1、廣 西 大 學畢業設計（論文）任務書 課題名稱 洗衣機控制模型 學 院 電氣工程學院 專 業 自動化 班 級 093 姓 名 陳錢 0902100621姓 名 蔣帥 0902100648姓 名 孫東奕 0902100625姓 名 王業杰 0902100649指導教師（簽名） 年 月 日教研室主任（簽名） 年 月 日分工如下：王業杰：摘要 概述 控制圖 控制系統 系統流程蔣帥： 硬件電路 plc外部接線 仿真孫東奕：I/O分配 輸出地址分配 硬件連接 運行過程分析陳錢： 運行圖 plc順序功能圖 梯形圖 指令表摘 要隨著社會經濟的發展和科學技術水平的提高，家庭電器全自動化成為必然的發展趨勢。全自

2、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

3、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；自動；定時；控制1.1 本課題研究的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

4、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。第二章 概述2.1 PLC的控制特點 PLC系統的特點： 1）可靠性高，PLC作為一種通用的工業控制器，它必須能夠在各種不同的工作環境中正常工作。對工作的環境要求較低，抗外部干擾能力強，平均無故障時間長。 2）使用方便靈活，PLC采用了基本單元擴展或者是模塊化的結構形式，因此，輸入/輸出信號的數量，形式，驅動能力等都可以根據實際控制要求進行選擇與確定，而且在需要時可以隨時更換，近年來，PLC的特

5、殊模塊增多這些可以滿足不同的控制要求，使PLC的使用更加靈活與多變。 3）編程簡單，PLC的優越性主要體現在它采用了獨特的，多種面向廣大工程設計人員的編程語言，如指令表，梯形圖，邏輯功能圖，順序功能圖等，程序簡潔，明了適合各類技術人員的傳統習慣，即使是沒有計算機知識的人員也很統一掌握，特別是梯形圖與邏輯功能圖，形象直觀，動態監測效果逼真，且與計算機控制容易。單片機系統的特點：1）要求環境，單片機對環境的適應能力較低，可靠性差。2）編程和PLC相比難以學習，主要是單片機采用匯編語言或者是C語言，這些高級語言和PLC語言相比，難以學習。3）功能單一只具有使用中所需要的功能。但是，它結構簡單，處理速

6、度快。典型的PLC控制系統的硬件組成框圖如圖1所示：圖1 PLC控制系統的硬件組成框圖2.2 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S7-200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。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

7、滌、脫水、報警等控制要求，對控制所需的外部設備表2-1對應設備及功能表對應的外部設備對應的輸出設備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2.4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

8、電動機啟動，脫水時，脫水桶啟動。第三章 硬件電路的設計3.1 PLC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

9、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儲存器容量的估算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

10、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

11、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。圖3 PLC外部接線圖3.3 PLC外部接線圖如圖2-2所示

12、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。圖4洗衣機示意圖第四章 軟件的設計4.1 I/O分配表4.1.1 輸入地址分配表 列出全自動洗衣機的輸入分配表，見表4-1。表4-1輸入地址分配表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

13、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4.1.2 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。表4-2輸出地址分配表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4.1.3 內部元件地址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T

14、42脫水計時T43報警計時C50正反洗循環計數C51大循環計數4.2 系統流程圖4.2.1強制停止流程圖圖4 強制停止流程圖4.2.2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。4.3 程序設計4.3.1 PLC控

15、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4.3.2 系統梯形圖一、梯形圖的特點 梯形圖是PLC模擬繼電器控制系統的編程方法。它由觸點、線圈或功能方框等構成，梯形圖左、右的垂直線稱為左、右母線。畫梯形圖時，從左母線開始，經過觸點和線圈（或功能方框），終止于右母線。在梯形圖中，可以把左母線看作是提供能量的母線。觸點閉合可以使能量流過，直到下一個元件；觸點斷開將阻止能量流過。這種能量流，我們稱之為“能流”。實際上，梯形圖

16、是CPU仿真繼電器控制電路圖，使來自“電源”的“電流”通過一系列的邏輯控制條件，根據運算結果決定邏輯輸出的模擬過程。 梯形圖中的基本編程元素有觸點、線圈和方框。 觸點：代表邏輯控制條件。觸點閉合時表示能量可以流過。觸點分常開觸點和常閉觸點兩種形式。 線圈：通常代表邏輯“輸出”的結果。能量流到，則該線圈被激勵。 方框：代表某種特定功能的指令。能量流通過方框時，則執行方框所代表的功能。方框所代表的功能有很多種，例如：定時器、計數器、數據運算等。 梯形圖中，每個輸出元素可以構成一個梯級。每個梯形圖網絡由一個或多個梯級組成。 二、梯形圖繪制原則(1) 梯形圖按自上而下、從左到右的順序排列。每個繼電器器

17、線圈為一個邏輯行，即一層階梯。每一個邏輯行起于左母線，然后是觸點的連接，最后終止于繼電器線圈或右母線。注意：左母線與線圈之間一定要有觸點，而線圈與右母線之間不能有任何點，應直接連接。(2) 一般情況下，在梯形圖中某個編號繼電器線圈只能出現一次，而繼電器觸點可無限引用。有些PLC，在含有跳轉指令或步進指令的梯形圖中允許雙線圈輸出。 (3) 在每個邏輯行中，串聯觸點多的支路應放在上方。如果將串聯觸點多的支路放下方，則語句增多，程序變長。 (4) 在每個邏輯行中，并聯觸點多的支路應放在左邊。如果將并聯觸點多的支路放右邊，則語句增多，程序變長。(5) 梯形圖中，不允許一個觸點上有雙向“電流”通過。(6

18、) 梯形圖中，當多個邏輯行都具有相同條件時，為了節省語句數量，常將這些邏輯行合并。當相同條件復雜時，這對儲存容量小的PLC很有意義。(7) 設計梯形圖時，輸入繼電器的觸點狀態全部按相應的輸入設備為常開狀態進行設計更為合適，不易出錯。因此，也建議盡可能用輸入設備的常開觸點與PLC輸入端連接。如果某些信號只能用常閉觸點輸入，可以按輸入設備全部常開來設計，然后將梯形圖中對應的輸入繼電器觸點取反。12三、系統梯形圖其編寫好的程序可通過專用編程線纜下載的PLC中運行。也可以導出后在仿真軟件中進行測試。系統梯形圖如下圖7到圖9。圖7系統梯形圖a圖8 系統體形圖b圖9 系統梯形圖c4.3.3 系統指令語句表

19、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 / Network Title/ 進水LD M1.3A T43O SM0.1O M0.0O I0.1AN M0.1= M0.0Network 2 LD I0.2O I0.3O I0.4LD I0.0A M0.0LD M1.2AN C51OLDALDO M0.1AN I0.1AN M0.2= M0.1= Q0.0Network 3 / 進水完停2秒LD I0.2A I0.7LD I0.3A I1.0OLDLD I0.4A I1.1OLDA M0.1O M0.2AN M0.3= M0.2TON T37,

20、+20Network 4 / 正轉LD M0.2A T37LD M0.7AN C50OLDO M0.3AN I0.1AN M0.4= M0.3Network 5 LD M0.3= Q0.2TON T38, +300Network 6 / 正轉完停2秒LD M0.3A T38O M0.4AN M0.5= M0.4TON T39, +20Network 7 / 反轉30秒LD M0.4A T39O M0.5AN I0.1AN M0.6= M0.5Network 8LD M0.5= Q0.3TON T40, +300Network 9 / 反轉完停2秒系統指令語句表aLD M0.5A T40O M0

21、.6AN M0.7= M0.6TON T41, +20Network 10 / 正反轉小循環5次LD M0.6A T41O M0.7AN M1.0AN M0.3= M0.7Network 11 LD M0.7LD M1.0CTU C50, +5Network 12 / 排水LD M0.7A C50O M1.0AN M1.1AN I0.1= M1.0Network 13 LD M0.0A I0.5O Q0.1O M1.1O M1.0AN T42AN I0.1= Q0.1Network 14 / 脫水30秒LD M1.0A I1.2O M1.1AN M1.2AN I0.1= M1.1Network

22、 15 LD M1.1O Q0.4AN T42O I0.6LPSAN I0.1= Q0.4LPPTON T42, +300Network 16 / 大循環3次LD M1.1A T42O M1.2AN M1.3AN M0.1= M1.2Network 17 LD M1.2LD M1.3CTU C51, +3Network 18 / 洗衣結束報警3秒LD C51A M1.2O M1.3AN M0.0= M1.3Network 19 LD M1.3O Q0.5LD M0.0A Q0.1A T42OLDAN T43= Q0.5TON T43, +30系統指令語句表b第五章 程序運行過程分析(1)洗衣機

23、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。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

24、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

25、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Q0.5斷開報警結束。第六章 系統仿真S7-200仿真軟件簡介：(1) S7-200仿真軟件是S7-200系列PLC專用仿真軟件，無需安裝，下載后執行S7-200.EXE即可進入。可以在沒有PLC的情況下，對PLC程序進行仿真調試，雖然它不能模擬S7-200的全部指令和全部功能，但仍然不失為一個很好的學習S7-200的工具測試軟件。(2) 執行S7

26、-200.EXE后其窗口如圖10圖10 執行S7-200.EXE后窗口圖執行圖中菜單命令“配置”“CPU型號”，在CPU型號對話框中可選擇自己對應的CPU型號。用戶還可以修改CPU的網絡地址，一般使用默認地址。圖中灰色部分為是CPU 224類型的PLC面板可顯示CPU運行狀態和I/O點的狀態，燈亮為1，燈滅為0。CPU224的右邊空白方框是擴展模塊的位置，雙擊空白方框即可進行模塊配置選擇，根據需要可選擇各種數字量和模擬量的擴展模塊。CPU模塊的下方是用于輸入數字量信號的小開關面板，具有和CPU224對應的14個輸入點，單擊面板中的開關按鈕可使其0，1狀態切換，在CPU面板上的模擬LED燈對應滅

27、，亮。開關面板下方的SMB28,SMB29是兩個直線電位器，分別是CPU224的兩個8位模擬量輸入電位器對應的特殊存儲器字節，可左右拖動滑塊來設置他的值，范圍在0-255之間。(3) 仿真軟件不能直接接收S7-200程序代碼，需要在STEP7-Micro/WIN中將程序編譯并導出成ASCII文本文件（擴展名為awl）。然后在S7-200仿真軟件，使用工具欄的下載按鈕即可將導出的文件下載到仿真軟件當中進行仿真測試。(4) 在仿真軟件中點擊工具欄上的運行按鈕使仿真PLC切換到RUN模式開始仿真測試，運行過程當中點擊開關面板中的模擬開關進入信號輸入，通過查看菜單當中的“程序塊代碼”查看對應程序代碼，

28、“程序塊圖形”查看梯形圖運行狀態，“數據塊”查看V區存儲器對應的值，“內存監視”來監控V、T、C、M等內部變量的值(5) 另外，仿真軟件還有讀取CPU和擴展模塊的信息、設置PLC實時時鐘、控制循環掃描次數和對TD200文本顯示器仿真等功能。13系統程序仿真：將第3節中在STEP7-Micro/WIN中編寫好的程序編譯并導出成ASCII文本文件（擴展名為awl）。然后在S7-200仿真軟件，使用工具欄的下載按鈕即將導出的文件下載到仿真軟件當中進行仿真測試。按照設計的要求進行仿真，看程序能夠按照要求進行各種工作即可。第七章 模擬硬件連接經過上節的仿真成功后，就可以進行程序的下載、安裝和調試。但由于

29、條件的限制，此次設計不能進行完全的實物連接，只能用簡單的元件進行模擬連接。具體的模擬元件如下：采用三個刀開關來模擬ST1、ST2、ST3三個水位選擇開關，其余的啟動按鈕、停止按鈕、手動排水/手動脫水和對應的水位傳感器，采用八個按鈕開關來模擬。洗衣機的進水、正轉、反轉、脫水和報警，采用五個放光二極管來模擬。選擇好模擬元件后按照2.2節中的PLC外部接線圖(圖2-1)連接好模擬硬件圖，把模擬元件對應的作用標識清楚，便于連接好裝載程序后的操作。把經過仿真成功后的程序下載到PLC中，按照設計的控制要求按動對應的刀開關和按鈕開關，對應的發光二極管發光即可。經過模擬控制到達了預期的設計要求，此次設計成功。

30、總結下面是我對整個畢業設計的過程做一下簡單的總結。第一，接到任務以后進行選題。選題是畢業設計的開端，選擇恰當的、感興趣的題目.第二，題目確定后就是找資料了。查資料是做畢業設計的前期準備工作，到圖書館、書店、資料室去雖說是比較原始的方式，但也有可取之處的。總之，不管通過哪種方式查的資料都是有利用價值的，要一一記錄下來以備后用。 第三，通過上面的過程，已經積累了不少資料，對所選的題目也大概有了一些了解，這一步就是在這樣一個基礎上，綜合已有的資料來更透徹的分析題目。 第四，有了研究方向，就要動手實現。編寫源代碼的時候最好是編寫一個小模塊就進行調試，這樣可以避免設計的最后出現太多的錯誤而亂成一團糟。一

31、步步地做下去之后，你會發現要做出來并不難，只不過每每做一會兒會發現一處錯誤要修改，就這樣在不斷的修改調試，再修改再調試。 第五, 寫論文能提升以下幾個方面的能力:1、文字表述:論文里的語言非常講究，這方面需要繼續加強。2、交流、討論:文章的大致內容寫完后，一定要和老師、其他同學多交流，讓他們多提點建議。一些計量軟件使用方法，可以向學長們請教。3、細心:模型公式編輯、標點符號、文章各段格式等，都需要細心。4、搜索:需要搜索很多資料，如何在短時間找到你想要得資料，得在搜索關鍵詞上有所設置才行。一些好的統計數據網站，需要隨時記錄下來，以便日后繼續使用。我的心得也就這么多了，總之，這次畢業設計讓我學習到很多。雖然結束了，但這只能是一