全自动洗衣机的控制设计

1、目 录前言 3摘要 41.plc的概述 51.1 plc的概念 51.2 plc的结构 6 1.3 plc的原理 71.4 plc的特点 92.课程设计任务书 122.1 课程设计题目 122.2 控制要求 132.3 工作原理 133.全自动洗衣机控制设计 153.1全自动洗衣机元器件选择 153.2 控制方案及控制过程 163.3 plc的流程图设计 183.4 plc的梯形图图设计 193.5 plc的语句表 224.总结 255.参考文献. 26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

2、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（）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

3、充其功能的原则设计。从上述定义可以看出，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。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，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，

4、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。 1 plc概述1.1 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（national electrical manufac

5、tures association）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（international electrical committee，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

6、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

7、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

8、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。1.2 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

9、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。1.21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）。 1.22 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io模块，它们是系统的眼、耳、手、

10、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

11、io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io电路，io模块除了传递信号外，还有电平转换与隔离的作用。1.23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

12、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。1.24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dc 5v，±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。）1.3 plc的工作原理它的工作有两个要点：入出信息变换、可靠物理实现。入出信息变换主要由运行存储于plc内存中的程序实现。既有系统程序（这程序又称监控程序，或操作系统），又有用户程

13、序。系统程序为用户程序提供编辑与运行平台，同时，还进行必要的公共处理，如自检，i/o刷新，与外设、上位计算机或其它plc通讯等处理。用户程序由用户按照控制的要求进行设计。什么样的控制，就有什么样的用户程序。可靠物理实现主要通过输入（i， input）及输出（o， output）电路。i /o电路是很多的。一般讲，每一输入点或输出点就要有一个i或o电路。而且，总是把若干个这些电路集成在一个模块（或箱体）中，然后再由若干个模块（或箱体）集成为plc完整的i/o系统（电路）。尽管这些模块相当多，占了plc体积的大部分，但由于它们都是由高度集成化的电路组成的，所以，plc的体积还是不太大的。输入电路时

14、刻监视着输入点的（通、on或断、off）状态，并将此状态暂存于它的输入暂存器（还可能有别的称谓）中。每一输入点都有一个与其对应的输入暂存器。输出电路有输出锁存器（还可能有别的称谓）。它也有两个状态，高、低电位状态，并可锁存。同时，它还有相应的物理电路，可把这个高、低电位的状态传送给输出点。每一输出点都有一个与其对应的输出锁存器。这里的输入暂存器及输出锁存器实际是plc的i/o电路的寄存器。它们与plc内存交换信息通过plc i/o总线及运行plc的系统程序实现。把输入暂存器的信息读到plc的内存中，称输入刷新。plc内存有专门开辟的存放输入信息的映射区。这个区的每一对应位（bit）称为输入继电

15、器，或称软接点，或称为过程映射输入寄存器（the process-image input register）。这些位（bit）置成1，表示接点通，置成0为接点断。由于它的状态是由输入刷新得到的，所以，它反映的就是输入点的状态。输出锁存器与plc内存中的输出映射区也是对应的。一个输出锁存器也有一个内存位（bit）与其对应，这个位称为输出继电器，或称输出线圈，或称为过程映射输出寄存器（the process-image output register）。通过plc i/o总线及运行系统程序，输出继电器的状态将映射给输出锁存器。这个映射的完成也称输出刷新。plc除了有可接收开关信号的输入电路，有时，

16、还有可接收模拟信号的输入电路（称模拟量输入单元或模块）。只是后者先要进行模、数转换，然后，再把转换后的数据存入plc相应的内存单元中。简单地说，plc工作过程是：输入刷新-运行用户程序-输出刷新，再输入刷新-再运行用户程序-再输出刷新永不停止地循环反复地进行着。此外，plc上电后，也要进行系统自检及内存的初始化工作，为plc的正常运行做好准备。用这种不断地重复运行程序以实现控制，称扫描方式工作。是plc基本的工作方式。此外，为了应对紧急任务，plc还有中断工作方式。在中断方式下，需处理的任务先申请中断，被响应后停止正运行的程序，转而去处理中断工作（运行有关中断的服务程序）。待处理完中断，又返回

17、运行原来程序。哪个控制需要处理，哪个就去申请中断。哪个不需处理，将不被理睬。 plc的中断方式的任务，或称事件，是分等级的。同时出现两个或多个中断事件，则优先级高的先处理，继而处理低的。直到全部处理完中断任务，再转为执行扫描程序。 plc对大量控制都用扫描方式工作，而对个别急需的处理，则用中断方式。这样，既可做到所有的控制都能照顾到，而个别应急的任务也能及时进行处理。 当然，plc的实际工作过程比这里讲的还要复杂一些，分析其基本原理，也还有一些理论问题。但如果能弄清上面介绍的思路，也就好把握住plc的基本原理了。1.4 plc的特点从讨论plc的工作原理知，plc的输入与输出在物理上是彼此隔开

18、的，其间的联系主要不是靠物理过程，不是用线路，而主要靠变换信息的程序实现。输入输出主要为软联系，而不是硬联系。它的工作基础是信息流，而不是物流、能量流。信息不同于物质与能量，有自身的规律。信息便于处理，便于传递，便于存储；信息可反复重用，重用后自身还不消失，等等。正是由于信息的这些特点，决定了plc的基本特点。归纳起来，除了功能丰富，plc还有以下特点：1工作可靠:用plc实现对系统的控制是非常可靠的。这是因为plc在硬件与软件两个方面都采取了很多非常有效的根本性措施：在硬件方面：对输入信号多作了滤波。而且，输入输出电路与内部cpu是电隔离。其信息靠光耦器件或电磁器件传递。同时，cpu板还有抗

19、电磁干扰的屏蔽措施，可确保plc程序的运行不受外界的电与磁干扰。有很多这样的实例，原来是用计算机的采集卡采集数据，因干扰大而无法正常工作，而改换用plc后，则顿即可正常工作。plc使用的元器件多为无触点的，而且为高度集成的，数量并不太多，也为其可靠工作提供了物质基础。而且，所用的元、器件都经严格监测、老化与筛选，质量是有可靠保证的。其输出用的继电器虽为接点的，但它的接点是在密封的真空条件下，故其寿命也可达几十万次。在机械结构设计与制造工艺上，为使plc能安全可靠地工作，也采取了很多措施，可确保plc耐振动、耐冲击。使用环境温度可高达摄氏50多度，有的plc可高达100。有的在低温，低到零下40

20、、50度，还可正常工作。有的plc的模块可热备，一个模块工作，另一个模块也运转，但不参与控制，仅作备份。一旦工作模块出现故障，热备份的可自动接替其工作。还有更进一步冗余的，采用三取一的设计，cpu、i/o模块、电源模块都冗余或其中的部分冗余。三套同时工作，最终输出取决于三者中的多数决定的结果。这可使系统出故障的机率几乎为零，做到万无一失。当然，这样的系统成本是很高的，只用于特别重要的场合，如铁路车站的道叉控制系统。在软件方面：plc的工作方式一般为扫描加中断，这既可保证它能有序地工作，其控制总是确定的；而且又能应急处理急于处理的控制，保证了plc对应急情况的及时响应，使plc能可靠地工作。为监

21、控plc运行程序是否正常，plc系统都设置了“看门狗”（watching dog）监控程序。运行用户程序开始时，先清“看门狗”定时器，并开始计时。当用户程序一个循环运行完了，则查看定时器的计时值。若超时（可设定，一般不超过100ms），则报警。严重超时，还可使plc停止工作。用户可依报警信号采取相应的应急措施。若定时器的计时值不超时，则重复起始的过程，plc将正常工作。显然，有了这个“看门狗”监控程序，可保证plc用户程序的正常运行，避免出现“死循环”而影响其工作的可靠性。plc还有很多防止及检测故障的指令，以产生各重要模块工作正常与否的提示信号。可通过编制相应的用户程序，对plc的工作状况，

22、以及plc所控制的系统进行监控，以确保其可靠工作。plc每次上电后，还都要运行自检程序及对系统进行初始化。这是系统程序（操作系统）配置了的，用户可不干预。出现故障时有相应的出错信号提示。正是plc在软、硬件诸方面有强有力的可靠性措施，才确保了plc具有可靠工作的特点。它的平均无故障时间可达几万小时以上；出了故障平均修复时间也很短，几小时以至于几分钟即可。曾有人做过为什么要使用plc的问卷调查。在回答中，多数用户把plc工作可靠作为选用它的主要原因，即把plc能可靠工作，作为它的首选指标。多年使用plc的经验也说明，plc工作是非常可靠的。正使用的plc往往不是由于用坏而被淘汰，而往往是由于pl

23、c技术发展太快，由于技术落后而被淘汰。 2课程设计任务书2.1 课程设计题目： 全自动洗衣机的控制设计 2.2 控制要求：全自动洗衣机示意图如上： 水位选择：高、中、低三档，另有三个水位检测传感器。 注水状态：进水阀打开，水位至所选水位。 洗涤状态：洗涤电磁离合器接通，电动机正传30秒，停3秒， 反转30秒，停3秒，循环5 次。 漂洗状态：进水阀打开，同时完成洗涤过程，循环3次。 排水状态：排水阀打开，水位至排空水位检测传感器。 脱水状态：脱水电磁离合器接通，电机正传。 程序选择：正常洗涤、脱水。 正常洗涤过程：选择水位，启动，注水-洗涤-排水- 脱水150秒-(注水-漂洗-排水-脱水120秒

24、）3次- 脱水90秒，蜂鸣器间断报警10秒。 脱水过程：启动，脱水120秒。 (注：另外添加：超重报警；按停止时记录当前状态；脱水时 间断接通正传3次，之后常通，以提高启动稳定性。）23 工作原理 选择洗涤： 按下启动按钮sb1，全自动洗衣机自行工作，洗衣结束后会发出报警； 按下停止按钮sb2，会记录当前是洗涤还是漂洗状态，在下次按启动 按钮时会启动当前状态，连续执行；选择脱水： 按下启动按钮sb1，全自动洗衣机进入脱水状态，完成后发出报警； 注：如超重则无法启动，发出报警。3题目：全自动洗衣机控制设计二设计内容:1）可以按照指导书要求选择水位和程序。2）根据选择完成相应的正常洗涤或脱水过程。

25、3）可以根据平时积累，增加控制要求。三设计要求1）画出端子分配图和顺序功能图2）设计并调试plc控制梯形图3）设计说明书四进度安排1）理解题目要求，查阅资料，确定设计方案 2天2）plc顺序功能图与梯形图设计 5天3）说明书撰写 2天4）答辩 1天 3.1 全自动洗衣机元器件选择 1、plc主机：选西门子s7-200系列plc作为全自动洗衣机控制系 统的控制主机。 2、液位传感器：（高、中、低）用来检测水位，准备下一步动作。 3、按启动按钮sb1：进入初始上电工作。 按停止按钮sb2：停止当前工作，并记录当前状态。 4、进水阀：用于控制水的进入。 进液阀：用于控制洗衣液的进入。 排水阀：用于控

26、制脏水排出。 5、两个电磁离合器：分别用于洗涤和脱水的状态选择。 6、行星齿和传送带：将电动机的动了传递给液轮。 7、液轮：用于完成洗涤和漂洗工作。3.2 控制方案及控制过程 3.2.1 i/o分配图3.2.2 原理接线图3.3 流程图3.4 梯形图 主程序3.5 plc的语句表 主程序ld m0.6 a t40 ld i0.1 an m0.7 old o sm0.1 o m0.0 an m0.1 an m0.7 = m0.0 ld i0.1 r m0.1, 17 ld m0.0 a i0.0 a i2.3 an i1.4 o m0.1 an m0.2 lpsld m0.7a i0.0oldl

27、d m0.2a t37oldo m0.3an m1.2lps= m0.3eu= m1.1lppcall sbr0ld m2.5a m0.3an i1.3o m0.4an m0.5lps= m0.4= m1.2lppton t38, 120ld m0.4a m2.5an i1.3ld m0.5ctu c2, 3ld m0.4a c2a t38ld m0.4a i2.4a t38oldo m0.5an m0.6= m0.5ton t39, 90ld m0.5a t39o i1.4o m0.6an m0.0lps= m0.6a sm0.5= q0.5lppton t40, 10ld m0.3o m0

28、.7an m0.6= m0.7ld m0.2o m0.4o m0.5lps= q0.4an t45= q0.1lrdan c3an t46ton t45, 3lppa t45ton t46, 3ld t46ld m0.3o m0.5o m0.6ctu c3, 3end子程序：ldn c1a t44o m1.0o m1.1o m0.4an m2.1= m2.0= q0.0ldn i2.0a i1.0ldn i2.1a i1.1oldldn i2.2a i1.2olda m2.0o m2.1= m2.1s q0.6, 1= q0.1ton t41, 30ld t41o m2.2an m2.3= m2.2ton t42, 3ld t42o m2.3an m2.4= m2.3= q0.2ton t43, 30ld t43o m2.4an m2