洗衣机PLC课程设计报告.docx
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洗衣机PLC课程设计报告
湖南工程学院
课程设计
课程名称电气控制与PLC
课题名称洗衣机电气控制系统设计
专业班级
姓名
学号
指导教师
2013年7月5日
湖南工程学院
课程设计任务书
课程名称电气控制与PLC
课题名称洗衣机电气控制系统设计
专业班级
姓名
学号
指导教师
审批
任务书下达日期2013年6月22日
课程设计完成日期2013年7月5日
设计内容与要求
一.课程设计的性质与目的
本课程设计是自动化专业教学计划中不可缺少的一个综合性教学环节，是实现理论与实践相结合的重要手段。
它的主要目的是培养学生综合运用本课程所学知识和技能去分析和解决本课程范围内的一般工程技术问题，建立正确的设计思想，掌握工程设计的一般程序和方法。
通过课程设计使学生得到工程知识和工程技能的综合训练，获得应用本课程的知识和技术去解决工程实际问题的能力。
二.课程设计的内容
1.根据控制对象的用途、基本结构、运动形式、工艺过程、工作环境和控制要求，确定控制方案。
2.绘制洗衣机控制系统的PLCI/O接线图和梯形图，写出指令程序清单。
3.选择电器元件，列出电器元件明细表。
4.上机调试程序。
5.编写设计说明书。
三.课程设计的要求
1.所选控制方案应合理，所设计的控制系统应能够满足控制对象的工艺要求，并且技术先进，安全可靠，操作方便。
2.所绘制的设计图纸符合国家标准局颁布的GB4728－84《电气图用图形符号》、GB6988－87《电气制图》和GB7159－87《电气技术中的文字符号制定通则》的有关规定。
3.所编写的设计说明书应语句通顺，用词准确，层次清楚，条理分明，重点突出，篇幅不少于7000字。
主要设计条件
1.PLC实验设备若干。
2.参考文献若干。
设计说明书装订顺序
1.课程设计说明书封面。
2.课程设计任务书。
3.说明书目录。
4.正文（按设计内容逐项书写）。
5.参考文献。
6.附录。
7.课程设计评分表。
设计进度安排
第1周：
1.星期一上午：
课题内容介绍。
2.星期一下午：
仔细阅读设计任务书，明确设计任务与要求，收集设计资料，准备设计工具。
3.星期二～星期五：
确定控制方案。
绘制洗衣机电气控制系统的PLCI/O接线图和梯形图，写出指令程序清单。
设计控制系统的工艺图纸。
选择电器元件，列出电器元件明细表。
第2周：
4.星期一：
上机调试程序。
5.星期二～星期五：
编写设计说明书,答辩。
参考文献
[1]廖常初.可编程序控制器的编程方法与工程应用[M].重庆：
重庆大学出版社
[2]万太福.可编程序控制器及其应用[M].重庆：
重庆大学出版社
[3]刘祖润.毕业设计指导.北京：
机械工业出版社
[4]谢桂林.电力拖动与控制.北京：
中国矿业大学出版社
[5]工厂常用电气设备手册编写组.工厂常用电气设备手册.北京：
水利电力出版社
课题：
洗衣机电气控制系统设计
一.洗衣机概述
洗衣机结构示意图如图1所示。
图1洗衣机结构示意图
洗衣机的洗衣桶（外桶）和脱水桶（内桶）是以同一中心安放的。
外桶固定，作盛水用。
内桶可以旋转，作脱水（甩干）用。
内桶和四周有很多小孔，使内、外桶的水流相通。
该洗衣机的进水和排水分别由进水电磁阀YV1和排水电磁阀YV2来执行。
进水时，通过电控系统使进水阀YV1打开，经进水管将水注入到外桶。
排水时，通过电控系统使排水阀YV2打开，将水由外桶排到机外。
洗涤正转、反转由洗涤电机M驱动波盘正、反转来实现，此时脱水桶并不旋转。
脱水时，通过电控系统将离合器CL合上，由洗涤电机M带动内桶正转进行甩干。
高、低水位开关SL2和SL1分别用来检测高、低水位。
起动按钮SB1用来起动洗衣机工作。
停止按钮SB2用来实现手动停止进水、脱水及报警。
排水按钮SB3用来实现手动排水。
二.设计要求
该洗衣机的控制要求可以用图2所示的流程图来表示。
PC投入运行，系统处于初始状态，准备好起动。
起动时开始进水（YV1得电）。
水满（即水位到达高水位）时（SL2动作）停止进水并开始洗涤正转（KM1得电），正洗15S后暂停。
暂停3S后开始洗涤反转（KM2得电）。
反洗15S后暂停。
暂停3S后，若正、反洗未满3次，则返回到从正洗开始的动作处；若正、反洗满3次，则开始排水（YV2得电）。
水位下降到低水位时（SL1复位）开始脱水（YV3得电）并继续排水。
脱水10S即完成一次从进水到脱水的大循环过程。
若未完成3次大循环，则返回到从进水开始的动作处，进行下一次大循环；若完成了3次大循环，则进行洗完报警（BE得电）。
报警5s后结束全部过程，自动停机。
此外，还要求能通过按排水按钮来实现手动排水；按停止按钮来实现手动停止进水、排水、脱水及报警。
图2洗衣机流程图
三.设计任务
1.设计和绘制电气控制原理图或PCI/O接线图、功能表图和梯形图，编写指令程序清单。
2.选择电气元件，编制电气元件明细表。
3.设计操作面板电器元件布置图。
4.上机调试程序。
5.编写设计说明书。
前言
本次的洗衣机电气控制系统课程设计，是在我们学习完了PLC这门课程后安排的，目的是为了更好、更熟练地掌握PLC的知识，并且把所学的理论知识应用到实际当中去，提高自己的动手能力。
在当今的工业界，只要涉及控制的地方，都离不开PLC。
它涉及到我们生活的方方面面，包括我们从超市买的任何商品，我们用的数码产品，生活用品等等环节。
那么到底PLC是什么东西呢？
可编程控制器，简称PLC（ProgrammablelogicController）是指以计算机技术为基础的新型工业控制装置，PLC是一种数字运算操作的电子装置。
PLC的学习比一般编程学习困难在于，要完成一个控制系统不仅需要掌握一定的编程技术，更为重要的是要知道如何针对实际应用的需要选择合适的PLC型号，然后进行资源配置，设计控制系统。
本报告书包含了5个章节的内容，第1章是对自动洗衣机的概述，讲述洗衣机的基本构造、用途等以及洗衣机系统的设计要求和设计工作；第2章是各种方案的对比，从而选择最优方案，对比的方案中包括单片机控制，继电器控制系统，最终选择最优方案PLC。
第3章是控制系统硬件电路设计，包括正、反转电机、PLC型号的选择，再者是PLCI/O接线图。
第4章是控制系统程序设计部分，主程序的顺序功能图及梯形图的设计。
第5章是程序的调试，把编好的程序，导出来用仿真软件模拟PLC进行仿真，采用的仿真软件是S7-200仿真。
最后，在该设计过程中感谢赖老师的严格要求及教诲，以及给予鼓励和帮助的同学，在此表示衷心的感谢。
由于在设计过程中由于时间限制和编者水平有限，本报告可能存在许多不足和疏忽之处，希望老师同学批评指正。
谢谢！
2013年7月5日
第1章控制对象概述
1.1洗衣机的基本构造和工作过程
洗衣机结构示意图如图1所示。
图1-1洗衣机结构示意图
洗衣机的洗衣桶（外桶）和脱水桶（内桶）是以同一中心安放的。
外桶固定，作盛水用。
内桶可以旋转，作脱水（甩干）用。
内桶和四周有很多小孔，使内、外桶的水流相通。
该洗衣机的进水和排水分别由进水电磁阀YV1和排水电磁阀YV2来执行。
进水时，通过电控系统使进水阀YV1打开，经进水管将水注入到外桶。
排水时，通过电控系统使排水阀YV2打开，将水由外桶排到机外。
洗涤正转、反转由洗涤电机M驱动波盘正、反转来实现，此时脱水桶并不旋转。
脱水时，通过电控系统将离合器CL合上，由洗涤电机M带动内桶正转进行甩干。
高、低水位开关SL2和SL1分别用来检测高、低水位。
起动按钮SB1用来起动洗衣机工作。
停止按钮SB2用来实现手动停止进水、脱水及报警。
排水按钮SB3用来实现手动排水。
1.2对控制系统的设计要求
该洗衣机的控制要求可以用图2所示的流程图来表示。
PC投入运行，系统处于初始状态，准备好起动。
起动时开始进水（YV1得电）。
水满（即水位到达高水位）时（SL2动作）停止进水并开始洗涤正转（KM1得电），正洗15S后暂停。
暂停3S后开始洗涤反转（KM2得电）。
反洗15S后暂停。
暂停3S后，若正、反洗未满3次，则返回到从正洗开始的动作处；若正、反洗满3次，则开始排水（YV2得电）。
水位下降到低水位时（SL1复位）开始脱水（YV3得电）并继续排水。
脱水10S即完成一次从进水到脱水的大循环过程。
若未完成3次大循环，则返回到从进水开始的动作处，进行下一次大循环；若完成了3次大循环，则进行洗完报警（BE得电）。
报警5s后结束全部过程，自动停机。
此外，还要求能通过按排水按钮来实现手动排水；按停止按钮来实现手动停止进水、排水、脱水及报警。
图1-2洗衣机流程图
1.3设计任务
1.设计和绘制电气控制原理图或PCI/O接线图、功能表图和梯形图，编写指令程序清单。
2.选择电气元件，编制电气元件明细表。
3.设计操作面板电器元件布置图。
4.上机调试程序。
5.编写设计说明书。
第2章控制方案论证
2.1继电器控制方案
传统的洗衣机采用继电器控制的优点是装置结构简单、价格便宜、抗干扰能力强。
但是，这也是随之带来的一些问题，如绝大多数控制继电器都是长期磨损和疲劳工作条件下进行的，容易损坏，而且继电器的触点容易产生电弧，甚至会熔在一起产生误操作，引起严重的后果。
在全负荷运载的情况下，大的继电器将产生大量的热及噪声，同时也消耗了大量的电能。
并且继电器控制系统必须是手工接线、安装，如果有简单的改动，也需要花费大量时间及人力和物力去改制、安装和调试。
这种电路接线多，只适用于小型的控制电路。
2.2单片机方案
（1）要求环境，单片机对环境的适应能力较低，可靠性差。
（2）编程和PLC相比难以学习，主要是单片机采用汇编语言或者是C语言，这些高级语言和PLC语言相比，难以学习。
（3）功能单一只具有使用中所需要的功能。
但是，它结构简单，处理速度快。
2.3PLC方案
（1）可靠性高，PLC作为一种通用的工业控制器，它必须能够在各种不同的工作环境中正常工作。
对工作的环境要求较低，抗外部干扰能力强，平均无故障时间长
（2）使用方便灵活，PLC采用了基本单元扩展或者是模块化的结构形式，因此，输入/输出信号的数量，形式，驱动能力等都可以根据实际控制要求进行选择与确定，而且在需要时可以随时更换，近年来，PLC的特殊模块增多这些可以满足不同的控制要求，使PLC的使用更加灵活与多变。
（3）编程简单，PLC的优越性主要体现在它采用了独特的，多种面向广大工程设计人员的编程语言，如指令表，梯形图，逻辑功能图，顺序功能图等，程序简洁，明了适合各类技术人员的传统习惯，即使是没有计算机知识的人员也很统一掌握，特别是梯形图与逻辑功能图，形象直观，动态监测效果逼真，且与计算机控制容易。
（4）系统的设计、建造工作量小，维护方便，容易改造，PLC用存储逻辑代替接线逻辑，大大减少了控制设备外部的接线，使控制系统设计及建造的周期大为缩短，同时维护也变得容易起来。
更重要的是使同一设备经过改变程序改变生产过程成为可能。
这很适合多品种、小批量的生产场合。
（5）体积小，重量轻，能耗低，由于体积小很容易装入机械内部，是实现机电一体化的理想控制设备。
2.4小结
通过三种方案的比较，PLC方案控制系统具有许多鲜明的特点：
I/O驱动能力强，易于扩展，图形化开发界面，价钱适中，抗干扰能力强，因此多用于工业设备上，所以最终采用PLC控制方案。
第3章控制系统硬件电路设计
3.1拖动电机主电路设计
3.1.1拖动电机主电路电器元件选择
本设计采用的电动机型号是XQG50-D909，在主电路中电路保护装置由刀开关QS1和自动空气断路器QF组成，用220V电网电压供电。
由PLC控制2个交流接触器的电磁线圈电路的通断，实现对电动机正、反转控制。
电动机电路串联了热继电器对其进行保护，同时也是故障点。
表3-1拖动电机主电路电器元件选择
序号
名称
符号
型号
数量
主要技术参数
1
开关刀
QS1
HZ10-10/2
1
2
断路器
QF
QF-240
1
3
接触器
KM1-KM2
CJ20-25
2
4
熔断器
FR1
RL1-15
1
5
电动机
M
XQG50-D909
1
3.1.2拖动电机主电路图绘制
图3-1电动机主电路图
3.2PLC控制系统设计
3.2.1PLC控制系统电路元件选择
本次设计运用了PLC的6个输入点，6个输出点，故用西门子S7-200CPU224。
其他的外部电器元件如刀开关、断路器、熔断器、热继电器、按钮、交流电动机、S7-200等，PLC电气控制系统电器元件选择如下表：
表3-2PLC控制系统电器元件选择
序号
名称
符号
型号
数量
主要技术参数
1
启动按钮
SB1
LA10-1
1
2
停止按钮
SB2
LA10-1
1
3
排水按钮
SB3
LA10-1
1
4
低水按钮
SL1
LA10-1
1
5
高水按钮
SL2
LA10-1
1
6
热继器
FR
T16
1
7
进水磁阀
YV1
FCD-270L
1
8
排水磁阀
YV2
PDQ-7
1
9
离合器
YV3
T11834-2000
1
10
报警器
BE
——
1
11
指示灯
LE
——
1
12
编程器
PLC
CPU224
1
3.2.2PLC的I/O口接线图绘制
PLC的各输入点与输出点的接线表如下：
表3-3PLC接线口
名称
符号
接口
名称
符号
接口
启动按钮
SB1
I0.0
低水按钮
SL1
I0.3
停止按钮
SB2
I0.1
高水按钮
SL2
I0.4
排水按钮
SB3
I0.2
热继电器
FR
I0.5
正向接触器
KM1
Q0.0
排水磁阀
YV2
Q0.3
反向接触器
KM2
Q0.1
离合器
YV3
Q0.4
进水磁阀
YV1
Q0.2
报警器、指示灯
BE、LE
Q0.5
洗衣机电气控制系统PLCI/O接线如图所示：
图3-2S7-200PLCI-O接线图
第4章控制系统程序设计
4.1主程序设计
本洗衣机控制程序工作过程分为：
小循环洗涤、脱水、大循环洗涤、完成。
主程序顺序功能图如下：
图4-1洗衣机主程序顺序功能图
4.2循环子程序设计
洗衣机的小循环子程序的顺序功能图如下：
图4-2小循环子程序的顺序功能图
小循环子程序对应的梯形图如下：
4.3大循环程序设计
判断进入大循环的顺序流程图：
图4-3判断进入大循环顺序图
判断进入大循环的梯形图如下所示：
4.4手动控制水量子程序
手动控制水量的子程序梯形图如下：
第5章程序的调试
完成程序的设计后，就开始程序的调试，调试的部分由自动进水洗涤部分和手动进水洗涤部分。
在自动进水部分时，按下启动按钮SB1，接着按下低水位开关SL1，过一段时间后按下高水位开关，即系统进入自动洗涤模式，在完成小循环后，进入脱水环节，按下低水位开关，即进入大循环，完成整个大循环后，就完成了一次洗衣工作，进入待命状态，为下次工作准备。
在手动进水模式下工作时，按下启动按钮SB1，接着按下低水位开关SL1，过一段时间后就按下手动开关SB2，就进入小循环洗涤状态，当小循环完成后，一次脱水时，按下手动按钮SB2，进入大循环，完成大循环后返回初始状态，工作完成。
结束语
通过本次课程设计，对全自动洗衣机的控制系统有了深入的理解。
全自动洗衣机控制系统利用了西门子PLC的特点，对按钮、电磁阀、开关，延时，计数等其他一些输入输出点设备进行控制，实现了洗衣机洗衣过程的自动化。
从进水到循环洗衣，延时，脱水，报警等流程来洗涤衣物；排水,脱水的时间由PLC内计数器控制,所以只要改变计数器参数就可以改变时间。
可以把上面设定的程序时间定下来,作为固定程序使用,也可以根据衣物的质地,数量及油污的程度来控制是否脱水，循环次数来编程。
只要稍作改变,就可以设计出诸如要多洗多甩的牛仔类衣物,轻洗轻甩的羊毛类衣物以及通用的标准洗涤程序,充分表其实用性。
再者通过这次设计，对自动控制原理及应用和PLC的实用性有了进一步认识和运用，在两个星期的设计过程中学到了许多东西。
设计中，我们遇到不懂或不明白的地方，除了查阅相关资料，赖老师也一直陪着我们，给我们严格的要求和指导、鼓励。
这次课程设计让我学习到了很多知识，为我以后的学习和工作奠定了基础。
参考文献
[1]廖常初.可编程序控制器的编程方法与工程应用.重庆.重庆大学出版社
[2]廖常初.S7-200PLC编程及应用.北京.机械工业出版社.2007
[3]魏志精.可编程控制器应用基础．电子工业出版社,2003
[4]廖常初.PLC基础及应用．北京：
机械工业出版社,2003
[5]李国厚.PLC原理及应用设计.化学工业出版社,2005
[6]潘海燕.波轮式全自动洗衣机的单片控制[J].电子世界，2003（3）
[7]张凤珊.电气控制及可编程序控制器.中国轻工业出版社,1998
致谢
本次PLC洗衣机课程设计是在赖老师教授完我们《S7-200PLC编程及应用》这门课程后进行的，课程设计期间赖老师对我们严格要求，耐心的指导，要求我们每天坚持学习课程设计涉及的相关知识，并保持应有的学习时间，在赖老师的悉心指导下我们顺利的完成了课程设计，赖老师是一位要求严格、经验丰富、有耐心的老师。
在整个课程设计中，有什么不懂的去问他，即使是最简单的问题，他都会耐心地一步一步的教导我们，为我们解答疑难，在这个课程设计中，我们小组的成员也给予我很大的帮助，有什么问题，赖老师不在时，我们互相探讨，相互查找相关资料；最终，我的课程设计得以顺利完成，为此，我衷心地向帮助过我的赖老师和同学们表示感谢！
赖老师的严谨教学态度、求实的作风、严格要求学生，在我的脑海中产生了深刻的印象。
在此次课程设计中，遇到许多的问题，我把编程软件安装就装了3遍，在这个过程中也学会了自己解决问题的方法，在这个过程中组员和赖老师都是很认真地指导我。
对此，我再次感谢赖老师和同学们给予我的帮助！
附录（语句表）
起始状态
（1）
LDT42
OI0.1
AM1.1
LDSM0.1
OM0.0
OLD
ANM0.1
=M0.0
进水网络
（2）
LDI0.0
AM0.0
LDT41
OI0.1
ANC1
AM1.0
OLD
OM0.1
ANM0.2
=M0.1
=Q0.2
正转网络（3）
LDI0.1
OI0.4
AM0.1
LDNC0
AM0.6
OM0.2
OLD
ANM0.3
LPS
=M0.2
ANM1.2
=Q0.0
LPP
TONT37,150
暂停网络（4）
LDT37
AM0.2
OM0.3
ANM0.4
=M0.3
TONT38,30
反转网络（5）
LDT38
AM0.3
OM0.4
ANM0.5
LPS
=M0.4
ANM1.2
=Q0.1
LPP
TONT39,150
暂停网络（6）
LDT39
AM0.4
OM0.5
ANM0.6
=M0.5
TONT40,30
网络7
LDT40
AM0.5
OM0.6
ANM0.7
ANM0.2
=M0.6
网络8
LDM0.6
LDM0.7
OSM0.1
CTUC0,3
网络9
LDC0
AM0.6
OM0.7
ANM1.0
=M0.7
网络10
LDI0.1
ONI0.3
AM0.7
OM1.0
ANM1.1
ANM0.1
=M1.0
=Q0.4
TONT41,100
网络11
LDM1.0
LDM1.1
OSM0.1
CTUC1,3
网络12
LDI0.1
OT41
AC1
AM1.0
OM1.1
ANM0.0
=M1.1
=Q0.5
TONT42,50
网络13
LDM0.7
OM1.0
OM1.2
=Q0.3
网络14
LDI0.2
OM1.2
ANI0.0
=M1.2
电气信息学院课程设计评分表
项目
评价
优
良
中
及格
差
设计方案合理性与创造性（10%）
开发板焊接及其调试完成情况*（10%）
硬件设计或软件编程完成情况（20%）
硬件测试或软件调试结果*（10%）
设计说明书质量（20%）
答辩情况（10%）
完成任务情况（10%）
独立工作能力（10%）
出勤情况（10%）
综合评分
指导教师签名：
________________
日期：
________________
注：
表中标*号项目是硬件制作或软件编程类课题必填内容；
此表装订在课程设计说明书的最后一页。
课程设计说明书装订顺序：
封面、任务书、目录、正文、评分表、附件（非16K大小的图纸及程序清单）。
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