1、基于 plc 的全自動洗衣機控制系統 摘 要 隨著社會經濟的發展和科學技術水的平提高，家庭電器全自動化成為 必然的發展趨勢。全自動洗衣機的產生極大的方便了人們的生活。洗 衣機是國內家電業唯一不打價格戰的行業，經過幾年的平穩發展，國 產洗衣機無論在質量上還是功能上都和世界領先水平同步。縱觀洗衣 機市場，高效節能、省水、省電、環保型洗衣機一直在市場上占主導 地位。 根據全自動洗衣機的工作原理,利用可編程控制器 plc 實現控制, 說明了 plc 控制的原理方法,特點及控制洗衣機的特色。plc 的優點是： 可靠性高，耗電少，適應性強，運行速度快，壽命長等，為了進一步 提高全自動洗衣機的功能和性能，避

2、免傳統控制的一些弊端，就提出 了用 plc 來控制全自動洗衣機這個課題。全自動洗衣機控制系統利用 了西門子 s7-200 系列 plc 的特點,對按鈕,電磁閥,開關等其他一些輸 入/輸出點進行控制,實現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 內計數器控制,所以只要改變計數器參數就 可以改變時間。可以把上面設定的程序時間定下來,作為固定程序使用,也 可以根據衣物的質地,數量及油污的程度來編程。該論文就怎樣利用 plc 來控制全自動洗衣機進行了調查，對其中軟件設計、硬件設計等問 題進行了分析和研究，實現了全自動洗衣機的正常運行和強制性停止 功能。 關鍵詞：plc；自

3、動；定時；控制 目目 錄錄 摘要摘要 1 第第 1 1 章章 緒論緒論.1 1.1 課程設計的意義.1 1.2 課程設計的目的.1 1.3 plc 的基本概念.1 1.4 plc 的基本結構 2 1.5 plc 技術發展呈現新的動向.3 1.6 全自動洗衣機.4 第第 2 2 章章 系統方案設計及確定系統方案設計及確定.6 2.1 功能要求.6 2.2 系統方案說明.6 第第 3 3 章章 系統硬件設計系統硬件設計.7 3.1 plc 的選擇.7 3.1.1 io 的點數統計 7 3.1.2 io 存儲器容量的估算 7 3.1.3 cpu 功能與結構的選擇 8 3.2 plc 外部接線圖 8

4、第第 4 4 章章 系統軟件設計系統軟件設計.9 4.1 i/o 端子表.9 4.2系統流程圖.9 4.3 程序設計 10 第第 5 5 章章 系統調試系統調試.12 5.1 硬件調試.12 5.2 軟件調試.12 第第 6 章章 心得體會心得體會.13 第第 7 章章 參考文獻參考文獻.14 附錄附錄.15 附錄一 梯形圖.15 附錄二 語句表.17 第第 1 1 章章 緒論緒論 在現代工業控制系統中，plc 和變頻器的綜合應用最為普遍。plc 采用一類可編程的存儲 器，用于其內部存儲程序，執行邏輯運算，順序控制，定時，計數與算術操作等面向用戶 的指令，并通過數字或模擬式輸入 /輸出控制各種

5、類型的機械或生產過程。 它比傳統繼電 器更穩定，更節能，更抗干擾。隨著plc 功能的不斷完善，性能價格比的不斷提高， p 業中。特別適用于自動化和智能化的家用電器。 1.11.1 課程設計的意義課程設計的意義電氣控制技術是電氣工程及其自動化專業的一門重要的專業課，該 課程不但有較高的理論基礎要求，而且工程實踐性很強，因此除安排上完理論課時外， 還安 排了兩周的課程設計 。 1.21.2 課程設計的目的課程設計的目的 (1)綜合運用 plc 課程和其它選修課程的理論和知識，掌握 plc 設計的一般方法，樹立正確的 設計思想，培養分析問題和解決實際問題的能力； (2)學會從控制系統功能的要求出發，

6、合理的選擇外圍設備，制定設計方案，編寫控制程 序。 (3)學習使用技術手冊，掌握查閱專業資料的相關方法。 (4)控制程序要求調試通過，書寫報告。 1.31.3 plcplc 的基本概念的基本概念 可編程控制器 (programmable controller)是計算機家族中的一員，是為工業控制應用而 設計制造的。早期的可編程控制器稱作可編程邏輯控制器(programmable logic controller)，簡稱 plc，它主要用來代替繼電器實現邏輯控制。隨著技術的發展，這種裝 置的功能已經大大超過了邏輯控制的范圍，因此，今天這種裝置稱作可編程控制器，簡稱 pc。但是為了避免與個人計算機

7、(personal computer)的簡稱混淆，所以將可編程控制器 簡稱 plc。 1.41.4 plcplc 的基本結構的基本結構 中央處理單元 （cpu） 編程器 輸出 電路 輸入 電路 系統程序存 儲器 系統程序存 儲器 電源 圖 1.1 plc 的基本結構 如圖 1.1，plc 的基本結構有電源、中央處理單元、存儲器、輸入輸出接口電路，此 外還有功能模塊、通信模塊。 a、電源 plc 的電源在整個系統中起著十分重要的作用。如果沒有一個良好的、可靠的電源系 統是無法正常工作的，因此 plc 的制造商對電源的設計和制造也十分重視。一般交流電壓 波動在+10%(+15%)范圍內，可以不采取

8、其它措施而將plc 直接連接到交流電網上去 。 b、中央處理單元 (cpu) 如圖 1.2，中央處理單元 (cpu)是 plc 的控制中樞。它按照 plc 系統程序賦予的功能 接收并存儲從編程器鍵入的用戶程序和數據；檢查電源、存儲器、i/o 以及警戒定時器 的狀態，并能診斷用戶程序中的語法錯誤。當plc 投入運行時，首先它以掃描的方式接 收現場各輸入裝置的狀態和數據，并分別存入i/o 映象區，然后從用戶程序存儲器中逐 條讀取用戶程序，經過命令解釋后按指令的規定執行邏輯或算數運算的結果送入i/o 映 象區或數據寄存器內。等所有的用戶程序執行完畢之后，最后將i/o 映象區的各輸出狀 態或輸出寄存器

9、內的數據傳送到相應的輸出裝置，如此循環運行，直到停止運行。 為了進一步提高 plc 的可靠性，近年來對大型 plc 還采用雙 cpu 構成冗余系統，或 采用三 cpu 的表決式系統。這樣，即使某個cpu 出現故障，整個系統仍能正常運行。 輸 入 回 路 外圍端口 rs-232c端口 通信開關 程序 i/o存儲器 輸 出 回 路 pc設置 外部輸出設 備 外部輸入設 備 設定 設定 通信處理 設定 圖 1.2 plc 的 cpu 基本結構 c、存儲器 存放系統軟件的存儲器稱為系統程序存儲器。存放應用軟件的存儲器稱為用戶程序存 儲器。 d、輸入輸出接口電路 (1)現場輸入接口電路由光耦合電路和微機

10、的輸入接口電路，作用是plc 與現場控制 的接口界面的輸入通道。 (2)現場輸出接口電路由輸出數據寄存器、選通電路和中斷請求電路集成，作用plc 通過現場輸出接口電路向現場的執行部件輸出相應的控制信號。 e、功能模塊 如計數、定位等功能模塊 。 f、通信模塊 如以太網、 rs485、profibus-dp 通訊模塊等 。 1.51.5 plcplc 技術發展呈現新的動向技術發展呈現新的動向 產品規模向大、小兩個方向發展 。大：i/o 點數達 14336 點、32 位為微處理器、多 cpu 并行工作、大容量存儲器、掃描速度高速化。小：由整體結構向小型模塊化結構發展，增 加了配置的靈活性，降低了成

11、本 。plc 在閉環過程控制中應用日益廣泛 。新器件和模塊 不斷推出高檔的 plc 除了主要采用 cpu 以提高處理速度外，還有帶處理器的eprom 或 ram 的智能 i/o 模塊、高速計數模塊、遠程 i/o 模塊等專用化模塊。編程工具豐富多樣， 功能不斷提高，編程語言趨向標準化 有各種簡單或復雜的編程器及編程軟件，采用梯形 圖、功能圖、語句表等編程語言，亦有高檔的plc 指令系統。發展容錯技術 采用熱備用 或并行工作、多數表決的工作方式。追求軟硬件的標準化。 1.61.6 全自動洗衣機全自動洗衣機 全自動洗衣機就是將洗衣的全過程 (泡浸-洗滌-漂洗-脫水)預先設定好 n 個程序,洗衣時 選

12、擇其中一個程序 ,打開水龍頭和啟動洗衣機開關后洗衣的全過程就會自動完成,洗衣完 成時由蜂鳴器發出響聲。 目前市場上出售的全自動洗衣機大體分為三類。 發明最早的是前置式側開門滾筒式洗衣機，這種洗衣機是歐洲發明的，擅長洗滌真絲 、棉毛等面料，不纏繞無磨損，在洗滌時保證衣物不受損害，而且有良好的加溫措施。但 也有它不好的一面，由于不纏繞無磨損洗滌方式等因素，這種洗衣機洗滌時間長、洗凈度 差、用水用電量大，是其它洗衣機的幾倍，尤其是采用了不銹鋼內筒，產生的噪音較大 。這種洗衣機適用于生活水平較高，穿著大體以真絲、純毛、棉毛之類較高檔的面料為主 ，而且更換衣服較勤的家庭。 發明最晚的洗衣機是亞洲人發明的

13、波輪上開門洗衣機。市場上有多種品牌，如“小 天鵝” 、 “海棠” 、 “榮事達”等，這種洗衣機的特點是洗滌時間短，用水量小，洗凈度高， 是滾筒式的很多倍，由于內筒是塑料材料制成，噪音小，而且上開蓋，能使洗滌液反復利 用，價格也比較經濟。這種洗衣機適用于居住在綠化較差，空氣塵埃量較大，平均每2 至 3 天換一次衣服的家庭，主要以洗凈度為主，服裝面料以化纖、腈綸為主。 本次實習設計的洗衣機結構如圖1.3。 圖 1.3 洗衣機結構圖 第第 2 2 章章 系統方案設計及確定系統方案設計及確定 2.1 功能要求 應用 plc 與變頻器通信功能實現電動機的運行控制。可實現起、停控制。電動 機的運轉速度可實

14、現在線設置。洗衣機的工作流程由進水，洗衣，排水，和脫水四 個過程組成。在全自動洗衣機中，這四個過程可做到全自動依次運行，直至洗衣結 束。 2.2系統方案說明 本次設計基于 plc 的全自動洗衣機控制，本文的課題源于市場上洗衣機產品。 plc 控制具有實時性、信號處理時間短、速度快、更能滿足各個領域大、中、小型 工業控制項目，可靠性高，豐富的 i/o 卡件，質優價廉，性價比高，安裝簡單，維 修方便，plc 控制能在高粉塵、高噪聲、強電磁干擾和溫度變化劇烈的環境下正常 工作。因為它是整體模塊，集中了驅動電路、檢測電路和保護電路以及通訊聯網功 能，所以在使用中，硬件相對簡單，編程語言也相對簡單，并且

15、測試容易，維修方 便，更可以提高控制系統設計的靈活性及控制系統的可靠性。本設計以操作簡單、 使用可靠、維護修理方便作為主要設計方向。圖 2.1 為設計方案框圖。 plc 啟動 輕柔 手動脫水 標準 水位選擇 停止 報警 變頻器 出水閥 進水閥 電動機 圖 2.1 系統設計方案框圖 第第 3 3 章章 系統硬件設計系統硬件設計 3.1plc 的選擇 3.1.1 i/o 點數統計 i/o 點數是 plc 的一項重要指標。合理選擇 i/o 點數既可使系統滿足控制要求， 又可使系統總投資最低。plc 的輸入輸出總點數和種類應根據被控對象所需控制的 模擬量、開關量、輸入輸出設備情況來確定，一般一個輸入輸

16、出元件要占用一個輸 入輸出點。考慮到今后的調整和擴充，一般應在估計的總點數上再加上 20%30% 的備用量。該系統有 11 個數字輸入點 6 個數字輸出點，具體的輸入輸出見表 2-1. 7 表 2-1i/o 點數統計表 輸入點輸出點 啟動按扭進水電磁閥 停止按扭排水電磁閥 水位選擇開關（高水位）洗滌電動機正轉繼電器 水位選擇開關（中水位）洗滌電動機反轉繼電器 水位選擇開關（低水位）脫水桶 手動排水開關報警器 手動脫水開關 高水位傳感器 中水位傳感器 低水位傳感器 水排空傳感器 3.1.2 i/o 存儲器容量的估算 plc 常用的內存有 eprom、eeprom 和帶鋰電池供電的 ram。一般微

17、型和小 型 plc 的存儲容量是固定的，介于 12kb 之間。用戶應用程序占用多少內存與 許多因素有關，如 i/o 點數、控制要求、運算處理量、程序結構等。因此在程序設 計之前只能粗略地估算。根據經驗，每個 i/o 點及有關功能元件占用的內存量大致 如下： 開關量輸入元件：1020b/點 開關量輸出元件：510b/點 定時器/計數器：2b/個 模擬量：100150b/個 通信接口：一個接口一般需要 300b 以上8 根據上面算出的總字節數再考慮增加 25%左右的備用量，就可估算出用戶程序所需 的內存容量，從而選擇合適的 plc 內存。該系統有 11 個數字輸入點 6 個數字輸出 點，需內存 2

18、80b，有定時器 6 個，計時器 2 個，需內存 16b，考慮余量后需要內 存 370b。 3.1.3 cpu 功能與結構的選擇 plc 的功能日益強大，一般 plc 都具有開關量邏輯運算、定時、計數、數據 處理等基本功能，有些 plc 還可擴展各種特殊功能模塊，如通信模塊、位置控制 模塊等，選型時可考慮以下幾點：功能與任務相適應，plc 的處理速度應滿足實時 控制的要求、plc 結構合理、機型統一、在線編程和離線編程的選擇。全自動洗衣 機控制所要求的控制功能簡單，小型 plc 就能滿足要求了。 該控制系統 cpu 模塊可采用 cpu-224（ac/dc/繼電器）模塊，它可控制整個 系統按照控

19、制要求有條不紊地進行。同時由于該模塊采用交流 220v 供電，并且自 帶 14 個數字量輸入點和 10 個數字量輸出點，完全能滿足全自動洗衣機控制系統的 要求，所以不再需要另外的電源模塊、數字量和輸出模塊。9 綜上所述此次設計選用西門子 s7-200 型 plc 3.2 plc 外部接線圖外部接線圖 根據全自動洗衣機的控制要求，對系統控制的 i/o 點數進行了統計和 plc 型號 進行了選擇，現根據以上的統計和選擇對控制系統 plc 的外部接線設計如下圖 3- 1。 圖 31 外部接線圖 圖 2-1plc 外部接線圖 第第 4 4 章章 系統軟件設計系統軟件設計 主要方法是先編寫工藝流程圖，將

20、整個流程分解，確定每步的轉換條件，配合分支、循環、 跳轉及某些特殊功能便可很容易的轉化為梯形圖了。 4.1 i/o 端子表端子表 表 4.1 i/o 端子表 輸入 i輸出 o 輕柔模式啟動 0.00 進水閥 10.00 標準模式啟動 0.05 電機正轉 10.01 強制停止 0.01 電機反轉 10.02 強調節 0.02 出水閥門 10.03 弱調節 0.03 報警燈 10.04 手動脫水 0.04 變頻器強檔10.06 為 1 變頻器弱檔10.06 為 0 4.2 系統流程圖 plc 投入運行，系統處于初始狀態，準備好啟動。按下啟動按扭，選擇水位后 開始進水，水滿（即水位到達高低）時停止進

21、水；根據衣料質地及多少選擇洗滌模 式，開始洗滌；洗滌時，輕柔模式正轉 10 秒后暫停，暫停 2 秒后開始反轉洗滌， 反轉洗滌 10 秒后暫停，暫停 2 秒。標準模式正轉 15 秒后暫停，暫停 2 秒后開始反 轉洗滌，反轉洗滌 15 秒后暫停，暫停 2 秒；如此循環 2 次后，開始排水，排空后 （水位下降到低位）開始脫水并繼續排水。脫水 5 秒后即完成一次從進水到脫水的 工作循環過程； 系統自動判斷是否漂洗，若漂洗，則返回從進水開始的全部動作， 進行下一次大循環；若完成了大循環，則進行洗完報警；報警 10 秒結束全部過程， 自動停機。 以下是全自動洗衣機洗衣過程的流程圖（圖 4.1 和圖 4.2

22、） 。 注： （1）本課程設計所設計的全自動洗衣機具有標準洗滌模式和輕柔洗滌模式， 輕柔洗滌模式的流程圖與標準模式流程圖相似，故不在此畫出。 （2）甩干模式可以在不需要洗滌時可以單獨手動操作，只進行衣物的甩干操 流程圖 圖 4.1 圖 4.2 4.3 程序設計程序設計 4.31 系統順序功能圖 第第 5 5 章章 系統調試系統調試 5.1 硬件調試 硬件線路連的好不好，直接關系到整個系統的成敗。仔細看電源極性有沒有接反， 是否接地，看有沒有邏輯性錯誤，主要包括錯線、開路、短路。檢查接線是否牢固， 用萬表檢測更接線端看是否連接上。 5.2 軟件調試 在 cx-p 環境里實現系統軟件調試，首先在端

23、口選擇上選擇 cpm2a* ，然后畫 好梯形圖。仔細檢查梯形圖后方可進行軟件調試。 (1)在線工作:該軟件與 plc 連接在一起，稱為在線工作，否則稱為離線工作。 (2)傳送：將程序、擴展指令等下載到 plc。 (3)操作模式：plc 工作模式為編程、調試、監視和運行四種。程序傳送成功 后選擇運行，這樣 plc 就能按程序工作了，調節 plc 輸入，觀察對應的輸出是不是 想要的結果。 第第 6 6 章章 心得體會心得體會 為期兩周的 plc 課程設計讓我收獲了不少。最難的是設計程序方 面，有很多設計理念來源于實際，從中找出最適合的設計方法。本次 實訓脫離不了集體的力量，遇到問題和同學互相討論交流。多和同學 討論。我們在做實訓項目的過程