《可编程控制器》课程设计-全自动洗衣机梯形图控制程序设计.docx

设 计 说 明 书可编程控制器课程设计全套设计加扣 3012250582设 计 题 目：全自动洗衣机梯形图控制程序设计 学 院： 机电工程学院 学 号： 专业（方向）年级： 电气工程及其自动化 学 生 姓 名： 福建农林大学机电工程学院电气工程系2017年 2 月 21日目录1、引言- 4 -1.1背景- 4 -1.2设计内容及目的- 4 -2、系统总体方案设计- 5 -2.1 系统硬件配置及组成原理- 5 -2.1.1系统硬件配置- 5 -2.1.2 PLC系统的结构组成- 5 -2.1.3自动双层停车场组成原理- 5 -2.2 系统变量定义及分配表- 6 -2.3 系统接线图设计- 7 -3、控制系统程序设计- 8 -3.1 控制程序流程图设计- 8 -3.2 控制系统的设计思路及设计程序- 9 -3.3 创新设计内容- 11 -4、控制系统的上位机设计- 12 -4.1 人机界面选择- 12 -4.2 人机界面设计- 12 -4.2.1通讯连接- 12 -4.2.2变量设置134.2.3画面组态135、系统调试及结果分析145.1 PLC程序调试及解决的问题145.2 PLC与上位机联调155.3 结果分析16结束语16参考文献16附录17可编程控制器课程设计任务书（一） 设计题目全自动洗衣机梯形图控制程序的设计与调试。（二） 情况简介全自动洗衣机的由内外桶、进水口、电源、启动和停止按钮、控制器、排水和脱水按钮、水位开关、排水口和洗条电机组成。洗衣桶（外桶）和脱水桶（内桶）是以同一中心安放的，外桶固定，作盛水用。内桶可以旋转，作脱水（甩干）用。内桶的四周有很多小孔，使内、外桶的水流相通。系统结构框图如下： 全自动洗衣机的进水和排水分别有进水电磁阀和排水电磁阀来执行。进水时，通过电控系统把进水阀打开，经进水管将水注人外桶，排水时，通过电控系统使排水阀打开，将水又外桶排到机外。洗衣机正转，反转由洗涤电机驱动波轮正反来实现，此时脱水桶并不旋转。脱水时，通过电控系统将离合器合上，由洗涤电机带动内桶正转进行甩干；高低水位开关分别用来测高低水位；电源按钮用来控制洗衣机的总开关，启动按钮用来启动洗衣机工作；停止按钮用来实现紧急工况下手动停止进水排水脱水及报警；排水按钮用来实现手动排水，脱水按钮用来实现手动脱水。图2-1 全自动洗衣机示意图（三） 设计要求1.（1）按下启动按钮及水位选择开关，注水直到高（中、 低）水位，关水（2）2s后开始洗涤（3）洗涤时，正转30s，停2s，然后反转30s，停2s（4）如此循环5次，总共320s后开始排水，排空后脱水30s（5）开始清洗，重复（2）（5），清洗两遍（6）清洗完成，报警3s并自动停机（7）若按下停车按扭，可手动排水（不脱水）和手动脱水（不计数）2. 若要求启动开关分为标准洗和轻柔洗，试改变有关输入点，并在程序中加入轻柔洗功能（轻柔洗过程自定）3. I/O编址4.编程并调试（四） 设计步骤1.查找资料，了解和分析题目所要求具体工程项目控制的过程。2.确定I/O点数，选择PLC 的型号，并根据需要进行硬件系统配置。3.绘制外部I/O接线图及相关的电气原理图。4.编程。5.调试。6.编写设计说明书。（五）设计说明书要求1.完整的设计任务书。2. 确定I/O点数，选择PLC 的型号，完成系统组态或硬件配置。3.正确合理地进行编程元件的地址分配。4.画出输入/输出接线图及相关电气原理图。5.设计梯形图控制程序。6.编制系统的操作说明。7.编制系统的调试说明及注意事项。8.设计体会（可选）.9参考文献.（六）列出设计参考资料目录设计时间 2017 年 2 月 20 日至 2017 年 3 月 5 日（2周）指导教师 1、引言1.1背景随者社会的发展、科技的进步以及人们生活水平的逐步提高，各种方便于生活的自动控制系统开始进入了人们的生活，以PLC为核心的电动机控制系统就是其中之一。同时也标志了自动控制领域成为了数字化时代的一员。它实用性强，功能齐全，技术先进，使人们相信这是科技进步的成果。它更让人类懂得，数字时代的发展将改变人类的生活，将加快科学技术的发展.可编程控制器的功能日益完善，加上小型化、价格低、可靠性高，PLC在现代工业中的作用将更加突出-随着现代工业设备的自动化越来越多的工厂设备釆用PLC，变频器，人机界面自动化器件来控制，因此自动化程度越来越高。电器控制技术是随着科学技术的不断发展，生产工艺不断提出新的要求而得到迅速发展的，在现代化工业生产中，为了提高劳动生产率，降低成木，减轻工人的劳动负担，要求整个工艺生产过程全盘自动化，这就离不开控制系统。而设计、生产全自动洗衣机无疑是为了方便大家的生活，提高大家的生活水平。洗衣服足生活中必不可少的事情，全自动洗衣机的出现大大减少了人们洗衣服的时间，降低了洗衣的劳动强度，以至于八九岁的小孩都可以在很短的时间里对大呈的衣物进行淸洗。全自动洗衣机利用PLC对电动机的控制，实现了洗衣机全自动化D 经设罝完成，便可以完成对衣物的洗涤、漂洗和甩干等工作。1.2设计内容及目的本次的课程设计的主题就是：全自动洗衣机梯形图控制程序设计。1.控制要求：（1）按下启动按钮及水位选择开关，注水直到高（中、 低）水位，关水（2）2s后开始洗涤（3）洗涤时，正转30s，停2s，然后反转30s，停2s（4）如此循环5次，总共320s后开始排水，排空后脱水30s（5）开始清洗，重复（2）（5），清洗两遍（6）清洗完成，报警3s并自动停机（7）若按下停车按扭，可手动排水（不脱水）和手动脱水（不计数）2. 若要求启动开关分为标准洗和轻柔洗，试改变有关输入点，并在程序中加入轻柔洗功能（轻柔洗过程自定）由设计要求可知，全自动洗衣机的工作流程图如图2-2所示。首先接通电源，用户根据衣物的多少及大小进行功能和水位的选择。再按下启动按钮，开始进水洗涤衣物。使用PLC控制时，输入设备主要有启动及停止按钮，功能选择按钮（标准功能选择按钮和轻柔功能选择按钮），水位选择按钮（高水位选择按钮、中水位选择按钮、低水位选择按钮），水位检测开关（高水位开关、中水位开关、低水位开关，排空检测开关），排水按钮及脱水按钮等。输出设备主要有进水电磁阀，洗涤电动机正转接触器，洗涤电动机反转接触器，排水电磁阀，脱水离合器，功能提示灯及报警蜂鸣器等。2、系统总体方案设计2.1 系统硬件配置及组成原理2.1.1系统硬件配置（1） 控制器：S7-200（2） 进水/排水电磁阀（3） 洗涤电机（4） 脱水电机（5） 报警装置2.1.2 PLC系统的结构组成通用型PLC的硬件基本结构如图2-1所示，它是一种通用的可编程控制器，主要由中央处理单元CPU、存储器、输入/输出（I/O）模块及电源组成。主机内各部分之间均通过总线连接。总线分为电源总线、控制总线、地址总线和数据总线。图2-1 PLC系统的结构框图2.1.3自动双层停车场组成原理全自动洗衣机的由内外桶、进水口、电源、启动和停止按钮、控制器、排水和脱水按钮、水位开关、排水口和洗条电机组成。洗衣桶（外桶）和脱水桶（内桶）是以同一中心安放的，外桶固定，作盛水用。内桶可以旋转，作脱水（甩干）用。内桶的四周有很多小孔，使内、外桶的水流相通。系统结构框图如下： 全自动洗衣机的进水和排水分别有进水电磁阀和排水电磁阀来执行。进水时，通过电控系统把进水阀打开，经进水管将水注人外桶，排水时，通过电控系统使排水阀打开，将水又外桶排到机外。洗衣机正转，反转由洗涤电机驱动波轮正反来实现，此时脱水桶并不旋转。脱水时，通过电控系统将离合器合上，由洗涤电机带动内桶正转进行甩干；高低水位开关分别用来测高低水位；电源按钮用来控制洗衣机的总开关，启动按钮用来启动洗衣机工作；停止按钮用来实现紧急工况下手动停止进水排水脱水及报警；排水按钮用来实现手动排水，脱水按钮用来实现手动脱水。图2-2 自动洗衣机原理图2.2 系统变量定义及分配表根据不同控制要求，可以定义不同的变量名来代替外界发来的开关信号，并且合理的分配对应的变量，从而针对性的进行开关信号的转变，使程序的可读性增强，使程序在扩展方面更加方便。在我的设计方案中，需要I/O：14DI，12D0 。 选择PLC型号： 西门子CPU224XP。I/O分配如表2-1所示。表2-1 输入信号的定义及地址分配表I/O地址信号名称功能说明I0.0电源按钮洗衣机运行总开关I0.1启动按钮开启洗衣机运行I0.2停止按钮停止洗衣机运行I0.3低水位选择按钮选择低水位I0.4中水位选择按钮选择中水位I0.5高水位选择按钮选择高水位I0.6标准功能选择按钮选择标准功能I0.7轻柔功能选择按钮选择轻柔功能I1.0排水按钮手动排水I1.1脱水按钮手动脱水I1.2排空检测开关排空时接通I1.3低水位检测开关低水位有信号I1.4中水位检测开关中水位有信号I1.5高水位检测开关高水位有信号Q0.0电机正转线圈电机正转Q0.1电机反转线圈电机反转Q0.2报警蜂鸣器报警Q0.3低水位提示灯提示选择低水位Q0.4中水位提示灯提示选择中水位Q0.5高水位提示灯提示选择高水位Q0.6注水阀注水Q0.7排水阀排水Q1.0标准功能提示灯提示选择标准Q1.1轻柔功能提示灯提示选择轻柔Q1.2脱水电磁离合器脱水2.3 系统接线图设计接线图，是根据电气设备和电器元件的实际位置和安装情况绘制的，只用来表示电气设备和电器元件的位置、配线方式和接线方式，而不明显表示电气动作原理。主要用于安装接线、线路的检查维修和故障处理。 根据系统变量定义及分配表可以看出，要实现控制目的要利用PLC中的14个输入继电器和12个输出继电器，所以本系统可以选用PLC型号为西门子S7200(CPU224)；而输入部分的电压可以采用DC24V的直流电，输出部分的电压则必须采用AC220V的交流电，并且热继电器的辅助常闭触点要接在主线上，这样才能达到保护的目的。此自动双层停车场控制的接线图可如图2-3所示。图2-3 自动洗衣机控制系统接线图3、控制系统程序设计3.1 控制程序流程图设计3.2 控制系统的设计思路及设计程序设计思路：该设计分为两部分：第一部分参数选择。第二部分清洗。使用时按下电源按钮实现开机和和结束时关机。根据清洗衣物的情况设计标准和轻柔两种洗涤模式。因为经常清洗衣物有时多有时少为了节约用水，根据需要选择相应的水位。启动按钮和停止按钮实现随时控制洗衣机的启动与停止。1.辅助继电器 在本程序中，M0.0是按下电源按扭的辅助继电器；M0.2是判断洗衣机是否在工作的辅助继电器；M0.3注水完成辅助继电器。2.进水在正常情况下，按下启动按扭或者脱水完毕，而且洗衣大循环未到2次时，开始进水，当水位到设定水位后停止进水，等待2s后进入洗衣过程。在强制停止情况下，当停止按扭按下时立即停止进水。3.洗衣进水到设定水位2s后，开始洗衣，现正在30s，然后停止2s，在反转30s，然后再停止2s，这样循环5次后进入排水过程。4.排水洗衣过程完毕后，进入排水过程。水排空后停止排水。5.脱水 水排空后，开始脱水，脱水30s后停止脱水。6.洗完警报洗衣大循环2次后，洗完后开始警报，警报三秒，这样整个洗衣过程结束。程序：具体的逻辑程序见附录。3.3 创新设计内容在我的程序中，主要的创新点清洗功能采用子程序，可以根据使用者的需要很容易添加或更改清洗功能。而且使用和操作简单。4、控制系统的上位机设计4.1 人机界面选择对于人机界面，我选择用组态王6.53软件来制作。4.2 人机界面设计4.2.1通讯连接在系统的设备栏里，点击COM1，接着点击出现的新建设备，西门子S7-200系列PPI，然后选择串口号、设置地址指南等，如下图（图4-1）所示。23图4-1 通讯连接相关图4.2.2变量设置表4-1 上位机输入、输出变量电源M2.0标准提示灯Q1.0启动M2.1轻柔提示灯Q1.1停止M2.2低水位提示灯Q0.3手动排水M3.0中水为提示灯Q0.4手动脱水M3.1高水位提示灯Q0.5标准选择M2.6电机正转Q0.0轻柔选择M2.7电机反转Q0.1低水位选择M2.3注水Q0.6中水位选择M2.4排水Q0.7高水位选择M2.5脱水Q1.2报警Q0.2标准提示灯Q1.0轻柔提示灯Q1.1低水位提示灯Q0.34.2.3画面组态我的人机界面具体分为两个界面：进入程序界面和洗衣机控制界面（如下图）。图4-2 进入程序界面图图4-3 洗衣机控制面图图4-4 洗衣机控制面实拍图图4-3为洗衣机控制的主界面图，我设置了10个按钮和16个指示灯。当用户要使用时，首先需要按下电源按钮，接着按下要选的功能和水位按钮（默认标准功能和低水位），然后按下启动按钮，洗衣机开始工作，洗衣机注水阀或排水阀打开和电机正反转等情况，界面上相应的指示灯也会相应地亮起。当清洗完毕时警报灯闪烁提醒并自动“关机”。可以在洗衣机工作过程中按下停止按钮，洗衣机停止工作，按手动排水和手动脱水实现排水脱水功能。图4-4为洗衣机控制面实拍图。5、系统调试及结果分析5.1 PLC程序调试及解决的问题根据设计思路利用V4.0 STEP7 Micro WIN SP9软件编写程序，经过编译确认无误后，导出程序，接着打开S7-200仿真软件，选择CPU型号为224xp，在工具栏程序中装载之前导出程序块和数据块，点击监视器和运行按钮，就可进行仿真模拟。（也可以在实体机上进行通信-下载-运行，利用监控与状态表来判断正误。）PLC程序的调试是我们写程序中相当关键的一步，调试不仅可以帮我们检查程序的正误及如何改进，而且还能提前让我们了解我们所编程序的最终效果。利用S7-200仿真软件调试3号车位的存车如下图（图5-1）。图5-1 全自动洗衣机的仿真图5.2 PLC与上位机联调上位机我是采用组态王6.53来编写，人机界面中根据下位机PLC的程序新建一些I/O变量，这些变量需要添加进PLC程序中，才能进行PLC与上位机的联调。（添加后的程序见附录）PLC与上位机的联调：首先在实验室将线路接通后，在V4.0 STEP7 Micro WIN SP9中打开程序，进行程序的通信，并下载程序，随后运行程序，关闭V4.0 STEP7 软件。紧接着，打开组态王软件，选择自己的工程，点击VIEW，运行自己创建的人机界面。联调时，第一，点击人机界面中的存取按钮，打开电源和启动，拨动相应水位检测开关，观察是否符合设计要求；第二，直接拨动PLC工作台上的存取开关，也是打开电源和启动，拨动相应的水位检测开关，观察是否符合设计要求。只有两者都成功了，才能确保PLC与上位机联调成功。5.3 结果分析经过PLC与上位机的联调，我发现我做的人机界面并不能真正地做到远程控