计算机毕业设计 全自动洗衣机控制系统的设计

计算机控制技术课程论文全自动洗衣机控制系统设计系：计算机与信息工程学院专业：计算机科学与技术名：班：控制11-1班教师：周广兴黑龙江科技学院20014年6月全自动洗衣机控制系统设计(黑龙江科技学院计算机与信息工程学院)摘要：为社会经济发展与科技水平提升全自动洗衣机的诞生使人们的生活大大方便了。 洗衣机是国内家电行业唯一不进行价格竞争的行业，经过几年的稳定发展，国产洗衣机在质量和功能上都与世界领先水平同步。 纵观洗衣机市场，高效节能、节水、节电、环保洗衣机一直占市场主导地位。 基于全自动洗衣机的工作原理，阐述了利用可编程控制器PLC实现控制，PLC控制的原理、特点和控制洗衣机的特色。 为了进一步提高全自动洗衣机的功能和性能，避免传统控制的弊端，提出了用PLC控制全自动洗衣机的课题，其优点是可靠性高、功耗低、适应性高、运转速度快、寿命长等。 全自动洗衣机控制系统利用西门子S7-200系列PLC的特点，控制了按钮、电磁阀、开关等其他输入输出点，实现了洗衣机洗衣过程的自动化。 每次洗涤、排水、脱水的时间由PLC内计数器控制，因此只需改变计数器的参数即可改变时间。 决定以上设定的程序时间，可作为固定程序使用，也可根据衣物的质量、量、油污的程度进行程序。 本文调查了利用PLC如何控制全自动洗衣机，对其中的软件设计、硬件设计等问题进行了分析和研究，实现了全自动洗衣机的正常运行和强制停机功能。 关键字： PLC自动计时pick : allongiththesociallecononmydevertionandthescienceandtechnologylevelenhancement，控制thefirmaryectionelect approductionectomestheinensitivaldevelopmentency.enter autom eoples life.thewasheristhedomesticelectricallapplinsidesindirdentydode nstrureserveralinessteadydevelopment thedomesticallyproducedwasherregardlessofinqualityorinfunctionallwithworldleading.looksove e province water， the province electricity theenvironalprotecontionusionlycousthedominiantpositioninthemarket.howdooshisparpatesstudycontroltheenting sing PLC，toquestionandsoonsoftwaredesign，theanalinsandthediscussion，andcomplecomploystothefunction.keyword : PLC； 控制； delay； entire automatic一、概要1.1 PLC的控制特征PLC系统的特征：1)可靠性高，PLC作为通用的工业控制器，必须在各种工作环境中正常工作。 工作环境要求低，抗外部干扰，平均故障时间长。 2 )使用方便灵活，PLC采用基本单元的扩展或模块化的结构形式，因此输入输出信号的数量、形式、驱动能力等能够根据实际的控制要求进行选择和决定，而且能够根据需要随时进行交换，近年来，PLC的特殊模块增加，满足不同的控制要求3 )编程简单，PLC的优势主要独特，许多工程设计师的编程语言，如命令表、梯形图、逻辑功能图、顺序功能图等，程序简洁，适合各种技术人员的传统习惯明显，即使没有计算机知识的人也能统一掌握单片机系统的特点：1)要求环境，单片机系统对环境的适应能力低，可靠性低。 2 )编程比PLC难以学习，主要是单片机采用汇编语言或c语言，这些高级语言比PLC语言难以学习。 3 )功能只具有使用中必要的功能。 但结构简单，处理速度快。 图1示出典型PLC控制系统的硬件结构框图：图1示出PLC控制系统的硬件结构框图1.2控制系统框图根据全自动洗衣机的工作原理，洗衣机的工作流程包括供水、洗涤、排水和脱水四个过程。 在半自动洗衣机中，这4个过程分别由对应的按钮开关控制。 通过可编程控制器PLC实现控制，用于说明PLC控制的原理方法、特征和动作的特色。 本次全自动洗衣机控制系统的设计利用西门子S7-200系列PLC的特点，控制了按钮、电磁阀、开关等其他输入输出点，实现了洗衣机洗衣过程的自动化。 对应以上要求的PLC的控制系统方框图如图2所示。 图2控制系统框图1.3控制系统的对应设备和功能根据控制中的供水、洗涤、脱水、警报等控制要求，对控制所需的外部设备进行表1-1表2-1对应设备和功能表1.4控制系统的原理自动洗衣机的供水、洗涤、排水， 脱水是通过水位开关设计的电磁供水阀和电磁排水阀一起控制，实现自动控制的水位开关用于控制向与洗涤对应的外部设备供水的输出设备，按下供水电磁阀按下供水电磁阀停止的水位选择开关(高水位)洗涤电机正转继电器水位选择开关(中水位) 洗涤马达反转继电器水位选择开关(低水位)脱水槽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排水传感器机内的低水位、电磁供水阀发挥切断水源的作用。 水进入后，电磁供水阀打开，注入水，排水后，电磁排水阀打开，排出水，洗涤时洗涤马达工作，脱水时脱水槽工作。 二、硬件电路设计2.1 PLC的选择2.1.1 IO点数统计IO点数是PLC的重要指标。 合理选择IO分数允许系统在满足控制要求的同时最小化总投资。 根据控制对象所需的模拟开关量输入输出设备的状况来决定PLC的输入输出总点数和种类，一般一个输入输出设备占用一个输入输出点。 考虑到今后的调整和扩展，一般预期的总分数加上20% 30%的备用量。 表3-1 IO点数统计输入点启动按钮供水电磁阀停止按钮排水电磁阀水位选择开关(高水位)洗涤电动机正转继电器水位选择开关(中水位)洗涤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排水传感器2.1.2 IO存储容量的推定PLC中常用的存储器为EPROM、EEPROM和带锂电池电源的RAM。 一般的小型PLC和小型PLC的存储容量固定在12KB的范围内。 用户应用消耗了多少存储器与IO点数、控制请求、运算处理量、程序结构等多个要因有关。 因此，编程前只能粗略估计。 根据经验，每个IO点和相关联的功能元件所消耗的存储量通常需要开关电容输入元件： 1020B点开关电容输出元件：510B点计时器：2B模拟： 100150B通信接口：一个接口通常需要300B以上8。 通过从以上计算的总字节数进一步增加25%左右的备用量，能够估计用户程序所需的存储器容量，能够选择适当的PLC存储器。该系统有11个数字输入点6个字输出点，需要存储器280B，需要6个计时器，2个计时器，需要存储器16B，考虑到容量，需要存储器370B。 2.1.3 CPU的功能和结构选择PLC的功能越来越强大，一般PLC具有开关量逻辑运算、定时、计数、数据处理等基本功能，一些PLC能够扩展通信模块、位置控制模块等特殊功能模块， 选型时功能与任务相适应，PLC的处理速度要求实时控制，PLC结构合理，机型统一，应满足在线编程和离线编程的选择。 全自动洗衣机控制所要求的控制功能简单，小型PLC能满足要求。 控制系统的CPU模块可以使用CPU-224(ACDC继电器)模块，并且可以按照控制要求有条理地推行整个系统。 同时，该模块采用交流220V供电，具有14个数字容量输入点和10个数字容量输出点，可以完全满足全自动洗衣机控制系统的要求，故不需要其它电源模块、数字容量和输出模块。 9如上所述，本次设计选用西门子S7-200型PLC。 3.2 PLC外部接线图根据全自动洗衣机的控制要求，选择了系统控制的IO点数和PLC模型，根据现在以上的统计和选择，控制系统PLC的外部接线设计如下图3所示。 图3 PLC外部接线图2.3 PLC外部接线图是图2-2所示的洗衣机的示意图，图中ST4是高水位传感器，ST5是中水位传感器，ST6是低水位传感器，ST7位排水传感器，在选择了水位之后，YV1开始供水，在水位达到该水位时，该传感器发出ON信号时OFF，选择水10图4洗衣机的图像3、软件的设计3.1 IO分配表3.1.1输入地址分配表表示全自动洗衣机的输入分配表，参照表4-1。 表4-1与输入地址分配表输入地址对应的外部设备I0.0启动按钮I0.1停止按钮I0.2水位选择开关(高水位) I0.3水位选择开关(中水位) I0.4水位选择开关(低水位) I0.5手动排水开关I0.6手动脱水开关I0.7高水位传感器I1.0中水位传感器I1.1低水位传感器I1.2排水传感器3.1.2输出地址分配表示全自动洗衣机的输出分配表，参照表4-2。 表4-2与输出地址分配表输出地址对应的输出设备Q0.0供水电磁阀Q0.1排水电磁阀Q0.2洗涤电机正转继电器Q0.3洗涤电机反转继电器Q0.4脱水Q0.5报警器3.1.3内部部件地址分配表全制动洗衣机控制时，需要使用PLC内部的计时器和计数器进行过程控制表4-3内部地址分配表定时器对应的作用T37供水暂停定时器T38正洗定时器T39正洗暂停定时器T40反转定时器T41反转暂停定时器T42脱水定时器T43警报定时器C50正洗循环计数C51大循环计数3.2系统流程图3.2.1强制停止停止流程图3.2.2正常运转流程图全自动洗衣机正常运转时，即洗衣机按照程序设定依次结束洗涤，选择水位并按下开始按钮时，停止供水直到水满(即水位变为高水位)开始洗涤正转，洗涤时，正转30秒，停止2秒，反转30秒停止2秒，这样循环5次，合计320秒开始排水，水位下降到低水位时开始脱水，继续排水，脱水30秒，开始清洗，重复以上过程，清洗2次，清洗完成，报警3秒，自动停止。 按照以上的工作流程，全自动洗衣机的通常运转的工作流程图如图5所示。图5是正常操作的流程图3.3程序设计的3.3.1 PLC控制顺序功能图顺序功能图描述了控制系统的控制过程、功能和特性的一个图由接点、线圈、功能块等构成，梯形图的左、右垂直线称为左、右母线。 绘制梯形图时，从左母线经过接点和线圈(或功能块)，以右母线结束。 梯形图中，左母线可视为供能母线。 闭合接点后，能量可以流到下一个要素。切断接点后，能量就不再流动。 这种能量的流动叫做“能量的流动”。 实际上梯形图是CPU模拟继电器控制电路图，使“电源”的“电流”通过一系列逻辑控制条件，根据运算结果决定逻辑输出的模拟过程。 梯形图的基本编程要素有触点、线圈、块。 接点：表示逻辑控制条件。 接点闭合时，表示能量在流动。 触点分为常开触点和常闭触点两种。 线圈：通常表示逻辑“输出”的结果。 能量一流通，该线圈就会被激励。 框：表示特定功能的命令。 当能量流通过块时，块表示的功能被执行。 块表示的功能有计时器、计数器、数据运算等多种。 梯形图允许您为每个输出元素配置楼梯。