基于PLC与触摸屏的智能自助洗衣机控制系统设计

1. 项目背景与需求分析

投币式自助洗衣机在校园、工厂、公寓等公共场所的应用已经非常普遍。传统机械式投币箱存在硬币易被伪造、统计不便等问题，而基于PLC和触摸屏的智能控制系统能够完美解决这些痛点。

这个项目采用三菱FX系列PLC作为主控制器，搭配MCGS触摸屏实现人机交互，主要实现以下核心功能：

• 投币金额检测与累计
• 洗衣程序选择与控制
• 电机启停与水位控制
• 运行状态显示与故障报警
• 收入统计与管理功能

相比市面上的成品方案，自主搭建控制系统具有三大优势：一是可根据具体需求灵活调整洗衣模式和定价策略；二是维护方便，元器件更换成本低；三是具备二次开发空间，可扩展联网、支付等功能。

2. 硬件系统设计

2.1 核心器件选型

PLC选型建议：

• 基础款：FX3U-32MT/ES-A（32点，继电器输出）
• 扩展款：FX5U-32MT/ES（支持以太网通信）
• 关键考量：I/O点数需预留30%余量，继电器输出更适合驱动交流负载

触摸屏选型：

• MCGS TPC7062Ti（7寸，800×480分辨率）
• 优势：内置三菱通信协议，组态软件易用性强

硬币识别模块：

• 推荐JY-9010投币器
• 支持1元、0.5元硬币识别
• 输出脉冲信号（1元=100脉冲，0.5元=50脉冲）

执行机构：

• 进水电磁阀：AC220V，DN15口径
• 排水电磁阀：AC220V，DN20口径
• 电机接触器：根据洗衣机功率选择（通常3kW以下）

2.2 电气接线要点

PLC输入端口分配：

• X0：启动按钮
• X1：急停按钮
• X2：水位上限信号
• X3：水位下限信号
• X4-X7：硬币脉冲输入

PLC输出端口分配：

• Y0：进水阀控制
• Y1：排水阀控制
• Y2：电机正转
• Y3：电机反转
• Y4：报警指示灯

重要提示：所有交流负载必须通过中间继电器隔离，严禁PLC直接驱动大功率设备。电磁阀两端需并联续流二极管。

3. PLC程序设计

3.1 核心功能实现

硬币计数程序：

ladder复制LD X4       // 1元硬币脉冲
ADD D0 K100 D0  // 金额累加
LD X5       // 0.5元硬币脉冲
ADD D0 K50 D0   // 金额累加

洗衣流程控制：

1. 投币达到设定金额后激活启动按钮
2. 进水至水位上限（定时3分钟）
3. 正转30秒→暂停10秒→反转30秒（循环15次）
4. 排水（定时2分钟）
5. 高速脱水（3分钟）
6. 完成提示音

安全保护逻辑：

• 急停立即切断所有输出
• 水位超时未达到自动报警
• 电机过流检测（需外接热继电器）

3.2 关键参数设置

4. MCGS触摸屏设计

4.1 画面组态要点

主界面包含：

• 金额显示区域（数值显示元件，关联D0）
• 程序选择按钮（标准/快洗）
• 启动/停止操作按钮
• 运行状态指示灯
• 管理员入口（密码保护）

参数设置界面：

• 价格调整滑块（关联D100/D101）
• 时间参数设置输入框
• 收入统计查看功能

4.2 通信配置关键步骤

1. 在MCGS软件中添加FX系列PLC设备
2. 设置通信参数：波特率9600，偶校验
3. 建立变量连接表（如D0→"当前金额"）
4. 下载工程时勾选"运行时自动连接"

实测发现：三菱PLC的4号站地址与MCGS兼容性最佳，建议优先采用。

5. 系统调试与优化

5.1 常见故障排查

5.2 可靠性提升技巧

1. 在PLC电源输入端加装隔离变压器
2. 所有数字量输入信号采用光电隔离
3. 电磁阀控制回路串联机械互锁
4. 每周执行一次D寄存器数据备份

实际项目中，我们在电机控制回路增加了电流检测模块（通过AD模块采集），当检测到异常电流时立即停机并记录故障代码到D500开始的寄存器区域，大幅降低了电机烧毁风险。

6. 扩展功能实现

对于需要联网管理的场景，可以通过以下两种方案升级：

方案A：PLC+物联网模块

• 采用FX5U系列PLC内置以太网口
• 通过MQTT协议上传运行数据
• 优点：实时性强，可远程控制

方案B：MCGS云端功能

• 使用MCGS Pro版支持4G通信
• 数据存储在厂商云平台
• 优点：无需自建服务器，开发简单

在最近一个高校项目中，我们采用方案B实现了手机扫码支付功能：通过MCGS的Web API功能与支付平台对接，同时保留投币作为备用支付方式，运行半年故障率为零。