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PLC在全自动洗衣机控制系统中的应用

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PLC在全自动洗衣机控制系统中的应用

目 录

1 控制目的与要求 3
2 洗衣机的工艺流程 3
2。1 衣机的工作过程 3
2.2 全自洗衣机的PLC控制系统的构成 3
3 总体方案设计 4
4 洗衣机硬件电路设计 5
4.1 洗衣机的硬件连接图设计 5
4。2 洗衣机的元件选择和I/O点分配 6
5 软件设计 7
6 组态界面设计 9
7 安装调试过程 10
7.1 InTouch与PLC的通信 10
7.2 PLC程序调试 11
7.3 组态界面调试 11
9 测试结果分析 14
10 心得体会 14
附录1 15
附录2 全自动洗衣机LAD程序 18

PLC在全自动洗衣机控制系统中的应用

1 控制目的与要求
根据全自动洗衣机的控制系统要求，设计一控制系统，该系统应保证安全、可靠运行的情况，实现计算机自动监控运行.
2 洗衣机的工艺流程
2。1衣机的工作过程
（1) 该种洗衣机的进水和排水分别由进水电磁阀和排水电磁阀来执行。进水时，通过电控系统是进水阀打开，经进水管将水注入到外桶。排水时,通过电控系统使排水阀打开，将水由外桶排到机外。
（2) 洗涤正转、反转有洗涤电动机驱动波盘正、反转实现，此时脱水桶并不旋转。脱水时,通过电控系统将离合器合上,由洗涤电动机带动内桶正转进行甩干。
(3） 高、中、低水位开关分别用用来检测高、中、低水位.启动按钮用来启动洗衣机工作.
（4） 停止按钮用来实现手动停止进水、排水、脱水及报警.排水按钮用来实现手动排水。脱水按钮用来实现手动脱水。
2。2全自洗衣机的PLC控制系统的构成
全自动洗衣机的洗衣桶（外桶）和脱水桶(内桶）是以同一中心安放的。外桶固定，作盛水用.内桶可以旋转，作脱水(甩干)用。内桶的四周有很多小孔,室内外桶的水流相通。

图1 全自动洗衣机外形结构简图
3 总体方案设计
通过对全自洗衣机的控制要求分析,主体控制设备选用PLC,它具有强大的数字处理功能，同时也可以作为开关量的输入、输出控制。我选择的是西门子的S7—200， 工作过程可以看成下图:

图2 洗衣机工作过程图
根据控制目的和要求,经过仔细分析各种因素，制定了整体的设计方案:以西门子的PLC（S7-224CN)为核心，完成对输入输出点的控制。监控系统通过MODBUS通信协议与PLC（S7—224CN)进行I/O点的通信。输入部分包括：启动/停止按钮输入；输出部分包括:装料和卸料的控制,电机的正转与反转的控制。模块框图如图3所示。

根据设计要求综合各方面考虑，本设计所要实现的功能就是用PLC控制洗衣服的全过程，同时还可以通过计算机对它进行监控。在此的基础上我对本设计的大体思路做了如下的方框图设计，也即大的四个部分输入控制部分，输出控制部分，PLC和计算机.其中PLC和计算机通过MODBUS进行连接和控制。

图3 洗衣机总体设计方案
(1）根据洗衣机的控制要求分析,采用PLC控制原理，计算机由InTouch软件实现，PLC使用S7-200 CPU 224CN
（2)由西门子编程语言LAD、FBD或STL 编制控制程序,并由其完成控制要求。
（3）通过工控机与PLC进行通讯连接控制PLC，通过MODBUS协议建立PLC控制屏与InTouch监控界面的连接，用InTouch监控界面显示洗衣机的动态工作过程。
4 洗衣机硬件电路设计
4.1 洗衣机的硬件连接图设计
(1）为了系统安全、可靠、稳定地运行,主电路由隔离开关QS，熔断器FU,接触器KM的主触点，热继电器FR的热元件与电动机构成，如图3：

图4 主电路
（2）控制电路由总停开关,启动按钮，停止按钮、手动排水按钮,手动脱水按钮，中间继电器线圈及常开辅助触点，接触器的线圈及常开辅助触点及熔断器构成。系统PLC控制电路如图4所示

图5 PLC控制电路

4.2 洗衣机的元件选择和I/O点分配

表1 全自动洗衣机控制元件选择
序号
器件名称
型号规格
数量
厂商
1
继电器
SSR-D205W
5
北京灵通
2
指示灯
XB2BVB3C
2
施耐德
3
熔断器

2

4
隔离开关

2

5
PLC电源

1

主电源

1

6
接触器
LC1-D5011
5
施耐德
7
PLC 主机
S7—200
1
西门子
8
普通PC机
方正电脑
1
方正集团
9
组态软件
INTOUCH
1
WONDERWARE
10
电动机

1

表2 PLC的I/O控制点分配
输入
按钮
输出
设备
I0.0
启动按钮
Q0.0
电动机正转
I0。1
停止按钮
Q0。1
电动机反转
I0。2
排水按钮
Q0.2
进水电磁阀
I0。3
脱水按钮
Q0.3
排水电磁阀
I0。4
高水位
Q0。4
脱水电磁阀
I0。5
中水位
Q0.5
报警指示灯
I0。6
低水位
Q0。6
运行指示

5 软件设计
洗衣机控制程序流程图如下:

图6 全自动洗衣机程序流程图
本设计使用梯形图:
梯形图是用得最多的可编程序控制器图形编程语言，梯形图与继电器控制系统的电路图很相似，又有直观易懂的优点，很容易被工厂熟悉继电器控制的工作人员掌握,特别适用于开关量逻辑控制,有时把梯形图称为电路或程序。 （梯形图程序见附录2)

6 组态界面设计
根据设计要求，用InTouch组态软件设计出的全自动洗衣机的监控界面，她包括一些指示灯，手动操作按钮，报警设备等。其界面设计如图8所示.

图7 洗衣机InTouch监控界面
通过监控界面可以控制洗衣机的启动停止，进水排水；可以根据指示灯显示洗衣机的进水，排水，正转反转洗涤，和甩干工作状态.设计中使用的标记名如下表:
表3 InTouch设计中定义的标记名
序号
标记名
类型
访问名
项目
注释
1
jinshui
I/O
myk
000001
进水电磁阀
2
paishui
I/O
myk
000002
排水电磁阀
3
zhengzhuan
I/O
myk
000003
电动机正转
4
fanzhuan
I/O
myk
000004
电动机反转
5
liheqi
I/O
myk
000005
离合器
6
start
I/O
myk
010001
洗衣机开
7
stop
I/O
myk
010002
洗衣机关
8
paishui
I/O
myk
010003
排水按钮
9
diwei
I/O
myk
010004
低水位
10
gaowei
I/O
myk
010005
高水位
7 安装调试过程
7。1 InTouch与PLC的通信
InTouch与PLC通讯是通过MODBUS 协议。通过此协议，控制器相互之间、控制器经由网络（例如以太网)和其它设备之间可以通信.MODBUS RTU功能是通过指令库中预先编好的程序功能块实现的。InTouch与PLC通讯结构示意图如图所示：
InTOUCH组态
I/O SERVER （MODBUS协议）
S7-200 PLC

图8 InTouch与PLC通讯结构图
其中，设置MODBUS的连接端口和访问名时，访问名要与InTouch中设置的访问名一致。
7.2 PLC程序调试
在控制软件编写完成后，进行编译，反复修改错误，编译没错误后将PLC置于STOP，下载程序到PLC，然后将PLC置于RUN,检查PLC是否按要求工作。如果不按要求工作，检查梯形图,修改程序，反复调试，直到达到要求。这里用一个西门子的仿真软件，对所要控制的输入点进行模拟,对输出点观察，看是否按要求步骤工作.西门子的仿真软件界面如图:

图9 西门子的仿真软件界面
程序符合工作要求后将PLC程序下载到PLC上，并用InTouch监控界面开始监控洗衣机工作状态。
7。3 组态界面调试
画好组态界面以后，分别设置各部分的变量，设置好后切换到运行状态看能否按设计要求显示,达到要求后建立通讯项目,准备与PLC建立连接。 InTouch部分状态图如下：

图10 运行开始进水到一定水位

图11 洗涤一个循环排水时

图12 排水完毕开始脱水

图13 洗涤结束报警3s
8 调试中遇到的问题及解决办法
InTouch是Wonderware FactorySuite的一个组成部分，实际要完成一些大的工业项目，还需要结合其他的软件,如和设备通信的IO Server和DA Server.
在PLC与InTouch组态软件连接时，一定要是它们之间所设置的访问名一致，并要注意观察InTouch监控界面其工作状态显示情况。
9 测试结果分析
按下开始按钮，电源、进水指示灯变亮，进水电磁阀打开,开始进水，液位到一定高度，高位指示等变亮，停止进水.正转→停止→反转，然后排水,排完后低位指示灯亮，停止排水,排水阀关闭.
10 心得体会
在这次培训中遇到的问题有可编程控制器使用方面的问题、脚本程序编写的问题、组态软件的使用问题以及上位机与下位机的通信等一些问题。通过这些问题使自己的控制系统设计水平有很大提升。
通过这次ASEA助理工程师培训和这个全自动洗衣机控制设计过程,使我对InTouch组态，PLC控制,过程控制，自动控制有了一个系统化的理解，学会了使用组态软件InTouch做监控界面，学会使用西门子S7-200型PLC的进行一般的工程设计，熟悉了一个项目详细的设计过程，对以往所学知识进行了很好的巩固和加深,并对以后的学习和发展有很好的指导作用，增强了自己的动手能力和实践经验。

附录1
PLC在全自动洗衣机控制系统中的应用

一、工程原理
（1)全自动洗衣机的工作原理
普通洗衣机的 工作流程由进水、洗衣、排水和脱水4个过程组成。在半自动西在中，这4个过程分别用相应的按钮开关来控制。全自动洗衣机中，这4个过程和做到全自动依次运行，直至洗衣结束.
自动洗衣机的进水、洗衣、排水和脱水是通过水位开关、电磁进水阀和电磁排水阀之间相互配合来实现自动控制的。水位开关用来控制洗衣机内的高、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,洗涤电动机起动；脱水时,脱水桶起动。
（2）工作过程
全自动洗衣机对控制系统的要求是能实现“正常运行”和“强制停止"两种控制方式.
“正常运行”方式的控制要求如下:
1） 将水位通过水位选择开关设在合适的位置（高、中、低），按下“起动”按钮，开始进水，达到设定的水位（高、中、低）后，停止进水。
2） 进水停止2秒后开始洗衣。
3） 洗衣时，正转20s,停2s，然后反转20s，停2s。
4） 如此循环共5次，总共220s后开始排水，排空脱水30s。
5） 然后再进水，重复1）-4）步,如此循环共3次。
6） 洗衣过程完成，报警3s并自动停机.
“强制停止”方式的控制要求如下：
1） 若按下“停止”按钮，洗衣过程停止，即洗涤电动机和脱水桶转，进水电磁阀和排水电磁阀全部闭合.
2） 可用手动排水开关和手动脱水开关进行手动排水和脱水。
二、控制要求
要求采用PLC作为控制中心，采用触摸屏或上位机（组态软件编程)监控。
1。 控制系统应有防止误操作的电路联锁和保护功能。
2。 操作界面要求有动作效果,可以显示操作的进度。
3. 检测、控制信号要准确，安全、可靠。
三、硬件设计
根据控制要求，主控设备选用PLC，作为开关量的输入、输出控制。输出采用继电器隔离，通过继电器控制电机的接触器，控制电机的启动和停止。利用通用的组态软件生成一个动态的的实时监控界面。
四、软件设计
① PLC控制程序编写
根据控制要求，使用梯行图、顺序功能图或结构文本编写PLC控制程序，各功能之间要有连锁。 程序只有满足一定条件下，才能运行.
② Intouch组态软件程序编写
控制按钮和参数设置可以通过Intouch组态监控界面实现。

工 程 设 计

一、功能分析（可另附页）

二、总体方案（可另附页）

三、硬件电路图（可另附页）

四、软件设计
1、控制流程图
2、PLC软件设计
3、上位机软件设计（INTOUCH程序)

附录2 全自动洗衣机LAD程序

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