(完整版)PLC全自动洗衣机毕业课程设计(20140606).doc

1、成绩重庆邮电大学移通学院自动化系可编程逻辑控制器课程设计报告题目全自动洗衣机的PLC控制系别自动化系专业名称电气工程与自动化班级学号姓名龙浩指导教师邢阳阳重庆邮电大学移通学院自动化系制目录摘要2可编程逻辑控制器课程设计任务书31、 设计题目：全自动洗衣机的PLC控制32、 系统工作过程说明33、 设计任务和要求44、 设计方案提示5一 、绪论61、 设计目的62、 设计内容62.1 PLC 系统的特点：62.2洗衣机的 PLC控制系统概述63、 要实现的目标7二 、系统分析及硬件设计81、 系统工作说明81.1 输入阶段81.2 执行程序阶段81.3 输出阶段82、 系统 IO 分配92.1、

2、模块功能概述92.2、系统 IO 分配93、 PLC外围接线10三、系统软件设计111、 系统流程图112、 系统程序设计12四、系统调试141、编程软件142、系统调试142.1硬件调试：152.2软件调试：152.3运行调试：153、仿真154、故障分析及故障排除16总结17参考文献18附录19摘要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。是专门应用手工业现场自动控制装置，再系统软硬件上采用抗干扰措施当工作程序需要改变时，只需改变PLC的内部程序，重新编程而无需对外围进行重新改动。在洗衣机领域，全自动洗机以其固有的优点还是赢得了很多的

3、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，不仅会使厂家产品更具市场竞争力，而且现在PLC价格也在下降，更易达到自动化控制，得到更多的赢得消费者的青睐。本文介绍了利用西门子系列PLC 对全自动洗衣机控制系统总体控制, 阐述了控制方案。实现全自动洗衣机控制系统总体控制有多种，可以采用早期的模拟电路、数字电路或模数混合电路。近年来随着科技的飞速发展，单片机、PLC 的应用不断地走向深入，同时带动传统的控制检测技术的不断更新。本文采用德国西门子公司生产的S7-200型 PLC 作为核心控制器进行全自动洗衣机控制系

4、统的设计，并且设计出了系统结构图、程序指令、梯形图以及输入输出端子的分配方案。同时根据全自动洗衣机控制系统总体控制要求和特点,确定 PLC的输入输出分配 , 并进行现场调试关键字： PLC 全自动洗衣机控制系统PLC 程序设计可编程逻辑控制器课程设计任务书供 11 级电气工程与其自动化专业04 班学生用（二 0 一四年 六月）引言：可编程逻辑控制器 课程设计是该课程的一个重要教学环节，既有别于毕业设计，又不同于课堂教学。它需要学生统筹运用所学基本理论、基本方法对现实生活中的实际系统进行设计和调试。1、设计题目：全自动洗衣机的PLC控制本设计要求熟练使用西门子公司的S7-200 系列产品各基本指

5、令和部分应用指令，根据控制要求进行PLC梯形图编程，解决全自动洗衣机控制的问题。2、系统工作过程说明洗衣机的应用现在比较普遍。全自动洗衣机的实物示意图如图所示。全自动洗衣机的洗衣桶 (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(甩水 )用。内桶的四周有很多小孔，使内外桶的水流相通。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。进水时，通过电控系统使进水阀打开，经进水管将水注入到外桶。排水时，通过电控系统使排水阀打开，将水由外桶排出到机外。洗涤正转、反转由洗涤电动机驱动波盘正、反转来实现，此时脱水桶并不旋转。脱水时，通过电控系统将离合器合

6、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。电机功率为2.2KW ， AC380V .3、设计任务和要求该全自动洗衣机的要求可以用流程图来表示。PLC投入运行，系统处于初始状态，准备好启动。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。正转洗涤15 s后暂停，暂停3 s后开始反转洗涤。反转洗涤 15s 后暂停，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；若正、反洗涤满 3 次时，则开始排水。排水水位若下降到低位时，

7、开始脱水并继续排水。脱水10s 即完成一次从进水到脱水的工作循环过程。若未完成3 次大循环，则返回从进水开始的全部动作，进行下一次大循环；若完成了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。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。4、设计方案提示4.1IO 地址输入输出I0.0 ：启动按钮Q0.0：进水电磁阀4.2Q0.1I0.l ：停止按钮：电动机正转接触器方案提示Q0.2I0.2 ：排水按钮：电动机反转接触器Q0.3I0.3 ：高水位开关：排水电磁阀用基本指I0.4 ：低水位开关Q0.4：脱水电磁阀令、定时Q0.5：

8、报警蜂鸣器指令和计数指令组合起来设计该控制程序。用步控指令实现该控制。一、绪论1、设计目的本课题在于全自动控制洗衣机功能的研究，全自动控制洗衣机使得人们节省了大量的时与精力，在洗涤过程中实现自动化，全自动洗衣机将洗衣的全过程分为泡浸-洗涤-漂洗-脱水 , 预先设定好 N 个程序，洗衣时选择其中一个程序开始洗衣完成时由蜂鸣器发出响声。在现在这个“时间就如同生命”的社会里，提高效率成为人们不屑追求的目标。所以传统的基于半手动的控制，已经不能满足人们对洗衣机自动化程度的要求了。洗衣机需要更好地满足人们的需求，必须借助于自动化技术的发展。2、设计内容2.1PLC系统的特点 ：1 ）可靠性高， PLC作

9、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

10、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。2.2 洗衣机的 PLC控制系统概述全自动洗衣机采用PLC控制系统将大大提高工作效率，和适应工作环境的能力。在全自动洗衣机中，洗衣机洗涤、脱水程序是由单片机为中心控制系统工作的。首先由于单片机的指令系统相对复杂，编写洗涤、脱水程序相对复杂；其次，在设计控制系统硬件时要有多种电路保护装置，如电流保护、电压保护、过载保护、过热保护及欠压保护等等这样增加了硬件的复杂性，隐含较高的故障率无形地增加了维修成本费用，在各种控制系统中广泛运用的 PLC能克服单片机的缺点。它是整体模块，集中了驱动电路、检测电路和保护电路以及

11、通讯联网功能。因此在运用中，硬件也相对简单，提高控制系统的可靠性。另外它的编程语言也相对简单。典型的 PLC控制系统的硬件组成框图如图 1 所示：图一PLC控制系统的硬件组成3、要实现的目标（ 1）按下启动按钮开始进水，水满 (即水位到达高水位 )时停止进水。（ 2）洗涤时，正转洗涤 15 s 后暂停，暂停 3 s后开始反转洗涤。反转洗涤 15s 后暂停，暂停 3 s 后，（ 3）如次循环 3 次，共 108 秒后循环结束后开始排水（ 4）开始排水后，排水水位若下降到低位时，开始脱水并继续排水。脱水10s。（ 5）完成一次步骤 1-4 即完成一次从进水到脱水的工作循环过程。如此循环三次，则完成

12、洗涤。（ 6）洗涤完成后报警 10 秒，报警 10s 结束全部过程，自动停机。（ 7）完成此项要求还要设计排水按钮以及停止按钮， 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。二 、系统分析及硬件设计1、系统工作说明PLC的工作原理与继电器构成的控制装置一样，但是工作方式不太一样。继电器控制是并行运行方式，即如果输出线圈通电或断电，该线圈的触点立即动作。而PLC则不同，它采用循环扫描技术，只有该线圈通电或断电，并且必须当程序扫描到该线圈时，该线圈触点才会动作。也可以说继电器控制装置是根据输入和逻辑控制结构就可以直接得到输出，而 PLC控制则需要输入传送、执行程序

13、指令、输出 3 个阶段才能完成控制过程。PLC采用循环扫描技术可以分为 3 个阶段，输入阶段（将外部输入信号的状态传送到 PLC）、执行程序阶段和输出阶段（将输出信号传送到外部设备）。扫描过程如下图 1 所示。图二一个扫描周期1.1 输入阶段在这个阶段中，PLC读取输入信号的状态和数据，并把它们存入相应的输入存储单元。1.2 执行程序阶段在这个阶段中，PLC按照由上到下的次序逐步执行程序指令。从相应的输入存储单元读入信号的状态和数据，然后根据程序内部继电器、定时器、计数器数据存储器的状态和数据进行逻辑运算，得到运算结果，并将这些结果存入相应的输出存储器单元。这一阶段执行完后，进入输出阶段。在这

14、个程序执行中，输入信号的状态和数据保持不变。1.3 输出阶段在这个阶段中，PLC将相应的输出存储单元的运算结果传送到输出模块上，并通过输出模块向外部设备传送输出信号，开始控制外部设备。2、系统 IO 分配2.1、模块功能概述CPU 模块采用西门子的 CPU-226 (ACDC继电器 ) 模块，它控制着整个系统按照控制要求有条不紊地运行。同时由于该模块采用交流 220V 供电，并且自带 24 个数字量输入点和 16 个数字量输出点， 完全能满足全自动洗衣机控制系统的要求， 所以不再需要另外的电源模块、数字量输入和输出模块。2.2、系统 IO 分配由于 CPU模块有 11 点数字量输入，有6 点数

15、字量输出，所以不再需要输入输出模块。采用 IO 分配采用自动分配方式， 模块上的输入端子对应的输入地址是 I0.0 I0.4，输出端子对应的输出地址是 Q0.0 Q0.5 。表 1输入地址分配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手动排水开关I0.3水位选择开关 ( 高水位 )I0.4水位选择开关 ( 低水位 )表 2输出地址分配输出地址对应的外部设备Q0.0进水电磁阀Q0.1电动机正转接触器Q0.2电动机反转接触器Q0.3排水电磁阀Q0.4脱水电磁阀Q0.5报警器蜂鸣器3、PLC外围接线图三PLC 外部接线三、系统软件设计1、系统流程图PLC 投入运行，系统处于初始状

16、态，准备好启动。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。正转洗涤15 s 后暂停，暂停 3 s 后开始反转洗涤。反转洗涤 15s 后暂停，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；若正、反洗涤满 3 次时，则开始排水。排水水位若下降到低位时，开始脱水并继续排水。脱水10s即完成一次从进水到脱水的工作循环过程。若未完成3 次大循环，则返回从进水开始的全部动作，进行下一次大循环；若完成了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。2、系统程序设计按下启动按钮 S1， I0.0 动合触点闭合，此时输入继电器 Q0.0得电为“

17、 1”即进水电磁阀打开，洗衣机开始注水同时 Q0.0动合触点闭合自锁。到高水位检测传感器， I0.3 闭合，使其动断触点 Q0.0 断开，进水阀关闭；此时中间继电器 M0.0 接通，同时计时器 T37开始通电计时，共计时一次小循环的时间 360s，当时间小于等于 150s洗衣机开始正转洗涤；大于 150s且小于180s时，正转洗涤停止。当计时大于180s而小于 330s洗衣机开始反转洗涤，当大于330s反转停止。当等于 360s时中间继电器 M0.1 接通，此时计数器 C0计数小循环 3次， 3次后， C0 动合触点闭合，输出继电器 Q0.3 得电为“1”，排水阀打开排水， 待排水至低水位检测

18、开关I0.4时，输入继电器 Q0.4得电为“ 1”，脱水电机运转，开始脱水，同时计时器T38 得电， 10s 后计数器 C0 清零此时脱水排水停止 ; 同时计数器 C1 计数一次大循环， 同时 T38 动合触点闭合， 使高水位进水阀打开注水， 开始第 2 次大循环， 依次循环 3次，待第 3 次大循环结束后，计数器C1 动合触点闭合， 输出继电器 Q0.5 得电为“ 1”，报警器报警， 同时计时器 T39 得电，10s 后T39 动断触点接通， 计数器 C1清零报警停止， 自动洗衣过程完成。 其中 I0.2为手动排水按钮，I0.1 为手动停止按钮。四、系统调试1、编程软件以西门子公司为S7-2

19、00PLC设计的 V3.2 STEP 7 MICROWIN SP4编程软件。程序的下载、安装和调试2、系统调试2.1 硬件调试：接通电源，检查西门子 S7-200 可编程控制器是否可以正常工作，接头是否接触良好，然后把其与电脑的通信口连接。2.2 软件调试：按要求输入梯形图， 转换成指令表， 并进行语法的检查， 正确后设置正确的通信口，将指令读入到指定的可编程控制器 ROM中，在打开组态网画图以及同步编程进行下一步的调试。2.3 运行调试：在硬件调试和软件调试正确的基础上，打开西门子S7-200 可编程控制器的“ RUN”开关进行调试；在打开组态网观察运行的情况下，看是否是随时按下停止按钮可以

20、停止系统运行。3、仿真4、故障分析及故障排除4.1故障完成三次大循环无法终止，会继续死循环的往下运行；4.2故障排除在线调试该程序。最终完成三次循环终止。总结此次设计以分组的方式进行，每组一个题目，我们做的是全自动洗衣机。由于平时大家都是学理论，没有过实际开发设计的实验，拿到的时候都不知道怎么做。但是通过各方面的的查资料并学习。我们基本学会了 PLC设计的步骤和基本方法。分组工作的方式给了我与同学的合作机会，提高了与人合作的意识与能力。通过这次设计实践，我学会了PLC的基本编程方法，对PLC的工作原理和使用方法也有了更深刻的理解。在对理论的运用中，提高了我们的工程素质，在没有做实践设计以前 ，

21、我们对知识的掌握都是在思想上的， 对一些细节不加重视， 当我们把自己想出来的程序放到 PLC 中的时候，问题出现了，不是不能运行，就是运行的结果与理论上的不符合。通过解决一个个在调试中出现的问题，我们对 PLC的理解得到加强，看到了实践与理论的差距。通过合作，我们的合作意识得到了加强，合作能力得到了提升。上大学后，很多同学都没有过深入的交流， 在设计的过程中， 我们用了分工与合作的方式， 每个人负责一定的部分，同时在一定的阶段共同讨论，以解决分工中个人不能解决的问题，在交流中大家积极发言，提出意见，同时我们还向其他同学请教。在此过程中，每个人都想自己的方案得到实现，积极向同学说自己的想法。通过比较选出最好的设计方案。在设计的过程中我们还得到了老师的指导。在学习过程中，不是每一个问题都能自己解决，所以我们得虚心向同学以及老师请教，在学习中成长，在学习中改变自己。参考文献1刘美俊主编西门子PLC 编程及应用 .北京 :机械工业出版社， 2011 7