全自动洗衣机控制系统课程设计

1内容摘要本文介绍了采用可编程控制器（PLC）作为核心控制部件，根据全自动洗衣机的基本结构、工作流程和工作原理，以及对洗衣机的控制要求，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,对按钮,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内定时器和计数器控制,所以只要改变定时器和计数器参数就可以改变时间。具有智能化程度高、安全可靠、方便、灵活等特点。PLC编程简单易学，功能强大，性能稳定，抗干扰能力强而且PLC的体积小巧，能耗低。所以通过实验证明，利用PLC完成对洗衣机的控制，控制性能稳定。关键词：PLC；全自动洗衣机；西门子1目录第1章引言······························································································1第2章PLC控制系统概述·······································································22.1PLC控制系统设计的基本原则··························································22.2全自动洗衣机的基本结构、工作流程和工作原理······························22.3全自动洗衣机控制要求····································································4第3章主电路设计··················································································5第4章PLC选择及I/O连接图·······························································64.1PLC选择·························································································64.2系统资源分配·················································································64.3I/0连接图······················································································7第5章流程图、梯形图、指令表··························································85.1洗衣机工作流程图··········································································85.2梯形图··························································································105.3指令表··························································································14结论···········································································································17设计总结··································································································18辞谢···········································································································19参考文献··································································································201第1章引言在洗衣机控制方面，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。通过PLC课程设计，进一步掌握PLC的原理和系统设计方法。培养和锻炼应用PLC的能力。为今后实际应用和设计PLC系统打下良好的基础。要求了解PLC控制系统设计的全过程，熟悉PLC系统设计的相关内容，掌握系统的方法和步骤。主要包括：系统工艺过程和控制要求；系统分析和方案论证、系统功能图；硬件设计、程序设计；系统的调试步骤和方法。完成一个小型系统的设计。2第2章PLC控制系统概述2.1PLC控制系统设计的基本原则任何一种控制系统都是为了实现被控对象的工艺要求，以提高生产效率和产品质量。因此，在设计PLC控制系统时，应遵循以下基本原则：1.最大限度地满足被控对象的控制要求充分发挥PLC的功能，最大限度地满足被控对象的控制要求，是设计PLC控制系统的首要前提，这也是设计中最重要的一条原则。这就要求设计人员在设计前就要深入现场进行调查研究，收集控制现场的资料，收集相关先进的国内、国外资料。同时要注意和现场的工程管理人员、工程技术人员、现场操作人员紧密配合，拟定控制方案，共同解决设计中的重点问题和疑难问题。2.保证PLC控制系统安全可靠保证PLC控制系统能够长期安全、可靠、稳定运行，是设计控制系统的重要原则。这就要求设计者在系统设计、元器件选择、软件编程上要全面考虑，以确保控制系统安全可靠。例如：应该保证PLC程序不仅在正常条件下运行，而且在非正常情况下（如突然掉电再上电、按钮按错等），也能正常工作。3.在满足控制要求的前提下，力求简单、经济、使用及维修方便一个新的控制工程固然能提高产品的质量和数量，带来巨大的经济效益和社会效益，但新工程的投入、技术的培训、设备的维护也将导致运行资金的增加。因此，在满足控制要求的前提下，一方面要注意不断地扩大工程的效益，另一方面也要注意不断地降低工程的成本。这就要求设计者不仅应该使控制系统简单、经济，而且要使控制系统的使用和维护方便、成本低，不宜盲目追求自动化和高指标。4.考虑到生产发展和工艺的改进，在选用PLC时，在I/O点数和内存容量上适当留有余地。2.2全自动洗衣机的基本结构、工作流程和工作原理1.全自动洗衣机的基本结构全自动洗衣机的基本结构如图2-1所示。3图2-1全自动洗衣机的基本结构图2.全自动洗衣机的工作流程全自动洗衣机的单循环工作流程示意图如图2-2所示。图2-2全自动洗衣机的单循环工作流程示意图3.全自动洗衣机的工作原理洗衣机的进水、排水分别由进水电磁阀和排水电磁阀执行。洗涤正转、反转由洗涤电动机驱动波盘正、反转来实现。脱水时，由脱水电磁离合器合上、排水电磁阀吸合，洗涤电动机正转进行甩干。洗涤完成由蜂鸣器报警。结束开始脱水排水洗涤进水42.3全自动洗衣机控制要求1.全自动洗衣机控制系统的要求:（1）按下启动按钮及水位选择开关，开始进水直到高（中、低）水位，关水；（2）2秒后开始洗涤；（3）洗涤时，正转30秒，停2秒，然后反转30秒，停2秒；（4）如此循环5次，总共320秒后开始排水，排空后脱水30秒；（5）开始清洗，重复（1）～（4），清洗两遍；（6）清洗完成，报警3秒并自动停机；（7）若按下停车按钮，可手动排水（不脱水）和手动脱水（不计数）。5第3章主电路设计家用洗衣机电相为单相电机，常采用电容启动，单相电机改变转向的原理是：副绕组的电流超前或者滞后于主绕组便可以正传或者反转。根据这个原理你可以调换主绕组或者副绕组的接线端即可。图3-1单相电机正反转接线图MKM1KM2～220V6第4章PLC选择及I/O连接图4.1PLC选择本系统涉及器件较多，需用到输入口11个，输出口5个，故选择S7-200系列CPU224型PLC。4.2系统资源分配1.数字量输入部分全自动洗衣机控制系统的输入有启动、停止按钮、高水位、中水位、低水位选择开关、手动排水和手动脱水按钮以及高水位、中水位、低水位和零水位传感器共11个输入点。具体的输入分配如表4-1所示。表4-1输入地址分配信号名称元件名称元件符号地址编码启动信号常开按钮SB1I0.0停止信号常开按钮SB2I0.1高水位设定信号水位选择开关QS1I0.2中水位设定信号水位选择开关QS2I0.3低水位设定信号水位选择开关QS3I0.4高水位检测信号高水位传感器ST1I0.5中水位检测信号中水位传感器ST2I0.6低水位检测信号低水位传感器ST3I0.7排空检测信号零水位传感器ST4I1.0手动排水信号常开按钮SB6I1.1手动脱水信号常开按钮SB7I1.272.数字量输出部分全自动洗衣机控制系统的外部设备有进水电磁阀、排水电磁阀、正/反转洗涤电动机、蜂鸣器等。具体的输出分配如表4-2所示。表4-2输出地址分配信号名称元件名称元件符号地址编码进水阀控制信号进水电磁阀YA1Q0.0正转及脱水控制信号接触器KM1Q0.1反转控制信号接触器KM2Q0.2排水控制信号排水电磁阀YA2Q0.3报警信号报警蜂鸣器HAQ0.44.3I/0连接图图4-1I/O连接图8第5章流程图、梯形图、指令表5.1洗衣机工作流程图1.流程图⑴正常运行流程图正常运行流程图如图5-1所示。流程图描述:按下启动按钮,开始进水，使水位开关接通,进水到规定高度,2S后实现洗涤正转,并停止进水；洗涤正转30S后,停止2S,反转30S后,停2S。计数器加1,累计洗涤次数;若未满5次则重复进行洗涤,直至洗涤达到5次,开始排水。由于排水,水位降低,当水位低于规定下限水位时,零水位探测器接通,开始脱水,脱水30S后,计数器加1,脱水停止。然后再返回到进水动作重复上述过程3次,报警并停机。2.程序的构成这个程序只有自动方式。在自动方式下，PLC将运行已经设置好的程序和参数（用于全自动洗衣机一切都工作正常的情况下）。3.程序的下载、安装和调试将各个输入/输出端子和实际控制系统中的按钮、所需控制设备正确连接，完成硬件的安装。全自动洗衣机程序是由V4.0STEP7MicroWINSP5编程软件的指令完成。若要修改程序，先将PLC设定在STOP状态下,运行编程软件，打开全自动洗衣机程序，即可在线调试。9NYYNYNYYNYNYNY图5-1正常运行的流程图暂停2S洗涤反转30S暂停2S洗5次排水脱水30S脱水3次停机报警30S洗涤正转停止进水进水水满起动105.2梯形图111213145.3指令表151617结论本次课程设计，由PLC控制全自动洗衣机的控制程序主要由中间继电器、定时器和计数器组成。主要指令有比较指令、定时器指令，计数器指令等。重点在于