基于PLC的全自动洗衣机控制系统

实用文档基于PLC的全自动洗衣机控制系统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；自动；定时；控制目录绪论 1第1章概述 21.1PLC控制特点 21.2控制系统框图 21.3控制系统对应设备及功能 31.4控制系统原理 3第2章硬件电路的设计 42.1.1I/O点数统计 42.1.2I/O存储器容量的估算 42.1.3CPU功能与结构的选择 52.2PLC外部接线图 52.3洗衣机示意图 6第3章软件设计 73.1I/O分配表 73.1.1输入地址分配表 63.1.2输出地址分配表 73.1.3内部元件地址分配表 73.2系统流程图 73.3程序设计 103.3.1PLC控制顺序功能图 103.3.2系统梯形图 113.3.3系统指令语句表 14第4章程序运行过程分析 14心得体会 17参考文献 18附录 19绪论在洗衣机控制方面，在PLC问世之前，工业控制领域中是继电器占主导地位。但继电器控制领域有着十分明显的缺点：体积大、耗电多、可靠性、寿命短、运行速度慢、适应性差、尤其当生产工艺发生变化时，就必须重新设计、重新安装，造成时间和资金的严重浪费。为了改变这一现状，PLC控制系统产生了。[1]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。[2]PLC的全称是ProgrammableLogicController（可编过程控制器）PLC是一种产品，但这种产品有点特别，在没有下载控制程序之前，它不具备任何控制功能，也就是说，没有应用程序的PLC是毫无用处的。PLC实际上是专为工业环境使用的通用控制平台，它必须进行二次开发才能完成最终控制目的，因此，它还需程序编辑/调试软件的配合，此次设计的关键就在程序的编辑和调试。[3]此次设计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,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。由于每遍的洗涤,排水,脱水的时间由PLC内计数器控制,所以只要改变定时器和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。[4]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。全自动洗衣机中，，这四个过程可做到全自动运行，直至洗衣结束。根据以上全自动洗衣机的功能要求，我对此次设计的PLC控制要求设计如下：全自动洗衣机控制要求是能实现“正常运行”和“强制停止”两种控制要求。[1]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。[2]洗涤时，正转30秒，停两秒，然后反转30秒，停2秒。[3]如此循环5次，总共320秒开始排水。[4]水位下降到低水位时开始脱水并继续排水，脱水30秒。[5]开始清洗，重复（1）到（4），清洗两遍。 [6]清洗完成，报警3秒并自动停机。 第1章概述1.1PLC控制特点PLC的发展与计算机技术、半导体技术、控制技术、数学技术、通信网络技术等高新技术的发展息息相关，这些高新技术的发展推动了PLC的发展，而PLC的发展又对这些高新技术提出了更高、更新的要求，促进了它们的发展。PLC控制全自动洗衣机的编程语言容易掌握，是电控人员熟悉的梯形语言，使用术语依然是＂继电器＂一类术语，大部分与继电器触头的连接相对应，使电控人员一目了然．PLC控制使用简单，他的I/O已经做好，输入输出信号可直接连接，非常方便，而输出口具有一定驱动能力，PLC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，惊醒重新编程而无需对外围进行重新改动。从这些方面突出了使用PLC控制的优越性。[6]1.2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1-1。图1-1控制系统框图1.3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、报警等控制要求，对控制所需的外部设备初步设计如表1-1表1-1对应设备及功能表对应的外部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1.4控制系统原理自动洗衣机的进水，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。第2章硬件电路的设计2.1PLC的选择2.1.1I/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2-1.[7]表2-1I/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2.1.2I/O存储器容量的估算PLC常用的内存有EPROM、EEPROM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1—2KB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：10—20B/点开关量输出元件：5—10B/点定时器/计数器：2B/个模拟量：100—150B/个通信接口：一个接口一般需要300B以上[8]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，计时器2个，需内存16B，考虑余量后需要内存370B。2.1.3CPU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。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。[9]综上所述此次设计选用西门子S7-200型PLC2.2PLC外部接线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2-1。图2-1PLC外部接线图2.3洗衣机示意图如图2-2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。[10]图2-2洗衣机示意图第3章软件设计3.1I/O分配表3.1.1输入地址分配表列出全自动洗衣机的输入分配表，见表3-1。表3-1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3.1.2输出地址分配表列出全自动洗衣机的输出分配表，见表3-2。表3-2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3.1.3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3-3。表3-3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T38正洗计时T39正洗暂停计时T40反转计时T41反转暂停计时T42脱水计时T43报警计时C50正反洗循环计数C51大循环计数3.2系统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30秒，停两秒，然后反转30秒，停2秒，如此循环5次，总共320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，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3-2。图3-2系统流程图3.3程序设计3.3.1PLC控制顺序功能图顺序功能图，它是描述控制系统的控制过程、功能和特性的一种图形，顺序功能图并不涉及所描述的控制功能的具体技术，他是一种通用的技术语言。全自动洗衣机控制系统PLC控制状态流程图见图3-3。[11]图3-3PLC控制状态流程3.3.2系统梯形图系统梯形图根据以上的梯形图的基础知识、注意事项、特点及上节（3.3.1节）中的控制状态流程图，现利用STEP7-Micro/WIN编程软件做出全自动洗衣机控制系统梯形图。STEP7-Micro/WIN编程软件是专为西门子S7-200而设计的，在个人计算机的WINDOWS操作系统下运行，功能强大、使用方便、简单易学。其编写好的程序可通过专用编程线缆下载的PLC中运行。也可以导出后在仿真软件中进行测试。系统梯形图如下图3-4到图3-6。图3-6系统梯形图c系统梯形图3-33.3.3系统指令语句表由于系统指令语句表在该处排版影响文章美观而且不便于阅读，所以将该系统的指令语句表排版在附录。第4章程序运行过程分析(1)洗衣机进水洗衣前选择好水位，按下水位选择开关(I0.2、I0.3、I0.4)任意一个，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)接通，Q0.0断开停止进水，T37开始计时。(2)正反转洗衣T37计时时间到，Q0.2接通开始正转洗衣，T38计时开始。T38计时30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，T41开始计时。T41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，开始排水，C50复位，准备下次循环是再计数。(3)大循环洗衣排水到脱水水位时，I1.2闭合，Q0.1、Q0.4接通，开始脱水，T42开始计时。T42计时时间到，Q0.1、Q0.4断开，停止排水和脱水，C51计数一次，同时洗衣返回Q0.0接通,重复从进水到脱水的全部动作，知道C51计数满3次时，停止洗衣，Q0.5接通报警并自保，T43开始计时。T43计时时间到，报警结束，整个洗衣过程结束，T43常开触点闭合，准备下次启动。心得体会通过本系统的设计，对全自动洗衣机的控制系统有了深入的理解。全自动洗衣机控制系统利用了西门子PLC的特点，对按钮、电磁阀、开关等其他一些输入输出点设备进行控制，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。只要稍作改变,就可以设计出诸如要多洗多甩的牛仔类衣物,轻洗轻甩的羊毛类衣物以及通用的标准洗涤程序,充分表其实用性。通过这次设计，对自动控制原理及应用有了进一步认识，在一个多月的设计过程中学到了许多东西，不仅仅是毕业设计中的。也学到了不少其它的东西。设计中，我们遇到不懂或不明白的地方。除了查阅相关资料，袁老师也给了我们很多的指导。总之，这次设计为我们打开了以后面向实际应用的大门，为我们以后做各项工作和进一步学习奠定了基础。参考文献[1]王莺.工业可编程控制器的现状与发展趋势[J].北京：航天技术与民品1999，5：30.[2]潘元明.国内外全自动洗衣机现状[J].家电大视野，2003，11：92.[3]吴中俊主编.可编程控制器原理及应用[M].北京：机械工业出版社，2004.28-29.[4]吴存宏.浅谈PLC在全自动洗衣机中运用[J].家用电器科技，2000，4：52-54.[5]蒋金周.全自动洗衣机的PLC智能控制[J].北京：机电一体化，2004，5:83-85.[6]吴中俊.可编程序控制器原理及应用[M].北京：机械工业出版社，2004.29-34.[7]王永华.电气控制及PLC应用技术[M].北京:北京航空航天大学出版社，2003.80-96.[8]许谬.电气控制与PLC控制技术[M].北京：.机械工业出版社，2005.153-154.[9]殷洪义.可编程控制器选择设计与维护[M].北京︰机械工业出版社，2002.24-49.[10]罗宇航.流行PLC实用程序及设计[M].西安电子科技大学出版社，2006.271.[11]许谬.电气控制与PLC控制技术[M].北京：.机械工业出版社，2005.218.

附录根据全自动洗衣机的控制要求和3.3.2中的体形图得出系统的指令语句表如下。Network1//NetworkTitle//Network1//NetworkTitle//进水LDM1.3AT43OSM0.1OM0.0OI0.1ANM0.1=M0.0Network2LDI0.2OI0.3OI0.4LDI0.0AM0.0LDM1.2ANC51OLDALDOM0.1ANI0.1ANM0.2=M0.1=Q0.0Network3//进水完停2秒LDI0.2AI0.7LDI0.3AI1.0OLDLDI0.4AI1.1OLDAM0.1OM0.2ANM0.3=M0.2TONT37,+20Network4//正转LDM0.2AT37LDM0.7ANC50OLDOM0.3ANI0.1ANM0.4=M0.3Network5LDM0.3=Q0.2TONT38,+300Network6//正转完停2秒LDM0.3AT38OM0.4ANM0.5=M0.4TONT39,+20Network7//反转30秒LDM0.4AT39OM0.5ANI0.1ANM0.6=M0.5Network8LDM0.5=Q0.3TONT40,+300Network9//反转完停2秒aLDM0.5AT40LDM0.5