基于S7200PLC的全自動洗衣機控制系統(tǒng)設(shè)計畢業(yè)設(shè)計(論文)

1、南京工程學(xué)院 本科畢業(yè)設(shè)計（論文）題目：基于s7-200plc的全自動洗衣機控制系統(tǒng)設(shè)計 專 業(yè)： 機械電子工程 班 級： 機電(2)班 學(xué) 號: 200090703215 學(xué)生姓名： 指導(dǎo)教師： 起迄日期： 2013.320013.6 graduation design (thesis)a full automatic washing machine control system designed which is based on s7-200 plcbyhuang yukaisupervised bylecturer sun yanyongdepartment of mechatroni

2、c engineeringnanjing institute of technologyjune, 2013摘 要隨著社會經(jīng)濟的發(fā)展和科學(xué)技術(shù)水平的提高，家庭電器全自動化成為必然的發(fā)展趨勢。全自動洗衣機的產(chǎn)生極大的方便了人們的生活。洗衣機是國內(nèi)家電業(yè)唯一不打價格戰(zhàn)的行業(yè)，經(jīng)過幾年的平穩(wěn)發(fā)展，國產(chǎn)洗衣機無論在質(zhì)量上還是功能上都和世界領(lǐng)先水平同步。縱觀洗衣機市場，高效節(jié)能、省水、省電、環(huán)保型洗衣機一直在市場上占主導(dǎo)地位。根據(jù)全自動洗衣機的工作原理,利用可編程控制器plc實現(xiàn)控制,說明了plc控制的原理方法,特點及控制洗衣機的特色。plc的優(yōu)點是：可靠性高，耗電少，適應(yīng)性強，運行速度快，壽命長等，為

3、了進一步提高全自動洗衣機的功能和性能，避免傳統(tǒng)控制的一些弊端，就提出了用plc來控制全自動洗衣機這個課題。全自動洗衣機控制系統(tǒng)利用了西門子s7-200系列plc的特點,對按鈕,電磁閥,開關(guān)等其他一些輸入/輸出點進行控制,實現(xiàn)了洗衣機洗衣過程的自動化。由于每遍的洗滌,排水,脫水的時間由plc內(nèi)計數(shù)器控制,所以只要改變計數(shù)器參數(shù)就可以改變時間。可以把上面設(shè)定的程序時間定下來,作為固定程序使用,也可以根據(jù)衣物的質(zhì)地,數(shù)量及油污的程度來編程。該論文就怎樣利用plc來控制全自動洗衣機進行了調(diào)查，對其中軟件設(shè)計、硬件設(shè)計等問題進行了分析和研究，實現(xiàn)了全自動洗衣機的正常運行和強制性停止功能。關(guān)鍵詞：plc；

4、控制；延時；自動 abstractsalong 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

5、electrical appliances 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

6、 effective energy conservation, the province water, the province electricity, the environmental protection washer continuously occupy the dominant position in the market. according to the working principle of the full-automatic washing machine using plc programmable controller control, illustrates t

7、he principle of plc control method, characteristic and control characteristic of the washing machine. plc is: the advantages of high reliability, less consumption, high adaptability, running speed, long service life, etc., in order to further improve the functionality and performance of fully automa

8、tic washing machine, avoid some disadvantages of traditional control, is proposed to use plc to control the automatic washing machine is the subject. fully automatic washing machine control system using the siemens s7-200 series plc, the characteristics of the button, solenoid valves, switches and o

9、ther input/output point control, realize the automation of the washing machine laundry process. because every time wash, drainage and dehydration time is controlled by plc in the counter, so just change the counter argument can change the time. can put the above set of program time decided, used as

10、a fixed program, can also according to the quality of clothes, quantity and the amount of oil to programming. the paper on how to use plc to control automatic washing machine, some problems such as software design, hardware design in the analysis and research, for the normal operation of the full-au

11、tomatic washing machine and a mandatory stop function.keyword: plc; control; delay; automatic目 錄第一章 緒論11.1 課題的研究背景11.2 洗衣機發(fā)展概況和現(xiàn)狀11.3 課題研究的目的與意義21.4 本課題研究的主要內(nèi)容3第二章 系統(tǒng)的概述42.1 plc的控制特點42.2 控制系統(tǒng)框圖52.3 控制系統(tǒng)對應(yīng)設(shè)備及功能62.4全自動洗衣機的控制系統(tǒng)原理與控制要求72.5全自動洗衣機示意圖82.6主電路電動機控制線路圖9第三章 硬件電路的設(shè)計103.1 plc的選擇103.1.1 i/o點數(shù)統(tǒng)計10

12、3.1.2 i/o儲存器容量的估算103.1.3 cpu功能與結(jié)構(gòu)的選擇113.2 plc外部接線圖123.3洗衣機的示意圖13第四章 軟件的設(shè)計144.1 i/o分配表144.1.1 輸入地址分配表144.1.2 輸出地址分配表144.1.3 內(nèi)部元件地址分配表154.2 程序流程圖設(shè)計154.2.1強制停止流程圖164.2.2正常運行流程圖164.3 程序設(shè)計184.3.1 plc控制流程圖184.3.2 系統(tǒng)梯形圖194.4 梯形圖編寫214.5 梯形圖重點程序段落分析23第五章 系統(tǒng)仿真285.1 s7-200 v4.0的仿真軟件285.2 仿真測試295.3仿真運行305.4仿真結(jié)果

13、分析34第六章 總結(jié)與展望356.1總結(jié)356.2 全自動洗衣機的展望36結(jié) 語38致謝39參 考 文 獻41附錄一 simatic s7-200 cpu主要性能指標(biāo)1附錄二 系統(tǒng)指令語句表2附錄三 梯形圖7附錄四 主電路圖11附錄五 外部接線圖12第一章 緒論1.1 課題的研究背景本次設(shè)計基于plc的全自動洗衣機控制，本文的課題源于市場上洗衣機產(chǎn)品。采用plc控制開發(fā)的周期短，開發(fā)成本低，可以直接用于工業(yè)現(xiàn)場控制。plc控制具有實時性、信號處理時間短、速度快、更能滿足各個領(lǐng)域大、中、小型工業(yè)控制項目，可靠性高，豐富的i/o卡件，質(zhì)優(yōu)價廉，性價比高，安裝簡單，維修方便，plc控制能在高粉塵、高

14、噪聲、強電磁干擾和溫度變化劇烈的環(huán)境下正常工作。因為它是整體模塊，集中了驅(qū)動電路、檢測電路和保護電路以及通訊聯(lián)網(wǎng)功能，所以在使用中，硬件相對簡單，編程語言也相對簡單，并且測試容易，維修方便，更可以提高控制系統(tǒng)設(shè)計的靈活性及控制系統(tǒng)的可靠性。本設(shè)計以操作簡單、使用可靠、維護修理方便作為主要設(shè)計方向。 1.2 洗衣機發(fā)展概況和現(xiàn)狀從古到今，洗衣服都是一項難于逃避的家務(wù)勞動，在洗衣機出現(xiàn)以前，這項勞動并不像田園詩描繪的那樣充滿樂趣、手搓、腳踩、棒擊、沖刷、摔打。這些不斷重復(fù)的簡單的體力勞動，留給人的感受常常是辛苦勞累。世界上第一臺洗衣機于1858年誕生，但這臺洗衣機使用費力，且損傷衣服，因而沒被廣泛

15、使用，但這卻標(biāo)志了用機器洗衣的開端。1874年,“手洗時代”受到了前所未有的挑戰(zhàn)，美國人發(fā)明了木制手搖洗衣機。1880年，美國發(fā)明了蒸氣洗衣機，蒸氣動力開始取代人力。蒸汽洗衣機之后，水力洗衣機、內(nèi)燃機洗衣機也相繼出現(xiàn)。1910年，美國試制成功世界上第一臺電動洗衣機，電動洗衣機的問世，標(biāo)志著人類家務(wù)勞動自動化的開端。1922年，美國改造了洗衣機的洗滌結(jié)構(gòu)，把拖動式改為攪拌式，使洗衣機的結(jié)構(gòu)固定下來，這也就是第一臺攪拌式洗衣機的誕生。1932年，美國研制成功第一臺前裝式滾筒洗衣機。1955年，在引進英國噴流式洗衣機的基礎(chǔ)之上，日本研制出獨具風(fēng)格、并流行至今的波輪式洗衣機。70年代后期，微電腦控制的

16、全自動洗衣機出現(xiàn)引領(lǐng)新的發(fā)展方向，讓人耳目一新。90年代，由于電動機調(diào)速技術(shù)的提高，洗衣機實現(xiàn)了較寬范圍的轉(zhuǎn)速變換與調(diào)節(jié)，誕生了許多新型洗衣機。全自動洗衣機其特點是能自動完成洗滌，漂洗和脫水的轉(zhuǎn)換，整個過程不需要人工操作。這類洗衣機均采用套筒式結(jié)構(gòu)，其進水，排水都采用電磁閥，由程序控制器按人們預(yù)先設(shè)計好的程序不斷發(fā)出指令，驅(qū)動各執(zhí)行器件動作，整個洗衣過程自動完成，所用的程序控制器可分為電動機驅(qū)動式和單片機式。全自動洗衣機最多的是波輪式洗衣機。波輪式洗衣機的特點是洗凈率高,但對衣服的磨損很大,隨著人們生活水平不斷地提高，絲綢,毛料,羊毛等大量走進普通家庭,廠商又適時地推出了滾筒洗衣機,它最大的優(yōu)

17、點是磨損率小,但洗凈率比波輪式低,自動洗衣機可分為兩大類：第一類：電動控制洗衣機，它的程序控制器由電動元件組成。第二類：電腦控制洗衣機，它的程序控制器由微型計算機組成。電動控制全自動洗衣機是較早出現(xiàn)的自動控制類家用電器，其產(chǎn)品類型還屬于傳統(tǒng)的機械產(chǎn)品，是自動控制的初級階段。隨著計算機的及微電子技術(shù)的發(fā)展，自動控制系統(tǒng)正在逐步實現(xiàn)硬件化。因此，電動控制洗衣機將逐步退出家電舞臺。全自動洗衣機從結(jié)構(gòu)上分有波輪式、攪拌式、滾筒式。目前,國內(nèi)市場上銷售的大都是波輪式和滾筒式，供應(yīng)價格高。洗衣機產(chǎn)品可以分三類：普通型、半自動型和全自動型。普通型和半自動型洗衣機，都需要人為參與操作，才能完成洗衣、甩干、排水

18、全過程；而全自動洗衣機在整個洗滌、甩干、排水過程中，無需人為操作和監(jiān)控。國內(nèi)外洗衣機品牌有海爾、小天鵝、榮事達、松下、惠而浦水仙、lg熊貓、西門子等。1.3 課題研究的目的與意義本課題主要著重于全自動洗衣機的控制，要求洗衣機能實現(xiàn)進水、洗滌、排水、脫水、報警，所采用的控制方法操作簡單、穩(wěn)定可靠、維護與維修方便。控制方法確定后投入生產(chǎn)要縮短控制系統(tǒng)的設(shè)計的時間、調(diào)試周期，且要降低成本。傳統(tǒng)的洗衣機采用繼電器控制的優(yōu)點是裝置結(jié)構(gòu)簡單、價格便宜、抗干擾能力強。但是，這也是隨之帶來的一些問題，如絕大多數(shù)控制繼電器都是長期磨損和疲勞工作條件下進行的，容易損壞，而且繼電器的觸點容易產(chǎn)生電弧，甚至?xí)墼谝黄?/p>

19、產(chǎn)生誤操作，引起嚴(yán)重的后果。在全負(fù)荷運載的情況下，大的繼電器將產(chǎn)生大量的熱及噪聲，同時也消耗了大量的電能。并且繼電器控制系統(tǒng)必須是手工接線、安裝，如果有簡單的改動，也需要花費大量時間及人力和物力去改制、安裝和調(diào)試。這種電路接線多，只適用于小型的控制電路。采用plc控制比繼電器控制好的多，我們采用plc來控制。 （1） 可靠性高，抗干擾能力強，高可靠性是電氣控制設(shè)備的關(guān)鍵性能。plc由于采用現(xiàn)代大規(guī)模集成電路技術(shù)，采用嚴(yán)格的生產(chǎn)工藝制造，內(nèi)部電路采取了先進的抗干擾技術(shù)，具有很高的可靠性。（2） 配套齊全，功能完善，適用性強plc發(fā)展到今天，已經(jīng)形成了大、中、小各種規(guī)模的系列化產(chǎn)品。可以用于各種規(guī)

20、模的工業(yè)控制場合。（3） 易學(xué)易用，深受工程技術(shù)人員歡迎plc作為通用工業(yè)控制計算機，是面向工礦企業(yè)的工控設(shè)備。（4） 系統(tǒng)的設(shè)計、建造工作量小，維護方便，容易改造，plc用存儲邏輯代替接線邏輯，大大減少了控制設(shè)備外部的接線，使控制系統(tǒng)設(shè)計及建造的周期大為縮短，同時維護也變得容易起來。更重要的是使同一設(shè)備經(jīng)過改變程序改變生產(chǎn)過程成為可能。這很適合多品種、小批量的生產(chǎn)場合。（5） 體積小，重量輕，能耗低，由于體積小很容易裝入機械內(nèi)部，是實現(xiàn)機電一體化的理想控制設(shè)備。1.4 本課題研究的主要內(nèi)容本課題需研制出可靠性高、易于操作的全自動洗衣機控制方法，該系統(tǒng)采用plc控制，主要包括電動機正反轉(zhuǎn)控制、

21、離合器控制、進排水電磁閥控制、循環(huán)控制、保護和聯(lián)鎖。研究的具體內(nèi)容包括：（1） 深入了解洗衣機的發(fā)展、結(jié)構(gòu)及控制要求。（2） 控制系統(tǒng)設(shè)計。包括硬件設(shè)計，plc的選擇，各硬件模塊的介紹，軟件設(shè)計，編程方法。 （3） 對編寫好的編譯程序進行實際調(diào)試。 第二章 系統(tǒng)的概述2.1 plc的控制特點 plc系統(tǒng)的特點：（1）可靠性高，抗干擾能力強。高可靠性是電氣控制設(shè)備的關(guān)鍵性能。plc由于采用現(xiàn)代大規(guī)模集成電路技術(shù)，采用嚴(yán)格的生產(chǎn)工藝制造，內(nèi)部電路采取了先進的抗干擾技術(shù)，具有很高的可靠性。（2）配套齊全，功能完善，適用性強。plc發(fā)展到今天，已經(jīng)形成了大、中、小各種規(guī)模的系列化產(chǎn)品，可以用于各種規(guī)模

22、的工業(yè)控制場合。（3）編程簡單。plc的優(yōu)越性主要體現(xiàn)在它采用了獨特的，多種面向廣大工程設(shè)計人員的編程語言如指令表，梯形圖，邏輯功能圖，順序功能圖等，程序簡潔、明了，適合各類技術(shù)人員的傳統(tǒng)習(xí)慣，即使是沒有計算機知識的人員也很容易掌握，特別是梯形圖與邏輯功能圖，形象直觀，動態(tài)監(jiān)測效果逼真，且與計算機控制容易連接，深受工程技術(shù)人員歡迎。（4）系統(tǒng)的設(shè)計、建造工作量小，維護方便，容易改造。plc用存儲邏輯代替接線邏輯，大大減少了控制設(shè)備外部的接線，使控制系統(tǒng)設(shè)計及建造的周期大為縮短，同時維護也變得容易起來。（5）體積小，重量輕，能耗低。由于體積小很容易裝入機械內(nèi)部，是實現(xiàn)機電一體化的理想控制設(shè)備。全

23、自動洗衣機采用plc控制系統(tǒng)將大大提高工作效率，和適應(yīng)工作環(huán)境的能力。它是整體模塊，集中了驅(qū)動電路、檢測電路、保護電路以及通訊聯(lián)網(wǎng)功能。因此在運用中硬件也相對簡單，大大提高了控制系統(tǒng)的可靠性。另外它的編程語言也相對簡單。其次，它能實現(xiàn)脫機手動工作，聯(lián)機自動就地工作，上機控制的單周期運行方式，自動啟動、自動停機控制方式單片機系統(tǒng)的特點：1）要求環(huán)境，單片機對環(huán)境的適應(yīng)能力較低，可靠性差。2）編程和plc相比難以學(xué)習(xí)，主要是單片機采用匯編語言或者是c語言，這些高級語言和plc語言相比，難以學(xué)習(xí)。3）功能單一只具有使用中所需要的功能。但是，它結(jié)構(gòu)簡單，處理速度快。典型的plc控制系統(tǒng)的硬件組成框圖如

24、圖2-1所示：圖2-1 plc控制系統(tǒng)的硬件組成框圖2.2 控制系統(tǒng)框圖 此次設(shè)計根據(jù)全自動洗衣機的工作原理, 洗衣機的工作流程由進水，洗衣，排水，和脫水四個過程組成。在半自動洗衣機中，這四個過程分別用相應(yīng)的按扭開關(guān)來控制。利用可編程控制器plc實現(xiàn)控制,用于說明plc控制的原理方法,特點及工作特色。此次全自動洗衣機控制系統(tǒng)設(shè)計利用了西門子s7-200系列plc的特點,對按鈕,電磁閥,開關(guān)等其他一些輸入/輸出點進行控制,實現(xiàn)了洗衣機洗衣過程的自動化。根據(jù)以上要求plc的控制系統(tǒng)框圖如下圖2-2所示：圖2-2 控制系統(tǒng)框圖2.3 控制系統(tǒng)對應(yīng)設(shè)備及功能根據(jù)控制過程中的進水、洗滌、脫水、報警等控制

25、要求，對控制所需的外部設(shè)備初步設(shè)計如表2-1與表2-2表2-1對應(yīng)設(shè)備及功能表對應(yīng)的輸入設(shè)備對應(yīng)的輸出設(shè)備啟動按扭進水電磁閥停止按扭排水電磁閥水位選擇開關(guān)（高水位）洗滌電動機正轉(zhuǎn)繼電器水位選擇開關(guān)（中水位）洗滌電動機反轉(zhuǎn)繼電器水位選擇開關(guān)（低水位）脫水電機繼電器手動排水開關(guān)報警器手動脫水開關(guān)高水位傳感器中水位傳感器低水位傳感器水排空傳感器表2-2 其它器件定時器/計數(shù)器對應(yīng)的作用定時器t37 進水暫停計時定時器t38正洗計時定時器t39反轉(zhuǎn)計時定時器t40脫水計時定時器t41報警計時定時器t42正洗暫停計時定時器t43反轉(zhuǎn)暫停計時計數(shù)器c50正反洗循環(huán)計數(shù)計數(shù)器c51大循環(huán)計數(shù)2.4全自動洗衣

26、機的控制系統(tǒng)原理與控制要求全自動洗衣機的進水，洗衣，排水，脫水是通過水位開關(guān)，電磁進水閥和電磁排水閥配合進行控制，從而實現(xiàn)自動控制的，水位開關(guān)用來控制進水到洗衣機內(nèi)高中低水位，電磁進水閥起著通斷水源的作用。進水時，電磁進水閥打開，將水注入，排水時，電磁排水閥打開，將水排出，洗衣時，洗滌電動機啟動，脫水時，脫水桶啟動。全自動洗衣機控制系統(tǒng)的要求是能實現(xiàn)“正常運行”和“強制停止” 兩種控制方式。正常運行方式的具體控制要求如下：將水位能夠通過水位開關(guān)設(shè)在合適的位置（高、中、低），按下“啟動”按鈕，開始進水，到達設(shè)定的水位（高、中、低）后，停止進水。進水停止2秒后開始洗衣。洗衣時，正轉(zhuǎn)20秒，停2秒，

27、然后反轉(zhuǎn)20秒，停2秒。如此循環(huán)共5次，總共220秒后開始排水，排空后脫水30秒。然后再進水，重復(fù)以上過程，如此循環(huán)共3次。洗衣過程完成，報警3秒并自動停機。“強制停止”方式的具體控制要求如下：若按下“停止”按鈕，洗衣過程停止，即洗滌電機和脫水桶停止轉(zhuǎn)動、進水電磁閥和排水電磁閥全部閉合?？捎檬謩优潘_關(guān)和手動脫水開關(guān)進行手動排水和脫水。根據(jù)全自動洗衣機的工作原理,洗衣機的工作流程由進水、洗衣、排水和脫水四個過程組成。在半自動洗衣機中，這四個過程分別用相應(yīng)的按扭開關(guān)來控制。利用可編程控制器plc實現(xiàn)控制,用于說明plc控制的原理方法、特點及工作特色。此次全自動洗衣機控制系統(tǒng)設(shè)計需要利用西門子s7

28、-200系列plc的特點,對按鈕、電磁閥、開關(guān)等其他一些輸入/輸出點進行控制,實現(xiàn)洗衣機洗衣過程的自動化。2.5全自動洗衣機示意圖圖2-5（a） 全自動洗衣機外部示意圖 圖2-5（b）全自動洗衣機內(nèi)部結(jié)構(gòu)示意圖 2.6主電路電動機控制線路圖 圖2-6 電動機控制線路圖注釋：qs：隔離開關(guān) fu：熔斷器 fr：熱繼電器 km：交流接觸器 km1閉合，洗滌電動機正傳洗滌 km2閉合：洗滌電動機反轉(zhuǎn)洗滌 km3閉合：脫水電動機脫水第三章 硬件電路的設(shè)計3.1 plc的選擇3.1.1 i/o點數(shù)統(tǒng)計i/o點數(shù)是plc的一項重要指標(biāo)。合理選擇i/o點數(shù)既可使系統(tǒng)滿足控制要求，又可使系統(tǒng)總投資最低。plc

29、的輸入輸出總點數(shù)和種類應(yīng)根據(jù)被控對象所需控制的模擬量、開關(guān)量、輸入輸出設(shè)備情況來確定，一般一個輸入輸出元件要占用一個輸入輸出點?？紤]到今后的調(diào)整和擴充，一般應(yīng)在估計的總點數(shù)上再加上20%30%的備用量。該系統(tǒng)有11個數(shù)字輸入點6個數(shù)字輸出點，具體的輸入輸出見表3-1表3-1 i/o點數(shù)統(tǒng)計表輸入點輸出點啟動按扭進水電磁閥停止按扭排水電磁閥水位選擇開關(guān)（高水位）洗滌電動機正轉(zhuǎn)繼電器水位選擇開關(guān)（中水位）洗滌電動機反轉(zhuǎn)繼電器水位選擇開關(guān)（低水位）脫水桶手動排水開關(guān)報警器手動脫水開關(guān)高水位傳感器中水位傳感器低水位傳感器水排空傳感器3.1.2 i/o儲存器容量的估算plc常用的內(nèi)存有eprom、eep

30、rom和帶鋰電池供電的ram。一般微型和小型plc的存儲容量是固定的，介于12kb之間。用戶應(yīng)用程序占用多少內(nèi)存與許多因素有關(guān)，如i/o點數(shù)、控制要求、運算處理量、程序結(jié)構(gòu)等。因此在程序設(shè)計之前只能粗略地估算。根據(jù)經(jīng)驗，每個i/o點及有關(guān)功能元件占用的內(nèi)存量大致如下：開關(guān)量輸入元件：1020b/點開關(guān)量輸出元件：510b/點定時器/計數(shù)器：2b/個模擬量：100150b/個通信接口：一個接口一般需要300b以上根據(jù)上面算出的總字節(jié)數(shù)再考慮增加25%左右的備用量，就可估算出用戶程序所需的內(nèi)存容量，從而選擇合適的plc內(nèi)存。該系統(tǒng)有11個數(shù)字輸入點6個數(shù)字輸出點，需內(nèi)存280b，有定時器6個，計時

31、器2個，需內(nèi)存16b，考慮余量后需要內(nèi)存370b。3.1.3 cpu功能與結(jié)構(gòu)的選擇plc的功能日益強大，一般plc都具有開關(guān)量邏輯運算、定時、計數(shù)、數(shù)據(jù)處理等基本功能，有些plc還可擴展各種特殊功能模塊，如通信模塊、位置控制模塊等，選型時可考慮以下幾點：功能與任務(wù)相適應(yīng)，plc的處理速度應(yīng)滿足實時控制的要求、plc結(jié)構(gòu)合理、機型統(tǒng)一、在線編程和離線編程的選擇。全自動洗衣機控制所要求的控制功能簡單，小型plc就能滿足要求了。若該控制系統(tǒng)cpu模塊可采用cpu-222模塊，該模塊采用交流220v供電，自帶8個數(shù)字量輸入點和6個數(shù)字量輸出點，不能完全滿足全自動洗衣機控制系統(tǒng)的要求，需要進行模塊擴展

32、，不方便。若該控制系統(tǒng)cpu模塊可采用cpu-226模塊，該模塊采用交流220v供電，自帶24個數(shù)字量輸入點和16個數(shù)字量輸出點，能完全滿足全自動洗衣機控制系統(tǒng)的要求，但浪費太多的輸入輸出接口，而且價格昂貴。該控制系統(tǒng)cpu模塊可采用cpu-224（ac/dc/繼電器）模塊，它可控制整個系統(tǒng)按照控制要求有條不紊地進行。同時由于該模塊采用交流220v供電，并且自帶14個數(shù)字量輸入點和10個數(shù)字量輸出點，完全能滿足全自動洗衣機控制系統(tǒng)的要求，所以不再需要另外的電源模塊、數(shù)字量和輸出模塊。綜上所述此次設(shè)計選用西門子s7-200-cpu-224（ac/dc/繼電器）模塊型plc。3.2 plc外部接線

33、圖根據(jù)全自動洗衣機的控制要求，對系統(tǒng)控制的i/o點數(shù)進行了統(tǒng)計和plc型號進行了選擇，現(xiàn)根據(jù)以上的統(tǒng)計和選擇對控制系統(tǒng)plc的外部接線設(shè)計如下圖3-2 圖3-2 plc外部接線圖3.3洗衣機的示意圖如圖3-3所示為洗衣機示意圖，在圖中st4為高水位傳感器，st5為中水位傳感器，st6為低水位傳感器，st7位水排盡傳感器，當(dāng)選擇好水位后，yv1打開開始進水，當(dāng)水位到達相應(yīng)水位時，相應(yīng)的傳感器送出on信號否則為off,只有當(dāng)水上升到與選擇水位相開關(guān)一致時，yv1關(guān)閉停止進水，開始洗衣。圖3-3 洗衣機示意圖第四章 軟件的設(shè)計4.1 i/o分配表4.1.1 輸入地址分配表 列出全自動洗衣機的輸入分配

34、表，見表4-1。表4-1輸入地址分配表輸入地址對應(yīng)的外部設(shè)備i0.0啟動按扭i0.1停止按扭i0.2水位選擇開關(guān)（高水位）i0.3水位選擇開關(guān)（中水位）i0.4水位選擇開關(guān)（低水位）i0.5手動排水開關(guān)i0.6手動脫水開關(guān)i0.7高水位傳感器i1.0中水位傳感器i1.1低水位傳感器i1.2水排空傳感器4.1.2 輸出地址分配表列出全自動洗衣機的輸出分配表，見表4-2。表4-2輸出地址分配表輸出地址對應(yīng)的輸出設(shè)備q0.0進水電磁閥q0.1排水電磁閥q0.2洗滌電動機正轉(zhuǎn)繼電器q0.3洗滌電動機反轉(zhuǎn)繼電器q0.4脫水q0.5報警器4.1.3 內(nèi)部元件地址分配表全制動洗衣機控制時，需用到plc內(nèi)部的

35、計時器和計數(shù)器對其進行過程控制，現(xiàn)對控制中要用到的內(nèi)部位元件地址分配表歸納如表4-3。表4-3內(nèi)部地址分配表定時器/計時器對應(yīng)的作用t37 進水暫停計時2秒t38正洗計時20秒t39反轉(zhuǎn)計時20秒t40脫水計時30秒t41報警計時3秒t42正洗暫停計時2秒t43反轉(zhuǎn)暫停計時2秒c50正反洗循環(huán)計數(shù)5次c51大循環(huán)計數(shù)3次4.2 程序流程圖設(shè)計plc采用計算機控制技術(shù)，其程序設(shè)計同樣可遵循軟件工程設(shè)計方法，程序工作過程可用流程圖表示。由于plc的程序執(zhí)行為循環(huán)掃描工作方式，因而與計算機程序框圖不同點是，plc程序框圖在進行輸出刷新后，再重新開始輸進掃描，循環(huán)執(zhí)行。 全自動洗衣機工作方式有自動方式

36、和手動方式兩種。在自動方式下，plc將運行已經(jīng)設(shè)置好的程序和參數(shù)（適用于機械一切都正常的情況下），按照用戶設(shè)定好的程序來進行工作。手動方式是在緊急停止情況下，可以手動進行排水和脫水。4.2.1強制停止流程圖全自動洗衣機強制停止流程圖如圖4-2-1所示。圖4-2-1 強制停止流程圖4.2.2正常運行流程圖全自動洗衣機正常運行時即洗衣機按照程序設(shè)定依次完成依次洗衣過程，從選擇水位，按下啟動按扭，開始進水直到水滿（即水位達到高水位）時停止進水開始洗滌正轉(zhuǎn)，洗滌時，正轉(zhuǎn)20秒，停2秒，然后反轉(zhuǎn)20秒，停2秒，如此循環(huán)5次，總共220秒開始排水，水位下降到低水位時開始脫水并繼續(xù)排水，脫水30秒，開始清洗

37、，重復(fù)以上過程，清洗兩遍，清洗完成，報警3秒并自動停機。 按照以上的工作流程，作出全自動洗衣機的正常運行工作流程圖見圖4-2-2。圖4-2-2 正常運行流程圖4.3 程序設(shè)計4.3.1 plc控制流程圖控制流程圖，它是描述控制系統(tǒng)的控制過程、功能和特性的一種圖形。全自動洗衣機控制系統(tǒng)plc控制流程圖見圖4-3-1圖4-3-1 plc控制流程圖4.3.2 系統(tǒng)梯形圖一、梯形圖的特點梯形圖是plc模擬繼電器控制系統(tǒng)的編程方法。它由觸點、線圈或功能方框等構(gòu)成，梯形圖左、右的垂直線稱為左、右母線。畫梯形圖時，從左母線開始，經(jīng)過觸點和線圈（或功能方框），終止于右母線。1)plc梯形圖中的某些編程元件沿用

38、了繼電器這一名稱，如輸入繼電器、輸出繼電器、內(nèi)部輔助繼電器等，但是它們不是真實的物理繼電器(即硬件繼電器)，而是在軟件中使用的編程元件。每一編程元件與plc存儲器中元件映像寄存器的二個存儲單元相對應(yīng)。以輔助繼電器為例，如果該存儲單元為0狀態(tài)，梯形圖中對應(yīng)的編程元件的線圈“斷電”，其常開觸點斷開，常閉觸點閉合，稱該編程元件為0狀態(tài)，或稱該編程元件為off(斷開)。該存儲單元如果為1狀態(tài)，對應(yīng)編程元件的線圈“通電”，其常開觸點接通，常閉觸點斷開，稱該編程元件為l狀態(tài)，或稱該編程元件為on(接通)。2)根據(jù)梯形圖中各觸點的狀態(tài)和邏輯關(guān)系，求出與圖中各線圈對應(yīng)的編程元件的on/off狀態(tài)，稱為梯形圖的

39、邏輯解算。邏輯解算是按梯形圖中從上到下、從左至右的順序進行的。解算的結(jié)果，馬上可以被后面的邏輯解算所利用。邏輯解算是根據(jù)輸入映像寄存器中的值，而不是根據(jù)解算瞬時外部輸入觸點的狀態(tài)來進行的。3)梯形圖中各編程元件的常開觸點和常閉觸點均可以無限多次地使用。4)輸入繼電器的狀態(tài)唯一地取決于對應(yīng)的外部輸入電路的通斷狀態(tài)，因此在梯形圖中不能出現(xiàn)輸入繼電器的線圈 5)梯形圖中的基本編程元素有觸點、線圈和方框。觸點：代表邏輯控制條件。觸點閉合時表示能量可以流過。觸點分常開觸點和常閉觸點兩種形式。線圈：通常代表邏輯“輸出”的結(jié)果。能量流到，則該線圈被激勵。方框：代表某種特定功能的指令。能量流通過方框時，則執(zhí)行

40、方框所代表的功能。方框所代表的功能有很多種，例如：定時器、計數(shù)器、數(shù)據(jù)運算等。梯形圖中，每個輸出元素可以構(gòu)成一個梯級。每個梯形圖網(wǎng)絡(luò)由一個或多個梯級組成。 二、梯形圖繪制原則1) 梯形圖按自上而下、從左到右的順序排列。每個繼電器器線圈為一個邏輯行，即一層階梯。每一個邏輯行起于左母線，然后是觸點的連接，最后終止于繼電器線圈或右母線。注意：左母線與線圈之間一定要有觸點，而線圈與右母線之間不能有任何點，應(yīng)直接連接。2) 一般情況下，在梯形圖中某個編號繼電器線圈只能出現(xiàn)一次，而繼電器觸點可無限引用。有些plc，在含有跳轉(zhuǎn)指令或步進指令的梯形圖中允許雙線圈輸出。 3) 在每個邏輯行中，串聯(lián)觸點多的支路應(yīng)

41、放在上方。如果將串聯(lián)觸點多的支路放下方，則語句增多，程序變長。4) 在每個邏輯行中，并聯(lián)觸點多的支路應(yīng)放在左邊。如果將并聯(lián)觸點多的支路放右邊，則語句增多，程序變長。5) 梯形圖中，不允許一個觸點上有雙向“電流”通過。6) 梯形圖中，當(dāng)多個邏輯行都具有相同條件時，為了節(jié)省語句數(shù)量，常將這些邏輯行合并。當(dāng)相同條件復(fù)雜時，這對儲存容量小的plc很有意義。7) 設(shè)計梯形圖時，輸入繼電器的觸點狀態(tài)全部按相應(yīng)的輸入設(shè)備為常開狀態(tài)進行設(shè)計更為合適，不易出錯。因此，也建議盡可能用輸入設(shè)備的常開觸點與plc輸入端連接。如果某些信號只能用常閉觸點輸入，可以按輸入設(shè)備全部常開來設(shè)計，然后將梯形圖中對應(yīng)的輸入繼電器觸

42、點取反。4.4 梯形圖編寫打開step-micro/win32編程軟件，軟件主界面如圖4-4所示。在進行控制程序編程之前，首先需要創(chuàng)建一個項目。具體操作步驟為：執(zhí)行菜單【文件】【新建】選項或單擊工具欄的新建按鈕，圖4-4 step-micro/win32主界面生成一個新的項目。項目以擴展名為project.mwp的文件格式保存。（2）設(shè)置與讀取plc的型號在對plc編程之前，應(yīng)正確地設(shè)置其型號，以防止創(chuàng)建程序時發(fā)生編輯錯誤。設(shè)置與讀取plc的型號的方法是：執(zhí)行菜單【plc】【類型】選項，在出現(xiàn)的對話框中，選擇plc型號和cpu版本。也可以雙擊指令樹的【項目1】，然后雙擊plc型號和cpu版本選

43、項，在彈出的對話框中進行設(shè)置。在本設(shè)計中選用了cpu224的plc，需要在對話框中選擇正確的cpu版本。cpu選型對話框如圖4-5所示。（3）程序的結(jié)構(gòu)及編寫s7-200系列plc支持的指令集有simatic和iec1131-3兩種。simatic編程模式的選擇，可以通過執(zhí)行菜單【工具】【選項】【常規(guī)】【simatic】選項來確定。編程軟件可實現(xiàn)3種編程語言之間的任意切換，執(zhí)行菜單【查看】【梯形圖】或【stl】或【fbd】選項便可進入相應(yīng)的編程環(huán)境。 圖4-5 設(shè)置plc的型號簡單的數(shù)字量控制程序一般只有主程序，系統(tǒng)較大、功能復(fù)雜的程序除了主程序外，可能還有子程序、中斷程序。編程時可以點擊編輯

44、窗口下方的選項來實現(xiàn)切換以完成不同程序結(jié)構(gòu)的程序編輯。主程序在每個掃描周期內(nèi)均被順序執(zhí)行一次。子程序的指令放在獨立的程序塊中，僅在被程序調(diào)用時才執(zhí)行。中斷程序的指令也放在獨立的程序塊中，用來處理預(yù)先規(guī)定的中斷事件，在中斷事件發(fā)生時操作系統(tǒng)調(diào)用中斷程序。在指令樹中選擇需要的編程元件,在指令工具條中選擇輸入連接線，完成梯形圖的編寫。（4）編譯程序編輯完成后,用“plc”菜單中的“編譯”命令進行離線編譯。編譯結(jié)束，在輸出窗口顯示編譯結(jié)果信息，顯示無錯誤。4.5 梯形圖重點程序段落分析輔助繼電器梯形圖如圖4-7,4-8所示。圖4-7 輔助繼電器梯形圖（一）圖4-8 輔助繼電器梯形圖（二）如圖4-7和圖

45、4-8所示程序段落，m0.0是按下按鈕的輔助繼電器，m0.1是判斷洗衣機水位是否和設(shè)定水位不一致的輔助繼電器，m0.2是判斷洗衣機水位是否和設(shè)定水位一致的輔助繼電器，m0.3是停止自動洗衣的輔助繼電器。按下啟動按鈕，m0.0輸出。當(dāng)水位與設(shè)定水位不一致時，m0.1輸出；反之，m0.2輸出。 圖4-9 進水梯形圖如圖4-9所示程序段落，按下啟動按鈕或者脫水完畢（t40定時時間到），而且洗衣大循環(huán)未到3次時，開始進水。當(dāng)水位到設(shè)定水位后停止進水，等待2秒進入洗衣過程。在強制停止情況下，當(dāng)停止按鈕按下時立即停止進水。洗衣前根據(jù)衣物多少選擇好水位，按下水位選擇開關(guān)(i0.2、i0.3、i0.4)任意一

46、個，再按下啟動按鈕，i0.0接通，q0.0接通，開始進水。當(dāng)水位上升到與選擇的水位相一致時，相一致的水位傳感器(i0.7、i1.0、i1.1)傳出信號，q0.0斷開停止進水，t37開始計時。圖4-10 洗衣梯形圖如圖4-10所示程序段落，t37計時時間到，q0.2接通開始正轉(zhuǎn)洗衣，t38計時開始。t38計時20秒，q0.2斷開，正洗暫停，t39開始計時。t39計時時間到，q0.3接通，反洗，t40開始計時。t40計時時間到，q0.3斷開，反洗暫停，t43開始計時。t43計時時間到，c50計數(shù)一次，同時洗衣返回q0.2接通，重復(fù)以上從正洗開始的全部動作，直到c50計滿5次數(shù)時，q0.1接通并自保

47、，開始排水，c50復(fù)位，準(zhǔn)備下次循環(huán)時再計數(shù)。排水梯形圖如圖4-11所示。洗衣過程完畢，正反轉(zhuǎn)大循環(huán)達到5次后，即c50計滿5次時，進入排水過程。當(dāng)水排空后停止排水。 圖4-11 排水梯形圖圖4-12 脫水梯形圖如圖4-12所示程序段落是脫水梯形圖，水排空后，水排空輔助繼電器m0.4接通并自鎖，洗衣機開始進行脫水，脫水30秒即t40計時30秒后停止脫水。因為判斷水排空是否在排水完畢后，所以要用到排水完畢輔助繼電器。圖4-13 報警梯形圖如圖4-13 所示程序段落，排水過程進行3次，即洗衣大循環(huán)3次后，開始報警過程，3秒后停止報警，這樣整個洗衣過程結(jié)束。第五章 系統(tǒng)仿真5.1 s7-200 v4

48、.0的仿真軟件該仿真軟件可以仿真大量的s7-200指令（支持常用的位觸點指令、定時器指令、計數(shù)器指令、比較指令、邏輯運算指令和大部分的數(shù)學(xué)運算指令等，但部分指令如順序控制指令、循環(huán)指令、高速計數(shù)器指令和通訊指令等尚無法支持。仿真程序提供了數(shù)字信號輸入開關(guān)、兩個模擬電位器和led輸出顯示，仿真程序同時還支持對td-200文本顯示器的仿真，在實驗條件尚不具備的情況下，完全可以作為學(xué)習(xí)s7-200的一個輔助工具。另外，仿真軟件還有讀取cpu和擴展模塊的信息、設(shè)置plc實時時鐘、控制循環(huán)掃描次數(shù)等功能。軟件的主界面如圖5-1所示。 圖5-1 s7-200仿真軟件主界面圖中灰色部分為是cpu 224類型

49、的plc面板可顯示cpu運行狀態(tài)和i/o點的狀態(tài)，燈亮為1，燈滅為0。cpu224的右邊空白方框是擴展模塊的位置，雙擊空白方框即可進行模塊配置選擇，根據(jù)需要可選擇各種數(shù)字量和模擬量的擴展模塊。cpu模塊的下方是用于輸入數(shù)字量信號的小開關(guān)面板，具有和cpu224對應(yīng)的14個輸入點，單擊面板中的開關(guān)按鈕可使其0，1狀態(tài)切換，在cpu面板上的模擬led燈對應(yīng)滅，亮。開關(guān)面板下方的smb28,smb29是兩個直線電位器，分別是cpu224的兩個8位模擬量輸入電位器對應(yīng)的特殊存儲器字節(jié)，可左右拖動滑塊來設(shè)置它的值，范圍在0-255之間。5.2 仿真測試（1）cpu選型執(zhí)行圖中菜單命令“configura

50、tion”“cpu type”，在cpu型號對話框中選擇自己對應(yīng)的cpu型號，cpu224。如圖5-2-1所示。圖5-2-1 cpu選型框（2）程序的下載仿真軟件不能直接接收s7-200程序代碼，在step7-micro/win中將程序編譯并導(dǎo)出成ascii文本文件（擴展名為awl），文件名為：全自動洗衣機.awl。然后在s7-200仿真軟件中使用工具欄的下載按鈕即可將導(dǎo)出的文件下載到仿真軟件當(dāng)中進行仿真測試。加載成功后，在仿真軟件中的awl和kop觀察窗口中就可以分別觀察到加載的語句表程序和梯形圖程序。下載框如圖5-2-2所示。圖5-2-2 文件下載框5.3仿真運行在仿真軟件中點擊工具欄上的

51、按鈕，啟動運行，使仿真plc切換到run模式開始仿真測試。仿真結(jié)果圖如下圖所示。5-3-1 洗衣機通電準(zhǔn)備啟動5-3-2 洗衣機開始進水5-3-3 洗衣機進水達到指定位置后停止進水并且洗衣機正傳5-3-4 洗衣機正傳后停2秒5-3-5 洗衣機開始反轉(zhuǎn)；此后洗衣機進入循環(huán)系統(tǒng)5-3-6按下洗衣機的手動脫水按鈕洗衣機5-3-7 按下洗衣機的急停按鈕5.4仿真結(jié)果分析（一)仿真界面顯示過程由5.3中仿真結(jié)果圖可以得知（以高水位為例）：單擊面板中的按鈕0后，手動復(fù)位；單機cpu面板上的開關(guān)2使其cpu面板上的模擬led燈0對應(yīng)亮，再單擊面板上的開關(guān)7（高水位傳感器）使其cpu面板上的模擬led燈0熄滅

52、，模擬led燈2對應(yīng)亮,20秒以后模擬led燈2熄滅，停2秒以后，cpu面板上的模擬led燈3亮，20秒以后又熄滅，停2秒以后,cpu面板上的模擬led燈2對應(yīng)亮20秒.如此循環(huán)下去5次，等到這5次循環(huán)結(jié)束后，cpu面板上的模擬led燈1亮，同時將cpu面板上的開關(guān)7復(fù)位，此時，單機cpu模擬面板上的開關(guān)1.2（水位排空傳感器），cpu面板上的模擬led燈4也開始亮起，30秒以后cpu面板上的模擬led燈1和燈4熄滅，至此第一個大循環(huán)結(jié)束；還回到cpu面板上的模擬led燈0對應(yīng)亮.新的一輪大循環(huán)即將開始，如此循環(huán)3次以后，cpu面板上的模擬led燈5亮3秒，3秒以后，整個cpu面板上的模擬le

53、d燈全部熄滅，整個運行過程結(jié)束。（二）仿真結(jié)果分析過程在實際操作中相當(dāng)于按下啟動按鈕，洗衣機開始準(zhǔn)備正常運行將水位能夠通過水位開關(guān)設(shè)在合適的位置（高、中、低），按下“啟動”按鈕，進水閥打開，開始進水，到達設(shè)定的水位（高、中、低）后，以高水位為例，高水位傳感器傳出數(shù)據(jù)，進水電磁閥關(guān)閉，停止進水，進水停止2秒以后，洗衣過程開始.洗衣時，電動機正轉(zhuǎn)20秒，停2秒，然后電動機反轉(zhuǎn)20秒，停2秒；如此循環(huán)共5次，總共220秒后開始排水，當(dāng)水排空以后，脫水電動機脫水30秒，在此過程中，排水電磁閥一直打開，第一次大循環(huán)結(jié)束。然后下一個大循環(huán)開始，洗衣機再進水.重復(fù)以上過程，如此循環(huán)共3次；洗衣過程完成，報警3秒以后，洗衣機自動停機。在整個仿真過程中，按鈕需要手動復(fù)位，否則無輸出或輸出混亂。各水位傳感器需要手動使其置位，當(dāng)水位開始下降時，需要進行手動進行復(fù)位，否則，洗衣機不能完全按照自動方式進行工作。第六章 總結(jié)與展望6.1總結(jié)下面是我對整個畢