西门子s7—200系列的plc仿真系统模拟全自动洗衣机控制系统设计

内容摘要经过对洗衣机的研究，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，并且说明了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S7200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S7200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。本论文描述了全自动洗衣机控制系统的运作要求。实现了洗衣机由开启、进水、洗涤、排水、脱水、报警到自动停机的循环过程。设计了相应的系统软件，结合相应的硬件系统，并通过西门子S7200系列的PLC仿真系统模拟出全自动洗衣机的运行过程。并且在设计过程中通过大量的查阅资料，是我对本门课程有了更深一步的理解，对于我对机电传动与控制的学习起到了积极地作用。关键词全自动洗衣机；西门子；可编程控制器目录第一章引言1第二章PLC控制系统概述221PLC控制系统设计的基本原222PLC系统的控制要求3第三章主电路设计431全自动洗衣机的工作原理432主电路设计5第四章PLC选择及I/O连接图541PLC和选择542系统资源分配643I/0连接图7第五章流程图、梯形图、指令表851洗衣机工作流程图852梯形图953指令表18结论24课程设计总结25谢辞26参考文献27第一章引言本设计为全自动洗衣机控制系统设计，其要求有1）洗衣机的进水、排水分别由进水电磁阀和排水电磁阀执行。2）洗涤正转、反转由洗涤电机驱动波盘正、反转来实现。3）脱水时，由脱水电磁离合器合上、排水电磁阀吸合，洗涤电机正转进行甩干。4）洗涤完成由蜂鸣器报警。5）洗衣机通过高水位限位检测ST3、低水位限位检测ST2、零水位限位检测ST1来检测水位的高度。水位选择由一个按钮完成。洗涤方式选择也由一个按钮完成用四个LED发光二级管来指示当前的工作状态。该设计主要介绍了全自动洗衣机的工作原理、控制系统的PLC的造型和资源的配置、控制系统程序设计与调试、控制系统PLC程序。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。在全自动洗衣机中，洗衣机洗涤、脱水程序是由以单片机为中心控制系统工作的。首先由于单片机的指令系统相对复杂，编写洗涤、脱水程序相对复杂；其次，在设计控制系统硬件时，要有多种电路保护装置，如电流保护、电压保护、过载保护、过热保护以及欠压保护等等。这样增加了硬件的复杂性，隐含较高的故障率，无形的增加了维修成本费用。在工业控制系统中广泛应用的PLC能克服单片机的缺点，它是整体模块，集中了驱动电路、检测电路和保护电路以及通讯联网功能。因此在运用中，硬件也相对简单，提高控制系统的可靠性。另外它的编程语言也相对简单。因此在该设计中采用了PLC来实现全自动洗衣机的工作过程。第二章PLC控制系统概述21PLC控制系统设计的基本原则任何一种控制系统都是为了实现被控对象的工艺要求，以提高生产效率和产品质量。因此，在设计PLC控制系统时，应遵循以下基本原则1最大限度地满足被控对象的控制要求充分发挥PLC的功能，最大限度地满足被控对象的控制要求，是设计PLC控制系统的首要前提，这也是设计中最重要的一条原则。这就要求设计人员在设计前就要深入现场进行调查研究，收集控制现场的资料，收集相关先进的国内、国外资料。同时要注意和现场的工程管理人员、工程技术人员、现场操作人员紧密配合，拟定控制方案，共同解决设计中的重点问题和疑难问题。2保证PLC控制系统安全可靠保证PLC控制系统能够长期安全、可靠、稳定运行，是设计控制系统的重要原则。这就要求设计者在系统设计、元器件选择、软件编程上要全面考虑，以确保控制系统安全可靠。例如应该保证PLC程序不仅在正常条件下运行，而且在非正常情况下（如突然掉电再上电、按钮按错等），也能正常工作。3在满足控制要求的前提下，力求简单、经济、使用及维修方便一个新的控制工程固然能提高产品的质量和数量，带来巨大的经济效益和社会效益，但新工程的投入、技术的培训、设备的维护也将导致运行资金的增加。因此，在满足控制要求的前提下，一方面要注意不断地扩大工程的效益，另一方面也要注意不断地降低工程的成本。这就要求设计者不仅应该使控制系统简单、经济，而且要使控制系统的使用和维护方便、成本低，不宜盲目追求自动化和高指标。4考虑到生产发展和工艺的改进，在选用PLC时，在I/O点数和内存容量上适当留有余地。由于技术的不断发展，控制系统的要求也将会不断地提高，设计时要适当考虑到今后控制系统发展和完善的需要。这就要求在选择PLC、输入/输出模块、I/O点数和内存容量时，要适当留有裕量，以满足今后生产的发展和工艺的改进。5软件设计主要是指编写程序，要求程序结构清楚，可读性强，程序简短，占用内存少，扫描周期短。22PLC系统的控制要求（1）按下启动按钮及水位选择开关，开始进水直到高（中、低）水位，自动关水（2）进水结束后开始洗涤（3）洗涤时，需要选择强洗还是弱洗。强洗时，正转8秒，停2秒，然后反转8秒，停2秒；弱洗时，正转2秒，停3秒，然后反转2秒，停3秒（4）如此强洗循环5次，弱洗循环3次。洗完之后开始排水（5）排水后甩干，甩干需要10秒（6）甩干后报警提示，报警5秒（7）以上动作都完成后停机第三章主电路设计31全自动洗衣机的工作原理以日常生活中最常见的波轮式全自动洗衣机为例，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（甩水）用。内桶的四周有很多小孔，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和排水电磁阀来执行。进水时，通过电控系统使进水阀打开，经进水管将水注入到外桶。排水时，通过电控系统使排水阀打开，将水由外桶排出到机外。洗涤正转、反转由洗涤电动机驱动波盘正、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。波轮式全自动洗衣机的实物示意图如图所示。图31波轮式全自动洗衣机的实物示意图32主电路设计家用洗衣机电相为单相电机，常采用电容启动，单相电机改变转向的原理是副绕组的电流超前或者滞后于主绕组便可以正传或者反转。根据这个原理你可以调换主绕组或者副绕组的接线端即可。图32单相电机正反转接线图第四章PLC选择及I/O接线图41PLC的选择本设计需要用到的元件较多，有按钮四个，探测器三个，指示灯四个，两个接触器，两个电磁阀，一个地磁离合器，一个蜂鸣器，所需端口多，多以选用S7200系列CPU224型CPU。MKM1220V42系统资源分配控制信号信号名称元件名称元件符号地址编码启动信号常开按钮SB1I00停止信号常闭按钮SB2I01水位选择信号常开按钮SB3I02强洗信号常开按钮SB4I03高水位探测信号高水位探测器ST3I04低水位探测信号低水位探测器ST2I05输入信号零水位探测信号零水位探测器ST1I06进水信号进水电磁阀YA1Q00排水信号排水电磁阀YA2Q01电机正转信号接触器KM1Q02电机反转信号接触器KM2Q03脱水信号电磁离合器YA3Q04蜂鸣信号蜂鸣器HAQ05启动状态信号通电指示灯HL1Q06洗衣状态信号强洗指示灯HL2Q07排水状态信号排水指示灯HL3Q10输出信号脱水状态信号脱水指示灯HL4Q1143I/O连接图图41输入输出设备连接图第五章流程图梯形图指令表51洗衣机工作流程图图51洗衣机工作流程图52梯形图53指令表结论本次课程设计终于结束了，在本次课程设计中我学到了很多。本次课程设计主要是设计全自动洗衣机的可编程控制，期间，我接触到了很多元器件，也学到了很多以前没注意到的知识。课程设计不但是对一件物品的设计，也是对自己所学知识的一个大融合，是一次复习的过程，也是一次再次学习的过程，及温故而知新。在这次课程设计中，我不但把以前学习时所留下的暗疾一扫而空，还间接地学习的了很多书本上所没有的知识。在设计过程中，通过针对性地查找资料，了解有关电子方面的资料，既增长了自己的知识面，补充最新的专业知识，又提高了自己的应用能力。这次毕业设计对以前学过的理论知识起到了很好的回顾作用，现在通过全自动洗衣机控制系统的毕业设计，让我很好的运用了PLC、单片机方面的知识，对其加以进一步的消化和巩固，并知道两者在洗衣机控制中的不同。课程设计总结本次课程设计已经将要结束了，但这对于我们来说，并不意味着我们的学习将要结束，相反，这仅仅是一个小小的开始。三年的大学生活我们学会了很多东西，但我们仅仅是对它们有所了解，并不能运用自如。通过这次毕业设计，我接触了更多的元器件，知道它们的工作原理和参数性能，发现自己有很多不足之处，体会到理论知识的重要性，知识掌握得越扎实，设计得就更全面、更顺利、更好。在课程设计过程中，我们多次查询资料，针对不同的问题，进行了针对性的讨论、分析，以求得到最佳答案。另外，这次课程设计，正是我们复习所学的机电传动与控制这门课程，为即将到来的期末考试做准备的最佳时机。在这次课程设计过程中，我通过多次查询课本，不仅顺利的完成了我的课程设计，而且还顺便复习了课本，把以前不懂的弄懂，以前不太清楚的地方，通过这次反复的看书，也充分的理解了一遍，为即将到来的考试做了充分的准备。谢辞在这次课程设计的撰写过程中，我得到了许多人的帮助。在这里，我一并表达我的谢意。在此，首先我要感谢学校，感谢学校给了我们这次机会。其次我要感谢王老师在课程设计上给予我的指导、提供给我的支持和帮助，这是我能顺利完成这次报告的主要原因，更重要的是老师帮我解决了许多技术上的难题，让我能把系统做得更加完善。在此期间，我不仅学到了许多新的知识，而且也开阔了视野，提高了自己的设计能力。再其次，我要感谢帮助过我的同学，他们也为我解决了不少我不太明白的设计上的难题，是我的课程设计能够顺利的完成。同时也感谢学院为我提供良好的做毕业设计的环境。最后再一次感谢所有在设计中曾经帮助过我的良师益友和同学，正所谓种瓜得瓜，种豆得豆，大家给予了我方便，我也还与了大家方便。在这个和谐的社会里，大家都做出了应用的贡献，也得到了应得的报酬。参考文献1王宗才机电传动与控制北京北京工业出版社，20112戴仙金西门子S7200系列PLC应用与开发北京中国水利水电出版社，20073于庆广可编程控制器原理与系统设计北京清华大学出版社，20044髙钦和可编程控制器应用技术与设计实例，北京人民邮电出版社,20045廖常初PLC编程及应用北京机械出版社,20026郁汉琪机床电器及可编程控制器实验课程设计指导书北京高等教育出版社，20017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，19998胡学林电气控制及PLC北京冶金工业出版社