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全自动洗衣机中的元器件选择………………18
控制方案及控制过程……………………19
梯形图…………………………………22
控制程序编程……………………………25
总结……………………………………28
参考文献…………………………………29
前言
随着科学技术的不断进步，整个社会自动化水平和信息化水平不断提高，社会对电气信息类人才的需求也日益迫切，要求也愈加严格，因此在把握理论基础的同时，要更好的掌握相关器件及编程语句的使用对掌握PLC的设计编程有和大的帮助，故实训就变得十分迫切和重要。
本次实训重点掌握了编程软件的使用和操作、联系课本，结合实际将理论知识转变为实际的编程设计，从而加深了知识的印象。
可编程序控制器（ＰＬＣ）是应用十分广泛的微机控制装置，是自动控制系统的关键设备。
可编程序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储器，用来在其内部存储执行逻辑运算、顺序控制、定时、计数和算术运算等操作的指令，并通过数字式、模拟式的输入和输出，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，都应按易于使工业控制系统形成一个整体，易于扩充其功能的原则设计。
从上述定义可以看出，ＰＬＣ是一种用程序开改变控制功能的工业控制计算机，除了能完成各种控制功能外，还有与其他计算机通信联网的功能。
可编程序控制器的应用面广、功能强大、使用方便，已经成为当代工业自动化的主要支柱之一。
ＰＬＣ广泛地应用在各种机械设备和生产过程的自动控制系统中，ＰＬＣ在其它领域，例如在民用和家庭自动化中的应用也得到了迅速的发展。
摘要
根据全自动洗衣机的工作原理，利用可编程控制器PLC实现控制，说明了PLC控制的原理方法，特点及控制洗衣机的特色。
通过本系统的设计，对西门子s7-200系列PLC的特点有了深入的理解全自动洗衣机控制系统利用了西门子s7-200系列PLC的特点，对按钮，电磁阀，开关等其它一些输入/输出点进行控制，实现了洗衣机洗衣过程的自动化，并实现了多台控制。
由于每遍的洗涤，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，数量及脏污的程度来编程。
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，充分表现现代家电用品的个性。
第一部分PLC概述
一、PLC的概念
由于可编程控制器的不断发展，对它下一个确切定义是困难的。
可编程控制器问世后，美国电器制造商协会NEMA（NationalElectricalManufacturesAssociation）于1980年对可编程控制器有如下定义：
可编程控制器是一种数字式电子装置。
它使用可编程序的存储器来存储指令，并实现逻辑运算、顺序运算、计数、计时和算术运算等功能，实现对各种机械或生产过程的控制。
1982年，国际电工委员会（InternationalElectricalCommittee，简称IEC）办不了可编程序控制器标准草案，于1985年提交了第二版，1987年2月的第三版对可编程控制器做了如下定义：
“可编程控制器是一种数字运算操作的电子系统，专为在工业环境应用而设计的。
它采用可编程的存储器，用于其内部存储程序，执行逻辑运算、顺序控制、定时、计数与算术操作等面向用户的指令，并通过数字或模拟式输入、输出控制各种类型的机械或生产过程。
可编程控制器及其有关外部设备，都按易于与工业控制系统联成一个整体，易于扩充其功能的原则设计。
”
可见，PLC这个电子系统，也是靠存贮程序、执行指令，进行信息处理，实现输入到输出的变换。
但它的目的是用以控制各种类型机械或生产过程。
所以，从实质上讲，它是一台工业环境应用的、满足实时控制要求的专用计算机。
PLC与普通计算机所不同的主要是：
1、它没有键盘，代之为一个个输入电路，并用其获取控制命令或现场信号。
同时，此输入电路具有滤波能力的，与内部电路为电隔离，但通过光耦合建立联系；
2、它没有显示器，代之为一个个输出电路，并用其产生控制输出。
由于此电路具有驱动能力，故可以驱动一般的工业控制元器件，如电磁阀、接触器等。
同时，此电路与内部电路也是电隔离的，是用光或磁耦合建立联系；
它没有硬盘，只有内存。
但可配备存贮卡，以为程序与数据建立备份；
3、它配置有外设或通讯接口，可用以编程或下载程序、监控及联网通讯；
4、它的结构为整体式或模块化，体积小，安装方便，比较坚固，具有很强的抗干扰、抗冲击、抗震动特性。
总之，PLC只是一台没有键盘、没有显示器、没有硬盘，但有很多输入、输出电路、配有接口，可在工业现场实时使用的、模块化、小型化的特殊计算机。
要指出的是，随着技术进步，PLC的性能在不断提高，应用在不断扩展，类型在不断增多。
所以，它的概念也在不断更新。
工厂自动化的三大技术支柱——PLC（可编程逻辑控制器）、Robot（机器人）、CAD/CAM（计算机辅助设计与制造），PLC首当其冲，是领头羊。
它已发展成为当今方方面面自动化、信息化的重要支柱。
二、PLC从何处来？
1、可编程控制器的硬件发展
⑴可编程控制器的10项招标指标1968年，美国通用汽车公司（GM）根据多品种、小批量、不断翻新汽车品牌的战略思想，以降低生产成本，缩短新产品开发周期为设想，针对汽当时车生产线的自控系统现状：
工装基本上由继电器控制装置构成。
当时汽车的每一次改型都直接导致继电器控制装置的重新设计和安装，因而继电器控制装置就需要经常地重新设计和安装，这不仅费时、费工、费料，甚至阻碍了更新周期的缩短。
为了改变这一现状，美国通用汽车公司在1969年公开招标，希望用新的控制装置来取代继电器控制装置，并提出了以下10项招标指标：
①在使用者的工厂里，能以最短的中断服务时间，迅速、方便地对其控制的硬件和设备进行编程及重新进行程序的设计。
②所有的系统组件必须能在工厂内无特殊支持的设备、硬件及环境条件下进行。
③系统的维修必须简单易行。
在系统中应设计有状态指示器及插入式模块，以便在在最短的停车时间内使维修和故障诊断变得简单易行；
④装置的体积应小于原继电器控制柜的体积，它的能耗也应较小；
⑤必须能与中央数据采集处理系统进行通信，以便监视系统的运行状态和运行情况。
⑥输入开关量可以是已有的标准控制系统的按钮和限位开关的交流115V（注：
美国电网电压为115V，我们中国是AC220V）；
⑦输出的驱动信号都必须能驱动以交流运行的电动机驱动器和电磁阀线圈，每个输出量将设计为可开停和连续操纵具有交流115V，2A以下容量的电磁阀等负载设备。
⑧具有灵活的扩展能力。
在扩展时，必须能以最小的系统变动及最短的更换、停顿时间，使原有装置从系统的最小配置扩展到系统的最大配置。
⑨在购买和安装费用上应有与原有继电器控制和固态逻辑控制系统的竞争力，即有高的性价比。
⑩用户存储器容量至少在4KB1以上（根据当时汽车装配厂的要求）
美国数字设备公司（DEC）中标后，在1969年，研制出第一台PLC（PDP-14），应用于美国通用汽车自动装配线上试用，获得了成功。
其后，美国Modicon公司也推出了同名的084控制器。
这种新型的工控装置，以其体积小、可变性好、可靠性高、使用寿命长、简单易懂、操作维护方便等一系列优点，很快就在美国的许多行业里得到推广应用。
到1971年，已经成功地应用于食品、饮料、冶金、造纸等行业。
这一新型的工控装置的出现，受到世界上许多国家的高度重视。
1971年，日本从美国引进了这项新技术，很快研制出了他们的第1台PLC（DSC-8控制器）。
1973年，西欧国家也研制出他们的第1台PLC。
我国从1974年始研制，到1977年开始应用于工控领域。
⑵可编程控制器的发展
①初创阶段，从第一台可编程控制器问世到20世纪70年代中期。
这个阶段的PLC，一般称为“可编程逻辑控制器”（ProgrammableLogicController）。
这时的PLC基本上是（硬）继电器控制装置的替代物，主要用于实现原先由继电器完成的顺序控制、定时、计数等功能。
它在硬件上以“准计算机”的形式出现，在I/O接口电路上做了改进以适应工控现场要求。
装置中的器件主要采用分立元件和中小规模集成电路，并采用磁芯存储器。
另外，还采取了一些措施，以提高抗干扰能力。
在软件编程上，采用类似于电气工程师所熟悉的继电器控制线路的方式——梯形图（Ladder）语言。
因此，早期的PLC的性能要优于继电器控制装置，其优点是简单易懂、便于安装、体积小、能耗低、有故障显示、能重复使用等。
其中PLC特有的编程语言——梯形图语言一直沿用至今。
这一阶段的产品主要用于逻辑运算、计数、计时控制。
②扩展阶段，从20世纪70年代中期到70年代末期，微处理器的出现使PLC发生了巨变。
美国、日本、德国等一些厂家先后开始采用微处理器作为PLC的CPU（中央处理单元），这样使PLC的功能大大增强。
除了保持原有的逻缉运算、计时、计数等功能以外，还增加了算术运算、数据处理、模拟量的运算、网络通信、自诊断等功能。
③通信阶段，从20世纪70年代末到20世纪80年代中期，由于超大规模集成电路技术的迅速发展，微处理器价格大幅度下跌，使得各种类型的PLC所采用的微处理器的档次普遍提高。
早期的PLC一般采用8位的CPU，现在的PLC一般采用16位或32位的CPU。
另外，为了进一步提高PLC的处理速度，各制造厂还纷纷研制开发出专用的逻辑处理芯片，这就使得PLC的软、硬件功能有了巨变。
这一阶段的产品与计算机通信系统的发展有关，并形成了分布式网络通信体系，但由于各制造厂商的各自为政，通信系统也各自称为独立的系统，使各制造厂商的产品较难实现互通。
④开放阶段，从20世纪80年代中期到90年代中期。
由于国际标准化组织提出了开放互连参考模型，使可编程控制器在通信系统的开放获得较大发展，使各制造厂商产品可以互通，甚至大中型产品开始采用CRT屏幕显示功能，并且采用标准化软件系统，增加高级编程语言，并完成编程语言的标准化工作。
⑤标准和集成阶段，从20世纪90年代中期开始。
IEC发布了可编程控制器的标准草案，尤其是标准编程语言的颁布，使可编程控制器获得飞跃发展。
软件模型的颁布是该阶段的重要标志。
采用标准编程语言的软件使第三方的软件移植变得方便。
系统的集成化和扁平化是该阶段的另一个特点，将各种软件集成在一个软件平台，采用一个数据库等。
目前，世界上约有200家PLC生产厂商，其中，美国的Rockwell、GE，德国的西门子（Siemens），法国的施耐德（Schneider），日本的三菱、欧姆龙（Omron），他们掌控着全世界80%以上的PLC市场份额，他们的系列产品从只有几十个点（I/O总点数）的微型PLC到有上万个点的巨型PLC，应有尽有。
⑶我国可编程控制器的发展
我国从1974年始仿制美国的第二代PLC产品，但因元器件质量和技术问题等原因，未能推广。
指导1977年，我国才研制出第一台具有实用价值的可编程控制器，并开始批量生产和应用于工业过程控制。
由于使用单片一位处理器，因此应用规模小，主要控制方式为开关量控制。
随着改革开放，1982年开始后雨美国、德国、日本等厂商进行合资或引进技术、生产流水线等，使PLC获得了较大发展。
这一阶段的主要特点是以产品的引进、技术的消化、应用的普及为目标。
应用的产品以8位处理器为主，应用规模在1000点以下。
经过多年的发展，国内PLC生产厂家约有三十家，但尚未形成颇具规模的生产能力，国内PLC应用市场仍然以国外产品为主，如：
Siemens的S7-200小系列、S7-300中系列、S7-400大系列，三菱的FX小系列、Q中大系列，0mron的CPM小系列、C200H中大系列等。
值得一提的是，湖北黄石的科威自控公司（）的创新产品——“嵌入式PLC”。
小系统用户希望在数据处理上像DCS、可靠性上像PLC、价格上像单片机嵌入系统。
嵌入式PLC正好满足用户的这些愿望。
嵌入式PLC是指“将支持PLC（梯形图）编程语言的内核EasyCore以小板芯的形式”嵌入到特定的控制装置中，使该装置除了具有自身的专用功能之外，还具有PLC的基本功能；
开发人员能够在该PLC编程语言平台上，轻而易举地设计出通用型PLC、客户型PLC、以及各种特型控制板。
嵌入式PLC是科威公司立足原有的自动化仪表技术、现场总线技术和10多年的自动化工程项目经验，在华中科技大学、武汉理工大学的协作下，经过3年多的努力攻关，首创成功的。
由于嵌入式PLC的社会及经济价值十分巨大，2005年被列为国家攻关计划。
迄今为止，科威公司的嵌入式PLC产品——通用型PLC、（按照客户要求定制的）客户型PLC、特型控制板，已在纺织机械、工业窑炉、塑料机械、印刷包装机械、食品机械、数控机床、恒压供水设备、环保设备等行业中成功应用，并且在窑炉自动化系统的应用中占有明显的技术优势。
长期以来，PLC始终是工业自动化的主角，它与是SCADA（监控和数据采集）、DCS（集散控制系统）及IPC（工控机）、FCS（现场总线控制系统）等相互集成，互相影响。
同时也承受着来自其它技术产品的冲击。
2、可编程控制器的编程语言
⑴可编程控制器编程语言的发展
可编程控制器的应用需要用可编程控制编程语言进行编程（即所谓的二次开发），各制造商开发了各自的编程语言，形成了各自为政的自动化孤堡。
不同的可编程控制器程序不能移植，不能相互通信等。
为此，用户和制造商都希望有标准化的编程语言，使可编程控制器成为开放系统的组成部分。
标准化编程语言的发展来自下列三方面的发展。
①传统可编程控制器语言。
例如常用的梯形图语言脱胎于电气逻辑图，指令表语言是汇编语言的发展。
②工控软件公司开发的编程语言。
如德国KWSoftware（科维）软件公司的Multiprog、Infoteam（一方梯队）软件公司的PDAT等为代表开发的编程语言吸取了各科编程控制器制造商的编程语言的特点，在开发中形成了一套新的国际编程语言标准。
③基于工业PC的软逻辑PLC。
软逻辑PLC是在PC平台运行Windows操作环境下，用软件实现PLC控制功能。
它构成开放的应用系统，能够方便地与来自不同厂商的各种输入/输出设备、现场总线、PC和控制网络实现无缝集成。
可编程控制器的编程语言因地域不同，大致可分为三大地域：
北美、欧洲和日本。
而可编程控制器标准编程语言IEC61131-3的制定是美国、加拿大、欧洲（主要是德、法）以及日本等7家国际性工业控制企业的专家和学者的结晶，它浓缩了数十年工控方面的实践经验（包含：
北美和日本等使用的梯形图语言实践经验、欧洲各国使用的顺序功能表图和功能快图编程语言实践经验、德国和日本等使用的指令表编程语言实践经验等。
1993年3月，国际电工委员会（InternationalElectricalCommittee，简称IEC）正式颁布了可编程控制器标准编程语言IEC1131（前面加6后作为国际标准的编号，即成为可编程控制器标准编程语言IEC61131）第一版，可编程控制器标准编程语言IEC61131-3为第二版，于2000年下半年表决通过。
IEC61131标准将软件工程、结构化编程、模块化编程、面向对象的思想及网络通信技术等引入工业控制领域，弥补和克服了传统PLC和DCS等控制系统的弱点。
然而，标准语言的发展仍在进行中，传统的编程语言仍然在广泛使用之中。
⑵可编程控制器编程语言标准化的国际化组织
PLCopen是1992年成立的致力于可编程控制器编程语言标准化的非营利国际化组织，总部设在荷兰。
我国于1999年正式成为PLCopen组织的一员，挂靠在中国机电一体化技术应用协会。
我国可编程控制器硬件的开发和应用并不早，但对国际标准编程语言跟得比较紧。
IEC61131-3标准不仅适用于可编程设备，而且适用于运动控制产品、DCS和基于工业PC的的软逻辑PLC、SCADA等。
采用或应用符合IEC61131-3标准的产品，已成为工业领域发展的趋势。
在我国，正在进行IEC61131-3标准及有关产品的推广工作。
许多技术人员还不知道编程语言的国际标准，一些厂商仍在推广和抛售不符合IEC61131-3标准的编程语言和相关产品。
⑶可编程控制器的标准编程语言
IEC61131-3的编程语言部分定义了两大类编程语言：
文本类编程语言和图形类编程语言。
文本类编程语言包括指令表编程语言（IL:
ImstructionList）和结构化文本编程语言（ST：
StructuredText），图形类编程语言包括梯形图编程语言（LD：
LadderDigram）和功能块图编程语言（FBD：
FunctionBlockDigram）。
标准中定义的顺序功能表图编程语言（SFC：
SequenceFunctionChart）既没有归入文本类编程语言，也没有归入图形类编程语言，而是作为公用元素被定义。
这表示SFC可以使用两类语言进行编程。
三、PLC的基本结构
PLC主要由中央控制单元（CPU）、存储器（RAM或ROM或）输入输出模块（I/O）部分、电源和编程设备组成（见图1-1），有的PLC还可以配备特殊功能模块，用来完成某些特殊的任务。
术语“体系结构”是指PLC的硬件，或软件，或者二者的结合。
开放式的体系结构，是指系统使用现成的标准组件，能方便的与其它生产厂家的设备和程序兼容。
封闭的体系结构是指该系统为专用的并且与其他系统不兼容。
目前，大多数PLC系统从本质上讲都是封闭的系统，所以使用时必须确定所选用的硬件和软件与所使用的PLC是兼容的。
1．中央控制单元CPU
CPU是PLC的“大脑”，通常由一个微处理器和一个存储器组成。
微处理器实现逻辑处理和控制各模块间通信的功能，不断地采集输入信号，执行用户程序，刷新系统的输出；
存储器用来储存由微处理器完成的逻辑操作的结果（程序产生的数据）。
2.I/O模块
I/O系统构成了现场设备与控制器连接的接口，作用就是从使现场接收到的信号或送到现场的信号达到处理器的要求。
输入（1nput）模块和输出（Output）模块简称为I／O模块，它们是系统的眼、耳、手、脚，是联系外部现场设备和CPU模块的桥梁。
输入模块用来接收和采集输入信号。
开关量输入模块用来接收从按钮、选择开关、数字拨码开关、限位开关、接近开关、光电开关、压力继电器等过来的开关量输入信号；
模拟量输入模块用来接收电位器、测速发电机和各种变送器提供的连续变化的模拟量电流、电压信号。
开关量输出模块用来控制接触器、电磁阀、电磁铁、指示灯、数字显示装置和报警装置等输出设备，模拟量输出模块用来控制调节阀、变频器等执行装置。
CPU模块的工作电压一般是5V，而PLC的输入／输出信号电压一般较高，如直流24V
和交流220V。
从外部引入的尖峰电压和干扰噪声可能损坏CPU模块中的元器件，或使PLC
不能正常工作。
在I／O模块中，用光耦合器、光电晶闸管、小型继电器等器件来隔离PLC
的内部电路和外部的I／O电路，I／O模块除了传递信号外，还有电平转换与隔离的作用。
3．编程器设备（或称编程终端）
编程设备用来向存储器中写入程序，并用它进行编辑、检查、修改和监视用户程序的执行情况。
手持式编程器不能直接输入和编辑梯形图，只能输入和编辑指令表程序，因此又叫做指令编程器。
它的体积小，价格便宜，一般用来给小型PLC编程，或者用于现场调试和维护。
个人计算机（PC）是最常用的编程设备。
使用编程软件可以在计算机的屏幕上直接生成和编辑梯形图、指令表、功能块图和顺序功能图程序，并可以实现不同编程语言的相互转换。
程序被编译后下载到PLC，也可以将PLC中的程序上传到计算机。
程序可以存盘或打印，通过网络，还可以实现远程编程和传送。
4．电源
PLC一般使用220V交流电源或24V直流电源。
内部的开关电源为各模块提供DC5V，
±
12V，24V等直流电源。
小型PLC一般都可以为输入电路和外部的电子传感器（如接近开
关）提供24V直流电源，驱动PLC负载的直流电源一般由用户提供。
（关于PLC的硬件结构和软件体系敬请参阅第二讲内容。
）
三、PLC的工作原理
1、继电器基本控制
PLC是从继电器控制系统发展而来的，它的梯形图程序与继电器系统电路图相似，梯
形图中的某些编程元件也沿用了继电器这一名称，如输入继电器、输出继电器等等。
这种用计算机程序实现的“欺继电器”，与继电器系统中的物理继电器在功能上有某些相似之处。
由于以上原因，在介绍PLC的工作原理之前，首先简要介绍物理继电器的结构和工作原理。
图l-2a是继电器结构示意图，它主要由电磁线圈、铁心、触点和复位弹簧组成。
继电器有两种不同的触点，在线圈断电时处于断开状态的触点称为常开触点（如图1-2中的触3，4），处于闭合状态的触点称为常闭触点（如图1-2中的触点1，2）。
当线圈通电时，电磁铁产生磁力，吸引衔铁，使常闭触点断开，常开触点闭合。
线圈电流消失后，复位弹簧使衔铁返回原来的位置，常开触点断开，常闭触点闭合。
图l-2b是继电器的线圈、常开触点和常闭触点在电路图中的符号。
一只继电器可能有若干对常开触点和常闭触点。
在继电器电路图中，一般用相同的由字母、数字组成的文字符号（如KA2）来标注同一个继电器的线圈和触点。
图1—3是用交流接触器控制异步电动机的主电路、控制电路和有关的波形图。
接触器的结构和工作原理与继电器的基本相同，区别仅在于继电器触点的额定电流较小，而接触器是用来控制大电流负载的，例如它可以控制额定电流为几十安至几千安的异步电动机。
按下起动按钮SBl，它的常开触点接通，电流经过SBl的常开触点和停止按钮SB2、作过载保护
用的热继电器FR的常闭触点，流过交流接触器KM的线圈，接触器的衔铁被吸合，使主电路中的3对常开触点闭合，异步电动M的三相电源被接通，电动机开始运行，控制电路中接触器KM的辅助常开触点同时接通。
放开起动按钮后，SBl的常开触点断开，电流经KM的辅助常开触点和SB2、FR的’常闭触点流过KM的线圈，电动机继续运行。
KM的辅助常开触点实现的这种功能称为“自锁”或“自保持”，它使继电器电路具有类似于R-S触发器的记忆功能。
在电动机运行时按停止按钮SB2，它的常闭触点断开，使KM的线圈失电，KM的主触点断开，异步电动机的三相电源被切断，电动机停止运行i同时控制电路中KM的辅助常开触点断开。
当停止按钮SB2被放开，其常闭触点闭合后，KM的线圈仍然失电，电动机继续保持停止运行状态。
图1.3给出了有关信号的波形图，图中用高电平表示1状态（线圈通电、按钮被按下），用低电平表示0状态（线圈断电、按钮被放开）。
图1-3中的控制电路在继电器系统和PLC的梯形图中被大量使用，它被称为“起动-保持-停止”电路，或简称为“起保停”电路。
使用继电器电路或PLC的梯形图可以实现开关量的逻辑运算。
图1—4的上面是PLC的梯形图，梯形图中某些编程元件（如输出继电器和
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