全自动洗衣机控制系统的设计

无锡职业技术学院毕业设计说明书1第一章概述根据全自动洗衣机的工作原理,利用可编程控制器PLC实现控制,说明了PLC控制的原理方法,特点及控制洗衣机的特色。全自动洗衣机控制系统利用了西门子S7-200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。由于每遍的洗涤,排水,脱水的时间由PLC内计数器控制,所以只要改变计数器参数就可以改变时间。可以把上面设定的程序时间定下来,作为固定程序使用,也可以根据衣物的质地,数量及油污的程度来编程。只要稍作改变,就可以设计出诸如要多洗多甩的牛仔类衣物,轻洗轻甩的羊毛类衣物以及通用的标准洗涤程序,充分表现现代家电品的实用性。在洗衣机控制方面，在PLC问世之前，工业控制领域中是继电器占主导地位。但继电器控制领域有着十分明显的缺点：体积大、耗电多、可靠性、寿命短、运行速度慢、适应性差、尤其当生产工艺发生变化时，就必须重新设计、重新安装，造成时间和资金的严重浪费。为了改变这一现状，PLC控制系统产生了。继1969年美国数字设备公司研制出世界第一台PLC，并在通用汽车公司自动装配线上试用，获得了成功，从而开创了工业控制新时期，从此，可编程控制器这一新的控制技术迅速发展起来了。在许多领域都有广泛的应用。PLC的优点是：可靠性高，耗电少，适应性强，运行速度快，寿命长等，为了进一步提高全自动洗衣机的功能和性能，避免传统控制的一些弊端，就提出了用PLC来控制全自动洗衣机这个课题。无锡职业技术学院毕业设计说明书2第二章课题任务分析2.1整体功能介绍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。全自动洗衣机中，，这四个过程可做到全自动依次运行，直至洗衣结束。2.2设备控制要求全自动洗衣机控制要求是能实现”正常运行“和”强制停止“两种控制要求。⑴按下启动按扭，开始进水直到水满（即水位达到高水位）时停止进水开始洗涤正转⑵洗涤时，正转30秒，停两秒，然后反转30秒，停2秒⑶如此循环5次，总共320秒开始排水⑷水位下降到低水位时开始脱水并继续排水，脱水30秒⑸开始清洗，重复（1）到（4），清洗两遍⑹清洗完成，报警3秒并自动停机⑺若按下排水按扭可以实现手动排水⑻若按下停车按扭，可实现手动停止进水，排水脱水及报警无锡职业技术学院毕业设计说明书3第三章控制系统的设计3.1控制系统框图图1系统框图3.2控制系统对应设备及实现功能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浮球开关中水位浮球开关低水位浮球开关水排空浮球开关S7-200PLC进水/排水电磁阀洗涤电机脱水电机无锡职业技术学院毕业设计说明书4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桶报警器3.3控制系统原理自动洗衣机的进水，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。无锡职业技术学院毕业设计说明书5第四章硬件电路的设计4.1系统的选型（1）IO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，考虑余量后需要14个数字输入点10个输出点。统计得输入: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浮球开关中水位浮球开关低水位浮球开关水排空浮球开关统计得输出: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桶报警器无锡职业技术学院毕业设计说明书6（2）用户存储器容量的估算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。（3）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。综上所述，结合下表分析CPU221CPU222CPU224CPU226程序存储器2048字4096字用户数据存储器1024字2560字用户存储器类型EEPROM数据后备典型时间50h190h本机IO6入/4出8入/6出14入/10出24入/16出扩展模块数量无2个7个数字量IO印象区大小256（128入/128出）模拟量IO印象区大小无16入/16出32入/32出33Hz布尔指令执0.37/微妙/指令无锡职业技术学院毕业设计说明书7行速度内部继电器256计数器/定时器256/256顺序控制继电器256该控制系统CPU模块可采用CPU-224（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。综上所述选用西门子S7-200型PLC4.2CPU单元设计集成的24V负载电源，可直接连接到传感器和变送器（执行器），CPU221，222具有180mA输出，CPU224，CPU224XP，CPU226分别输出280mA，400mA。可用负载电源。本设计中所用CPU为CPU224。本机数字量输入/输出点CPU224有14DI/10DO本机模拟最输入/输出点CPU224XP有2个AI/1AO。无锡职业技术学院毕业设计说明书84.3硬件接线图4.4通讯方式内部集成的PPI接口为用户提供强大的通讯功能。PPI接口为RS485，可在三种方式下工作：1.PPI方式：PPI通讯协议是西门子专门为S7-200系列PLC开发的通讯协议。通过普通的两芯屏蔽双绞电缆进行联网。波特率为9.6kbit/s,19.2kbit/s和187.5kbit/s。CPU上集成的编程口同时就是PPI通讯联网接口。2.MPI方式：通过内置接口连接到MPI网络上。波特率为19.2kbit/s,187.5kbit/s。S7-200可与S7-300/400通讯，S7-200CPU在MPI网络中作为从站，彼此间不能通讯。无锡职业技术学院毕业设计说明书93.自由通讯口方式：是一个很有特色的功能。S7-200PLC可以与任何通讯协议公开的其他设备进行通讯。即可以由用户自行定义通讯协议。波特率最高38.4kbit/s。4.PROFIBUS-DP网络：CPU222、224XP、226可以通过增加EM277的方法支持PROFIBUSDP网络协议。最高传输速率为12Mbit/s。4.5EEPROM存储器模块（选件）可作为修改与拷贝程序的快速工具（无需编程器），并可进行辅助软件归档工作。4.6电池模块用于长时间数据后备。用户数据（如标志位状态，数据块，定时器，计数器）可通过内部的超级电容存贮大约5天。选用电池模块能延长存贮时间到200天（10年寿命）。电池模块插在存储器模块的卡槽中。4.7通讯模块品牌：SIEMENS-西门子名称：通讯模块SINAUTTIM4R-IE型号：SINAUTTIM4R-IE有四个接口用于单一和冗余的传输：2个组合的RS232/RS485接口用于连接经典的WAN，如专线、无线或拨号网络RJ45接口用于连接到基于IP的网络（WAN或LAN），如FOC、DSL、GPRS等紧凑的部件用于多种用途：作为独立部件（独立运行无需S7-300CPU），TIM可以承担SINAUT通讯用于一个或多个S7-400PLC或控制中心PC(SINAUTST7cc或ST7sc)；此时连接是通过TIM的Ethernet无锡职业技术学院毕业设计说明书10口之一进行在S7-300PLC中作为通讯处理器（CP）S7-400CPU或控制中心PC因此能够执行SINAUT通讯：经两个任意的SINAUTWAN网络与SINAUTST7搭档经两个基于IP的网络与SINAUTST7用户所有四个接口可以同时用于SINAUT通讯。四个传输路径可互不相同并且每个路径可独立运行，或工作于冗余组合。方便地建立冗余传输路径经两个经典WAN、两个基于IP的网络或WAN+基于IP的网络的组合。如果作为CP置于S7-300PLC中，可使用附加的通讯：与CPU通讯经此CPU的MPI接口与其它连接到MPI总线的CPU和控制中心PC(ST7cc,ST7sc)与机架中其它的TIM消息存储器高达56000数据消息帧SIMATICS7-200系列PLC适用于各行各业，各种场合中的检测、监测及控制的自动化。S7-200系列的强大功能使其无论在独立运行中，或相连成网络皆能实现复杂控制功能。因此S7-200系列具有极高的性能/价格比。S7-200系列出色表现在以下几个方面：极高的可靠性极丰富的指令集易于掌握便捷的操作丰富的内置集成功能实时特性强劲的通讯能力S7-200系列在集散自动化系统中充分发挥其强大功能。使用范围可覆盖从替代继电器的简单控制到更复杂的自动化控制。应用领域极为广泛，覆盖所有与自动检测，自动化控制有关的工业及民用领域，包括各种机床、机械、电力设施、民用设施、环境保护设备等等。如：冲压机床，磨床，印刷机械，橡胶化工机械，中央空调，电梯控制，运动系统。无锡职业技术学院毕业设计说明书11第五章软件的设计5.1I/O分配数字量输入地址分配表输入地址对应的外部设备I0.0启动按扭I0.1停止按扭I0.2水位选择开关（高水位）I0.3水位选择开关（中水位）I0.4水位选择开关（低水位）I0.5手动排水开关I0.6手动脱水开关I0.7高水位浮球开关I1.0中水位浮球开关I1.1低水位浮球开关I1.2水排空浮球开关数字量输出地址分配表输出地址对应的输出设备Q0.0进水电磁阀Q0.1排水电磁阀Q0.2洗涤电动机正转继电器Q0.3洗涤电动机反转继电器Q0.4脱水桶Q0.5报警器无锡职业技术学院毕业设计说明书12内部位元件地址分配表定时器/计时器对应的作用T37进水暂停计时T38正洗计时T42正洗暂停计时T39反转计时T43反转暂停计时T40脱水计时T41报警计时C50正反洗循环计数C51大循环计数5.2流程图全自动洗衣机控制要求是能实现”正常运行“和”强制停止“两种控制要求。（1）强制性停止流程图开始正常运行按动停止按扭洗涤电机和脱水桶停止转动，进水和排水电磁阀闭合打开手动排水阀排水打开手动脱水阀脱水结束无锡职业技术学院毕业设计说明书13（2）正常运行流程图无锡职业技术学院毕业设计说明书145.3源程序在本程序中，M0.0是按下启动按扭的辅助继电器；M