn)自動(dòng)控制。高低水位傳感器控制洗衣過程中水位位置，進(jìn)水電磁閥和排水電磁閥就起著進(jìn)水、排水的作用。當(dāng)進(jìn)行進(jìn)水時(shí)，進(jìn)水電磁閥打開，水位到達(dá)高水位傳感器時(shí)，電磁閥閉合，停止進(jìn)水。在排水時(shí)，排水電磁閥打開，水位降至低水位傳感器時(shí)，排水電磁閥閉合，停止排水。脫水時(shí)，電機(jī)啟動(dòng)，進(jìn)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(dāng)前動(dòng)作，則按下停止按鈕，洗衣機(jī)立即停止工作，回復(fù)初始狀態(tài)。如果直接想進(jìn)行脫水，直接按下脫水按鈕，洗衣機(jī)進(jìn)入脫水程序，脫水完成時(shí)蜂鳴器響起。

通過分析洗衣流程，我們知道了在運(yùn)行程序時(shí)，有很多跳轉(zhuǎn)。如果使用普通邏輯的梯形圖，則很多程序段就需要重復(fù)，不符合編程時(shí)精簡(jiǎn)的原則。因此在這次的設(shè)計(jì)中，我們使用步進(jìn)指令。

2 組態(tài)監(jiān)控設(shè)計(jì)

組態(tài)王是一種新式的工業(yè)自動(dòng)控制系統(tǒng)的監(jiān)控系統(tǒng)軟件，為使用者提供了可視化的監(jiān)控畫面，便于使用者對(duì)于實(shí)時(shí)現(xiàn)場(chǎng)的監(jiān)控。在使用組態(tài)軟件過程中，我們最先開始需要的是對(duì)我們?cè)谠O(shè)計(jì)過程中所有運(yùn)用到的變量進(jìn)行定義。根據(jù)我們自己的需要，新建多個(gè)變量，內(nèi)容包括變量名稱的修改，變量類型、連接設(shè)備還有寄存器類型的選擇。在選擇變量類型時(shí)，我們將開關(guān)、高水位傳感器、低水位傳感器、進(jìn)水閥、電機(jī)正轉(zhuǎn)、電機(jī)反轉(zhuǎn)、排水閥、脫水、警報(bào)、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(nèi)存整型變量。為了方便對(duì)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?cè)偻嘶氐皆O(shè)計(jì)的動(dòng)畫面界面上，進(jìn)行動(dòng)畫和變量的連接。這樣就完成了對(duì)于按鈕的動(dòng)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(yùn)行過程中，水位的變化，實(shí)際是顏色的填充。水位的動(dòng)畫連接時(shí)，我們將使用填充選項(xiàng)，對(duì)于電機(jī)的正轉(zhuǎn)與反轉(zhuǎn)的動(dòng)畫，我們則需要使用到動(dòng)畫連接中的“隱含”。對(duì)于攪拌器的葉片進(jìn)行編組，分編寫隱含的條件，則能夠萬成正轉(zhuǎn)與反轉(zhuǎn)的動(dòng)畫。

3 系統(tǒng)調(diào)試

我們要檢查這個(gè)系統(tǒng)的運(yùn)行是否穩(wěn)定，能否達(dá)到預(yù)期的效果，調(diào)試是必不可少的一步。

在實(shí)驗(yàn)平臺(tái)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(guān)模塊。我們先將各個(gè)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(zhuǎn)換后寫入PLC。準(zhǔn)備完成后，在編程軟件里，打開“監(jiān)控模式”。按照設(shè)計(jì)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(jiān)控模式，觀察是否為程序問題。如果不是程序問題，我們?cè)贆z查實(shí)驗(yàn)平臺(tái)上的連線。

實(shí)驗(yàn)平臺(tái)調(diào)試成功后，我們就要進(jìn)行聯(lián)機(jī)調(diào)試。在開始這一步前，我們需要將編程軟件的監(jiān)控模式關(guān)閉，因?yàn)榻M態(tài)王軟件與編程軟件是共用一個(gè)通信口的。上述步驟完成后，我們打開組態(tài)王軟件，將界面切換到View。我們通過操作組態(tài)王界面上的按鈕，觀察實(shí)驗(yàn)平臺(tái)上的硬件模塊的動(dòng)作是否與組態(tài)王界面上的動(dòng)畫一致。如果組態(tài)王界面上動(dòng)畫未按照預(yù)想實(shí)現(xiàn)，我們檢查動(dòng)畫連接有無問題。經(jīng)過多次調(diào)試，多次修正后，系統(tǒng)才能更加得完善。

通過反復(fù)的調(diào)試，最后終于實(shí)現(xiàn)了同時(shí)在試驗(yàn)平臺(tái)與組態(tài)王上操作的功能，并且組態(tài)王還能對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行監(jiān)控。洗衣機(jī)的洗滌過程在組態(tài)王監(jiān)控畫面如圖所示。

圖1 洗滌過程中組態(tài)畫面

4 結(jié)論

本設(shè)計(jì)使用PLC作為控制單元，能很好的實(shí)現(xiàn)各項(xiàng)功能。使用梯形圖編程，有很好的靈活性，并且開發(fā)周期很短，便于產(chǎn)品的升級(jí)與換代。在實(shí)際生產(chǎn)中，這些優(yōu)勢(shì)也能帶來更好的經(jīng)濟(jì)效益。三菱PLC還可以使用步進(jìn)指令，在實(shí)現(xiàn)一些循環(huán)功能方面很便利，因此在設(shè)計(jì)該洗衣機(jī)系統(tǒng)時(shí)，采用步進(jìn)指令，在一定程度上使編程的變得更加簡(jiǎn)潔。組態(tài)王在人機(jī)交互時(shí)，能很好地對(duì)系統(tǒng)狀態(tài)進(jìn)行監(jiān)控，并且在編輯界面時(shí)，可以根據(jù)用戶的實(shí)際需求進(jìn)行選擇，十分靈活、方便。最終，系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)PLC和組態(tài)王通訊，連接并進(jìn)行調(diào)試，所設(shè)計(jì)的系統(tǒng)要求能夠達(dá)到控制方案的要求。

[責(zé)任編輯：朱麗娜]