全自动洗衣机自动控制文档格式.docx

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这种洗衣机适用于居住在绿化较差，空气尘埃量较大，平均每2至3天换一次衣服的家庭，主要以洗净度为主，服装面料以化纤、腈纶为主。

　　另外一种是美洲人发明的“搅拌式”洗衣机，由于美洲风沙比较大，人们主要穿着牛仔服装之类粗厚面料的服装，所以他们适用搅拌式洗衣机，这种洗衣机洗净度非常高，是波轮式洗衣机的十几倍，但由于洗净度和磨损率成正比，所以很损伤衣物，这种洗衣机市场上很少见。

（二）PLC控制全自动洗衣机的研究意义

ＰＬＣ控制全自动洗衣机的编程语言容易掌握，是电控人员熟悉的梯形语言，使用术语依然是＂继电器＂一类术语，大部分与继电器触头的连接相对应，使电控人员一目了然。

ＰＬＣ控制使用简单，它的Ｉ／Ｏ已经做好，输入输出信号可直接连接，非常方便，输出口具有一定驱动能力。

ＰＬＣ是专门应用手工业现场自动控制装置，在系统软硬件上采用抗干扰措施，当工作程序需要改变时，只需改变ＰＬＣ的内部，只需重新编程而无需对外围进行重新改动。

加深对PLC的理解，熟练掌握PLC技术，使PLC学习者能够将PLC技术应用到工业中。

（三）本文的主要工作

1、回顾全自动洗衣机的历史，随着社会经济的发展，采用可编程程序控制器来代替中间继电器和过程控制的微型机，设计开发全自动洗衣机系统，才会满足稳定可靠的洗衣机控制系统需求。

2、叙述了可编程程序控制器的产生、发展、应用的历程，通过论述可编程程序控制器的各种优点、卓越性能、结构、原理，有一个感性的总体认识。

3、结合全自动洗衣机控制系统的要求，进行硬件、程序设计，从主要部件的选择、流程的分析、程序思路的产生来完成本次设计任务。

4、通过对系统的调试和检测，再进行系统性梳理，将隐藏的不足之处加以修正和完善，确保系统能顺利运行。

二、可编程程序控制器（PLC）

（一）PLC概述

可编程序控制器（ProgrammabieLogicController,缩写PLC）是以微处理器为基础，综合计算机、通信、联网以及自动控制技术而开发的新一代工业控制装置。

可编程序控制器是随着技术的进步与现代社会生产方式的转变，为适应多品种.小批量生产的需要，生产.发展起来的一种新型的工业控制装置。

PLC从1969年问世以来，虽然至今还不到40年，但由于其具有通用灵活的控制性能.简单方便的使用性能，可以适应各种工业环境的可靠性，因此在工业自动化各领域取得了广泛的应用。

有人将它与数控技术、CAD/CAM技术工业机械人技术并称为现代工业自动化技术的四大支柱。

可编程序控制器在我国的发展与应用已有30多年的历史，现在它已经广泛应用于国民经济的各个工业生产领域，成为提高传统工业装备水平和技术能力的重要设备和强大支柱。

随着全球一体化经济的发展，努力发展可编程序控制器在我国的大规模应用，形成具有自主知识产权的可编程序控制器技术，应该是广大技术人员努力的方向。

1、PLC的发展历程

在可编程控制器出现前，在工业电气控制领域中，继电器控制占主导地位，应用广泛。

但是电器控制系统存在体积大、可靠性低、查找和排除故障困难等缺点，特别是其接线复杂、不易更改，对生产工艺变化的适应性差。

1968年美国通用汽车公司（G.M）为了适应汽车型号的不断更新，生产工艺不断变化的需要，实现小批量、多品种生产，希望能有一种新型工业控制器，它能做到尽可能减少重新设计和更换电器控制系统及接线，以降低成本，缩短周期。

于是就设想将计算机功能强大、灵活、通用性好等优点与电器控制系统简单易懂、价格便宜等优点结合起来，制成一种通用控制装置，而且这种装置采用面向控制过程、面向问题的“自然语言”进行编程，使不熟悉计算机的人也能很快掌握使用。

1969年美国数字设备公司（DEC）根据美国通用汽车公司的这种要求，研制成功了世界上第一台可编程控制器，并在通用汽车公司的自动装配线上试用，取得很好的效果。

从此这项技术迅速发展起来。

早期的可编程控制器仅有逻辑运算、定时、计数等顺序控制功能，只是用来取代传统的继电器控制,通常称为可编程逻辑控制器（ProgrammableLogicController）。

随着微电子技术和计算机技术的发展，20世纪70年代中期微处理器技术应用到PLC中，使PLC不仅具有逻辑控制功能，还增加了算术运算、数据传送和数据处理等功能。

20世纪80年代以后，随着大规模、超大规模集成电路等微电子技术的迅速发展，16位和32位微处理器应用于PLC中，使PLC得到迅速发展。

PLC不仅控制功能增强，同时可靠性提高，功耗、体积减小，成本降低，编程和故障检测更加灵活方便，而且具有通信和联网、数据处理和图象显示等功能，使PLC真正成为具有逻辑控制、过程控制、运动控制、数据处理、联网通信等功能的名符其实的多功能控制器。

PLC的发展过程大致可以分为如下几个阶段：

1970—1980年：

PLC的结构定型阶段。

在这一阶段，由于PLC刚诞生，各种类型的顺序控制器不断出现（如逻辑电路型、1位机型、通用计算机型、单板机型等），但迅速被淘汰。

最终以微处理器为核心的现有PLC结构形成，取得了市场的认可，得以迅速发展.推广。

PLC的原理、结构、软件、硬件趋向统一与成熟，PLC的应用领域由最初的小范围、有选择使用、逐步向机床、生产线扩展。

1980—1990年：

PLC的普及阶段。

在这一阶段，PLC的生产规模日益扩大，价格不断下降，PLC被迅速普及。

各PLC生产厂家产品的价格.品种开始系列化，并且形成了固定I/O点型、基本单元加扩展块型、模块化结构型这三种延续至今的基本结构模型。

PLC的应用范围开始向顺序控制的全部领域扩展。

比如三菱公司本阶段的主要产品有F、F1、F2小型PLC系列产品,K/A系列中、大型PLC产品等。

1990—2000年：

PLC的高性能与小型化阶段。

在这一阶段，随着微电子技术的进步，PLC的功能日益增强，PLC的CPU运算速度大幅度上升、位数不断增加，使得适用于各种特殊控制的功能模块不断被开发，PLC的应用范围由单一的顺序控制向现场控制拓展。

此外，PLC的体积大幅度缩小，出现了各类微型化PLC。

三菱公司本阶段的主要产品有FX小型PLC系列产品，AIS/A2US/Q2A系列，大型PLC系列产品等。

2000年至今：

PLC的高性能与网络化阶段。

在本阶段，为了适应信息技术的发展与工厂自动化的需要，PLC的各种功能不断进步。

一方面，PLC在继续提高CPU运算速度，位数的同时，开发了适用于过程控制，运动控制的特殊功能与模块，使PLC的应用范围开始涉及工业自动化的全部领域。

与此同时，PLC的网络与通信功能得到迅速发展，PLC不仅可以连接传统的编程与通入/输出设备，还可以通过各种总线构成网络，为工厂自动化奠定了基础。

三菱公司本阶段的主要产品有FX小型PLC系列产品（包括最新的FX3u系列产品），Qn,QnPH系列，大型PLC系列产品等。

2、PLC的发展趋势

从当前产品技术性能来看，PLC发展趋势仍然主要体现在体积的缩小与性能的提高两大方面。

（1）体积小型化。

电子产品体积的小型化是微电子技术发展的必然结果。

现代PLC无论从内部元件组成还是硬件、软件结构都已经与早期的PLC有了很大的不同，PLC体积被大幅度缩小。

（2）性能的提高。

PLC的性能主要包括CPU性能与I/O性能两大方面。

可编程序控制器在我国的发展状况如下：

我国可编程序控制器的发展与国际上的发展有所不同，国际上可编程序控制器的发展是从研制、开发、生产到应用，而我国则是从成套设备引进、可编程序控制器引进应用、消化移植、合资生产到广泛应用。

大致可划分为下述三个阶段：

a、可编程序控制器的初级认识阶段（70年代后期到80年代初期）。

国际上可编程序控制器的发展，首先引起了国内工程技术界的极大兴趣，所以我国对可编程序控制器的认识始于70年代后期到80年代初期的成套设备引进中，当时的上海宝钢一期工程中有多项工程引进了十几种机型约200多台可编程序控制器。

这些可编程序控制器用于原料码头到高炉、轧钢、钢管等整个钢铁冶炼以及加工生产线上，取代了传统的继电器逻辑系统，并部分取代了模拟量控制和小型DDC系统。

继宝钢一期工程后，国内许多厂家陆续引进的设备和生产线大都配备了可编程序控制器，其应用范围包括电站、石油化工、汽车制造、港口和码头等各领域。

正是在成套设备引进过程中，我们打开了眼界，了解认识了可编程序控制器，这也促进了可编程序控制器在我国的发展。

b、可编程序控制器的引进应用和消化移植阶段（80年代初期到90年代初期）。

80年代初期开始，随着我国改革开放的不断深入，在成套设备引进的同时，国外原装的可编程序控制器开始涌入国内市场。

许多部门和单位相继引进可编程序控制器并自己设计组成控制系统。

c、可编程序控制器的广泛发展阶段（90年代初期到现在）。

进入90年代，我国的可编程序控制器进入了广泛发展阶段。

3、PLC的应用

（1）PLC的应用领域

PLC的初期由于其价格高于继电器控制装置，使得其应用受到限制。

但最近十多年来，PLC的应用面越来越广，其主要原因是：

一方面由于微处理器芯片几有关元件的价格大大下降，使得PLC的成本下降；

另一方面PLC的功能大大增强，它也能解决复杂的计算和通信问题。

目前PLC在国内外已广泛应用于钢铁、通信、化工、电力、机械制造、汽车、装卸、环保和娱乐等行业。

PLC的应用范围通常可分成以下5种类型：

a、顺序控制这是PLC应用最广泛的领域，也是最适合PLC使用的领域。

它用来取代传统的继电器顺序控制。

PLC应用于单机控制、多机群控、生产自动线控制等。

例如：

注塑机械、印刷机械、、包装机械、切纸机械、组合机床、磨床、装配生产线、交通灯及电梯控制等。

b、运动控制PLC制造商目前已提供了拖动步进电机或伺服电机的单轴或多轴位置控制模块，在多数情况下，PLC把描述目标位置的数据送给模块，其输出移动一轴或数据到目标位置。

每个轴移动时，位置控制模块保持适当的位置和加速度，确保运动平滑。

c、过程控制PLC还能控制大量的过程参数，例如：

温度、流量、压力、液位和速度。

PID模块提供了使PLC具有闭环控制的功能，即一个具有PID控制能力的PLC可用于过程控制。

当过程控制中某个变量出现偏差时，PID控制算法会计算出正确的输出，把变量保持在设定植上。

d、数据处理在机械加工中，PLC作为主要的控制和管理系统用于CNC和NC系统中，可以完成大量的数据处理工作。

e、通信网络PLC的通信包括主机与远程I/O之间的通信、多台PLC之间的通信、PLC和其他智能控制设备（如计算机、变频器、数控装置）之间的通信。

PLC与其他智能控制设备一起，可以组成“集中管理、分散控制”的分布式控制系统。

（2）PLC在我国的应用

虽然我国在PLC生产方面比较弱，但在PLC应用方面，我国是很活跃的，近年来每年约新投入10万台套PLC产品，年销售额30多亿人民币，应用的行业也很广。

在我国，一般按I/O点数将PLC分为以下级别（但不绝对，国外分类有些区别）：

微型：

32I/O

小型：

256I/O

中型：

1024I/O

大型：

4096I/O

巨型：

8192I/O

（二）PLC的硬件结构

PLC实质是一种专用于工业控制的计算机其硬件结构基本上与微型计算机从结构上分，PLC分为固定式和组合式（模块式）两种。

固定式PLC包括CPU板、I/O板、显示面板、内存块、电源等，这些元素组合成一个不可拆卸的整体。

模块式PLC包括CPU模块、I/O模块、内存、电源模块、底板或机架，这些模块可以按照一定规则组合配置。

其结构如图2-1所示。

图2-1PLC的结构图

中央处理单元（CPU）是PLC的控制中枢，它按照PLC系统程序赋予的功能接收并存储从编程器键入的用户程序和数据、检查电源、存储器I/O以及警戒定时器的状态；

并能诊断用户程序中的语法错误。

当PLC投入运行时，首先它以扫描的方式接收现场各输入装置的状态和数据，并分别存入I/O映象区，然后从用户程序存储器中逐条读取用户程序，经过命令解释后，按指令的规定执行逻辑或算数运算的结果送入I/O映象区或数据寄存器内，等所有的用户程序执行完毕之后，最后将I/O映象区的各输出状态或输出寄存器内的数据传送到相应的输出装置，如此循环运行直到停止运行。

（三）PLC的工作原理

PLC的CPU则采用顺序逻辑扫描用户程序的运行方式，即如果一个输出线圈或逻辑线圈被接通或断开，该线圈的所有触点（包括其常开或常闭触点）不会立即动作，必须等扫描到该触点时才会动作。

考虑到继电器控制装置各类触点的动作时间一般在100ms以上，而PLC扫描用户程序的时间一般均小于100ms，因此，PLC采用了一种不同于一般微型计算机的运行方式---扫描技术。

这样在对于I/O响应要求不高的场合，PLC与继电器控制装置的处理结果上就没有什么区别了。

当PLC投入运行后，其工作过程一般分为三个阶段，即输入采样、用户程序执行和输出刷新三个阶段。

完成上述三个阶段称作一个扫描周期。

在整个运行期间，PLC的CPU以一定的扫描速度重复执行上述三个阶段。

1、输入采样阶段

在输入采样阶段，PLC以扫描方式依次地读入所有输入状态和数据，并将它们存入I/O映象区中的相应的单元内。

输入采样结束后，转入用户程序执行和输出刷新阶段。

在这两个阶段中，即使输入状态和数据发生变化，I/O映象区中的相应单元的状态和数据也不会改变。

因此，如果输入是脉冲信号，则该脉冲信号的宽度必须大于一个扫描周期，才能保证在任何情况下，该输入均能被读入。

2、用户程序执行阶段

在用户程序执行阶段，PLC总是按由上而下的顺序依次地扫描用户程序（梯形图）。

在扫描每一条梯形图时，又总是先扫描梯形图左边的由各触点构成的控制线路，并按先左后右、先上后下的顺序对由触点构成的控制线路进行逻辑运算，然后根据逻辑运算的结果，刷新该逻辑线圈在系统RAM存储区中对应位的状态；

或者刷新该输出线圈在I/O映象区中对应位的状态；

或者确定是否要执行该梯形图所规定的特殊功能指令。

3、输出刷新阶段

当扫描用户程序结束后，PLC就进入输出刷新阶段。

在此期间，CPU按照I/O映象区内对应的状态和数据刷新所有的输出锁存电路，再经输出电路驱动相应的外设。

图2-2PLC的扫描工作过程图

图2-3PLC的扫描周期图

（四）小结

本章介绍的是PLC的产生、发展及应用，通过这些基础知识，更好地理解PLC的控制，基于PLC在全自动洗衣机控制系统上应用这一范畴，使下一步PLC的程序设计开发和实际需要有机地融合在一起。

三、系统设计

（一）程序控制要求

程序要求：

进水－洗涤（正转15Ｓ，反转15Ｓ，停3Ｓ，循环3次）－排水－脱水（１０Ｓ），如此循环三次后报警10S停止。

（二）硬件设计

1、PLC的地址分配

列出全自动洗衣机PLC的定时器、输入/输出口分配表，见表3-1、表3-2。

定时器T=PT×

S;

定时实际时间=设定值×

精度

1ms:

T32,T96

10ms:

T33~T36,T97~T100

100ms:

T37~T63,T101~T255

表3-1定时器分配表

定时器名称

功能

T37

正转15S定时

T38

正转停止暂停3S定时

T39

反转15S定时

T40

反转停止暂停3S定时

T41

脱水10S定时

T42

报警10S定时

表3-2Ｉ／Ｏ分配表

输入

输出

启动

I0.0

进水

Q0.0

停止

I0.1

电机正转

Q0.1

高水位限位开关

I0.2

电机反转

Q0.2

低水位限位开关

I0.3

排水阀

Q0.3

脱水阀

Q0.4

单独脱水开关

I0.4

蜂鸣器

Q0.5

单独脱水线圈

Q0.6

2、PLC的接线形式

图3-4PLC控制接线图

（三）系统程序设计

1、系统的梯形图

2、指令

LDI0.0//NET1启动

OSM0.0

ANI0.1

=SM0.0

LDSM0.0//NET2进水

ANC7

ANI0.2

ANT41

=Q0.0

LDSM0.0//NET3正转

LDNI0.3

ANC6

LDI0.2

ANQ0.3

OLD

ALD

LPS

ANT37

=Q0.1

LPP

ANT40

TONT37,150

LDSM0.0//NET415S定时到，停止正转，启动3S定时器

AT37

TONT38,30

LDSM0.0//NET53S定时到，启动反转，同时启动15S定时器

AT38

ANT39

=Q0.2

TONT39,150

LDSM0.0//NET615S定时到，启动3S定时器

AT39

TONT40,30

LDSM0.0//NET7进行正、反转三次计数

AT40

AT41

OSM0.1

CTUC6,3

LDSM0.0//NET8排水

AC6

=Q0.3

LDSM0.0//NET9到低水位脱水，脱水10S

AI0.3

=Q0.4

TONT41,100

LDSM0.0//NET10进行脱水计数三次

AT42

CTUC7,3

LDSM0.0//NET11按下I0.4单独脱水

LDI0.4

OQ0.6

ANT42

=Q0.6

LDSM0.0//NET12单独脱水或脱水三次后报警10S

LDC7

=Q0.5

TONT42,100

3、程序控制说明

当按下启动按钮时，PLC内部辅助继电器SM0.0接通，对启动按钮形成自锁，保持洗衣机持续工作，此时进水阀门接通开始进水，当水位到达一定高度时，高水位传感器使高水位限位开关的触点动作，使洗衣机停止进水，电动机开始正转，同时15S定时器通电，当15S定时到，电动机停止正转，3S定时器通电，当3S定时到，电动机开始反转，同时15S定时器通电，当15S定时到，电动机停止反转，3S定时器通电，当3S定时到，CTU6计数一次，如此以上循环三次（正反转三次）后，进行排水（只要水位下降了就能保证正转停止），脱水10S，CTU7计数一次，如此以上循环三次（正反转九次）后，蜂鸣器报警10S，至此洗衣机完成整个洗衣过程。

当主人只想给衣服脱水时，首先按下启动按钮，然后按下单独脱水按钮，则洗衣机只进行脱水，脱水10S后洗衣机将报警10S，至此洗衣机停止整个过程。

本章介绍S7-200系列PLC全自动洗衣机控制系统的应用设计,关键是系统总体设计,核心则是控制程序设计。

重点要掌握PLC系统设计的基本原则和设计的一般流程,要有一个整体的概念。

在满足控制要求、环境要求和性价比等条件下，合理选择PLC的机型和硬件配置，正确地进行估算，合理选择输入/输出模块，完成PLC的硬件与软件的设计。