基于PLC全自动洗衣机控制系统的设计

本科生毕业论文（设计） 题 目 : 基于 PLC 全自动洗衣机控制系统的设计 姓 名 : 孙舟 学 院 : 工学院 专 业 : 农 业电气化与自动化 班 级 : 电气 92 学 号 : 32109207 指 导教师 : 黄桂林 职称 : 讲师 2013 年 4 月 29 日 南京农业大学教务处制 目 录 摘要 . 1 关键词 . 1 Abstract . 1 Key words . 1 引言 . 1 1 可控编程控制器的概述 . 1 1 1 PLC 的发展历史 . 2 1 2 PLC 的发展趋势 . 3 1 3 PLC 的应用 . 3 1 4 PLC 的工作原理 . 4 1 5 选题的背景意义 . 4 1 6 自动控制的应用领域 . 5 2 系统设计 . 5 2 1 控制系统的比较 . 5 2 2 可编程控制器外部硬件设计 . 6 2 2 1 可编程控制器的选择 . 6 2 2 2 可编程控制器 I/O 口分配 . 6 2 2 3 可编程控制器硬件系统框图 . 7 2 3 可编程控制器内部软件设计 . 8 2 3 1 正常运行 . 8 2 3 2 强制停止 . 9 2 3 3 PLC 控制程序流程 . 9 2 3 4 PLC 程序流程图 . 9 2 3 5 PLC 控制程序调试 . 10 3 软件简介 . 10 3 1 STEP 7 简介 . 10 3 2 MCGS 简介 . 12 3 3 MCGS 监视系统脚本程序 . 13 3 4 MCGS 洗衣机监控系统设计过程 . 14 3 5 MCGS 洗衣机监控系统效果 . 14 4 总结 . 16 致谢 . 16 参考文献 . 16 附录 . 17 1 基于 PLC 全自动洗衣控制系统的设计 农业电气化与自动化专业学生 孙舟 指导教师 黄桂林 摘要： 洗衣机从 20 世纪 80 年代初期开始传入中国家庭，并由最初的单缸洗衣机到双缸洗衣机，再到全自动洗衣机。全自动洗衣机也从最初的采用机械电动式控制器的普通式全自动 洗衣机，发展到采用微电脑控制的微电脑控制全自动洗衣机，再到采用模糊控制技术的模糊控制全自动洗衣机。全自动洗衣机是一种同时具有洗涤、漂洗和脱水等功能，且它们之间的转换不用手工操作而能知道进行的洗衣机。可编程控制器 PLC 是以计算机技术为核心的通用自动化控制装置。它的功能性强。可靠性高。编程简单。使用方便。体积小巧。这些年来在工业生产中得到广泛的应用。被誉为当代工业自动化主要支柱之一。完成洗衣机基本工作，并用 MCGS 监控。 关键词： 全自动洗衣机；可编程控制器；简化结构； MCGS The Design of the Control System of Full-automation Washer Based on PLC Student majoring in Agricultural Electrification and Automatically Sun Zhou Tutor Huang GuiLin Abstract： The washer has streamed into Chinese family since the early part of 80s in 20th century, and from the first single urn of washer arrive a double urn washer, arrive adoption faintness to control technical of the faintness control a full-automatic washer.The full-automatic washer is a kind to have rinse and wash and dehydrate etc. function at the same time, and their arrive a full-automatic washer again.Full-automatic washer also the common type from the first adoption machine dynamoelectric type controller full-automatic washer, develop to adopt the micro-computer of the control of micro-computer to control a full-automatic washer, again conversion need not handicraft operation but can know to carry on of washer.PLC is taken core to control devised the calculator technique as the in general use automation control equip to computer skills. Its function is strong, the credibility is high, the program is easy, the usage is convenient, the physical volume is exquisite. In these years, the application of PLC is extensive, it drives for contemporary the industrial automation and mainly pays one of the pillars.Complete washing machine basic work and use the MCGS monitoring. Key words: Full-auto washing machine； Programmable Controller； Simplify Structure；MCGS. 引言可编程控制器 (PLC,Programmable Logic Controller)简称 PLC，是 20 世纪 60 年代发展起来的被国外称为“先进国家三大支柱”之首的工业自动化理想控制装置，因为它可以通过软件来改变控制过程，而且具有体积小、组装灵活、编程简单、抗干扰能力强及可靠性高等优点，现已广泛应用于工业控制的各个领域，成为自动化技术的重要组成部分。 1 可控编程控制器的概述 可编程序控制器是一种数字运算操作的电子系统，专为工业环境而设计。它采用了可编程序的存储器，用来在其内部存储逻辑运算、顺序控制、定时、计数和算术运算等操作的指令，并通过数字式和模拟式的输入和输出，控制各种类型机械的生产过程；而有关的外围设备，都应按易于与工业系统连成一个整体，易于扩充其功能的原则设计。 自 1969 年针对工业 自动控制的特点和需要而开发的第一台 PLC 问世以来，它的发 2 展虽然包含了前期控制技术的续承和演变，但又比同于顺序控制器和通用的微机控制装置。它不仅充分利用微机处理器的优点来满足各种工业领域的实时控制要求，同时也照顾到现场电气操作维护人员的技能和习惯，摒弃了微机常用的计算机编程语言的表达形式，独具风格地形成一套以继电器梯形图为基础的形象编程语言和模块化的软件结构，使用程序的编程方法清晰直观，方便易学，检测调试方便 。 1 1 PLC 的发展历史 1968 年美国通用汽车公司提出了代替继电器控制装置的要求。 1969 年， 美国数字设备公司研究并制作出了第一台可编程序控制器 PDP-14，在美国通用汽车公司的生产线上试用并取得了成功，第一次采用程序化手段使其应用于电气化的控制，这就是第一代的可编程序控制器，称之为 Programmable，是世界上公认的第一台 PLC。 1969 年，美国研制出第一台 PDP-14。 1971 年，日本研制出第一台 DCS-8 。 1973 年，德国研制出第一台 PLC。 1974 年，中国研制出第一台 PLC。 20 世纪 70 年代初微处理器应运而生。人们很快将其引入可编程序控制器，使 PLC增加了运算、数据传送及处理 等功能，完成了真正具有计算机特征的工业控制装置。此时的 PLC 为微机技术和继电器常规控制概念相结合的产物。个人计算机发展起来后，为了方便和反映可变程序控制器的功能特点，可编程序控制器名为 Programmable Logic Controller(PLC)。 20 世纪 70 年代中末期，可编程控制器步入了实用化的发展阶段，计算机技术已全面引进到可编程序控制器中，使 PLC 的功能发生了质的飞跃。 PLC 具有了更高的运算速度、更小的体积、更可靠的工业抗干扰能力、模拟量运算、 PID 功能及极高的性价比奠定了它在现代工业中的地位 。 20 世纪 80 年代初期，在先进工业国家中可编程控制器已获得广泛应用。世界上生产可编程控制器 PLC 的国家日益增多， PLC 的产量也日益上升。这标志着可编程序控制器 PLC 已经步入了成熟的阶段。 20 世纪 80 年代至 20 世纪 90 年代中期，是 PLC 发展速度最快的时期，其年增长率基本保持为 30%40%。 PLC 在此时期，其处理模拟量能力、数字运算能力、人机接口能力和网络能力得到了大幅的提高， PLC 逐渐进军过程控制领域，在一些应用上已经可以取代在过程控制领域处于统治地位的 DCS 系统。 20 世纪末期，可编程序控制器的发展特 点则是更能适应于现代工业的需求。这个时期产生了 PLC 控制的大型机和超小型机、各种各样的特殊功能单元也在此时期诞生、产生各种人机界面单元、通信单元，让可编程控制器在工业控制设备的应用中更加方便容易。 第一台 PLC 诞生后不久， Dick Morley(被誉为可编程序控制器之父 )的 MODICON公司也推出了 084 控制器。这种控制器的核心思想就是采用软件编程方法替代继电器控制系统的硬接线方式，并有大量的输入传感器和输出执行器的接口，可以方便地在工业生产现场直接使用。随后， 1971 年日本推出了 DSC-80 控制器， 1973 年西欧国家的各种PLC 也研制成功。虽然这些 PLC 的功能还不强大，但它们开启了工业自动化应用技术新时代的大门。 PLC 诞生不久即显示了其在工业控制中的重要性，在许多领域得到了广泛的应用。 PLC 技术的发展是随着计算机和微电子技术的发展而发展的，从最初的一位机发展为 8 位机。随着 CPU 微处理器和微型计算机在 PLC 中的应用增多，从而形成了现代意义上的 PLC。 20 世纪 80 年代以来，随着微电子技术的快速发展，大规模和超大规模集成电路的出现，由于 16 位和 32 位微处理器构成的微机化，使得 PLC 得到了惊人的发 3 展，并使 PLC 在 设计、概念、性价比以及应用等领域都有了新的突破。现在 PLC 不仅控制的功能增强了，同时功耗降低、体积减小，成本下降，而可靠性仍然得到提高，编程和故障检测调试更加方便与灵活，而且有远程的 I/O 和通信网络、数据处理以及人机界面 (HMI)也有了更高的发展。现在 PLC 不仅可以方便的应用于制造业自动化，而且还可以应用于连续生产的过程控制系统，所有这些已经使之成为自动化技术领域的三大支柱之一，即使在现场总线技术成为自动化技术应用热点的今天， PLC 仍然是现场总线控制系统中不可缺少的控制器。 1 2 PLC 的发展趋势 PLC 总的发展趋势是向高集成度、小体积、大容量、高速度、易使用、高性能、信息化、软 PLC、标准化、与现场总线技术紧密结合等方向发展。 从当前产品技术性能来看， PLC 发展趋势仍然主要体现在体积的缩小与性能的提高两大方面。 (1)体积小型化。电子产品体积的小型化是微电子技术发展的必然结果。现代 PLC无论从内部元件组成还是硬件、软件结构都已经于早期的 PLC 有了很大的不同， PLC体积被大幅度缩小。 (2)性能的提高。 PLC 性能主要包括 CPU 性能与 I/O 性能两大方面。 可编程序控制器在我国的发展情况如下： 我国可编程序控 制器的发展与国际上的发展有所不同，国际上可编程序控制器的发展是从研制、开发、生产到广泛应用。而我国起步较晚，在 1991 年成立了可编程序控制器行业协会。可编程序控制器行业协会在政府和企业之间起到了桥梁作用，沟通了情况，为做出决策提供了依据。同时可编程序控制器的标准化工作也收到了有关部门的关注，并在 1993 年成立了可编程序控制器标准化技术委员会，为我国可编程序控制器的进步打下了基础。 PLC 市场这些年涌现出很多心的厂家，每年出现数十种新的产品，其中有功能全、处理能力强、以各种形式结合模拟 I/O 和 PID 回路控制的 、具有优良批量处理特性的高档产品，也有价格低廉、价格性能比好、应用广泛的低档产品。从 PLC 市场的发展来看，海外品牌产品一直是处于主导品牌的位置，从近十年的行业发展来看，中国早在 20世纪 80 是年代初就积极引入 PLC 技术，近年来国内的发展正在不断的扩大中， 2010 年国产品牌的产值达五亿人民币。 1 3 PLC 的应用 PLC 的初期由于其价格比继电器控制装置的成本高出很多，使得 PLC 的发展受到限制。但近年来的发展， PLC 的应用面也越来越广泛，其根本的原因是：首先由于微处理器芯片及有关组件价格大幅下调，使得 PLC 的 制作成本下降；其次 PLC 的功能增强，应用方面也得到提高，能解决更复杂的计算和通信问题。目前 PLC 在国内外已广泛应用于化工、电力、石油、钢铁、采矿、汽车、纺织、机械制造、水泥、装卸、造纸、环保和娱乐等行业。 PLC 的应用范围一般可分成 5 种不同的类型： (1)顺序控制，顺序控制是在 PLC 应用中最多的，也是最适合 PLC 应用的领域。它是用来代替传统的继电器顺序吸和从而控制系统。 PLC 多应用于单机控制、多机群控、生产自动线控制等。例如：包装机械、磨床、电镀流水线、装配生产线、切纸机械、印刷机械、组合机床、注塑机械及电梯控制等 。 (2)运动控制， PLC 制造商目前已提供了拖动步进电机或伺服电机的单轴或多轴位置控制模块，在多数情况下， PLC 把描述目标位置的数据送给模块，其输出移动一轴或数据到目标位置。每个轴移动是，位置控制模块保持适当的位置和加速度，确保运动平滑。 (3)过程控制， PLC 还能控制大量的过程参数，例如：温度、流量、压力、液位和速度。 PID 模块提供了使 PLC 具有闭环控制的功能，即一个具有 PID 控制能力的 PLC 可 4 用于过程控制。当过程控制种某个变量出现偏差时， PID 控制算法会计算出正确的输出，把变量保持在设定值上。 (4)数据处理，在机械加工 中， PLC 作为主要的控制和管理系统用于 CNC 和 NC 系统中，可以完成很多数据处理工作。 (5)通信网络， PLC 的通信包括主机与远程 I/O 之间的通信、多台 PLC 之间的通信、PLC 和其他智能控制设备（如计算机、变频器、数控装置）之间的通信。 PLC 与其他智能设备一起，可以组成“集中管理、分散控制”的分布式控制系统。 1 4 PLC 的工作原理 PLC 的 CPU 采用顺序逻辑扫描用户程序的运行方式，即如果一个输出线圈或逻辑线圈被接通或断开，该线圈的所有出点 (包括其常开或常闭出点 )不会立即动作，必须等扫描到该触点时才会动作。 考 虑到继电器控制装置各类触电的动作时间一般在 100ms 以上，而 PLC 扫描用户程序的时间一般小于 100ms，因此， PLC 采用了一种不同于一般微型计算机的运行方式“扫描技术”。这样对于 I/O 响应要求不高的场合， PLC 与继电器控制装置的处理结果上几乎没有区别。 当 PLC 投入运行后，其工作过程一般分为三个阶段，即输入采样、用户程序执行和输出刷新三个阶段。完成上述三个阶段称作一个扫描周期。在整个运行期间， PLC 的CPU 以一定的扫描速度重复执行上述三个阶段。 (1)输入采样阶段 在输入采样阶段， PLC 以扫描方式依次地读入 所有输入状态和数据，并将它们存入I/O 映像区中的相应单元中。输入采样结束后，转入用户程序执行和输出刷新阶段。在这两个阶段中，即使输入状态和数据发生变化， I/O 映像区中的相应单元的状态和数据也不会改变。因此，如果输入是脉冲信号，则改脉冲信号的宽度必须大于一个扫描周期，才可以保证在任何情况下，改变输入均可被读入。 (2)用户程序执行阶段 在用户程序执行阶段， PLC 总是按由上而下的顺序依次地扫描用户程序，即梯形图。 当扫描每一条梯形图时，又总是先扫描梯形图左边的由个触点构成的控制线路，并按先左后右、先上后下的顺序 对由触电构成的控制线路进行逻辑运算，然后根据逻辑运算的结果，刷新该逻辑线圈在系统 RAM 存储区种对应的状态；或者刷新该输出线圈在I/O 映像区中对应的状态；或者确定是否要执行该梯形图的特殊功能指令。 (3)输出刷新阶段 当扫描用户程序结束后， PLC 就进入输出刷新阶段。在此期间， CPU 按照 I/O 映像区内对应的状态和数据刷新所有的输出锁存电路，再经输出电路驱动相应的外设。 图 1.1 PLC 工作过程 1 5 选题的背景意义 洗衣机是人们不可缺少的电器，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。在以单片机为中心的控制系统用户输入设备 输入端子 输入锁存器 输入映像寄存器 程序执行 输出映像寄存器 输出锁存器 输出端子 用户输出设备 读 写 读 5 工作的全自动洗衣机中，单片机控制系统的指令较复杂，编写的洗涤、脱水程序也相对复杂。如果在全自动洗衣机的控制系统中采用 PLC 来控制，将能克服单片机控制的这些缺点。 PLC 是以计算机技术为核心的通用工业自动化装置，它将传统的继电器控制系统与计算机技术结合在一起，是整体模块，集中了驱动电路、检测电路、保护电路以及通讯联网功能， 具有硬件相对简单，高可靠性，灵活通用，易于编程和调试，使用、维修方便等特点，更可以提高控制系统设计的灵活性及控制系统的可靠性。目前已在工业自动控制、机电一体化及改造传统产业等方面得到了广泛的应用，被誉为现代工业生产自动化的三大支柱之首。 1 6 自动控制的应用领域 现代社会要求制造业对市场需求做出迅速的反应，生产出小批量、多品种、多规格、低成本和高质量的产品，为了满足这一要求，生产设备和自动生产线的控制系统必须具有极高的可靠性和灵活性，可编程序控制器简称 PLC(Programmable Logic Controller)正是顺应这一要求出现的，它是以微处理器为基础的通用工业控制装置。 PLC 的应用面广、功能强大、使用方便，是当代工业自动化的主要设备之一。 PLC已经广泛的应用在各个机械设备和生产过程的自动控制系统中，当然 PLC 在其他领域也得到了迅速的发展。 在发达的工业国家， PLC 已经广泛的应用在各个工业部门，并随着 PLC 的性价比不断提高，其应用范围不断扩大，我国有越来越多的行业领域开始应用到 PLC。 PLC 的应用领域主要有数字量逻辑控制。运动控制、闭环过程控制、数据处理、通信联网等。 2 系统设计 2 1 控制系统的比较 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，高温高压等恶劣环境。对工作环境要求较低，抗干扰能力强，平均无故障时间长。 (2)使用方便灵活， PLC 采用了基层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 的特殊模块增多满足了不同的控制要求，使 PLC的使用更加灵活多变。 (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能很快的掌握，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。 单片机的特点： (1)要求环境，单片机对环境的适应能力较低，可靠性差。 (2)编程与 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，这些高级语言与 PLC 相比，较难学习。 (3)功能单一只具有使用中所需要的功能。但是结构检点，处理速度快。 6 启 动 按 钮停 止 按 钮控 制 按 钮蜂 鸣 器高 水 位 探 测 器空 水 位 探 测 器排 水 口电 机 进 水 口 内 桶外 桶波 盘（ 高 低 水 位 设 置 ）图 2.1 全自动洗衣机示意图 2 2 可编程控 制器外部硬件设计 2 2 1 可编程控制器的选择 根据输入信号及输出信号的数量，经过计算，输入点数为 9 个，输出点数为 6 个；输入、输出信号都是数字量。增加 20%备用量，以便随时增加控制功能： 输入点数为： 8.10%2019 输出点数为： 2.7%2016 由于 S7-200 224CPU 模块有 14 点数字量输入， 10 点数字量输出，所以不需要增加扩展模块，所以根据 I/O 点数，可 选用西门子 S7-200 型可编程序控制器。 2 2 2 可编程控制器 I/O 口分配 表 2.1 输入地址分配 名称 说明 地址 启动按钮 启动洗衣机 I0.0 停止按钮 停止洗衣机 I0.1 高水位按钮 高水位选择开关 I0.2 低水位按钮 低水位选择开关 I0.3 手动排水按钮 手动排水 I0.4 高水位传感器 高水位检测 I0.5 低水位传感器 低水位检测 I0.6 空水位传感器 水排空检测 I0.7 手动脱水按钮 手动脱水 I1.0 表 2.2 输出地址分配 名称 说明 地址 进水电磁 阀 进水控制 Q0.0 排水电磁阀 排水控制 Q0.1 电机正转接触器 电机正转控制 Q0.2 电机反转接触器 电机反转控制 Q0.3 脱水离合器 脱水控制 Q0.4 7 蜂鸣器 声音提示 Q0.5 表 2.3 定时器分配 定时器 功能 T37 延时 3 秒开始洗涤 T38 电机正转 30 秒 T42 暂停 2 秒 T39 电机反转 30 秒 T43 暂停 2 秒 T40 脱水 30 秒 T41 蜂鸣器响 5 秒 表 2.4 计数器分配 计数器 功能 C50 洗衣小循环 3 次 C51 洗衣大循环 3 次 2 2 3 可编程控制器硬件系统框图 S7-200I 0 . 0I 0 . 1I 0 . 2I 0 . 3I 0 . 4I 0 . 5I 0 . 6I 0 . 7Q 0 . 0Q 0 . 1Q 0 . 2Q 0 . 3Q 0 . 4I 1 . 02 4 VA C2 2 0 V F U1 M2 M1 L2 L3 L启 动停 止高 水 位低 水 位手 动 排 水高 水 位 传 感 器低 水 位 传 感 器水 排 空 传 感 器手 动 脱 水进 水 电 磁 阀排 水 电 磁 阀电 机 反 转 接 触 器脱 水 离 合 器蜂 鸣 器电 机 正 转 接 触 器图 2.2 PLC 硬件接线图 (1)启动按钮 启动按钮用来控制全自动洗衣机开始工作。当洗衣机内放入衣物，且准备好洗衣之后，按下启动按钮，全自动开始洗衣。 (2)停止 停止按钮用来控制运行中的全自动洗衣机停止工作。在洗衣过程中，若想要中途停止洗衣机工作，可直接按下停止按钮，洗衣机就会停止工作。 (3)高水位 高水位是指洗衣过程中，洗衣机内水位选择在相对于较高的一个水位，当选择了高水位，则在洗衣过程中水位将保持系统设定的水位中最高的一个水位。在操作面板上用以按钮来设置高水位，按下表示选择了高水位 。 (4)低水位 低水位是指洗衣过程中，洗衣机内水位选择在相对于较低的一个水位，当选择了低 8 水位，则在洗衣过程中水位将保持系统设定的水位中适中的一个水位。在操作面板上用以按钮来设置低水位，按下表示选择了低水位。 在设计上，用户只能选择一个水位或高或低，但在实际生活中有可能用户不小心同时摁下两种水位设置按钮，所以在设计时设计了高水位与低水位的互锁。由此，也可以在实际生活中只使用一个按钮来当高低水位选择，出于节约水资源的角度可设成，摁下为高水位，平时不按下时则是低水位。 同时注意，高水位与低水位的选择须在用户开始前选择 。 (5)高水位传感器 高水位传感器是用来检测洗衣机水位是否达到高水位。本设计是采用了数字量输出式水位探测器，利用水位到达浮球上升从而得到一个数字量信号，这种数字量可以直接连接在 PLC 的数字量输入口上，较为方便。 (6)低水位传感器 低水位传感器是用来检测洗衣机水位是否达到低水位。本设计是采用了数字量输出式水位探测器，利用水位到达浮球上升从而得到一个数字量信号，这种数字量可以直接连接在 PLC 的数字量输入口上，较为方便。 (7)水排空传感器 水排空传感器是检测洗衣机桶内水是否已经排空。同样本设计是使用浮球开关从而得到一个数字量 信号，可直接连接在 PLC 的数字量输入口上。 (8)进水电磁阀 进水电磁阀是用来控制洗衣机进水的。当洗衣机需要外界进水时， PLC 主机发出控制信号，进水电磁阀会打开，水进入洗衣桶内，当水位到达预设水位时， PLC 会发出信号自动关闭进水阀，同时延时 3 秒进入下一个洗衣步骤。 (9)排水电磁阀 排水电磁阀是用于 PLC 主机控制洗衣机桶内的水的排放。本设计是利用的地球的引力，当需要排水时 PLC 主机发出一个打开电磁阀的信号，水从洗衣桶内流出进行排水。同进水电磁阀使用的是同一类型的数字量电磁阀。 (10)电机正转接触器 电机正转接触器是用来控制电 机正转。直接连接于 PLC 主机的数字量输出端口。在洗衣过程中，电机正转与反转轮流进行。 (11)电机反转接触器 电机反转接触器是用来控制电机反转。直接连接于 PLC 主机的数字量输出端口。在洗衣过程中，电机正转与反转轮流进行。 (12)脱水离合器 脱水离合器是用于 PLC 主机控制电机及离合器来进行脱水，脱水需要电机带动洗衣机内筒选择，有了离合器就可以连通电机和洗衣机内筒进行旋转脱水，可直接连接于PLC 主机的数字量输出端口来控制脱水离合器。 (13)蜂鸣器 蜂鸣器是用来指示洗衣机结束后发出声音提示，表示洗衣结束提醒。采用工业用的直流供电蜂鸣 器可以直接连接到 PLC 主机数字量输出端口来控制。 以上对于全自动洗衣机各个硬件组成进行了详细的介绍后，可以更好的对 PLC 主机的 I/O 资源进行分配，其具体分配情况如表 1 所示。 2 3 可编程控制器内部软件设计 全自动洗衣机控制系统的要求是能实现“正常运行”和“强制停止”两种控制方式。 2 3 1 正常运行 “正常运行”方式具体控制要求如下： (1)按下启动按钮及水位选择开关，开始进水直到高低水位，进水电磁阀关闭。 9 水位控制：高水位 90% 低水位 75% 空水位 0% (2)进水完毕后暂停 3 秒开始洗涤。 (3)洗涤时，正转 30 秒，停 2 秒，然后反转 30 秒，停 2 秒 (洗涤小循环 )。 (4)当洗涤小循环 3 次后，开始排水，当水位到达空水位时即排空后脱水 30 秒。 (5)开始清洗，重复 (1)(4)，重复 3 次。 (6)清洗完成，报警 5 秒并自动停机，洗衣停止。 2 3 2 强制停止 “强制停止”方式具体控制要求如下： (1)若按下“停止”按钮，洗衣过程停止，即洗衣机电机正反转，进水电磁阀，排水电磁阀，全部停止工作。 (2)可用手动排水开关和手动脱水开关进行手动排水和 脱水。 2 3 3 PLC 控制程序流程 洗衣机的进水、排水分别由进水电磁阀和排水电磁阀执行。 洗衣机正反转又洗涤电动机驱动波盘正反转来实现。 脱水时，由脱水电磁离合器合上、排水电磁阀闭合，洗涤电动机正转进行甩干。 2 3 4 PLC 程序流程图 图 2.3 PLC 洗衣机控制系统流程图 初始状态 水位选择 启动进水 达到预设水位 洗涤 正转 30s 暂停 2s 洗涤反转 30 暂停 2s 排水 是否已正反转洗涤 3 次 否 到达空水位 脱水 30s 报警 5s 停机 是否洗涤 3 次 是 否 是 10 2 3 5 PLC 控制程序调试 连接好 PLC，打开 Step7 软件，选择 好合适通信端口 COM口，建立好通信。先用软件使 PLC 停止工作，即 RUN 灯熄灭 STOP 灯亮灯。然后选好CPU 的型号，把写好的梯形图程序写入 PLC 中，下载完毕后使用软件启动 PLC，即 RUN指示灯灯亮，在程序运行时，按下启动开关，并选择高低水位，当水位与设定不一致时进水电磁阀 Q0.0 得电工作进水，当水位一致时，经过延时 3 秒后电机开始正转，正转30 秒后中间继电器 M0.6 和定时器 T42 的点暂停 2 秒后，反转 30 秒，中间继电器 M0.7和定时器 T43 得电暂停 2 秒，一个洗衣小循环结束，当 3 次小循环结束后计数器 C50得电；排水 电磁阀开始工作，拍空洗衣后的水，当排空传感器检测水已经排空时，开始脱水 30 秒，此为洗衣大循环；当 3 个洗衣大循环结束后计数器 C51 得电，蜂鸣器报警表示整个洗衣过程结束。 全自动洗衣机采用 PLC 为核心，结构合理、测试方法可靠，它有很强的灵活性，提高了设备运行的可靠性，缩短了产品开发周期，保证产品各项技术开发的同步性，产品技术发展的同时提高了效率，取得了良好的经济效益。此外， PLC 可以重复使用降低了成本。它的灵活性，操作方便性也方便测试者随时输入、调试和修改控制程序。 PLC是设有串行接口，方便地与计算机进行连接， 组成测控系统，方便了系统的维护调试和使用。 3 软件简介 3 1 STEP 7 简介 STEP 7 编程软件用于西门子系列工控产品包括 SIMATIC S7、 M7、 C7 和基于 PC的 WinAC 的编程、监控和参数设置，是 SIMATIC 工业软件的重要组成部分。 STEP 7 具有以下功能：硬件配置和参数设置、通讯组态、编程、测试、启动和维护、文件建档、运行和诊断等功能。 STEP 7 的所有功能均有大量的在线帮助，用鼠标打开或选中某一个对象，按 F1 可以得到该对象的相关帮助。 在 STEP 7 中，用项目来管理一个自动化系统的 硬件和软件。 STEP 7 用 SIMATIC管理器对项目进行集中管理，它可以方便地浏览 SIMATIC S7、 M7、 C7 和 WinAC 的数据。实现 STEP 7 各种功能所需的 SIMATIC 软件工具都集成在 STEP 7 中。 11 图 3.1 STEP 7 界面简介图 (1)工具栏 它提供了常用菜单命令的快捷按钮。从查看 工具条可以显示和隐藏任意工具栏。 (2)浏览条 浏览条包括查看和工具窗口，通过单击可实现二者之间的切换。查看窗口为进入程序块窗口、符号表窗口等提空了快捷方式。工具窗口为进入编程向导界面提供了快捷方式，各种编 程向导提高了编程软件的易用性。 (3)指令树 显示了所有的项目对象和创建程序所需的指令，如图所示。可以将指令书拖到应用程序中，也可以用双击指令的方法将该指令插入到程序编辑器中的当前光标所在地。 (4)编辑器 编辑器包括程序编辑器和局部变量表。在程序编辑器的底部有主程序、子程序和中断服务程序标签。点击这些标签，可以在程序编辑器窗口实现主程序、子程序和中断服务程序之间的切换。 (5)局部变量表 可以在局部变量表中作为临时的局部变量定义符号名称，也可以为子程序和中断服务程序分别指定变量，用于为子程序传递参数。 程 序中的每个 POU(程序组织单元 )都有自己的局部变量表。这些局部变量允许定义具有范围限制的变量，同时只在建立该变量的 POU 中才有效。 (6)输出窗口 输出窗口用来显示 POU 的最近编译结果信息 (所编程序的大小、占用数据块的大小 12 等 )和在编译之后检测到的错误信息。可以双击输出窗口中的错误信息，光标会自动移至有编译错误的网络。 3 2 MCGS 简介 MCGS即 监视与控制通用系统 ，英文全称为 Monitor and Control Generated System。MCGS 是为工业过程控制和实时监测领域服务的通用计 算机系统软件，具有功能完善、操作简便、可视性好、可维护性强的突出特点。 MCGS 组态软件（以下简称 MCGS）由 “MCGS 组态环境 ”和 “MCGS 运行环境 ”两个系统组成。两部分互相独立，又紧密相关。 构 建 动 画流 程 控 制报 警 组 态设 计 报 表连 接 设 备实时数据库动 画 显 示现 场 控 制报 警 输 出报 表 打 印设 备 输 出组态软件核心实时数据库组 态 环 境 运 行 环 境多 任 务 多 线 程图 3.2 MCGS 组态软件整体结构 MCGS 组态环境是生成用户应用系统的工作环境 通过一个 可执行程序 McgsSet.exe支持，其存放于 MCGS 目录的 Program 子目录中。用户在 MCGS 组态环境中完成动画设计、设备连接、编写控制流程、编制工程打印报表等全部 的 组态工作后，生成扩展名为 .mcg 的工程文件，又称为组态 结果数据库， 它 与 MCGS 运行环境一起，构成了用户应用系统，统称为 “ 工程 ”。 MCGS 运行环境是用户应用系统的运行环境， 通过一个 可执行程序 McgsRun.exe 支持，其存放于 MCGS 目录的 Program 子目录中。在运行环境中完成对工程的控制工作。 MCGS 工程的五大部分 。 MCGS 组态软件所建立的工程 主要 由主控窗口、设备窗口、用户窗口、实时数据库和运行策略五 个 部分构成，每一部分分别进行组态操作，完成不同的工作，具有不同的特性。 (1)主控窗口：是 整个 工程的主窗口或主框架。在主控窗口中可以放置一个 或多个 设备窗口 ，负责调度和管理这些窗口的打开或关闭。主要的组态操作包括：定义工程的名称，编制工程菜单，设计封面图形，确定自动启动的窗口，设定动画刷新周期，指定数据库存盘文件名称及存盘时间等。 (2)设备窗口：是连接和驱动外部设备的工作环境。在本窗口内配置数据采集与控制输出设备，注册设备驱动程序，定义连接与驱动设备用的数据变量。 (3)用户窗口： 这个 窗口用于设置工程中人机交互的界面，诸如：生成各种动画显示画面、报警输出、数据与曲线图表等。 (4)实时数据库：是工程各个部分的数据交换与处理中心， 这个部分 将 MCGS 工程的各个部 分连接成 在一起 。在本窗口定义 的 不同类型和名称的变量，作为数据采集、处 13 理、输出控制、动画连接及设备驱动的对象。 (5)运行策略： 这个窗口主要是完成项目的过程控制 。包括编写控制程序（ ifthen脚本程序），选用 多种 功能 性 构件， 例 如：数据提取、历史曲线、定时器、配方操作、多媒体输出等。 图 3.3 MCGS 工程的五个部分 3 3 MCGS 监视系统脚本程序 IF Q0=1 AND I2=1 AND 停止 =0 THEN IF 水位 =90 THEN 水位 =90 ELSE 水位 =水位 +1 ENDIF 水位 =水位 ENDIF IF Q1=1 THEN IF 水位 75 THEN 水位 =75 ELSE 水位 =水位 +1 ENDIF 水位 =水位 ENDIF IF Q1=1 THEN IF 水位 =75 THEN 水位 =水位 -1 ELSE 水位 =75 ENDIF MCGS 工控组态软件 主控窗口 设备窗口 用户窗口 实时数据库 主控窗口 菜单设计 设置工程属性 设定存盘结构 添加工程设备 连接设备变量 注册设备驱动 创建动画显示 设置报警窗口 人机交互界面 定义数据变量 编写控制流程 使用功能构建 14 ELSE 水 位 =水位 ENDIF IF 水位 =0 THEN 水位 =0 and Q1=0 ENDIF 3 4 MCGS 洗衣机监控系统设计过程 在 MCGS 中进入用户窗口，新建一个窗口，并设成启动窗口，在里面添个封面；再创建一个窗口，在其中添加一个储藏罐作为洗衣机的洗衣桶；选择两个阀，作为进水阀和出水阀；由于需要正反转，一个电机模拟不明显，所以选择三个搅拌器，分别代表电机正转，电机反转和电机脱水，其中电机正转和脱水都为电机正转，可接在同一个电机来实现三个功能；再由一个指示灯来显示洗衣完毕蜂鸣器报警。将其中的对应的电机、指示灯和进水出水电磁阀设置成对应的输出 Q。当 PLC 控制的输出有信号时，同时使监控系统能够监视，而何时开关电磁阀，开关电机等都由 PLC 来控制。来完成 MCGS监控。 3 5 MCGS 洗衣机监控系统效果 (1)封面 图 3.4 MCGS 制作洗衣机监控系统封面 (2)监控界面 15 图 3.5 MCGS 制作洗衣机监控系统 (3)帮助界面 图 3.6 MCGS 制作洗衣机监控系统帮助介绍 16 图 3.7 MCGS 洗衣机实时数据库 4 总结 经过