基于plc的全自动洗衣机控制系统设计.pdf

本科生毕业设计说明书（毕业论文）题 目：基于PLC的全自动洗衣机控制系统设计学生姓名：学 号：20专 业：电气工程及其自动化班 级：电气1班 指导教师：李授基于PLC的全自动洗衣机控制系统 摘要本文是利用可编程控制器PLC实现了对洗衣机的全自动控制，且说明了 PLC控制 的原理方法，优点和特点及控制洗衣机的特色。本文在介绍了洗衣机结构的同时，又对 全自动洗衣机的控制系统进行了非常全面分析，并在此基础上提出基于PLC的全自动洗 衣机控制方案，且对实施方案进行了论证，根据洗衣机的工作原理从而对程序及其流程进 行了设计,该系统具有智能化程度高、安全可靠和运行稳定等特点。对电磁阀，按钮，开关 等其它一些输入/输出点进行控制，从而实现了洗衣过程的自动化，并实现了多台控制。由于每遍的洗涤、排水、脱水的时间由PLC内定时器控制，所以只要改变定时器参数就 可以改变相应的控制时间。关键词：可编程序控制器(PLC);自动控制；变频器；洗衣机内蒙古科技大学毕业设计说明书（毕业论文）PLC in the application of full-automatic washing machine AbstractThis paper is the use of programmable controller PLC realizes the automatic control of the washing machine,but you ask clear the principle of PLC control method,the ad vantages and characteristics and the control characteristic of the washing machine.This article introd uces the structure of the washing machine at the same time,and fully automatic washing machine control system for the very comprehensive analysis,and on the basis of fully automatic washing machine control scheme based on PLC is put forward,and the implementation plan,accord ing to the washing machine working principle and application and its process of d esign,the system has a high intelligent d egree,safe and reliable and stable operation,etc.Some of solenoid valves,buttons,switches and other input/output point to control,so as to realize the automation of the washing process,and many sets of control could be achieved.Because every time wash,d rainage and d ehyd ration time timer control by PLC,so just change the timer parameters can control time accord ingly.Key words:programmable controller(PLC);The automatic control;The inverter;The washing machine内蒙古科技大学毕业设计说明书（毕业论文）目录摘要.IAbstract.II第一章绪论.51.1课题背景与意义.51.2 全自动洗衣机简介.61.3 全自动洗衣机控制技术的现状与发展.81.4 本文主要的工作.9第二章概述.102.1 PLC的控制特点.102.2 控制系统框图.112.3 控制系统对应设备及功能.12第三章硬件的设计.133.1 外部设备的选择.133.2 变频器.143.3电动机.163.4 可编程控制器的选择.183.5 PLC外部接线图.19第四章软件的设计.254.1 I/O分配表.254.1.1 输入地址分配表.254.1.2 输出地址分配表.26ill内蒙古科技大学毕业设计说明书（毕业论文）4.1.3 内部元件地址分配表.274.2 系统流程图.284.2.1 强制停止流程图.284.2.2 正常运行流程图.284.2.3 去抖动程序流程图.304.3 程序设计.304.3.1 PLC控制顺序功能图.304.3.2 系统梯形图.314.3.3 系统指令语句表.39第五章 程序运行过程分析.45第六章总结与展望.466.1总结.466.2全自动洗衣机的展望.47参考文献.49课程设计体会.50IV第一章绪论1.1 课题背景与意义自19世纪中叶，美国人史密斯研制出世界上首台洗衣机至今，洗衣机的发展已 经历了一个多世纪。1910年世界上第一台电动洗衣机问世，标志着人类家务劳动自动 化的开始。1922年世界上第一台搅拌式洗衣机在美国诞生。1937年世界上第一台全自 动滚筒式洗衣机投放市场。1957年三洋公司推出世界上第一台涡流式波轮洗衣机。从 此，确立了搅拌式、滚筒式和波轮式三种工作方式洗衣机三足鼎立天下的局面。20世纪60年代以后，洗衣机在一些发达国家的普及率迅速上升。70年代，日本生产出波轮式套桶全自动洗衣机。70年代后期，日本又生产出微电脑控制型波轮 式套桶全自动洗衣机。80年代后，“模糊控制”开始应用于洗衣机，生产出智能型模 糊控制洗衣机，使洗衣机的功能更加完善，其洗衣程序更随人意，其使用操作更简单化。进入90年代，由于电机调速技术的提高，实现了洗衣机宽范围大调速比的转速变换与 调节，诞生了各种新水流洗衣机。20世纪末到21世纪初，变频洗衣机问世，使洗衣 机的功能更具人性化，实现了真正意义上的智能化控制。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。本文在PLC控制系统设计中，主要增加了水位 选择、工作流程选择和工作模式，并且在电机正反转以及转速方面运用了西门子M440 变频器控制，这样既提高了系统的稳定性又实现了节能措施。本次设计基于PLC的全自 动洗衣机控制，本文的课题源于市场上洗衣机产品。采用PLC控制开发的周期短，开发 成本低，可以直接用于工业现场控制。PLC控制具有实时性、信号处理时间短、速度快、更能满足各个领域大、中、小型工业控制项目，可靠性高，丰富的I/O卡件，质优价廉,5性价比高，安装简单，维修方便，PLC控制能在高粉尘、高噪声、强电磁干扰和温度变 化剧烈的环境下正常工作。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设计的灵活性及控制系统的可靠性。本设计以操作 简单、使用可靠、维护修理方便作为主要设计方向。1.2 全自动洗衣机简介全自动洗衣机的工作过程一般包括启动、进水、洗涤、排水和脱水等功能。本文 所设计为有水位选择、工作流程选择、工作模式以及温度选择的全自动洗衣机，这样用 PLC控制的全自动洗衣机的洗涤动作控制程序要求增加洗涤水位选择、控制方式选择 等。在实现控制过程中，各种采样信息都是通过控制中心进行各种判断、比较和选择，再经信息线路反馈给洗衣机各控制执行机构，决定洗衣机的工作状态。PLC在系统中 是处于中心位置，水位开关是PLC的输入信号控制开关，进水阀、排水阀和电机是洗 衣机各种动作的执行机构，其中进水阀和排水阀由PLC给定信号来决定其工作状态；电机的工作状态也由控制中心PLC给定信号送给变频器来决定的，而电机的正反转状 态直接决定了洗衣机的洗涤状态和脱水状态。全自动洗衣机的工作过程包括启动、进水、浸泡、洗涤、排水和脱水等功能。在 实现控制过程中，各种采样信息都是通过控制中心进行各种判断、比较和选择。再经信 息线路反馈给洗衣机各控制执行机构，决定洗衣机的工作状态。如图1.1所示，由PLC 控制洗衣机各种动作典型的系统控制图1.1：6排水阀图1.1由图可知，按下启动按钮，PLC上电。然后依次选择工作流程、洗衣模式、温度等，PLC便通过设定的程序运行，PLC在系统中是处中心位置，水位开关是PLC的输入 信号控制开关。进水阀、排水阀和电机是洗衣机各种动作的执行机构。其中进水阀和排 水阀由PLC给定信号来决定其工作状态；电机的工作状态也由控制中心PLC给定信 号送给变频器来决定的，而电机的工作转状态直接决定了洗衣机的洗涤状态和脱水状 态。洗衣机的应用现在比较普遍。全自动洗衣机的实物示意图如下图1.2所示。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（甩水）用。内桶的四周有很多小孔，使内外桶的水流相通。该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 使进水阀打开，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 由外桶排出到机外。洗衣机水温通过调整蒸汽阀开度来控制，利用热电偶传感器检测水 温，运用PID算法保持恒温。洗涤正转、反转由洗涤电动机驱动波盘正、反转来实现,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。高、中、低水位开关分别用来检测高、中、低水位。启动按钮用来启动洗 衣机工作。停止按钮用来实现手动停止进水、排水、脱水及报警。全自动洗衣机是通过水位开关与电磁进水阀配合来控制进水、排水以及电机的通断：从 而实现自动控制的。电磁进水阀起着通、断水源的作用。当电磁线圈断电时，移动铁芯 7在重力和弹簧力的作用下，紧紧顶在橡胶膜片上，并将膜片的中心小孔堵塞，这样阀门 关闭，水流不通。当电磁线圈通电后，移动铁芯在磁力作用下上移，离开膜片，并使膜 片的中心小孔打开，于是膜片上方的水通过中心小孔流入洗衣桶内。由于中心小孔的流 通能力大于膜片两侧小孔的流通能力，膜片上方压强迅速减小，膜片将在压力差的作用 下上移，闭门开启，水流导通。水位开关实际上是一个压力开关。气室的入口与洗衣桶 中的贮气室相联接。当水注入洗衣桶后，贮气室口很快被封闭，随水位上升，贮气室的 水位也上升，被封闭的空气压强亦增大，水位开关中的波纹膜片受压而胀起，推动顶杆 运动而使触点改变，从而实现自动通断。图1.2全自动洗衣机系统结构图1.3 全自动洗衣机控制技术的现状与发展在洗衣机控制方面，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 8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。1.4 本文主要的工作本课题需研制出可靠性高、易于操作的全自动洗衣机控制方法，该系统采用PLC控 制，主要包括电动机正反转控制、变频器控制、进排水电磁阀控制、循环控制、保护和 联锁。研究的具体内容包括：（1）深入了解洗衣机的发展、结构及控制要求。（2）控制系统设计。包括硬件设计，PLC的选择，变频器的选择，各硬件模块的介 绍，软件设计，编程方法。（3）对编写好的编译程序进行实际调试。9第二章概述2.1 PLC的控制特点PLC系统的特点：1）可靠性高，PLC作为一种通用的工业控制器，它必须能够在各种不同的工作环 境中正常工作。对工作的环境要求较低，抗外部干扰能力强，平均无故障时间长。2）使用方便灵活，PLC采用了基本单元扩展或者是模块化的结构形式，因此，输 入/输出信号的数量，形式，驱动能力等都可以根据实际控制要求进行选择与确定，而 且在需要时可以随时更换，近年来，PLC的特殊模块增多这些可以满足不同的控制要求,使PLC的使用更加灵活与多变。3）编程简单，PLC的优越性主要体现在它采用了独特的，多种面向广大工程设计 人员的编程语言，如指令表，梯形图，逻辑功能图，顺序功能图等，程序简洁，明了适 合各类技术人员的传统习惯，即使是没有计算机知识的人员也很统一掌握，特别是梯形 图与逻辑功能图，形象直观，动态监测效果逼真，且与计算机控制容易。单片机系统的缺点：1）要求环境，单片机对环境的适应能力较低，可靠性差。2）编程和PLC相比难以学习，主要是单片机采用汇编语言或者是C语言，这些高 级语言和PLC语言相比，难以学习。3）功能单一只具有使用中所需要的功能。典型的PLC控制系统的硬件组成框图如图2.1所示：10电源内部设备输出接口PLC外部输出图2.1典型的PLC控制系统的硬件组成框图2.2 控制系统框图此次设计根据全自动洗衣机的工作原理，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。利用可编程控制器PLC实现控制,用于说明PLC控制的原理方法,特点及工作特色。此次 全自动洗衣机控制系统设计利用了西门子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。根据以上要求PLC 的控制系统框图如下图2.2o11S7-200PLC图2.22.3 控制系统对应设备及功能根据控制过程中的进水、洗涤、脱水、报警等控制要求，对控制所需的外部设备初步设计如下对应外部设备对应输出设备启动按钮进水电磁阀停止按钮排水电磁阀水位选择开关（高水位）洗涤电动机正转水位选择开关（中水位）洗涤电动机反转水位选择开关（低水位）脱水桶手动排水开关报警器手动脱水开关高水位传感器中水位传感器低水位传感器水排空传感器去抖开关12第三章硬件的设计3.1外部设备的选择本系统是一个通过PLC控制实现的全自动系统，需要用到的传感器或控制阀如下：水位传感器水位检测的精度直接影响洗净度、水流强度、洗涤时间等参数。对于PLC控制的洗 衣机,要求水位的检测必须是连续的,谐振式水位传感器是利用电磁谐振电路LC作为传 感器的敏感元件，将被测物体的变化转变为LC参数的变化，最终以频率参数输出。其工 作原理是将水位的高低通过导管转换成一个测试内腔气体变化的压力，驱动内腔上方的 一块隔膜移动,带动隔膜中心的磁芯在某线圈内移动,从而线圈电感发生变化。由此引起 谐振电路的固有频率随水位变化。故常采用谐振式水位传感器。进水阀、排水阀进水电磁阀是安装在自动洗衣机上的水源控制开关。洗衣机多用具有一定压力的自来水 为水源，所以使用的进水电磁阀通常为动作式电磁阀。当线圈不通电时，金属阀芯在弹 簧弹力的作用下，将橡皮膜片中心孔紧紧堵住，这时水经橡皮膜片上的平衡小孔进入金 属阀芯侧气室形成水压，而使橡皮膜压住出水口，使阀处于关闭状态；当线圈通电时，产生的电磁力克服弹簧力而使金属阀芯离开橡皮膜，这时膜的中心孔开通，又因中心孔 远大于平衡小孔，因此金属阀芯侧气室水压低于进水压力，在该压力差的作用下，橡皮 膜向阀芯方向移动，打开出水口，进水阀则处于开通状态。排水电磁阀与其类似.通过 水位开关与电磁进水阀配合来控制进水、排水以及电机的通断：从而实现自动控制的。电磁进水阀起着通、断水源的作用。当电磁线圈断电时，移动铁芯在重力和弹簧力的作 用下，紧紧顶在橡胶膜片上，并将膜片的中心小孔堵塞，这样阀门关闭，水流不通。当电磁线圈通电后，移动铁芯在磁力作用下上移，离开膜片，并使膜片的中心小孔打开,于是膜片上方的水通过中心小孔流入洗衣桶内。由于中心小孔的流通能力大于膜片两侧 小孔的流通能力，膜片上方压强迅速减小，膜片将在压力差的作用下上移，闭门开启，水流导通。水位开关实际上是一个压力开关去抖开关洗衣机工作过程中抖动通常原因：洗涤的衣物分布不均匀。去抖控制原理：当洗 13衣机运行出现震动时，去抖开关闭合，停止运行并开始排水，水排空后重新进水到设定 水位，重新运行。（4）报警器3.2变频器本系统采用西门子M440变频器。M440变频器具有默认的工厂设置参数，它是众多简单 的电动机控制系统选择的理想变频驱动装置，由于M440变频器具有全面而完善的控制 功能，包括U/F控制、二次方U/F控制、可编程多点设定U/F控制、磁通电流控制、无 测速矢量控制，在设置相关参数以后它也可用于更高级的电动机控制系统。M440变频器 既可用于单机驱动系统，也可集成到自动化系统中。M440变频器主要特性：易于安装、调试；牢固的EMC设计；可由IT中性点不接地电源供电，且电缆连接简便；（4）对控制信号的响应是快速和可重复的；易于参数设置，参数设置的范围很广，可对广泛的应用对象进行配置；（6）具有多个继电器输出，多个模拟量输出（020mA）；6个带隔离的数字输入，并可切换为NPN/PNP接线；（8）2 个模拟输入：AINl（0-10V,。20mA 和一1010V）和 AIN2（。10V,。20mA）；2个模拟输入可以作为第7和第8个数字输入；BiCo（二进制互联连接）技术;模块化设计，配置非常灵活；（11）脉宽调制的频率高，因而电动机运行的噪声低；详细的变频器状态信息和全面的信息功能；有多种供用户选用的可选件，包括与PC通信的通信模块、基本操作面板（B0P）、高 级操作面板（A0P）以及与现场总线的PR0FIBUS通信模块。M440变频器的性能特征：具有矢量控制功能，包括无传感器矢量控制（SLVC）和带编码器的矢量控制（VC）；具有U/F控制性能：磁通电流控制（FCC）改善了动态响应和电动机的控制特性多 14点U/F特性；具有快速电流限制（FCL）功能，避免运行中不应有的跳闸；内置的直流注入制动以及复合制动功能改善了制动特性；对于外形尺寸为AF的M440变频器，具有内置的制动单元；（6）加速/减速斜坡特性具有可编程的平滑功能，包括起始和结束段带平滑圆弧，及起始 和结束段不带平滑圆弧；具有比例、积分和微分（PID）控制功能的闭环控制；各组参数的设定值可以相互切换，包括电动机数据组、命令数据组和设定值信号源;具有自由功能块；具有动力制动的缓冲功能，定位控制的斜坡下降曲线。保护特性：具有过电压/欠电压保护；具有变频器过热保护；具有接地故障保护；（4）具有短路保护，以及I*I*t电动机过热保护；PTC/KTY电动机保护。变频器控制参数设置表3.1和3.215表3.1 控制端口开关操作控制参数参数号出厂值设置值说明P000311用户访问标准级P000407命令和数字I/OP070022命令源选择端子 排输入P000312用户访问扩展级P070111数字输入端1通，正转P070212数字输入端2通，反转P0703117选择固定频率P0704117选择固定频率P0705117选择固定频率P000311用户访问标准级P0004010设定值通道，斜 坡函数发生器P100023选择固定频率设定 值P1001010设置固定频率1P1002530设置固定频率2P10031050设置固定频率3P1120105斜坡上升时间P1121105斜坡下降时间3.3电动机电机是全自动工业洗衣机的执行元件，其作用不言而喻,电机的选择和设备的要求相 关,对于全自动工业洗衣机，选择电机主要看两个方面：1转速要求全自动工业洗衣机对转速要求比较高，洗涤-均布-中脱-高脱.电机的极数就是其转速 16最好的反应.极数反映出电动机的同步转速,2极同步转速是3000r/min,4极同步转速时 1500r/min,6极同步转速是1000r/min,8极同步转速是750r/min.而全自动工业洗衣机的最 高转速是6 30r/min.所以极数并不存在问题，而如果转速要求在1000r/min以上的话，那么8 极的电机就不合适了.2扭力的要求全自动洗衣机对扭力的要求比较高，不同容量的洗衣机，其扭力要求也不同，通俗一点讲,扭力就是电动机的力量.在所有的型号当中,100KG全自动工业洗衣机所承载的衣物和水 是最多的,当然扭力也是最大的，而15KG的扭力是最低的.从以上可以看出，在转速没有太大问题下，如何选择最合理的电机来保证扭力就是要考虑 的问题了.转速公式：n=6 0f/p（n=转速,f=电源频率,p=磁极对数）扭矩公式:T=955Op/nT是扭矩，单位N.mP是输出功率,单位kWn是电机转速,单位r/min扭矩公式:T=973*pl/nT是扭矩,单位kg.mPl是输出功率,单位kWn是电机转速,单位r/min将两个公式进行综合一下，可以得出：T=931*pl*p/f（pl是电机输出功率,p是极数,n是 电源频率）在保持扭矩不变的情况下，输出功率和电机极数成反比.17表3.2 设置电动机参数参考号出厂值设置值说明P000311用户访问级标准级P001001快速调试P010000功率kW,频率50HzP0304230380电动机额定电压P03053.251.05电动机额定电流P03070.750.37电动机额定功率P03105050电动机额定频率P031101400电动机额定转速3.4可编程控制器的选择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12个数字输入点6个数字输出点，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12KB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：1020B/点开关量输出元件：510B/点定时器/计数器：2B/个模拟量：100150B/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17个数字输入点13个数字输出点，18需内存400B,有定时器6个，计时器2个，需内存16 B,考虑余量后需要内存520B。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。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。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：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。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。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。由于技术的不断发展，控制系统的要求也将会 不断地提高，设计时要适当考虑到今后控制系统发展和完善的需要。这就要求在选择 PLC、输入/输出模块、I/O点数和内存容量时，要适当留有裕量，以满足今后生产的发 展和工艺的改进。综上所述此次设计选用西门子S7-200型PLCo3.5 PLC外部接线图根据全自动洗衣机的控制要求，对系统控制的I/O点数进行了统计和PLC型号进行19了选择，现根据以上的统计和选择对控制系统PLC的外部接线设计如下图图3.5模块连接图209,aoL,odm qatodm 6，a LTOO.COPLC 电M1L 0.0 0.1 0.2 0.32L 0.40.5 0.63L 0.71.0 1.1NL1S7-200CPU224(I)即fiM邪弱I.s囤A1M 0.0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.60.7 2M 1.0 1.1 1.21.3 1.4 1.5 ML+.ST5 ST6 ESB5 ESB6 E，SB7 724V传感器电源输出 轻索模式 塌洗模式 标准模式 水持空传博a 低水位传博a 中水位传序 高水位传博B 手动脱水 手动州水 低水位选界开关 中水位选择开关 高水位选算开关停止YV2M洗衣电机图3.4洗衣机示意图24第四章软件的设计4.1 I/O分配表4.1.1 输入地址分配表列出全自动洗衣机的输入分配表，见表4.1。表4.1输入地址分配表输入地址对应外部设备10.0启动按钮10.1停止按钮I0.2高水位选择开关I0.3中水位选择开关I0.4低水位选择开关I0.5手动排水I0.6手动脱水I0.7高水位传感器11.0中水位传感器11.1低水位传感器11.2水排空传感器11.3标准模式11.4强洗模式11.5轻柔模式IO.O(EM223)运行（输出）IO.1(EM223)故障（输出）IO.4(EM223)去抖开关254.1.2 输出地址分配表列出全自动洗衣机的输入分配表，见表4.2表4.2输入地址分配表输出地址对应的输出设备Q0.0进水Q0.1排水Q0.4脱水Q0.5报警Q0.7正转/停止Q1.0反转/停止Q1.1公共端Q0.0(EM223)低水位指示灯Q0.1(EM223)中水位指示灯Q0.2(EM223)高水位指示灯Q0.4(EM223)固定转数1Q0.5(EM223)固定转数2Q0.6(EM223)固定转数3264.1.3 内部元件地址分配表全制动洗衣机控制时;需用到PLC内部的计时器和计数器对其进行过程控制，现 对控制中要用到的内部位元件地址分配表归纳如表4.3。表4.3内部元件地址分配表定时器八计时器T37对应的作用进水暂停计时T38T39T40T41T42T43正洗计时正洗暂停计时反洗计时反洗暂停计时脱水计时报警计时C50C51正反洗循环计数 大循环计数274.2系统流程图4.2.1 强制停止流程图开始zr正常运行王按动停止按钮电动机和脱水桶停止转 动，进水和排水阀闭合王打开手动排水阀_a_排水打开手动脱水阀脱水结束图4.1强制停止流程图4.2.2 正常运行流程图全自动洗衣机正常运行时即洗衣机按照程序设定依次完成依次洗衣过程，从选择水 位，按下启动按扭，选择模式，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，洗涤时，正转30秒，停两秒，然后反转30秒，停2秒，如此循环5次，总共320秒开始排水，水位下降到低水位时开始脱水并继续排水，脱水30秒，开始清 洗，重复以上过程，清洗两遍，清洗完成，报警3秒并自动停机。按照以上的工作流程,作出全自动洗衣机的正常运行工作流程图见图4.2.2028N开始正转洗衣计时30sN图4.2正常运行流程图294.2.3 去抖动程序流程图开始；抖动Y进水N I到m定可洗洗衣或脱水图4.3去抖程序流程图如图示，当洗衣机工作过程中出现震动，则去抖动开关闭合，洗衣机停止工作并开 始排水，排空后开始进水到设定水位，然后重新工作。4.3程序设计4.3.1 PLC控制顺序功能图顺序功能图，它是描述控制系统的控制过程、功能和特性的一种图形，顺序功能图 并不涉及所描述的控制功能的具体技术，他是一种通用的技术语言。全自动洗衣机控制 系统PLC控制状态流程图见图4.3.130SHD14.3.2 系统梯形图一、梯形图的特点梯形图是PLC模拟继电器控制系统的编程方法。它由触点、线圈或功能方框等 构成，梯形图左、右的垂直线称为左、右母线。画梯形图时，从左母线开始，经过触点 和线圈（或功能方框），终止于右母线。在梯形图中，可以把左母线看作是提供能量的 母线。触点闭合可以使能量流过，直到下一个元件；触点断开将阻止能量流过。这种能31量流，我们称之为“能流”。实际上，梯形图是CPU仿真继电器控制电路图，使来自“电 源”的“电流”通过一系列的逻辑控制条件，根据运算结果决定逻辑输出的模拟过程。梯形图中的基本编程元素有触点、线圈和方框。触点：代表逻辑控制条件。触点闭合时表示能量可以流过。触点分常开触点和 常闭触点两种形式。线圈：通常代表逻辑“输出”的结果。能量流到，则该线圈被激励。方框：代表某种特定功能的指令。能量流通过方框时，则执行方框所代表的功 能。方框所代表的功能有很多种，例如：定时器、计数器、数据运算等。梯形图中，每个输出元素可以构成一个梯级。每个梯形图网络由一个或多个梯 级组成。二、梯形图绘制原则(1)梯形图按自上而下、从左到右的顺序排列。每个继电器器线圈为一个逻辑行，即一层阶梯。每一个逻辑行起于左母线，然后是触点的连接，最后终止于继电器线圈或 右母线。注意：左母线与线圈之间一定要有触点，而线圈与右母线之间不能有任何点，应直接连接。(2)一般情况下，在梯形图中某个编号继电器线圈只能出现一次，而继电器触点可 无限引用。有些PLC,在含有跳转指令或步进指令的梯形图中允许双线圈输出。(3)在每个逻辑行中，串联触点多的支路应放在上方。如果将串联触点多的支路放 下方，则语句增多，程序变长。(4)在每个逻辑行中，并联触点多的支路应放在左边。如果将并联触点多的支路放 右边，则语句增多，程序变长。(5)梯形图中，不允许一个触点上有双向“电流”通过。(6)梯形图中，当多个逻辑行都具有相同条件时，为了节省语句数量，常将这些逻 辑行合并。当相同条件复杂时，这对储存容量小的PLC很有意义。(7)设计梯形图时，输入继电器的触点状态全部按相应的输入设备为常开状态进行 设计更为合适，不易出错。因此，也建议尽可能用输入设备的常开触点与PLC输入端连 接。如果某些信号只能用常闭触点输入，可以按输入设备全部常开来设计，然后将梯形 图中对应的输入继电器触点取反。三、系统梯形图32根据以上的梯形图的基础知识、注意事项、特点及上节（3.3.1节）中的控制状态 流程图，现利用STEP7-MicroAVIN编程软件做出全自动洗衣机控制系统梯形图。STEP7-Micro/WIN编程软件是专为西门子S7-200而设计的，在个人计算机的WINDOWS 操作系统下运行，功能强大、使用方便、简单易学。其编写好的程序可通过专用编程线 缆下载的PLC中运行。也可以导出后在仿真软件中进行测试。系统梯形图如下图4.5到图4.7oORGANIZATION_BLOCKMAJN:OB133Network 4Network 7图4.5系统梯形图a34Network 835Network 13图4.6系统体形图b36Network 17功能设定好以后，洗衣机便按要求全自动完成洗衣，具体见附录程序清单。在洗衣 机运行过程中，若出现震动，则停止运行并排水，排空后重新进水到设定水位，继续运 行。程序如下图4.8:37图4.8去抖动控制程序384.3.3 系统指令语句表根据全自动洗衣机的控制要求和梯形图得出系统的指令语句表如下。Network 1/Network Title/进水LD M1.3A T43O SM0.1O MO.OO 10.1AN M0.1=MO.ONetwork 2LD 10.2O 10.3O 10.4LD 10.0A MO.OLD M1.2AN C51OLDALDO M0.1AN 10.1AN M0.2=M0.1=QO.ONetwork 3/进水完停2秒LD10.239A 10.7LD 10.3A 11.0OLDLD 10.4A 11.1OLDA M0.1O M0.2AN M0.3=M0.2TON T37,+20Network 4/正转LD M0.2A T37LD M0.7AN C50OLDO M0.3AN 10.1AN M0.4=M0.3Network 5LD M0.3=Q0.2TON T38,+300Network 640/正转完停2秒LD M0.3A T38O M0.4AN M0.5=M0.4TON T39,+20Network 7/反转30秒LD M0.4A T39O M0.5AN 10.1AN M0.6=M0.5Network 8LD M0.5=Q0.3TON T40,+300Network 9/反转完停2秒系统指令语句表aLDM0.5AT40OM0.6ANM0.7M0.641TON T41,+20Network 10正反转小循环5次LD M0.6A T41O M0.7AN M1.0AN M0.3=M0.7Network 11LD M0.7LD M1.0CTU C50,+5Network 12/排水LD M0.7A C50O M1.0AN Ml.lAN 10.1=M1.0Network 13LD MO.OA 10.5O Q0.1O Ml.lO M1.0AN T42AN 10.1=Q0.142Network 14/脱水30秒LD M1.0A 11.2O Ml.lAN M1.2AN 10.1=Ml.lNetwork 15LD Ml.lO Q0.4AN T42O 10.6LPSAN 10.1=Q0.4LPPTON T42,+300Network 16/大循环3次LD Ml.lA T42O M1.2AN M1.3AN M0.1=M1.2Network 1743LD M1.2LD M1.3CTU C51,+3Network 18/洗衣结束报警3秒LD C51A M1.2O M1.3AN MO.O=M1.3Network 19LD M1.3O Q0.5LD MO.OA Q0.1A T42OLDAN T43=Q0.5TON T43,+30系统指令语句表b44第五章 程序运行过程分析(1)洗衣机进水洗衣前选择好水位，按下水位选择开关(10.2、10.3、10.4)任意一个，再按下启动 按钮，10.0接通，Q0.0接通，开