基于组态王和三菱FX2N-PLC的全自动洗衣机设计

本科毕业设计〔论文〕题目基于组态王和三菱FX2NPLC的全自动洗衣机设计学院电气与自动化工程学院年级11级专业自动化班级学号学生姓名指导教师论文提交日期2023-5-20基于组态王和三菱FX2NPLC的全自动洗衣机设计摘要本设计利用现有的实验室设备——PLC综合实验装置台，基于组态王和三菱FX2NPLC的全自动洗衣机设计。本设计主要对全自动洗衣机的软硬件进行仿真设计。硬件系统以三菱FX2N系列的可编程控制器为控制核心，由西门子MM440变频器、圆工作台模块、数码管模块、上位机、RS-232串行接口等组成。PLC局部的程序采用梯形图编程，人机界面局部那么采用组态王软件进行界面设计，并通过通信协议实现了串行通信。该全自动洗衣机仿真系统能实现洗衣模式选择、投币、找零、金额缺乏退币、洗衣计时、转速选择、结束报警等功能。当今社会自动化程度越来越高，全自动洗衣机在日常生活中的应用将越来越广泛，因此，本全自动洗衣机的研究和设计有着非常重要现实意义。关键词：PLC变频器组态王洗衣机自动化TheDesignofAutomaticWashingMachineSystembasedonKingviewandMitsubishiFX2NAbstractThisdesignsimulatesaautomaticwashingmachinesystembasedonKingviewandMitsubishiFX2N,usingtheexistinglaboratoryequipmentPLCexperimentalapparatusdesk.Thedesignmainlycoversthesoftwareandhardwaresimulationofautomaticwashingmachine.TheHardwaresystemwiththecontrolcenterofTheprogrammablelogiccontrolleroftheMitsubishiFX2NseriesconsistsofSiemensMM440inverter,roundtablemodule,thedigitalcontrolmodule,thecomputer,RS-232serialinterface,etc.ThePLCpartoftheproceduresfortheuseofladderdiagramprogramming,man-machineinterfacepartusingKingviewsoftwareinterfacedesign,andrealizetheserialcommunicationthroughthecommunicationprotocol.Thesystemhasrealizedthefeatureofinsertingthecoin,displayingthechange,returningthemoneywhenyouareshoppingwithoutenoughmoney,washingtime,speedselection,endalarmfunction,etc.Astheleveloftheautomationisimproving,theapplicationofautomaticwashingmachineindailylifebecomesmorepopular.Therefore,thedesignandresearchofthissystemhasaveryimportantpracticalmeaning.KeyWords:PLC;Inverter;Kingview;Washingmachine;Automation目录1.绪论11.1洗衣机的开展历史和意义11.2洗衣机系统研究现状21.3本课题研究的主要内容32.全自动洗衣机系统硬件电路设计42.1系统整体设计方案42.2控制系统工作原理42.3系统主电路设计52.4系统外部仿真电路设计62.5变频器的选型及参数设置7变频器的简介7变频器的选型8变频器参数设置92.6PLC的选型及功能分配102.6.1PLC的介绍102.6.2PLC的选型112.6.3PLC输入输出量分配表122.7数码管显示模块133.下位机PLC局部软件设计153.1GXDeveloper编程软件153.2PLC控制程序编写174.上位机局部软件设计234.1组态王软件简介234.2人机界面〔HMI〕设计24新建工程244.2.2欢送界面设计25全自动洗衣机界面设计254.2.4报警界面的设计264.3建立变量264.4动画及变量的连接285.系统调试与运行监控355.1系统调试355.2运行监控366.结语38参考文献39附录40致谢471.绪论1.1洗衣机的开展历史和意义世界上第一台洗衣机实在1874年由美国的比尔.布莱克斯通(BillBlackstone)研制成功的。1910年前后，第一台卧轴滚筒式电动洗衣机问世，标志着人类家务劳动自动化的开始。20世纪20年代，第一台立轴搅拌式洗衣机再美国试制成功，由此，洗衣机开始了“立轴〞与“卧轴〞之分。50年代中叶，日本三洋公司推出单桶波轮式洗衣机。开始确定了滚筒式、搅拌式和波轮式三种工作方式。60年代，日本推出了带甩干桶半自动洗衣机，并且大量应用塑料，使洗衣机的开展进入一个新的阶段。70年代，日本推出波轮式套桶全自动洗衣机，从此开始有了“全自动〞洗衣机的概念。70年代后期，日本推出了微电脑控制的全自动洗衣机。完成了由机械—电动程序控制到电脑控制的过渡，开始了电脑控制时代。这时，洗衣机在兴旺国家已进入饱和期，而在亚太地区开展中国家开始进入普及期。80年代后期，“模糊控制〞洗衣机开始出现，实现了家电器控制方式上的高度自动化。出现“白色家电〞的概念。90年代，随着变频技术的开展，日本最先推出了电动机直接驱动洗衣机，实现了洗衣机驱动方式上的革命。今后洗衣机将以高可靠性，完善的功能，节水省电，降噪省时以及规格品种多样化为开展方向。目前市场上出售的全自动洗衣机大体分为三类。滚筒洗衣机滚筒洗衣机发源于欧洲，洗衣方法是模仿棒锤打击衣物原理设计的，其利用电动机的机械做功来使滚筒旋转起来，衣物在滚筒里不断地被升起再摔下，重复运动，再加上洗涤剂和水的共同作用使衣物洗涤干净。波轮洗衣机波轮洗衣机的桶底装有一个圆盘波轮，上有凸出的筋。在波轮的带动下，桶内水流形成了时而右旋、时而左旋的涡流，带动织物跟着旋转、翻滚，在水中进行柔和地摩擦，在洗涤剂的作用下实现去污清洗。搅拌式洗衣机搅拌式洗衣机通俗来讲，就是通过波轮循环搅拌衣物。一般搅拌式洗衣机由内桶，外桶，搅拌波轮，电机还有电脑控制器​等组成。搅拌式洗衣机内筒中央的一个搅拌棒和几片搅拌翼，能够保持在360°之内依据不同衣物质地、脏污程度、洗涤物质量等或快或慢地来盘旋转，将衣物揽在怀中来回揉搓，彻底去除污渍。洗衣特点是衣物洁净力最强,省洗衣粉。随着科技日新月异，人民生活水平不断提高，消费者对家庭电器自动化的需求不断加大，其中全自动洗衣机占很重要的位置。目前，市场上销售的洗衣机品种繁多，更新换代快。从普通型到半自动到全自动，洗衣机自动化程度越来越高，操作越来越方便，容量越来越大。总体看来，高效节能、节水以及环保的全自动洗衣机一直在市场上占主导地位。洗衣机的全自动化、多功能化、智能化是其开展方向。1.2洗衣机系统研究现状传统洗衣机的程序控制器与水位、水温等控制是分开的，现在已经淘汰，随着计算机技术的飞速开展，单片机与PLC已经成为洗衣机的主要控制器。1.单片机控制单片机又称微型控制器，或称嵌入式控制器，单片机是一种集成在电路芯片，是采用超大规模集成电路技术把具有数据处理能力的中央处理器CPU随机存储器RAM、只读存储器ROM、多种I/O口和中断系统、定时器/计时器等集成到一块硅片上构成的一个小而完善的计算机系统。单片机以其控制功能强、适应性好、开发方便、体积小、价格适中等优点在家用电器上得到广泛的应用，但是它只能在特定的环境中使用，无法适应电磁干扰、粉尘恶劣的环境，另外寿命也不很高，这些特点满足家用洗衣机的要求，所以市场上家用洗衣机常使用单片机作控制器。2.PLC控制PLC是采用一类可编程的存储器，用于其内部存储程序，执行逻辑运算，顺序控制，定时，计数与算术操作等面向用户的指令，并通过数字或模拟式输入/输出控制各种类型的机械或生产过程。它的稳定性高，耗电少，抗干扰性强，运行速度快，寿命长，环境适应能力强，输入输出接口多，虽然其价格比单片机高，但能进一步提高全自动洗衣机的功能和性能，防止传统控制的一些弊端。1.3本课题研究的主要内容本课题利用三菱平台，基于组态王和三菱FX-2N仿真设计一个全自动自助洗衣系统。对全自动自助洗衣系统的硬件电路和软件编程进行仿真设计，通过组态王的人机界面的操作来控制下位机，能实现顾客根据所洗衣物的实际情况自助选择洗衣的具体种类，根据顾客的选择能提供正确的洗衣效劳，在投入货币金额不够时，作无效操作处理，自动退币并给出提示，并且能选择洗衣转速和显示洗衣时间显示等功能。2.全自动洗衣机系统硬件电路设计2.1系统整体设计方案课题的主要任务为对洗衣机系统的仿真设计，要求具备以下各项功能：1〕具有基于组态王的较为美观且操作方便的自助洗衣系统人机界面；2〕实现组态王与PLC的通信；3〕顾客能根据所洗衣物的实际情况自助选择洗衣的具体种类；4〕洗衣时间显示；5〕根据顾客的选择能提供正确的洗衣效劳；6〕在投入货币金额不够时，作无效操作处理，自动退币并给出提示。根据设计任务要求，确定如图2-1所示的总体框图。控制模块控制模块上位机监控模块调速模块执行模块操作模块下位机显示模块图2-1系统总体框图洗衣机的控制系统由六局部组成，采用PLC作为控制器，采用变频器作为调速装置，采用三相交流电机作为执行机构，按钮模块作为操作面板，上位机组态王界面可作为远程监控，用数码管、信号灯作为输出显示。最终经过调试能到达上位机控制下位机的目的。2.2控制系统工作原理全自动洗衣机就是把洗衣的进水、洗涤、漂洗、脱水这4个根本过程预先设定好多个不同程序，洗衣时根据选择，选择其中一个程序，按动启动洗衣机开关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个过程是全自动依次运行，至洗衣机报警结束。全自动洗衣机的进水、洗涤、排水和脱水是通过控制程序来控制水位开关、电磁进水阀和电磁排水阀的配合动作，从而实现自动控制的。水位开关用于控制水位在洗衣机中的水位位置，电磁阀起着进水、排水的作用。进水时，进水电磁阀翻开，水进至设定水位。排水时，排水电磁阀翻开，把水排出洗衣机。洗衣时，洗涤电动机启动。脱水时，脱水功能启动。洗衣完成时由报警器发出报警。2.3系统主电路设计此系统是通过PLC控制器的控制来使洗衣机工作的，根据操作者的需求执行相应的程序，其外部模块的信号接收端接收来自PLC控制器输出的控制信号，从而改变外部模块输出端的信号，实现外部的电机运转，进水，排水，脱水等功能。如图2-2所示为洗衣机主电路图。首先合上QF电源开关，给系统供电。然后合上平安开关S2，当控制器发出信号，使进水开关S3接通，进水阀YA1开始进水，到达设定的水位，电机M1按照设定好的程序进行正、反转动。当洗涤完成后，在平安开关S2闭合的情况下，电机M1会按程序进行专门的脱水转动，脱水完成之后，排水开关S4接通，排水阀YA2开始排水。脱水结束后，系统报警灯开始报警。当系统出现故障时，应有熔断器FU进行短路保护，QF进行短路保护和欠压保护，热继电器FR对系统作过载保护。HLHL报警灯排水阀S3进水开关进水阀NELAC220VQF电源开关S2平安开关LC1M1洗涤电机FU熔断器控制器YA1YA2S4排水开关图2-2洗衣机主电路图在洗衣机洗涤工作中，电机M1需要实现正反两个方向的运动。控制电机M1的正反转的主电路如下列图2-3所示。合上电源QF后，当KM1接通时，电机M1执行正方向转动；当KM2接通时，电机M2执行反方向转动。。。。。。。。。。UVWM1~FRFU1QFL1L2L3KM1KM2图2-3电机正反转主电路2.4系统外部仿真电路设计因各方面条件的影响，此次设计以仿真的形式来展示洗衣机系统的根本工作流程。本次设计以PLC作为主控制器。用变频器来实现不同的洗衣转速。用圆工作台模块来模拟洗衣机电机运行的动作。用数码管模块来模拟显示用户投币的金额、洗衣模式所需要的金额、找零的金额。用按钮模块来模拟外部的开关、水位限位等。用指示灯模块来模拟实际中的一些输出量。通过PLC与计算机的联机，最终能用组态王作为上位机来控制洗衣机系统。如图2-4所示为仿真硬件接线图。计算机外部输入计算机外部输入X0X0~X27Y0PLC~Y27RS232COMLNDIN1DIN2DIN1DIN2DIN3变频器DIN4DIN5DIN6UV+24VWCOMLN+24V+24V0V圆工作台UVW+5V+5V0V数码管D0C0B0A0.dp.dp图2-4仿真硬件接线图2.5变频器的选型及参数设置2.5.1变频器的简介变频器〔Variable-frequencyDrive，VFD〕是应用变频技术与微电子技术，通过改变电机工作电源频率方式来控制交流电动机的电力控制设备。变频器主要由整流、滤波、逆变、制动单元、驱动单元、检测单元微处理单元等组成。变频器靠内部使用IGBT来控制调整输出电源的电压与频率，根据电机的实际需要来提供其所需要的电源电压，进而到达节能、调速的目的。另外，变频器还有如过流、过压、过载保护等很多的保护功能。随着自动化程度的持续快速提升，变频器的应用领域非常广泛。变频器的选型在变频器领域，存在着一些难以控制的方面。直到西门子功能强大的变频器问世之后，情况才有了改观。MICROMASTER440是专门针对与通常相比需要更加广泛的功能和更高动态响应的应用而设计的。这些高级矢量控制系统可确保一致的高驱动性能，即使发生突然负载变化时也是如此。由于具有快速响应输入和定位减速斜坡，因此，甚至在不使用编码器的情况下也可以移动至目标位置。该变频器带有一个集成制动斩波器，即使在制动和短减速斜坡期间，也能以突出的精度工作。所有这些均可在0.12kW(0.16HP)直至250kW(350HP)的功率范围内实现。如图2-5所示为西门子MM440变频器。图2-5西门子MM440变频器MICROMASTER440的工作方式：根据电机转速的公式：n=n1(1-s)n1=60f/p式中：n-电机转速;n1-电机的同步转速;s-滑差;f-旋转磁场频率;P-电机极对数。可知改变电机转速的方法有改变滑差s、改变旋转磁场频率f、改变电机极对数p三种。变频器是利用电力半导体器件的通断作用把电压、频率固定不变的交流电变成电压、频率都可调的交流电源。是由由主电路和控制带电路组成的。主电路是给异步电动机提供可控电源的电力转换局部，变频器的主电路分为两类，其中电压型是将电压源的直流变换为交流的变频器，直流回路的滤波局部是电容。电流型是将电流源的直流变换为交流的变频器，其直流回路滤波局部是电感。它由三局部构成，将工频电源变换为直流功率的整流局部，吸收在转变中产生的电压脉动的平波回路局部，将直流功率变换为交流功率的逆变局部。控制电路是给主电路提供控制信号的回路，它有决定频率和电压的运算电路，检测主电路数值的电压、电流检测电路，检测电动机速度的的速度检测电路，将运算电路的控制信号放大的驱动电路，以及对逆变器和电动机进行保护的保护电路组成[3]。2.5.3变频器参数设置根据设计的需求，此全自动洗衣机有低速、中速、高速的选择及脱水时专门的转速，因此MM440变频器将要设置4段不同的频率来控制4种不同的速度及控制电机正转反转的功能。在运行调试前需先设置相关变频器参数，如表2-1。表2-1变频器参数设置参数号出厂值设置值说明P000313设用户访问级为专家级P000407命令，二进制I/OP072510使用的PLC为三菱PLCP000311设用户访问级为标准级P000407命令，二进制I/OP070022命令源选择由端子排输入P000312设用户访问级为扩展级P000407命令，二进制I/O*P0701117选择固定频率*P0702117选择固定频率*P0703917选择固定频率*P07041517选择固定频率*P0705151ON接通正转，OFF停止*P0706152ON接通反转，OFF停止P000311设用户访问级为标准级P0004010设定值通道和斜坡函数发生器P100023选择固定频率设定值P000312设用户访问级为扩展级P0004010设定值通道和斜坡函数发生器*P1001020设置固定频率1〔Hz〕*P1002530设置固定频率2〔Hz〕*P10031040设置固定频率3〔Hz〕*P10041550设置固定频率4〔Hz〕注：参数表2-1中带“*〞号的参数可根据用户要求修改。2.6PLC的选型及功能分配2.6.1PLC的介绍可编程控制器早期又称作可编程逻辑控制器〔ProgrammableLogicController，PLC〕，其主要用来代替继电器实现逻辑控制。随着计算机技术的飞速开展，这种采用微型计算机技术的工业控制装置的功能已经大大超过了逻辑控制的范围，因此，现在这种装置称作可编程控制器，简称PC。但是为了防止与个人计算机〔PersonalComputer〕的简称混淆，所以将可编程序控制器简称PLC。PLC自1966年美国数据设备公司〔DEC〕研制出现，现行美国、日本、德国的可编程序控制器质量优良，功能强大[5]。可编程控制器对用户来说，是一种无触点设备，改变程序即可改变生产工艺。目前，可编程控制器已成为工厂自动化的强有力工具，得到了广泛的普及推广应用。可编程控制器是面向用户的专用工业控制计算机，具有许多明显的特点：1〕可靠性高，抗干扰能力强；2〕适应性好；3〕编程直观、简单；4〕功能完善，接口功能强。PLC是一种专门为工业控制设计的计算机，它的硬件结构根本和微型计算机相同，其主要是通过CPU、存储器、输入输出接口、电源等局部组成。PLC结构框图如图2-6所示。COMCOM行程开关按钮COMDC24V指示灯电磁阀接触器...CPU存储器输入接口单元输出接口单元电源局部编程设备...图2-6PLC结构框图2.6.2PLC的选型三菱小型FX系列程控器的输入输出点数为256点以内，FX系列是日本三菱公司制作所生产的，其中，FX家族内最先进的是FX2N系列，由于FX2N系列具有此些特点：最大范围的包括了标准特点、更加快速的程式执行、通信功能得到全面补充、能适应世界各地不同种类的电源以及可以满足单方面需求的大量特殊功能模块，其可以为工厂的自动化应用带来最大的控制能力和灵活性。

本次设计选用的是三菱FX2N-48MR系列的PLC。以下列图2-7为三菱FX2N-48MR系列的PLC的外观图。FX2N-48MR是日本三菱公司的可编程控制器(PLC)，继电器输出及输入24点，输出24点。FX2N是FX系列中功能最强、速度最快的微型PLC，内置用户存储器可扩展至16K步，I/O点数最大可扩展至256个，可扩展多种特殊功能，可实现PID控制、数模转换、高速计数等多种特殊的控制功能，具有强大的数学指令集功能，通过通信模板或特殊的适配器能实现多种数据通信。除此外，它还具有丰富的软元件：辅助继电器(M):3072点+256点数据存放器(D):236点(可设定至7000点存放器)状态继电器(S):1000点计数器(C):235点定时器(T):256点(含10点积算定时器)堆栈指针(P):128点中断指针(I):15点图2-7三菱FX2N-48MR系列PLC2.6.3PLC输入输出量分配表根据设计的需求，PLC的输入和输出量分配地址为表2-2所示。表2-2输入和输出量分配地址输入地址输出地址投币按钮SB1X0电源指示灯HL1Y0取消投币按钮SB2X1进水电磁阀YA1Y1脱水功能按钮SB3X2电机正转指示灯HL2Y2漂洗功能按钮SB4X3电机反转指示灯HL3Y3标准洗功能按钮SB5X4排水电磁阀YA2Y4带预洗功能按钮SB6X5排水指示灯HL4Y5确认投币按钮SB7X6进水指示灯HL5Y6盖开关按钮SB8X7脱水离合器YVCLHY7启动按钮SB9X10脱水指示灯HL6Y10低速选择按钮SB10X11报警指示灯HL7Y11中速选择按钮SB11X12等待指示灯HL8Y27高速选择按钮SB12X13总停按钮SB13X14高水位限位SQ1X15低水位限位SQ2X162.7数码管显示模块在设计洗衣机系统硬件局部时，为了让使用者能清楚的知道自己所投的投币金额、选择的洗衣模式所需的金额及最后的找零情况，本次设计采用了数码管显示，并用BCD码来控制数码管的4个控制输入，从而来控制数码管显示不同的数值。表2-3所示为4个控制端信号所对应的数码管显示的情况。表2-3控制信号对应的数码管显示信号控制端：D0C0B0A0数码管显示00000000110010200113010040101501106011171000810019因为在本次设计中，控制器采用的是三菱FX2N-48MR系列的PLC，它的输出端不能直接给数码管的4个控制端，之间需要加一个中间继电器，通过中间继电器把信号送给4个控制端。图2-8为数码管局部的外部接线图。KA2KA2KA1KA4KA3KA1+5V。D0C0B0A0KA4KA3KA2+5VCOMDC12VY0PLCY3Y1Y2.dp图2-8数码管局部外部接线图当PLC输出端有信号输出时，对应的继电器线圈得电，对应的数码管接收端接收来自PLC发出的控制信号，使数码管显示出不同的数值。3.下位机PLC局部软件设计3.1GXDeveloper编程软件一个系统的正常运作需硬件与软件的共同作用，硬件电路设计完成后，开始软件局部的编程。在开始程序的编写前，我们先要熟悉下编程软件的使用。GXDeveloper是一款专门为三菱PLC配套的编程软件。适用于QCPU(Qmode)、QCPU(Amode)、QSCPU、QnACPU、ACPU、MOTION(SCPU)、FXCPU、CNC(M6/M7)等系列的可编程控制器。支持梯形逻辑图、指令表、顺序功能图〔SFC〕、ST及FB、Label语言程序的设计，网络参数的设定，能进行程序的在线更改、监控及调试，具有异地读写PLC程序的功能。GX编程软件的使用：计算机安装了GX编程软件之后，点击运行GX软件，如图3-1所示为其界面。图3-1运行GX后的界面如图3-1所示该窗口编辑区域是不可操作的，工具栏中除了新建和翻开按钮可操作以外，其余按钮均不可操作，单击图3-1中的按钮，或点击“工程〞菜单中的“创立新工程〞，可以创立一个新的工程，出现如图3-2所示画面。图3-2建立新工程画面如图3-2所示为PLC所属系列和型号的选择。此外，设置项还包括程序类型，即梯形图或SFC，设置文件的保存路径和工程名等。PLC系列和PLC型号是必须的设置项，且应与连接的PLC的系列及型号保持一致，否那么程序将无法写入指定的PLC中。设置完上述设置项后会出现图3-3所示窗口，即为可进行程序的编制窗口。图3-3程序的编辑窗口3.2PLC控制程序编写在编写程序前，首先要设计出一套控制流程，如图3-4所示为系统控制流程图。NNNNNYYYYNY开始是否投币是否选择1元是否选择2元是否选择3元是否选择4元标准洗找零单脱水单漂洗带预洗结束图3-4系统控制流程图整个控制系统的程序可分为以下几局部：投币、找零局部，洗衣计时局部，洗衣模式选择局部，洗涤局部，完成洗衣报警局部。〔1〕投币、找零局部按下投币按钮，进行模拟投币，然后根据用户选择的洗衣模式的不同，对应的所需金额也不同，最后按确定投币按钮进行选择确实认，如果所需金额超出投币的金额，系统会自己退钱。在此过程中，任何时候都能进行投币取消的操作。投币、找零局部的程序如图3-5所示。图3-5投币、找零局部梯形图〔2〕洗衣计时局部当启动按钮按下时，系统开始自动计时，直到洗衣报警结束计时停止。能清楚的记下整个洗衣过程所需的时间，此功能将于组态界面中显示。洗衣计时局部的程序如图3-6所示。图3-6洗衣计时局部梯形图〔3〕洗衣模式选择局部用户根据不同的洗衣需要可选择单脱水模式、单漂洗模式、标准洗模式、带预洗模式，同时用户也可以根据衣服的不同材质选择低速、中速、高速的洗衣速度。洗衣模式选择局部的程序如图3-7所示。图3-7洗衣模式选择局部的梯形图〔4〕洗涤局部以标准洗为例，当按下启动按钮后，洗衣机开始工作。首先洗衣机进水，当到达高水位时，停止进水，然后电机正转洗涤15s，停3s，电机反转洗涤15s，停3s，如此循环洗涤30次，之后，洗衣机开始排水，排干水后进入脱水环节，脱水时洗衣机洗衣桶以一个专门的脱水转速往一个方向转动，脱水60s，这样一个大循环完成，如此完成3次大循环后，标准洗的洗衣过程就此完成。与标准洗相比，假设选择的是单脱水模式，那么直接进入脱水环节；假设选择的是单漂洗模式，那么此模式比标准洗模式少了洗涤循环的次数；假设选择的是带预洗模式，此模式首先完成一轮小循环，但比标准洗的次数少，然后再重新运行一次标准洗的全过程。洗涤局部的流程图如图3-8所示。程序见附录。YYYYY开始洗衣计时进水是否结束N洗涤是否结束NN排水是否结束排水是否结束N报警结束图3-8洗涤局部流程图〔5〕完成洗衣报警局部当系统完成洗涤局部、脱水局部后，系统进入最后的完成报警局部。系统会在洗完衣物后报警一段时间以示提醒，并且系统回到初始待操作状态。完成洗衣报警局部的程序如图3-9所示。图3-9报警局部的梯形图4.上位机局部软件设计4.1组态王软件简介组态王是一类新型的工业自动化控制系统的开发监控系统软件,其正在以标准的工业化计算机的软、硬件平台上构成的集成化系统来替代传统的封闭式的系统，它具有强大的适应能力、良好的开放性、容易扩展、费用小、开发周期短等优点。通常我们能将这样的系统分成三个层次结构：控制层、监控层、管理层。其中监控层对上连接管理层，对下连接控制层，其不仅能实现对现场实时的监测和控制，还要在自动控制系统中完成上传下达、组态开发的重要作用。尤其考虑三方面问题：画面、数据、动画。通过对监控系统要求及实现功能的分析，使用组态王来设计监控系统。组态软件也为使用者提供了可视化的监控画面，能有助于使用者的实时现场监控。并且，其也能充分地利用Windows的图形编辑功能，使监控画面能很方便地构成，并以动画的方式来显示出控制设备的状态，它具有报警窗口、历史曲线、实时趋势曲线等功能，可以非常方便地生成各种报表。它还具有丰富的设备驱动程序和灵活的组态方式、数据链接功能。其界面如图4-1所示。图4-1组态界面4.2人机界面〔HMI〕设计4.2.1新建工程HMI监控系统是由监控的主画面及其相应的功能子画面组成，HMI画面设计对于HMI来说是非常关键的。采用组态软件来设计HMI画面，常见的组态软件有Wincc、RsView、组态王及力控等。在本全自动洗衣机控制系统设计中，我们选择了组态王来完成监控画面的设计。安装完组态王之后，双击桌面的图标，翻开工程管理器，然后建立工程。如图4-2所示，最下面的一行是我们新建的工程，工程名称为“全自动洗衣机〞。图4-2建立工程双击工程管理器中的工程名，出现工程浏览器。在工程浏览器中，双击新建图标，新建画面，如图4-3所示。在这里我们制作了欢送使用界面、全自动洗衣机界面、洗衣机报警界面。图4-3新建画面4.2.2欢送界面设计根据设计要求，在新画面命名为“欢送使用界面〞，设计欢送使用全自动洗衣机的界面，标明洗衣模式的选择及价格，根据题意设计界面如图4-4所示。图4-4欢送界面4.2.3全自动洗衣机界面设计根据设计要求，在新画面命名为“全自动洗衣机〞，设计全自动洗衣机界面，先后设计洗衣机模型、控制区、指示区、投币找零等，同时还要设计进水管道及阀门、出水管道及阀门，根据题意设计界面如图4-5所示。图4-5全自动洗衣机界面4.2.4报警界面的设计根据设计要求，新建一个画面命名为“报警界面〞，在开发系统界面中的工具箱中有一个“报警窗口〞图标，点击图标，在开发系统界面中绘制出报警界面，在本次设计中，当水位过高时，会出现高水位报警；当水位过低时，会出现低水位报警；当洗衣结束时，会系统报警。设计报警界面，如图4-6所示。图4-6报警界面4.3建立变量翻开组态王，进入工程浏览器，点入“数据词典〞，进入建立变量界面后，点击“新建数据库变量〞，建立了启动、总停、电源、单脱水、单漂洗、标准洗、带预洗、低速、中速、高速、电机正转〔脱水〕、电机反转、进水、排水等变量类型为I/O离散的变量；建立了投币、所需金额、找零、洗衣时间变量类型为I/O整型的变量；建立了水位量变量类型为内存整型的变量。变量列表的界面如图4-7所示，新建变量的界面如图4-8所示。图4-7变量列表图4-8新建变量4.4动画及变量的连接翻开“欢送使用界面〞，然后双击“Enter〞按钮，将会出现如图4-9的动画连接画面，单击“按下时〞，会跳出命令语言窗口，在输入窗口输入“ShowPicture("全自动洗衣机");〞，如图4-10所示的命令窗口，再点击“确定〞，这样就完成了“Enter〞按钮的动画连接设置。同样，“Return〞、“投币确定〞、“投币取消〞、“报警界面〞、“返回〞、“退出〞按钮的设置方法也相同。图4-9动画连接图4-10命令语言窗口考虑到水管的视觉效果，洗衣机进水时，进水管道中应有水流流入洗衣机内的动画，洗衣机排水时，排水管道中应有水流流出洗衣机的动画。对洗衣机的进水、排水管道的水流流动动画进行设置，如图4-11所示。图4-11管道动画连接界面中的一些按钮与指示灯只有接通和断开两种状态，因此，它们是一些离散型的变量，只需对应各自建立的离散变量连接就可以完成，变量连接如下列图4-12所示。图4-12离散变量连接一些洗衣时间的显示、投币金额的显示、所需金额的显示、找零的显示是显示数值的，因此，它们是一些模拟量，所以用模拟值输入、输出连接，连接过程如图4-13所示。图4-13模拟值连接其中最重要的动画连接之一是洗衣机水位的升降动画，需要通过动画连接中的“填充〞选项完成，如图4-14所示。当洗衣机启动时，洗衣机进入工作状态，首先洗衣机要进水，当进水管道出现进水动画时，洗衣机内的水位也要同时从零水位开始均匀增长，直到水位到达高水位，进水管道的进水动画效果与水位的增长动画效果一起停止。洗衣机进入脱水环节后，排水管道出现排水动画效果，洗衣机内的水位将逐渐降下来，到达零水位时，排水管道的排水动画效果与水位的下降动画效果一起终止。图4-14填充连接实现这个动画连接过程，我们还需要通过编写命令语言来完成，编写的命令语言如下：if(\\本站点\进水==1){\\本站点\水位量=\\本站点\水位量+10;}if(\\本站点\排水==1){\\本站点\水位量=\\本站点\水位量-10;}if(\\本站点\水位量>=99){\\本站点\S22=1;}if(\\本站点\水位量==0){\\本站点\S27=1;}if(\\本站点\总停==1){\\本站点\水位量=0;}另一项重要的动画连接是洗衣机电机正反转的动画，需要通过动画连接中的“隐含〞选项完成，先将如图4-15的搅拌器转换成普通图素，然后将六只扇叶分成三组，每组对其设置动画连接“隐含〞，如图4-16为隐含接连界面。三组的条件表达式分别为：\\本站点\电机旋转==1时图素显示；\\本站点\电机旋转==2时图素显示；\\本站点\电机旋转==3时图素显示。图4-15搅拌器图4-16隐含接连界面当然，为了电机正反转效果能与控制程序协调一致，还需要编写命令语言完成此功能，如下为电机旋转局部的命令语言：if(\\本站点\电机正转==1){\\本站点\电机旋转=\\本站点\电机旋转+1;}if(\\本站点\电机旋转>3&&\\本站点\电机正转==1){\\本站点\电机旋转=1;}if(\\本站点\电机正转==0&&\\本站点\电机反转==0){\\本站点\电机旋转=1;}if(\\本站点\电机反转==1){\\本站点\电机旋转=\\本站点\电机旋转-1;}if(\\本站点\电机旋转<1&&\\本站点\电机反转==1){\\本站点\电机旋转=3;}5.系统调试与运行监控5.1系统调试对于一个系统的运行是否能稳定、正确的到达预期工作效果，系统的调试与运行是一个非常重要的环节。此次系统调试分为下位机调试和联机调试。首先是下位机调试，本次设计所需的硬件模块包括：FX2N系列PLC、西门子MM440变频器、数码管模块、圆工作台模块、指示灯模块、按钮模块。先把硬件局部的各个模块按设计要求正确连接，然后对MM440变频器进行参数设置，再把编写好的PLC程序载入PLC中〔载入时需将PLC的“RUN/STOP〞开关打到“STOP〞状态，在载入运行前，将开关打到“RUN〞状态〕。准备就绪后，操作硬件局部的按钮，一方面观察PLC的输出点与程序是否对应，另一方面观察硬件模块是否正确动作。进行屡次调试并加以修改。如图5-1所示为本次设计的硬件模块的实物图。图5-1硬件模块的实物图将下位机调试完之后，开始进行联机调试。联机调试时，下位机PLC先要与上位机组态王进行通信，硬件局部的各个模块按设计要求正确连接，把编写好的PLC程序载入PLC中，由于组态软件和GXDeveloper编程软件共用一个通信口，所以在进行组态王调试前，需让GXDeveloper退出监控模式，然后翻开组态界面，将组态界面切换到View系统运行环境，通过操作组态界面上的按钮来控制硬件局部的动作，观察组态界面的动画与硬件模块的动作是否协调一致。进行屡次调试修正来完善控制系统。5.2运行监控通过反复的调试完善，PLC实验台上的按钮能够控制系统，同时操作者能通过上位机按自己的需要选择不同的洗衣模式、洗衣机转速，系统能正确找零，正确显示洗衣的时间，组态动画效果正确执行，整个洗衣过程是一个全自动化的过程。如下列图5-2所示，为洗衣机在洗涤过程中的组态界面。图5-2洗涤过程中的组态界面在整个洗衣过程中，报警界面能实现三种报警功能。当水位过高时，会出现高水位报警；当水位过低时，会出现低水位报警；当洗衣结束时，会系统报警。设计报警界面，如图5-3所示。图5-3报警界面6.结语本次设计采用PLC控制全自动洗衣机，用户只要选择好洗衣模式，翻开水阀，放入衣物、洗涤剂，操作开关按钮，后面的运行全是洗衣机自动进行了。采用PLC为控制器能减少了系统设计的工作量，简化控制系统的硬件接线，具有可靠的控制功能，提高了系统的可靠性，耗电少，适应性强，运行速度快，系统使用寿命长等，能进一步加强全自动洗衣机的功能和性能，可以躲避一些传统控制的弊端。本次设计完成的主要工作有：系统整体设计方案；硬件的电路设计及PLC程序的编写；人机界面组态王软件的监控。通过本次设计，使只有理论体系的我来说得到了一次珍贵的真实的锻炼，让我把学过的理论知识与实践结合了起来，也是检验自己这两年学习成果的一次时机。在这个过程里，我碰到了不少困难，但通过自己不断的努力与寻求老师同学的帮助，最终将困难一一冲破，但仍然存在着不少缺乏的地方，比方功能不够完善，程序不够简洁，设计思想不够成熟等。