基于s7-200plc的全自动洗衣机控制系统设计本科毕业设计(论文)(编辑修改稿)

基于s7-200plc的全自动洗衣机控制系统设计本科毕业设计(论文)(编辑修改稿)内容摘要：

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。 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、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。 南京工程学院本科毕业设计（论文） 4 第二章 系统的概述 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。 南京工程学院本科毕业设计（论文） 5 典型的 PLC 控制系统的硬件组成框图如图 21所示： 图 21 PLC控制系统的硬件组成框图 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 S7200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 22所示： 图 22 控制系统框 图 南京工程学院本科毕业设计（论文） 6 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 21 与表 22 表 21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 22 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 南京工程学院本科毕业设计（论文） 7 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，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 S7200 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。 南京工程学院本科毕业设计（论文） 8 图 25（ a） 全自动洗衣机外部示意图 图 25（ b）全自动洗衣机内部结构示意图 南京工程学院本科毕业设计（论文） 9 图 26 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 南京工程学院本科毕业设计（论文） 10 第三章 硬件电路的设计 PLC 的选择 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 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 31 表 31 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 I/O 储存器容量的估算 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 南京工程学院本科毕业设计（论文） 11 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 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。 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 CPU222 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，不方便。 若该控制系统 CPU 模块可采用 CPU226 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 CPU224（ 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 S7200CPU224（ AC/DC/继电器）模块型 PLC。 南京工程学院本科毕业设计（论文） 12 PLC 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 32 图 32 PLC 外部接线图 南京工程学院本科毕业设计（论文） 13 意图 如图 33 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 33 洗衣机示意图 南京工程学院本科毕业设计（论文） 14 第四章 软件的设计 I/O 分配表 输入地址分配表 列出全自动洗衣机的输入分配表，见表 41。 表 41 输入地址分配表 输入地址 对应的外部设备 启动按扭 停止按扭 水位选择开关（高水位） 水位选择开关（中水位） 水位选择开关（低水位） 手动排水开关 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 输出地址分配表 列出全自动洗衣机的输出分配表，见表 42。 表 42 输出地址分配表 输出地址 对应的输出设备 进水电磁阀 排水电磁阀 洗涤电动机正转继电器 洗涤电动机反转继电器 脱水 报警器 南京工程学院本科毕业设计（论文） 15 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 43。 表 43 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。