2 系统总体方案设计
本设计采用西门子S7-300PLC全自动洗衣机控制，用于现场检查控制，具有短开发周期、低开发成本、可靠性高等特点。通过对控制系统的分析和研究，结合具体实际应用情况进行总体方案设计，主要设计方向为操作简单、使用可靠、维护与维修方便等。
2.1 控制方案的对比选择
全自动洗衣机常用的控制系统有以下两种方案：
（1）基于单片机的控制系统
单片机是专门针对于对数字信息进行处理的系统。它主要用于数据采集和数据处理以及实时控制等方面。它的特点也很明显：体积小，质量轻，价格便宜。但与可编程逻辑控制器相比它的保护性和可靠性较逊色一点，对环境的适应能力差，并且稳定性和抗干扰能力都不如可编程逻辑控制器。其次，单片机主要采用汇编语言或者C语言相较于梯形图来说，没那么容易懂。并且单片机是一种集成电路芯片，不能单独使用，扩展功能弱，无法适应用户以及其他需求者的变化。
（2）基于西门子S7-300PLC和组态王的控制系统
PLC编程灵活简单，采用梯形图代替计算机语言，具有很大的优势，特别是对于使用者来说。开发周期短。同时它能适应现场各种不同的需求。在许多工业领域中都得到了广泛应用。尤其是随着计算机技术、通信技术及控制技术的飞速发展，PLC已经成为一种非常重要的控制设备。并被广泛地应用于各个领域当中。PLC不仅抗干扰能力强，可靠性和自动化程度高，而且其程序设计也不繁琐、维护也很便捷，所以很受各类技术人员的欢迎。综上所述，设计中采用西门子S7-300PLC作为主控制器。
2.2 控制系统框图
洗衣机工作时需要有相应的电源供给，以保证电动机能够正常运转。使用PLC完成系统的进水、排水、水位检测以及电动机控制。其控制方式如图2-1所示。
图2-1控制系统框图
3 系统硬件设计
根据全自动洗衣机的控制要求，设计控制系统的硬件结构方案，方案设计包括高、中、低水位传感器、异步电动机、进排水电磁阀、离合器和蜂鸣器等的选型与设计[6]。
3.1 PLC机型的选择
3.1.1PLC简介
（1）PLC的产生与发展
PLC是工业4.0信息化技术时代不可或缺的设备之一，这些年来获得了快速而大规模的发展。1969年，首代可编程序控制器被美国数字公司开发出，并取名为PDP-14，满足了当时制造工业的要求。由于其自身的特殊性，描述和命名都不规范，20世纪80年代，正式命名为“PLC”。用于代替以继电器为特征的电气逻辑控制，现在功能越来越强大，已经被运用在各行各业中。
（2）PLC的特点
PLC很受设计人员的欢迎和使用，由于本身具有调试方便、简单易学、故障率低、安全可靠和高性价比等优势。
（3）PLC的基本组成
PLC主要由中央处理单元、存储器、输入/输出单元、电源模块和编程器等组成[7]，如表3-1所示。
表3-1可编程控制器的组成及功能表
序号 组成 功能
1 CPU 接受从编辑器输入的程序和数据，诊断电源、PLC内部电路的工作故障和编程中的错误等，通过输 入接口接收现场的状态或者数据。
2 存储器 系统存储器：使得PLC具有基本的功能，能够完成PLC设计者规定的各项工作。
用户存储器：存放用户编制的控制程序。
3 输入/输出模块 I/O模块的规格和数量由I/O点数确定，但其最大数受PLC所能管理的配置能力，即底版的限制。
4 编程器 可以将用户程序送入PLC的用户程序存储器，调试程序、监控程序的执行过程。
（4）PLC工作原理
PLC扫描的工作方式经过三个阶段如图3-1所示。
图3-1扫描工作阶段图
4 系统软件设计
PLC系统软件设计包括系统程序和用户程序两部分。系统程序主要完成对控制系统进行逻辑判断及运算，用户程序主要负责程序代码编写、执行以及调试等任务；二者都需要通过软件编程来实现。
4.1 程序流程图
4.1.1 正常运行流程图
当全自动洗衣机正常工作时，会根据系统创建的顺序实现衣物清洗流程，并绘制出全自动洗衣机正常工作流程图，如图4-1所示。
图4-1正常运行流程图
5 组态监控画面实现
5.1 组态王概述
组态王之所以能够在行业中得到广泛的应用，正是因为它的简单易学，它本身能够生成所需要的各种报表记录，极大的减轻了工作人员的工作量，提高了工作效率，而且可靠性高，符合设计过程的要求，组态王的命令语言函数易学、易操作，而且可以很快掌握。
5.1.1 组态王的组成
（1）工程管理器：对已经创建的工程提供修改，并能够新建其他所需工程。
（2）工程浏览器：负责绘制监视画面，定义相应变量，并设置所需参数。
（3）运行系统：从检测装置中读取通信信息，按照设计要求呈现动态画面，从而完成人机交流。
5.1.2 组态王实现控制系统实验仿真的基本步骤
组态王实现控制系统仿真的基本步骤如图5-1所示。
图5-1组态王实现仿真基本步骤图
5.2 组态王监控全自动洗衣机
5.2.1 监控界面
打开组态王的开发界面，通过系统的设计要求进行绘制，添加所用设备，选择图库中图案并调整合适大小，完成后点击保存，就可以非常直观地看到开发系统画面的图案构成，图5-2是监控界面。
图5-2监控界面图
5.2.2 定义I/O设备
打开工程浏览器中的“设备-COM1”，在右侧选择“新建逻辑设备”，进入设备配置向导，找到生产厂家为“西门子”，设备名称为“S7-300”，通讯方式为“MPI”的设备[12]，如图5-3所示。然后进行“下一步”，编辑好所用的逻辑名称(西门子PLC)，如图5-4所示。继续下一步，选择与电脑连接的串口COM1，如图5-5所示。更改设备地址值为11，如图5-6所示。设备定义完成后，就可以在工程浏览器主界面看到“西门子PLC”外部设备，当定义数据库变量时，只要把I/O变量与PLC连接，就可以和组态王搭建通讯[13]。
图5-3选择设备驱动
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