1、2017屆課電氣控制與PLC 基于plc的全自動洗衣機的控制結課論文學生姓名 劉暢 學 號 5011213309 所屬學院 信息工程學院 專 業 計算機科學與技術班 級 計算機17-3 指導教師 叢申 教師職稱 講師 塔里木大學教務處制電器控制與plc結課論文基于plc的全自動洗衣機的控制一.目的 本課題主要著重于全自動洗衣機的控制，要求洗衣機能實現進水、洗滌、排水、脫水、報警，所采用的控制方法操作簡單、穩定可靠、維護與維修方便。控制方法確定后投入生產要縮短控制系統的設計的時間、調試周期，且要降低成本。傳統的洗衣機采用繼電器控制的優點是裝置結構簡單、價格便宜、抗干擾能力強。但是，這也是隨之帶來

2、的一些問題，如絕大多數控制繼電器都是長期磨損和疲勞工作條件下進行的，容易損壞，而且繼電器的觸點容易產生電弧，甚至會熔在一起產生誤操作，引起嚴重的后果。在全負荷運載的情況下，大的繼電器將產生大量的熱及噪聲，同時也消耗了大量的電能。并且繼電器控制系統必須是手工接線、安裝，如果有簡單的改動，也需要花費大量時間及人力和物力去改制、安裝和調試。這種電路接線多，只適用于小型的控制電路。采用PLC控制比繼電器控制好的多，我們采用PLC來控制。 （1） 可靠性高，抗干擾能力強，高可靠性是電氣控制設備的關鍵性能。PLC由于采用現代大規模集成電路技術，采用嚴格的生產工藝制造，內部電路采取了先進的抗干擾技術，具有很

3、高的可靠性。 （2） 配套齊全，功能完善，適用性強PLC發展到今天，已經形成了大、中、小各種規模的系列化產品。可以用于各種規模的工業控制場合。 （3） 易學易用，深受工程技術人員歡迎PLC作為通用工業控制計算機，是面向工礦企業的工控設備。 （4） 系統的設計、建造工作量小，維護方便，容易改造，PLC用存儲邏輯代替接線邏輯，大大減少了控制設備外部的接線，使控制系統設計及建造的周期大為縮短，同時維護也變得容易起來。更重要的是使同一設備經過改變程序改變生產過程成為可能。這很適合多品種、小批量的生產場合。 （5） 體積小，重量輕，能耗低，由于體積小很容易裝入機械內部，是實現機電一體化的理想控制設備。

4、二主要內容 本課題需研制出可靠性高、易于操作的全自動洗衣機控制方法，該系統采用PLC控制，主要包括電動機正反轉控制、離合器控制、進排水電磁閥控制、循環控制、保護和聯鎖。 研究的具體內容包括： （1） 深入了解洗衣機的發展、結構及控制要求。 （2） 控制系統設計。包括硬件設計，PLC的選擇，各硬件模塊的介紹，軟件設計，編程方法。 （3） 對編寫好的編譯程序進行實際調試。 三.1典型的PLC控制系統的硬件組成框圖如圖1所示： 2控制系統框圖此次設計根據全自動洗衣機的工作原理, 洗衣機的工作流程由進水，洗衣，排水，和脫水四個過程組成。在半自動洗衣機中，這四個過程分別用相應的按扭開關來控制。利用可編程

5、控制器PLC實現控制,用于說明PLC控制的原理方法,特點及工作特色。此次全自動洗衣機控制系統設計利用了西門子S7-300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。根據以上要求PLC的控制系統框圖如下圖2。 圖2控制系統框圖 2.3.控制系統對應設備及功能根據控制過程中的進水、洗滌、脫水、報警等控制要求，對控制所需的外部設備初步設計如表1-1 4.控制系統原理 自動洗衣機的進水，洗衣，排水，脫水是通過水位開關，電磁進水閥和電磁排水閥配合進行控制，從而實現自動控制的，水位開關用來控制進水到洗衣機內高中低水位，電磁進水閥起著通斷水源的作用。進

6、水時，電磁進水閥打開，將水注入，排水時，電磁排水閥打開，將水排出，洗衣時，洗滌電動機啟動，脫水時，脫水桶啟動。 四 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3-1. 7 表3-1 I/O點數統計表 PLC常用的內存有EPROM、EEPROM和帶鋰電池供電的RAM

7、。一般微型和小型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 7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280B，有定時器6個，計時器2個，需內

8、存16B，考慮余量后需要內存370B。 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

9、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S7-300型PLC。 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。 如圖2-2所示為洗衣機示意圖，在圖中ST4為高水位傳感器，ST5為中水位傳感器，ST6為低水位傳感器，ST7位水排盡傳感器，當選擇好水位后，YV1打開開始進水，當水位到達相應水位時，相應的傳感器送出ON信號否則為OFF,只有當水上升到與選擇水位相開關一致時，YV1關閉停止進水，開始洗衣。10 圖4洗衣機示意圖 五輸入地址分配表列出

10、全自動洗衣機的輸入分配表，見表4-1。輸入地址 對應的外部設備 I0.0 啟動按扭 I0.1 停止按扭 I0.2 水位選擇開關（高水位） I0.3 水位選擇開關（中水位） I0.4 水位選擇開關（低水位） I0.5 手動排水開關 I0.6 手動脫水開關 I0.7 高水位傳感器 I1.0 中水位傳感器 I1.1 低水位傳感器 I1.2 水排空傳感器 1. 輸出地址分配表列出全自動洗衣機的輸出分配表，見表4-2。 輸出地址 對應的輸出設備 Q0.0 進水電磁閥 Q0.1 排水電磁閥 Q0.2 洗滌電動機正轉繼電器 Q0.3 洗滌電動機反轉繼電器 Q0.4 脫水 Q0.5 報警器 2. 內部元件地址

11、分配表全制動洗衣機控制時，需用到PLC內部的計時器和計數器對其進行過程控制，現對控制中要用到的內部位元件地址分配表歸納如表4-3。 表4-3內部地址分配表 定時器/計時器 對應的作用 T37 進水暫停計時 T38 正洗計時 T39 正洗暫停計時 T40 反轉計時 T41 反轉暫停計時 T42 脫水計時 T43 報警計時 C50 正反洗循環計數 C51 大循環計數 *強制停止流程圖3.正常運行流程圖 全自動洗衣機正常運行時即洗衣機按照程序設定依次完成依次洗衣過程，從選擇水位，按下啟動按扭，開始進水直到水滿（即水位達到高水位）時停止進水開始洗滌正轉，洗滌時，正轉30秒，停兩秒，然后反轉30秒，停2

12、秒，如此循環5次，總共320秒開始排水，水位下降到低水位時開始脫水并繼續排水，脫水30秒，開始清洗，重復以上過程，清洗兩遍，清洗完成，報警3秒并自動停機。按照以上的工作流程，作出全自動洗衣機的正常運行工作流程圖見圖5。 圖5 正常運行流程圖 4.PLC控制順序功能圖 順序功能圖，它是描述控制系統的控制過程、功能和特性的一種圖形，順序功能圖并不涉及所描述的控制功能的具體技術，他是一種通用的技術語言。全自動洗衣機控制系統PLC控制狀態流程圖見圖6。11 圖6 PLC控制狀態流程圖 5.系統指令語句表根據全自動洗衣機的控制要求和3.3.2中的體形圖得出系統的指令語句表如下。 Network 1 /

13、Network Title / 進水 LD M1.3 A T43 O SM0.1 O M0.0 O I0.1 AN M0.1 = M0.0 Network 2 LD I0.2 O I0.3 O I0.4 LD I0.0 A M0.0 LD M1.2 AN C51OLD ALD O M0.1 AN I0.1 AN M0.2 = M0.1 = Q0.0 Network 3 / 進水完停2秒 LD I0.2 A I0.7 LD I0.3 A I1.0 OLD LD I0.4 A I1.1 OLD A M0.1 O M0.2 AN M0.3 = M0.2 TON T37, +20 Network 4

14、/ 正轉 LD M0.2 A T37 LD M0.7 AN C50 OLD O M0.3 AN I0.1 AN M0.4 = M0.3 Network 5 LD M0.3 = Q0.2 TON T38, +300 Network 6 / 正轉完停2秒 LD M0.3 A T38 O M0.4 AN M0.5 = M0.4 TON T39, +20 Network 7 / 反轉30秒 LD M0.4 A T39 O M0.5 AN I0.1 AN M0.6 = M0.5 Network 8 LD M0.5 = Q0.3 TON T40, +300 Network 9 / 反轉完停2秒 LD M0

15、.5 A T40 O M0.6 AN M0.7 = M0.6 TON T41, +20 Network 10 / 正反轉小循環5次 LD M0.6 A T41 O M0.7 AN M1.0 AN M0.3 = M0.7 Network 11 LD M0.7 LD M1.0 CTU C50, +5 Network 12 / 排水 LD M0.7 A C50 O M1.0 AN M1.1 AN I0.1 = M1.0 Network 13 LD M0.0 A I0.5 O Q0.1 O M1.1 O M1.0 AN T42 AN I0.1 = Q0.1 Network 14 / 脫水30秒 LD

16、M1.0 A I1.2 O M1.1 AN M1.2 AN I0.1 = M1.1 Network 15 LD M1.1 O Q0.4 AN T42 O I0.6 LPS AN I0.1 = Q0.4 LPP TON T42, +300 Network 16 / 大循環3次 LD M1.1 A T42 O M1.2 AN M1.3 AN M0.1 = M1.2 Network 17 LD M1.2 LD M1.3 CTU C51, +3 Network 18 / 洗衣結束報警3秒 LD C51 A M1.2 O M1.3 AN M0.0 = M1.3 Network 19 LD M1.3 O

17、Q0.5 LD M0.0 A Q0.1 A T42 OLD AN T43 = Q0.5 TON T43, +30 六.程序運行過程分析(1)洗衣機進水 洗衣前選擇好水位，按下水位選擇開關(I0.2、I0.3、I0.4)任意一個，再按下啟動按鈕，I0.0接通，Q0.0接通，開始進水。當水位上升到與選擇的水位相一致時，相一致的水位傳感器(I0.7、I1.0、I1.1)接通，Q0.0斷開停止進水，T37開始計時。 (2)正反轉洗衣 T37計時時間到，Q0.2接通開始正轉洗衣，T38計時開始。T38計時30秒，Q0.2斷開，正洗暫停，T39開始計時。T39計時時間到，Q0.3接通，反洗，T40開始計時

18、。T40計時時間到，Q0.3斷開，反洗暫停，T41開始計時。T41計時時間到，C50計數一次，同時洗衣返回Q0.2接通，重復以上從正洗開始的全部動作，直到C50計滿5次數時，Q0.1接通并自保，開始排水，C50復位，準備下次循環是再計數。 (3) 大循環洗衣 排水到脫水水位時，I1.2閉合，Q0.1、Q0.4接通，開始脫水，T42開始計時。T42計時時間到，Q0.1、Q0.4斷開，停止排水和脫水，C51計數一次，同時洗衣返回Q0.0接通,重復從進水到脫水的全部動作，知道C51計數滿3次時，停止洗衣，Q0.5接通報警并自保，T43開始計時。T43計時時間到，報警結束，整個洗衣過程結束，T43常開觸點閉合，準備下次啟動。 (4)強制停止 運行中按停止按鈕時，I0.1常閉觸點斷開，則M0.0、Q0.0、Q0.1、Q0.4、Q0.5斷開，停止進水、排水、脫水及報警。按排水按鈕時，I0.5常開觸點閉合，Q0.1接通并自保，進行手動排水。按手動脫水按鈕，I0.6閉合，Q0.1、Q0.4接通脫水，T42開始計時。T42計時時間到Q0.1、Q0.4斷開，脫水停止，Q0.5接通報警，T43開始計時。T43計時時間到