完整版全自动洗衣机的PLC控制系统设计毕业设计.docx

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完整版全自动洗衣机的PLC控制系统设计毕业设计

全自动洗衣机的PLC控制系统设计

摘要

随着社会经济的发展和科学技术水平的提高，家用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。

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与世界领先水平同步。

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,可利用编程控制器PLC实现控制。

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，因此人们就提出了用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S7-200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。

该论文就怎样利用PLC来控制全自动洗衣机进行了调查，对其中软件设计、硬件设计等问题进行了分析和研究实现全自动洗衣机的正常运行和强制性停止功能。

关键词：

PLC全自动洗衣机S7~200

Abstract

Withthesocialandeconomicdevelopmentandimprovingthelevelofscienceand

technology,fullyautomatedinevitabletrend.Automaticwashingmachineproducesagreatconveniencetopeople'slives.Afterseveralyearsofsteadygrowth,bothindomesticwashingmachineonthequalityorfunctionaresynchronizedwiththeworldleadinglevel.Throughoutthewashingmachinemarket,energyefficient,water-saving,energysaving,environmentallyfriendlywashingmachinedominantinthemarket.

Accordingtotheworkingprincipleoffullyautomaticwashingmachines,PLCprogrammablecontrollercanbeusedtoachievecontrol.PLCadvantagesare:

adaptable,fast,longlife,etc.,inordertofurtherenhancethefunctionalityandperformanceoffullyautomaticwashingmachines,avoidingsomeofthedrawbacksoftraditionalcontrol,sopeopleputforwardbyPLCautomaticwashingmachinetocontrolthisissue.AutomaticwashingmachinecontrolsystemutilizestheSiemensS7-200seriesPLCcharacteristics,for

someotherinputoutputpointsbutton,solenoidvalves,switchesandothercontrolstoautomatetheprocessofwashinglaundry.Sinceeachpassofwashing,drainage,dewateringtimethecounterbythePLCcontrol,solongasthechangecounterargumentscanchangethetime.Theaboveprocedurecansetthetimetosettledown,touseasafixedprocedurecanalsobeprogrammedaccordingtothetexture,degreeofquantityandgreasyclothes.

Thepaperonwhichthesoftwaredesign,issuessuchastheanalysisandresearchtoachieveautomaticwashingmachineuptimeandmandatorystopfunction.Keywords:

PLCautomaticwashingmachineS7~200

1绪论1

1.1课题研究背景1

1.2洗衣机发展概况和现状.1

1.3课题研究的目的与意义.2

1.4本课题研究的主要内容.3

2PLC结构和工作原理3

2.1PLC控制特点3

2.2控制系统框图4

2.3控制系统对应设备及功能.5

2.4控制系统原理5

2.5PLC的基本机构5

2.6整体式结构的PLC6

2.7模块式结构的PLC.6

2.8PLC各组成部分介绍6

2.9基本指令7

2.10PLC的工作原理8

2.11循环扫描技术9

2.12输入阶段9

2.13执行程序阶段9

2.14输出阶段..........................................................

9

2.15PLC的输入输出响应时间............................................

9

3硬件电路的设计

........................................................

10

3.1IO点数..........................................................

10

3.1.1

IO

点数统计................................................

10

3.1.2

IO

储存器容量的估算.........................................

11

3.1.3

CPU

功能与结构的选择........................................

11

3.2PLC外部接线图...................................................

12

4软件的设计

............................................................

13

4.1

编程软件选择...................................................

13

4.2

程序的流程图、构成和相关设置....................................

13

4.2.1

流程图....................................................

13

4.2.2

程序的构成................................................

15

4.2.3

程序的下载、安装和调试....................................

15

5全自动洗衣机控制系统PLC程序...........................................

15

5.1

地址分配.......................................................

15

5.2

内部元件地址分配表..............................................

16

5.3

PLC

控制顺序功能图..............................................

17

5.4

系统梯形图......................................................

18

5.4.1

辅助继电器................................................

18

5.4.2

进水......................................................

19

5.4.3

洗衣......................................................

20

5.4.4

排水......................................................

20

5.4.5

脱水......................................................

21

5.4.6

洗完报警..................................................

21

6系统指令语句

..........................................................

22

7程序运行过程分析......................................................

25

7.1

洗衣机进水......................................................

25

7.2

正反转洗衣.......................................................

25

7.3

大循环洗衣.......................................................

26

7.4

强制停止.........................................................

26

8系统仿真..............................................................

26

8.1

S7-200

仿真软件简介：

...........................................

26

8.2

系统程序仿真：

.................................................

27

9总结与展望............................................................

27

9.1

总结............................................................

27

9.2

展望............................................................

28

结束语

..................................................................

30

致谢....................................................................

30

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

31

1绪论

1.1课题研究背景

本次设计基于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

用PLC控制开发的周期短，开发成本低，可以直接用于工业现场控制。

PLC控制具有

实时性、信号处理时间短、速度快、更能满足各个领域大、中、小型工业控制项目，可

靠性高，丰富的IO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、强电磁干扰和温度变化剧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讯联网功能，所以在使用中，硬件相对简

单，编程语言也相对简单，并且测试容易，维修方便，更可以提高控制系统设计的灵活

性及控制系统的可靠性。

本设计以操作简单、使用可靠、维护修理方便作为主要设计方

向。

1.2洗衣机发展概况和现状

从古到今，洗衣服都是一项难以逃避的家务劳动，在洗衣机出现以前，这项劳动并

不像田园诗描绘的那样充满乐趣、手搓、脚踩、棒击、水冲、摔打。

这些不断重复的简

单的体力劳动，留给人的感受常常是辛苦劳累。

世界上第一台洗衣机于

1858年诞生，

但其使用费力，损伤衣服，因而没被广泛使用，但这却标志了用机器洗衣的开端。

1874年,“手洗时代”受到了前所未有的挑战，美国人发明了木制手摇洗衣机。

1880

年，美国发明了蒸气洗衣机，蒸气动力开始取代人力。

蒸汽洗衣机之后，水力洗

衣机、内燃机洗衣机也相继出现。

1910年，美国试制成功世界上第一台电动洗衣

机，电动洗衣机的问世，标志着人类家务劳动自动化的开端。

1922年，美国改造

了洗衣机的洗涤结构，把拖动式改为搅拌式，使洗衣机的结构固定下来，这也就

是第一台搅拌式洗衣机的诞生。

1932年，美国研制成功第一台前装式滚筒洗衣机。

1955年，在引进英国喷流式洗衣机的基础之上，日本研制出独具风格、并流行至

今的波轮式洗衣机。

70年代后期，微电脑控制的全自动洗衣机出现引领新的发展方向，

让人耳目一新。

90年代，由于电动机调速技术的提高，洗衣机实现了较宽范围的转速

变换与调节，诞生了许多新水流洗衣机。

全自动洗衣机其特点是能自动完成洗涤，漂洗和脱水的转换，整个过程不需要人工

操作。

这类洗衣机均采用套筒式结构，其进水，排水都采用电磁阀，由程序控制器

按人们预先设计好的程序不断发出指令，驱动各执行器件动作，整个洗衣过程自动完成，所用的程序控制器可分为电动机驱动式和单片机式。

从控制方式的发展阶段上分，

全自动洗衣机可分为两大类：

第一类：

电动控制洗衣机，它的程序控制器由电动元件组成。

第二类：

电脑控制洗衣机，它的程序控制器由微型计算机组成。

电动控制全自动洗

衣机是较早出现的自动控制类家用电器，其产品类型还属于传统的机械产品，是自动控制的初级阶段。

随着计算机的及微电子技术的发展，自动控制系统正在逐步实现硬件化。

因此，电动控制洗衣机将逐步退出家电舞台。

全自动洗衣机从结构上分有波轮式、搅拌式、滚筒式。

目前,国内市场上销售的大

都是波轮式和滚筒式，供应最多的是波轮式洗衣机。

波轮式洗衣机的特点是洗净率高,但对衣服的磨损很大,随着人们生活水平不断地提高，丝绸,毛料,羊毛等大量走进普通家庭,厂商又适时地推出了滚筒洗衣机,它最大的优点是磨损率小,但洗净率比波轮式低,价格高。

洗衣机产品可以分三类：

普通型、半自动型和全自动型。

普通型和半自动型洗衣机，都需要人为参与操作，才能完成洗衣、甩干、排水全过程；而全自动洗衣机在整个洗涤、甩干、排水过程中，无需人为操作和监控。

国内外洗衣机品牌有海尔、小天鹅、荣事达、松下、惠而浦水仙、

LG

熊猫、西

门子、日立好用。

1.3课题研究的目的与意义

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。

采用PLC控制比继电器控制好的多，我们采用PLC来控制。

（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。

1.4本课题研究的主要内容

本课题需研制出可靠性高、易于操作的全自动洗衣机控制方法，该系统采用PLC控

制，主要包括电动机正反转控制、离合器控制、进排水电磁阀控制、循环控制、保护和

联锁。

研究的具体内容包括：

（1）深入了解洗衣机的发展、结构及控制要求。

（2）控制系统设计。

包括硬件设计，PLC的选择，各硬件模块的介绍，软件设计，编程方法。

（3）对编写好的编译程序进行实际调试。

2PLC结构和工作原理

2.1PLC控制特点

1.PLC系统的特点：

（1）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。

（2）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。

（3）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。

1.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，可靠性差。

（2）编程和PLC相比难以学习，主要是单片机采用汇编语言或者是C语言，这

些高级语言和PLC语言相比，难以学习。

（3）功能单一只具有使用中所需要的功能。

但是，它结构简单，处理速度快。

典型的PLC控制系统的硬件组成框图如图1所示：

图1PLC控制系统的硬件组成框图

2.2控制系统框图

此次设计根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，

和脱水四个过程组成。

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,用于说明PLC控制的原理方法,特点及工作特色。

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。

根据以上要求

PLC的控制系统框图如图2所示。

图2PLC控制系统图

2.3控制系统对应设备及功能

根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

步设计如表1所示

表1外部设备初步设计表

对应的外部设备对应的输出设备

启动按钮进水电磁阀

停止按钮排水电磁阀

水位选择开关（高水位）洗条电动机正转继电器

水位选择开关（中水位）洗条电动机反转继电器

水位选择开关（低水位）脱水桶

手动排水开关报警器

手动脱水开关

高水位传感器

中水位传感器

低水位传感器

水排空传感器

2.4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。

2.5PLC的基本机构

PLC实质是一种用于工业控制的计算机，其硬件结构基本上与微型计算机相同。

根据结构

形式的不同，PLC的基本结构分为整体式和模块式结构两类。

2.6整体式结构的PLC

整体式结构的PLC由中央处理器（CPU）、存储器、IO单元、电源电路和通信端口等组成，

并将这些组装在一起。

基本结构框图如图3所示。

电源

中央

处理

器

编程

器

系

统

总

线

输入输出单元

存储器

图3整体式结构

2.7模块式结构的PLC

模块式结构的PLC是将中央处理器（CPU）、存储器、输入输出单元、电源电路和通信端

口等分别做成相应的模块，应用时将这些模块根据要求插在机架上，各模块间通过机架上的总

线想到联系。

基本结构框图如图4所示

编程器其他PLC或现场设备上位机

电源

CPU

通信

输

输

殊功功

模块

模块

模块