自动洗衣机控制系统详解

1、电气控制与可编程控制器课程设计说明书题目：自动洗衣机控制系统专业：电气工程及其自动化班级：0922姓名：学号：苏州科技学院机电工程系目录第一章绪论-11.1课题的研究背景-11.2洗衣机的发展概略-11.3课题研究的目的与意义-11.4本课题研究的主要内容-2第二章概括-32.1PLC的控制特点-32.2控制系统框图-42.3控制系统对应设施及功能-4第三章硬件电路的设计-53.1PLC的选择-5I/O点数统计-5I/O储藏器容量预计-6CPU功能与构造的选择-63.2PLC外面接线图-73.3洗衣机表示图-8第四章软件的设计-94.1I/O分派表-9输入地点分派表-9输出地点分派表-9内部元

2、件地点分派表-94.2系统流程图-11强迫停止流程图-11正常运行流程图-11I4.3程序设计-13系统梯形图-13系统指令语句表-19第五章程序运行过程剖析-22第六章系统仿真-22第七章模拟硬件连结-24结语-25道谢-25参照文件-26II第一章绪论1.1课题的研究背景本次设计鉴于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。采纳PLC控制开发的周期短，开发成本低，能够直接用于工业现场控制。PLC控制拥有及时性、信号办理时间短、速度快、更能知足各个领域大、中、小型工业控制项目，靠谱性高，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

3、电磁扰乱和温度变化强烈的环境下正常工作。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信联网功能，所以在使用中，硬件相对简单，编程语言也相对简单，并且测试简单，维修方便，更能够提升控制系统设计的灵巧性及控制系统的靠谱性。本设计以操作简单、使用靠谱、保护维修方便作为主要设计方向。1.2洗衣机发展概略和现状全自动洗衣机已经是普及的家用电器，并且此刻工业用的全自动洗衣机由于其特别性，也愈来愈多的采纳PLC、变频器和触摸屏。该控制对象拥犹如下功能：波轮式全自动洗衣机的洗衣桶（外桶）和脱水桶（内桶）是以同一中心装的。外桶固定，作乘水用；内桶能够旋转，作脱水（甩干）用。内桶的四周有很多小孔，使

4、内外桶水流相通。洗衣机的进水和排水分别由进水电磁阀和排水电磁阀控制。进水时，控制系统使进水电磁阀翻开，将水注入外桶；排水时，使排水电磁阀翻开，将水由外桶排到机外。清洗和脱水由同一台电动机拖动，经过电磁阀离合器来控制，将动力传达给清洗波轮或甩干桶（内桶）。电磁离合器失电时，电动机带动清洗波轮实现正、反转，进行清洗；电磁离合器得电时，电动机带动内桶单向旋转，进行甩干（此时波轮不转）。水位高低分别由高低水位开关进行检测，启动按钮用来启动洗衣机工作。1.3课题研究的目的与意义本课题主要侧重于全自动洗衣机的控制，要求洗衣机能实现进水、清洗、排水、脱水、报警，所采纳的控制方法操作简单、稳固靠谱、保护与维修

5、方便。控1制方法确立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。传统的洗衣机采纳继电器控制的长处是装置构造简单、价钱廉价、抗扰乱能力强。可是，这也是随之带来的一些问题，如绝大部分控制继电器都是长久磨损和疲惫工作条件下进行的，简单破坏，并且继电器的触点简单产生电弧，甚至会熔在一同产生误操作，惹起严重的结果。在全负荷运载的状况下，大的继电器将产生大批的热及噪声，同时也耗费了大批的电能。并且继电器控制系统一定是手工接线、安装，假如有简单的变动，也需要花销大批时间及人力和物力去改制、安装和调试。这类电路接线多，只合用于小型的控制电路。采纳PLC控制比继电器控制好的多，我们采纳PLC来

6、控制。（1）靠谱性高，抗扰乱能力强，高靠谱性是电气控制设施的重点性能。PLC因为采纳现代大规模集成电路技术，采纳严格的生产工艺制造，内部电路采纳了先进的抗扰乱技术，拥有很高的靠谱性。（2）配套齐备，功能完美，合用性强PLC发展到今日，已经形成了大、中、小各样规模的系列化产品。能够用于各样规模的工业控制场合。（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，是面向工矿公司的工控设施。（4）系统的设计、建筑工作量小，保护方便，简单改造，PLC用储存逻辑取代接线逻辑，大大减少了控制设施外面的接线，使控制系统设计及建筑的周期大为缩短，同时保护也变得简单起来。更重要的是使同一设施经过改变

7、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，因为体积小很简单装入机械内部，是实现机电一体化的理想控制设施。1.4本课题研究的主要内容本课题需研制出靠谱性高、易于操作的全自动洗衣机控制方法，该系统采纳PLC控制，主要包含电动机正反转控制、离合器控制、进排水电磁阀控制、循环控制、保护和联锁。研究的详细内容包含：（1）深入认识洗衣机的发展、构造及控制要求。（2）控制系统设计。包含硬件设计，PLC的选择，各硬件模块的介绍，软2件设计，编程方法。（3）对编写好的编译程序进行实质调试。第二章概括2.1PLC的控制特点PLC系统的特点：1）靠谱性高，PLC作为一

8、种通用的工业控制器，它一定能够在各样不一样的工作环境中正常工作。对工作的环境要求较低，抗外面扰乱能力强，均匀无故障时间长。2）使用方便灵巧，PLC采纳了基本单元扩展或许是模块化的构造形式，因此，输入/输出信号的数目，形式，驱动能力等都能够依据实质控制要求进行选择与确立，并且在需要时能够随时改换，最近几年来，PLC的特别模块增加这些能够知足不一样的控制要求，使PLC的使用更为灵巧与多变。3）编程简单，PLC的优胜性主要表此刻它采纳了独到的，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，次序功能图等，程序简短，了然适合各种技术人员的传统习惯，即便是没有计算机知识的人员也很统一掌

9、握，特别是梯形图与逻辑功能图，形象直观，动向监测成效传神，且与计算机控制简单。单片机系统的特点：1）要求环境，单片机对环境的适应能力较低，靠谱性差。2）编程和PLC对比难以学习，主假如单片机采纳汇编语言或许是C语言，这些高级语言和PLC语言对比，难以学习。3）功能单调只拥有使用中所需要的功能。可是，它构造简单，办理速度快。典型的PLC控制系统的硬件构成框图如图1所示：3图1PLC控制系统的硬件构成框图2.2控制系统框图此次设计依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，和脱水四个过程构成。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

10、,用于说明PLC控制的原理方法,特点及工作特点。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,开关等其余一些输入/输出点进行控制,实现了洗衣机洗衣过程的自动化。依据以上要求PLC的控制系统框图以下列图2。图2控制系统框图2.3控制系统对应设施及功能4依据控制过程中的进水、清洗、脱水、报警等控制要求，对控制所需的外面设施初步设计如表2-1表2-1对应设施及功能表对应的外面设施对应的输出设施启动按扭进水电磁阀停止按扭排水电磁阀排水按钮电机正转控制高水位开关电机反转控制低水位开关脱水电磁离合器报警蜂鸣器自动洗衣机的进水，洗衣，排水，脱水是经过水位开关，电磁进水

11、阀和电磁排水阀配合进行控制，进而实现自动控制的，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，电磁进水阀翻开，将水注入，排水时，电磁排水阀翻开，将水排出，洗衣时，清洗电动机启动，脱水时，脱水桶启动。第三章硬件电路的设计3.1PLC的选择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点数既可使系统知足控制要求，又可使系统总投资最低。PLC的输入输出总点数和种类应依据被控对象所需控制的模拟量、开关量、输入输出设施状况来确立，一般一个输入输出元件要占用一个输入输出点。考虑到此后的调整和扩大，一般应在预计的总点数上再加上20%30%的备用量。该系统有1

12、1个数字输入点6个数字输出点，详细的输入输出见表3-1.75表3-1I/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排水按钮电机正转控制高水位开关电机反转控制低水位开关脱水电磁离合器报警蜂鸣器I/O储藏器容量的估量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的储存容量是固定的，介于12KB之间。用户应用程序占用多少内存与很多要素相关，如I/O点数、控制要求、运算办理量、程序构造等。所以在程序设计以前只好大略地估量。依据经验，每个I/O点及相关功能元件占用的内存量大概以下：开关量输入元件：1020B/点开关量输出元件：510B/点准时器/

13、计数器：2B/个模拟量：100150B/个通信接口：一个接口一般需要300B以上8依据上边算出的总字节数再考虑增添25%左右的备用量，便可估量出用户程序所需的内存容量，进而选择适合的PLC内存。该系统有6个数字输入点7个数字输出点，需内存280B，有准时器6个，计时器2个，需内存16B，考虑余量后需要内存370B。CPU功能与构造的选择PLC的功能日趋强盛，一般PLC都拥有开关量逻辑运算、准时、计数、数据办理等基本功能，有些PLC还可扩展各样特别功能模块，如通信模块、地点控制模块等，选型时可考虑以下几点：功能与任务相适应，PLC的办理速度应满足及时控制的要求、PLC构造合理、机型一致、在线编程

14、和离线编程的选择。全6自动洗衣机控制所要求的控制功能简单，小型PLC就能知足要求了。该控制系统CPU模块可采纳CPU-224（AC/DC/继电器）模块，它可控制整个系统依据控制要求井井有条地进行。同时因为该模块采纳沟通220V供电，并且自带14个数字量输入点和10个数字量输出点，完整能知足全自动洗衣机控制系统的要求，所以不再需要此外的电源模块、数字量和输出模块。9综上所述此次设计采纳西门子S7-200型PLC。3.2PLC外面接线图依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，现依据以上的统计和选择对控制系统PLC的外面接线设计以下图3。7图3PLC外面接

15、线图3.3洗衣机表示图洗衣机的进水和排水分别有进水电磁阀和排水电磁阀控制。进水时，控制系统使进水电磁阀翻开，将水注入外桶；排水时，使排水电磁阀翻开将水由外桶排到机外。清洗和脱水由同一台电机拖动，经过电磁阀离合器来控制，将动力传给清洗波轮或甩干桶（内桶）。电磁离合器失电，电动机带动清洗波轮实现正、反转，进行清洗；电磁离合器得电，电动机带动内桶单向旋转，进行甩干（此时波轮不转）。水位高低分别有高低水位开关进行检测。起动按钮用来起动洗衣机工作。10起动按钮停止按钮排水按钮进水阀蜂鸣器上水位开关内桶外桶下水位开关泼轮排水阀单相电动机图4洗衣机表示图8第四章软件的设计4.1I/O分派表输入地点分派表列出

16、全自动洗衣机的输入分派表，见表4-1。表4-1输入地点分派表对应的外面设施输入地点起动按钮I0.0停止按钮I0.1排水按钮I0.2高水位开关I0.3低水位开关I0.4输出地点分派表列出全自动洗衣机的输出分派表，见表4-2。表4-2输出地点分派表对应的输出设施输出地点进水电磁阀Q0.0排水电磁阀Q0.1电机正转控制Q0.2电机反转控制Q0.3脱水电磁离合器Q0.4报警蜂鸣器Q0.5内部元件地点分派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，现对控制中要用到的内部位元件地点分派表概括如表4-3。表4-3内部地点分派表9准时器/计时器对应的作用T37进水暂停计时T38正洗

17、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T43报警计时C50正反洗循环计数C51大循环计数104.2系统流程图强迫停止流程图开始正常运行N按停止按钮Y清洗电机和脱水桶停止转动、进水和排水电磁阀闭合N翻开手动排水开关Y排水N翻开手动脱水开关Y脱水结束图4强迫停止流程图11正常运行流程图全自动洗衣机正常运行时即洗衣机依据程序设定挨次达成挨次洗衣过程，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）时停止进水开始清洗正转，清洗时，正转30秒，停两秒，而后反转30秒，停2秒，这样循环5次，总合320秒开始排水，水位降落到低水位时开始脱水并持续排水，脱水30秒，

18、开始冲洗，重复以上过程，冲洗两遍，冲洗达成，报警3秒并自动停机。依据以上的工作流程，作出全自动洗衣机的正常运行工作流程图见图5。12图5正常运行流程图4.3程序设计13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），停止于右母线。在梯形图中，能够把左母线看作是供给能量的母线。触点闭合能够使能量流过，直到下一个元件；触点断开将阻挡能量流过。这类能量流，我们称之为“能流”。实质上，梯形图是CPU仿真继电器控制电路图，使来自“电源”的“电流”经过一系列的逻

19、辑控制条件，依据运算结果断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能够流过。触点分常开触点和常闭触点两种形式。线圈：往常代表逻辑“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。能量流经过方框时，则履行方框所代表的功能。方框所代表的功能有好多种，比如：准时器、计数器、数据运算等。梯形图中，每个输出元素能够构成一个梯级。每个梯形图网络由一个或多个梯级构成。二、梯形图绘制原则梯形图按自上而下、从左到右的次序摆列。每个继电器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，而后是触点的连结，最后停止于继电器

20、线圈或右母线。注意：左母线与线圈之间必定要有触点，而线圈与右母线之间不可以有任何点，应直接连结。一般状况下，在梯形图中某个编号继电器线圈只好出现一次，而继电器触点可无穷引用。有些PLC，在含有跳转指令或步进指令的梯形图中同意双线圈输出。在每个逻辑行中，串连触点多的支路应放在上方。假如将串连触点多的支路放下方，则语句增加，程序变长。在每个逻辑行中，并联触点多的支路应放在左侧。假如将并联触点多的14支路放右侧，则语句增加，程序变长。梯形图中，不一样意一个触点上有双向“电流”经过。梯形图中，当多个逻辑行都拥有同样条件时，为了节俭语句数目，常将这些逻辑行归并。当同样条件复杂时，这对储藏容量小的PLC很

21、存心义。设计梯形图时，输入继电器的触点状态所有按相应的输入设施为常开状态进行设计更为适合，不易犯错。所以，也建议尽可能用输入设施的常开触点与PLC输入端连结。假如某些信号只好用常闭触点输入，能够按输入设施所有常开来设计，而后将梯形图中对应的输入继电器触点取反。12三、系统梯形图依据以上的梯形图的基础知识、注意事项、特点及上节（节）中的控制状态流程图，现利用STEP7-Micro/WIN编程软件做出全自动洗衣机控制系统梯形图。STEP7-Micro/WIN编程软件是专为西门子S7-200而设计的，在个人计算机的WINDOWS操作系统下运行，功能强盛、使用方便、简单易学。其编写好的程序可经过专用编

22、程线缆下载的PLC中运行。也能够导出后在仿真软件中进行测试。系统梯形图以下列图71516171819图7系统梯形图系统指令语句表依据全自动洗衣机的控制要乞降中的体形图得出系统的指令语句表以下。20TITLE=程序说明OM0.3Network1/网络标题ANI0.1/进水ANM0.4=M0.3LDM1.3Network5AT43LDM0.3OSM0.1=Q0.2OM0.0TONT38,+150OI0.1ANM0.1Network6=M0.0/正转完停3秒Network2LDM0.3LDI0.0AT38AM0.0OM0.4LDM1.2ANM0.5ANC51=M0.4OLDTONT39,+30OM0

23、.1ANI0.1Network7ANM0.2/反转15秒=M0.1LDM0.4=Q0.0AT39OM0.5Network3ANI0.1/进水完停2秒ANM0.6=M0.5LDI0.3Network8AM0.1LDM0.5OM0.2=Q0.3ANM0.3TONT40,+150M0.2TONT37,+20Network9/反转完停3秒Network4LDM0.5/正转15sAT40LDM0.2OM0.6AT37ANM0.7LDM0.7=M0.6ANC50TONT41,+30OLD系统指令语句表a21Network10=M1.1/正反转小循环30次Network15LDM0.6LDM1.1AT41O

24、Q0.4OM0.7ANT42ANM1.0OI0.6ANM0.3LPS=M0.7ANI0.1Network11=Q0.4LDM0.7LPPLDM1.0TONT42,+100CTUC50,+30Network16Network12/大循环3次/排水LDM1.1LDM0.7AT42AC50OM1.2OM1.0ANM1.3ANM1.1ANM0.1ANI0.1=M1.2=M1.0Network17Network13LDM1.2LDM1.3LDQ0.1CTUC51,+3OM1.1Network18OM1.0/洗衣结束报警10秒ANT42LDC51ANI0.1AM1.2LDM0.0OM1.3AI0.2ANM

25、0.0ANI0.4=M1.3AI0.1Network19OLDLDM1.3=Q0.1OQ0.5Network14LDM0.0/脱水10秒AQ0.1LDM1.0AT42AI0.4OLDOM1.1ANT43ANM1.2=Q0.5ANI0.1TONT43,+100系统指令语句表b22第五章程序运行过程剖析洗衣机进水起动时，先按下启动按钮，I0.0接通，Q0.0接通，开始进水。当水位上涨到与高水位时，Q0.0断开停止进水，T37开始计时。正反转洗衣T37计不时间到，Q0.2接通开始正转洗衣，T38计时开始。T38计时15秒，Q0.2断开，正洗暂停，T39开始计时。T39计不时间到，Q0.3接通，反洗，

26、T40开始计时。T40计不时间到，Q0.3断开，反洗暂停，T41开始计时。T41计不时间到，C50计数一次，同时洗衣返回Q0.2接通，重复以上从正洗开始的所有动作，直到C50计满30次数时，Q0.1接通并自保，开始排水，C50复位，准备下次循环是再计数。大循环洗衣排水到脱水水位时，I0.4闭合，Q0.1、Q0.4接通，开始脱水，T42开始计时。T42计不时间到，Q0.1、Q0.4断开，停止排水和脱水，C51计数一次，同时洗衣返回Q0.0接通,重复从进水到脱水的所有动作，知道C51计数满3次时，停止洗衣，Q0.5接通告警并自保，T43开始计时。T43计不时间到，报警结束，整个洗衣过程结束，T43

27、常开触点闭合，准备下次启动。强迫停止运行中按停止按钮时，I0.1常闭触点断开，则M0.0、Q0.0、Q0.1、Q0.4、Q0.5断开，停止进水、排水、脱水及报警。按排水按钮时，I0.2常开触点闭合，Q0.1接通并自保，进行手动排水。当水位降落到低水位开关时，排水电磁阀失电停止排水。第六章系统仿真S7-200仿真软件简介：(1)S7-200仿真软件是S7-200系列PLC专用仿真软件，无需安装，下载后23履行S7-200.EXE即可进入。能够在没有PLC的状况下，对PLC程序进行仿真调试，固然它不可以模拟S7-200的所有指令和所有功能，但仍旧不失为一个很好的学习S7-200的工具测试软件。(2

28、)履行S7-200.EXE后其窗口如图10图10履行S7-200.EXE后窗口图履行图中菜单命令“配置”“CPU型号”，在CPU型号对话框中可选择自己对应的CPU型号。用户还能够改正CPU的网络地点，一般使用默认地点。图中灰色部分为是CPU224种类的PLC面板可显示CPU运行状态和I/O点的状态，灯亮为1，灯灭为0。CPU224的右侧空白方框是扩展模块的地点，双击空白方框即可进行模块配置选择，依据需要可选择各样数字量和模拟量的扩展模块。CPU模块的下方是用于输入数字量信号的小开关面板，拥有和CPU224对24应的14个输入点，单击面板中的开关按钮可使其0，1状态切换，在CPU面板上的模拟LE

29、D灯对应灭，亮。开关面板下方的SMB28,SMB29是两个直线电位器，分别是CPU224的两个位模拟量输入电位器对应的特别储存器字节，可左右拖动滑块来设置他的值，范围在0-255之间。仿真软件不可以直接接收S7-200程序代码，需要在STEP7-Micro/WIN中将程序编译并导出成ASCII文本文件（扩展名为awl）。而后在S7-200仿真软件，使用工具栏的下载按钮即可将导出的文件下载到仿真软件中间进行仿真测试。(4)在仿真软件中点击工具栏上的运行按钮使仿真PLC切换到RUN模式开始仿真测试，运行过程中间点击开关面板中的模拟开关进入信号输入，经过查察菜单中间的“程序块代码”查察对应程序代码，

30、“程序块图形”查察梯形图运行状态，“数据块”查察V区储存器对应的值，“内存监督”来监控V、T、C、M等内部变量的值此外，仿真软件还有读取CPU和扩展模块的信息、设置PLC实不时钟、控制循环扫描次数和对TD200文本显示器仿真等功能。13系统程序仿真：将第3节中在STEP7-Micro/WIN中编写好的程序编译并导出成ASCII文本文件（扩展名为awl）。而后在S7-200仿真软件，使用工具栏的下载按钮马上导出的文件下载到仿真软件中间进行仿真测试。依据设计的要求进行仿真，看程序能够依据要求进行各样工作即可。第七章模拟硬件连结经过上节的仿真成功后，就能够进行程序的下载、安装和调试。但因为条件的限制，此次设计不可以进行完整的实物连结，只好用简单的元件进行模拟连结。详细的模拟元件以下：采纳五个按钮开关来模拟启动按钮、停止按钮、排水按钮、低水位开关和高25水位开关。洗衣机的进水、正转、反转、脱水和报警，采纳五个放光二极管来模拟。选择好模拟元件后依据2.2节中的PLC外面接线图(图2-1)连结好模拟硬件图，把模拟元件对应的作用表记清楚，便于连结好装载程序后