全自动洗衣机控制系统设计说明书.doc

个人收集整理 勿做商业用途机电工程学院课程设计说明书设计题目: 全自动洗衣机控制系统设计(三） 学生姓名： 学 号: 20094805 专业班级： 机制F09 指导教师： 2012年 12 月 08 日内容摘要本文介绍了采用可编程控制器作为核心控制部件的全自动洗衣机控制系统设计。对全自动洗衣机的控制系统进行了分析，在此基础上提出了基于PLC的全自动洗衣机控制方案，完成了进水系统、洗涤系统、排水系统、脱水系统、报警系统的设计，实现了强洗和弱洗洗方式的选择，以及高低水位的选择.本系统的特点是,灵活的选用了检测系统，对洗衣的方式、洗衣时的水位和进、排水是否完成等进行检测，并把检测到的信号传递给PLC。由PLC做为中心控制器，来完成进水、洗涤、排水、脱水等洗衣的过程，实现其全自动功能。关键词：全自动洗衣机；PLC；控制系统目 录第1章 前 言11。1设计内容11.2 控制要求1第2章 总体方案设计22。1 系统设计方案22.2 系统硬件配置及组成原理2第3章 PLC控制系统设计43.1 电动机主电路的设计43。2 确定I/O数量，选择PLC类型43.2.1 I/O数量的确定43。2。2 PLC类型的选择43。3 I/O地址分配53。4控制流程图63.5 I/O接线图73。6 控制程序梯形图83.7程序调试163.8控制程序语句表20结 论26设计总结27谢 辞28参考文献29第1章 前言1。1设计内容利用西门子PLC的S7200系列设计全自动洗衣机的控制系统。洗衣的方式(强洗、弱洗）、洗衣的水位选择(高水位洗衣、低水位洗衣）需要在将衣服放入洗衣机之后手动来选择。当选择了一种洗衣模式后，按下启动按钮,洗衣机就会自动完成进水、洗涤、排水、甩干、报警提示等整个洗衣过程。需要完成的内容：采用PLC控制,列出I/O点地址分配表；画出I/O接线图；绘制控制流程图；利用STEP-Micro/WIN32软件完成梯形图、指令表的程序设计与调试.1。2控制要求具体操作过程见全自动洗衣机控制流程图。动作要求如下：1。洗衣机的进水、排水分别由进水电磁阀和排水电磁阀执行。2.洗涤正转、反转由洗涤电动机驱动波盘正、反转来实现。3。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.4。洗涤完成由蜂鸣器报警.5。洗衣机通过高水位限位检测ST3、低水位限位检测ST2、零水位限位检测ST1来检测水位的高度位置。水位选择由一个按钮完成。洗涤方式选择也由一个按钮完成。用四个LED发光二极管来指示当前的工况状态。第2章 总体方案设计2。1 系统设计方案通常洗衣机洗衣服需要经历进水、洗涤、漂洗、排水、脱水等个过程,在全自动洗衣机中，整个过程全部由PLC控制来完成。全自动洗衣机的简单工作过程见洗衣机控制流程图。其中，洗衣的方式、洗衣的水位选择两个方面需要在将衣服放入洗衣机之后手动选择。当选择了一种洗衣参数后，按下启动按钮，洗衣机就会自动完成整个洗衣过程。在全自动洗衣机系统中，PLC主要实现以下功能：1检测功能（1）检测洗衣的方式:强洗或弱洗的选择。（2）检测洗衣时的水位:高水位或低水位的选择。（3)检测进水是否完成.（4）检测排水是否完成。2。 控制功能（1)控制进水、洗涤、排水、脱水等洗衣机的动作。（2）控制洗涤、脱水的时间长短。(3)控制洗涤的次数.（4）控制在洗衣机完成一个动作后到下一个动作的准确转换。（5）控制洗衣时的信号提示.2。2 系统硬件配置及组成原理选择西门子S7200系列PLC作为全自动洗衣机的控制主机.PLC主机具体型号的选择将在后面介绍。启动按钮用来控制全自动洗衣机开始工作.一般地，在用户将衣服放入洗衣机，且已经准备好开始洗衣服之后,按下启动按钮，全自动洗衣机开始洗衣.停止按钮用来控制运行中的全自动洗衣机停止工作。在洗衣服的过程中，用户需要停止洗衣机，就可以直接按下停止按钮，洗衣机即会停止工作。高低水位是指洗衣机在洗衣过程中，洗衣机筒内保持的水位高低，一旦选择了高水位，则在洗衣过程中的水位将保持系统设定下的两个水位中的相对高一点的水位。反之则是低水位。强洗/弱洗开关用来设置洗衣机洗衣服的模式，当选择强洗时，洗衣机自动按照强洗模式洗衣服。反之,按照弱洗模式洗衣。弱洗模式与强洗模式的选择必须在用户开始洗衣之前完成.高水位探测器用来检测洗衣机水位是否已经达到了高水位。采用数字量输出式水位探测器这样就可以直接将高水位探测器的输出送到PLC主机的数字量输入端口上。低水位探测器用来检测洗衣机水位是否已经达到了低水位.采用数字量输出式水位探测器直接将低水位探测器的输出送到PLC主机的数字量输入端口上。同样零水位探测器用来探测是否将水排干。进水电磁阀用来控制洗衣机的进水。当洗衣机需要外界进水时，PLC主机发出控制信号，进水电磁阀打开，水自动从外界送入洗衣机筒内,当水已经达到设定的水位时，PLC主机发出信号自动关闭进水电磁阀，同时控制洗衣机进入下一个洗衣步骤。电机正转接触器用于PLC主机控制洗衣机电机的正转。可以直接用PLC主机的数字量输出端口来连接电机正转接触器，在洗衣机洗衣服的过程中,电机正转与反转轮流进行。电机反转接触器用于PLC主机控制洗衣机电机的反转.可以直接用PLC主机的数字量输出端口来连接电机反转接触器。排水离合器用于PLC主机控制洗衣机机筒内水的排放。选用数字式离合器，可以直接用PLC主机的数字量输出端口来连接到排水离合器，当洗衣机在完成洗涤后，需要将机筒内的脏水排出机筒,PLC主机发出控制命令打开排水离合器，进行排水。洗衣机洗衣服的最后一道工序就是对衣服进行脱水，脱水电磁离合器用于PLC主机控制洗衣机进行脱水。脱水需要电机带动机筒旋转，有了电磁离合器后，就可以直接使用PLC主机的数字量输出端口来控制电磁离合器.在脱水过程不涉及电机的调速问题，因此，用PLC主机加电磁离合器这样一种比较简单的方式就可以完成控制任务。蜂鸣器用来提示洗衣机已经完成洗涤,采用电磁阀控制.对于各个洗衣程序中的指示灯也采用电磁阀进行控制.第3章 PLC控制系统设计3.1 电动机主电路的设计单相异步电动机是一种容量从几瓦到几百瓦、由单相交流电源供电的电动机，具有结构简单，成本低廉，运行可靠等一系列优点，因此广泛用于电风扇、洗衣机、电冰箱、吸尘器、医疗器械及自动化控制装置中。本设计选择单相异步电动机作为全自动洗衣机的驱动电机。如图 3-1为电动机主电路图。图31 电动机主电路图3。2 确定I/O数量，选择PLC类型3.2。1 I/O数量的确定全自动洗衣机控制系统为单机控制系统。 PLC的输入点,包括启动按钮、停止按钮、高低水位选择按钮、弱洗/强洗模式选择按钮、高水位探测器、低水位探测器，零水位探测器共7点；输出点包括进水电磁阀、电机正转接触器、电机反转接触器、排水离合器、脱水离合器、蜂鸣器接触器和四个指示灯接触器共10点。3.3。2 PLC类型的选择由I/O点数的多少可将PLC分成小型PLC、中型PLC和大型PLC。PLC按结构形式又可分为整体式和模块式两种.整体式PLC具有结构紧凑、体积小、重量轻、价格低等优点。一般小型或超小型PLC多采用这种结构。模块式PLC各模块做成插件式并组装在一个具有标准尺寸并带有若干插槽的机架内。模块式PLC配置灵活,装配和维修方便，易于扩展。一般大中型PLC都采用这种结构。由于此控制系统共7个输入点10个输出点，本设计选择小型、整体式西门子S7200系列的CPU224型主机的PLC，可以满足使用需求。它的主要特点是：14输入/10输出共24个数字量I/O点。13KB的程序和数据存储空间。6个独立的30KHZ的高速计数器，2路独立的20KHZ的高速脉冲输出.具有PID控制器。1个RS485通信/编程口。具有多点接口MPI(Multi Point Interface）通信协议具有点对点接口PPI（Point to Point Interface)通信协议具有自由通信口I/O端子排可以很容易地整体拆卸3。3 I/O地址分配如表31为全自动洗衣机PLC控制系统的I/O地址分配表。表31 I/O地址分配表控制信号信号名称元件名称元件符号地址编码输入信号启动信号常开按钮SB1I0.0停止信号常闭按钮SB2I0。1高低水位选择常开按钮SB3I0.2洗涤模式选择常闭按钮SB4I0.3高水位限位检测高水位检测传感器ST3I0.4低水位限位检测低水位检测传感器ST2I0.5零水位限位检测零水位检测传感器ST1I0.6输出信号 进水进水电磁阀YV1Q0.0电机正转接触器KM1Q0.1电机反转接触器KM2Q0。2排水排水电磁阀 YV2Q0.3脱水接触器 KM3Q0。4报警蜂鸣器 HAQ0.5进水指示进水指示灯HL1Q0.6洗涤指示洗涤指示灯HL2Q0。7排水指示排水指示灯HL3Q1.0脱水指示脱水指示灯HL4Q1.13。4 控制流程图根据控制要求,建立全自动洗衣机控制流程图,如图3-2，为全自动洗衣机的控制流程图。 图32 全自动洗衣机控制流程图3。5 I/O接线图I/O接线图是进行施工接线的主要技术文件，如图 33为全自动洗衣机控制系统的I/O接线图。图33 I/O接线图3。6 控制程序梯形图在可编程控制器中有多种程序设计语言，梯形图程序设计语言是最常用的一种程序设计语言。它来源于继电器逻辑控制系统的描述.在工业过程控制领域，电气技术人员对继电器逻辑控制技术较为熟悉,因此,由这种逻辑控制技术发展而来的梯形图受到了欢迎，并得到了广泛的应用。STEP7-Micro/WIN32软件是西门子S7200PLC的开发工具,主要用于开发程序，也可用于实时监控用户程序的执行状态。利用此软件对全自动洗衣机PLC控制系统进行程序设计如下：一.主程序梯形图 主程序主要实现以下几点主要功能：程序的起停控制；高低水位的选择；洗涤模式的选择;在实现以上要求之后，实现进水,洗涤，排水,脱水，报警等功能;同时控制指示灯指示当前工作状态.二洗涤子程序梯形图该程序段主要进行强洗或弱洗模式的选择。三。 强洗子程序梯形图该程序段主要执行强洗模式下的洗涤过程,即实现电机正转洗涤8秒,停止2秒，电机反转洗涤8秒，停止2秒。四.弱洗子程序梯形图 该程序段主要实现的功能是在选择弱洗工作模式后，电机正转洗涤2秒，暂停3秒，电机反转洗涤2秒，暂停3秒的功能。3。7 程序调试使用STEP7Micro/WIN模拟器进行本程序的调试。调试方法如下：1。将在Step7MicroWin中编译正确的程序在文件菜单中导出为AWL文件；2.打开仿真软件，点“配置”“CPU型号”，然后选择CPU 224；3.点“程序-“载入程序”； 4。选择Step7MicroWin的版本；5。将导出的AWL文件打开；6。点“PLC“运行”,开始调试程序;下面是高水位强洗模式下的运行情况： 按下I0。0按钮启动程序，然后分别按下高/低水位选择按钮I0。2（选择高水位）和强/弱洗选择按钮I0.3（选择强洗）.此时Q0。0进水电磁阀打开,开始进水，同时Q0。6进水指示灯亮。进水结束按下I0.4(模拟水到位自动闭合)，Q1.0洗涤指示灯亮，Q0。1电机正传接触器闭合，电机正传8s。暂停2s后Q0.2电机反转接触器闭合，电机反转8s，暂停2s.洗涤过程循环5次后洗涤结束.Q0。3排水电磁阀打开，开始排水，Q1.1排水指示灯亮。排水结束按下I0。6零水位检测（模拟水排干自动闭合）,开始脱水，Q0.7脱水指示灯亮，电机正传接触器Q0。1闭合，电机正转10s。脱水结束蜂鸣器Q0。5亮，报警5s，洗涤结束。具体运行情况如下：图3-4 高水位强洗模式选择图3-5 进水图36 电机正转8s图37 电机反转8s图3-8 排水图39 脱水10s图3-10 3。8 控制程序语句表一、主程序语句表二、子程序语句表三、强洗子程序语句表四、弱洗子程序语句表结 论此PLC控制系统可以实现全自动洗衣机的控制要求。洗衣机的进水、排水分别由进水电磁和排水电磁阀执行。洗涤正转、反转由洗涤电机驱动拨盘正、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，洗涤电机正转进行甩干。洗涤完成由蜂鸣器报警,洗衣机通过高水位限位检测ST3，低水位限位检测ST2,零水位限位检测ST1来检测水位的高度位置。水位选择由一个按钮完成。洗涤方式选择也由一个按钮完成，用四个LED发光二极管来指示当前的工况状态等一系列的要求可以实现.当然，此设计也存在一些不足之处，随着要求的日益提高还有待于进一步完善.设计总结经过一个多星期的努力终于完成了本次课程设计，但是现在回想起来做课程设计的整个过程,颇有心得，其中有苦也有甜,从困苦中学到了很多知识.课程设计是培养学生综合运用所学知识，发现,提出，分析和解决实际问题，锻炼实践能力的重要环节.是对我们实际工作能力的具体训练和考察过程。这次课程设计是为毕业设计做最后一次准备，引起了我的十分重视。本次课程设计要求完成全自动洗衣机的PLC控制系统设计。为了更好地完成这次课程设计,我再次认真的复习了机电传动与控制这门课程，对课本中的电动机结构、类型与工作原理以及继电器接触器控制尤其是PLC控制有了进一步的了解。在设计系统的过程中遇到了很多的困难，因为比起其他的PLC设计，洗衣机的系统程序比较复杂一些 。我找了很多关于洗衣机控制系统的资料，首先对全自动洗衣机的洗衣过程有所了解，对全自动洗衣机工作流程进行设计，然后根据课题的控制要求决定I/O设备及分配；接下来最困难的步骤就要数编程了,编程的过程中有许多不懂的地方，所设计的程序也有很多缺陷.经过老师耐心的指导,与同学的互相交流，我一次次修改并完善了程序。控制系统的设计是复杂的，也许会有许多不了解或不懂的地方，但是我们用自己的力量去解决问题，在这一过程中，我们不但增长了知识,也体会到了快乐.随着科学技术发展的日新月异,PLC已经成为空前活跃的领域，在生活中无处不在，因此对于我们专业的学生来说掌握PLC技术是十分重要的，对我们将来从事本行业打下一定基础。虽然课程结束了,但是极大的锻炼了我实际工作的能力，最重要的就是老师经常提的设计理念，在整个过程中给我们贯穿的设计思想。在这过程中不乏遇到困难，但是在王老师的指导和与其他同学的讨论下 ，自己终于圆满完成了课程设计。谢 辞在做课程设计之前的确觉得困难比较多，我深感对于平时学的知识掌握得不够扎实，真是万事开头难，不知道如何入手.最后终于做完了有种如释重负的感觉.在此要特别感谢我们的指导老师王宗才老师对我们悉心的照顾和给我们的极大的帮助。在设计过程中，我通过网上查阅大量有关资料，与同学交流和自学，并向老师请教等方式，使自己学到了不少知识，也经历了不少艰辛，但收获同样巨大。在整个课程设计过程中王老师对我的疑惑进行了详细的讲解，指出了我的许多不足之处，同时又给我提出了很多宝贵的指导意见。王老师平时对我们一向非常严格，我们虽然有点惧怕他，但是能深深感受到他对我们的认真负责。有时候王老师来到教室一坐就是一上午，周围始终围着一帮同学问问题，老师讲解了整整一上午，已经十二点多了才回家休息，晚上天已经黑了老师还没有离开教室,对此老师却是乐此不疲。正是由于老师这样精心的指导以及课堂上对我们知识的传递，才使我最终顺利完成这次课程设计,再此一定要说一声：王老师，您辛苦了！此外，我要感谢我周围的同学，在课程设计中遇到困难时给了我极大帮助。一个人的力量总是不够的，你们让我明白了团队合作的重要性，在整个探讨的过程中也进一步加深了我们之间的情谊。同时也借此机会感谢你们在平时生活中对我的帮助。最后要感谢我的母校河南工业大学，精心为我们制定培养计划，每学期都为我们安排这样的课程设计，为我们走向工作岗位打下了坚实基础.参考文献1 王宗才.机电传动与控制。北京:电子工业出版社，20112 程周。电气控制与PLC原理及应用M.北京:电子工业出版社，20033 廖常初。PLC编程及应用.北京:机械出版社，20024 弭洪涛。可编程序控制器（PLC）原理及应用。北京：中国水利水电出版社，19995 邓星钟.机电传动控制。武汉:华中科技大学出版社，20076 陈建明。电气控制与PLC应用.北京：电子工业出版社，20107 蒋金周.全自动洗衣机的PC智能控制J。机电一体化,20048 孙振强.可编程序控制器原理及应用教程.北京：清华大学出版社，2003