基于PLC控制的全自动洗衣机系统设计

钱源　陈光　王三秀　吕志鹏　张耀

【摘 要】本文建立了基于组态王6.53与三菱FX2N系列PLC的全自动洗衣机仿真系统。该系统能够实现上位PC对于洗衣机系统的实时监控，还可以实现直接对系统的控制。

【关键词】可编程控制器；组态王；洗衣机；仿真

0 引言

洗衣服对于每个家庭来说是一项繁重而又不可避免的家务，在现代社会，洗衣机在我们生活中的扮演了一个非常重要的角色。现在市场上全自动洗衣机主要的控制方式有单片机控制和PLC控制两种。单片机即微型控制器，一个小而完善的计算机系统，但因为它对使用环境有一定要求，不能在有电磁干扰、严重粉尘的环境下使用，并且寿命也不很长，因此能满足一些家用洗衣机，而工业上运用较少。而PLC即可编程序控制器，虽然生产成本高于单片机，但是其稳定性高，耗电少，运行速度快，使用寿命长，对于使用环境要求不苛刻，输入输出接口多，但却可以提高全自动洗衣机的性能，避免传统控制的一些弊端。因此，本文将采用PLC对全自动洗衣机进行控制，并通过组态软件对洗衣机运行过程进行监控。

1 程序设计

進水、洗涤、排水、脱水是全自动洗衣机的4个基本预先设定好的不同程序，洗衣时根据选择，按启动按钮后洗衣的全过程就会自动完成。在全自动洗衣机洗衣过程中，上述4个过程是自动依次运行并且实现循环，直至蜂鸣器响起结束。进水、洗涤、排水和脱水是通过高低水位传感器、进水电磁阀、排水电磁阀与控制程序配合着才产生的动作，从而实现自动控制。高低水位传感器控制洗衣过程中水位位置，进水电磁阀和排水电磁阀就起着进水、排水的作用。当进行进水时，进水电磁阀打开，水位到达高水位传感器时，电磁阀闭合，停止进水。在排水时，排水电磁阀打开，水位降至低水位传感器时，排水电磁阀闭合，停止排水。脱水时，电机启动，进行排水。最终洗衣完成，蜂鸣器响起，提示洗衣完成。在洗衣过程中，如想直接停止当前动作，则按下停止按钮，洗衣机立即停止工作，回复初始状态。如果直接想进行脱水，直接按下脱水按钮，洗衣机进入脱水程序，脱水完成时蜂鸣器响起。

通过分析洗衣流程，我们知道了在运行程序时，有很多跳转。如果使用普通逻辑的梯形图，则很多程序段就需要重复，不符合编程时精简的原则。因此在这次的设计中，我们使用步进指令。

2 组态监控设计

组态王是一种新式的工业自动控制系统的监控系统软件，为使用者提供了可视化的监控画面，便于使用者对于实时现场的监控。在使用组态软件过程中，我们最先开始需要的是对我们在设计过程中所有运用到的变量进行定义。根据我们自己的需要，新建多个变量，内容包括变量名称的修改，变量类型、连接设备还有寄存器类型的选择。在选择变量类型时，我们将开关、高水位传感器、低水位传感器、进水阀、电机正转、电机反转、排水阀、脱水、警报、指示灯、急停按钮、脱水按钮的变量类型定义为I/O离散型；将水位定义为内存整型变量。为了方便对于变量的属性，我们可将读写属性全部定义为读写。

变量定义完成后，我们再退回到设计的动画面界面上，进行动画和变量的连接。这样就完成了对于按钮的动画连接。其他按钮以及指示灯由于都是离散型，定义方式与上述步骤类似。在运行过程中，水位的变化，实际是颜色的填充。水位的动画连接时，我们将使用填充选项，对于电机的正转与反转的动画，我们则需要使用到动画连接中的“隐含”。对于搅拌器的叶片进行编组，分编写隐含的条件，则能够万成正转与反转的动画。

3 系统调试

我们要检查这个系统的运行是否稳定，能否达到预期的效果，调试是必不可少的一步。

在实验平台上我们需要的硬件模块有：FX2N系列PLC、指示灯模块、按钮模块、限位开关模块。我们先将各个硬件按照要求连接起来。在电脑上打开FXGPWIN编程软件，编写好程序后，将梯形图转换后写入PLC。准备完成后，在编程软件里，打开“监控模式”。按照设计要求，我们操作按钮部分，观察指示灯是否有正确亮暗。如果有问题，可以通过编程软件的监控模式，观察是否为程序问题。如果不是程序问题，我们再检查实验平台上的连线。

实验平台调试成功后，我们就要进行联机调试。在开始这一步前，我们需要将编程软件的监控模式关闭，因为组态王软件与编程软件是共用一个通信口的。上述步骤完成后，我们打开组态王软件，将界面切换到View。我们通过操作组态王界面上的按钮，观察实验平台上的硬件模块的动作是否与组态王界面上的动画一致。如果组态王界面上动画未按照预想实现，我们检查动画连接有无问题。经过多次调试，多次修正后，系统才能更加得完善。

通过反复的调试，最后终于实现了同时在试验平台与组态王上操作的功能，并且组态王还能对系统进行监控。洗衣机的洗涤过程在组态王监控画面如图所示。

图1 洗涤过程中组态画面

4 结论

本设计使用PLC作为控制单元，能很好的实现各项功能。使用梯形图编程，有很好的灵活性，并且开发周期很短，便于产品的升级与换代。在实际生产中，这些优势也能带来更好的经济效益。三菱PLC还可以使用步进指令，在实现一些循环功能方面很便利，因此在设计该洗衣机系统时，采用步进指令，在一定程度上使编程的变得更加简洁。组态王在人机交互时，能很好地对系统状态进行监控，并且在编辑界面时，可以根据用户的实际需求进行选择，十分灵活、方便。最终，系统能够实现PLC和组态王通讯，连接并进行调试，所设计的系统要求能够达到控制方案的要求。

[责任编辑：朱丽娜]