s7全自动洗衣机plc控制毕业论文（设计）word格式

1、全自动洗衣机plc控制作者姓名：x x x专业名称：xx指导教师：赵 2 讲师摘要随着社会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。全自动洗衣机的产生极大的方便了人们的生活。洗衣机是国内家电业唯一不打价格战的行业，经过几年的平稳发展，国产洗衣机无论在质量上还是功能上都和世界领先水平同步。纵观洗衣机市场，高效节能、省水、省电、环保型洗衣机一直在市场上占主导地位。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。plc的优点是：可靠性高，耗电少，适应性强，运行速度快，寿命长等，为了进一步提高全自动洗衣机的功能和

2、性能，避免传统控制的一些弊端，就提出了用plc来控制全自动洗衣机这个课题。全自动洗衣机控制系统利用了西门子s7-200系列plc的特点,对按鈕,电磁阀,开关等其他一些输入/输出点进行控制,实现了洗衣机洗衣过程的自动化。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,数量及油污的程度来编程。该论文就怎样利用plc来控制全自动洗衣机进行了调查，对其中软件设计、硬件设计等问题进行了分析和研究，实现了全自动洗衣机的正常运行和强制性停止功能。关键词：plc 自动 定时 控制abstrac

3、tlong with the social economy development and the science and technology level enhancement, the family electric appliance entire automation becomes the inevitable development tendency. entire automatic washer production enormous convenience peoples life. the washer is the domestic electrical applian

4、ces industry does not only hit the profession which the price fights, passes through several year steady development, the domestically produced washer regardless of in quality or in function all with world leading horizontal synchronization. looks over the washer market, the highly effective energy

5、conservation, the province water, the province electricity, the environmental protection washer continuously occupy the dominant position in the market. how does this paper study controls the entire automatic washer using plc, to question and so on software design, hardware design has carried on the

6、 analysis and the discussion, has realized the entire automatic washer normal operation and compulsory stops the function.keywords: plc ，control，delay，entire automatic目录摘要iabstractii目录iii前言11绪论21.1 课题的研究背景21.2 洗衣机发展概况和现状21.3 课题研究的目的与意义41.4 本课题研究的主要内容52 可编程控制器62.1 可编程控制器(plc)简介62.1.1 plc的特点62.1.2 plc

7、主要功能72.1.3 plc的基本结构82.1.4 plc扫描过程122.2 plc的基本设计原则和选型142.2.1 plc控制系统的设计基本原则142.2.2plc的选型153硬件电路的设计203.1 控制系统框图203.2 控制系统原理213.3 plc的选择213.3.1 i/o点数统计213.3.2 i/o储存器容量的估算223.3.3 cpu功能与结构的选择223.4 plc外部接线图233.5 plc内部接线图244软件的设计254.1 i/o分配表254.1.1 输入地址分配表254.1.2 输出地址分配表254.1.3 内部元件地址分配表264.2 系统流程图264.2.1

8、强制停止流程图264.2.2 正常运行流程图274.3 程序设计284.3.1 plc控制顺序功能图284.3.2 系统梯形图30总结32致谢33参考文献34附录36梯形图36前言随着社会的发展，工业化的加速，出现了洗衣机，再就是自动化洗衣机。无论是波轮 式洗衣机也好，都朝着智能化，水流方式多样化，洗衣机方式创造化，设计更趋人性化四 大特征方向发展。传统的电气控制已经不能满足现状的要求了。使智能化的控制取代了传 统的工业控制，洗衣机的工作原理：全自动洗衣桶和脱水桶是以同一心安放的，内桶可以 旋转，作为脱水用。内桶的周围有许多小孔，使内桶和外桶的水流相通，洗衣机的进水和 排水分别由进水电磁阀和排

9、水电磁阀来执行。进水时通过控制系统将进水电磁阀打开，经 水管将水注入到外桶。排水时，通过控制系统将排水电磁阀打开，将水由外桶拍到机外。 洗涤正转、反转由洗涤电动机驱动拨盘正反转来实现，此时脱水桶并不旋转。脱水时，控 制系统将离合器合上，由洗涤电动机带动内桶正转进行甩干。高、低水位控制开关分别用 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。随着先进科学技术发展，应用于洗衣机上的技术越来越成熟，洗衣机的发展也越来越快，将来的洗衣机主要朝以下方面发展：高度智能化，健康化，节水节能，大容量和微型化。本次设计主要采用plc控制技

10、术来设计全自动洗衣机控制系统，跟传统的洗衣机想比， 有智能、实时监控、人性的功能，本系统最大的优点集中体现在：实现功能齐全，外围电 路简单，时间计算精确以及可维护方便等。具有可靠性高，安全性好，开发价值高等一系 列优点。1绪论1.1 课题的研究背景本次设计基于plc的全自动洗衣机控制，本文的课题源于市场上洗衣机产品。采用plc控制开发的周期短，开发成本低，可以直接用于工业现场控制。plc控制具有实时性、信号处理时间短、速度快、更能满足各个领域大、中、小型工业控制项目，可靠性高，丰富的i/o卡件，质优价廉，性价比高，安装简单，维修方便，plc控制能在高粉尘、高噪声、强电磁干扰和温度变化剧烈的环境

11、下正常工作。因为它是整体模块，集中了驱动电路、检测电路和保护电路以及通讯联网功能，所以在使用中，硬件相对简单，编程语言也相对简单，并且测试容易，维修方便，更可以提高控制系统设计的灵活性及控制系统的可靠性。本设计以操作简单、使用可靠、维护修理方便作为主要设计方向。1.2 洗衣机发展概况和现状从古到今，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。世界上第一台洗衣机于1858年诞生，但这台洗衣机使用费力，且损伤衣服，因而没被广泛使用，但这却标志了用机器洗衣的开端。1

12、874年,“手洗时代”受到了前所未有的挑战，美国人发明了木制手摇洗衣机。1880年，美国发明了蒸气洗衣机，蒸气动力开始取代人力。蒸汽洗衣机之后，水力洗衣机、内燃机洗衣机也相继出现。1910年，美国试制成功世界上第一台电动洗衣机，电动洗衣机的问世，标志着人类家务劳动自动化的开端。1922年，美国改造了洗衣机的洗涤结构，把拖动式改为搅拌式，使洗衣机的结构固定下来，这也就是第一台搅拌式洗衣机的诞生。1932年，美国研制成功第一台前装式滚筒洗衣机。1955年，在引进英国喷流式洗衣机的基础之上，日本研制出独具风格、并流行至今的波轮式洗衣机。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

13、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：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

14、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。全自动洗衣机从结构上分有波轮式、搅拌式、滚筒式。目前,国内市场上销售的大都是波轮式和滚筒式，供应最多的是波轮式洗衣机。波轮式洗衣机的特点是洗净率高,但对衣服的磨损很大,随着人们生活水平不断地提高，丝绸,毛料,羊毛等大量走进普通家庭,厂商又适时地推出了滚筒洗衣机,它最大的优点是磨损率小,但洗净率比波轮式低,价格高。洗衣机产品可以分三类：普通型、半自动型和全自动型。普通型和半自动型洗衣机，都需要人为参与操作，才能完成洗衣、甩干、排水全过程；而全自动洗衣机在

15、整个洗涤、甩干、排水过程中，无需人为操作和监控。国内外洗衣机品牌有海尔、小天鹅、荣事达、松下、惠而浦水仙、lg熊猫、西门子、日立好用。1.3 课题研究的目的与意义本课题主要着重于全自动洗衣机的控制，要求洗衣机能实现进水、洗涤、排水、脱水、报警，所采用的控制方法操作简单、稳定可靠维护与维修方便。控制方法确定后投入生产要缩短控制系统的设计的时间、调试周期，且要降低成本。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

16、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。采用plc控制比继电器控制好的多，我们采用plc来控制。 （1） 可靠性高，抗干扰能力强，高可靠性是电气控制设备的关键性能。plc由于采用现代大规模集成电路技术，采用严格的生产工艺制造，内部电路采取了先进的抗干扰技术，具有很高的可靠性。（2） 配套齐全，功能完善，适用性强plc发展到今天，已经形成了大、中、小各种规模的系列化产品。可以用于各种规模的工业控制场合。

17、（3） 易学易用，深受工程技术人员欢迎plc作为通用工业控制计算机，是面向工矿企业的工控设备。（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。1.4 本课题研究的主要内容本课题需研制出可靠性高、易于操作的全自动洗衣机控制方法，该系统采用plc控制，主要包括电动机正反转控制、离合器控制、进排水

18、电磁阀控制、循环控制、保护和联锁。研究的具体内容包括：（1） 深入了解洗衣机的发展、结构及控制要求。（2） 控制系统设计。包括硬件设计，plc的选择，各硬件模块的介绍，软件设计，编程方法。（3） 对编写好的编译程序进行实际调试。2 可编程控制器2.1 可编程控制器(plc)简介plc(programmer logic controller)，即可编程控制器，是一种数字运算操作的电子系统，专为工业环境下应用而设计。它采用可编程控制器的存储器，用来在其内部进行逻辑运算。顺序控制、定时、计算和运算操作的指令，并通过数字式和模拟式的输入和输出，控制机械的生产过程，plc及其有关外围设备，都易于扩充功能

19、原则设计。2.1.1 plc的特点1. 可靠性高，抗干扰能力强；工业生产一般对控制设备有很高的可靠性要求，应具有很强的抗干扰能力，能在恶劣的环境中可靠的工作，平均无故障间隔(mtbf)高，故障修复时间短。2. 功能完善；plc具有数字和模拟量的输入输出，逻辑算术运算定时，计数，顺序控制，功率驱动，通信，人机对话，自检记录和显示功能，使控制水平大提高。3. 编程简单，使用方便；目前，大多数plc均采用继电器式控制形式的“梯形图”编程方式，既继承了传统控制线路的清晰直观，又易于接受，因此普遍受到欢迎。4. 控制程序可变，具有很好的灵活性；plc只需改变程序就可以满足不同的要求，是plc较继电器控制

20、无可比拟的优点。5. 扩充方便，组合灵活。plc产品大多为模块化设计，都有扩充插口，可以适应各种不同的工业控制需要。2.1.2 plc主要功能随着plc技术的不断发展，目前已能实现以下功能：1. 调节控制功能。条件控制功能是指用plc与、或、非指令取代继电器触点串联、并联及其他各种逻辑连接，进行开关控制2. 定时/计数控制功能。定时/计数控制功能就是用plc提供的定时器、计数器指令实现对某种操作的定时或计数控制，以取代时间继电器和计数继电器3. 步进控制功能；步进控制功能就是用步进指令来实现在有多道加工工序的控制中，只有前一道工序完成后，才能进行下道工序操作的控制，以取代由硬件构成的步进控制器

21、4. 数据处理功能；数据处理功能是指plc能进行数据传送、比较、移位、数制转换、算术运算与逻辑运算以及编码和译码等操作5. a/d与d/a转换功能；a/d与d/a转换功能就是通过a/d、d/a模块完成对模拟量和数字量之间的转换。6. 运动控制功能；运动控制功能就是指通过高速计数模块和位置控制模块等进行单轴或多轴控制7. 过程控制功能；过程控制功能是指通过plc的pid控制指令实现对温度、压力、速度、流量等物理参数的闭环控制8. 扩展功能；扩展功能是指通过连接输入/输出扩展单元(即i/o扩展单元)模块来增加输入输出点数，也可通过附加各种智能单元及特殊功能单元来提高plc的控制能力9. 远程i/o

22、功能；远程i/o功能是指通过远程i/o单元将分散在远距离的各种输入、输出设备与plc主机相连接，进行远程控制，接收输入信号，传出输出信号。10. 通讯联网功能；通讯联网功能是指通过plc之间的联网、plc与上位计算机的连接等，实现远程i/o控制或数据交换，以完成系统规模较大的复杂控制11. 监控功能。监控功能是指plc能监视系统各部分运行状态和进程，对系统出现的异常情况进行报警和记录，甚至自动中止运行。也可在线调整、修改控制程序中的定时器、计数器等设定值或强制i/o状态。2.1.3 plc的基本结构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相同。从结构上分，plc分为

23、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。图2.1 plc原理图1. 中央处理单元(cpu) (1) cpu的构成cpu主要由运算器、控制器、寄存器及实现它们之间联系的数据、控制及状态总线构成，cpu单元还包括外围芯片、总线接口及有关电路。内存主要用于存储程序及数据，是plc不可缺少的组成单元。在使用者看来，不必要详细分析cpu的内部电路，但对各部分的工作机制还是应有足够的理解。(2) cpu的工作机制cpu的

24、控制器控制cpu工作，由它读取指令、解释指令及执行指令。但工作节奏由震荡信号控制。运算器用于进行数字或逻辑运算，在控制器指挥下工作。寄存器参与运算，并存储运算的中间结果，它也是在控制器指挥下工作。cpu是plc的核心，起神经中枢的作用，每套plc至少有一个cpu，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映像区，同时，诊断电源和plc内部电路的工作状态和编程过程中的语法错误等。进入运行后，从用户程序存储器中

25、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产生相应的控制信号或将算数运算的结果送入i/o映像区或数据寄存器内。等所有的用户程序执行完毕之后，最后将i/o映像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，去指挥有关的控制电路。如此循环运行，直到停止运行。cpu速度和内存容量是plc的重要参数，它们决定着plc的工作速度，io数量及软件容量等，因此限制着控制规模。为了进一步提高plc的可靠性，近年来对大型plc还采用双cpu构成冗余系统，或采用三cpu的表决式系统。这样，即使某个cpu出现故障，整个系统仍能正常运行。 2. 存储器 具有记忆功能的半导体电路。分为系统程序存储器和

26、用户存储器。存放系统软件的存储器称为系统程序存储器。 存放应用软件的存储器称为用户程序存储器。 系统程序存储器用以存放系统程序，包括管理程序，监控程序以及对用户程序做编译处理的解释编译程序。由只读存储器、rom组成。厂家使用的，内容不可更改，断电不消失。用户存储器：分为用户程序存储区和工作数据存储区。由随机存取存储器(ram)组成。用户使用的。断电内容消失。常用高效的锂电池作为后备电源，寿命一般为35年。3. i/o模块plc与电气回路的接口，是通过输入输出部分(i/o)完成的。i/o模块集成了plc的i/o电路，其输入暂存器反映输入信号状态，输出点反映输出锁存器状态。输入模块将电信号变换成数

27、字信号进入plc系统，输出模块相反。(1) 输入接口光电耦合器由两个发光二极度管和光电三极管组成。(2) 发光二级管在光电耦合器的输入端加上变化的电信号，发光二极管就产生与输入信号变化规律相同的光信号。(3) 光电三级管在光信号的照射下导通，导通程度与光信号的强弱有关。在光电耦合器的线性工作区内，输出信号与输入信号有线性关系。(4) 输出接口plc的继电器三种类型：1) 继电器输出：有触点、寿命短、频率低、交直流负载。2) 晶体管输出：无触点、寿命长、直流负载。3) 晶闸管输出：无触点、寿命长、交流负载。(5) 输出接口电路工作过程当内部电路输出数字信号1，有电流流过，继电器线圈有电流，然后常

28、开触点闭合，提供负载导通的电流和电压。当内部电路输出数字信号0，则没有电流流过，继电器线圈没有电流，然后常开触点断开，断开负载的电流或电压。也就是通过输出接口电路把内部的数字电路化成一种信号使负载动作或不动作。(6) 输入接口电路工作过程当开关合上，二极管发光，然后三极管在光的照射下导通，向内部电路输入信号。当开关断开，二极管不发光，三极管不导通。向内部电路输入信号。也就是通过输入接口电路把外部的开关信号转化成plc内部所能接受的数字信号。(7) 常用的i/o分类：开关量输入/出(di/o)：按电压水平分，有220vac、110vac、24vdc，按隔离方式分，有继电器隔离和晶体管隔离。模拟量

29、输入/出(ai/o)：按信号类型分，有电流型(4-20ma，0-20ma)、电压型(0-10v，0-5v，-10-10v)等，按精度分，有12bit，14bit，16bit等。除了上述通用io外，还有特殊io模块，如热电阻、热电偶、脉冲等模块。按i/o点数确定模块规格及数量，i/o模块可多可少，但其最大数受cpu所能管理的基本配置的能力，即受最大的底板或机架槽数限制。4. 电源plc电源用于为plc各模块的集成电路提供工作电源。同时，有的还为输入电路提供24v的工作电源。在整个系统中起着十分重要得作用。如果没有一个良好的、可得电源系统是无法正常工作的，因此plc的制造商对电源的设计和制造也十分

30、重视。一般交流电压波动在+10%(+15%)范围内，可以不采取其它措施而将plc直接连接到交流电网上去。电源输入类型有：交流电源(220vac或110vac)，直流电源(常用的为24vdc)。5. 底板或机架大多数模块式plc使用底板或机架，其作用是：电气上，实现各模块间的联系，使cpu能访问底板上的所有模块，机械上，实现各模块间的连接，使各模块构成一个整体。6. plc系统的其它设备(1) 编程设备编程器是plc开发应用、监测运行、检查维护不可缺少的器件，用于编程、对系统作一些设定、监控plc及plc所控制的系统的工作状况，但它不直接参与现场控制运行。编程器分为两种，一种是手持编程器，方便。

31、我们实验室使用的就是手持编程器。二种是通过plc的rs232口。与计算机相连。然后敲击键盘。通过编程软件向plc内部输入程序。(2) 人机界面最简单的人机界面是指示灯和按钮，目前液晶屏(或触摸屏)式的一体式操作员终端应用越来越广泛，由计算机(运行组态软件)充当人机界面非常普及。(3) plc的通信联网依靠先进的工业网络技术可以迅速有效地收集、传送生产和管理数据。因此，网络在自动化系统集成工程中的重要性越来越显著，甚至有人提出“网络就是控制器”的观点说法。plc具有通信联网的功能，它使plc与plc之间、plc与上位计算机以及其他智能设备之间能够交换信息，形成一个统一的整体，实现分散集中控制。多

32、数plc具有rs-232接口，还有一些内置有支持各自通信协议的接口。plc的通信现在主要采用通过485的数据通讯、clink或工业以太网进行联网。2.1.4 plc扫描过程图2.2 扫描工作原理可编程序控制器在进入run状态之后，采用循环扫描方式工作。从第一条指令开始，在无中断或跳转控制的情况下，按程序存储的地址号递增的顺序逐条执行程序，即按顺序逐条执行程序，直到程序结束。然后再从头开始扫描，并周而复始地重复进行。可编程序控制器工作时的扫描过程，包括五个阶段：内部处理、通信处理、输入扫描、程序执行、输出处理。plc完成一次扫描过程所需的时间称为扫描周期。扫描周期的长短与用户程序的长度和扫描速度

33、有关。1. plc的程序执行过程plc的程序的执行过程一般可分为输入采样、程序执行和输出刷新三个主要阶段，如图2.2所示。图2.2 plc的程序执行过程2. plc的扫描周期在plc的实际工作过程中，每个扫描周期除了前面所讲的输入采样、程序执行、输出刷新三个阶段外，还要进行自诊断、与外设(如编程器、上位计算机)通信等处理。即一个扫描周期还应包含自诊断及与外设通信等时间。3. plc的i/o响应时间plc采用集中i/o刷新方式，在程序执行阶段和输出刷新阶段，即使输入信号发生变化，输入映像寄存器区的内容也不会改变，还会影响本次循环的扫描结果。输出信号的变化滞后于输入信号的变化，这产生了plc的输入

34、输出响应滞后现象，最大滞后时间为2-3个扫描周期。2.2 plc的基本设计原则和选型2.2.1 plc控制系统的设计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

35、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. 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

36、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. 适应发展的需要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。2.2.2plc的选型在plc系统设计时，首先应确定控制方案，下一步工作就是plc工程设计选型。工艺流程的特点和应用要求是设计选型的主要依据。plc及有关设备应是集成的、标准的，按照易于与工业控制系统形成一个整体，易于扩充其功能的原则选型所选用plc应是在

37、相关工业领域有投运业绩、成熟可靠的系统，plc的系统硬件、软件配置及功能应与装置规模和控制要求相适应。熟悉可编程序控制器、功能表图及有关的编程语言有利于缩短编程时间，因此，工程设计选型和估算时，应详细分析工艺过程的特点、控制要求，明确控制任务和范围确定所需的操作和动作，然后根据控制要求，估算输入输出点数、所需存储器容量、确定plc的功能、外部设备特性等，最后选择有较高性能价格比的plc和设计相应的控制系统。1. 输入输出(i/o)点数的估算i/o点数估算时应考虑适当的余量，通常根据统计的输入输出点数，再增加10%20%的可扩展余量后，作为输入输出点数估算数据。实际订货时，还需根据制造厂商plc

38、的产品特点，对输入输出点数进行调整。2. 存储器容量的估算存储器容量是可编程序控制器本身能提供的硬件存储单元大小，程序容量是存储器中用户应用项目使用的存储单元的大小，因此程序容量小于存储器容量。设计阶段，由于用户应用程序还未编制，因此，程序容量在设计阶段是未知的，需在程序调试之后才知道。为了设计选型时能对程序容量有一定估算，通常采用存储器容量的估算来替代。存储器内存容量的估算没有固定的公式，许多文献资料中给出了不同公式，大体上都是按数字量i/o点数的1015倍，加上模拟i/o点数的100倍，以此数为内存的总字数(16位为一个字)，另外再按此数的25%考虑余量。3. 控制功能的选择该选择包括运算

39、功能、控制功能、通信功能、编程功能、诊断功能和处理速度等特性的选择。(1) 运算功能简单plc的运算功能包括逻辑运算、计时和计数功能；普通plc的运算功能还包括数据移位、比较等运算功能；较复杂运算功能有代数运算、数据传送等；大型plc中还有模拟量的pid运算和其他高级运算功能。随着开放系统的出现，目前在plc中都已具有通信功能，有些产品具有与下位机的通信，有些产品具有与同位机或上位机的通信，有些产品还具有与工厂或企业网进行数据通信的功能。设计选型时应从实际应用的要求出发，合理选用所需的运算功能。大多数应用场合，只需要逻辑运算和计时计数功能，有些应用需要数据传送和比较，当用于模拟量检测和控制时，

40、才使用代数运算，数值转换和pid运算等。要显示数据时需要译码和编码等运算。(2) 控制功能控制功能包括pid控制运算、前馈补偿控制运算、比值控制运算等，应根据控制要求确定。plc主要用于顺序逻辑控制，因此，大多数场合常采用单回路或多回路控制器解决模拟量的控制，有时也采用专用的智能输入输出单元完成所需的控制功能，提高plc的处理速度和节省存储器容量。例如采用pid控制单元、高速计数器、带速度补偿的模拟单元、asc码转换单元等。(3) 通信功能大中型plc系统应支持多种现场总线和标准通信协议(如tcp/ip)，需要时应能与工厂管理网(tcp/ip)相连接。通信协议应符合iso/ieee通信标准，应

41、是开放的通信网络。plc系统的通信接口应包括串行和并行通信接口(rs2232c/422a/423/485)、rio通信口、工业以太网、常用dcs接口等；大中型plc通信总线(含接口设备和电缆)应1：1冗余配置，通信总线应符合国际标准，通信距离应满足装置实际要求。plc系统的通信网络中，上级的网络通信速率应大于1mbps，通信负荷不大于60%。plc系统的通信网络主要形式有下列几种形式：(1) plc为主站，多台同型号plc为从站，组成简易plc网络；(2) 1台plc为主站，其他同型号plc为从站，构成主从式plc网络；(3) plc网络通过特定网络接口连接到大型dcs中作为dcs的子网；4)

42、 专用plc网络(各厂商的专用plc通信网络)。为减轻cpu通信任务，根据网络组成的实际需要，应选择具有不同通信功能的(如点对点、现场总线、工业以太网)通信处理器。(4) 编程功能离线编程方式：plc和编程器公用一个cpu，编程器在编程模式时，cpu只为编程器提供服务，不对现场设备进行控制。完成编程后，编程器切换到运行模式，cpu对现场设备进行控制，不能进行编程。离线编程方式可降低系统成本，但使用和调试不方便。在线编程方式：cpu和编程器有各自的cpu，主机cpu负责现场控制，并在一个扫描周期内与编程器进行数据交换，编程器把在线编制的程序或数据发送到主机，下一扫描周期，主机就根据新收到的程序运

43、行。这种方式成本较高，但系统调试和操作方便，在大中型plc中常采用。五种标准化编程语言：顺序功能图(sfc)、梯形图(ld)、功能模块图(fbd)三种图形化语言和语句表(il)、结构文本(st)两种文本语言。选用的编程语言应遵守其标准(iec6113123)，同时，还应支持多种语言编程形式，如c，basic等，以满足特殊控制场合的控制要求。(5) 诊断功能plc的诊断功能包括硬件和软件的诊断。硬件诊断通过硬件的逻辑判断确定硬件的故障位置，软件诊断分内诊断和外诊断。通过软件对plc内部的性能和功能进行诊断是内诊断，通过软件对plc的cpu与外部输入输出等部件信息交换功能进行诊断是外诊断。plc的

44、诊断功能的强弱，直接影响对操作和维护人员技术能力的要求，并影响平均维修时间。(6) 处理速度plc采用扫描方式工作。从实时性要求来看，处理速度应越快越好，如果信号持续时间小于扫描时间，则plc将扫描不到该信号，造成信号数据的丢失。处理速度与用户程序的长度、cpu处理速度、软件质量等有关。目前，plc接点的响应快、速度高，每条二进制指令执行时间约0.20.4ls，因此能适应控制要求高、相应要求快的应用需要。扫描周期(处理器扫描周期)应满足：小型plc的扫描时间不大于0.5ms/k；大中型plc的扫描时间不大于0.2ms/k。4. 机型的选择(1) plc的类型plc按结构分为整体型和模块型两类，

45、按应用环境分为现场安装和控制室安装两类；按cpu字长分为1位、4位、8位、16位、32位、64位等。从应用角度出发，通常可按控制功能或输入输出点数选型。整体型plc的i/o点数固定，因此用户选择的余地较小，用于小型控制系统；模块型plc提供多种i/o卡件或插卡，因此用户可较合理地选择和配置控制系统的i/o点数，功能扩展方便灵活，一般用于大中型控制系统。(2) 输入输出模块的选择输入输出模块的选择应考虑与应用要求的统一。例如对输入模块，应考虑信号电平、信号传输距离、信号隔离、信号供电方式等应用要求。对输出模块，应考虑选用的输出模块类型，通常继电器输出模块具有价格低、使用电压范围广、寿命短、响应时

46、间较长等特点；可控硅输出模块适用于开关频繁，电感性低功率因数负荷场合，但价格较贵，过载能力较差。输出模块还有直流输出、交流输出和模拟量输出等，与应用要求应一致。可根据应用要求，合理选用智能型输入输出模块，以便提高控制水平和降低应用成本。考虑是否需要扩展机架或远程i/o机架等。(4) 电源的选择plc的供电电源，除了引进设备时同时引进plc应根据产品说明书要求设计和选用外，一般plc的供电电源应设计选用220vac电源，与国内电网电压一致。重要的应用场合，应采用不间断电源或稳压电源供电。如果plc本身带有可使用电源时，应核对提供的电流是否满足应用要求，否则应设计外接供电电源。为防止外部高压电源因

47、误操作而引入plc，对输入和输出信号的隔离是必要的，有时也可采用简单的二极管或熔丝管隔离。(5) 存储器的选择由于计算机集成芯片技术的发展，存储器的价格已下降，因此，为保证应用项目的正常投运，一般要求plc的存储器容量，按256个i/o点至少选8k存储器选择。需要复杂控制功能时，应选择容量更大，档次更高的存储器。(6) 冗余功能的选择(1) 控制单元的冗余重要的过程单元：cpu(包括存储器)及电源均应1b1冗余。在需要时也可选用plc硬件与热备软件构成的热备冗余系统、2重化或3重化冗余容错系统等。(2) 口单元的冗余控制回路的多点i/o卡应冗余配置；重要检测点的多点i/o卡可冗余配置。(3)

48、需要对重要的i/o信号，可选用2重化或3重化的i/o接口单元。3硬件电路的设计3.1 控制系统框图 此次设计根据全自动洗衣机的工作原理, 洗衣机的工作流程由进水，洗衣，排水，和脱水四个过程组成。在半自动洗衣机中，这四个过程分别用相应的按扭开关来控制。利用可编程控制器plc实现控制,用于说明plc控制的原理方法,特点及工作特色。此次全自动洗衣机控制系统设计利用了西门子s7-200系列plc的特点,对按鈕,电磁阀,开关等其他一些输入/输出点进行控制,实现了洗衣机洗衣过程的自动据以要求plc的控制系统框图如下图2上。图2.1 控制系统框图2.3 控制系统对应设备及功能根据控制过程中的进水、洗涤、脱水

49、、报警等控制要求，对控制所需的外部设备初步设计如表1.1表2.1 对应设备及功能表对应的外部设备对应的输出设备启动按扭进水电磁阀停止按扭排水电磁阀水位选择开关（高水位）洗涤电动机正转继电器水位选择开关（中水位）洗涤电动机反转继电器水位选择开关（低水位）脱水桶手动排水开关报警器手动脱水开关高水位传感器中水位传感器低水位传感器水排空传感器3.3 控制系统原理自动洗衣机的进水，洗衣，排水，脱水是通过水位开关，电磁进水阀和电磁排水阀配合进行控制，从而实现自动控制的，水位开关用来控制进水到洗衣机内高中低水位，电磁进水阀起着通断水源的作用。进水时，电磁进水阀打开，将水注入，排水时，排水阀打开，将水排出，洗

50、衣时，洗涤电动机启动，脱水时，脱水桶启动。3.3 plc的选择3.41 i/o点数统计i/o点数是plc的一项重要指标。合理选择i/o点数既可使系统满足控制要求，又可使系统总投资最低。plc的输入输出总点数和种类应根据被控对象所需控制的模拟量、开关量、输入输出设备情况来确定，一般一个输入输出元件要占用一个输入输出点。考虑到今后的调整和扩充，一般应在估计的总点数上再加上20%30%的备用量。该系统有11个数字输入点6个数字输出点，具体的输入输出见表3-1表3.1 i/o点数统计表输入点输出点启动按扭进水电磁阀停止按扭排水电磁阀水位选择开关（高水位）洗涤电动机正转继电器水位选择开关（中水位）洗涤电

51、动机反转继电器水位选择开关（低水位）脱水桶手动排水开关报警器手动脱水开关高水位传感器中水位传感器低水位传感器水排空传感器3.4.2 i/o储存器容量的估算plc常用的内存有eprom、eeprom和带锂电池供电的ram。一般微型和小型plc的存储容量是固定的，介于12kb之间。用户应用程序占用多少内存与许多因素有关，如i/o点数、控制要求、运算处理量、程序结构等。因此在程序设计之前只能粗略地估算。根据经验，每个i/o点及有关功能元件占用的内存量大致如下：开关量输入元件：1020b/点开关量输出元件：510b/点定时器/计数器：2b/个模拟量：100150b/个通信接口：一个接口一般需要300b

52、以上。根据上面算出的总字节数再考虑增加25%左右的备用量，就可估算出用户程序所需的内存容量，从而选择合适的plc内存。该系统有11个数字输入点6个数字输出点，需内存280b，有定时器6个，计时器2个，需内存16b，考虑余量后需要内存370b。3.4.3 cpu功能与结构的选择plc的功能日益强大，一般plc都具有开关量逻辑运算、定时、计数、数据处理等基本功能，有些plc还可扩展各种特殊功能模块，如通信模块、位置控制模块等，选型时可考虑以下几点：功能与任务相适应，plc的处理速度应满足实时控制的要求、plc结构合理、机型统一、在线编程和离线编程的选择。全自动洗衣机控制所要求的控制功能简单，小型p

53、lc就能满足要求了。该控制系统cpu模块可采用cpu-224（ac/dc/继电器）模块，它可控制整个系统按照控制要求有条不紊地进行。同时由于该模块采用交流220v供电，并且自带14个数字量输入点和10个数字量输出点，完全能满足全自动洗衣机控制系统的要求，所以不再需要另外的电源模块、数字量和输出模块。综上所述此次设计选用西门子s7-200型plc。3.5 plc外部接线图如图2-2所示为洗衣机示意图，在图中st4为高水位传感器，st5为中水位传感器，st6为低水位传感器，st7位水排尽传感器，当选择好水位后，yv1打开开始进水，当水位到达相应水位时，相应的传感器送出on信号否则为off,只有当水

54、上升到与选择水位相开关一致时，yv1关闭停止进水，开始洗衣。图3.2 洗衣机示意图3.6 plc内部接线图根据全自动洗衣机的控制要求，对系统控制的i/o点数进行了统计和plc型号进行了选择，现根据以上的统计和选择对控制系统plc的外部接线设计如下图3.3图3.3 plc外部接线图4软件的设计4.1 i/o分配表4.1.1 输入地址分配表列出全自动洗衣机的输入分配表，见表4.1。表4.1 输入地址分配表输入地址对应的外部设备i0.0启动按扭i0.1停止按扭i0.2水位选择开关（高水位）i0.3水位选择开关（中水位）i0.4水位选择开关（低水位）i0.5手动排水开关i0.6手动脱水开关i0.7高水

55、位传感器i1.0中水位传感器i1.1低水位传感器i1.2水排空传感器4.1.2 输出地址分配表列出全自动洗衣机的输出分配表，见表4.2。表4.2 输出地址分配表输出地址对应的输出设备q0.0进水电磁阀q0.1排水电磁阀q0.2洗涤电动机正转继电器q0.3洗涤电动机反转继电器q0.4脱水q0.5报警器4.1.3 内部元件地址分配表全制动洗衣机控制时，需用到plc内部的计时器和计数器对其进行过程控制，对控制中要用到的内部位元件地址分配表归纳如表4.3。表4.3 内部地址分配表定时器/计时器对应的作用t37 进水暂停计时t38正洗计时t39正洗暂停计时t40反转计时t41反转暂停计时t42脱水计时t

56、43报警计时c50正反洗循环计数c51大循环计数4.2 系统流程图4.2.1 强制停止流程图图4.1 强制停止流程图4.2.2 正常运行流程图全自动洗衣机正常运行时即洗衣机按照程序设定依次完成依次洗衣过程，从选择水位，按下启动按扭，开始进水直到水满（即水位达到高水位）时停止进水开始洗涤正转，洗涤时，正转30秒，停两秒，然后反转30秒，停2秒，如此循环5次，总共320秒开始排水，水位下降到低水位时开始脱水并继续排水，脱水30秒，开始清洗，重复以上过程，清洗两遍，清洗完成，报警3秒并自动停机。按照以上的工作流程，作出全自动洗衣机的正常运行工作流程图见图5。图4.2 正常运行流程图4.3 程序设计4.3.1 plc控制顺序功能图顺序功能图，它是描述控制系统的控制过程、功能和特性的一种图形，顺序功能图并不涉及所描述的控制功能的具体技术，他是一种通用的技术语言。全自动洗衣机控制系统plc控制状态流程图见图6图4.3 plc控制状态流程图4.3.2 系统梯形图一、梯形图的特点梯形图是plc模拟继电器控制系统的编程方法。它由触点、线圈或功能方框等构成，梯形图左、右的垂直线称为左、右母线。画梯形图时，从左母线开始，经过触点和线圈（或功能方框），终止于右母线。在梯形图中，可以把左母线看作是提供能量的母线。触点闭合可以使能量流过，