終極版苗祺全自動洗衣機(jī)畢業(yè)設(shè)計及組態(tài)王仿真改過1_-1

1、基于組態(tài)王kingview6.50實(shí)現(xiàn)全自動洗衣機(jī)控制1. 概述 1.1 選題背景 洗衣機(jī)是人們?nèi)粘Ｉ钪谐Ｒ姷囊环N家電，已經(jīng)成為人們生活中不可缺少的家用電器。在工業(yè)生產(chǎn)中應(yīng)用也十分廣泛。但是傳統(tǒng)的基于繼電器的控制，已經(jīng)不能滿足人們對洗衣機(jī)的自動化程度的要求了。洗衣機(jī)需要更好地滿足人們的需求，必須借助于自動化技術(shù)的發(fā)展。而隨著PLC技術(shù)的發(fā)展，用PLC來作為控制器，就能很好地滿足全自動洗衣機(jī)對自動化的要求，并且控制方式靈活多樣，控制模式可以根據(jù)不同場合的應(yīng)用而有所不同。自動化技術(shù)的飛速發(fā)展使得洗衣機(jī)由初始的半自動式洗衣機(jī)發(fā)展到現(xiàn)在的全自動洗衣機(jī)，又正在向智能化洗衣機(jī)方向發(fā)展。1.2 全自動洗衣

2、機(jī)發(fā)展概況 全自動洗衣機(jī)是一種除放、取衣物和開動洗衣機(jī)這三道手續(xù)外，其余洗衣各程序全部自動完成的設(shè)備。1874年美國的比爾·布萊克斯通發(fā)明了木制手搖洗衣機(jī)，這是世界上第一臺人工攪動洗衣機(jī)。1911年美國人又研制了世界上第一臺電動洗衣機(jī)。1920年美國的瑪依塔格公司又把洗衣機(jī)的木制桶改為鋁制桶體，第二年又把鋁制桶體改為外層鑄鋁、內(nèi)層為銅板的雙層結(jié)構(gòu)。1936年，他們又將搪瓷用于洗衣機(jī)桶體。與此同時，世界各地也相繼出現(xiàn)了洗衣機(jī)。歐洲國家研究成功了噴流式洗衣機(jī)和滾筒式洗衣機(jī)。1932年后，美國一家公司研制成功了第一臺前裝式滾筒全自動洗衣機(jī)，洗滌、漂洗和脫水都在同一個滾筒內(nèi)自動完成，使洗衣機(jī)

3、的發(fā)展躍上了一個新臺階。這種滾筒洗衣機(jī)，目前在歐洲、美洲等地得到了廣泛的應(yīng)用。第二次世界大戰(zhàn)結(jié)束后，洗衣機(jī)得到了迅速的發(fā)展，研制出具有獨(dú)特風(fēng)格的波輪式洗衣機(jī)。這種洗衣機(jī)由于其波輪安裝在洗衣桶底，又稱渦卷式洗衣機(jī)。近幾十年，在工業(yè)發(fā)達(dá)國家，全自動洗衣機(jī)制造技術(shù)又得到迅速發(fā)展，其年總產(chǎn)量及社會普及率均以達(dá)到相當(dāng)高得水平。 目前世界洗衣機(jī)年總產(chǎn)量近5000萬臺，而全自動洗衣機(jī)的產(chǎn)量呈增長趨勢，在技術(shù)性能上正向著節(jié)水、節(jié)能、高效、結(jié)構(gòu)更趨合理的方向發(fā)展。微電腦控制功能、新型的洗滌方式、高速脫水以及低噪音等方面都有了很大提高。近幾年，我國的洗衣機(jī)制造技術(shù)得到迅速發(fā)展，從生產(chǎn)單桶波輪式、雙桶波輪式洗衣機(jī)逐

4、步向套桶波輪式全自動洗衣機(jī)和滾筒式全自動洗衣機(jī)方向發(fā)展其中全自動洗衣機(jī)的年產(chǎn)量已占洗衣機(jī)總產(chǎn)量的10%左右。生產(chǎn)規(guī)模不斷擴(kuò)大，技術(shù)工藝日趨完善，產(chǎn)品質(zhì)量穩(wěn)步提高，已生產(chǎn)出技術(shù)性能優(yōu)良多種牌號的全自動洗衣機(jī)供應(yīng)市場。1.3 控制系統(tǒng)的選擇 從滿足全自動洗衣機(jī)控制系統(tǒng)的安全性、擴(kuò)展性和可靠性方面考慮，目前常見的全自動洗衣機(jī)自動控制系統(tǒng)，主要有單片機(jī)控制、PLC控制、工業(yè)控制計算機(jī)集中控制等類型。隨著集成芯片技術(shù)的不斷提高，特別是高檔8位單片機(jī)的普及，單片機(jī)全自動洗衣機(jī)系統(tǒng)由單片計算機(jī)及其外圍芯片構(gòu)成控制系統(tǒng)。雖然單片機(jī)本身小巧、功耗低，實(shí)時控制功能強(qiáng)，但是其軟、硬件的開發(fā)必須借助于開發(fā)工具，系統(tǒng)調(diào)

5、試?yán)щy，不具有自開發(fā)能力，且編寫洗滌、脫水等程序相對復(fù)雜；在設(shè)計控制系統(tǒng)硬件時，要有多種電路保護(hù)裝置，如電流保護(hù)、電壓保護(hù)、過載保護(hù)、過熱保護(hù)及欠壓保護(hù)等等。這樣增加了硬件的復(fù)雜性，隱含較高的故障率，無形地增加了維修成本費(fèi)用。工業(yè)控制計算機(jī)全自動洗衣機(jī)控制系統(tǒng)是利用通用計算機(jī)的擴(kuò)展槽或擴(kuò)展區(qū)，設(shè)計應(yīng)用系統(tǒng)硬件模板，如通訊板、I/O擴(kuò)展板等測控功能板，與通用計算機(jī)構(gòu)成一個用于完成預(yù)定測控功能的控制系統(tǒng)。其特點(diǎn)是系統(tǒng)有較強(qiáng)的軟、硬件支持。利用通用計算機(jī)的軟、硬件資源來支持控制系統(tǒng)進(jìn)行工作，具有自開發(fā)能力，有較強(qiáng)的可視能力和數(shù)據(jù)。處理能力，更適合于計算機(jī)集中控制系統(tǒng)應(yīng)用。 PLC是一種新型的具有極高

6、可靠性的通用自動化控制裝置。它以微處理器為核心，有機(jī)地將微型計算機(jī)技術(shù)、自動化控制技術(shù)及通信技術(shù)融為一體。其特點(diǎn)如下：抗干擾能力強(qiáng)，可靠性極高。PLC是專為工業(yè)控制設(shè)計的，采取了精選元器件及多層次抗干擾等措施，能適應(yīng)工業(yè)現(xiàn)場的惡劣環(huán)境。 1）編程方便。PLC采用易于理解和掌握的梯形圖語言，以及面向工業(yè)控制的簡單指令。1 2）使用方便。PLC的結(jié)構(gòu)不僅具有先進(jìn)的通訊和輸入、輸出能力，而且其模塊化的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)、靈活的配置能力，使用戶可以靈活組成各種規(guī)模和不同要求的控制系統(tǒng)。 3）維護(hù)方便。PLC模塊化的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，使操作人員在維修時只需要更換插入式模板或其它易損部件即可完成，既方便又減少了影響系統(tǒng)運(yùn)行

7、的時間。 4）設(shè)計、施工、調(diào)試周期短。用PLC完成一項(xiàng)控制工程時，由于其硬、軟件齊全，設(shè)計和施工可同時進(jìn)行，縮短了周期。 5）易于實(shí)現(xiàn)機(jī)電一體化。PLC的結(jié)構(gòu)緊湊，體積小，重量輕，可靠性高，抗振防潮和耐熱能力強(qiáng)，使之易于安裝在機(jī)器設(shè)備內(nèi)部，制造出機(jī)電一體化產(chǎn)品。 6）PLC控制洗衣機(jī)洗衣程序有獨(dú)特之處。首先，它是一個順序控制系統(tǒng)程序；其次，洗滌、漂洗、排水、脫水時間是由PLC內(nèi)的計數(shù)器和定時器中參數(shù)控制的，只要改變它的參數(shù)太小就可改變整個程序時間長短，通過改變PLC的型號，可以根據(jù)衣物的質(zhì)地、數(shù)量及臟污程度來實(shí)現(xiàn)標(biāo)準(zhǔn)洗洗、柔和洗的多功能，通過修改洗衣程序可實(shí)現(xiàn)進(jìn)水、洗滌、漂洗、排水 脫水的順序

8、控制，也可實(shí)現(xiàn)或洗滌、或漂洗、或脫水等單體控制，在設(shè)計過程中，可以方便地加入相應(yīng)的配套裝置，如指示燈、蜂鳴器。 通過以上分析、說明可知全自動洗衣機(jī)的控制系統(tǒng)是有多樣性的，雖然各種控制系統(tǒng)均可運(yùn)用，但是必須考慮它的結(jié)構(gòu)和成本。鑒于PLC的諸多優(yōu)勢，結(jié)合全自動洗衣機(jī)自動控制系統(tǒng)的需要，選擇德國西門子公司生產(chǎn)的具有高性能價格比的S7-200系列可編程序控制器。不斷提高，特別是高檔8位單片機(jī)的普及，單片機(jī)全自動洗衣機(jī)系統(tǒng)由單片計算機(jī)及其外圍芯片構(gòu)成控制系統(tǒng)。雖然單片機(jī)本身小巧、功耗低，實(shí)時控制功能強(qiáng)，但是其軟、硬件的開發(fā)必須借助于開發(fā)工具，系統(tǒng)調(diào)試?yán)щy，不具有自開發(fā)能力，且編寫洗滌、脫水等程序相對復(fù)雜

9、；在設(shè)計控制系統(tǒng)硬件時，要有多種電路保護(hù)裝置，如電流保護(hù)、電壓保護(hù)、過載保護(hù)、過熱保護(hù)及欠壓保護(hù)等等。這樣增加了硬件的復(fù)雜性，隱含較高的故障率，無形地增加了維修成本費(fèi)用。 2. 全自動洗衣機(jī)控制系統(tǒng)設(shè)計 2.1 系統(tǒng)描述本文描述的是一種全自動洗衣機(jī)，它可以自動地完成洗衣的全過程。全自動洗衣機(jī)的洗衣桶（外桶）和脫水桶（內(nèi)桶）是以同一中心安放的。外桶固定，作盛水用。內(nèi)桶可以旋轉(zhuǎn)，作脫水甩干）用。內(nèi)桶的四周有很多小孔，使內(nèi)、外桶的水流相通。該洗衣機(jī)的進(jìn)水和排水分別由進(jìn)水電磁閥和排水電磁閥來執(zhí)行。進(jìn)水時，通過電控系統(tǒng)使進(jìn)水閥打開，經(jīng)進(jìn)水管將水注入到外桶。排水時，通過電控系統(tǒng)使排水閥打開，將水由外桶排到

10、機(jī)外。洗滌正轉(zhuǎn)、反轉(zhuǎn)由洗滌電機(jī)驅(qū)動波盤正、反轉(zhuǎn)來實(shí)現(xiàn)，此時脫水同并不旋轉(zhuǎn)。脫水時，通過電控系統(tǒng)將離合器合上，由洗滌電機(jī)帶動內(nèi)桶正轉(zhuǎn)進(jìn)行甩干。高、低水位開關(guān)分別用來檢測高、低水位。啟動按鈕用來啟動洗衣機(jī)工作。停止按鈕用來實(shí)現(xiàn)手動停止進(jìn)水、排水、脫水及報警。其示意圖如圖2.1所示。 圖2.1 全自動洗衣機(jī)示意圖2.2 制定控制方案通常地，人們采用洗衣機(jī)來洗衣服需要經(jīng)歷洗滌、漂洗、排水、脫水等4個環(huán)節(jié)，而在全自動洗衣機(jī)中，這樣的一個過程全由PLC來完成。并且，全自動洗衣機(jī)需要其控制系統(tǒng)足夠可靠，以避免洗衣機(jī)輕易出現(xiàn)故障。全自動洗衣機(jī)的簡單工作過程如圖2.2所示。 圖2.2 全自動洗衣機(jī)的簡單工作過程

11、 其中，洗衣的方式（標(biāo)準(zhǔn)或是柔和）、洗衣中的水位選擇（高水位洗衣、低水位洗衣等）等兩個方面需要在人們將衣服放入洗衣機(jī)洗衣服之后手動來選擇。并且是必須選擇的洗衣參數(shù)。當(dāng)選擇了一種洗衣參數(shù)后，按下啟動按鈕，洗衣機(jī)就會自動完成洗衣服的整個過程。全自動洗衣機(jī)系統(tǒng)中，PLC主要完成一下功能：1. 檢測功能 （1）檢測洗衣的方式：標(biāo)準(zhǔn)或者是柔和的選擇。（2）檢測洗衣時的水位：高水位或者是低水位的選擇。（3）檢測進(jìn)水是否到了需要的水位，即進(jìn)水是否完成。（4）檢測排水是否已經(jīng)完成。 2. 控制功能 （1）控制進(jìn)水、洗滌、排水、漂洗、脫水等洗衣機(jī)的動作。（2）控制洗滌、漂洗、脫水等的時間長短。（3）控制洗滌、漂

12、洗等的次數(shù)。（4）控制在洗衣機(jī)完成一個動作后到下一個動作的準(zhǔn)確轉(zhuǎn)換。（5）控制完成洗衣時的信號提示。 根據(jù)上述對全自動洗衣機(jī)系統(tǒng)的功能分析，可以設(shè)計如圖2.3所示的全自動洗衣機(jī)硬件系統(tǒng)框圖。 圖2.3 全自動洗衣機(jī)硬件系統(tǒng)框圖 1. PLC主機(jī) 選擇西門子S7-200系列PLC作為此全自動洗衣機(jī)的控制主機(jī)。在西門子S7-200系列PLC中又有CPU221、CPU222、CPU224、CPU226、CPU226XM等之分。此全自動洗衣機(jī)系統(tǒng)中總共有8個數(shù)字量輸入，6個數(shù)字量輸出，共需14點(diǎn)I/O,根據(jù)I/O點(diǎn)數(shù)及程序容量，選擇了CPU224作為其主機(jī)。 2. 啟動按鈕 啟動按鈕用來控制全自動洗衣

13、機(jī)開始工作與否，一般地，在用戶在洗衣機(jī)內(nèi)放入衣服，且已經(jīng)準(zhǔn)備好開始洗衣服之后，按下啟動按鈕，全自動洗衣機(jī)開始洗衣。 3. 停止按鈕 停止按鈕用來控制運(yùn)行中的全自動洗衣機(jī)停止工作與否。在洗衣服的過程中，用戶需要停止洗衣機(jī)，就可以直接按下停止按鈕，洗衣機(jī)即會停止工作。 4. 高水位 高水位是指洗衣機(jī)在洗衣過程中，洗衣機(jī)筒內(nèi)保持的水位高低，一旦選擇了高水位，則在洗衣過程中的水位將保持系統(tǒng)設(shè)定下的兩個水位中的相對高一點(diǎn)的水位。這里，在操作面板上，用一個按鈕來設(shè)置高水位，按下按鈕表示選擇高水位。5. 低水位 低水位是指洗衣機(jī)在洗衣過程中，洗衣機(jī)筒內(nèi)保持的水位的高低，是相對于高水位來說的，在洗衣機(jī)系統(tǒng)的初

14、始設(shè)計中，設(shè)計了兩種水位，這個是相對比較低的一個水位，但是同樣可以完成洗衣過程。在操作面板上，用一個按鈕來設(shè)置低水位，按下按鈕表示選擇低水位。需要注意的是，用戶在使用中，只能選擇一種水位高水位或者低水位，但是，但是在實(shí)際生活中，很有可能用戶不小心同時按下了高水位按鈕和低水位按鈕，因此，在設(shè)計中必須要考慮到水位的互鎖。當(dāng)然也可以將高水位與低水位選擇設(shè)計成一個按鈕，按下去的時候?yàn)楦咚?，不按則是低水位。需要說明的是，高水位的選擇必須在用戶開始一次洗衣之前完成。 6. 標(biāo)準(zhǔn)按鈕 標(biāo)準(zhǔn)按鈕用來設(shè)置洗衣機(jī)洗衣服的模式，當(dāng)按下標(biāo)準(zhǔn)按鈕時，選擇了標(biāo)準(zhǔn)模式，洗衣機(jī)自動按照標(biāo)準(zhǔn)模式洗衣服。7. 柔和按鈕 柔和按

15、鈕用來設(shè)置洗衣機(jī)洗衣服的模式，當(dāng)按下柔和按鈕時，選擇了柔和模式，洗衣機(jī)自動按照柔和模式洗衣服。在洗洗衣機(jī)衣服的模式中，標(biāo)準(zhǔn)和柔和是兩種相對的概念，標(biāo)準(zhǔn)比柔和的洗衣要劇烈一些。同樣地，與高、低水位的選擇一樣，用戶只能同時選擇一種模式，因此，也需要在設(shè)計中考慮到標(biāo)準(zhǔn)與柔和模式的互鎖。也可將標(biāo)準(zhǔn)與柔和按鈕設(shè)計成一個按鈕，按下去時為柔和模式，不按下去則為標(biāo)準(zhǔn)模式。需要說明的是，標(biāo)準(zhǔn)模式與柔和模式的 選擇必須在用戶一開始洗衣之前完成。8. 高水位探測器 高水位探測器用來檢測洗衣機(jī)水位是否已經(jīng)達(dá)到了高水位。采用數(shù)字量輸出式水位探測器這樣就可以直接將高水位探測器的輸出直接送到PLC主機(jī)的數(shù)字量輸入端口上。9

16、. 低水位探測器 低水位探測器用來檢測洗衣機(jī)水位是否已經(jīng)達(dá)到了低水位。采用數(shù)字量輸出式水位探測器這樣就可以直接將低水位探測器的輸出直接送到PLC主機(jī)的數(shù)字量輸入端口上。10進(jìn)水電磁閥 進(jìn)水電磁閥用來控制洗衣機(jī)的進(jìn)水。當(dāng)然洗衣機(jī)需要外界進(jìn)水時，PLC主機(jī)發(fā)出控制信號，進(jìn)水電磁閥會打開，水自動從外界送入洗衣機(jī)筒內(nèi)，當(dāng)水已經(jīng)達(dá)到了設(shè)定的水位時，PLC主機(jī)發(fā)出信號自動關(guān)閉進(jìn)水電池閥，同時控制洗衣機(jī)進(jìn)入下一個洗衣步驟。11. 電機(jī)正轉(zhuǎn)接觸器 電機(jī)正轉(zhuǎn)接觸器用于PLC主機(jī)控制洗衣機(jī)電機(jī)的正轉(zhuǎn)?？梢灾苯佑肞LC主機(jī)的數(shù)字量輸出端口來連接電機(jī)正轉(zhuǎn)接觸器，在洗衣機(jī)洗衣服的過程中，電機(jī)會正轉(zhuǎn)與反轉(zhuǎn)同時輪流進(jìn)行。1

17、2. 電機(jī)反轉(zhuǎn)接觸器 電機(jī)反轉(zhuǎn)接觸器用于PLC主機(jī)控制洗衣機(jī)電機(jī)的反轉(zhuǎn)?？梢灾苯佑肞LC主機(jī)的數(shù)字量輸出端口來連接電機(jī)反轉(zhuǎn)接觸器，在洗衣機(jī)洗衣服的過程中，電機(jī)會正轉(zhuǎn)與反轉(zhuǎn)同時輪流進(jìn)行。 13. 排水離合器 排水離合器用于PLC主機(jī)控制洗衣機(jī)機(jī)筒內(nèi)的排放。選用數(shù)字式離合器，可以直接用PLC主機(jī)的數(shù)字量輸出端口來連接到排水離合器，當(dāng)洗衣機(jī)在完成洗衣或者漂洗后，需要將機(jī)筒內(nèi)的臟水排出機(jī)筒，此時，PLC主機(jī)發(fā)出控制命令打開排水離合器，進(jìn)行排水。 14. 脫水離合器 洗衣機(jī)洗衣服的最后一道工序就是對衣服進(jìn)行脫水，脫水電磁離合器正是用于PLC主機(jī)控制洗衣機(jī)進(jìn)行脫水，脫水需要電機(jī)帶動機(jī)筒旋轉(zhuǎn)，有了電磁離合器

18、后，就可以直接使用PLC主機(jī)的數(shù)字量輸出端口來控制電磁離合器，最終達(dá)到控制脫水執(zhí)行電機(jī)的目的。在脫水過程不涉及電機(jī)的調(diào)速問題，因此，用PLC主機(jī)加電磁離合器這樣一種比較覺得簡單的方式就可以完成控制任務(wù)。15. 蜂鳴器 蜂鳴器用來指示洗衣機(jī)洗衣過程中的一些聲音提示。采用工業(yè)用直流供電的蜂鳴器，這樣就可以直接用PLC主機(jī)的數(shù)字量輸出端口來控制蜂鳴器。2.3 系統(tǒng)配置 全自動洗衣機(jī)控制系統(tǒng)為單機(jī)控制系統(tǒng)。 PLC的輸入點(diǎn)，包括啟動按鈕、停止按鈕、高水位按鈕、低水位按鈕、標(biāo)準(zhǔn)模式按鈕、柔和模式按鈕、高水位探測器、低水位探測器，一共8點(diǎn)；輸出點(diǎn)包括進(jìn)水電磁閥、電機(jī)正轉(zhuǎn)接觸器、電機(jī)反轉(zhuǎn)接觸器、排水離合器、

19、脫水離合器、蜂鳴器，一共6點(diǎn)。由于點(diǎn)數(shù)不多，考慮20%30%的余量，選用小型PLC便可實(shí)現(xiàn)，結(jié)合培訓(xùn)站的現(xiàn)有教學(xué)實(shí)驗(yàn)條件，本次設(shè)計選擇西門子S7-200系列的CPU224型的PLC，可以滿足使用需求。它的主要特點(diǎn)是： 1）14輸入/10輸出共40個數(shù)字量I/O點(diǎn)。 2）可連接7個擴(kuò)展模版單元，最大可擴(kuò)展至168個數(shù)字量I/O點(diǎn)或35路模擬量I/O。 3）13KB的程序和數(shù)據(jù)存儲空間。 4）6個獨(dú)立的30KHZ的高速計數(shù)器，2路獨(dú)立的20KHZ的高速脈沖輸出。 5）具有PID控制器。 6）1個RS485通信/編程口。 7）具有多點(diǎn)接口MPI（Multi Point Interface）通信協(xié)議。

20、 8）具有點(diǎn)對點(diǎn)接口PPI(Point to Point Interface)通信協(xié)議。 9）具有自由通信口。 10）I/O端子排可以很容易地整體拆卸 輸入、輸出編程元件地址分配表分別如表2.1所示: 表2.1 I/O端子 2.4 控制面板 全自動洗衣機(jī)的設(shè)計必須在滿足上述功能以外，還需要考慮外觀設(shè)計、造型等方面。尤其是在洗衣機(jī)的手動控制操作面板上，必須符合人機(jī)界面的基本要求。設(shè)計全自動洗衣機(jī)的操作面板如圖2.4所示。其中，進(jìn)水、正轉(zhuǎn)、反轉(zhuǎn)、排水、脫水為信號燈指示當(dāng)前洗衣機(jī)的工作狀態(tài)；蜂鳴器為聲音指示，指示洗衣機(jī)整個洗衣過程完成的提示；啟動、停止、高水位、低水位、標(biāo)準(zhǔn)、柔和等為手動控制按鈕，用

21、來人為手動地輸入一些控制信號。在實(shí)際中，操作面板一般位于洗衣機(jī)的上表面，需要在設(shè)計的時候加入更多的個性化平面設(shè)計元素，并且操作面板往往與控制器不放置在一起，這就需要考慮線路布線的問題。 2.5 PLC外部接線圖 根據(jù)PLC主機(jī)的I/O資源分配以及PLC主機(jī)的硬件框圖，則PLC主機(jī)的外部接線圖如圖2.5所示： 圖2.5 外部接線圖說明如下： 1輸入口 （1） 啟動按鈕連到PLC主機(jī)的輸入口I0.0,停止按鈕連至PLC主機(jī)的輸入口I0.1。 （2） 高水位按鈕連至PLC主機(jī)的輸入口I0.2，低水位按鈕連至PLC主機(jī)的輸入口I0.3。 （3）標(biāo)準(zhǔn)模式選擇按鈕連至PLC主機(jī)的輸入口I0.4，柔和模式選

22、擇按鈕連至PLC主機(jī)的輸入口I0.5。 （4）高水位探測器連至PLC主機(jī)的輸入口I0.6，低水位探測器連至PLC主機(jī)的輸入口I0.7。 2輸出口 （1）PLC主機(jī)輸出口Q0.0控制進(jìn)水電磁閥。 （2）PLC主機(jī)輸出口Q0.1控制電機(jī)正轉(zhuǎn)接觸器。 （3）PLC主機(jī)輸出口Q0.2控制電機(jī)反轉(zhuǎn)接觸器。 （4）PLC主機(jī)輸出口Q0.3控制排水離合器。 （5）PLC主機(jī)輸出口Q0.4控制脫水離合器。 （6）PLC主機(jī)輸出口Q0.5控制蜂鳴器。2.6 控制系統(tǒng)流程圖全自動洗衣機(jī)控制系統(tǒng)的詳細(xì)工作過程如下： 1. 按下啟動按鈕，洗衣機(jī)電源導(dǎo)通，準(zhǔn)備進(jìn)入洗滌狀態(tài)。 2. 用戶設(shè)置水位高低，以及洗衣模式（標(biāo)準(zhǔn)模

23、式或柔和模式）。 3. 洗衣機(jī)打開進(jìn)水電磁閥，開始從外界輸入水。 4. 水位探測器檢測到水已經(jīng)到位，開始洗滌。 5. 電機(jī)正轉(zhuǎn)與反轉(zhuǎn)按照設(shè)定的洗衣模式的切換時間的長度進(jìn)行輪流工作。 6. 洗衣一直進(jìn)行10min。 7. 洗衣機(jī)打開排水離合器，開始排水，并且持續(xù)3min。 8. 洗衣機(jī)關(guān)閉排水離合器。 9. 重復(fù)（3）至（8）步驟一次。 10. 洗衣機(jī)打開進(jìn)水電磁閥，開始從外界輸入水。 11. 水位探測器檢測到水位已經(jīng)到位，開始漂洗衣服。 12. 電機(jī)正轉(zhuǎn)與反轉(zhuǎn)按照設(shè)定的洗衣模式的切換時間長度進(jìn)行輪流工作。 13. 洗衣一直進(jìn)行5min。 14. 洗衣機(jī)打開排水離合器開始排水，并且持續(xù)3min。

24、 15. 洗衣機(jī)關(guān)閉排水離合器。 16. 重復(fù)（10）至（15）步驟一次。 17. 洗衣機(jī)控制脫水電磁閥離合器，進(jìn)行脫水，同時打開排水離合器使得脫水出來的水可以及時排出洗衣機(jī)筒內(nèi)。 18. 持續(xù)脫水2min。 19. 蜂鳴器發(fā)出響聲，持續(xù)發(fā)聲20s，提醒用戶洗衣完成。 20. 完成洗衣。PLC 投入運(yùn)行，系統(tǒng)處于初始狀態(tài)，準(zhǔn)備好啟動。按下啟動按鈕時開始進(jìn)水，水滿(即水位到達(dá)高水位)時停止進(jìn)水，2s后開始正轉(zhuǎn)洗滌。正轉(zhuǎn)洗滌30s后暫停，暫停2s后開始反轉(zhuǎn)洗滌。反轉(zhuǎn)洗滌30s 后暫停，暫停2s 后，若正、反洗滌未滿5 次，則返回從正轉(zhuǎn)洗滌開始的動作; 若正、反洗滌滿5 次時，則開始排水。排水水位若

25、下降到低水位時，開始脫水并繼續(xù)排水。脫水30s即完成一次從進(jìn)水到脫水的工作循環(huán)過程。若未完成2 次大循環(huán)，則返回從進(jìn)水開始的全部動作，進(jìn)行下一次大循環(huán); 若完成了2 次大循環(huán)，則進(jìn)行洗完報警。報警3s結(jié)束全部過程，自動停機(jī)。若按下停止按鈕，可以手動排水和手動脫水。根據(jù)上述對全自動洗衣機(jī)工作過程的描述，可以設(shè)全自動洗衣機(jī)控制系統(tǒng)的PLC部分的主流程圖，如圖2.6所示。 圖2.6 主流程圖 其中，洗滌子過程的流程圖如圖2.7所示。 漂洗子過程流程圖如圖2.8所示。 圖2.7 洗滌子過程的流程圖 圖2.8 漂洗子過程流程圖2.7 控制系統(tǒng)時序圖根據(jù)控制系統(tǒng)主程序流程圖可繪畫出控制系統(tǒng)時序圖如圖2.9

26、所示。 圖2.9 控制系統(tǒng)時序圖3. 性能測試與分析3.1 各個模塊的調(diào)試 為了提高程序調(diào)試的效率，將全自動洗衣機(jī)實(shí)現(xiàn)功能分別編寫為不同的小程序，分別調(diào)試這些小程序，即可完成對各個功能模塊的調(diào)試。 首先調(diào)試主程序框架，確認(rèn)主程序能夠根據(jù)不同的條件選擇調(diào)用不同的子程序，調(diào)試時可以在不同的子程序中操作不同的繼電器線圈來區(qū)分相應(yīng)的子程序。 然后調(diào)試洗滌功能模塊，觀測高、低水位探測器工作是否正常；標(biāo)準(zhǔn)、柔和洗衣子過程能否被正常調(diào)用；排水離合器工作是否正常。發(fā)現(xiàn)問題并進(jìn)行相應(yīng)的調(diào)試。對于漂洗功能模塊，調(diào)試過程同洗滌功能模塊。 然后調(diào)試標(biāo)準(zhǔn)洗衣功能模式，主要是看看電機(jī)正反轉(zhuǎn)工作是否正常，如有問題進(jìn)行及時的

27、檢修或更換。 最后是調(diào)試柔和洗衣功能模塊，其調(diào)試過程同標(biāo)準(zhǔn)洗衣模塊。3.2 程序的整體調(diào)試完成了各個功能模塊的調(diào)試后，就在主程序框架的基礎(chǔ)上，將各個模塊依次加入，每加入一個模塊需要進(jìn)行一次調(diào)試，以便于及時發(fā)現(xiàn)問題。此系統(tǒng)在整體調(diào)試的過程中，在主程序的框架上依次按順序加入了洗滌子過程、漂洗子過程、標(biāo)準(zhǔn)模式子過程和柔和模式子過程，使程序調(diào)理清晰。整體調(diào)試的過程比較煩瑣，如果在各個模塊的調(diào)試過程中完成得比較細(xì)致的話，那么整體調(diào)試的過程會相對順利很多。3.3 性能分析 應(yīng)用了S7-200 PLC控制器調(diào)用子程序編程功能后，認(rèn)識到了該功能對于縮短開發(fā) 周期和提高控制系統(tǒng)可靠性的強(qiáng)大作用，同時也學(xué)習(xí)到了該

28、指令嚴(yán)格的邏輯編程要求，從而確保了該控制系統(tǒng)在全自動洗衣機(jī)生產(chǎn)、生活中的可靠性和穩(wěn)定性。4.程序仿真 1.洗衣機(jī)進(jìn)水 洗衣前選擇好水位，按下水位選擇開關(guān)(I0.2、I0.3、I0.4)任意一個，再按下啟動按鈕，I0.0接通，Q0.0接通，開始進(jìn)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)接通，Q0.0斷開停止進(jìn)水。 2.洗衣機(jī)正反轉(zhuǎn) 停止進(jìn)水后，Q0.2接通開始正轉(zhuǎn)洗衣，T38計時開始。T38計時15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，T41開始計

29、時。T41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3次數(shù)時，Q0.1接通并自保，開始排水，C50復(fù)位，準(zhǔn)備下次循環(huán)是再計數(shù)。 3.洗衣機(jī)脫水排水報警 排水到脫水水位時，I1.2閉合，Q0.1、Q0.4接通，開始脫水，T42開始計時。T42計時時間到，Q0.1、Q0.4斷開，停止排水和脫水，C51計數(shù) 一次，同時洗衣返回Q0.0接通,重復(fù)從進(jìn)水到脫水的全部動作，知道C51計數(shù)滿3次時，停止洗衣，Q0.5接通報警并自保，T43開始計時。T43計時10S時間到，報警結(jié)束，整個洗衣過程結(jié)束，T43常開觸點(diǎn)閉合，準(zhǔn)備下次啟動。 4.洗衣機(jī)強(qiáng)制停止

30、 運(yùn)行中按停止按鈕時，I0.1常閉觸點(diǎn)斷開，則M0.0、Q0.0、Q0.1、Q0.4、Q0.5斷開，停止進(jìn)水、排水、脫水及報警。按排水按鈕時，I0.5常開觸點(diǎn)閉合，Q0.1接通并自保，進(jìn)行手動排水。按手動脫水按鈕，I0.6閉合，Q0.1、Q0.4接通脫水，T42開始計時。T42計時時間到Q0.1、Q0.4斷開，脫水停止，Q0.5接通報警，T43開始計時。T43計時時間到Q0.5斷開報警結(jié)束。 5系統(tǒng)組態(tài)設(shè)計5.1組態(tài)王軟件介紹 組態(tài)王開發(fā)監(jiān)控系統(tǒng)軟件，是新型的工業(yè)自動控制系統(tǒng)，它以標(biāo)準(zhǔn)的工業(yè)計算機(jī)軟、硬件平臺構(gòu)成的集成系統(tǒng)取代傳統(tǒng)的封閉式系統(tǒng)。它具有適應(yīng)性強(qiáng)、開放性好、易于擴(kuò)展、經(jīng)濟(jì)、開發(fā)周期

31、短等優(yōu)點(diǎn)。通?？梢园堰@樣的系統(tǒng)劃分為控制層、監(jiān)控層、管理層三個層次結(jié)構(gòu)。其中監(jiān)控層對下連接控制層，對上連接管理層，它不但實(shí)現(xiàn)對現(xiàn)場的實(shí)時監(jiān)測與控制，且在自動控制系統(tǒng)中完成上傳下達(dá)、組態(tài)開發(fā)的重要作用。尤其考慮三方面問題：畫面、數(shù)據(jù)、動畫。通過對監(jiān)控系統(tǒng)要求及實(shí)現(xiàn)功能的分析，采用組態(tài)王對監(jiān)控系統(tǒng)進(jìn)行設(shè)計。組態(tài)軟件也為試驗(yàn)者提供了可視化監(jiān)控畫面，有利于試驗(yàn)者實(shí)時現(xiàn)場監(jiān)控。而且，它能充分利用Windows的圖形編輯功能，方便地構(gòu)成監(jiān)控畫面，并以動畫方式顯示控制設(shè)備的狀態(tài)，具有報警窗口、實(shí)時趨勢曲線等，可便利的生成各種報表。它還具有豐富的設(shè)備驅(qū)動程序和靈活的組態(tài)方式、數(shù)據(jù)鏈接功能。建立新組態(tài)王工程的一

32、般過程是： 1.設(shè)計圖形界面（定義畫面） 2.定義設(shè)備 3.構(gòu)造數(shù)據(jù)庫（定義變量） 4.建立動畫連接 5.運(yùn)行和調(diào)試 運(yùn)用組態(tài)軟件建立洗衣機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)亦為任務(wù)要求，能更直觀的顯示出整個模擬自動控制過程。5.2 組態(tài)監(jiān)控設(shè)計5.2.1 創(chuàng)建新工程 要建立新的組態(tài)王工程，要先為工程指定工作目錄（或稱“工程路徑”）?！敖M態(tài)王”用工作目錄標(biāo)識工程，不同的工程應(yīng)置于不同的目錄。工作目錄下的文件由“組態(tài)王”自動管理。首先打開組態(tài)王軟件，出現(xiàn)工程管理器界面，點(diǎn)擊“新建”，然后輸入工程名稱為“全自動洗衣機(jī)”以及工程描述，如圖5.1所示。 圖5.1  新建工程5.2.2 定

33、義I/O設(shè)備 組態(tài)王把那些需要與之交換數(shù)據(jù)的設(shè)備或程序都作為外部設(shè)備。外部設(shè)備包括：下位機(jī)（PLC、儀表、模塊、板卡、變頻器等），它們一般通過串行口和上位機(jī)交換數(shù)據(jù)；其他Windows應(yīng)用程序，它們之間一般通過DDE交換數(shù)據(jù)；外部設(shè)備還包括網(wǎng)絡(luò)上的其他計算機(jī)。 只有在定義了外部設(shè)備之后，組態(tài)王才能通過I/O變量和它們交換數(shù)據(jù)。為方便定義外部設(shè)備，組態(tài)王設(shè)計了“設(shè)備配置向?qū)А币龑?dǎo)用戶一步步完成設(shè)備的連接。 本設(shè)計使用西門子200系列的PLC進(jìn)行通訊。PLC連接在計算機(jī)的COM1口。首先選擇工程瀏覽器左側(cè)大綱項(xiàng)“設(shè)備/COM1”，在工程瀏覽器右側(cè)用鼠標(biāo)左鍵雙擊“新建”圖標(biāo)，運(yùn)行“設(shè)備配置向?qū)А薄?

34、#160;選擇“S7-200系列”的“PPI”項(xiàng)，單機(jī)“下一步”，彈出“設(shè)備配置向?qū)А?，填好之后，保存即完成與PLC的通信，如圖5.2所示。 圖5.2  定義I/O設(shè)備5.2.3 構(gòu)建數(shù)據(jù)詞典 數(shù)據(jù)庫是“組態(tài)王”軟件的核心部分，工業(yè)現(xiàn)場的生產(chǎn)狀況要以動畫的形式反映在屏幕上，操作者在計算機(jī)前發(fā)布的指令也要迅速送達(dá)生產(chǎn)現(xiàn)場，所有這一切都是以實(shí)時數(shù)據(jù)庫為中介環(huán)節(jié)，所以說數(shù)據(jù)庫是聯(lián)系上位機(jī)和下位機(jī)的橋梁。在TouchVew運(yùn)行時，它含有全部數(shù)據(jù)變量的當(dāng)前值。變量在畫面制作系統(tǒng)組態(tài)王畫面開發(fā)系統(tǒng)中定義，定義時要指定變量名和變量類型，某些類型的變量還需要一些附加信息。數(shù)據(jù)庫中變量的集合

35、形象地稱為“數(shù)據(jù)詞典”，數(shù)據(jù)詞典記錄了所有用戶可使用的數(shù)據(jù)變量的詳細(xì)信息。 首先選擇工程瀏覽器左側(cè)大綱項(xiàng)“數(shù)據(jù)庫/數(shù)據(jù)詞典”，在工程瀏覽器右側(cè)用鼠標(biāo)左鍵雙擊“新建”圖標(biāo)，彈出“變量屬性”對話框。此對話框可以對數(shù)據(jù)變量完成定義、修改等操作，以及數(shù)據(jù)庫的管理工作。在“變量名”出輸入變量名，在“變量類型”處選擇變量類型，在“連接設(shè)備”中選擇先前定義好的IO設(shè)備，在“寄存器”中定義對應(yīng)寄存器，即一個IO變量便定義完畢。全自動洗衣機(jī)需定義的變量如圖5.3所示。圖5.3 數(shù)據(jù)詞典的定義5.2.4 組態(tài)畫面建立與動畫連接進(jìn)入組態(tài)王開發(fā)系統(tǒng)后，就可以為每個工程建立數(shù)目不限的畫面，在每個畫面

36、上生成互相關(guān)聯(lián)的靜態(tài)或動態(tài)圖形對象。這些畫面都是由“組態(tài)王”提供的類型豐富的圖形對象組成的。組態(tài)王提供了矩形（圓角矩形）、直線、橢圓（圓）、扇形（圓?。Ⅻc(diǎn)位圖、多邊形（多邊線）、文本等基本圖形對象，及按鈕、趨勢曲線窗口、報警窗口、報表等復(fù)雜的圖形對象。提供了對圖形對象在窗口內(nèi)任意移動、縮放、改變形狀、復(fù)制、刪除、對齊等編輯操作，全面支持鍵盤、鼠標(biāo)繪圖，并可提供對圖形對象的顏色、線型、填充屬性進(jìn)行改變的操作工具?！敖M態(tài)王”采用面向?qū)ο蟮木幊碳夹g(shù)，使用戶可以方便地建立畫面的圖形界面。用戶構(gòu)圖時可以像搭積木那樣利用系統(tǒng)提供的圖形對象完成畫面的生成。同時支持畫面之間的圖形對象拷貝，可重復(fù)使用以前的開

37、發(fā)結(jié)果。 定義動畫連接是指在畫面的圖形對象與數(shù)據(jù)庫的數(shù)據(jù)變量之間建立一種關(guān)系，當(dāng)變量的值改變時，在畫面上以圖形對象的動畫效果表示出來；或者由軟件使用者通過圖形對象改變數(shù)據(jù)變量的值。本設(shè)計最終的組態(tài)畫面如圖5.4所示。圖5.4 洗衣機(jī)組態(tài)畫面命令語言定義的畫面如圖5.5所示。 圖5.5命令語言的編寫5.3 組態(tài)設(shè)計的運(yùn)行和調(diào)試所有組態(tài)設(shè)計完成后，即可對所做組態(tài)畫面進(jìn)行運(yùn)行和調(diào)試。首先將所寫程序下載到PLC中，然后講PLC與組態(tài)王進(jìn)行通訊，通訊成功后，在組態(tài)王開發(fā)系統(tǒng)中選擇“文件切換到 View”菜單命令，進(jìn)入組態(tài)王運(yùn)行系統(tǒng)。在運(yùn)行系統(tǒng)中選擇“畫面打開”命令，從“打開

38、畫面”窗口選擇“全自動洗衣機(jī)”畫面。5.3.1 啟動及進(jìn)水監(jiān)控 當(dāng)按下“啟動”按鈕后，“啟動”指示燈亮起，然后選擇“高水位”開關(guān)，“高水位”指示燈亮起，“進(jìn)水閥”打開，洗衣機(jī)開始進(jìn)水，直到到達(dá)高水位，如圖5.6所示。 圖5.6 啟動及進(jìn)水組態(tài)畫面5.3.2 正轉(zhuǎn)及反轉(zhuǎn)監(jiān)控1正轉(zhuǎn)組態(tài)監(jiān)控 洗衣機(jī)正反轉(zhuǎn)是洗衣機(jī)最重要最核心的組成部分，它決定了衣服洗凈程度，可以說，沒有正反轉(zhuǎn)，洗衣機(jī)就毫無用處了，因?yàn)橄匆聶C(jī)是通過驅(qū)動電機(jī)，使其正反轉(zhuǎn)來洗凈衣服。 當(dāng)洗衣機(jī)水位到達(dá)預(yù)設(shè)水位高水位時，“進(jìn)水閥”圖標(biāo)由綠變紅，閥門關(guān)閉，同時進(jìn)水管道不再有液體流出，洗衣機(jī)停止進(jìn)水，電動機(jī)指示燈變

39、綠，開始轉(zhuǎn)動，帶動螺旋葉片開始正轉(zhuǎn)，“正轉(zhuǎn)”指示燈和PLC上的正轉(zhuǎn)指示燈同時亮起，表示洗衣機(jī)正處于正轉(zhuǎn)狀態(tài)，當(dāng)電動機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)15S后，停止運(yùn)轉(zhuǎn)，同時“正轉(zhuǎn)”指示燈和PLC上的正轉(zhuǎn)指示燈滅掉，具體過程如圖5.7所示。 圖5.7 正轉(zhuǎn)組態(tài)畫面2反轉(zhuǎn)組態(tài)監(jiān)控 洗衣機(jī)的反轉(zhuǎn)跟正轉(zhuǎn)正好相反，也是通過繼電器動作電動機(jī)，使其產(chǎn)生反轉(zhuǎn)動作，同時正轉(zhuǎn)繼電器斷開，反轉(zhuǎn)繼電器得電并且吸合，使洗衣機(jī)產(chǎn)生反轉(zhuǎn)動作，電動機(jī)帶動葉片開始進(jìn)行洗衣，正因?yàn)槿绱嗽O(shè)計才能使洗衣洗的更干凈，本設(shè)計循環(huán)3次已基本可以將衣物洗凈，此外，更高端的洗衣機(jī)還能對洗滌速度、溫度等進(jìn)行控制，并且還有漂洗，清洗等多種功能。 當(dāng)洗衣機(jī)正轉(zhuǎn)停止運(yùn)

40、轉(zhuǎn)，暫停3S后，電動機(jī)又開始運(yùn)轉(zhuǎn)，帶動螺旋葉片開始反轉(zhuǎn)，“反轉(zhuǎn)”指示燈和PLC上的反轉(zhuǎn)指示燈同時亮起，表示洗衣機(jī)正處于反轉(zhuǎn)狀態(tài)，當(dāng)電動機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)15S后，停止運(yùn)轉(zhuǎn)，同時“反轉(zhuǎn)”指示燈和PLC上的反轉(zhuǎn)指示燈同時滅掉，暫停3S后，洗衣機(jī)又回到正轉(zhuǎn)過程開始進(jìn)行循環(huán)洗滌，如此正反轉(zhuǎn)洗滌循環(huán)了3次后，洗衣機(jī)將開始進(jìn)行排水脫水，具體過程如圖5.8所示。圖5.8 反轉(zhuǎn)組態(tài)畫面5.3.3 排水及脫水監(jiān)控 全自動洗衣機(jī)的排水動作是用電磁閥控制水流的進(jìn)出的，而脫水動作是通過繼電器來控制電機(jī)的。當(dāng)洗衣機(jī)正反轉(zhuǎn)循環(huán)3次以后，洗衣機(jī)進(jìn)入排水及脫水過程，此時發(fā)動機(jī)停止工作，“正轉(zhuǎn)”指示燈和“反轉(zhuǎn)”指示燈以

41、及他們在PLC相應(yīng)的指示燈全部滅掉，同時“排水閥”閥門打開，“排水”指示燈亮起，排水管道有液體流出，同時洗衣機(jī)液面也開始下降，直到液面排空后，“排空檢測”按鈕動作，反饋給PLC，同時洗衣機(jī)開始進(jìn)行脫水，此時“脫水”指示燈也亮起，表示洗衣機(jī)正在進(jìn)行脫水，脫水10S后，則完成一次從進(jìn)水到脫水的大循環(huán)，然后又回到進(jìn)水過程開始進(jìn)水步驟，如此從進(jìn)水到脫水循環(huán)滿3次以后，整個洗衣過程結(jié)束，洗衣機(jī)將進(jìn)行報警關(guān)機(jī)等動作，具體過程如圖5.9所示。圖5.9 排水組態(tài)畫面5.3.4 報警監(jiān)控 洗衣機(jī)完成所有洗衣動作后會進(jìn)行報警，報警是通過一個蜂鳴器作為報警裝置，當(dāng)用于正在做另一件事時，衣物洗完后，通過報警器報警發(fā)出聲音來提醒用戶衣物已經(jīng)洗凈，用戶就能及時