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1、Good is good, but better carries it.精益求精，善益求善。PLC控制洗衣机-晋中职业技术学院毕业设计（论文）所属系部机电工程系所学专业机电一体化班级机电0904学生姓名郝瑞杰指导教师祁美华电话152354442922012年5月 全自动洗衣机PLC控制系统设计学生姓名：郝瑞杰指导教师：祁美华摘要：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
2、、环保型洗衣机一直在市场上占主导地位。本文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
3、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。由于本人水平有限，时间仓促，文中难免有错误和不妥之处，敬请老师批评指正。关键字：PLC；自动；定时；控制EntireautomaticwashercontrolsystemdesignUndergraduate：HaoRuijieSupervisor：QiMeihuaAbstract:Alongwiththesocialeconomydevelopmentandthescienceandte
4、chnologylevelenhancement,thefamilyelectricapplianceentireautomationbecomestheinevitabledevelopmenttendency.Entireautomaticwasherproductionenormousconveniencepeopleslife.Thewasheristhedomesticelectricalappliancesindustrydoesnotonlyhittheprofessionwhichthepricefights,passesthroughseveralyearsteadydeve
5、lopment,thedomesticallyproducedwasherregardlessofinqualityorinfunctionallwithworldleadinghorizontalsynchronization.Looksoverthewashermarket,thehighlyeffectiveenergyconservation,theprovincewater,theprovinceelectricity,theenvironmentalprotectionwashercontinuouslyoccupythedominantpositioninthemarket.Ho
6、wdoesthispaperstudycontrolstheentireautomaticwasherusingPLC,toquestionandsoonsoftwaredesign,hardwaredesignhascarriedontheanalysisandthediscussion,hasrealizedtheentireautomaticwashernormaloperationandcompulsorystopsthefunction. Keywords:PLC;control;delay;entireautomatic 目录第一章PLC简介41.1PLC的概况41.2PLC的功能
7、41.3PLC的应用41.4PLC的工作原理5第二章课题分析72.1课题背景72.2选本课题的目的和意义7第三章洗衣机控制系统73.1洗衣机工作情况83.3系统的控制要求83.3流程图9第四章控制系统设计94.1系统硬件的设计94.2系统软件的设计10第五章个人总结与致谢18参考文献19附录20第一章PLC简介 1.1PLC的概况PLC是从早期的继电器逻辑控制系统发展而来的。自1836年继电器问世，人们就开始用导线将它同开关器件巧妙地连接，构成用途各异的逻辑控制或顺序控制。随着微电子技术、计算机技术和数据通信技术的飞速发展、微处理器的出现，以及流程加工行业对生产流程迅速、频繁变更的需求，PLC
8、技术出现并快速发展。目前，PLC在小型化、大型化、大容量、强功能等方面有了质的飞跃，使早期的PLC从最初的逻辑控制、顺序控制，发展成为具有逻辑判断、定时、计数、记忆和算术运算、数据处理、联网通信及PID回路调节等功能的现代PLC。PLC更加适合工业现场和市场的要求：高可靠性、强抗各种干扰的能力、编程安装使用简便、低价格长寿命。它的输入输出端更接近现场设备，PLC的输入端为继电器、晶体管和晶闸管等控制部件，而输出端一般是面向用户的微型计算机。人们在应用它时，不必进行计算机方面的专门培训，就能对可编程控制器进行操作及编程1.2 PLC的功能1、数据采集与输出。2、控制功能。3、数据处理功能。4、输
9、入/输出接口调理功能。具有A/D、D/A转换功能，通过I/O模块完成对模拟量的控制和调节，具有温度、运动等测量接口。5、通信、联网功能。现代PLC大多数都采用了通信、网络技术，有RS232或RS485接口，可进行远程I/O控制，多台PLC可彼此间联网、通信，外部器件与一台或多台可编程控制器的信号处理单元之间，实现程序和数据交换，如程序转移、数据文文件转移、监视和诊断。在系统构成时，可由一台计算机与多台PLC构成集中管理、分散控制的分布式控制网络，以便完成较大规模的复杂控制。6、支持人机界面功能。提供操作者以监视机器/过程工作必需的信息。允许操作者和PC系统与其应用程序相互作用，以便作决策和调整
10、，实现工业计算机的分散和集中操作与监视系统。7、编程、调试等，并且大部分支持在线编程。1.3PLC的应用PLC的初期由于其价格高于继电器控制装置，使得其应用受到限制。但最近十多年来，PLC的应用面越来越广，其主要原因是：一方面由于微处理器芯片和有关元件的价格大大下降，使得PLC的成本下降；另一方面PLC的功能大大增强，它也能解决复杂的计算和通信问题。目前PLC在国内外已广泛应用于钢铁、采矿、水泥、石油、化工、电力、机械制造、汽车、装卸、造纸、纺织、环保和娱乐等行业PLC的工作原理PLC的CPU则采用顺序逻辑扫描用户程序的运行方式，即如果一个输出线圈或逻辑线圈被接通或断开，该线圈的所有触点(包括
11、其常开或常闭触点)不会立即动作，必须等扫描到该触点时才会动作。当PLC投入运行后，其工作过程一般分为三个阶段，即输入采样、用户程序执行和输出刷新三个阶段。完成上述三个阶段称作一个扫描周期。在整个运行期间，PLC的CPU以一定的扫描速度重复执行上述三个阶段。2.1 课题分析课题背景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
12、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。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
13、最大的优点是磨损率小,但洗净率比波轮式低,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。2.2 选本课题的目的和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
14、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。第二章 洗衣机控制系统3.1洗衣机工作情况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
15、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。7若按下排水按扭可以实现手动排水。8若按下停车按扭，可实现手动停止进水，排水脱水及报警。53.2系统的控制要求全自动洗衣机系统中，PLC主要完成一下功能。检测功能检测洗衣机的方式；标准或者是柔和的选择。检测洗衣时
16、的水位；高水位或者是低水位的选择。检测进水是否到了需要的水位，即进水是否完成。检测排水是否已经完成。控制功能（1）控制进水、洗衣、排水、清洗、脱水等洗衣机的动作。（2）控制洗衣、清洗、脱水等的时间长短。（3）控制洗衣、清洗等的效果。（4）控制在洗衣机完成一个动作和到下一个动作的准确转换。（5）控制完成洗衣机洗衣时的信号提示。自动洗衣机的设计除了满足上述功能以外，还需要考虑到外观设计、造型等方面。尤其是在洗衣机的手动控制操作面板上，依序符合人机界面的基本要求。3.3流程图第四章控制系统设计4.1系统硬件的设计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
17、投资最低。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考虑到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
18、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PLC4.2系统软件的设计4.21PLC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。4.22I/O分配表表3-1输入地址分配表输入地址对应的外部设
19、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4.23输出地址分配表表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4.24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
20、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4.25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。在梯形图中，可以把左母线看作是提供能量的母线。触点闭合可以使能量流过，直到下一个元件；触点断开将阻止能量流过。这种能量流，我们称之为“能流”。实际上，梯形图是CPU仿真继电器控制电路图，使来自“电源”的“电流”通过
21、一系列的逻辑控制条件，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，
22、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
23、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点取反。梯形图设计4.26系统梯形图系统梯形图如下图3-4到图3-6。图3-4系统梯形图a图3-5系统体形图b图3-6系统梯形图c4.27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。4.28程序运行过程分析(1)洗衣机进水洗衣前选择好水位，按
24、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，Q
25、0.1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。(4)强制停止运行中按停止按钮时，I0.1常闭触点断开，则M0.0、Q0.0、Q0.1、Q0.4、Q0.5断开，停止进水、排水、脱水及报警。按排水按钮时，I0
26、.5常开触点闭合，Q0.1接通并自保，进行手动排水。按手动脱水按钮，I0.6闭合，Q0.1、Q0.4接通脱水，T42开始计时。T42计时时间到Q0.1、Q0.4断开，脱水停止，Q0.5接通报警，T43开始计时。T43计时时间到Q0.5断开报警结束。第五章个人总结与致谢一次又一次的学习，探索又，我慢慢地在体会，研究和感悟，终于开始领会到将近成功的那一份喜悦，从撰写开报告，查找资料，程序设计，到整理每一个次的调试，我们学会了细心和耐心，也品尝到了酸、甜、苦、辣，无数的成功与失败更加肯定了我们的研究成果。兴趣是自发形成的，而默契是慢慢培养出来的。本设计从5月初开题以来，到目前为止已经有一个月的时间了
27、，这次设计中，虽然都没太多的经验，但是在祁老师的指导下，同学鼓励、帮助下，相互奋勉，最终圆满的完成了设计任务。这次的设计让我增长了实践技能，还增加了有关交通知识，这些对于我真是受益匪浅。在程序设计过程中，我对以前的编程方法做了归纳，之前我习惯用功能流程写程序，遇到难点的时候习惯翻书，对照例子提取点精华。现在能灵活运用经验设计法、电气原理图设计法、顺序控制设计法。在整个过程当中，有许多人给了我启发和帮助，在答辩完成之际，我要在此表达对他们最诚挚的感谢。最需要感谢的人是我的指导老师祁老师。老师平日里工作繁多，但在我做毕业设计的每个阶段，从选题到查阅资料，方案可行的确定和论文纲领细节的修改，中期检查
28、，后期详细设计等整个过程中都给予了我悉心的指导。当前的社会，科技迅速发展，知识更新速度大大加快，只有我们共同去探索，用自己的双手去征服每一片天空，用我们新的力量去打造一片创新的领域。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
29、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，2005.218.12许谬、王淑英.电气控制与PLC控制技术M.北京：.机械工业出版社，2005.211-213.13
30、袁亮.S7-200PLC实验指导书M.绵阳：绵阳师范学院出版社，2009.2-3.14中国制冷与暖通空调信息网，洗衣机迎来科技时代.电子文献类标识/载体类型表示.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/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LDI0.2AI0.7LDI0.3AI1.0OL
31、DLDI0.4AI1.1OLDAM0.1OM0.2ANM0.3=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秒系统指令语句表aLDM0.5AT40OM0.6AN
32、M0.7=M0.6TONT41,+20Network10/正反转小循环5次LDM0.6AT41OM0.7ANM1.0ANM0.3=M0.7Network11LDM0.7LDM1.0CTUC50,+5Network12/排水LDM0.7AC50OM1.0ANM1.1ANI0.1=M1.0Network13LDM0.0AI0.5OQ0.1OM1.1OM1.0ANT42ANI0.1=Q0.1Network14/脱水30秒LDM1.0AI1.2OM1.1ANM1.2ANI0.1=M1.1Network15LDM1.1OQ0.4ANT42OI0.6LPSANI0.1=Q0.4LPPTONT42,+300Network16/大循环3次LDM1.1AT42OM1.2ANM1.3ANM0.1=M1.2Network17LDM1.2LDM1.3CTUC51,+3Network18/洗衣结束报警3秒LDC51AM1.2OM1.3ANM0.0=M1.3Network19LDM1.3OQ0.5LDM0.0AQ0.1AT42OLDANT43=Q0.5TONT43,+30系统指令语句表b-