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1、 機電工程學(xué)院 課程設(shè)計說明書 設(shè)計題目: 全自動洗衣機控制系統(tǒng)設(shè)計（三） 學(xué)生姓名： 學(xué) 號： 20094805 專業(yè)班級： 機制F09 指導(dǎo)教師： 2012年 12 月 08 日 內(nèi)容摘要 本文介紹了采用可編程控制器（PLC）作為核心控制部件來控制在經(jīng)過高低水位和強弱洗模式選擇后，洗衣機的進(jìn)水、洗滌、排水、脫水、報警等的全自

2、動控制系統(tǒng)。文章介紹了洗衣機的結(jié)構(gòu)，對全自動洗衣機的控制系統(tǒng)進(jìn)行了分析，在此基礎(chǔ)上提出了基于PLC的全自動洗衣機控制方案，并對方案進(jìn)行了論證，根據(jù)洗衣機的工作原理，設(shè)計了流程圖及程序梯形圖，對按鈕及其它一些輸入/輸出點進(jìn)行控制，實現(xiàn)了洗衣機洗衣過程的自動化。由于洗滌，排水，脫水的時間均由PLC內(nèi)計計時器控制，所以只要改變計時器參數(shù)就可以改變時間。具有智能化程度高、安全可靠、方便、靈活等特點。 關(guān)鍵詞：PLC；全自動洗衣機；按鈕 1 目 錄 第1章 引

3、 言 1 第2章 系統(tǒng)總體方案設(shè)計 2 2.1控制系統(tǒng)流程圖 2 2.2系統(tǒng)設(shè)計方案 3 2.3洗衣機硬件配置及組成原理 3 2.4 PLC接線圖 8 2.5 程序梯形圖 9 2.6 程序調(diào)試 17 2.7 程序語句表 22 結(jié) 論 28 設(shè)計總結(jié) 29 謝辭 30 參考文獻(xiàn) 31 22 第1章 引 言 全自動洗衣機是將洗衣機的全過程如進(jìn)水、洗滌、排水、脫水、報警等過程預(yù)先寫入N個程序，由程序來控制洗衣機的進(jìn)水量、洗滌時間、循環(huán)次數(shù)、排水、脫水洗滌等，所有工作完成后有蜂鳴器報警提示。 根據(jù)全自動洗衣機的工作原理，利用可編程控制器PLC來實現(xiàn)

4、洗滌過程的控制。全自動洗衣機控制系統(tǒng)利用西門子S7-200系列PLC的特點，對按鈕，電磁閥，開關(guān)等其他一些輸入/輸出點進(jìn)行控制,實現(xiàn)了洗衣機洗衣過程的自動化。由于每遍的洗滌，排水，脫水的時間由PLC內(nèi)定時器和計數(shù)器控制，所以只要改變定時器和計數(shù)器參數(shù)就可以改變洗滌時間和循環(huán)次數(shù)。也可以把上面設(shè)定的程序時間定下來，作為固定程序使用,充分表現(xiàn)現(xiàn)代家電品的實用性。 在洗衣機控制方面，在PLC問世之前，工業(yè)控制領(lǐng)域中是繼電器占主導(dǎo)地位。但繼電器控制領(lǐng)域有著十分明顯的缺點：體積大、耗電多、可靠性、壽命短、運行速度慢、適應(yīng)性差、尤其當(dāng)生產(chǎn)工藝發(fā)生變化時，就必須重新設(shè)計、重新安裝，造成時間和資金的嚴(yán)重浪費

5、。而利用PLC控制的優(yōu)點是：可靠性高，耗電少，適應(yīng)性強，運行速度快，壽命長等，為了進(jìn)一步提高全自動洗衣機的功能和性能，避免傳統(tǒng)控制的一些弊端，就提出了用PLC來控制全自動洗衣機這個課題。 第2章 系統(tǒng)總體方案設(shè)計 2.1控制系統(tǒng)流程圖 如圖2-1為全自動洗衣機的洗滌動作程流程圖,根據(jù)控制流程圖并按照設(shè)計任務(wù)書進(jìn)行程序的設(shè)計； 圖2-1全自動洗衣機的洗滌動作程流程圖 2.2系統(tǒng)設(shè)計方案 通常地，人們采用洗衣機來洗衣服需要經(jīng)歷洗滌、漂洗、排水、脫水等4個環(huán)節(jié)，而在全自動洗衣機中，這樣的一個過程

6、全由PLC來完成。并且，全自動洗衣機需要其控制系統(tǒng)足夠可靠，以避免洗衣機輕易出現(xiàn)故障。 全自動洗衣機的簡單工作過程如圖2.1所示。其中，洗衣的方式（強洗或是標(biāo)準(zhǔn)）、洗衣中的水位選擇（高水位洗衣、低水位洗衣等）等兩個方面需要在人們將衣服放入洗衣機洗衣服之后手動來選擇。并且是必須選擇的洗衣參數(shù)。當(dāng)選擇了一種洗衣參數(shù)后，按下啟動按鈕，洗衣機就會自動完成洗衣服的整個過程。 全自動洗衣機系統(tǒng)中，PLC主要完成以下功能： 1．檢測功能 （1）檢測洗衣的方式：強洗或者是弱洗的選擇。 （2）檢測洗衣時的水位：高水位或者是低水位的選擇。 （3）檢測進(jìn)水是否到了需要的水位，即進(jìn)水是否完成。 （4）檢

7、測排水是否已經(jīng)完成。 2. 控制功能 （1）控制進(jìn)水、洗滌、排水、脫水等洗衣機的動作。 （2）控制洗滌、脫水等的時間長短。 （3）控制洗滌的次數(shù)。 （4）控制在洗衣機完成一個動作后到下一個動作的準(zhǔn)確轉(zhuǎn)換。 （5）控制完成洗衣時的信號提示。 針對洗滌循環(huán)次數(shù)的控制有兩種方案可供選擇： 方案一、利用計數(shù)器來控制循環(huán)次數(shù)，每循環(huán)一次，計數(shù)器加1，達(dá)到設(shè)定值后執(zhí)行下一個程序。 優(yōu)缺點：思路簡單，易于理解，但程序量稍大，易出錯。 方案二、利用循環(huán)程序指令，調(diào)用強洗弱洗子程序，循環(huán)完成執(zhí)行下一程序。 優(yōu)缺點：優(yōu)化程序結(jié)構(gòu)，結(jié)構(gòu)清晰，但在所下載模擬器中無法運行，調(diào)試。

8、方案選擇：為加強常用計數(shù)器的運用熟練程度，并根據(jù)編者水平和無法調(diào)試的具體情況選擇方案一為最終方案。 2.3洗衣機硬件配置及組成原理 根據(jù)控制流程圖，來實現(xiàn)功能。選擇西門子S7-200系列PLC作為此全自動洗衣機的控制主機。在西門子S7-200系列PLC中又有CPU221、CPU222、CPU224、CPU226、CPU226XM等之分。此全自動洗衣機系統(tǒng)中總共有7個數(shù)字量輸入，10個數(shù)字量輸出，共需17點I/O,根據(jù)I/O點數(shù)及程序容量，選擇了CPU224作為其主機。 啟動按鈕用來控制全自動洗衣機開始工作與否，一般地，在用戶在洗衣機內(nèi)放入衣服，且已經(jīng)準(zhǔn)備好開始洗衣服之后，按下

9、啟動按鈕，全自動洗衣機開始洗衣。 停止按鈕用來控制運行中的全自動洗衣機停止工作與否。在洗衣服的過程中，用戶需要停止洗衣機，就可以直接按下停止按鈕，洗衣機即會停止工作。 高低水位是指洗衣機在洗衣過程中，洗衣機筒內(nèi)保持的水位高低，一旦選擇了高水位，則在洗衣過程中的水位將保持系統(tǒng)設(shè)定下的兩個水位中的相對高一點的水位。反之則是低水位。 強洗標(biāo)準(zhǔn)洗滌開關(guān)用來設(shè)置洗衣機洗衣服的模式，當(dāng)選擇強洗時，洗衣機自動按照強洗模式洗衣服。反之則相反，選擇標(biāo)準(zhǔn)洗模式。需要說明的是，標(biāo)準(zhǔn)模式與強洗模式的 選擇必須在用戶一開始洗衣之前完成。 高水位探測器用來檢測洗衣機水位是否已經(jīng)達(dá)到了高水位。采用數(shù)字量輸出式水位探

10、測器這樣就可以直接將高水位探測器的輸出直接送到PLC主機的數(shù)字量輸入端口上。 低水位探測器用來檢測洗衣機水位是否已經(jīng)達(dá)到了低水位。采用數(shù)字量輸出式水位探測器這樣就可以直接將低水位探測器的輸出直接送到PLC主機的數(shù)字量輸入端口上。同樣零水位探測器用來探測是否將水排干。采用數(shù)字量輸出式水位探測器這樣就可以直接將零位探測器的輸出直接送到PLC主機的數(shù)字量輸入端口上。 進(jìn)水電磁閥用來控制洗衣機的進(jìn)水。當(dāng)然洗衣機需要外界進(jìn)水時，PLC主機發(fā)出控制信號，進(jìn)水電磁閥會打開，水自動從外界送入洗衣機筒內(nèi)，當(dāng)水已經(jīng)達(dá)到了設(shè)定的水位時，PLC主機發(fā)出信號自動關(guān)閉進(jìn)水電磁閥，同時控制洗衣機進(jìn)入下一個洗衣步驟。

11、電機正轉(zhuǎn)接觸器用于PLC主機控制洗衣機電機的正轉(zhuǎn)。可以直接用PLC主機的數(shù)字量輸出端口來連接電機正轉(zhuǎn)接觸器，在洗衣機洗衣服的過程中，電機會正轉(zhuǎn)與反轉(zhuǎn)同時輪流進(jìn)行。 電機反轉(zhuǎn)接觸器用于PLC主機控制洗衣機電機的反轉(zhuǎn)?？梢灾苯佑肞LC主機的數(shù)字量輸出端口來連接電機反轉(zhuǎn)接觸器，在洗衣機洗衣服的過程中，電機會正轉(zhuǎn)與反轉(zhuǎn)同時輪流進(jìn)行。 排水電磁閥用于PLC主機控制洗衣機機筒內(nèi)的排放。選用數(shù)字式電磁閥，可以直接用PLC主機的數(shù)字量輸出端口來連接到排水電磁閥，當(dāng)洗衣機在完成洗衣或者漂洗后，需要將機筒內(nèi)的臟水排出機筒，此時，PLC主機發(fā)出控制命令打開排水電磁閥，進(jìn)行排水。 洗衣機洗衣服的最后一道工序就是

12、對衣服進(jìn)行脫水，脫水電磁離合器正是用于PLC主機控制洗衣機進(jìn)行脫水，脫水需要電機帶動機筒旋轉(zhuǎn)，有了電磁離合器后，就可以直接使用PLC主機的數(shù)字量輸出端口來控制電磁離合器，最終達(dá)到控制脫水執(zhí)行電機的目的。在脫水過程不涉及電機的調(diào)速問題，因此，用PLC主機加電磁離合器這樣一種比較覺得簡單的方式就可以完成控制任務(wù)。 蜂鳴器用來指示洗衣機洗衣過程中的一些聲音提示，也采用電磁閥控制。對于各個程序中的指示燈也采用電磁閥進(jìn)行控制。 全自動洗衣機控制系統(tǒng)為單機控制系統(tǒng)。 PLC的輸入點，包括啟動按鈕、停止按鈕、高低水位按鈕、標(biāo)準(zhǔn)強洗模式按鈕、高水位探測器、低水位探測器，零水位探測器一共7點；輸出點包括進(jìn)水

13、電磁閥、電機正轉(zhuǎn)接觸器、電機反轉(zhuǎn)接觸器、排水離合器、脫水離合器、蜂鳴器接觸器和四個指示燈一共10點。 由于點數(shù)不多，考慮20%～30%的余量，選用小型PLC便可實現(xiàn)， 本次設(shè)計選擇西門子S7-200系列的CPU224型的PLC，可以滿足使用需求。它的主要特點是： 14輸入/10輸出共24個數(shù)字量I/O點。 13KB的程序和數(shù)據(jù)存儲空間。 6個獨立的30KHZ的高速計數(shù)器，2路獨立的20KHZ的高速脈沖輸出。 具有PID控制器。 1個RS485通信/編程口。 具有多點接口MPI（Multi Point Interface）通信協(xié)議 具有點對點接口PPI(Point to Poin

14、t Interface)通信協(xié)議 具有自由通信口 I/O端子排可以很容易地整體拆卸 洗衣機的電動機是滿足220V單相電源的交流異步電動機，要想改變電動機的旋轉(zhuǎn)方向只需在電路中串聯(lián)一個電容以改變相位差。，達(dá)到控制電機正反轉(zhuǎn)的目的。如圖2-2為主電路電機正反轉(zhuǎn)的控制線路 圖2-2 電機正反轉(zhuǎn)控制 圖中控制“正轉(zhuǎn)”、“反轉(zhuǎn)”功能為控制電動機電源方向的兩個繼電器KM2,KM3，它們的線圈分別與PLC的輸出端“ KM2”“KM3”相連，受控于PLC的輸出信號。 如表2-1為全自動洗衣機中PLC主機的I\O地址分配。

15、信號名稱 電路器件 地址編號 說明 輸入信號 啟動按鈕 SB1 I0.0 啟動洗衣機 停止按鈕 SB2 I0.1 停止洗衣機 高低水位選擇按鈕 SB3 I0.2 高低水位選擇 洗滌模式選擇按鈕 SB4 I0.3 洗滌模式選擇 高水位探測 ST3 I0.4 高水位檢測 低水位探測 ST2 I0.5 低水位檢測 零水位探測 ST1 I0.6 零水位檢測 輸出信號 進(jìn)水電磁閥 YV1 Q0.0 進(jìn)水控制 電機正轉(zhuǎn)接觸器 KM2 Q0.1 電機正轉(zhuǎn)控制 電機反轉(zhuǎn)接觸器 KM3 Q0.2 電機反轉(zhuǎn)控制 排水電磁閥

16、 YV2 Q0.3 排水控制 脫水離合器 KM5 Q0.4 脫水控制 蜂鳴器 HA Q0.5 聲音提示 進(jìn)水指示燈 HL1 Q0.6 進(jìn)水提示 洗滌指示燈 HL2 Q0.7 洗滌提示 排水指示燈 HL3 Q1.0 排水提示 脫水指示燈 HL4 Q1.1 脫水提示 表2-1 全自動洗衣機plc主機的I/O地址分配 2.4 PLC接線圖 根據(jù)分I\O分配及s7200的接口設(shè)計，如圖2-3為全自動洗衣機PLC I\O接線圖 圖2-3 洗衣機PLC I\O接線圖

17、 2.5 程序梯形圖 主程序根據(jù)設(shè)計要求，主要實現(xiàn)以下幾點主要功能，一對于程序的起?？刂?，二對于高低水位的選擇，三對于洗滌模式的選擇，四在實現(xiàn)以上要求之后，通過程序的控制，實現(xiàn)進(jìn)水，排水，洗滌，脫水四個主要功能，同時達(dá)到在各個過程中能夠有信號指示燈指示各個工作狀態(tài)下的信號狀態(tài)，并且能夠在洗滌完成之后達(dá)到通過蜂鳴器報警提示的功能.程序梯形圖如圖2-4所示 圖2-4 程序梯形圖 2.6程

18、序調(diào)試 在用V4.0 STEP 7 MicroWIN SP4軟件編寫完程序后點擊文件中的導(dǎo)出選項，導(dǎo)出一個awl后綴命名的文件，將這個文件在S7_200.exe模擬調(diào)試軟件中進(jìn)行調(diào)試，cpu型號為cpu224，運行的預(yù)期效果為： 1.低水位下的弱洗模式：按下I0.0和I0.5后洗滌指示燈Q0.7和進(jìn)水指示燈亮Q0.6亮。在洗滌過程中正轉(zhuǎn)接觸器Q0.1暫停，反轉(zhuǎn)接觸器Q0.1，暫停四個過程循環(huán)運行，而洗滌指示燈Q0.7在洗滌工作中一直亮著。待排水結(jié)束后按下零水位檢測I0.6（實際工作中會自動閉合）后洗衣機開始脫水，此時洗衣機正轉(zhuǎn)接觸器Q0.1排水離合器Q0.3脫水離合器Q0.4脫水指示燈Q1

19、.1亮。脫水完成后報警蜂鳴器Q0.5亮。 2.高水位下的弱洗模式：按下啟動I0.0高水位選擇I0.2高水位檢測I0.4后其余過程及顯示情況同低水位下的弱洗模式的情況。 3.低水位下的強洗模式：按下啟動I0.0強洗模式I0.3低水位檢測I0.5后除工作過程各工步時間持續(xù)長短外其余過程及顯示情況同低水位下的弱洗模式的情況。 4.高水位下的強洗模式：按下啟動I0.0高水位選擇I0.2強洗模式I0.3高水位檢測I0.4后其余過程及顯示情況同高水位下的強洗模式的情況。 具體調(diào)試及運行情況見圖2-5到圖2-13。 圖2-5 進(jìn)水 圖2-6 正轉(zhuǎn) 圖2-7 暫停

20、 圖2-8 反轉(zhuǎn) 圖2-9 暫停 圖2-10 排水 圖2-11 脫水 圖2-12 報警 圖2-13 洗滌完成 2.7程序語句表 在用V4.0 STEP 7 MicroWIN SP4軟件編寫完程序后點擊查看菜單下的STL選項直接生成梯形圖的語句表。語句表如圖2-14所示。 22 22 圖2-14 程序語句表 31 結(jié) 論 此PLC控制程

21、序可以實現(xiàn)，洗衣機的進(jìn)水，排水，分別有進(jìn)水電磁和排水電磁閥執(zhí)行。洗滌正轉(zhuǎn)反轉(zhuǎn)由洗滌電機驅(qū)動撥盤，正反轉(zhuǎn)來實現(xiàn)。脫水時由脫水電磁離合器合上，排水電磁閥吸合，洗滌電機正轉(zhuǎn)進(jìn)行甩干。洗滌完成由蜂鳴器報警，洗衣機通過高水位限位檢測ST3，低水位限位檢測ST2，零水位限位檢測ST1，，來檢測水位的高度位置，水位選擇有一個按鈕完成。洗滌方式選擇也喲一個按鈕完成，用四個LED發(fā)光二極管來只是當(dāng)前的工況狀態(tài)，等一系列的要求可以實現(xiàn)。 本程序設(shè)計若對強弱洗循環(huán)中控制相同時間的計時器進(jìn)行合并則可進(jìn)一步簡化程序。除此之外還可以用循環(huán)指令代替計數(shù)器實現(xiàn)循環(huán)次數(shù)的控制。 設(shè)計總結(jié) 通過這次課程設(shè)計不僅使我對于機

22、電傳動控制這門課進(jìn)行了一次綜合性的復(fù)習(xí)，同時還讓我學(xué)到了很多東西，比如說當(dāng)自己覺得程序設(shè)計的挺好時，可在運行時卻發(fā)現(xiàn)運行的結(jié)果漏洞百出，自己或沒想到或想得太簡單，總是前后不能兼顧。在不斷修改完善中運行結(jié)果才按要求一一實現(xiàn)。在完成程序設(shè)計的同時毫無疑問對于plc的理解與以前相比深了很多。有很多細(xì)節(jié)是在做了之后才會真正的去發(fā)現(xiàn)一些從未注意的東西，比如，在這次的課程設(shè)計，我就發(fā)現(xiàn)word其實并不是像我以前想的那么不人性化，因為自己以前從來沒有注意這些細(xì)節(jié)的內(nèi)容所以才會以為有那么多的不順手的地方。對于這次的課程設(shè)計，對于PLC的設(shè)計使我對于電路的控制有了更加具體話的了解，像洗衣機，電梯，各種設(shè)備都可以

23、用PLC進(jìn)行控制設(shè)計，生活中有那么多的電器可以用他它來進(jìn)行控制，這讓我看到了我們現(xiàn)在學(xué)習(xí)的東西并非是一無是處，他都將會在社會中有所作為的。 謝辭 兩周的課程設(shè)計也接近了尾聲，經(jīng)過兩周的奮戰(zhàn)我的設(shè)計終于完成了。在沒有做plc課程設(shè)計以前覺得課程設(shè)計只是對這半年來所學(xué)知識的單純總結(jié)，但是通過這次做課程設(shè)計發(fā)現(xiàn)自己的看法有點太片面。課程設(shè)計不僅是對前面所學(xué)知識的一種檢驗，而且也是對自己能力的一種提高。通過這次設(shè)計使我明白了自己原來知識還比較欠缺。自己要學(xué)習(xí)的東西還太多，以前老是覺得自己什么東西都會，什么東西都懂，有點眼高手低。通過這次課程設(shè)計，我才明白學(xué)習(xí)是一個長期積累的過程，在以后的工作、生

24、活中都應(yīng)該不斷的學(xué)習(xí)，努力提高自己知識和綜合素質(zhì)。 在這次課程設(shè)計中同學(xué)們之間的關(guān)系更進(jìn)一步了，同學(xué)之間互相幫助，有什么不懂的大家在一起商量，聽聽不同的看法對我們更好的理解知識，所以在這里非常感謝我的同學(xué)馮達(dá),段成杰,溫雪峰等的幫助。 在此我要感謝我的指導(dǎo)老師王宗才老師對我們悉心的照顧，感謝老師對我們的督促，感謝老師的耐心解答和良好的指導(dǎo)。在設(shè)計過程中，我通過查閱大量有關(guān)資料，與同學(xué)交流經(jīng)驗和自學(xué)，并向老師請教等方式，使自己學(xué)到了不少知識，也經(jīng)歷了不少艱辛，但收獲同樣巨大。在整個設(shè)計中我懂得了許多東西，也培養(yǎng)了我獨立工作的能力，樹立了對自己工作能力的信心，相信會對今后的學(xué)習(xí)工作生活有非常重

25、要的影響。而且大大提高了動手的能力，使我充分體會到了在創(chuàng)造過程中探索的艱難和成功時的喜悅。雖然這個設(shè)計做的也不太好，但是在設(shè)計過中所學(xué)到的東西是這次課程設(shè)計的最大收獲和財富，使我終身受益。 參考文獻(xiàn) [1] 王宗才. 機電傳動與控制. 北京: 電子工業(yè)出版社. 2011. [2] 于慶廣.可編程控制器原理及系統(tǒng)設(shè)計.北京:清華大學(xué)出版社.2004. [3] 胡學(xué)林. 電氣控制及PLC. 北京：冶金工業(yè)出版社, 1997. [4] 廖常初. PLC編程及應(yīng)用. 北京：機械出版社，2002. [5]羅偉.鄧木生.PLC與電氣控制.北京：中國電力出版社，2005. [6] 馬光.全自動洗衣機中的傳感器[J].北京:家用電器,1999. [7] 孫振強.可編程控制器原理及應(yīng)用教程.北京：清華大學(xué)出版社.2003. [8] 劉子林.電機與電氣控制[M].北京:電子工業(yè)出版社,2003. [9] 程周.電氣控制與PLC原理及應(yīng)用[M].北京:電子工業(yè)出版社,2003. [10] 蔣金周.全自動洗衣機的PC智能控制[J].機電一體化,2004.