摘要：美容仪器作为美容行业中的一种重要设备，已经成为人们美容护肤的必备之物，美容行业也随之迅速发展起来。针对控制系统问题，设计了一款PLC控制的美容修复仪，拥有红外杀菌和冲洗两种功能以及保健、修复、低流量和高流量4种模式。首先，分析美容修复仪的系统工作原理，进行整体方案设计。其次，利用PLC完成硬、软件方面的系统设计，包括PLC主控模块、触摸屏模块和变频器模块的选择，并详细概述其实现过程，执行部分主要由2台步进电机进行控制。最后，通过三菱PLC编程软件的模拟仿真验证，证明了基于PLC技术的美容修复仪控制系统设计具有可行性和实用性，为美容修复仪的设计和应用提供了一定的参考和借鉴。该控制系统实现了美容修复仪的智能化，在提升效率的同时减少了成本的投入，进一步推动美容行业的发展。

　　关键词：PLC技术；美容修复仪；红外杀菌；冲洗

　　0引言

　　目前，我国的美容仪器行业起步较晚，部分从业人员对国外先进仪器的推崇度较高，导致国外的美容仪器占了国内很大的市场份额。一些国内厂商不注重研究设备的使用技巧，无法给客户提供良好的使用建议，使用效果得不到很好的提高。如今，美容行业的发展也朝着科技智能化的方向迈进，因此在高新技术的支持下，美容设备不断地发展起来，智能化美容设备已经逐步走进人们的生活。尽管市场上的美容仪器各式各样，但是很多仪器的功能都被夸大了，而且性能也没有保障，价格相差较大，美容效果可见一斑。国内外众多学者对于美容仪器方面的研究，主要集中在激光技术、超声波技术和射频技术等方面。值得关注的是，这些研究中大部分很少注重PLC技术控制的问题。同时在现代智能美容仪器的诸多模块中，触摸屏系统是其中较为重要的模块之一，通过该模块的操作，实现人与控制系统的信息交换，更方便地实现对美容仪器的操作和管理，保证美容仪器高度的适应性。

　　针对以上问题，本文选择PLC控制方案，设计了一款拥有触摸屏及调节功率控制界面的美容修复仪控制系统，电路精简，工作可靠、稳定，人机交互能力强，用户可以根据需要随时调整功率大小，智能化程度更高。其中，红外杀菌和冲洗功能的控制系统是核心部分，其准确度和精确度是影响美容治疗效果的关键因素。

　　1工作原理与系统整体方案设计

　　1.1工作原理

　　美容修复仪工作原理为通过触屏或者按钮选择对应功能，红外杀菌和冲洗两个功能，红外杀菌功能有保健和修复两种模式，冲洗功能有低流量和高流量模式，然后通过控制旋钮或者触摸屏来控制功率的大小或冲洗水量的大小。在使用时，用户可以根据需要选择相应的功能及模式。

　　为了用户在开机时即可便捷使用，无需再进行各种参数设置，本设计根据用户的舒适度范围，针对不同的功能，设定了两种常用的功率模式，工作过程中可以根据用户需要随时调整。在整个工作过程中，PLC控制系统会对各项操作进行监控和调节，确保设备的正常运行。在保健模式下，固定35%的功率大小，可以通过旋钮无极增大或减少功率，也可以通过触摸屏调整功率大小，对应功率大小在触摸屏上显示；在修复模式下，固定65%的功率大小，可以通过旋钮无极增大或减少功率，也可以通过触摸屏调整功率大小，对应功率大小在触摸屏上显示。同样地，在低流量模式下，固定35%的冲洗水量大小，可以通过旋钮无极增大或减少冲洗水量，也可以通过触摸屏调整冲洗水量大小，对应出冲洗水量大小在触摸屏上显示；在高流量模式下，固定65%的冲洗水量大小，可以通过旋钮无极增大或减少冲洗水量，也可以通过触摸屏调整冲洗水量大小，对应冲洗水量大小在触摸屏上显示。该美容修复仪的工作原理流程如图1所示。

　　1.2整体方案

　　根据美容修复仪的工作原理及功能模式，该美容修复仪整体设计包括触摸屏、调整功率或冲洗水量大小的旋钮、触摸屏外的模式按钮、启停按钮和急停按钮。本文设计的美容修复仪控制系统分为两个部分，一个是硬件，另一个是软件。软件部分主要是由PLC的控制程序组成，硬件系统结构主要包括以下部分：PLC、触摸屏、变频器、A/D和D/A转换模块、旋钮和按钮和步进电机等。整个控制系统可以划分为4大部分，即控制部分、执行部分、信号检测部分以及触摸屏显示与操作部分。控制部分主要由系统核心控制器PLC、用来进行步进电机转速调整的变频器以及其他电路控制设备组成，它是整个美容修复仪控制系统的核心。执行部分是红外杀菌和水泵冲洗功能，由2台步进电动机通过变频器来控制。信号检测部分主要由功能和模式检测、启停信号检测和急停信号检测部分组成。触摸屏显示和操作部分使用人机界面（HMI）与PLC一体化人机交互系统来实现。同时，该系统的可扩展性和可维护性好，方便日后的升级和维护操作。

　　2系统硬件设计

　　2.1 PLC主控模块

　　可编程控制器PLC（Programmable Logic Controller）通过模拟或数字形式的输入、输出来进行相关控制系统的操作，其中编程存储器在PLC中占据着非常重要的地位，可以凭借其自身在内部程序存储、算术操作、逻辑运行和顺序控制等方面的作用，有效保障电子设备的运行，满足其各方面的操作要求。在技术不断进步的时代背景下，PLC除了具备良好的逻辑控制功能之外，还在计算机集成制造系统、工业自动化控制等方面起到了至关重要的作用，有着非常广泛的应用。

　　目前，市场上PLC种类很多，应用较广泛的是三菱和西门子系列。考虑到三菱FX系列PLC在我国应用最为广泛，尤其是近年来推出的FX2N系列PLC，其应用领域广、性价比高和功能强大等优点。结合本设计的要求及根据PLC的抗干扰能力强、故障率低、维修操作方便和开发周期短等兼容性因素，因此在本设计选用了性价比较高的三菱FX2N系列PLC。

　　根据美容修复仪的功能需求和控制流程，本文选择三菱FX2N-32MR-D PLC，设置32个I/O端子（输入端子、输出端子各16个）。由于输出信号为模拟信号无法被PLC直接接收，而且PLC的输出信号不能被电液比例换向阀接收到，因此设置FX2N-4AD、FX2N2AD两个输入量扩展单元和FX2N-2AD一个输出量扩展单元。其中，信号输入包括控制面板的操作、信号的采集、触摸屏的参数设置等数据，以实时显示系统的运行状态。PLC模块的控制系统原理框图如图2所示。

　　2.2触摸屏模块

　　触摸屏是目前最常用的人机交互装置，它是操作人员和PLC之间的一座双向沟通桥梁，用户可以通过触摸屏上的文字、图像和数字信息等结合起来，来处理或监控不断变化的信息，另外还可通过设置相应的按钮和指示灯等来取代硬件元器件，使整个设备系统变得更加简单化和人性化，同时也降低了系统的成本。在本控制系统中，PLC与触摸屏结合在一起，可以大大地扩大PLC的功能，增强系统操作的灵活性，满足用户多样化的系统操作需求。

　　Kinco HP系列是由步科（Kinco）公司开发的经济混合型产品，它将人机界面（HMI）与PLC一体化。Kin⁃co HP系列产品功能丰富、性能高、可靠性高，硬件设计优化，集成性好，是一款性价比较高的一体化产品。根据美容修复仪整体设计界面大小，并对Kinco HP系列PLC一体化触摸屏自带多路I/O及模拟量，空间安装小且具备优良的性能等因素进行了对比分析，因此本设计选用Kinco HP系列7寸触摸屏，以提高美容修复仪的交互效果，使其更加稳定可靠。综上本控制系统总体设计界面如图3所示。

　　2.3变频器模块

　　变频器在生产领域的应用比较广泛，主要工作原理是将普通电能转化成不同频率的交流电。在控制电路环节中，变频器是不可或缺的控制设备，变频器中的微型处理器、D/A和A/D接口为信息处理、传输提供了保障；在信号处理环节，利用的是启停与正反转操作控制信号的方式，根据PLC的控制原理，前期所接收的信号可率先被转化为模拟信号，再由A/D加工模拟信号，实现模拟信号向数字信号的转化，当得到数字信号后，上传到微处理器中。在本控制系统中，利用变频器的正转和反转功能来进行无极调节，对整个系统进行加速调整或减速调整。

　　近年来，随着大规模集成电路技术的发展及生产工艺的改善和功率半导体器件成本的下降，变频调速在工业中的应用越来越广泛。从变频器的功能与价格两方面考虑，本系统选用了西门子V20变频器，如图4所示。西门子变频器V20具有调试过程快、操作简单、稳定可靠以及经济高效等的优点。

　　3系统的控制电路设计

　　根据上述硬件设计详情，美容修复仪控制电路主要由外部设备控制电路、触摸屏控制电路以及旋钮控制电路组成，图5所示为美容修复仪总控制电路。

　　本文设计的美容修复仪控制系统主要有2台步进电机，每台步进电机都既可以固定模式运行，又可以变频状态运行。PLC的输入主要有启停按钮、急停按钮、2个手动调节旋钮、4个模式按钮和触摸屏输入端子；输出主要有启停电动机的接触器和触摸屏显示端子。

　　3.1外部设备控制电路

　　如图6所示，在外部设备控制电路中，SB2为急停按钮，SB1为启停按钮，SA1为功率控制旋钮。停止是停止相应的控制电路或部分控制线路，停止状态下可以进行任何功能和模式切换操作；急停是在紧急情况下使用，大型设备在每个操作点都设有急停按钮，发生紧急情况是每个操作点都可以使用急停按钮，使整台设备停止运行，确保人身以及设备的安全。

　　3.2触摸屏控制电路

　　如图7所示，在本设计的触摸屏控制电路中，SB3为红外照射开关，SB4为冲洗开关。当触摸屏上的按键被按下时，它将把按键的位置坐标信息传送给PLC，PLC在接收按键位置坐标信息后，会对其正确性进行判断。在运行时将指令输入到触摸屏上，PLC在接收到输入信号之后，会执行与之相对应的控制程序，并将控制信号输出到变频器，让变频器来完成步进电动机的启停、变频调速等功能。

　　3.3旋钮控制电路

　　旋钮操控是家电产品中不可或缺的一种人机交互模式，与传统的机械式旋钮方案相比，电感式旋钮方案具有灵敏度高、结构简单、便于产品面板的一体化设计、易于清洗、不易磨损等优势。本文结合电感式旋钮在美容修复仪上面的应用情况，设计了电感式旋钮控制系统电路，如图8所示。

　　4 PLC梯形图与仿真模拟设计

　　4.1梯形图设计

　　PLC的程序采用梯形图语言进行编程，编程软件采用三菱的GX Works2。根据设计上述的控制电路，设计的梯形图如图9所示。PLC是整个控制系统的核心，主控程序在运行过程中需要调用各类子程序使各个功能模块完成工作。根据PLC的通信时间来判断PLC与其他控制模块间的程序是否正常运行，如果发生超时，PLC有可能崩溃，为了防止系统故障，PLC将会自动执行错误复位、重启系统或发出报警提示动作。因此PLC的性能要求很高是由于主程序的执行时间以及程序的复杂性。

　　4.2仿真测试

　　GX Works2是三菱PLC系统的设计、调试和维护开发使用的编程工具，其软件界面简洁，操作便捷，还具有设置、运行和调试功能，还可支持多种编程语言。该软件功能强大，用户可以创建适合不同PLC机型的工程、对工程进行多种编辑操作创建自己的功能模块，以方便重用或使用预制作等功能模块。将梯形图和功能模块无缝地结合使用，减少编程错误并节省时间。在本控制系统中，通过三菱PLC编程软件GX works2，完成了美容修复仪的软件设计，同时在硬件系统的基础上，完成了美容修复仪控制系统的功能测试。软件测试界面如图10所示，根据软件给出的提示，该程序可执行，无错误。

　　4.3 PLC语句表

　　通过三菱PLC编程软件GX works2完成对梯形图的测试后将PLC语句表也输出如表1所示。

　　5结束语

　　本文设计的美容修复仪控制系统，选用HMI+PLC和变频器实现功率调节，采用触摸屏实现实时监控控制系统的各种参数和功率大小等。该控制系统充分利用了PLC的技术优势，具有安全性高、稳定性强、操作简单、故障率低且便于维修等优点。通过本文的控制系统设计，可以看到基于PLC技术的美容修复仪控制系统具有可行性和实用性，为美容行业提供了一种功能强大、易于操作的新型设备，相信这种设备将在未来得到更广泛的应用和推广。但是，目前本设计仍存在一定的不足，在今后的设计完善过程中，会对美容修复仪用户进行追踪调查研究，根据使用者反馈的情况，进一步优化美容修复仪的控制系统。

       参考文献：

　　[1]彭德文,孔晶晶.浅析美容仪器技术与疑难问题治疗[J].科学咨询(科技·管理),2022(10):67-70.

　　[2]连金玉,冯居秦,杨国峰,等.点阵激光美容仪温度探测自动告警系统[J].自动化与仪器仪表,2022(2):142-146.

　　[3]Moretti L A,Massufero M V,Arandas S S E M,et al.Skin effect of facial cleansing combined with an electric sonic device.[J].Jour⁃nal of cosmetic dermatology,2021,20(11):3537-3544.

　　[4]Regina A B,Bertacin T G,Crisitna M P,et al.Radiofrequency therapy in esthetic dermatology:A review of clinical evidences[J].Journal of cosmetic dermatology,2020,19(2):278-281.

　　[5]房浩.基于PLC技术的自动化机电控制系统设计[J].现代电子技术,2021,44(6):24-27.

　　[6]盛景亮.农业机械电气控制中PLC技术应用研究[J].南方农机,2023,54(8):193-195.

　　[7]陈香林.PLC技术在农业机械电气控制装置中的应用[J].南方农机,2022,53(24):120-122.

　　[8]张伟.浅析农业机械电气自动控制中PLC技术的应用效果[J].南方农业,2021,15(30):201-202.

　　[9]代忠红,孙晓丹,张庆丰,等.基于三菱FX2N型PLC的十字路口交通灯控制系统设计[J].科技创新与应用,2022,12(27):40-43.

　　[10]岳威.浅谈PLC自动化技术在农业机械电气控制中的应用[J].南方农机,2020,51(23):91,95.

　　[11]赵小霞.PLC和触摸屏组合控制系统应用研究[J].南方农机,2020,51(8):194,206.

　　[12]蔡婷婷,张纹,邹项宇.基于三菱PLC和MCGS触摸屏控制玻璃清洗机系统的设计[J].农业装备技术,2023,49(1):23-26.

　　[13]汤晨宇,刘磊,曾广根,等.基于PLC的原子层沉积设备系统设计[J].机电工程技术,2024,53(1):295-299.

　　[14]胡兆帅.PLC自动控制技术在变频器中的应用分析[J].南方农机,2020,51(18):164-165.

　　[15]朱志远.PLC自动控制技术在变频器中的应用[J].中国设备工程,2022(24):212-214.

　　[16]沈嘉晨,郑天池,林冬骁,等.输送类驱控一体机及其运动控制系统设计[J].机电工程技术,2024,53(1):40-43,55.

　　[17]王小强,邓传锦,范剑峰.集成电路发展历程、现状和建议[J].电子产品可靠性与环境试验,2021,39(S1):106-111.

　　[18]赖东锋,陈丽媚,叶铁英.基于LDC1314芯片的电感式旋钮控制系统设计[J].日用电器,2021(8):28-33.

　　[19]王旭,朱建梅.GX Works2和GT Work3联合虚拟仿真在PLC教学中的应用[J].电子技术与软件工程,2020(19):69-71.

　　[20]徐兰英,庞李,冯思晨.基于PLC的记录船舶轨迹航标的机电一体化设计[J].佛山科学技术学院学报(自然科学版),2022,40(6):1-10.

　　[21]陈铭.嵌入式软PLC系统的研究和实现[J].电子元器件与信息技术,2020,4(4):58-59,68.