PLC控制全自动洗衣机设计.doc

1、 学 号：XXXXXXXX X X 大 学毕 业 论 文题 目： 毕业设计 PLC控制全自动洗衣机设计学 院：职业技术学院专 业：机电一体化年 级：2008级姓 名： X X指导教师： XXX XXX完成时间：2011年1月2日摘要随着社会的不断进步，任何事物都得到飞速发展，任何工具都在向智能化方向发展，洗衣机就是在这样的背景下产生的，并逐渐由半自动向全自动过度，使其更加的智能化。可编程控制器（PLC）以微处理为核心，普遍采用依据继电接触器控制系统电气原理图编制的梯形图语言进行程序设计，编程容易，功能扩展方便，修改灵活，而且结构简单，抗干扰能力强。西门子可编程控制器指令丰富，可以接各种输出、输

2、入扩充设备，有丰富的特殊扩展设备，其中的模拟输入设备和通信设备更是符合全自动洗衣机控制系统的要求与特点。本设计选择西门子可编程控制器S7-200为核心部件，着重进行硬件接口设计，利用梯形图和语句表进行编程，实现了全自动洗衣机控制系统的自动化。关键词：可编程控制器（PLC）、继电器、梯形图、语句表ABSTRACTWith the development of society, all things have been developing rapidly, any tools to intelligent direction, washing machine is in such the bac

3、kground, and gradually by semi-automatic to automatic excessive, make it more intelligent. Programmable controller (PLC) to microcontroller as the core, generally adopted according to relay contact device control system electrical schematic diagram of ladder diagram language program design, programm

4、ing easy, function expansion easier, modify flexible and simple structure, strong anti-jamming capability. Siemens PLC instructions rich, can receive all output and input expansion equipment, has the rich special extension equipment, including the analog input devices and communications equipment is

5、 accord with automatic washing machine control system requirements and characteristics. This design choices Siemens S7-200 PLC for the core part, the author concentrates on hardware interface design, use ladder diagram and statement tables for programming, realizes the automatic washing machine cont

6、rol system of automation. Keywords: programmable controller (PLC), relays, ladder diagram, the statement tables 目录第一章前言11课题背景51. 2 PLC控制全自动洗衣机的研究意义61. 3 本设计的主要工作 6第二章 PLC控制全自动洗衣机2. 1我国全自动洗衣机的发展方向72. 2 设计全自动洗衣机的意义82. 3全自动洗衣机的设计要求9第三章可编程程序控制器（PLC）3. 1 PLC概述9 3.1.1 PLC的发展历史10 3.1.2 PLC发展趋势11 3.1.3 PLC控

7、制洗衣机应用特点113. 2 PLC的硬件设计123. 3 PLC工作原理13第四章 程序设计 4. 1 程序控制要求154. 2 PLC的选型及外部接线图164. 3 PLC顺序功能图及梯形图设计174. 4 本章小结24结论25参考文献26第一章 前言1. 1课题背景 全自动洗衣机就的将洗衣的全过程（加水-洗涤-漂洗-脱水）为一体，洗衣机按照预先设定的程序一次性完成，当完成后会发出警报。目前市场上出售的全自动洗衣机大体分为三类。发明最早的是前置式侧开门滚筒式洗衣机，这种洗衣机是欧洲发明的，擅长洗涤真丝、棉毛等面料，不纠缠无磨损，在洗涤时保证衣物不受损害，而且有良好的加温措施。但也有他不好的

8、一面，由于不缠绕无磨损洗涤方式等因素，这种洗衣机洗涤时间长、洗净度差、用水用电量大，是其他洗衣机的几倍，尤其是采用了不锈钢内筒，产生的噪音较大。这种洗衣机适用于生活水平较高，穿着大体以真丝、纯毛、棉毛之类较高档的面料为主，而且更换衣服教勤的家庭。发明最晚的洗衣机是亚洲人发明的波轮上开门洗衣机。市场上有多种品牌，这种洗衣机的特点是洗涤时间短，用水量小，洗净度高，是滚筒式的很多倍，由于内筒是塑料材料制成，噪音小，而且上开盖，能使洗涤液反复利用，价格也比较高。这种洗衣机适用于居住在绿化较差，空气尘埃量较大，其特点是主要以洗净为主，服装面料以化纤、腈纶为主。另外一种是美洲人发明的“搅拌式”洗衣机，由于

9、美洲风沙比较大，人们主要穿着牛仔服饰之类粗厚面料的服饰，所以他们适用搅拌式洗衣机，这种洗衣机洗净度非常高，是波轮式洗衣机的十几倍，但由于洗净度和磨损率成正比，所以很损伤衣物，这种洗衣机市面上很少见。1. 2 PLC控制全自动洗衣机的研究意义 PLC控制全自动洗衣机的编程语言容易掌握，是电控人员熟悉的梯形语言，使用术语依然是“继电器”一类术语，大部分与继电器触头的连接相对应，使电控人员一目了然。 PLC控制使用简单，他的I/O已经做好，输入输出信号可直接连接，非常方便，而输出口具有一定的驱动能力，其输出触头容易达220V.2A， PLC是专门应用手工业现场自动控制装置，在系统软硬件上采用抗干扰措

10、施。 当工作程序需要改变时，只需要改变PLC的内部控制程序即可实现，而无需改动外部结构。从这些方面突出了使用PLC控制全自动洗衣机的优越性。1. 3 本文的主要工作 第一章 回顾全自动洗衣机的历史，随着社会经济的发展，采用可编程程序控制器来代替中间继电器和过程控制的微型机，设计开发全自动洗衣机系统，才会满足稳定可靠的洗衣机控制系统需求。第二章 系统性的阐述了全自动洗衣机的发展方向及其前景，和人们的设计理念。第三章 叙述了可编程程序控制器的产生、发展、应用的历程，通过论述课编程程序控制器的各种优点、卓越性能、结构、原理，有一个感性的认识。第四章 结合全自动洗衣机的控制系统要求，进行程序设计，从主

11、要部件的选择、流程分析、程序思路的产生来完成本次设计。第二章 全自动洗衣机2. 1我国全自动洗衣机的发展方向随着社会的发展，任何工业的发展的都离不开当前社会的两大前提节能、环保，任何事物的诞生脱离这两个跨时代的主题都是不可能长久的。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。纵观省会的洗衣机市场，高效节能、省水、省电、环保型洗衣机一直在市场上占主导地位。 高度自动化 从最初的单桶洗衣机到双桶、套桶洗衣机、全自动洗衣机，再到智能全模糊控制洗衣机。总之，每一次技术的进步都极大地推动了洗衣机自动化程度的提高。 品种多样化 波轮式、滚筒式和仿生搓洗式洗衣机满足了不同偏好的

12、消费者的需求。 节能和健康化 现在的消费者在节能方面对家电提出了更高的要求，对于健康型洗衣机更是人们趋之若鹜的首选。 大容量和微型化 大容量洗衣机满足了人们洗大件衣物的需求。同时，微型化洗衣机也备受青睐，如市场上出现的15公斤、25公斤不等的海尔小小神童洗衣机，可以满足少量衣物即时洗的需要。 我国家用电动洗衣机产品的发展已进入成熟期，全国家用电动洗衣机年产量超过10万台的企业超过100家。就品种而言，波轮式、搅拌式、滚筒式洗衣机满足了不同消费者的需求。 在今后一个时期内，家用电动洗衣机的产品性能质量将是企业竞争的焦点，开发新型的产品是竞争获胜的主要手段。今后，家用电动洗衣机将朝着多功能、节电、

13、节水方向发展。多功能主要表现在以下几个方面：1去污能力的多样化。如去除蛋白质、皮脂、血渍、奶渍、咖啡、果汁的能力。2洗涤容量的多样化。洗涤容量可以从05kg到13kg。3控制方式的多样化。如机械定时器、电动程控器、电子程控器、模糊电脑控制。4外观造型多样化。为适应不同消费层次的需求，洗衣机的外观形状及颜色将是各种各样的。 节电、节水是今后我国家用电动洗衣机发展的主流。目前，我国正 在修订的国标GB4288已将用电量、用水量指标列入了其考核的主要指标。另外，为了引导消费和指导洗衣机制造企业的设计和制造，新国标GB4288将洗净比、用电量、用水量、噪声、含水率、寿命这6个主要性能指标进行分等级考核

14、，即以上6个指标分别分为A、B、C、D4个级别。消费者可根据自己的需要选择不同级别的产品2. 2 设计全自动洗衣机的意义 21世纪一个充满竞争的时代，任何事物任何时候都必须进步，进步才体现活力，没有活力就没有生机，在这样一个充满激情的时代，时间就显得尤为的重要。时间就是金钱、时间就是生命；浪费时间就等于浪费生命。在这样的背景下洗衣机诞生了，它让我们把以前放在洗衣上的时间彻底的利用起来，洗衣机的智能化更是让我们感觉到社会的飞速发展。2. 3全自动洗衣机的设计要求 全自动洗衣机在设计时我们应特别关注其智能化和人性化的设计，在智能化方面我们要根据其智能要求，对产品的性能和质量进行评估，制定出几套设计

15、方案，在性价比等方面进行评估，选择最优方案，最后按照此方案制定出合理的设计。在人性化方面我们应该注重洗衣机在外观和内置的设计，人都是感性的，任何美的事物给人的第一感觉终究是美好的！在设计过程中，必须要注重创新，在设计时我们应坚信一个理念，任何一个完美的设计，都代表一个新兴事物的诞生，其问世必定会得到社会的好评，得到社会广泛的认可!第三章可编程程序控制器（PLC） 3. 1 PLC概述可编程控制器（PLC）是以微处理为基础，综合计算机、通信=联网以及自动化控制技术而开发的新一代工业控制装置。可编程序控制器是随着技术的进步与现代社会生产方式的转变，为适应多品种，小批量生产的需要，生产、发展起来的一

16、种新型的工业控制装置。PLC从1969年问世以来，虽然至今还不到40年，但由于其具有通用灵活的控制性能，简单方便的使用性能，可以适应各种工业环境的可靠性，因此在工业自动化各领域取得了广泛的应用。有人将它与数控技术、CAD/CAM技术工业机械技术并称为现代工业自动化技术的四大支柱。可编程序控制器在我国的发展与应用已有30多年的历史，现在它们已经广泛应用于国民经济的各个工业生产领域，成为提高传统工业装备水平和技术能力的重要设备和强大支柱，随着全球一体化经济的发展，努力发展可编程序控制器在我国的大规模应用，形成具有自主知识产权的可编程序控制技术，应该是广大技术人员努力的方向。3.1.1 PLC的发展

17、历史1968年美国GM(通用汽车)公司提出取代继电器控制装置的要求，第二年美国数字公司研制出了第一代可编程序控制器，满足了GM公司装配线的要求。随着集成电路技术和计算机技术的发展，现在已有第五代PLC产品了。在以改变几何形状和机械性能为特征的制造工业和以物理变化和化学变化将原料转化成产品为特征的过程工业中，除了以连续量为主的反馈控制外，特别在制造工业中存在了大量的开关量为主的开环的顺序控制，它按照逻辑条件进行顺序动作号按照时序动作;另外还有与顺序、时序无关的按照逻辑关系进行连锁保护动作的控制;以及大量的开关量、脉冲量、计时、计数器、模拟量的越限报警等状态量为主的离散量的数据采集监视。由于这些控

18、制和监视的要求，所以PLC发展成了取代继电器线路和进行顺序控制为主的产品。在多年的生产实践中，逐渐形成了PLC、DCS与IPC三足鼎立之势，在80年代至90年代中期，是PLC发展最快的时期，年增长率一直保持为3040%。由于PLC机联系处理模拟能力和网络方面功能的进步，挤占了一部分DCS的市场(过程控制)并逐渐垄断了污水处理等行业，但是由于工业PC(IPC)的出现，特别是近年来现场总线技术的发展，IPC和FCS也挤占了一部分PLC市场，所以近年来PLC增长速度，总的说是渐缓。目前全世界有200多厂家生产300多品种PLC产品，主要应用在汽车、粮食加工、化学/制药、金属/矿山、纸浆/造纸等行业。

19、3.1.2 PLC发展趋势PLC总的发展趋势是向高集成度、小体积、大容量、高速度、易使用、高性能、信息化、软PLC、标准化、与现场总线技术紧密结合等方向发展。从当前的技术性能来看，PLC发展趋势主要体现在体积的缩小与性能的提高两大方面。体积小型化。电子产品体积的小型化是微电子技术发展的必然结果。现代PLC无论是从内部元件的组成还是硬件、软件结构都已经于早期的PLC有了很大的不同，PLC体积被大幅度缩小。性能的提高 PLC的性能主要包括CPU性能与I/O性能两大方面。 可编程序控制器在我国的发展状况如下：我国可编程序控制器的发展与国际上的发展有所不同，国际上可编程序控制器的发展是从研制、开发、生

20、产到应用；而我国则是从成套设备引进、可编程序控制器引进应用、消化移植、合资生产到广泛应用。政府的重视 1993年成立了可编程序控制器标准化技术委员会，为我国可编程序控制器的进一步发展打下基础。3.1.3 PLC控制洗衣机应用特点以往以单片机为中心控制系统工作的全自动洗衣机中，存在着一些本身不能克服的缺点。首先由于单片机的指令系统相对复杂，编写洗涤、脱水程序也相对复杂;其次，在设计控制系统硬件时，要有多种电路保护装置，如电流保护、电压保护、过载保护、过热保护及欠压保护等等，这样不但增加了硬件的复杂性，而且隐含较高的故障率，还无形地增加了维修成本费用。如果在全自动洗衣机的控制系统中采用PLC来控制

21、将能克服单片机的这些缺点。因为它是整体模块，集中了驱动电路、检测电路和保护电路以及通讯联网功能。所以在使用中，硬件相对简单，编程语言也相对简单，并且测试容易，维修方便，更可以提高控制系统的设计的灵活性及控制系统的可靠性。3. 2 PLC的硬件设计 控制部分采用可编程序控制器(Programmable LogicalController，简称PLC)为主对系统加以控制，PLC是以微处理器为基础，综合了计算机技术、自动化控制技术和通信技术而发展起来的一种新型、通用的自动控制装置。用可编程序控制器(软件编程)来代替传统继电器硬件布线控制，使控制系统有了极大的柔性和通用性，同时由于PLC功能齐全，不仅

22、能完成复杂的逻辑控制，并且可靠性高、稳定性好、抗干扰能力强、性能优越、灵活通用，能在恶劣的工况环境下长时间连续运行，结构简单、编程简单，维护简单，使得系统可靠性大大提高:可以模拟全自动洗衣机的工作循环，也可以按照自己的要求任意设定仪器的工作循环。 根据控制系统的需要，我们采用德国西门子公司生产的S7-200 CPU226型PLC，该种PLC结构紧凑、可靠性高、通用性强，功能完善、操作方便，在一个PLC里面集成了输入端、输出端、操作键盘和显示面板，设计紧凑，所有功能集成在一起，使用简单，十分灵活方便，编程可以通过在微机上面提供的STEP7-Micro/WIN32软件创建、测试、仿真和修改PLC控

23、制程序，然后使用西门子提供的专用电缆非常简单的将程序载入和载出模块。3. 3 PLC工作原理当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。（一） 输入采样阶段 在输入采样阶段，PLC以扫描方式依次地读入所有输入状态和数据，并将它们存入I/O映象区中的相应得单元内。输入采样结束后，转入用户程序执行和输出刷新阶段。在这两个阶段中，即使输入状态和数据发生变化，I/O映象区中的相应单元的状态和数据也不会改变。因此，如果输入是脉冲信号，则该脉冲信号的宽度必须

24、大于一个扫描周期，才能保证在任何情况下，该输入均能被读入。（二） 用户程序执行阶段在用户程序执行阶段，PLC总是按由上而下的顺序依次地扫描用户程序（梯形图）。在扫描每一条梯形图时，又总是先扫描梯形图左边的由各触点构成的控制线路，并按先左后右、先上后下的顺序对由触点构成的控制线路进行逻辑运算，然后根据逻辑运算的结果，刷新该逻辑线圈在系统RAM存储区中对应位的状态；或者刷新该输出线圈在I/O映象区中对应位的状态；或者确定是否要执行该梯形图所规定的特殊功能指令。即，在用户程序执行过程中，只有输入点在I/O映象区内的状态和数据不会发生变化，而其他输出点和软设备在I/O映象区或系统RAM存储区内的状态和

25、数据都有可能发生变化，而且排在上面的梯形图，其程序执行结果会对排在下面的凡是用到这些线圈或数据的梯形图起作用；相反，排在下面的梯形图，其被刷新的逻辑线圈的状态或数据只能到下一个扫描周期才能对排在其上面的程序起作用。在程序执行的过程中如果使用立即I/O指令则可以直接存取I/O点。即使用I/O指令的话，输入过程影像寄存器的值不会被更新，程序直接从I/O模块取值，输出过程影像寄存器会被立即更新，这跟立即输入有些区别。（三） 输出刷新阶段当扫描用户程序结束后，PLC就进入输出刷新阶段。在此期间，CPU按照I/O映象区内对应的状态和数据刷新所有的输出锁存电路，再经输出电路驱动相应的外设。这时，才是PLC

26、的真正输出第四章 程序设计4. 1 程序控制要求1. 水位控制： 高水位 25 S 中水位进水 15 S 低水位进水 10 S2. 程序选择： 全程序 简易程序 （1）全程序过程：（循环3次）进水洗涤（正转3S，反转2S，停1S，200次）排水（20S）脱水（10S）停止 （2）简易程序过程：（2次）进水洗涤（正转3S，反转2S，停1S，200次）排水（20S）脱水（10S）停止4. 2 PLC的选型及外部接线图 图41 CPU224外形从设计要求分析可以知道，系统共有开关量输入点1个，开关量输出点7个，参照西门子S7200系列特性，选择主机为CPU224（14 输入/IO继电器输出）。见上图

27、41。2. 根据PLC控制全自动洗衣机的要求及PLC控制系统外部接线的一般要求设计出全自动洗衣机的外部接线图。 4. 3 PLC顺序功能图及梯形图设计1根据所要设计全自动洗衣机的要求画出以下逻辑图 2、 通过上面的逻辑图绘制出顺序功能图。 I0.0 启动 I0.1 低水位进水阀 I0.2 中水位进水阀 I0.3 高水位进水阀 T37 10S计时 T38 15S 计时 T39 25S 计时 T40 3S 计时 T41 1S 计时 T42 2S计时 T43 1S 计时 T44 20S计时 T45 10S计时 Q0.1 电机洗涤正转 Q0.2 电机洗涤反转 Q0.3 进水 Q0.4 排水 Q0.5

28、电机脱水正转根据所设计的顺序功能图编写PLC梯形图 4. 5 本章小结通过对本章的设计，使我懂得怎样将以前零散的知识系统化，让知识在脑海里浮现其清晰的脉络。明白原来生活中许多事物离我们所学的知识那么近，要达到让知识学以致用的效果。通过对本章的设计，我懂得了怎样将文字性的东西变成PLC的顺序功能图，在通过顺序功能图编写PLC梯形图，根据要求设计接线图；使我对PLC的应用有了更深层次的了解！总结几周来，在指导老师的点拨和自己的不懈努力下，通过查资料和翻阅书籍，终于将“PLC控制全自动洗衣机”这样一个题目圆满完成，经过这次设计，我才发现任何事情只有自己干了，才明白其中的辛酸与甜美！通过这次设计，我学

29、到很多很多的的东西，不仅巩固了以前所学过的知识，而且学到了很多在书本上所没有学到过的知识。而且通过这次课程设计使我懂得了理论与实际相结合是很重要的，只有理论知识是远远不够的，只有把所学的理论知识与实践相结合起来，从理论中得出结论，才能真正的学到知识，从而提高自己的实际动手能力和独立思考的能力。PLC应用技术是一门实践性很强的专业课，可PLC编程控制器技术在当今社会发展异常迅速，各生产厂家也推出了许多强大的新型PLC、各种特殊模块和通信联网器件，使可编程控制器成为集微机技术、自动化技术、通信技术于一体的通用工业控制装置，成为实现工业自动化的一种强有力的工具。 参考文献 1 王永华主编. 现代电气控制及PLC应用技术第二版M.北京：北京航空航天大学出版社.2008.2 陈亚林主编. PLC、变频器和触摸屏实践教程M.南京.南京大学出版社.2008.3 王晓敏主编. 机电控制技术实训M.北京. 清华大学出版社.2009.4 尹志强主编. 系统设计课程设计指导书 .机械工业出版社. 2007. 26