1、機電工程學院課程設計說明書設計題目: 全自動洗衣機控制系統(tǒng)設計（三） 學生姓名： 學 號： 20094805 專業(yè)班級： 機制F09 指導教師： 2012年 12 月 08 日內容摘要本文介紹了采用可編程控制器作為核心控制部件的全自動洗衣機控制系統(tǒng)設計。對全自動洗衣機的控制系統(tǒng)進行了分析，在此基礎上提出了基于PLC的全自動洗衣機控制方案，完成了進水系統(tǒng)、洗滌系統(tǒng)、排水系統(tǒng)、脫水系統(tǒng)、報警系統(tǒng)的設計，實現(xiàn)了強洗和弱洗洗方式的選擇，以及高低水位的選擇。本系統(tǒng)的特點是，靈活的選用了檢測系統(tǒng)，對洗衣的方式、洗衣時的水位和進、排水是否完成等進行檢測，并把檢測到的信號傳遞給PLC。由PLC做為中心控制器，

2、來完成進水、洗滌、排水、脫水等洗衣的過程，實現(xiàn)其全自動功能。關鍵詞：全自動洗衣機；PLC；控制系統(tǒng)目 錄第1章 前 言11.1設計內容11.2 控制要求1第2章 總體方案設計22.1 系統(tǒng)設計方案22.2 系統(tǒng)硬件配置及組成原理2第3章 PLC控制系統(tǒng)設計43.1 電動機主電路的設計43.2 確定I/O數(shù)量，選擇PLC類型43.2.1 I/O數(shù)量的確定43.2.2 PLC類型的選擇43.3 I/O地址分配53.4控制流程圖63.5 I/O接線圖73.6 控制程序梯形圖83.7程序調試163.8控制程序語句表20結 論26設計總結27謝 辭28參考文獻29第1章 前言1.1設計內容利用西門子PL

3、C的S7-200系列設計全自動洗衣機的控制系統(tǒng)。洗衣的方式（強洗、弱洗）、洗衣的水位選擇（高水位洗衣、低水位洗衣）需要在將衣服放入洗衣機之后手動來選擇。當選擇了一種洗衣模式后，按下啟動按鈕，洗衣機就會自動完成進水、洗滌、排水、甩干、報警提示等整個洗衣過程。需要完成的內容：采用PLC控制,列出I/O點地址分配表；畫出I/O接線圖；繪制控制流程圖；利用STEP-Micro/WIN32軟件完成梯形圖、指令表的程序設計與調試。1.2控制要求具體操作過程見全自動洗衣機控制流程圖。動作要求如下：1.洗衣機的進水、排水分別由進水電磁閥和排水電磁閥執(zhí)行。2.洗滌正轉、反轉由洗滌電動機驅動波盤正、反轉來實現(xiàn)。3

4、.脫水時，由脫水電磁離合器合上、排水電磁閥吸合，洗滌電動機正轉進行甩干。4.洗滌完成由蜂鳴器報警。5.洗衣機通過高水位限位檢測ST3、低水位限位檢測ST2、零水位限位檢測ST1來檢測水位的高度位置。水位選擇由一個按鈕完成。洗滌方式選擇也由一個按鈕完成。用四個LED發(fā)光二極管來指示當前的工況狀態(tài)。第2章 總體方案設計2.1 系統(tǒng)設計方案通常洗衣機洗衣服需要經(jīng)歷進水、洗滌、漂洗、排水、脫水等個過程，在全自動洗衣機中，整個過程全部由PLC控制來完成。全自動洗衣機的簡單工作過程見洗衣機控制流程圖。其中，洗衣的方式、洗衣的水位選擇兩個方面需要在將衣服放入洗衣機之后手動選擇。當選擇了一種洗衣參數(shù)后，按下啟

5、動按鈕，洗衣機就會自動完成整個洗衣過程。在全自動洗衣機系統(tǒng)中，PLC主要實現(xiàn)以下功能：1檢測功能（1）檢測洗衣的方式：強洗或弱洗的選擇。（2）檢測洗衣時的水位：高水位或低水位的選擇。（3）檢測進水是否完成。（4）檢測排水是否完成。2. 控制功能（1）控制進水、洗滌、排水、脫水等洗衣機的動作。（2）控制洗滌、脫水的時間長短。（3）控制洗滌的次數(shù)。（4）控制在洗衣機完成一個動作后到下一個動作的準確轉換。（5）控制洗衣時的信號提示。2.2 系統(tǒng)硬件配置及組成原理選擇西門子S7-200系列PLC作為全自動洗衣機的控制主機。PLC主機具體型號的選擇將在后面介紹。啟動按鈕用來控制全自動洗衣機開始工作。一般

6、地，在用戶將衣服放入洗衣機，且已經(jīng)準備好開始洗衣服之后，按下啟動按鈕，全自動洗衣機開始洗衣。停止按鈕用來控制運行中的全自動洗衣機停止工作。在洗衣服的過程中，用戶需要停止洗衣機，就可以直接按下停止按鈕，洗衣機即會停止工作。高低水位是指洗衣機在洗衣過程中，洗衣機筒內保持的水位高低，一旦選擇了高水位，則在洗衣過程中的水位將保持系統(tǒng)設定下的兩個水位中的相對高一點的水位。反之則是低水位。強洗/弱洗開關用來設置洗衣機洗衣服的模式，當選擇強洗時，洗衣機自動按照強洗模式洗衣服。反之，按照弱洗模式洗衣。弱洗模式與強洗模式的選擇必須在用戶開始洗衣之前完成。高水位探測器用來檢測洗衣機水位是否已經(jīng)達到了高水位。采用數(shù)

7、字量輸出式水位探測器這樣就可以直接將高水位探測器的輸出送到PLC主機的數(shù)字量輸入端口上。低水位探測器用來檢測洗衣機水位是否已經(jīng)達到了低水位。采用數(shù)字量輸出式水位探測器直接將低水位探測器的輸出送到PLC主機的數(shù)字量輸入端口上。同樣零水位探測器用來探測是否將水排干。進水電磁閥用來控制洗衣機的進水。當洗衣機需要外界進水時，PLC主機發(fā)出控制信號，進水電磁閥打開，水自動從外界送入洗衣機筒內，當水已經(jīng)達到設定的水位時，PLC主機發(fā)出信號自動關閉進水電磁閥，同時控制洗衣機進入下一個洗衣步驟。電機正轉接觸器用于PLC主機控制洗衣機電機的正轉。可以直接用PLC主機的數(shù)字量輸出端口來連接電機正轉接觸器，在洗衣機

8、洗衣服的過程中，電機正轉與反轉輪流進行。電機反轉接觸器用于PLC主機控制洗衣機電機的反轉?？梢灾苯佑肞LC主機的數(shù)字量輸出端口來連接電機反轉接觸器。排水離合器用于PLC主機控制洗衣機機筒內水的排放。選用數(shù)字式離合器，可以直接用PLC主機的數(shù)字量輸出端口來連接到排水離合器，當洗衣機在完成洗滌后，需要將機筒內的臟水排出機筒，PLC主機發(fā)出控制命令打開排水離合器，進行排水。洗衣機洗衣服的最后一道工序就是對衣服進行脫水，脫水電磁離合器用于PLC主機控制洗衣機進行脫水。脫水需要電機帶動機筒旋轉，有了電磁離合器后，就可以直接使用PLC主機的數(shù)字量輸出端口來控制電磁離合器。在脫水過程不涉及電機的調速問題，因

9、此，用PLC主機加電磁離合器這樣一種比較簡單的方式就可以完成控制任務。蜂鳴器用來提示洗衣機已經(jīng)完成洗滌，采用電磁閥控制。對于各個洗衣程序中的指示燈也采用電磁閥進行控制。第3章 PLC控制系統(tǒng)設計3.1 電動機主電路的設計單相異步電動機是一種容量從幾瓦到幾百瓦、由單相交流電源供電的電動機，具有結構簡單，成本低廉，運行可靠等一系列優(yōu)點，因此廣泛用于電風扇、洗衣機、電冰箱、吸塵器、醫(yī)療器械及自動化控制裝置中。本設計選擇單相異步電動機作為全自動洗衣機的驅動電機。如圖 3-1為電動機主電路圖。圖3-1 電動機主電路圖3.2 確定I/O數(shù)量，選擇PLC類型3.2.1 I/O數(shù)量的確定全自動洗衣機控制系統(tǒng)為

10、單機控制系統(tǒng)。 PLC的輸入點，包括啟動按鈕、停止按鈕、高低水位選擇按鈕、弱洗/強洗模式選擇按鈕、高水位探測器、低水位探測器，零水位探測器共7點；輸出點包括進水電磁閥、電機正轉接觸器、電機反轉接觸器、排水離合器、脫水離合器、蜂鳴器接觸器和四個指示燈接觸器共10點。3.3.2 PLC類型的選擇由I/O點數(shù)的多少可將PLC分成小型PLC、中型PLC和大型PLC。PLC按結構形式又可分為整體式和模塊式兩種。整體式PLC具有結構緊湊、體積小、重量輕、價格低等優(yōu)點。一般小型或超小型PLC多采用這種結構。模塊式PLC各模塊做成插件式并組裝在一個具有標準尺寸并帶有若干插槽的機架內。模塊式PLC配置靈活，裝配

11、和維修方便，易于擴展。一般大中型PLC都采用這種結構。由于此控制系統(tǒng)共7個輸入點10個輸出點，本設計選擇小型、整體式西門子S7-200系列的CPU224型主機的PLC，可以滿足使用需求。它的主要特點是：·14輸入/10輸出共24個數(shù)字量I/O點。·13KB的程序和數(shù)據(jù)存儲空間。·6個獨立的30KHZ的高速計數(shù)器，2路獨立的20KHZ的高速脈沖輸出。·具有PID控制器。·1個RS485通信/編程口。·具有多點接口MPI（Multi Point Interface）通信協(xié)議·具有點對點接口PPI(Point to Point I

12、nterface)通信協(xié)議·具有自由通信口·I/O端子排可以很容易地整體拆卸3.3 I/O地址分配如表3-1為全自動洗衣機PLC控制系統(tǒng)的I/O地址分配表。表3-1 I/O地址分配表控制信號信號名稱元件名稱元件符號地址編碼輸入信號啟動信號常開按鈕SB1I0.0停止信號常閉按鈕SB2I0.1高低水位選擇常開按鈕SB3I0.2洗滌模式選擇常閉按鈕SB4I0.3高水位限位檢測高水位檢測傳感器ST3I0.4低水位限位檢測低水位檢測傳感器ST2I0.5零水位限位檢測零水位檢測傳感器ST1I0.6輸出信號 進水進水電磁閥YV1Q0.0電機正轉接觸器KM1Q0.1電機反轉接觸器KM2Q0

13、.2排水排水電磁閥 YV2Q0.3脫水接觸器 KM3Q0.4報警蜂鳴器 HAQ0.5進水指示進水指示燈HL1Q0.6洗滌指示洗滌指示燈HL2Q0.7排水指示排水指示燈HL3Q1.0脫水指示脫水指示燈HL4Q1.13.4 控制流程圖根據(jù)控制要求，建立全自動洗衣機控制流程圖，如圖3-2，為全自動洗衣機的控制流程圖。 圖3-2 全自動洗衣機控制流程圖3.5 I/O接線圖I/O接線圖是進行施工接線的主要技術文件，如圖 3-3為全自動洗衣機控制系統(tǒng)的I/O接線圖。圖3-3 I/O接線圖3.6 控制程序梯形圖在可編程控制器中有多種程序設計語言,梯形圖程序設計語言是最常用的一種程序設計語言。它來源于繼電器邏

14、輯控制系統(tǒng)的描述。在工業(yè)過程控制領域，電氣技術人員對繼電器邏輯控制技術較為熟悉，因此，由這種邏輯控制技術發(fā)展而來的梯形圖受到了歡迎，并得到了廣泛的應用。STEP7-Micro/WIN32軟件是西門子S7-200PLC的開發(fā)工具，主要用于開發(fā)程序，也可用于實時監(jiān)控用戶程序的執(zhí)行狀態(tài)。利用此軟件對全自動洗衣機PLC控制系統(tǒng)進行程序設計如下：一.主程序梯形圖 主程序主要實現(xiàn)以下幾點主要功能：程序的起?？刂?；高低水位的選擇；洗滌模式的選擇；在實現(xiàn)以上要求之后，實現(xiàn)進水，洗滌，排水，脫水，報警等功能；同時控制指示燈指示當前工作狀態(tài)。二洗滌子程序梯形圖該程序段主要進行強洗或弱洗模式的選擇。三. 強洗子程序

15、梯形圖該程序段主要執(zhí)行強洗模式下的洗滌過程，即實現(xiàn)電機正轉洗滌8秒，停止2秒，電機反轉洗滌8秒，停止2秒。四.弱洗子程序梯形圖 該程序段主要實現(xiàn)的功能是在選擇弱洗工作模式后，電機正轉洗滌2秒，暫停3秒，電機反轉洗滌2秒，暫停3秒的功能。3.7 程序調試使用STEP 7-Micro/WIN模擬器進行本程序的調試。調試方法如下 ： 1.將在Step 7 MicroWin中編譯正確的程序在文件菜單中導出為AWL文件；    2.打開仿真軟件，點“配置”-“CPU 型號”，然后選擇CPU 224；3.點

16、“程序”-“載入程序”； 4.選擇Step 7 MicroWin的版本； 5.將導出的AWL文件打開；6.點“PLC”-“運行”，開始調試程序；下面是高水位強洗模式下的運行情況： 按下I0.0按鈕啟動程序，然后分別按下高/低水位選擇按鈕I0.2（選擇高水位）和強/弱洗選擇按鈕I0.3（選擇強洗）。此時Q0.0進水電磁閥打開，開始進水，同時Q0.6進水指示燈亮。進水結束按下I0.4（模擬水到位自動閉合），Q1.0洗滌指示燈亮，Q0.1電機正傳接觸器閉合，電機正傳8s。暫停2s后Q0.2電機反轉接觸器閉合，電機反轉8s,暫停2s。洗滌過程循環(huán)5次后洗滌結束。Q0.3排

17、水電磁閥打開，開始排水，Q1.1排水指示燈亮。排水結束按下I0.6零水位檢測（模擬水排干自動閉合），開始脫水，Q0.7脫水指示燈亮，電機正傳接觸器Q0.1閉合，電機正轉10s。脫水結束蜂鳴器Q0.5亮，報警5s，洗滌結束。具體運行情況如下：圖3-4 高水位強洗模式選擇圖3-5 進水圖3-6 電機正轉8s圖3-7 電機反轉8s圖3-8 排水圖3-9 脫水10s圖3-10 3.8 控制程序語句表一、主程序語句表二、子程序語句表三、強洗子程序語句表四、弱洗子程序語句表結 論此PLC控制系統(tǒng)可以實現(xiàn)全自動洗衣機的控制要求。洗衣機的進水、排水分別由進水電磁和排水電磁閥執(zhí)行。洗滌正轉、反轉由洗滌電機驅動撥

18、盤正、反轉來實現(xiàn)。脫水時由脫水電磁離合器合上，排水電磁閥吸合，洗滌電機正轉進行甩干。洗滌完成由蜂鳴器報警，洗衣機通過高水位限位檢測ST3，低水位限位檢測ST2，零水位限位檢測ST1來檢測水位的高度位置。水位選擇由一個按鈕完成。洗滌方式選擇也由一個按鈕完成，用四個LED發(fā)光二極管來指示當前的工況狀態(tài)等一系列的要求可以實現(xiàn)。當然，此設計也存在一些不足之處，隨著要求的日益提高還有待于進一步完善。設計總結經(jīng)過一個多星期的努力終于完成了本次課程設計，但是現(xiàn)在回想起來做課程設計的整個過程，頗有心得，其中有苦也有甜，從困苦中學到了很多知識。課程設計是培養(yǎng)學生綜合運用所學知識，發(fā)現(xiàn)，提出，分析和解決實際問題，

19、鍛煉實踐能力的重要環(huán)節(jié)。是對我們實際工作能力的具體訓練和考察過程。這次課程設計是為畢業(yè)設計做最后一次準備，引起了我的十分重視。本次課程設計要求完成全自動洗衣機的PLC控制系統(tǒng)設計。為了更好地完成這次課程設計，我再次認真的復習了機電傳動與控制這門課程，對課本中的電動機結構、類型與工作原理以及繼電器接觸器控制尤其是PLC控制有了進一步的了解。在設計系統(tǒng)的過程中遇到了很多的困難，因為比起其他的PLC設計，洗衣機的系統(tǒng)程序比較復雜一些 。我找了很多關于洗衣機控制系統(tǒng)的資料，首先對全自動洗衣機的洗衣過程有所了解，對全自動洗衣機工作流程進行設計，然后根據(jù)課題的控制要求決定I/O設備及分配；接下來最困難的步

20、驟就要數(shù)編程了，編程的過程中有許多不懂的地方，所設計的程序也有很多缺陷。經(jīng)過老師耐心的指導，與同學的互相交流，我一次次修改并完善了程序。控制系統(tǒng)的設計是復雜的，也許會有許多不了解或不懂的地方，但是我們用自己的力量去解決問題，在這一過程中，我們不但增長了知識，也體會到了快樂。隨著科學技術發(fā)展的日新月異，PLC已經(jīng)成為空前活躍的領域，在生活中無處不在，因此對于我們專業(yè)的學生來說掌握PLC技術是十分重要的，對我們將來從事本行業(yè)打下一定基礎。雖然課程結束了，但是極大的鍛煉了我實際工作的能力，最重要的就是老師經(jīng)常提的設計理念，在整個過程中給我們貫穿的設計思想。在這過程中不乏遇到困難，但是在王老師的指導和與其他同學的討論下 ，自己終于圓滿完成了課程設計。謝 辭在做課程設計之前的確覺得困難比較多，我深感對于平時學的知識掌握得不夠扎實，真是萬事開頭難，不知道如何入手。最后終于做完了有種如釋重負的感覺。在此要特別感謝我們的指導老師王宗才老師對我們悉心的照顧和給我們的極大的幫助。在設計過程中，我通過網(wǎng)上查閱大量有關資料，與同學交流和自學，并向老師請教等方式，使自己學到了不少知識，也經(jīng)歷了不少艱辛，但