全自动洗衣机的PLC控制.docx

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全自动洗衣机的PLC控制

桂林航天工业学院

课程设计报告

系（部）：

电子信息与自动化学院专业班级：

自动化二班

学生姓名：

　　　学号：

设计题目：

　全自动洗衣机的PLC控制　　　　　　　　

完成日期　　　　2016年　12月　23日　　　　　　　

指导教师评语：

_____________________________________

_______________________________________________________　_______________________________________________________　

成绩（五级记分制）：

指导教师（签字）：

_____________________

桂林航天工业学院课程设计任务书

设计题目：

全自动洗衣机的PLC控制

学生姓名

课程名称

专业班级

地点

起止时间

设计内容

该洗衣机的进水和排水分别由进水电磁阀和排水电磁阀来执行。

洗衣机的进出水由电控系统控制。

洗涤正转、反转由洗涤电动机驱动波盘正、反转来实现。

脱水时，通过电控系统将离合器合上，由洗涤电动机带动内桶正转进行甩干。

高、低水位开关分别用来检测高、低水位。

启动按钮用来启动洗衣机工作。

停止按钮用来实现手动停止进水、排水、脱水及报警。

排水按钮用来实现手动排水。

设计参数

1、启动时开始进水，水满（即水位到达高水位）时停止进水并开始正转洗涤。

2、正转洗涤15s后暂停3s后开始反转洗涤。

反转洗涤15s后暂停3s后，若正、反洗涤未满3次，则返回从正转洗涤开始的动作。

若满3次，开始排水。

3、排水后脱水，脱水10s即完成一次从进水到脱水的工作循环过程，共三次。

4、完成了3次大循环，则进行洗完报警。

报警10s结束全部过程，自动停机。

设计进度

2016.12.19分析课题并收集材料

12.20-12.21课题程序设计及编写，验证

12.22-12.23材料整理并完成课题报告

设计成果

按照设计内容编写出了完整的程序，并符合设计参数，

参考资料

程周.电气控制与PLC原理及应用[M].北京：

电子工业出版社，2003

廖常初.PLC编程及应用.北京：

机械出版社，2002

弭洪涛.可编程序控制器（PLC）原理及应用.北京：

中国水利水电出版社，1999

说明

1．本表应在每次实施前由指导教师填写一式2份，审批后所在系（部）和指导教师各留1份。

2．多名学生共用一题的，在设计内容、参数、要求等方面应有所区别。

3．若填写内容较多可另纸附后。

系（部）分管领导：

　　　　　教研室主任：

　　　指导教师：

年月日

摘要

随着社会的经济的发展和科学技术水平的提高，家庭电器全自动化成为必然的发展趋势。

全自动洗衣机的生产极大的方便了人们的生活。

全自动洗衣机综合运用了大量力学、电学、光学等知识。

洗衣机的洗涤过程主要是在机械产生的排渗、冲刷等机械作用和洗涤剂的润湿、分散作用下，将污垢拉入水中来实现洗净的目的。

本次课程设计就PLC在全自动洗衣机的控制系统中的应用做了详细的介绍。

实现洗衣机由进水、洗涤、排水、脱水、报警到自动停止的循环过程。

设计了相应的程序，结合相应的硬件系统，并通过西门子S7-200系列PLC仿真系统模拟出全自动洗衣机的运行过程。

关键词：

全自动洗衣机可编程逻辑控制器控制程序

Abstract

Withtheeconomicdevelopmentofsocietyandtheimprovementofscienceandtechnology,householdelectricalappliancesfullyautomatedbecomeaninevitabletrendofdevelopment.Automaticwashingmachineproductiongreatlyfacilitatespeople'slives.Automaticwashingmachinecomprehensiveuseofalargenumberofmechanical,electrical,opticalandotherknowledge.Washingmachinewashingprocessismainlyproducedinthemechanicaldrainage,erosionandothermechanicaleffectsanddetergentwetting,dispersion,thedirtintothewatertoachievethepurposeofcleaning.ThecourseisdesignedtoPLCintheautomaticwashingmachinecontrolsystemintheapplicationofadetaileddescription.Toachievethewashingmachinefromthewater,washing,drainage,dehydration,alarmtoautomaticallystopthecycle.Designthecorrespondingprogram,combinedwiththecorrespondinghardwaresystem,andthroughtheSiemensS7-200seriesPLCsimulationsystemsimulationoftheautomaticwashingmachinerunningprocess.

Keywords:

automaticwashingmachine;PLC;controlprogram

一绪论

1.1课题背景

从古到今，洗衣服都是一项难于逃避的家务劳动，在洗衣机出现以前，这项劳动并不像田园诗描绘的那样充满乐趣、手搓、脚踩、棒击、冲刷、摔打。

这些不断重复的简单的体力劳动，留给人的感受常常是辛苦劳累。

1874年，“手洗时代”受到了前所未有的挑战——美国人比尔·布莱克斯发明了木制手摇洗衣机。

1880年，美国又出现了蒸汽洗衣机，蒸汽动力开始取代人力。

之后，水力洗衣机，内燃机洗衣机也相继出现。

1911年，美国试制成功世界上第一台电动洗衣机，标志着人类家务劳动自动化的开端。

1922年，电动洗衣机迎来一种崭新的洗衣方式——搅拌式。

搅拌式洗衣机由美国玛依塔格公司研制成功。

70年代后期，微电脑控制的全自动洗衣机出现引领新的发展方向，让人耳目一新。

90年代，由于电动机调速技术的提高，洗衣机实现了较宽范围的转速变换与调节，诞生了许多新水流洗衣机。

全自动洗衣机其特点是能自动完成洗涤，漂洗和脱水的转换，整个过程不需要人工操作。

这类洗衣机均采用套筒式结构，其进水，排水都采用电磁阀，由程序控制器按人们预先设计好的程序不断发出指令，驱动各执行器件动作，整个洗衣过程自动完成。

所用的程序控制器可分为电动机驱动式和单片机式。

从控制方式的发展阶段上分：

全自动洗衣机可分为两大类：

第一类电动控制洗衣机，它的程序控制器由电动元件组成。

第二类是电脑控制洗衣机，它的程序控制器由微型计算机组成。

电动控制全自动洗衣机是较早出现的自动控制类家用电器，其产品类型还属于传统的机械产品，是自动控制的初级阶段。

随着计算机的及微电子技术的发展，自动控制系统正在逐步实现硬件化。

因此，电动控制洗衣机将逐步退出家电舞台。

可编程控制器是一种数字运算操作的电子系统,专为在工业环境下应用而设计。

它采用可编程序的存贮器,用来在其内部存贮执行逻辑运算、顺序控制、定时、计数和算术运算等操作的指令,并通过数字的、模拟的输入和输出,控制各种类型的机械或生产过程.可编程序控制器及其有关设备,都应按易于与各种控制系统形成一个整体,易于扩充其功能的原则设计。

全自动洗衣机是传统洗衣机的一次革新设计。

改变了传统需要手动的缺点，节省了人们宝贵的时间和精力。

全自动洗衣机的出现为人们生活带来极大方便。

1.2研究目的和意义

可编程控制器是一种数字运算操作的电子系统,专为在工业环境下应用而设计。

它采用可编程序的存贮器,用来在其内部存贮执行逻辑运算、顺序控制、定时、计数和算术运算等操作的指令,并通过数字的、模拟的输入和输出,控制各种类型的机械或生产过程.可编程序控制器及其有关设备,都应按易于与各种控制系统形成一个整体,易于扩充其功能的原则设计。

全自动洗衣机是传统洗衣机的一次革新设计。

改变了传统需要手动的缺点，节省了人们宝贵的时间和精力。

全自动洗衣机的出现为人们生活带来极大方便。

目前，大部分洗衣机的控制普遍采用固定转换时间间隔的控制方法。

为此，采用不依赖数学模型的模糊控制方法设计洗衣机控制器，能较好地解决这个问题。

另外随着众多高科技技术在日常生活的普遍应用，城市空中各种电磁干扰日益严重，为保证洗衣机控制的可靠、稳定，选择了能够在恶劣的电磁干扰环境下正常工作的PLC是必要的。

随着科学技术的日新月异，自动化程度要求越来越高，原有的洗衣机装置远远不能满足当前高度自动化的需要。

可编程控制器洗衣机控制系统集成自动控制技术、计量技术、新传感器技术、计算机管理技术于一体的机电一体化产品；充分利用计算机技术对生产过程进行集中监视、控制管理和分散控制；充分吸收了分散式控制系统和集中控制系统的优点，采用标准化、模块化、系统化设计，配置灵活、组态方便。

可编程控制器自动洗衣机系统的特点：

①脱机手动工作；

②联机自动就地工作；

③上机控制的单周期运行方式；

④自动启动、自动停机控制方式。

近年来PLC的性能价格比有较大幅度的提高，使得实际应用成为可能。

本系统采用PLC是基于以下两个原因：

①PLC具有很高的可靠性，通常的平均无故障时间都在30万小时以上；

②抗干扰能力强，目前空中各种电磁干扰日益严重，为了保证全自动洗衣机控制的可靠稳定，我们选择了能够在恶劣的电磁干扰环境下正常工作的PLC。

全自动洗衣机以其固有的优点还是赢得了很多的消费者的信赖，应用而生，它将是现在到未来的星星产品，所以有必要开发和改善现有的全自动洗衣机。

应用最先进的科技技术，投入最少的资金，你便拥有了更广阔的市场竞争力，而现在PLC价格也在下降，所以可以应用该产品进行研发，从而达到自动化控制，更多的赢得消费者的青睐。

二设计任务

2.1设计内容

全自动洗衣机的实物结构图如下图所示：

图1.自动洗衣机示意图

利用PLC设计全自动洗衣机的控制系统。

，按下启动按钮，洗衣机就会按照设定的程序自动完成洗衣服的整个过程。

需要完成的内容：

采用PLC控制,列出输入输出点分配表；画出PLC的输入输出设备的接线图；绘制功能流程图；利用STEP-Micro/WIN32软件完成梯形图、指令表的程序设计与调试。

2.2控制要求

启动按钮用来控制全自动洗衣机开始工作，一般地，在用户在洗衣机内放入衣服，且已经准备好开始洗衣服之后，按下启动按钮，全自动洗衣机开始洗衣。

停止按钮用来控制运行中的全自动洗衣机停止工作。

在洗衣服的过程中，用户需要停止洗衣机，就可以直接按下停止按钮，洗衣机即会停止工作。

高低水位是指洗衣机在洗衣过程中，洗衣机筒内保持的水位高低，一旦选择了高水位，则在洗衣过程中的水位将保持系统设定下的两个水位中的相对高一点的水位。

反之则是低水位。

高水位探测器用来检测洗衣机水位是否已经达到了高水位。

采用数字量输出式水位探测器这样就可以直接将高水位探测器的输出直接送到PLC主机的数字量输入端口上。

低水位探测器用来检测洗衣机水位是否已经达到了低水位。

采用数字量输出式水位探测器这样就可以直接将低水位探测器的输出直接送到PLC主机的数字量输入端口上。

进水电磁阀用来控制洗衣机的进水。

当然洗衣机需要外界进水时，PLC主机发出控制信号，进水电磁阀会打开，水自动从外界送入洗衣机筒内，当水已经达到了设定的水位时，PLC主机发出信号自动关闭进水电池阀，同时控制洗衣机进入下一个洗衣步骤。

电机正转接触器用于PLC主机控制洗衣机电机的正转。

可以直接用PLC主机的数字量输出端口来连接电机正转接触器，在洗衣机洗衣服的过程中，电机会正转与反转同时轮流进行。

电机反转接触器用于PLC主机控制洗衣机电机的反转。

可以直接用PLC主机的数字量输出端口来连接电机反转接触器，在洗衣机洗衣服的过程中，电机会正转与反转同时轮流进行。

洗衣机洗衣服的最后一道工序就是对衣服进行脱水，脱水电磁阀正是用于PLC主机控制洗衣机进行脱水，脱水需要电机带动机筒旋转，有了电磁阀后，就可以使用PLC主机的数字量输出端口来控制电磁阀，最终达到控制脱水执行电机的目的。

在脱水过程不涉及电机的调速问题，因此，用PLC主机加电磁阀这样一种比较觉得简单的方式就可以完成控制任务。

蜂鸣器用来指示洗衣机洗衣过程中的一些声音提示，也采用电磁阀控制。

对于各个程序中的指示灯也采用电磁阀进行控制。

此外，还要求可以按排水按钮以实现手动排水；按停止按钮以实现搬运，停止进水、排水、脱水及报警。

2.3设计要求

根据生产设备工作方面及其它方面的需要，本次设计要达到如下设计要求：

（1）要求本次设计的控制装置采用PLC技术实现;

（2） 要能完全满足控制要求；

（3） 要按照电气设计惯例，提供短路、过载、联锁等故障保护措施；

三控制系统设计

3.1电动主电路的设计

如图2为主电路电机正反转的控制线路。

图2主电路图

3.2确定I/O数量，选择PLC类型

3.2.1I/O数量的确定

全自动洗衣机控制系统为单机控制系统。

PLC的输入点，包括启动按钮、停止按钮、高低水位按钮、排水按钮一共5点；输出点包括进水电磁阀、电机正转接触器、电机反转接触器、排水电磁阀、脱水电磁阀、蜂鸣器接触器一共6点。

3.3.2PLC类型的选择

由I/O点数的多少可将PLC分成小型PLC、中型PLC和大型PLC。

PLC按结构形式可分为整体式和模块式两种。

整体式PLC具有结构紧凑、体积小、重量轻、价格低等优点。

一般小型或超小型PLC多采用这种结构。

各模块做成插件式并组装在一个具有标准尺寸并带有若干插槽的机架内。

模块式PLC配置灵活，装配和维修方便，易于扩展。

一般大中型PLC都采用这种结构。

由于点数不多，本次设计选择小型、整体式西门子S7-200系列的CPU224型的PLC，可以满足使用需求。

它的主要特点是：

·14输入/10输出共24个数字量I/O点

·13KB的程序和数据存储空间

·6个独立的30KHZ的高速计数器，2路独立的20KHZ的高速脉冲输出

·具有PID控制器

·1个RS485通信/编程口

·具有多点接口MPI（MultiPointInterface）通信协议

·具有点对点接口PPI（PointtoPointInterface）通信协议

·具有自由通信口

·I/O端子排可以很容易地整体拆卸

3.3I/O点地址的分配

如表1所示为该控制系统的I/O分配表

表1I/O分配表

控制信号

信号名称

元件名称

元件符号

地址编码

输入信号

启动信号

常开按钮

SB1

I0.0

停止信号

常开按钮

SB2

I0.1

排水信号

常开按钮

SB3

I0.2

高水位信号

限位开关

QB1

I0.3

低水位信号

限位开关

QB2

I0.4

输出信号

进水

电磁阀

DT1

Q0.0

电机正转

接触器

KM

Q0.1

电机反转

接触器

KM

Q0.2

排水

电磁阀

DT2

Q0.3

脱水

电磁阀

DT3

Q0.4

报警

蜂鸣器

HA

Q0.5

3.4控制流程图

根据控制要求，建立全自动洗衣机控制流程图，如图3所示，为全自动洗衣机的控制流程图。

可以让设计人员清楚、明了的认清该系统的工作过程。

图3控制流程图

3.5控制程序梯形图

在可编程控制器中有多种程序设计语言,梯形图程序设计语言是最常用的一种程序设计语言。

梯形图由触点、线圈和应用指令等组成。

触点代表逻辑输入条件。

CPU运行扫描到触点符号时，便转到触点位指定的存储器位访问（即CPU对存储器的读操作）。

在用户程序中常开触点和常闭触点可以使用无数多次。

线圈通常代表逻辑输出结果和输出标志位，当线圈左侧接点组成的逻辑运算结果为“1”时，“能流”可以到达线圈，使得线圈得电动作，则CPU将线圈的位地址指定的存储器的位置为“1”，逻辑运算结果为“0”时，线圈断电，存储器的位置为“0”。

以下为用STEP7-Micro/WIN32软件编制的该控制系统的程序梯形图。

图4程序梯形图

3.6控制程序语句表

从STEP 7-Micro/WIN中自动生成语句表，详见附录1.

四软件仿真

4.1程序调试

程序调试有模拟器调试和现场调试等方法，根据课程设计要求并结合实际情况使用了STEP 7-Micro/WIN模拟器进行了本程序的调试。

西门子S7－200的仿真软件Simulation1.2版是从西班牙原版1.2直接汉化过来的，支持TD200仿真界面和增减计数器等多种指令。

程序调试图如图5所示。

图5仿真调试图

调试方法如下 ：

 1.将在Step 7 Micro/Win中编译正确的程序在文件菜单中导出为AWL文件；

    2.打开仿真软件，点“配置”-“CPU 型号”，然后选择CPU224；

3.点“程序”-“载入程序”；

4.选择Step 7 Micro/Win的版本；

5.将先前导出的AWL文件打开；

6.点“PLC”-“运行”，开始调试程序；

程序具体运行情况如下：

1．按下启动按钮SB1，I0.0为1，输出M0.0线圈得电，进水阀Q0.0通电打开，开始加水，

2．到达高水位时，I0.3为1线圈M0.1得电并复位M0.0，进水阀Q0.0断电，Q0.1得电电机正转进入正转洗涤程序。

T37定时器同时工作进行计时。

3．T37定时器达到定时时间15S后线圈M0.1断电，Q0.1断开并启动T38定时器进入暂停时间3S。

4．暂停时间到，Q0.3得电电机反转同时T39计时器开始计时。

5．反转结束后启用C0计数器并判断反转洗涤是否到达三次，如果没有达到三次则返回启用线圈M0.1，Q0.1得电再次进入正转洗涤；如果到达三次则线圈M0.7得电，启动Q0.3进行排水。

6．排水到达低水位时触发低水位信号，I0.4置1，M1.0得电，在排水的同时，Q0.4得电进行脱水并开始计时。

7.10S后定时结束，复位M0.7和M1.0并启用计数器C1判断脱水是否达到三次，如果没有达到三次，则置位没M0.0返回到从进水的全部动作。

如果到达了三次，则置位M1.2，Q0.5得电，蜂鸣器开始报警并开始计时。

8．10S后定时时间到，结束全部过程，自动停机。

9.在工作过程中随时可以按按钮I0.1实现停机，按按钮I0.2进行排水。

总体上来说完成了设计要求。

4.2设计分析

此PLC控制程序可以实现全自动洗衣机的控制要求。

洗衣机的进水、排水分别又进水电磁和排水电磁阀执行。

洗涤正转、反转由洗涤电机驱动拨盘正、反转来实现。

脱水时由脱水电磁阀合上，排水电磁阀吸合，洗涤电机正转进行甩干。

洗涤完成由蜂鸣器报警，洗衣机通过高水位限位开关QB1，低水位限位开关QB2去确定水位的高度位置。

设计内容完全满足要求，同时在循环定时上用到的计数和定时器都配合的非常完美。

五总结

经过一个多星期的努力终于完成了本次课程设计，现在回想起来做课程设计的整个过程，从中学到了很多知识，也遇到很多困难，深刻感觉到自己所掌握知识的片面性和局限性。

课程设计是培养学生综合运用所学知识，发现，提出，分析和解决实际问题，锻炼实践能力的重要环节。

是对我们实践能力的具体训练和提升过程。

这次课程设计是毕业之前的最后一次课程设计而且和毕业设计有很多相似的要求，引起了我的重视。

严格的要求迫使我们将更多的精力放在细节上，细节决定了此次设计的命运，这个在日后工作中同样重要，只有把每个问题都反复的推敲才能得到最接近完美的答案。

设计出最接近完美的产品，对以后生活和学习提出追求完美的要求

本次课程设计要求完成全自动洗衣机的PLC控制系统设计。

为了更好地完成这次课程设计，我再次认真的翻阅了许多和PLC有关的书，对课本中的电动机结构、类型与工作原理以及继电器—接触器控制尤其是PLC控制有了进一步的了解。

在设计系统的过程中遇到了很多的困难，因为比起其他的PLC设计，洗衣机的系统程序比较复杂一些。

我找了很多关于洗衣机控制系统的资料，首先对全自动洗衣机的洗衣过程有所了解，对全自动洗衣机工作流程进行设计，然后根据课题的控制要求决定I/O设备及分配；接下来最困难的步骤就要数编程了，编程的过程中有许多考虑不到的问题，只能在调试过程中才能发现程序的不足，经过一系列的调试与修改后，所设计的程序最终能达到所需要求实在让人欣慰。

控制系统的设计是复杂的，也许会有许多不了解或不懂的地方，但是我们用自己的力量去解决问题，在这一过程中，我们不但增长了知识，也体会到了快乐。

随着科学技术发展的日新月异，PLC已经成为空前活跃的领域，在生活中无处不在，因此对于我们专业的学生来说掌握PLC技术是十分重要的，对我们将来从事本行业打下一定基础。

虽然课程结束了，但是极大的锻炼了我设计和分析的能力，在这过程中不乏遇到困难，但是在老师的指导和与其他同学的讨论下，自己终于圆满完成了课程设计

参考文献

[1]王宗才.机电传动与控制.北京：

电子工业出版社，2011

[2]程周.电气控制与PLC原理及应用[M].北京：

电子工业出版社，2003

[3]廖常初.PLC编程及应用.北京：

机械出版社，2002

[4]弭洪涛.可编程序控制器（PLC）原理及应用.北京：

中国水利水电出版社，1999

[5]邓星钟.机电传动控制.武汉：

华中科技大学出版社，2007

[6]陈建明.电气控制与PLC应用.北京：

电子工业出版社，2010

[7]蒋金周.全自动洗衣机的PC智能控制[J].机电一体化，2004

[8]王晖孙玉峰王文华主编.可编程控制器原理及应用教程：

清华大学出版社出版，2004

附录1

控制程序语句表

ORGANIZATION_BLOCK主程序:

OB1

TITLE=程序注释

BEGIN

Network1//

//网络注释

LDSM0.0

LPS

AI0.0

SM0.0,1

LRD

AM0.0

AI0.3

SM0.1,1

RM0.0,1

LPP

AM0.1

TONT37,150

Network2//

LDSM0.0

LPS

AT37

RM0.1,1

SM0.2,1

LRD

AM0.2

TONT38,30

LPP

AT38

SM0.3,1

RM0.2,1

Network3//

LDSM0.0

LPS

AM0.3

TONT39,150

LRD

AT39

SM0.4,1

RM0.3,1

LRD

AM0.4

TONT40,30

LPP

AT40

SM0.5,1

RM0.4,1

Network4//

LDM0.5