基于SLC的全自动洗衣机的控制系统设计

1、南京工程学课程设计报告课程名称：PLC控制系统设计综合设计院（系、部、中心）：自动化学院专业：自动化（数控技术）班级：数控卓越111姓名：学号：实习时间：2014.7.4实习地点：工程中心4201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

2、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S7-300系列PLC的特点,对按钮,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内定时器控制，所以只要改变定时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。本次设计对其中软件设计、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

3、自动运行和手动运行功能。关键词：PLQ自动；手动；正反转；控制 TOC o 1-5 h z HYPERLINK l bookmark2 o Current Document 摘要1目录2第一章题目要求3、目的3二、设备3三、内容3四、控制要求3五、思考题3 HYPERLINK l bookmark4 o Current Document 第二章概述4一、PLC的控制特点4二、控制系统框图4三、工作原理4四、控制要求5五、实习安排5 HYPERLINK l bookmark6 o Current Document 第三章硬件配置及程序设计6、输入输出地址分酉己6二、输入输出地址及接线图7 HYP

4、ERLINK l bookmark8 o Current Document 三、PLC选型及硬件配置8 HYPERLINK l bookmark10 o Current Document 四、控制流程图8 HYPERLINK l bookmark12 o Current Document 五、顺序功能图10 HYPERLINK l bookmark14 o Current Document 六、梯形图设计11 HYPERLINK l bookmark16 o Current Document 第四章模拟仿真与调试20 HYPERLINK l bookmark18 o Current Docum

5、ent 、STEP720 HYPERLINK l bookmark20 o Current Document 二、WINCC23 HYPERLINK l bookmark22 o Current Document 三、设置本地网络地址29 HYPERLINK l bookmark24 o Current Document 四、触摸屏设置29 HYPERLINK l bookmark26 o Current Document 五、变频器设置29六、程序下载及调试30 HYPERLINK l bookmark28 o Current Document 第五章思考题与总结体会33 HYPERLINK

6、 l bookmark30 o Current Document 、思考题33 HYPERLINK l bookmark32 o Current Document 二、总结体会33附件电气原理图35第一章题目要求一、题目全自动洗衣机的控制系统设计二、目的用PLC构成全自动洗衣机控制系统，掌握PLC的编程和程序调试方法。三、设备S7-300-PLC、计算机各一台四、内容、全自动洗衣机运行框图设计，梯形图控制程序设计、调试并画出I/O端子硬件接线图、在HMI上显示洗衣机的运行状态五、控制要求、按下启动按钮及水位选择开关；、进水阀门打开直到高（中、低）水位，关水；、2s后开始洗涤；、洗涤时正转30s

7、,停2s,然后反转30s,停2s；、如此循环5次，总共320s后排水，排空后脱水30s；、开始清洗，重复25要求，清洗两边；、清洗完成，报警3s并自动停机；、若按下停车按钮，可手动排水（不脱水）和手动脱水（不计数）输入点输出点启动开关洗衣机启动控制停止开关进水阀控制高水位选择止转控制中水位选择脱水控制低水位选择反转拴制排空检测排水控制高水位检测中水位检测低水位检测手动排水手动脱水报警控制六、思考题1、调试程序时，各水位选择开关及各水位检测开关应如何动作？2、如果要在控制功能中加入轻柔洗（缩短运转时间、延长停顿时间）功能,程序应如何修改？、如果要在控制功能中加入经济洗（整个洗衣周期缩短）功能，程

8、序应如何修改？第二章概述一、PLC的控制特点、可靠性高，PLC作为一种通用的工业控制器，它必须能够在各种不同的工作环境中正常工作。对工作的环境要求较低，抗外部干扰能力强，平均无故障时间长。、使用方便灵活，PLC采用了基本单元扩展或者是模块化的结构形式，因此，输入/输出信号的数量，形式，驱动能力等都可以根据实际控制要求进行选择与确定，而且在需要时可以随时更换，近年来，PLC的特殊模块增多这些可以满足不同的控制要求，使PLC的使用更加灵活与多变。、编程简单，PLC的优越性主要体现在它采用了独特的，多种面向广大工程设计人员的编程语言，如指令表，梯形图，逻辑功能图，顺序功能图等，程序简洁，明了适合各类

9、技术人员的传统习惯，即使是没有计算机知识的人员也很统一掌握，特别是梯形图与逻辑功能图，形象直观，动态监测效果逼真，且与计算机控制容易。二、控制系统框图全自动洗衣机的工作过程包括启动、进水、洗涤、排水和脱水等功能。在实现控制过程中，各种采样信息都是通过PLC进行各种判断、比较和选择，再经信息线路反馈给洗衣机各控制执行机构，决定洗衣机的工作状态。如图1所示，由PLC控制洗衣机各种动作典型的系统控制图：图1系统结构图由图1可知，PLC在系统中处于中心位置，水位开关是PLC的输入信号控制开关、进水阀、排水阀和电机是洗衣机各种动作的执行机构。其中进水阀和排水阀由PLC给定信号来决定其工作状态；电机的工作

10、状态也由控制中心PLC给定信号来决定，而电机的正反转状态直接决定了洗衣机的洗涤状态和脱水状态。洗衣机工作过程是顺序控制过程，所以利用PLC作为洗衣机的控制系统是可行的。三、工作原理洗衣机的工作流程由进水、洗涤、排水、脱水4个过程组成。在半自动洗衣机中，这4个过程分别用相应的按钮开关来控制。全自动洗衣机中，这4个过程可做到全自动依次运行，直至洗衣结束。全自洗衣机的洗衣桶（外桶）和脱水桶（内桶）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，经进水管将水注入到外桶。排

11、水时，通过控制系统将排水电磁阀打开，将水由外桶排到机外。洗涤正转、反转由洗涤电动机驱动波盘的正、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、中、低水位检测装置分别用来检测高、中、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。四、控制要求.自动运行启动时，选择一个设定水位（高、中、低三档），进水阀打开，开始进水，到达设定水位时停止进水，开始洗涤，正转洗涤30s,暂停2s后反转洗涤30s,暂停2s后再正转洗涤，如此反复5次。洗涤结束后，开始排水，当水位下降到低水位时，进行脱水，脱

12、水时间为30so这样完成一次从进水到脱水的大循环过程。经过3次上述大循环后（第2、3次为漂洗），进行洗衣完成报警，报警3s后结束全过程，自动停机。.手动运行若按下“停止”按钮，洗衣过程停止，即洗涤电机和脱水桶停止转动、进水电磁阀和排水电磁阀全部闭合。此时可用手动排水开关和手动脱水开关进行手动排水和脱水。五、实习安排周次星期内容17一、安装并熟悉西门子S7-300相关编程和组态软件一2、熟悉实习相关内容所用设备的操作手册二3、根据实习相关内容完成相应模块的硬件电路连接四14、利用STEP和WINC（M件对连接模块进行编程测试五5、对实习相关内容进行理论分析18一6、对实习相关内容进行系统控制流程

13、设计一二7、对实习相关内容进行硬件电路原理设计（主电路和PLC电路）四五8、对实习相关内容进行软件流程设计19一9、调试一二。、验收、答辩四11、编写实习报告五第三章硬件配置及程序设计、输入输出地址分配1、输入地址分配表输入地址对应的外部设备M1.0启动按扭M1.1停止按扭M1.2高水位选择M1.3中水位选择M1.4低水位选择M1.5高水位检测M1.6中水位检测M1.7低水位检测M2.0手动排水M2.1手动脱水M2.2排空检测注：因为本次实习条件所限，没有实际的输入信号，所以输入地址采用中间继电器编址。2、输出地址分配表输出地址对应的输出设备Q0.0进水阀Q0.1排水控制Q0.2正转控制Q0.

14、3反转控制Q0.4脱水控制Q0.5报警控制3、内部元件地址分配表定时器/计数器对应的作用T37T38开始正转延时2s定时器正转30s定时器T39正转结束延时2s定时器T40反车330s定时器T41反转结束延时2s定时器T42脱水30s定时器T43报警3s定时器C50正反转循环计数器C51大循环计数器4、中间状态I/O分配表M2.2COM图2输入输出地址及接线图三、PLC选型及硬件配置电源模块：PS3075A(307-1EA01-0AA。CPU型号：CPU315-2PN/DP(315-2EH14-0ABQI/O模块：SM323DI16/DO16DC24V1A触摸屏：SIMATICPANELTP1

15、77B6colorPN/DP交换机：SCALANCE*208变频器：蓝海华腾DIGITALPNELV5-H1、手动运行流程图开始正常运行四、控制流程图,自动运行流按停止按图3手动运行流程图2、自动运行流程图五、顺序功能图顺序功能图，它是描述控制系统加丽J、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邛能的具体技主,一他是丁种通用的技术语言。全自动洗衣机控制系统PLC控制状态流加而M桃之。十十一臬、44-工卜kzrKT.Tt人六、梯形图设旺41、梯形图的轲点N梯形图是PlC模拟继.渊题K统用编版T法。二由触点、线圈或功能方框等构成，梯形图左、右的垂直线科左、。母线l曲频图时，从左母线开始

16、，经过触点和线圈（或功能方框），Y止二项。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，直到下一个元件；触点断开将阻止能量流过。这种能量流，我们称之为“能流”。实际上，梯形图是CPLB真继电器控制电路图，使来自“电源”的“电流”通过一系列的逻辑控制条件，根据运算结果决定逻辑输出的模拟过程。梯形图中的基本编程元素有触点、线圈和方框。触点：代表逻辑控制条件。触点闭合时表示能量可以流过。触点分常开触点和常闭触点两种形式。线圈：通常代表逻辑“输出”的结果。能量流到，则该线圈被激励。方框：代表某种特定功能的指令。能量流通过方框时，则执行方框所代表的功能。方框所代表的功能有很多种，

17、例如：定时器、计数器、数据运算等。梯形图中，每个输出元素可以构成一个梯级。每个梯形图网络由一个或多个梯级组成。2、梯形图绘制原则梯形图按自上而下、从左到右的顺序排列。每个继电器线圈为一个逻辑行，即一层阶梯。每一个逻辑行起于左母线，然后是触点的连接，最后终止于继电器线圈或右母线。注意：左母线与线圈之间一定要有触点，而线圈与右母线之间不能有任何点，应直接连接。一般情况下，在梯形图中某个编号继电器线圈只能出现一次，而继电器触点可无限引用。有些PLG在含有跳转指令或步进指令的梯形图中允许双线圈输出。在每个逻辑行中，串联触点多的支路应放在上方。如果将用联触点多的支路放下方，则语句增多，程序变长。在每个逻

18、辑行中，并联触点多的支路应放在左边。如果将并联触点多的支路放右边，则语句增多，程序变长。梯形图中，当多个逻辑行都具有相同条件时，为了节省语句数量，常将这些逻辑行合并。当相同条件复杂时，这对储存容量小的PLC很有意义。(6)设计梯形图时，输入继电器的触点状态全部按相应的输入设备为常开状态进行设计更为合适，不易出错。因此，也建议尽可能用输入设备的常开触点与PLC输入端连接。如果某些信号只能用常闭触点输入，可以按输入设备全部常开来设计，然后将梯形图中对应的输入继电器触点取反。3、系统梯形图图6系统梯形图第四章模拟仿真与调试一、STEP7STEP7是用于S7300/400系列PLC自动化系统设计的标准

19、软件包。在设计一个自动化系统时，即可采用先硬件组态、后创建程序的方式，也可采用先创建程序、后硬件组态的方式。本次课程设计因使用的输入和输出程序比较多，所以我们采用的是先硬件组态、后创建程序的方式。1、创建项目通过新建项目向导建立项目在SIMATIC管理器的初始界面中单击“文件”菜单，在下拉菜单中选择“新建项目向导”命令，打开如图7所示窗口，点击“预览”，选择CPU1型（此处为CPU315-2PN/DP315-2EH14-0AB0）,如图8所示，然后点击“下一步”选择编写程序语言“梯形图编程（LAD、语句编程（STD、功能图块编程（FBD”，如图9所示，继续点击“下一步”，填写项目名称后点击“完

20、成”，如图10所示。图7新建项目向导窗口图8CPU设置窗口图9程序块、编程语言设置窗口图10项目名称修改窗口展开左边的站点目录，单击“SIMATIC300Station”，在右侧窗口单击“Hardware”进入项目所需硬件配置窗口，在窗口右侧的硬件目录中展开“SIMATIC300”目录，在其下的“CPU-300中选择CPU315-2PN/DP315-2EH14-0AB0、SM-300中选择DI16/DO16DC24V/0.5A、“PS-300”中选择“PS3075A307-1EA01-0AA0并拖放到左边对应的表格中，如图11所示，这样即完成了硬件配置。图11硬件配置窗口双击S7-300组态里

21、CPU315-2PN/DPT的PN/IO,如图12所示。图12PN/IO界面图13PN/IO属性界面点击“Properties”属性按钮，进入图13界面，修改IP地址为“”，并新建一个以太网。然后确认，保存并编译。2、编辑符号表在SIMATICManager窗口中选择“Symbol”并双击，进入“符号编辑器”窗口。将上述梯形图中的符号及其地址键入到编辑器中，最终结果如图14所示。图14符号表3、输入梯形图在SIMATICManager窗口中选择“OB1并双击，进入梯形图编辑界面，将之前设计完成的梯形图输入到OB1中，然后保存，单击“下载”按钮，将程序下载到CPU中。输入的卞$形图如图6所示。4

22、、建立连接在SIMATICManager窗口中选择“Connections”图15连接界面图16设置S7-300的IP地址图17设置触摸屏的IP地址二、WINCC1、创建新项目打开WINCCflexible2008SP3软件，根据提示，点击”使用项目向导建立一个新项目”，如图18所示；然后选择所需集成的STEP做目名称，此处关联的项目名称是“洗衣机”，如图19所示；图18按照向导创建新项目图19选择关联的STEP砌目集成点击“确定”，“下一步”，选择触摸屏HMI的型号“TP177B6colorPN/DF5设备版本选“”，如图20所示；连接选择“ETHERNET,如图21所示；图20选择HMI型

23、号图21选择连接类型点击“下一步”，进入库界面，将画面左侧框图中的三个库（Button-and-switches、Faceplates、Graphics”）选中并进行安装，如图22（a）、（b）所示；点击“下一步”，为项目设置一个名称，如图23所示，点击“完成”按钮即可完成一个新项目的创建。图22（a）选择要安装的库Winf.HniU中由匕Mill喇IB*0j憧融的皿邳密，*UJ!口,，丁/*驾心.图23为项目设置一个名称2、根据要求设置画面根据题目要求，本次设计的全自动洗衣机所需设置的按钮分别是“启动”、“停止”、“脱水”、“排水”、“高水位选择”、“中水位选择”、“低水位选择”；因为硬件条

24、件有限，并无实际的传感器，所以添加了一些辅助按钮作为传感器输出功能使用，如“高水位到达”、“中水位到达”、“低水位到达”、“排空”。综上，最终画出的画面如图24所示。图24主界面(信号输入界面)对应的输出信号分为“洗衣机状态”、“水位状态”、“排水状态”和“电机状态”四大类；细分如下：洗衣机状态包括“进水阀状态”、“脱水状态”、以及“报警状态”；水位状态包括“高水位状态”、“中水位状态”以及“低水位状态”；排水状态包括“排水状态”以及“排空状态”；电机状态包括“正转状态”以及“反转状态”。对应的信号输出界面如图25所示。图25状态界面(信号输出界面)3、给画面的按钮和输出指示灯关联对应的变量给

25、按钮关联对应的变量地址按照设计要求，按钮按下应置位“1”，按钮释放应复位“0”，以“启动”按钮为例，双击按钮，在下方的窗口中点击“事件”，选择“按下”，单击右侧表格第一栏的下拉按钮，选择“编辑位”中的“SetBit”置位函数，然后双击下一行表格，选择所需关联的对应的输入量地址”启动按钮M1.0;之后选择“释放”，同样的步骤选择“ResetBit”复位函数，然后双击下一行表格，选择关联的输入地址”启动按钮M1.0”。如图26(a)、(b)所示。图26(a)给启动按钮设置置位函数图26(b)给启动按钮设置复位函数因本设计中涉及两个画面，所以仿真时不可避免的会有画面之间的切换，所以在设计时，我加入了

26、画面切换按钮，画面切换按钮所对应的函数为“ActivateScreen”，设置过程与置位复位函数一致，设置过程如图27所示。图27画面切换函数设置给输出指示灯关联相应的变化量地址选中所需设置的指示灯，在下方的窗口中选择“动画”-“外观”，然后单击右侧的变量下拉按钮，选择对应的变量地址进行关联，类型选择“位”，右侧的表格可以设置灯在值为“0”或“1”时所呈现的颜色以及是否闪烁，设置过程如图28所示。图28进水阀输出显示设置4、变量设置给所有的按钮以及输出指示灯关联好变量之后，双击左侧菜单栏中的“变量”，进入如图29所示的界面。检查变量名称与地址是否对应连接S7-300o图29变量设置界面5,、做

27、好触摸屏和S7-300的连接，如图30所示。图30连接界面三、设置本地网络地址单击“打开网络与共享中心”，单击“本地连接”，选择“属性”，在属性窗口中选择“Internet协议版本4(TCP/IPv4)”，就可以修改本地网络地址了。如图31所示。图31设置本地IP地址四、触摸屏设置在触摸屏界面双击“ControlPanel”进入控制面板界面，双击“Transfer”进入传输设置界面，在“Channel2”中选择“Ethernet”并选择使能该通道，然后单击“Advanced”，在弹出的画面的网络设备列表中选择“SMSC100FD1:OnboardLANEthernetDriver”，并点击“P

28、roperties”按钮。进入IPAddress设置对话框，单击选择“SpecifyanIPaddress”“OK”键返回控制面板中。双击”Communication”图标，进入到DeviceName设置界面中，修改Devicename,注意在整体控制系统中，Devicename应当唯一，若系统中只有一台面板，则可以使用默认设备名，不必修改。切勿使用特殊符号。点击OK键退出“SystemProperties”设置，再次进入控制面板中，双击“OP”图标，进入Device表单，单击“Reboot”按钮，重新启动面板设备，使所设置的参数生效，也可进行断电后重新上电。五、变频器设置此次课程设计采用的变

29、频器是蓝海华腾V5-H变频器，作用是控制电机的正反转，根据接线，变频器的X1和X2端子与CPU的正反转输出接口相接，为了实现变频器的正反转，将变频器的参数设置如下，P0.06的参数设置为1,即通过端子作为运行给定方式；P5.00的参数设置为2,即控制电机正转；P5.01的参数设置为3,即控制电机反转。六、下载与调试1、下载下载所做的画面：单击“项目”-“传送”-“传送设置”，如图32所示。图32传输图33设置以太网通讯地址单击“传送”（如果不能下载，那有可能要OS更新：“单击项目”-“传送”-“传送设置”-“OS更新”进行更新。如果还不能下载则可能PG/PC设置的问题：在S7-300的“菜单”

30、“选项”-“设置PG/PC接口”）。2、调试（操作步骤）传输完成后，触摸屏上即显示WINCC上画出的画面，此时将CPU拨到“RUN”，即可在触摸屏上进行全自动洗衣机的仿真了。在主界面中，按下“启动”按钮，在水位选择（高、中、低三档）中选择一个档位，单击右下角的“状态监控”按钮，即可以在“状态界面”中看见“进水阀指示灯”亮，即表示此时洗衣机正在进行进水动作，此时返回主界面，单击对应的水位到达按钮，在状态界面可以看到，对应的水位到达指示灯亮2s之后，电机正转指示灯亮，同时，三相电机开始转动，30s后，正转停止2s,然后反转开始，反转指示灯亮，电机随即开始反转，30s后，反转停止，2s后，电机开始正转，如此循环5次之后，洗衣机开始排水，同时排水指示灯亮，在主界面按下“排空”按钮即表示，此时洗衣机中的水已经排空，洗衣机随即进入脱水状态。同时脱水指示灯亮，30s后，洗衣机开始进水，进行第二次洗涤，如此循环3次，即可完成洗涤动作，最后一次脱水结束后，洗衣机的报警指示灯亮，报警3s后，灯灭，表示一轮洗衣动作完成。实际运行图如3438所小。图34主界面图35状态界面图37洗衣机反转图36洗衣机正转图38洗衣完成报警第五章思考题与总结体会一、思考题1、调试程序时，各水位选择开关及各水位检测开关应如何动作？答：调试程序时，先按下水位选择开关，然后再按下其对应水位的检测开关，两者的顺序不能颠倒，比如