基于西门子S7200系列的全自动洗衣机 课程设计.docx

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基于西门子S7200系列的全自动洗衣机课程设计

沈阳航空航天大学

课程设计

（论文）

题目自动洗衣机PLC控制系统设计

班级04070202

学号*************

学生姓名杨贺

指导教师苏晓雯

0.前言...........................................................................................................................................1

1.1PLC的介绍...................................................................................................................2

1.2组态的介绍.....................................................................................................................3

2.硬件电路PLC的I/O口分配...................................................................................................4

2.1控制系统对应设备及功能.............................................................................................4

2.2输入地址的分配.............................................................................................................4

2.3输出地址的分配.............................................................................................................5

2.4内部元件地址分配.........................................................................................................5

3.软件程序设计...........................................................................................................................5

3.1系统流程图.....................................................................................................................5

3.2梯形图程序设计及分析.................................................................................................7

4.1工程建立.......................................................................................................................12

4.2定义数据词典...............................................................................................................15

4.3用户组态界面的制作....................................................................................................16

5.程序调试.................................................................................................................................19

参考文献......................................................................................................................................19

课设体会.....................................................................................................................................20

全自动洗衣机PLC控制系统设计

杨贺沈阳航空航天大学自动化学院

摘要：

本报告讲述的是如何利用西门子S7-200系列的PLC实现全自动洗衣机的洗衣、清水、脱水的全自动控制。

本文结合任务设计书的要求，以洗衣机为研究对象，采用了西门子公司S7-200系列可编程逻辑控制器作为洗衣机的控制器。

对洗衣机的控制系统的总体功能进行了分析，对总体方案进行了设计，介绍了PLC及组态的应用，编写了洗衣控制的梯形图程序并分析。

PLC梯形图阐述了可编程逻辑控制器的组成和工作原理。

组态模拟显示了洗衣机的工作过程并实时进行监控。

本设计改善了洗衣机系统的控制品质，并真正地达到了实时全自动控制的要求。

并应用组态王软件完成了上位机监控程序。

关键字：

PLC；全自动；洗衣机；可编程逻辑控制器；组态王；监控。

0.前言

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。

本课题主要着重于全自动洗衣机的控制，要求洗衣机能实现进水、洗涤、排水、脱水、报警，所采用的控制方法操作简单、稳定可靠、维护与维修方便。

控制方法确定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。

传统的洗衣机采用继电器控制的优点是装置结构简单、价格便宜、抗干扰能力强。

但是，这也是随之带来的一些问题，如绝大多数控制继电器都是长期磨损和疲劳工作条件下进行的，容易损坏，而且继电器的触点容易产生电弧，甚至会熔在一起产生误操作，引起严重的后果。

在全负荷运载的情况下，大的继电器将产生大量的热及噪声，同时也消耗了大量的电能。

并且继电器控制系统必须是手工接线、安装，如果有简单的改动，也需要花费大量时间及人力和物力去改制、安装和调试。

这种电路接线多，只适用于小型的控制电路。

所以，我决定采用PLC对洗衣机进行控制。

原因是PLC有很多优点，可以有效的解决上述洗衣机的问题。

因此，本课题我主要用可编程逻辑控制器即PLC进行设计运行以及调试。

讲述的是如何利用PLC实现全自动洗衣机的控制，实现洗衣、清水、脱水的全自动控制。

可以改善洗衣机系统的控制品质，并真正地达到了实时全自动控制的要求。

1.总体方案设计

1.1PLC的介绍

众所周知，计算机的发展对控制起了巨大的推动作用，计算机和可编程控制器PLC紧密结合构成了灵活多样的通信控制系统，也可以构成强有力的信息处理系统，这样对社会的发展产生了深远的影响。

近年来电子技术和计算机技术飞速发展，也带动了PLC技术的快速发展。

PLC是一种专门为在工业环境下应用而设计的数字运算操作的电子装置。

它采用可以编制程序的存储器，用来在其内部存储执行逻辑运算、顺序运算、计时、计数和算术运算等操作的指令，并能通过数字式或模拟式的输入和输出，控制各种类型的机械或生产过程。

PLC及其有关的外围设备都应该按易于与工业控制系统形成一个整体，易于扩展其功能的原则而设计。

在科学技术高速发展的今天，如何用简单便宜、性能良好的元器件制造出对人类生活有用的产品，已经成为人们研究的主要趋势。

PLC可编程序控制器：

PLC英文全称ProgrammableLogicController,中文全称为可编程逻辑控制器，定义是:

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。

它采用一类可编程的存储器，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.

PLC是基于电子计算机，且适用于工业现场工作的电控制器。

它源于继电控制装置，但它不像继电装置那样，通过电路的物理过程实现控制，而主要靠运行存储于PLC内存中的程序，进行入出信息变换实现控制。

PLC具有以下几个主要特点：

（1）可靠性高，抗干扰能力强，高可靠性是电气控制设备的关键性能。

PLC由于采用现代大规模集成电路技术，采用严格的生产工艺制造，内部电路采取了先进的抗干扰技术，具有很高的可靠性。

（2）配套齐全，功能完善，适用性强PLC发展到今天，已经形成了大、中、小各种规模的系列化产品。

可以用于各种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，是面向工矿企业的工控设备。

（4）系统的设计、建造工作量小，维护方便，容易改造，PLC用存储逻辑代替接线逻辑，大大减少了控制设备外部的接线，使控制系统设计及建造的周期大为缩短，同时维护也变得容易起来。

更重要的是使同一设备经过改变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，由于体积小很容易装入机械内部，是实现机电一体化的理想控制设备。

系列的强大功能使其无论在独立运行中，或相连成网络皆能实现复杂控制功能。

因此S7-200系列具有极高的性能/价格比。

SIMATIC S7-200系列PLC适用于各行各业，各种场合中的检测、监测及控制的自动化。

S7-200系列的强大功能使其无论在独立运行中，或相连成网络皆能实现复杂控制功能。

因此S7-200系列具有极高的性能/价格比。

S7-200系列出色表现在以下几个方面：

极高的可靠性，极丰富的指令集，易于掌握，便捷的操作，丰富的内置集成功能，实时特性，强劲的通讯能力，丰富的扩展模块。

全自动洗衣机控制系统利用了西门子S7-200系列PLC的特点,对按鈕,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,数量及油污的程度来编程。

1.2组态的介绍

（1）组态：

与硬件生产相对照，组态与组装类似。

如要组装一台电脑，事先提供了各种型号的主板、机箱、电源、CPU、显示器、硬盘、光驱等，我们的工作就是用这些部件拼凑成自己需要的电脑。

当然软件中的组态要比硬件的组装有更大的发挥空间，因为它一般要比硬件中的“部件”更多，而且每个“部件”都很灵活，因为软部件都有内部属性，通过改变属性可以改变其规格（如大小、性状、颜色等）。

（2）组态软件：

组态软件，又称组态监控软件系统软件。

译自英文SCADA,即SupervisoryControlandDataAcquisition（数据采集与监视控制）。

它是指一些数据采集与过程控制的专用软件。

它们处在自动控制系统监控层一级的软件平台和开发环境，使用灵活的组态方式，为用户提供快速构建工业自动控制系统监控功能的、通用层次的软件工具。

组态软件的应用领域很广，可以应用于电力系统、给水系统、石油、化工等领域的数据采集与监视控制以及过程控制等诸多领域。

在电力系统以及电气化铁道上又称远动系统（RTUSystem,RemoteTerminalUnit）。

组态软件指一些数据采集与过程控制的专用软件，它们是在自动控制系统监控层一级的软件平台和开发环境，能以灵活多样的组态方式（而不是编程方式）提供良好的用户开发界面和简捷的使用方法，它解决了控制系统通用性问题。

其预设置的各种软件模块可以非常容易地实现和完成监控层的各项功能，并能同时支持各种硬件厂家的计算机和I/O产品，与高可靠的工控计算机和网络系统结合，可向控制层和管理层提供软硬件的全部接口。

组态软件通常有以下几方面的功能：

强大的界面显示组态功能、良好的开放性、丰富的功能模块、强大的数据库、可编程的命令语言、周密的系统安全防范，对不同的操作者，赋予不同的操作权眼，保证整个系统的安全可靠运行、仿真功能．捉供强大的仿真功能使系统并行设计，从而缩短开发周期。

2.硬件电路PLC的I/O口分配

2.1控制系统对应设备及功能

据控制过程中的进水、洗涤、脱水、报警等控制要求，对控制所需的外部设备初步设计。

对应的外部设备

对应的输出设备

启动按扭

进水电磁阀

停止按扭

排水电磁阀

高水位按钮

洗涤电动机正转继电器

中水位按钮

洗涤电动机反转继电器

低水位按钮

脱水桶

高水位到达按钮

报警器

高水位到达按钮

高水位到达按钮

排水结束按钮

手动排水按钮

手动脱水按钮

图1对应设备及功能表

控制系统原理：

自动洗衣机的进水，洗衣，排水，脱水是通过水位开关，电磁进水阀和电磁排水阀配合进行控制，从而实现自动控制的，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，电磁进水阀打开，将水注入，排水时，电磁排水阀打开，将水排出，洗衣时，洗涤电动机启动，脱水时，脱水桶启动。

2.2输入地址分配

全自动洗衣机的输入分配表：

输入地址

对应的外部设备

I0.0

启动按扭

I0.1

停止按扭

I0.2

高水位选择开关

I0.3

中水位选择开关

I0.4

低水位选择开关

I0.5

高水位到达按钮

I0.6

中水位到达按钮

I0.7

低水位到达按钮

I1.0

排空按钮

I1.1

手动排水按钮

I1.2

手动脱水按钮

图2输入地址分配表

2.3输出地址分配

全自动洗衣机的输出分配表：

输出地址

对应的输出设备

Q0.0

进水电磁阀

Q0.5

洗涤电动机正转继电器

Q0.6

洗涤电动机反转继电器

Q0.7

排水

Q1.0

脱水

Q1.1

报警

图3输出地址分配表

2.4内部元件地址分配

全自动洗衣机内部元件地址分配表：

定时器/计时器

相应的作用

T37

进水暂停计时

T38

正洗计时

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

C1

正反洗循环计数

C2

大循环计数

图4内部元件地址分配表

3.软件程序设计

3.1系统流程图

全自动洗衣机正常运行时即洗衣机按照程序设定依次完成依次洗衣过程，从选择水位，按下启动按扭，开始进水直到指定水位（即高水位、中水位、低水位）时停止进水开始洗涤正转，洗涤时，正转30秒，停两秒，然后反转30秒，停2秒，如此循环5次，总共320秒开始排水，水排空后开始脱水，脱水30秒，开始清洗，重复以上过程，清洗两遍，清洗完成，报警3秒并自动停机。

在自动控制的过程中若按下停车按扭，可进入手动控制过程，可手动排水（不脱水）和手动脱水（不计数）按照以上的工作流程，作出全自动洗衣机的正常运行工作流程。

图5系统流程图

3.2梯形图程序设计及分析

对于PLC的程序编写，梯形图简介明了，便于理解，易于操作。

对于大多数人来讲难度不大且比较熟悉，因此，我决定用梯形图来编写程序。

图6梯形图程序

（1）

网络1分析：

I0.0表示总开，I0.1表示总关。

当I1.0接通时，M1.0自锁，Q0.0点亮，表示洗衣机开始正常工作。

图7梯形图程序

（2）

网络2分析：

M0.1通，从而使M0.3通

图8梯形图程序（3）

网络3分析：

I0.2代表高水位，当I0.2接通时，Q0.2自锁，代表高水位的Q0.2被点亮。

表示进水时选择了高水位。

I0.5代替传感器表示已经达到高水位。

图9梯形图程序（4）

网络4分析：

I0.3代表中水位，当I0.3接通时，Q0.3自锁，代表中水位的Q0.3被点亮。

表示进水时选择了中水位。

I0.6代替传感器表示已经达到中水位。

图10梯形图程序（5）

网络5分析：

I0.4代表低水位，当I0.4接通时，Q0.4自锁，代表中水位的Q0.4被点亮。

表示进水时选择了低水位。

I0.7代替传感器表示已经达到低水位。

图11梯形图程序（6）

网络6分析：

I0.4、I0.5、I0.6分别代表高、中、低水位，及无论选择哪个水位M0.4都会接通别且自锁，T37都会定时2S。

然后继续下面的程序。

图12梯形图程序（7）

网络7分析：

T37接通后M0.2接通且自锁。

T38开始计时30S，当到达时间后T38会停止本身的计时。

T41使程序执行到它本身时可以循环继续执行本次程序。

C1、C2两个计数器分别控制第一次循环的结束和第二次循环的结束。

图13梯形图程序（8）

网络8分析：

当M0.2接通时，Q0.5会被点亮，即洗衣机正转开始，当T38到达30S后M0.5自动熄灭，即正转结束。

图14梯形图程序（9）

网络9分析：

当T38接通后，线圈M0.5自锁，T39开始计时，2S后T39断掉本身，及正转之后暂停2S实现。

图15梯形图程序（10）

网络10分析：

当T39定时达到时间后，M0.6接通且自锁，T40开始计时30S。

到达时间后T40本身阻止其继续计时。

图16梯形图程序（11）

网络11分析：

当T39定时到达后，Q0.6点亮，当T40定时达到后，Q0.6熄灭，及Q0.6被点亮30秒，也就是洗衣机反转30S。

图17梯形图程序（12）

网络12分析：

当T40接通后，M0.7接通且自锁，T41开始计时2S.。

到达时间后T41把自己断开，即实现了反转30S后暂停2S。

图18梯形图程序（13）

网络13分析：

T41每接通一次，C1计数一次，C1计数达到5次后C1接通将计数器复位，并且继续执行下面的程序。

实现了小循环5次的功能。

图19梯形图程序（14）

网络14分析：

当C1循环5次接通后，Q0.7被点亮且自锁，表示洗衣机在排水，I1.0代替传感器控制排水结束。

I1.1接通时可以实现手动排水（不脱水）。

图20梯形图程序（15）

网络15分析：

当I1.0接通后代表排水结束，开始脱水并计时，Q1.0表示脱水。

当T42到达30S后，将自己断开，表示脱水结束，实现了自动脱水30S。

I1.2接通后可以实现手动脱水（不计数）。

图21梯形图程序（16）

网络16分析：

当Q1.0有接通到断开的下降沿时，C2计数一次。

当计数两次后继续开始执行下面的程序，实现了大循环两次。

Q1.1用来给计数器C2复位。

图22梯形图程序（17）

网络17分析：

当C2接通后即两次大循环结束后，Q1.1被点亮自锁，T43开始计时，3S之后断开，实现报警3S的功能并且回到第一步可以自动停车。

4.上位机监控界面的设计

4.1工程建立

（1）组态软件的应用：

首先需要新建工程，下面是建立工程时的截图。

图23新建工程图

（2）对COM1的PLC型号进行选择

图24PLC型号选择图

（3）定义数据词典后进入操作界面

图25组态的操作界面

4.2定义数据词典

数据对象

类型

PLC地址

解释说明

I00

开关型

I0.0

启动

I01

开关型

I0.1

停止

I02

开关型

I0.2

选择高水位

I03

开关型

I0.3

选择中水位

I04

开关型

I0.4

选择低水位

I05

开关型

I0.5

到达高水位

I06

开关型

I0.6

到达中水位

I07

开关型

I0.7

到达低水位

Q00

开关型

Q0.0

启动指示灯

Q02

开关型

Q0.2

选择高水位

Q03

开关型

Q0.3

选择中水位

Q04

开关型

Q0.4

选择低水位

Q05

开关型

Q0.5

正转指示灯

Q06

开关型

Q0.6

反转指示灯

Q07

开关型

Q0.7

排水指示灯

Q10

开关型

Q1.0

脱水指示灯

Q11

开关型

Q1.1

报警指示灯

图26数据词典定义表

4.3用户组态界面的制作

（1）操作过程监控过程

图27启动界面

图28高水位进水界面

图29洗衣机正转界面

图30洗衣机脱水界面

图31清洗完毕报警

图32停车时手动排水

5.程序调试

本次课设的的程序为梯形图，当将程序输入电脑之后，刚开始系统并不会按照指定的方式去运行，总是会出现一些错误，所以就需要我们编程人对程序进行调试，运行，修改才能使程序得到完美的运行，达到需要的控制状态。

我的程序也是一样，开始时运行的不理想，后来我查看了各种书籍，请问老师，才发现自己的程序有一些错误，自己看不出来的问题。

第一：

刚开始的时候我的定时器没有加上停止电路，导致定时器到达定时时间后任然一直在定时，导致循环后电路无法正常工作。

后来经过老师的帮助，我对定时器加上了停止电路，很好的解决了这个问题。

第二：

开始时我的计数器复位设置的不对，经过我反复查阅资料借鉴别人的经验，我用计数器本身常开进行复位，很好的解决了这个问题。

第三：

对于循环的问题，开始总是不能很好的实现，后来我吧后面的定时器并联到了前面开始的程序上就可以实现循环的功能了。

第四：

对于手动脱水和排水我总是不知道该如何下手，进过老师的悉心指导，我找到了办法。

在排水脱水的语句上并联一个输入，在反复调试即可达到课设的要求。

参考文献

[1]吴存宏.浅谈PLC在全自动洗衣机中运用设计与开发.电子工业出版社，1999

[2]窦振中．PIC系列单片机应用设计与实例.北京航空航天大学出版社,1997

[3]赵相宾.可编程控制器技术与应用系统设计.机械工业出版社，2002

[4]廖常初.PLC编程及应用.机械工业出版社，2005

[5]胡学林.可编程控制器原理及应用.电子工业出版社