基于S7200PLC的全自动洗衣机控制系统设计毕业设计(论文)

1、南京工程学院 本科毕业设计（论文）题目：基于s7-200plc的全自动洗衣机控制系统设计 专 业： 机械电子工程 班 级： 机电(2)班 学 号: 200090703215 学生姓名： 指导教师： 起迄日期： 2013.320013.6 graduation design (thesis)a full automatic washing machine control system designed which is based on s7-200 plcbyhuang yukaisupervised bylecturer sun yanyongdepartment of mechatroni

2、c engineeringnanjing institute of technologyjune, 2013摘 要随着社会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。全自动洗衣机的产生极大的方便了人们的生活。洗衣机是国内家电业唯一不打价格战的行业，经过几年的平稳发展，国产洗衣机无论在质量上还是功能上都和世界领先水平同步。纵观洗衣机市场，高效节能、省水、省电、环保型洗衣机一直在市场上占主导地位。根据全自动洗衣机的工作原理,利用可编程控制器plc实现控制,说明了plc控制的原理方法,特点及控制洗衣机的特色。plc的优点是：可靠性高，耗电少，适应性强，运行速度快，寿命长等，为

3、了进一步提高全自动洗衣机的功能和性能，避免传统控制的一些弊端，就提出了用plc来控制全自动洗衣机这个课题。全自动洗衣机控制系统利用了西门子s7-200系列plc的特点,对按鈕,电磁阀,开关等其他一些输入/输出点进行控制,实现了洗衣机洗衣过程的自动化。由于每遍的洗涤,排水,脱水的时间由plc内计数器控制,所以只要改变计数器参数就可以改变时间。可以把上面设定的程序时间定下来,作为固定程序使用,也可以根据衣物的质地,数量及油污的程度来编程。该论文就怎样利用plc来控制全自动洗衣机进行了调查，对其中软件设计、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性停止功能。关键词：plc；

4、控制；延时；自动 abstractsalong with the social economy development and the science and technology level enhancement, the family electric appliance entire automation becomes the inevitable development tendency. entire automatic washer production enormous convenience peoples life. the washer is the domestic

5、electrical appliances industry does not only hit the profession which the price fights, passes through several year steady development, the domestically produced washer regardless of in quality or in function all with world leading horizontal synchronization. looks over the washer market, the highly

6、 effective energy conservation, the province water, the province electricity, the environmental protection washer continuously occupy the dominant position in the market. according to the working principle of the full-automatic washing machine using plc programmable controller control, illustrates t

7、he principle of plc control method, characteristic and control characteristic of the washing machine. plc is: the advantages of high reliability, less consumption, high adaptability, running speed, long service life, etc., in order to further improve the functionality and performance of fully automa

8、tic washing machine, avoid some disadvantages of traditional control, is proposed to use plc to control the automatic washing machine is the subject. fully automatic washing machine control system using the siemens s7-200 series plc, the characteristics of the button, solenoid valves, switches and o

9、ther input/output point control, realize the automation of the washing machine laundry process. because every time wash, drainage and dehydration time is controlled by plc in the counter, so just change the counter argument can change the time. can put the above set of program time decided, used as

10、a fixed program, can also according to the quality of clothes, quantity and the amount of oil to programming. the paper on how to use plc to control automatic washing machine, some problems such as software design, hardware design in the analysis and research, for the normal operation of the full-au

11、tomatic washing machine and a mandatory stop function.keyword: plc; control; delay; automatic目 录第一章 绪论11.1 课题的研究背景11.2 洗衣机发展概况和现状11.3 课题研究的目的与意义21.4 本课题研究的主要内容3第二章 系统的概述42.1 plc的控制特点42.2 控制系统框图52.3 控制系统对应设备及功能62.4全自动洗衣机的控制系统原理与控制要求72.5全自动洗衣机示意图82.6主电路电动机控制线路图9第三章 硬件电路的设计103.1 plc的选择103.1.1 i/o点数统计10

12、3.1.2 i/o储存器容量的估算103.1.3 cpu功能与结构的选择113.2 plc外部接线图123.3洗衣机的示意图13第四章 软件的设计144.1 i/o分配表144.1.1 输入地址分配表144.1.2 输出地址分配表144.1.3 内部元件地址分配表154.2 程序流程图设计154.2.1强制停止流程图164.2.2正常运行流程图164.3 程序设计184.3.1 plc控制流程图184.3.2 系统梯形图194.4 梯形图编写214.5 梯形图重点程序段落分析23第五章 系统仿真285.1 s7-200 v4.0的仿真软件285.2 仿真测试295.3仿真运行305.4仿真结果

13、分析34第六章 总结与展望356.1总结356.2 全自动洗衣机的展望36结 语38致谢39参 考 文 献41附录一 simatic s7-200 cpu主要性能指标1附录二 系统指令语句表2附录三 梯形图7附录四 主电路图11附录五 外部接线图12第一章 绪论1.1 课题的研究背景本次设计基于plc的全自动洗衣机控制，本文的课题源于市场上洗衣机产品。采用plc控制开发的周期短，开发成本低，可以直接用于工业现场控制。plc控制具有实时性、信号处理时间短、速度快、更能满足各个领域大、中、小型工业控制项目，可靠性高，丰富的i/o卡件，质优价廉，性价比高，安装简单，维修方便，plc控制能在高粉尘、高

14、噪声、强电磁干扰和温度变化剧烈的环境下正常工作。因为它是整体模块，集中了驱动电路、检测电路和保护电路以及通讯联网功能，所以在使用中，硬件相对简单，编程语言也相对简单，并且测试容易，维修方便，更可以提高控制系统设计的灵活性及控制系统的可靠性。本设计以操作简单、使用可靠、维护修理方便作为主要设计方向。 1.2 洗衣机发展概况和现状从古到今，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。世界上第一台洗衣机于1858年诞生，但这台洗衣机使用费力，且损伤衣服，因而没被广泛

15、使用，但这却标志了用机器洗衣的开端。1874年,“手洗时代”受到了前所未有的挑战，美国人发明了木制手摇洗衣机。1880年，美国发明了蒸气洗衣机，蒸气动力开始取代人力。蒸汽洗衣机之后，水力洗衣机、内燃机洗衣机也相继出现。1910年，美国试制成功世界上第一台电动洗衣机，电动洗衣机的问世，标志着人类家务劳动自动化的开端。1922年，美国改造了洗衣机的洗涤结构，把拖动式改为搅拌式，使洗衣机的结构固定下来，这也就是第一台搅拌式洗衣机的诞生。1932年，美国研制成功第一台前装式滚筒洗衣机。1955年，在引进英国喷流式洗衣机的基础之上，日本研制出独具风格、并流行至今的波轮式洗衣机。70年代后期，微电脑控制的

16、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，诞生了许多新型洗衣机。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。全自动洗衣机最多的是波轮式洗衣机。波轮式洗衣机的特点是洗净率高,但对衣服的磨损很大,随着人们生活水平不断地提高，丝绸,毛料,羊毛等大量走进普通家庭,厂商又适时地推出了滚筒洗衣机,它最大的优

17、点是磨损率小,但洗净率比波轮式低,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：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。全自动洗衣机从结构上分有波轮式、搅拌式、滚筒式。目前,国内市场上销售的大都是波轮式和滚筒式，供应价格高。洗衣机产品可以分三类：普通型、半自动型和全自动型。普通型和半自动型洗衣机，都需要人为参与操作，才能完成洗衣、甩干、排水

18、全过程；而全自动洗衣机在整个洗涤、甩干、排水过程中，无需人为操作和监控。国内外洗衣机品牌有海尔、小天鹅、荣事达、松下、惠而浦水仙、lg熊猫、西门子等。1.3 课题研究的目的与意义本课题主要着重于全自动洗衣机的控制，要求洗衣机能实现进水、洗涤、排水、脱水、报警，所采用的控制方法操作简单、稳定可靠、维护与维修方便。控制方法确定后投入生产要缩短控制系统的设计的时间、调试周期，且要降低成本。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，这也是随之带来的一些问题，如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，甚至会熔在一起

19、产生误操作，引起严重的后果。在全负荷运载的情况下，大的继电器将产生大量的热及噪声，同时也消耗了大量的电能。并且继电器控制系统必须是手工接线、安装，如果有简单的改动，也需要花费大量时间及人力和物力去改制、安装和调试。这种电路接线多，只适用于小型的控制电路。采用plc控制比继电器控制好的多，我们采用plc来控制。 （1） 可靠性高，抗干扰能力强，高可靠性是电气控制设备的关键性能。plc由于采用现代大规模集成电路技术，采用严格的生产工艺制造，内部电路采取了先进的抗干扰技术，具有很高的可靠性。（2） 配套齐全，功能完善，适用性强plc发展到今天，已经形成了大、中、小各种规模的系列化产品。可以用于各种规

20、模的工业控制场合。（3） 易学易用，深受工程技术人员欢迎plc作为通用工业控制计算机，是面向工矿企业的工控设备。（4） 系统的设计、建造工作量小，维护方便，容易改造，plc用存储逻辑代替接线逻辑，大大减少了控制设备外部的接线，使控制系统设计及建造的周期大为缩短，同时维护也变得容易起来。更重要的是使同一设备经过改变程序改变生产过程成为可能。这很适合多品种、小批量的生产场合。（5） 体积小，重量轻，能耗低，由于体积小很容易装入机械内部，是实现机电一体化的理想控制设备。1.4 本课题研究的主要内容本课题需研制出可靠性高、易于操作的全自动洗衣机控制方法，该系统采用plc控制，主要包括电动机正反转控制、

21、离合器控制、进排水电磁阀控制、循环控制、保护和联锁。研究的具体内容包括：（1） 深入了解洗衣机的发展、结构及控制要求。（2） 控制系统设计。包括硬件设计，plc的选择，各硬件模块的介绍，软件设计，编程方法。 （3） 对编写好的编译程序进行实际调试。 第二章 系统的概述2.1 plc的控制特点 plc系统的特点：（1）可靠性高，抗干扰能力强。高可靠性是电气控制设备的关键性能。plc由于采用现代大规模集成电路技术，采用严格的生产工艺制造，内部电路采取了先进的抗干扰技术，具有很高的可靠性。（2）配套齐全，功能完善，适用性强。plc发展到今天，已经形成了大、中、小各种规模的系列化产品，可以用于各种规模

22、的工业控制场合。（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很容易掌握，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连接，深受工程技术人员欢迎。（4）系统的设计、建造工作量小，维护方便，容易改造。plc用存储逻辑代替接线逻辑，大大减少了控制设备外部的接线，使控制系统设计及建造的周期大为缩短，同时维护也变得容易起来。（5）体积小，重量轻，能耗低。由于体积小很容易装入机械内部，是实现机电一体化的理想控制设备。全

23、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。它是整体模块，集中了驱动电路、检测电路、保护电路以及通讯联网功能。因此在运用中硬件也相对简单，大大提高了控制系统的可靠性。另外它的编程语言也相对简单。其次，它能实现脱机手动工作，联机自动就地工作，上机控制的单周期运行方式，自动启动、自动停机控制方式单片机系统的特点：1）要求环境，单片机对环境的适应能力较低，可靠性差。2）编程和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，这些高级语言和plc语言相比，难以学习。3）功能单一只具有使用中所需要的功能。但是，它结构简单，处理速度快。典型的plc控制系统的硬件组成框图如

24、图2-1所示：图2-1 plc控制系统的硬件组成框图2.2 控制系统框图 此次设计根据全自动洗衣机的工作原理, 洗衣机的工作流程由进水，洗衣，排水，和脱水四个过程组成。在半自动洗衣机中，这四个过程分别用相应的按扭开关来控制。利用可编程控制器plc实现控制,用于说明plc控制的原理方法,特点及工作特色。此次全自动洗衣机控制系统设计利用了西门子s7-200系列plc的特点,对按鈕,电磁阀,开关等其他一些输入/输出点进行控制,实现了洗衣机洗衣过程的自动化。根据以上要求plc的控制系统框图如下图2-2所示：图2-2 控制系统框图2.3 控制系统对应设备及功能根据控制过程中的进水、洗涤、脱水、报警等控制

25、要求，对控制所需的外部设备初步设计如表2-1与表2-2表2-1对应设备及功能表对应的输入设备对应的输出设备启动按扭进水电磁阀停止按扭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）脱水电机继电器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水排空传感器表2-2 其它器件定时器/计数器对应的作用定时器t37 进水暂停计时定时器t38正洗计时定时器t39反转计时定时器t40脱水计时定时器t41报警计时定时器t42正洗暂停计时定时器t43反转暂停计时计数器c50正反洗循环计数计数器c51大循环计数2.4全自动洗衣

26、机的控制系统原理与控制要求全自动洗衣机的进水，洗衣，排水，脱水是通过水位开关，电磁进水阀和电磁排水阀配合进行控制，从而实现自动控制的，水位开关用来控制进水到洗衣机内高中低水位，电磁进水阀起着通断水源的作用。进水时，电磁进水阀打开，将水注入，排水时，电磁排水阀打开，将水排出，洗衣时，洗涤电动机启动，脱水时，脱水桶启动。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。正常运行方式的具体控制要求如下：将水位能够通过水位开关设在合适的位置（高、中、低），按下“启动”按钮，开始进水，到达设定的水位（高、中、低）后，停止进水。进水停止2秒后开始洗衣。洗衣时，正转20秒，停2秒，

27、然后反转20秒，停2秒。如此循环共5次，总共220秒后开始排水，排空后脱水30秒。然后再进水，重复以上过程，如此循环共3次。洗衣过程完成，报警3秒并自动停机。“强制停止”方式的具体控制要求如下：若按下“停止”按钮，洗衣过程停止，即洗涤电机和脱水桶停止转动、进水电磁阀和排水电磁阀全部闭合。可用手动排水开关和手动脱水开关进行手动排水和脱水。根据全自动洗衣机的工作原理,洗衣机的工作流程由进水、洗衣、排水和脱水四个过程组成。在半自动洗衣机中，这四个过程分别用相应的按扭开关来控制。利用可编程控制器plc实现控制,用于说明plc控制的原理方法、特点及工作特色。此次全自动洗衣机控制系统设计需要利用西门子s7

28、-200系列plc的特点,对按鈕、电磁阀、开关等其他一些输入/输出点进行控制,实现洗衣机洗衣过程的自动化。2.5全自动洗衣机示意图图2-5（a） 全自动洗衣机外部示意图 图2-5（b）全自动洗衣机内部结构示意图 2.6主电路电动机控制线路图 图2-6 电动机控制线路图注释：qs：隔离开关 fu：熔断器 fr：热继电器 km：交流接触器 km1闭合，洗涤电动机正传洗涤 km2闭合：洗涤电动机反转洗涤 km3闭合：脱水电动机脱水第三章 硬件电路的设计3.1 plc的选择3.1.1 i/o点数统计i/o点数是plc的一项重要指标。合理选择i/o点数既可使系统满足控制要求，又可使系统总投资最低。plc

29、的输入输出总点数和种类应根据被控对象所需控制的模拟量、开关量、输入输出设备情况来确定，一般一个输入输出元件要占用一个输入输出点。考虑到今后的调整和扩充，一般应在估计的总点数上再加上20%30%的备用量。该系统有11个数字输入点6个数字输出点，具体的输入输出见表3-1表3-1 i/o点数统计表输入点输出点启动按扭进水电磁阀停止按扭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水排空传感器3.1.2 i/o储存器容量的估算plc常用的内存有eprom、eep

30、rom和带锂电池供电的ram。一般微型和小型plc的存储容量是固定的，介于12kb之间。用户应用程序占用多少内存与许多因素有关，如i/o点数、控制要求、运算处理量、程序结构等。因此在程序设计之前只能粗略地估算。根据经验，每个i/o点及有关功能元件占用的内存量大致如下：开关量输入元件：1020b/点开关量输出元件：510b/点定时器/计数器：2b/个模拟量：100150b/个通信接口：一个接口一般需要300b以上根据上面算出的总字节数再考虑增加25%左右的备用量，就可估算出用户程序所需的内存容量，从而选择合适的plc内存。该系统有11个数字输入点6个数字输出点，需内存280b，有定时器6个，计时

31、器2个，需内存16b，考虑余量后需要内存370b。3.1.3 cpu功能与结构的选择plc的功能日益强大，一般plc都具有开关量逻辑运算、定时、计数、数据处理等基本功能，有些plc还可扩展各种特殊功能模块，如通信模块、位置控制模块等，选型时可考虑以下几点：功能与任务相适应，plc的处理速度应满足实时控制的要求、plc结构合理、机型统一、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就能满足要求了。若该控制系统cpu模块可采用cpu-222模块，该模块采用交流220v供电，自带8个数字量输入点和6个数字量输出点，不能完全满足全自动洗衣机控制系统的要求，需要进行模块扩展

32、，不方便。若该控制系统cpu模块可采用cpu-226模块，该模块采用交流220v供电，自带24个数字量输入点和16个数字量输出点，能完全满足全自动洗衣机控制系统的要求，但浪费太多的输入输出接口，而且价格昂贵。该控制系统cpu模块可采用cpu-224（ac/dc/继电器）模块，它可控制整个系统按照控制要求有条不紊地进行。同时由于该模块采用交流220v供电，并且自带14个数字量输入点和10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、数字量和输出模块。综上所述此次设计选用西门子s7-200-cpu-224（ac/dc/继电器）模块型plc。3.2 plc外部接线

33、图根据全自动洗衣机的控制要求，对系统控制的i/o点数进行了统计和plc型号进行了选择，现根据以上的统计和选择对控制系统plc的外部接线设计如下图3-2 图3-2 plc外部接线图3.3洗衣机的示意图如图3-3所示为洗衣机示意图，在图中st4为高水位传感器，st5为中水位传感器，st6为低水位传感器，st7位水排尽传感器，当选择好水位后，yv1打开开始进水，当水位到达相应水位时，相应的传感器送出on信号否则为off,只有当水上升到与选择水位相开关一致时，yv1关闭停止进水，开始洗衣。图3-3 洗衣机示意图第四章 软件的设计4.1 i/o分配表4.1.1 输入地址分配表 列出全自动洗衣机的输入分配

34、表，见表4-1。表4-1输入地址分配表输入地址对应的外部设备i0.0启动按扭i0.1停止按扭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水排空传感器4.1.2 输出地址分配表列出全自动洗衣机的输出分配表，见表4-2。表4-2输出地址分配表输出地址对应的输出设备q0.0进水电磁阀q0.1排水电磁阀q0.2洗涤电动机正转继电器q0.3洗涤电动机反转继电器q0.4脱水q0.5报警器4.1.3 内部元件地址分配表全制动洗衣机控制时，需用到plc内部的

35、计时器和计数器对其进行过程控制，现对控制中要用到的内部位元件地址分配表归纳如表4-3。表4-3内部地址分配表定时器/计时器对应的作用t37 进水暂停计时2秒t38正洗计时20秒t39反转计时20秒t40脱水计时30秒t41报警计时3秒t42正洗暂停计时2秒t43反转暂停计时2秒c50正反洗循环计数5次c51大循环计数3次4.2 程序流程图设计plc采用计算机控制技术，其程序设计同样可遵循软件工程设计方法，程序工作过程可用流程图表示。由于plc的程序执行为循环扫描工作方式，因而与计算机程序框图不同点是，plc程序框图在进行输出刷新后，再重新开始输进扫描，循环执行。 全自动洗衣机工作方式有自动方式

36、和手动方式两种。在自动方式下，plc将运行已经设置好的程序和参数（适用于机械一切都正常的情况下），按照用户设定好的程序来进行工作。手动方式是在紧急停止情况下，可以手动进行排水和脱水。4.2.1强制停止流程图全自动洗衣机强制停止流程图如图4-2-1所示。图4-2-1 强制停止流程图4.2.2正常运行流程图全自动洗衣机正常运行时即洗衣机按照程序设定依次完成依次洗衣过程，从选择水位，按下启动按扭，开始进水直到水满（即水位达到高水位）时停止进水开始洗涤正转，洗涤时，正转20秒，停2秒，然后反转20秒，停2秒，如此循环5次，总共220秒开始排水，水位下降到低水位时开始脱水并继续排水，脱水30秒，开始清洗

37、，重复以上过程，清洗两遍，清洗完成，报警3秒并自动停机。 按照以上的工作流程，作出全自动洗衣机的正常运行工作流程图见图4-2-2。图4-2-2 正常运行流程图4.3 程序设计4.3.1 plc控制流程图控制流程图，它是描述控制系统的控制过程、功能和特性的一种图形。全自动洗衣机控制系统plc控制流程图见图4-3-1图4-3-1 plc控制流程图4.3.2 系统梯形图一、梯形图的特点梯形图是plc模拟继电器控制系统的编程方法。它由触点、线圈或功能方框等构成，梯形图左、右的垂直线称为左、右母线。画梯形图时，从左母线开始，经过触点和线圈（或功能方框），终止于右母线。1)plc梯形图中的某些编程元件沿用

38、了继电器这一名称，如输入继电器、输出继电器、内部辅助继电器等，但是它们不是真实的物理继电器(即硬件继电器)，而是在软件中使用的编程元件。每一编程元件与plc存储器中元件映像寄存器的二个存储单元相对应。以辅助继电器为例，如果该存储单元为0状态，梯形图中对应的编程元件的线圈“断电”，其常开触点断开，常闭触点闭合，称该编程元件为0状态，或称该编程元件为off(断开)。该存储单元如果为1状态，对应编程元件的线圈“通电”，其常开触点接通，常闭触点断开，称该编程元件为l状态，或称该编程元件为on(接通)。2)根据梯形图中各触点的状态和逻辑关系，求出与图中各线圈对应的编程元件的on/off状态，称为梯形图的

39、逻辑解算。逻辑解算是按梯形图中从上到下、从左至右的顺序进行的。解算的结果，马上可以被后面的逻辑解算所利用。逻辑解算是根据输入映像寄存器中的值，而不是根据解算瞬时外部输入触点的状态来进行的。3)梯形图中各编程元件的常开触点和常闭触点均可以无限多次地使用。4)输入继电器的状态唯一地取决于对应的外部输入电路的通断状态，因此在梯形图中不能出现输入继电器的线圈 5)梯形图中的基本编程元素有触点、线圈和方框。触点：代表逻辑控制条件。触点闭合时表示能量可以流过。触点分常开触点和常闭触点两种形式。线圈：通常代表逻辑“输出”的结果。能量流到，则该线圈被激励。方框：代表某种特定功能的指令。能量流通过方框时，则执行

40、方框所代表的功能。方框所代表的功能有很多种，例如：定时器、计数器、数据运算等。梯形图中，每个输出元素可以构成一个梯级。每个梯形图网络由一个或多个梯级组成。 二、梯形图绘制原则1) 梯形图按自上而下、从左到右的顺序排列。每个继电器器线圈为一个逻辑行，即一层阶梯。每一个逻辑行起于左母线，然后是触点的连接，最后终止于继电器线圈或右母线。注意：左母线与线圈之间一定要有触点，而线圈与右母线之间不能有任何点，应直接连接。2) 一般情况下，在梯形图中某个编号继电器线圈只能出现一次，而继电器触点可无限引用。有些plc，在含有跳转指令或步进指令的梯形图中允许双线圈输出。 3) 在每个逻辑行中，串联触点多的支路应

41、放在上方。如果将串联触点多的支路放下方，则语句增多，程序变长。4) 在每个逻辑行中，并联触点多的支路应放在左边。如果将并联触点多的支路放右边，则语句增多，程序变长。5) 梯形图中，不允许一个触点上有双向“电流”通过。6) 梯形图中，当多个逻辑行都具有相同条件时，为了节省语句数量，常将这些逻辑行合并。当相同条件复杂时，这对储存容量小的plc很有意义。7) 设计梯形图时，输入继电器的触点状态全部按相应的输入设备为常开状态进行设计更为合适，不易出错。因此，也建议尽可能用输入设备的常开触点与plc输入端连接。如果某些信号只能用常闭触点输入，可以按输入设备全部常开来设计，然后将梯形图中对应的输入继电器触

42、点取反。4.4 梯形图编写打开step-micro/win32编程软件，软件主界面如图4-4所示。在进行控制程序编程之前，首先需要创建一个项目。具体操作步骤为：执行菜单【文件】【新建】选项或单击工具栏的新建按钮，图4-4 step-micro/win32主界面生成一个新的项目。项目以扩展名为project.mwp的文件格式保存。（2）设置与读取plc的型号在对plc编程之前，应正确地设置其型号，以防止创建程序时发生编辑错误。设置与读取plc的型号的方法是：执行菜单【plc】【类型】选项，在出现的对话框中，选择plc型号和cpu版本。也可以双击指令树的【项目1】，然后双击plc型号和cpu版本选

43、项，在弹出的对话框中进行设置。在本设计中选用了cpu224的plc，需要在对话框中选择正确的cpu版本。cpu选型对话框如图4-5所示。（3）程序的结构及编写s7-200系列plc支持的指令集有simatic和iec1131-3两种。simatic编程模式的选择，可以通过执行菜单【工具】【选项】【常规】【simatic】选项来确定。编程软件可实现3种编程语言之间的任意切换，执行菜单【查看】【梯形图】或【stl】或【fbd】选项便可进入相应的编程环境。 图4-5 设置plc的型号简单的数字量控制程序一般只有主程序，系统较大、功能复杂的程序除了主程序外，可能还有子程序、中断程序。编程时可以点击编辑

44、窗口下方的选项来实现切换以完成不同程序结构的程序编辑。主程序在每个扫描周期内均被顺序执行一次。子程序的指令放在独立的程序块中，仅在被程序调用时才执行。中断程序的指令也放在独立的程序块中，用来处理预先规定的中断事件，在中断事件发生时操作系统调用中断程序。在指令树中选择需要的编程元件,在指令工具条中选择输入连接线，完成梯形图的编写。（4）编译程序编辑完成后,用“plc”菜单中的“编译”命令进行离线编译。编译结束，在输出窗口显示编译结果信息，显示无错误。4.5 梯形图重点程序段落分析辅助继电器梯形图如图4-7,4-8所示。图4-7 辅助继电器梯形图（一）图4-8 辅助继电器梯形图（二）如图4-7和图

45、4-8所示程序段落，m0.0是按下按钮的辅助继电器，m0.1是判断洗衣机水位是否和设定水位不一致的辅助继电器，m0.2是判断洗衣机水位是否和设定水位一致的辅助继电器，m0.3是停止自动洗衣的辅助继电器。按下启动按钮，m0.0输出。当水位与设定水位不一致时，m0.1输出；反之，m0.2输出。 图4-9 进水梯形图如图4-9所示程序段落，按下启动按钮或者脱水完毕（t40定时时间到），而且洗衣大循环未到3次时，开始进水。当水位到设定水位后停止进水，等待2秒进入洗衣过程。在强制停止情况下，当停止按钮按下时立即停止进水。洗衣前根据衣物多少选择好水位，按下水位选择开关(i0.2、i0.3、i0.4)任意一

46、个，再按下启动按钮，i0.0接通，q0.0接通，开始进水。当水位上升到与选择的水位相一致时，相一致的水位传感器(i0.7、i1.0、i1.1)传出信号，q0.0断开停止进水，t37开始计时。图4-10 洗衣梯形图如图4-10所示程序段落，t37计时时间到，q0.2接通开始正转洗衣，t38计时开始。t38计时20秒，q0.2断开，正洗暂停，t39开始计时。t39计时时间到，q0.3接通，反洗，t40开始计时。t40计时时间到，q0.3断开，反洗暂停，t43开始计时。t43计时时间到，c50计数一次，同时洗衣返回q0.2接通，重复以上从正洗开始的全部动作，直到c50计满5次数时，q0.1接通并自保

47、，开始排水，c50复位，准备下次循环时再计数。排水梯形图如图4-11所示。洗衣过程完毕，正反转大循环达到5次后，即c50计满5次时，进入排水过程。当水排空后停止排水。 图4-11 排水梯形图图4-12 脱水梯形图如图4-12所示程序段落是脱水梯形图，水排空后，水排空辅助继电器m0.4接通并自锁，洗衣机开始进行脱水，脱水30秒即t40计时30秒后停止脱水。因为判断水排空是否在排水完毕后，所以要用到排水完毕辅助继电器。图4-13 报警梯形图如图4-13 所示程序段落，排水过程进行3次，即洗衣大循环3次后，开始报警过程，3秒后停止报警，这样整个洗衣过程结束。第五章 系统仿真5.1 s7-200 v4

48、.0的仿真软件该仿真软件可以仿真大量的s7-200指令（支持常用的位触点指令、定时器指令、计数器指令、比较指令、逻辑运算指令和大部分的数学运算指令等，但部分指令如顺序控制指令、循环指令、高速计数器指令和通讯指令等尚无法支持。仿真程序提供了数字信号输入开关、两个模拟电位器和led输出显示，仿真程序同时还支持对td-200文本显示器的仿真，在实验条件尚不具备的情况下，完全可以作为学习s7-200的一个辅助工具。另外，仿真软件还有读取cpu和扩展模块的信息、设置plc实时时钟、控制循环扫描次数等功能。软件的主界面如图5-1所示。 图5-1 s7-200仿真软件主界面图中灰色部分为是cpu 224类型

49、的plc面板可显示cpu运行状态和i/o点的状态，灯亮为1，灯灭为0。cpu224的右边空白方框是扩展模块的位置，双击空白方框即可进行模块配置选择，根据需要可选择各种数字量和模拟量的扩展模块。cpu模块的下方是用于输入数字量信号的小开关面板，具有和cpu224对应的14个输入点，单击面板中的开关按钮可使其0，1状态切换，在cpu面板上的模拟led灯对应灭，亮。开关面板下方的smb28,smb29是两个直线电位器，分别是cpu224的两个8位模拟量输入电位器对应的特殊存储器字节，可左右拖动滑块来设置它的值，范围在0-255之间。5.2 仿真测试（1）cpu选型执行图中菜单命令“configura

50、tion”“cpu type”，在cpu型号对话框中选择自己对应的cpu型号，cpu224。如图5-2-1所示。图5-2-1 cpu选型框（2）程序的下载仿真软件不能直接接收s7-200程序代码，在step7-micro/win中将程序编译并导出成ascii文本文件（扩展名为awl），文件名为：全自动洗衣机.awl。然后在s7-200仿真软件中使用工具栏的下载按钮即可将导出的文件下载到仿真软件当中进行仿真测试。加载成功后，在仿真软件中的awl和kop观察窗口中就可以分别观察到加载的语句表程序和梯形图程序。下载框如图5-2-2所示。图5-2-2 文件下载框5.3仿真运行在仿真软件中点击工具栏上的

51、按钮，启动运行，使仿真plc切换到run模式开始仿真测试。仿真结果图如下图所示。5-3-1 洗衣机通电准备启动5-3-2 洗衣机开始进水5-3-3 洗衣机进水达到指定位置后停止进水并且洗衣机正传5-3-4 洗衣机正传后停2秒5-3-5 洗衣机开始反转；此后洗衣机进入循环系统5-3-6按下洗衣机的手动脱水按钮洗衣机5-3-7 按下洗衣机的急停按钮5.4仿真结果分析（一)仿真界面显示过程由5.3中仿真结果图可以得知（以高水位为例）：单击面板中的按钮0后，手动复位；单机cpu面板上的开关2使其cpu面板上的模拟led灯0对应亮，再单击面板上的开关7（高水位传感器）使其cpu面板上的模拟led灯0熄灭

52、，模拟led灯2对应亮,20秒以后模拟led灯2熄灭，停2秒以后，cpu面板上的模拟led灯3亮，20秒以后又熄灭，停2秒以后,cpu面板上的模拟led灯2对应亮20秒.如此循环下去5次，等到这5次循环结束后，cpu面板上的模拟led灯1亮，同时将cpu面板上的开关7复位，此时，单机cpu模拟面板上的开关1.2（水位排空传感器），cpu面板上的模拟led灯4也开始亮起，30秒以后cpu面板上的模拟led灯1和灯4熄灭，至此第一个大循环结束；还回到cpu面板上的模拟led灯0对应亮.新的一轮大循环即将开始，如此循环3次以后，cpu面板上的模拟led灯5亮3秒，3秒以后，整个cpu面板上的模拟le

53、d灯全部熄灭，整个运行过程结束。（二）仿真结果分析过程在实际操作中相当于按下启动按钮，洗衣机开始准备正常运行将水位能够通过水位开关设在合适的位置（高、中、低），按下“启动”按钮，进水阀打开，开始进水，到达设定的水位（高、中、低）后，以高水位为例，高水位传感器传出数据，进水电磁阀关闭，停止进水，进水停止2秒以后，洗衣过程开始.洗衣时，电动机正转20秒，停2秒，然后电动机反转20秒，停2秒；如此循环共5次，总共220秒后开始排水，当水排空以后，脱水电动机脱水30秒，在此过程中，排水电磁阀一直打开，第一次大循环结束。然后下一个大循环开始，洗衣机再进水.重复以上过程，如此循环共3次；洗衣过程完成，报警3秒以后，洗衣机自动停机。在整个仿真过程中，按钮需要手动复位，否则无输出或输出混乱。各水位传感器需要手动使其置位，当水位开始下降时，需要进行手动进行复位，否则，洗衣机不能完全按照自动方式进行工作。第六章 总结与展望6.1总结下面是我对整个毕