全自动洗衣机的PLC控制

桂林航天工业学院桂林航天工业学院 课课程程设设计计报报告告 系 部 电子信息与自动化学院专业班级 自动化二班 学生姓名 学 号 设计题目 全自动洗衣机的 PLC 控制 完成日期 20162016 年年 1212 月月 2323 日日 指导教师评语 成绩 五级记分制 指导教师 签字 桂林航天工业学院课程设计任务书桂林航天工业学院课程设计任务书 设计题目 全自动洗衣机的 PLC 控制 学生姓名 课程名称专业班级 地 点起止时间 设 计 内 容 该洗衣机的进水和排水分别由进水电磁阀和排水电磁阀来执行 洗衣机的进出水 由电控系统控制 洗涤正转 反转由洗涤电动机驱动波盘正 反转来实现 脱水 时 通过电控系统将离合器合上 由洗涤电动机带动内桶正转进行甩干 高 低 水位开关分别用来检测高 低水位 启动按钮用来启动洗衣机工作 停止按钮用 来实现手动停止进水 排水 脱水及报警 排水按钮用来实现手动排水 设 计 参 数 1 启动时开始进水 水满 即水位到达高水位 时停止进水并开始正转洗涤 2 正转洗涤 15 s 后暂停 3 s 后开始反转洗涤 反转洗涤 15s 后暂停 3 s 后 若 正 反洗涤未满 3 次 则返回从正转洗涤开始的动作 若满 3 次 开始排水 3 排水后脱水 脱水 10s 即完成一次从进水到脱水的工作循环过程 共三次 4 完成了 3 次大循环 则进行洗完报警 报警 10s 结束全部过程 自动停机 设 计 进 度 2016 12 19 分析课题并收集材料 12 20 12 21 课题程序设计及编写 验证 12 22 12 23 材料整理并完成课题报告 设 计 成 果 按照设计内容编写出了完整的程序 并符合设计参数 参 考 资 料 程周 电气控制与 PLC 原理及应用 M 北京 电子工业出版社 2003 廖常初 PLC 编程及应用 北京 机械出版社 2002 弭洪涛 可编程序控制器 PLC 原理及应用 北京 中国水利水电出版社 1999 说 明 1 本表应在每次实施前由指导教师填写一式 2 份 审批后所在系 部 和指导 教师各留 1 份 2 多名学生共用一题的 在设计内容 参数 要求等方面应有 所区别 3 若填写内容较多可另纸附后 系 部 分管领导 教研室主任 指导教师 年 月 日 桂林航天工业学院课程设计 论文 报告用纸 摘摘 要要 随着社会的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 全自动洗衣机的生产极大的方便了人们的生活 全自动洗衣机综合运用了大 量力学 电学 光学等知识 洗衣机的洗涤过程主要是在机械产生的排渗 冲刷等机 械作用和洗涤剂的润湿 分散作用下 将污垢拉入水中来实现洗净的目的 本次课程 设计就 PLC 在全自动洗衣机的控制系统中的应用做了详细的介绍 实现洗衣机由进水 洗涤 排水 脱水 报警到自动停止的循环过程 设计了相应的程序 结合相应的硬 件系统 并通过西门子 S7 200 系列 PLC 仿真系统模拟出全自动洗衣机的运行过程 关键词 全自动洗衣机 可编程逻辑控制器 控制程序 桂林航天工业学院课程设计 论文 报告用纸 Abstract With the economic development of society and the improvement of science and technology household electrical appliances fully automated become an inevitable trend of development Automatic washing machine production greatly facilitates people s lives Automatic washing machine comprehensive use of a large number of mechanical electrical optical and other knowledge Washing machine washing process is mainly produced in the mechanical drainage erosion and other mechanical effects and detergent wetting dispersion the dirt into the water to achieve the purpose of cleaning The course is designed to PLC in the automatic washing machine control system in the application of a detailed description To achieve the washing machine from the water washing drainage dehydration alarm to automatically stop the cycle Design the corresponding program combined with the corresponding hardware system and through the Siemens S7 200 series PLC simulation system simulation of the automatic washing machine running process Key words automatic washing machine PLC control program 桂林航天工业学院课程设计 论文 报告用纸 目录目录 一 绪论 1 1 1 课题背景 1 1 2 研究目的和意义 2 二 设计任务 3 2 1 设计内容 3 2 2 控制要求 4 2 3 设计要求 5 三 控制系统设计 5 3 1 电动主电路设计 5 3 2 确定 I O 数量 选择 PLC 类型 6 3 2 1 I O 数量的确定 6 3 3 2 PLC 类型的选择 6 3 3 3 I O 点地址的分配 6 3 4 控制流程图 7 3 5 控制程序梯形图 8 3 6 控制程序语句表 11 四 软件仿真 12 4 1 程序调试 12 4 2 设计分析 13 五 总结 13 参考文献 15 附录 1 16 桂林航天工业学院课程设计 论文 报告用纸 1 一一 绪论绪论 1 1 课题背景课题背景 从古到今 洗衣服都是一项难于逃避的家务劳动 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 冲刷 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 1874 年 手洗时代 受到了前所未有的挑战 美国人比尔 布莱克斯发明了木 制手摇洗衣机 1880 年 美国又出现了蒸汽洗衣机 蒸汽动力开始取代人力 之后 水力洗衣机 内燃机洗衣机也相继出现 1911 年 美国试制成功世界上第一台电动洗衣机 标志着人类家务劳动自动化的 开端 1922 年 电动洗衣机迎来一种崭新的洗衣方式 搅拌式 搅拌式洗衣机由美国 玛依塔格公司研制成功 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 第二类是电脑控制洗衣机 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 桂林航天工业学院课程设计 论文 报告用纸 2 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 可编程控制器是一种数字运算操作的电子系统 专为在工业环境下应用而设计 它采用可编程序的存贮器 用来在其内部存贮执行逻辑运算 顺序控制 定时 计数 和算术运算等操作的指令 并通过数字的 模拟的输入和输出 控制各种类型的机械 或生产过程 可编程序控制器及其有关设备 都应按易于与各种控制系统形成一个整 体 易于扩充其功能的原则设计 全自动洗衣机是传统洗衣机的一次革新设计 改变了传统需要手动的缺点 节省 了人们宝贵的时间和精力 全自动洗衣机的出现为人们生活带来极大方便 1 2 研究目的和意义研究目的和意义 可编程控制器是一种数字运算操作的电子系统 专为在工业环境下应用而设计 它采用可编程序的存贮器 用来在其内部存贮执行逻辑运算 顺序控制 定时 计数 和算术运算等操作的指令 并通过数字的 模拟的输入和输出 控制各种类型的机械 或生产过程 可编程序控制器及其有关设备 都应按易于与各种控制系统形成一个整 体 易于扩充其功能的原则设计 全自动洗衣机是传统洗衣机的一次革新设计 改变了传统需要手动的缺点 节省 了人们宝贵的时间和精力 全自动洗衣机的出现为人们生活带来极大方便 目前 大部分洗衣机的控制普遍采用固定转换时间间隔的控制方法 为此 采用 不依赖数学模型的模糊控制方法设计洗衣机控制器 能较好地解决这个问题 另外随 着众多高科技技术在日常生活的普遍应用 城市空中各种电磁干扰日益严重 为保证 洗衣机控制的可靠 稳定 选择了能够在恶劣的电磁干扰环境下正常工作的 PLC 是必 要的 随着科学技术的日新月异 自动化程度要求越来越高 原有的洗衣机装置远远不 能满足当前高度自动化的需要 可编程控制器洗衣机控制系统集成自动控制技术 计 量技术 新传感器技术 计算机管理技术于一体的机电一体化产品 充分利用计算机 技术对生产过程进行集中监视 控制管理和分散控制 充分吸收了分散式控制系统和 集中控制系统的优点 采用标准化 模块化 系统化设计 配置灵活 组态方便 可编程控制器自动洗衣机系统的特点 脱机手动工作 联机自动就地工作 上机控制的单周期运行方式 自动启动 自动停机控制方式 桂林航天工业学院课程设计 论文 报告用纸 3 近年来 PLC 的性能价格比有较大幅度的提高 使得实际应用成为可能 本系统采用 PLC 是基于以下两个原因 PLC 具有很高的可靠性 通常的平均无故障时间都在 30 万小时以上 抗干扰能力强 目前空中各种电磁干扰日益严重 为了保证全自动洗衣机控制 的可靠稳定 我们选择了能够在恶劣的电磁干扰环境下正常工作的 PLC 全自动洗衣机以其固有的优点还是赢得了很多的消费者的信赖 应用而生 它将 是现在到未来的星星产品 所以有必要开发和改善现有的全自动洗衣机 应用最先进的科技技术 投入最少的资金 你便拥有了更广阔的市场竞争力 而 现在 PLC 价格也在下降 所以可以应用该产品进行研发 从而达到自动化控制 更多 的赢得消费者的青睐 二二 设计任务设计任务 2 1 设计内容设计内容 全自动洗衣机的实物结构图如下图所示 图图 1 1 自动洗衣机示意图自动洗衣机示意图 利用 PLC 设计全自动洗衣机的控制系统 按下启动按钮 洗衣机就会按照设定 的程序自动完成洗衣服的整个过程 需要完成的内容 采用 PLC 控制 列出输入输出点分配表 画出 PLC 的输入输出 设备的接线图 绘制功能流程图 利用 STEP Micro WIN32 软件完成梯形图 指令表 的程序设计与调试 桂林航天工业学院课程设计 论文 报告用纸 4 2 2 控制要求控制要求 启动按钮用来控制全自动洗衣机开始工作 一般地 在用户在洗衣机内放入衣服 且已经准备好开始洗衣服之后 按下启动按钮 全自动洗衣机开始洗衣 停止按钮用来控制运行中的全自动洗衣机停止工作 在洗衣服的过程中 用户需 要停止洗衣机 就可以直接按下停止按钮 洗衣机即会停止工作 高低水位是指洗衣机在洗衣过程中 洗衣机筒内保持的水位高低 一旦选择了高 水位 则在洗衣过程中的水位将保持系统设定下的两个水位中的相对高一点的水位 反之则是低水位 高水位探测器用来检测洗衣机水位是否已经达到了高水位 采用数字量输出式水 位探测器这样就可以直接将高水位探测器的输出直接送到 PLC 主机的数字量输入端口 上 低水位探测器用来检测洗衣机水位是否已经达到了低水位 采用数字量输出式水 位探测器这样就可以直接将低水位探测器的输出直接送到 PLC 主机的数字量输入端口 上 进水电磁阀用来控制洗衣机的进水 当然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 水自动从外界送入洗衣机筒内 当水已经达到了设定的 水位时 PLC 主机发出信号自动关闭进水电池阀 同时控制洗衣机进入下一个洗衣步骤 电机正转接触器用于 PLC 主机控制洗衣机电机的正转 可以直接用 PLC 主机的数 字量输出端口来连接电机正转接触器 在洗衣机洗衣服的过程中 电机会正转与反转 同时轮流进行 电机反转接触器用于 PLC 主机控制洗衣机电机的反转 可以直接用 PLC 主机的数 字量输出端口来连接电机反转接触器 在洗衣机洗衣服的过程中 电机会正转与反转 同时轮流进行 洗衣机洗衣服的最后一道工序就是对衣服进行脱水 脱水电磁阀正是用于 PLC 主 机控制洗衣机进行脱水 脱水需要电机带动机筒旋转 有了电磁阀后 就可以使用 PLC 主机的数字量输出端口来控制电磁阀 最终达到控制脱水执行电机的目的 在脱水过 程不涉及电机的调速问题 因此 用 PLC 主机加电磁阀这样一种比较觉得简单的方式 就可以完成控制任务 蜂鸣器用来指示洗衣机洗衣过程中的一些声音提示 也采用电磁阀控制 对于各 个程序中的指示灯也采用电磁阀进行控制 此外 还要求可以按排水按钮以实现手动排水 按停止按钮以实现搬运 停止进 水 排水 脱水及报警 桂林航天工业学院课程设计 论文 报告用纸 5 2 3 设计要求设计要求 根据生产设备工作方面及其它方面的需要 本次设计要达到如下设计要求 1 要求本次设计的控制装置采用 PLC 技术实现 2 要能完全满足控制要求 3 要按照电气设计惯例 提供短路 过载 联锁等故障保护措施 三三 控制系统设计控制系统设计 3 1 电动主电路的设计电动主电路的设计 如图 2 为主电路电机正反转的控制线路 图图 2 2 主电路图主电路图 桂林航天工业学院课程设计 论文 报告用纸 6 3 2 确定确定 I O 数量 选择数量 选择 PLC 类型类型 3 2 1 I O 数量的确定数量的确定 全自动洗衣机控制系统为单机控制系统 PLC 的输入点 包括启动按钮 停止按 钮 高低水位按钮 排水按钮一共 5 点 输出点包括进水电磁阀 电机正转接触器 电机反转接触器 排水电磁阀 脱水电磁阀 蜂鸣器接触器一共 6 点 3 3 2 PLC 类型的选择类型的选择 由 I O 点数的多少可将 PLC 分成小型 PLC 中型 PLC 和大型 PLC PLC 按结构形式可分为整体式和模块式两种 整体式 PLC 具有结构紧凑 体积小 重量轻 价格低等优点 一般小型或超小型 PLC 多采用这种结构 各模块做成插件式 并组装在一个具有标准尺寸并带有若干插槽的机架内 模块式 PLC 配置灵活 装配和 维修方便 易于扩展 一般大中型 PLC 都采用这种结构 由于点数不多 本次设计选择小型 整体式西门子 S7 200 系列的 CPU224 型的 PLC 可以满足使用需求 它的主要特点是 14 输入 10 输出共 24 个数字量 I O 点 13KB 的程序和数据存储空间 6 个独立的 30KHZ 的高速计数器 2 路独立的 20KHZ 的高速脉冲输出 具有 PID 控制器 1 个 RS485 通信 编程口 具有多点接口 MPI Multi Point Interface 通信协议 具有点对点接口 PPI Point to Point Interface 通信协议 具有自由通信口 I O 端子排可以很容易地整体拆卸 3 3 I O 点地址的分配点地址的分配 如表 1 所示为该控制系统的 I O 分配表 表表 1 1 I OI O 分配表分配表 控制信号信号名称元件名称元件符号地址编码 启动信号常开按钮SB1I0 0 停止信号常开按钮SB2I0 1 排水信号常开按钮SB3I0 2 输入信号 高水位信号限位开关QB1I0 3 桂林航天工业学院课程设计 论文 报告用纸 7 低水位信号限位开关QB2I0 4 进水电磁阀DT1Q0 0 电机正转接触器KMQ0 1 电机反转接触器KMQ0 2 排水电磁阀DT2Q0 3 脱水电磁阀DT3Q0 4 输出信号 报警蜂鸣器HAQ0 5 3 4 控制流程图控制流程图 根据控制要求 建立全自动洗衣机控制流程图 如图 3 所示 为全自动洗衣机的 控制流程图 可以让设计人员清楚 明了的认清该系统的工作过程 图图 3 3 控制流程图控制流程图 桂林航天工业学院课程设计 论文 报告用纸 8 3 5 控制程序梯形图控制程序梯形图 在可编程控制器中有多种程序设计语言 梯形图程序设计语言是最常用的一种程序 设计语言 梯形图由触点 线圈和应用指令等组成 触点代表逻辑输入条件 CPU 运行 扫描到触点符号时 便转到触点位指定的存储器位访问 即 CPU 对存储器的读操作 在用户程序中常开触点和常闭触点可以使用无数多次 线圈通常代表逻辑输出结果和 输出标志位 当线圈左侧接点组成的逻辑运算结果为 1 时 能流 可以到达线圈 使得线圈得电动作 则 CPU 将线圈的位地址指定的存储器的位置为 1 逻辑运算结 果为 0 时 线圈断电 存储器的位置为 0 以下为用 STEP7 Micro WIN32 软件编制的该控制系统的程序梯形图 桂林航天工业学院课程设计 论文 报告用纸 9 桂林航天工业学院课程设计 论文 报告用纸 10 桂林航天工业学院课程设计 论文 报告用纸 11 图图 4 4 程序梯形图程序梯形图 3 6 控制程序语句表控制程序语句表 从 STEP 7 Micro WIN 中自动生成语句表 详见附录 1 桂林航天工业学院课程设计 论文 报告用纸 12 四四 软件仿真软件仿真 4 1 程序调试程序调试 程序调试有模拟器调试和现场调试等方法 根据课程设计要求并结合实际情况使 用了 STEP 7 Micro WIN 模拟器进行了本程序的调试 西门子 S7 200 的仿真软件 Simulation1 2 版是从西班牙原版 1 2 直接汉化过来的 支持 TD200 仿真界面和增减计 数器等多种指令 程序调试图如图 5 所示 图图 5 5 仿真调试图仿真调试图 调试方法如下 1 将在 Step 7 Micro Win 中编译正确的程序在文件菜单中导出为 AWL 文件 2 打开仿真软件 点 配置 CPU 型号 然后选择 CPU 224 3 点 程序 载入程序 4 选择 Step 7 Micro Win 的版本 5 将先前导出的 AWL 文件打开 6 点 PLC 运行 开始调试程序 程序具体运行情况如下 1 按下启动按钮 SB1 I0 0 为 1 输出 M0 0 线圈得电 进水阀 Q0 0 通电打开 开始加水 2 到达高水位时 I0 3 为 1 线圈 M0 1 得电并复位 M0 0 进水阀 Q0 0 断电 桂林航天工业学院课程设计 论文 报告用纸 13 Q0 1 得电电机正转进入正转洗涤程序 T37 定时器同时工作进行计时 3 T37 定时器达到定时时间 15S 后线圈 M0 1 断电 Q0 1 断开并启动 T38 定时器 进入暂停时间 3S 4 暂停时间到 Q0 3 得电电机反转同时 T39 计时器开始计时 5 反转结束后启用 C0 计数器并判断反转洗涤是否到达三次 如果没有达到三次 则返回启用线圈 M0 1 Q0 1 得电再次进入正转洗涤 如果到达三次则线圈 M0 7 得电 启动 Q0 3 进行排水 6 排水到达低水位时触发低水位信号 I0 4 置 1 M1 0 得电 在排水的同时 Q0 4 得电进行脱水并开始计时 7 10S 后定时结束 复位 M0 7 和 M1 0 并启用计数器 C1 判断脱水是否达到三次 如 果没有达到三次 则置位没 M0 0 返回到从进水的全部动作 如果到达了三次 则置位 M1 2 Q0 5 得电 蜂鸣器开始报警并开始计时 8 10S 后定时时间到 结束全部过程 自动停机 9 在工作过程中随时可以按按钮 I0 1 实现停机 按按钮 I0 2 进行排水 总体上来说完成了设计要求 4 2 设计分析设计分析 此 PLC 控制程序可以实现全自动洗衣机的控制要求 洗衣机的进水 排水分别又 进水电磁和排水电磁阀执行 洗涤正转 反转由洗涤电机驱动拨盘正 反转来实现 脱水时由脱水电磁阀合上 排水电磁阀吸合 洗涤电机正转进行甩干 洗涤完成由蜂 鸣器报警 洗衣机通过高水位限位开关 QB1 低水位限位开关 QB2 去确定水位的高度位 置 设计内容完全满足要求 同时在循环定时上用到的计数和定时器都配合的非常完 美 五五 总结总结 经过一个多星期的努力终于完成了本次课程设计 现在回想起来做课程设计的整 个过程 从中学到了很多知识 也遇到很多困难 深刻感觉到自己所掌握知识的片面 性和局限性 课程设计是培养学生综合运用所学知识 发现 提出 分析和解决实际 问题 锻炼实践能力的重要环节 是对我们实践能力的具体训练和提升过程 这次课 程设计是毕业之前的最后一次课程设计而且和毕业设计有很多相似的要求 引起了我 桂林航天工业学院课程设计 论文 报告用纸 14 的重视 严格的要求迫使我们将更多的精力放在细节上 细节决定了此次设计的命运 这个在日后工作中同样重要 只有把每个问题都反复的推敲才能得到最接近完美的答 案 设计出最接近完美的产品 对以后生活和学习提出追求完美的要求 本次课程设计要求完成全自动洗衣机的 PLC 控制系统设计 为了更好地完成这次 课程设计 我再次认真的翻阅了许多和 PLC 有关的书 对课本中的电动机结构 类型 与工作原理以及继电器 接触器控制尤其是 PLC 控制有了进一步的了解 在设计系统 的过程中遇到了很多的困难 因为比起其他的 PLC 设计 洗衣机的系统程序比较复杂 一些 我找了很多关于洗衣机控制系统的资料 首先对全自动洗衣机的洗衣过程有所 了解 对全自动洗衣机工作流程进行设计 然后根据课题的控制要求决定 I O 设备及 分配 接下来最困难的步骤就要数编程了 编程的过程中有许多考虑不到的问题 只 能在调试过程中才能发现程序的不足 经过一系列的调试与修改后 所设计的程序最 终能达到所需要求实在让人欣慰 控制系统的设计是复杂的 也许会有许多不了解或 不懂的地方 但是我们用自己的力量去解决问题 在这一过程中 我们不但增长了知 识 也体会到了快乐 随着科学技术发展的日新月异 PLC 已经成为空前活跃的领域 在生活中无处不 在 因此对于我们专业的学生来说掌握 PLC 技术是十分重要的 对我们将来从事本行 业打下一定基础 虽然课程结束了 但是极大的锻炼了我设计和分析的能力 在这过程中不乏遇到困难 但是在老师的指导和与其他同学的讨论下 自己终于圆满完成了课程设计 桂林航天工业学院课程设计 论文 报告用纸 15 参考文献参考文献 1 王宗才 机电传动与控制 北京 电子工业出版社 2011 2 程周 电气控制与 PLC 原理及应用 M 北京 电子工业出版社 2003 3 廖常初 PLC 编程及应用 北京 机械出版社 2002 4 弭洪涛 可编程序控制器 PLC 原理及应用 北京 中国水利水电出版社 1999 5 邓星钟 机电传动控制 武汉 华中科技大学出版社 2007 6 陈建明 电气控制与 PLC 应用 北京 电子工业出版社 2010 7 蒋金周 全自动洗衣机的 PC 智能控制 J 机电一体化 2004 8 王晖 孙玉峰 王文华 主编 可编程控制器原理及应用教程 清华大学出版社出版 2004 桂林航天工业学院课程设计 论文 报告用纸 16 附录附录 1 控制程序语句表 ORGANIZATION BLOCK 主程序 OB1 TITLE 程序注释 BEGIN Network 1 网络注释 LD SM0 0 LPS A I0 0 S M0 0 1 LRD A M0 0 A I0 3 S M0