1、第1章 緒論1.1設(shè)計(jì)背景洗衣機(jī)是人們?nèi)粘Ｉ钪谐Ｒ?jiàn)的一種家電，已經(jīng)成為人們生活中不可缺少的家用電器。在工業(yè)生產(chǎn)中的應(yīng)用也十分廣泛，本課題在于工業(yè)用洗衣機(jī)的研究，工業(yè)洗衣機(jī)適用于洗滌棉、毛、化纖、絲綢等衣物織品。水磨洗滌機(jī)可用于服裝廠水洗牛仔服及絲綢等衣物。工業(yè)用洗衣機(jī)適用于賓館、飯店、醫(yī)院、學(xué)校、工廠等領(lǐng)域，滿足大容量的洗衣要求。傳統(tǒng)的基于繼電器的控制，已經(jīng)不能滿足人們對(duì)洗衣機(jī)的自動(dòng)化程度的要求了。洗衣機(jī)需要更好地滿足人們的需求，必須借助于自動(dòng)化技術(shù)的發(fā)展。而隨著PLC技術(shù)的發(fā)展，用PLC作為控制器，就能很好地滿足全自動(dòng)洗衣機(jī)對(duì)自動(dòng)化的要求，并且控制方式靈活多樣，控制模式可以根據(jù)不同場(chǎng)合的應(yīng)

2、用而有所不同。自動(dòng)化技術(shù)的飛速發(fā)展使得洗衣機(jī)由初始的半自動(dòng)式洗衣機(jī)發(fā)展到現(xiàn)在的全自動(dòng)洗衣機(jī)，又正在向智能化洗衣機(jī)方向發(fā)展。 1.2洗衣機(jī)的發(fā)展和現(xiàn)狀從古到今，洗衣服都是一項(xiàng)難于逃避的家務(wù)勞動(dòng)，在洗衣機(jī)出現(xiàn)以前，這項(xiàng)勞動(dòng)并不像田園詩(shī)描繪的那樣充滿樂(lè)趣、手搓、腳踩、棒擊、沖刷、摔打。這些不斷重復(fù)的簡(jiǎn)單的體力勞動(dòng)，留給人的感受常常是辛苦勞累。世界上第一臺(tái)洗衣機(jī)于1858年誕生，但這臺(tái)洗衣機(jī)使用費(fèi)力，且損傷衣服，因而沒(méi)被廣泛使用，但這卻標(biāo)志了用機(jī)器洗衣的開(kāi)端。1874年,“手洗時(shí)代”受到了前所未有的挑戰(zhàn)，美國(guó)人發(fā)明了木制手搖洗衣機(jī)。1880年，美國(guó)發(fā)明了蒸氣洗衣機(jī)，蒸氣動(dòng)力開(kāi)始取代人力。蒸汽洗衣機(jī)之后

3、，水力洗衣機(jī)、內(nèi)燃機(jī)洗衣機(jī)也相繼出現(xiàn)。1910年，美國(guó)試制成功世界上第一臺(tái)電動(dòng)洗衣機(jī)，電動(dòng)洗衣機(jī)的問(wèn)世，標(biāo)志著人類家務(wù)勞動(dòng)自動(dòng)化的開(kāi)端。1922年，美國(guó)改造了洗衣機(jī)的洗滌結(jié)構(gòu)，把拖動(dòng)式改為攪拌式，使洗衣機(jī)的結(jié)構(gòu)固定下來(lái)，這也就是第一臺(tái)攪拌式洗衣機(jī)的誕生。1932年，美國(guó)研制成功第一臺(tái)前裝式滾筒洗衣機(jī)。1955年，在引進(jìn)英國(guó)噴流式洗衣機(jī)的基礎(chǔ)之上，日本研制出獨(dú)具風(fēng)格、并流行至今的波輪式洗衣機(jī)。70年代后期，微電腦控制的全自動(dòng)洗衣機(jī)出現(xiàn)引領(lǐng)新的發(fā)展方向，讓人耳目一新。90年代，由于電動(dòng)機(jī)調(diào)速技術(shù)的提高，洗衣機(jī)實(shí)現(xiàn)了較寬范圍的轉(zhuǎn)速變換與調(diào)節(jié)，誕生了許多新水流洗衣機(jī)。全自動(dòng)洗衣機(jī)的特點(diǎn)是能自動(dòng)完成洗滌

4、，漂洗和脫水的轉(zhuǎn)換，整個(gè)過(guò)程不需要人工操作。這類洗衣機(jī)均采用套筒式結(jié)構(gòu)，其進(jìn)水，排水都采用電磁閥，由程序控制器按人們預(yù)先設(shè)計(jì)好的程序不斷發(fā)出指令，驅(qū)動(dòng)各執(zhí)行器件動(dòng)作，整個(gè)洗衣過(guò)程自動(dòng)完成，所用的程序控制器可分為電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)式和單片機(jī)式。從控制方式的發(fā)展階段上分，全自動(dòng)洗衣機(jī)可分為兩大類：第一類：電動(dòng)控制洗衣機(jī)，它的程序控制器由電動(dòng)元件組成。第二類：電腦控制洗衣機(jī)，它的程序控制器由微型計(jì)算機(jī)組成。電動(dòng)控制全自動(dòng)洗衣機(jī)是較早出現(xiàn)的自動(dòng)控制類家用電器，其產(chǎn)品類型還屬于傳統(tǒng)的機(jī)械產(chǎn)品，是自動(dòng)控制的初級(jí)階段。隨著計(jì)算機(jī)及微電子技術(shù)的發(fā)展，自動(dòng)控制系統(tǒng)正在逐步實(shí)現(xiàn)硬件化。因此，電動(dòng)控制洗衣機(jī)將逐步退出家電舞

5、臺(tái)。全自動(dòng)洗衣機(jī)從結(jié)構(gòu)上分有波輪式、攪拌式、滾筒式。目前,國(guó)內(nèi)市場(chǎng)上銷售的大都是波輪式和滾筒式，供應(yīng)最多的是波輪式洗衣機(jī)。波輪式洗衣機(jī)的特點(diǎn)是洗凈率高,但對(duì)衣服的磨損很大,隨著人們生活水平不斷地提高，絲綢,毛料,羊毛等大量走進(jìn)普通家庭,廠商又適時(shí)地推出了滾筒洗衣機(jī),它最大的優(yōu)點(diǎn)是磨損率小,但洗凈率比波輪式低,價(jià)格高。洗衣機(jī)產(chǎn)品可以分三類：普通型、半自動(dòng)型和全自動(dòng)型。普通型和半自動(dòng)型洗衣機(jī)，都需要人為參與操作，才能完成洗衣、甩干、排水全過(guò)程；而全自動(dòng)洗衣機(jī)在整個(gè)洗滌、甩干、排水過(guò)程中，無(wú)需人為操作和監(jiān)控。國(guó)內(nèi)外洗衣機(jī)品牌有海爾、小天鵝、榮事達(dá)、松下、惠而浦水仙、LG熊貓、西門子、日立好用。1.3

6、設(shè)計(jì)的內(nèi)容及意義本設(shè)計(jì)是基于PLC的全自動(dòng)洗衣機(jī)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)，采用西門子公司的S7-200系列的PLC作為核心控制部件，利用其特點(diǎn)，對(duì)按鈕、電磁閥、開(kāi)關(guān)等其他一些輸入/輸出點(diǎn)進(jìn)行控制，實(shí)現(xiàn)洗衣機(jī)洗衣過(guò)程的自動(dòng)化。首先需要對(duì)全自動(dòng)洗衣機(jī)的控制系統(tǒng)進(jìn)行分析，進(jìn)行流程圖和梯形圖的設(shè)計(jì)，并進(jìn)行仿真測(cè)試。為了能更直觀的顯示出整個(gè)自動(dòng)控制過(guò)程，本設(shè)計(jì)運(yùn)用組態(tài)王軟件建立一個(gè)全自動(dòng)洗衣機(jī)的監(jiān)控系統(tǒng)畫面。本文的課題源于市場(chǎng)上的洗衣機(jī)產(chǎn)品。傳統(tǒng)的洗衣機(jī)采用繼電器控制，而大多數(shù)繼電器的優(yōu)點(diǎn)是裝置結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、價(jià)格便宜、抗干擾能力強(qiáng)，但其容易損壞，產(chǎn)生噪音，耗能大。也有采用單片機(jī)控制的洗衣機(jī)，單片機(jī)系統(tǒng)的特點(diǎn)是結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，

7、處理速度快，但其對(duì)環(huán)境的適應(yīng)能力較低，可靠性差，采用匯編語(yǔ)言或者是C語(yǔ)言，這些高級(jí)語(yǔ)言和PLC語(yǔ)言相比難以學(xué)習(xí)，而且功能單一，只具有使用中所需要的功能，硬件較為復(fù)雜。PLC系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)是：可靠性高，耗電少，適應(yīng)性強(qiáng)，運(yùn)行速度快。為了進(jìn)一步提高全自動(dòng)洗衣機(jī)的功能和性能，為了避免傳統(tǒng)控制和單片機(jī)控制的一些弊端，就提出了用PLC來(lái)控制全自動(dòng)洗衣機(jī)這個(gè)課題。 PLC具有以下優(yōu)點(diǎn)：（1）可靠性高，抗干擾能力強(qiáng)。高可靠性是電氣控制設(shè)備的關(guān)鍵性能。PLC由于采用現(xiàn)代大規(guī)模集成電路技術(shù)，采用嚴(yán)格的生產(chǎn)工藝制造，內(nèi)部電路采取了先進(jìn)的抗干擾技術(shù)，具有很高的可靠性。（2）配套齊全，功能完善，適用性強(qiáng)。PLC發(fā)展到今天

8、，已經(jīng)形成了大、中、小各種規(guī)模的系列化產(chǎn)品，可以用于各種規(guī)模的工業(yè)控制場(chǎng)合。（3）編程簡(jiǎn)單。PLC的優(yōu)越性主要體現(xiàn)在它采用了獨(dú)特的，多種面向廣大工程設(shè)計(jì)人員的編程語(yǔ)言如指令表，梯形圖，邏輯功能圖，順序功能圖等，程序簡(jiǎn)潔、明了，適合各類技術(shù)人員的傳統(tǒng)習(xí)慣，即使是沒(méi)有計(jì)算機(jī)知識(shí)的人員也很容易掌握，特別是梯形圖與邏輯功能圖，形象直觀，動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)效果逼真，且與計(jì)算機(jī)控制容易連接，深受工程技術(shù)人員歡迎。（4）系統(tǒng)的設(shè)計(jì)、建造工作量小，維護(hù)方便，容易改造。PLC用存儲(chǔ)邏輯代替接線邏輯，大大減少了控制設(shè)備外部的接線，使控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)及建造的周期大為縮短，同時(shí)維護(hù)也變得容易起來(lái)。更重要的是使同一設(shè)備經(jīng)過(guò)改變程序而

9、改變生產(chǎn)過(guò)程成為可能。這很適合多品種、小批量的生產(chǎn)場(chǎng)合。（5）體積小，重量輕，能耗低。由于體積小很容易裝入機(jī)械內(nèi)部，是實(shí)現(xiàn)機(jī)電一體化的理想控制設(shè)備。全自動(dòng)洗衣機(jī)采用PLC控制系統(tǒng)將大大提高工作效率，和適應(yīng)工作環(huán)境的能力。它是整體模塊，集中了驅(qū)動(dòng)電路、檢測(cè)電路、保護(hù)電路以及通訊聯(lián)網(wǎng)功能。因此在運(yùn)用中硬件也相對(duì)簡(jiǎn)單，大大提高了控制系統(tǒng)的可靠性。另外它的編程語(yǔ)言也相對(duì)簡(jiǎn)單。其次，它能實(shí)現(xiàn)脫機(jī)手動(dòng)工作，聯(lián)機(jī)自動(dòng)就地工作，上機(jī)控制的單周期運(yùn)行方式，自動(dòng)啟動(dòng)、自動(dòng)停機(jī)控制方式。第2章 系統(tǒng)總體分析2.1 PLC工作特點(diǎn)PLC的高可靠性和強(qiáng)抗干擾性，平均無(wú)故障時(shí)間一般可達(dá)35萬(wàn)小時(shí)，而且PLC的環(huán)境適應(yīng) 性

10、也很能強(qiáng)，這是PLC得到廣泛應(yīng)用的重要原因之一。編程簡(jiǎn)單，PLC最常用的編程語(yǔ)言是梯形圖語(yǔ)言。梯形圖與繼電器原理圖類似，這種編程語(yǔ)言形象直觀，容易掌握，不需要專門的計(jì)算機(jī)知識(shí)，便于廣大現(xiàn)場(chǎng)工程技術(shù)人員掌握。當(dāng)生產(chǎn)流程需要改變時(shí)，可以現(xiàn)場(chǎng)改變程序，使用方便靈活。在大型PLC中還有高級(jí)編程語(yǔ)言以滿足各種不同控制對(duì)象和不同使用人員的需要。通用性強(qiáng)，各個(gè)PLC的生產(chǎn)廠家都有其各種系列化的產(chǎn)品、各種模塊供用戶選擇。用戶可根據(jù)控制對(duì)象的規(guī)模及控制要求，選擇合適的PLC產(chǎn)品，組成所需要的控制系統(tǒng)。在進(jìn)行應(yīng)用設(shè)計(jì)時(shí)，一般不再需要用戶制作其它任何附加裝置，從而使設(shè)計(jì)工作簡(jiǎn)化。體積小、結(jié)構(gòu)緊湊、安裝維修方便，PL

11、C體積小，重量輕，便于安裝。一般PLC都具有自診斷、故障報(bào)等、故障種類顯示等功能，便于操作和維修人員檢查，可以較容易通過(guò)更換模塊插件來(lái)迅速排除故障。它與被控制對(duì)象的硬件連接方式簡(jiǎn)單、接線少，便于維護(hù)。歸納起來(lái)，PLC的特點(diǎn)有：(1)可靠性高、抗干擾能力強(qiáng)，而且PLC采用了許多硬件和軟件抗干擾措施。(2)編程簡(jiǎn)單、使用方便目前大多數(shù)PLC采用繼電器控制形式的梯形圖編程方式，很容易被操作人員接受。一些PLC還根據(jù)具體問(wèn)題設(shè)計(jì)了如步進(jìn)梯形指令等，進(jìn)一步簡(jiǎn)化了編程。(3)設(shè)計(jì)安裝容易，維護(hù)工作量少。(4)適用于惡劣的工業(yè)環(huán)境，采用封裝的方式，適合于各種震動(dòng)、腐蝕等場(chǎng)合。(5)與外部設(shè)備連接方便，采用統(tǒng)

12、一接線方式的可拆裝的活動(dòng)端子排，提供不同端子功能適合于多種電氣規(guī)格。PLC是按繼電接觸線路原理設(shè)計(jì)的。其等效的內(nèi)部電器及線路與繼電接觸線路相同。由PLC定義可知，它與一般計(jì)算機(jī)的結(jié)構(gòu)相似，也有中央處理單元（CPU）、存儲(chǔ)器（MEMORY）、輸入/輸出（INTUT/OUTPUT）接口、電源部件及外部設(shè)備接口等。但是由于PLC是專為在工業(yè)環(huán)境下應(yīng)用而設(shè)計(jì)的，為便于接線、便于擴(kuò)充功能、便于操作及維護(hù)，它的結(jié)構(gòu)及組成又與一般計(jì)算機(jī)有所區(qū)別。根據(jù)全自動(dòng)洗衣機(jī)的工作原理,洗衣機(jī)的工作流程由進(jìn)水、洗衣、排水和脫水四個(gè)過(guò)程組成。在半自動(dòng)洗衣機(jī)中，這四個(gè)過(guò)程分別用相應(yīng)的按扭開(kāi)關(guān)來(lái)控制。利用可編程控制器PLC實(shí)現(xiàn)

13、控制,用于說(shuō)明PLC控制的原理方法、特點(diǎn)及工作特色。此次全自動(dòng)洗衣機(jī)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)需要利用西門子S7-200系列PLC的特點(diǎn),對(duì)按鈕、電磁閥、開(kāi)關(guān)等其他一些輸入/輸出點(diǎn)進(jìn)行控制,實(shí)現(xiàn)洗衣機(jī)洗衣過(guò)程的自動(dòng)化。2.2工作原理 按下啟動(dòng)按鈕后先進(jìn)水，等達(dá)到高水位后，啟動(dòng)洗衣馬達(dá)4分鐘，如在洗衣過(guò)程中發(fā)現(xiàn)水位低于高水位，則停止洗衣馬達(dá)轉(zhuǎn)動(dòng)并報(bào)警，并在水位達(dá)到高水位后，在啟動(dòng)洗衣馬達(dá)，洗衣結(jié)束后啟排水動(dòng)排水開(kāi)關(guān)，帶水位達(dá)到高水位后，則啟動(dòng)脫水馬達(dá)轉(zhuǎn)動(dòng)兩分鐘，如此重復(fù)三次，要求在每一次動(dòng)作之間有2秒間隔，高水位由傳感器檢測(cè)，再次用兩個(gè)開(kāi)關(guān)模擬水位傳感器，當(dāng)水位高于高水位，或低于低水位時(shí)，兩個(gè)開(kāi)關(guān)的狀態(tài)分別為

14、0。第3章 硬件設(shè)計(jì)3.1硬件電路設(shè)計(jì)硬件設(shè)計(jì)的整體思路就是通過(guò)PLC輸出的數(shù)字信號(hào)控制繼電器組，達(dá)到控制電路的目的?？刂齐娐返慕M成主要包括：可編程控制器、繼電器組和連接電路（變頻器）。其中，繼電器為主要執(zhí)行模塊，PLC所發(fā)出的數(shù)字指令控制繼電器線圈，而繼電器的開(kāi)合直接控制電源電路，實(shí)現(xiàn)對(duì)電動(dòng)機(jī)的控制。另外，變頻器在電路中控制洗滌時(shí)的電機(jī)轉(zhuǎn)速，不作為必要裝置。在此控制系統(tǒng)中，PLC是控制核心，外部多種輸入信號(hào)如啟動(dòng)按鈕、高中低水位檢測(cè)等信號(hào)采樣進(jìn)來(lái)，經(jīng)過(guò)PLC內(nèi)部進(jìn)行邏輯運(yùn)算或數(shù)據(jù)處理后，提供多種輸出信號(hào)來(lái)控制進(jìn)水閥、出水閥動(dòng)作，和控制電機(jī)驅(qū)動(dòng)裝置進(jìn)而控制正反轉(zhuǎn)和脫水運(yùn)行。PLC用定時(shí)器記錄正

15、反轉(zhuǎn)時(shí)間，脫水時(shí)間和報(bào)警時(shí)間，用計(jì)數(shù)器記錄正反轉(zhuǎn)次數(shù)和脫水次數(shù)，可以很容易地通過(guò)更改PLC定時(shí)器和計(jì)數(shù)器的參數(shù)，來(lái)滿足不同的洗滌條件和要求。根據(jù)以上要求，基于PLC的全自動(dòng)洗衣機(jī)控制系統(tǒng)框圖如圖3-1所示。圖3-1 全自動(dòng)洗衣機(jī)控制系統(tǒng)框圖PLC在系統(tǒng)中處于中心位置，啟動(dòng)、停止信號(hào)和水位開(kāi)關(guān)是PLC的輸入信號(hào)，進(jìn)水閥，排水閥，電動(dòng)機(jī)和脫水桶是洗衣機(jī)各種動(dòng)作的執(zhí)行機(jī)構(gòu)。其中進(jìn)水閥和排水閥由PLC給定信號(hào)來(lái)決定其工作狀態(tài)，電動(dòng)機(jī)的工作狀態(tài)也由控制中心PLC給定信號(hào)來(lái)決定，而電動(dòng)機(jī)的正反轉(zhuǎn)狀態(tài)直接決定洗衣機(jī)的洗滌狀態(tài)和脫水狀態(tài)。系統(tǒng)的硬件電路圖如圖3-2所示。圖3-2 硬件電路圖 3.2 I/O儲(chǔ)存

16、器容量的估算PLC常用的內(nèi)存有EPROM、EEPROM和帶鋰電池供電的RAM。一般微型和小型PLC的存儲(chǔ)容量是固定的，介于12KB之間。用戶應(yīng)用程序占用多少內(nèi)存與許多因素有關(guān)，如I/O點(diǎn)數(shù)、控制要求、運(yùn)算處理量、程序結(jié)構(gòu)等。因此在程序設(shè)計(jì)之前只能粗略地估算。PLC內(nèi)存容量為開(kāi)關(guān)量I/O點(diǎn)數(shù)、模擬量I/O點(diǎn)數(shù)和程序編寫的質(zhì)量所增加的內(nèi)存容量綜合。根據(jù)經(jīng)驗(yàn)，每個(gè)I/O點(diǎn)及有關(guān)功能元件占用的內(nèi)存量大致如下：開(kāi)關(guān)量輸入元件：1020B/點(diǎn)開(kāi)關(guān)量輸出元件：510B/點(diǎn)定時(shí)器/計(jì)數(shù)器：2B/個(gè)模擬量：100150B/個(gè)通信接口：一個(gè)接口一般需要300B以上根據(jù)上面算出的總字節(jié)數(shù)再考慮增加25%左右的備用量

17、，就可估算出用戶程序所需的內(nèi)存容量，從而選擇合適的PLC內(nèi)存。該系統(tǒng)有11個(gè)數(shù)字輸入點(diǎn)6個(gè)數(shù)字輸出點(diǎn)，需內(nèi)存280B，有定時(shí)器7個(gè)，計(jì)數(shù)器2個(gè)，需內(nèi)存18B，考慮余量后需要內(nèi)存370B。3.3 CPU的選型PLC的功能日益強(qiáng)大，一般PLC都具有開(kāi)關(guān)量邏輯運(yùn)算、定時(shí)、計(jì)數(shù)、數(shù)據(jù)處理等基本功能，有些PLC還可擴(kuò)展各種特殊功能模塊，如通信模塊、位置控制模塊等.選型時(shí)可考慮以下幾點(diǎn)：功能與任務(wù)相適應(yīng)，PLC的處理速度應(yīng)滿足實(shí)時(shí)控制的要求、PLC結(jié)構(gòu)合理、機(jī)型統(tǒng)一、在線編程和離線編程的選擇。全自動(dòng)洗衣機(jī)控制所要求的控制功能簡(jiǎn)單，小型PLC就能滿足要求了。該控制系統(tǒng)CPU模塊可采用CPU-224（AC/D

18、C/繼電器）模塊，它可控制整個(gè)系統(tǒng)按照控制要求有條不紊地進(jìn)行。同時(shí)由于該模塊采用交流220V供電，并且自帶14個(gè)數(shù)字量輸入點(diǎn)和10個(gè)數(shù)字量輸出點(diǎn)，完全能滿足全自動(dòng)洗衣機(jī)控制系統(tǒng)的要求，所以不再需要另外的電源模塊、數(shù)字量和輸出模塊。綜上所述此次設(shè)計(jì)選用西門子S7-200系列整體式PLC，CPU模塊為CPU-224（AC/DC/繼電器）模塊。PLC的框架配置圖如3-4所示。圖3-3 PLC框架配置圖3.4 PLC的外圍接線圖設(shè)計(jì)根據(jù)全自動(dòng)洗衣機(jī)的控制要求，對(duì)系統(tǒng)控制的I/O點(diǎn)數(shù)進(jìn)行了統(tǒng)計(jì)和PLC型號(hào)進(jìn)行了選擇，現(xiàn)根據(jù)以上的統(tǒng)計(jì)和選擇對(duì)控制系統(tǒng)PLC的外部接線進(jìn)行設(shè)計(jì)。PLC的外圍接線圖如圖3-5所

19、示。在圖3-4中，PLC的各個(gè)I/O地址分別與全自動(dòng)洗衣機(jī)控制系統(tǒng)所有的輸入信號(hào)和輸出信號(hào)連接起來(lái)，注意電源和接地的連接。圖3-4 PLC外部接線圖3.5 系統(tǒng)資源分配1. 輸入地址分配根據(jù)不同的PLC配置情況確定I/O地址是PLC編程的前提與基礎(chǔ)，程序中的地址必須與實(shí)際物理連接點(diǎn)一一對(duì)應(yīng)，才能確保動(dòng)作的正確執(zhí)行。這個(gè)控制系統(tǒng)的輸入有啟動(dòng)按鈕、停止按鈕、高水位選擇開(kāi)關(guān)、中水位選擇開(kāi)關(guān)、低水位選擇開(kāi)關(guān)、手動(dòng)排水開(kāi)關(guān)、自動(dòng)排水開(kāi)關(guān)、高水位傳感器、中水位傳感器、低水位傳感器、水排空傳感器共11個(gè)輸入點(diǎn)?，F(xiàn)在根據(jù)全自動(dòng)洗衣機(jī)的實(shí)際工作狀態(tài)對(duì)PLC控制系統(tǒng)的輸入地址進(jìn)行分配。具體的輸入地址分配如表3-1

20、所示。表3-1輸入地址分配表輸入地址對(duì)應(yīng)的外部設(shè)備I0.0啟動(dòng)按扭I0.1停止按扭I0.2水位選擇開(kāi)關(guān)（高水位）I0.3水位選擇開(kāi)關(guān)（中水位）I0.4水位選擇開(kāi)關(guān)（低水位）I0.5手動(dòng)排水開(kāi)關(guān)I0.6手動(dòng)脫水開(kāi)關(guān)I0.7高水位傳感器I1.0中水位傳感器I1.1低水位傳感器I1.2水排空傳感器2. 輸出地址分配這個(gè)控制系統(tǒng)需要控制的外部設(shè)備有進(jìn)水電磁閥、排水電磁閥、洗滌電動(dòng)機(jī)、脫水桶、報(bào)警器共5個(gè)設(shè)備。但是由于洗滌電動(dòng)機(jī)有正轉(zhuǎn)和反轉(zhuǎn)兩個(gè)狀態(tài)，分別為正轉(zhuǎn)繼電器和反轉(zhuǎn)繼電器，所以輸出點(diǎn)應(yīng)該有6個(gè)。具體的輸出分配如表3-2所示。表3-2 輸出地址分配表輸出地址對(duì)應(yīng)的外部設(shè)備Q0.0進(jìn)水電磁閥Q0.1排

21、水電磁閥Q0.2洗滌電動(dòng)機(jī)正轉(zhuǎn)繼電器Q0.3洗滌電動(dòng)機(jī)反轉(zhuǎn)繼電器Q0.4脫水桶Q0.5報(bào)警器3. 內(nèi)部元件地址分配全自動(dòng)洗衣機(jī)的工作過(guò)程中，需要用到PLC內(nèi)部的計(jì)時(shí)器和計(jì)數(shù)器對(duì)其進(jìn)行過(guò)程控制，現(xiàn)對(duì)控制中要用到的內(nèi)部元件地址進(jìn)行分配。內(nèi)部地址分配表歸納如表3-3所示。表3-3 內(nèi)部地址分配表定時(shí)器/計(jì)時(shí)器對(duì)應(yīng)的功能T37進(jìn)水暫停計(jì)時(shí)T38 正洗計(jì)時(shí)T39正洗暫停計(jì)時(shí)T40反轉(zhuǎn)計(jì)時(shí)T41反轉(zhuǎn)暫停計(jì)時(shí)T42脫水計(jì)時(shí)T43報(bào)警計(jì)時(shí)C50正反洗循環(huán)計(jì)數(shù)C51大循環(huán)計(jì)數(shù)第4章 軟件設(shè)計(jì)4.1 編程軟件編程軟件采用西門子公司設(shè)計(jì)的編程軟件STEP-Micro/Win32。當(dāng)可編程邏輯控制器投入運(yùn)行后，其工作

22、過(guò)程一般分為三個(gè)階段，即輸入采樣、用戶程序執(zhí)行和輸出刷新三個(gè)階段。完成上述三個(gè)階段稱作一個(gè)掃描周期。在整個(gè)運(yùn)行期間，可編程邏輯控制器的CPU以一定的掃描速度重復(fù)執(zhí)行上述三個(gè)階段。 在輸入采樣階段，可編程邏輯控制器以掃描方式依次地讀入所有輸入狀態(tài)和數(shù)據(jù)，并將它們存入I/O映象區(qū)中的相應(yīng)的單元內(nèi)。輸入采樣結(jié)束后，轉(zhuǎn)入用戶程序執(zhí)行和輸出刷新階段。在這兩個(gè)階段中，即使輸入狀態(tài)和數(shù)據(jù)發(fā)生變化，I/O映象區(qū)中的相應(yīng)單元的狀態(tài)和數(shù)據(jù)也不會(huì)改變。因此，如果輸入是脈沖信號(hào)，則該脈沖信號(hào)的寬度必須大于一個(gè)掃描周期，才能保證在任何情況下，該輸入均能被讀入。 在用戶程序執(zhí)行階段，可編程邏輯控制器總是按由上而下的順序依

23、次地掃描用戶程序(梯形圖)。在掃描每一條梯形圖時(shí)，又總是先掃描梯形圖左邊的由各觸點(diǎn)構(gòu)成的控制線路，并按先左后右、先上后下的順序?qū)τ捎|點(diǎn)構(gòu)成的控制線路進(jìn)行邏輯運(yùn)算，然后根據(jù)邏輯運(yùn)算的結(jié)果，刷新該邏輯線圈在系統(tǒng)RAM存儲(chǔ)區(qū)中對(duì)應(yīng)位的狀態(tài)；或者刷新該輸出線圈在I/O映象區(qū)中對(duì)應(yīng)位的狀態(tài)；或者確定是否要執(zhí)行該梯形圖所規(guī)定的特殊功能指令。4.2 程序流程圖設(shè)計(jì)PLC 投入運(yùn)行，系統(tǒng)處于初始狀態(tài)，準(zhǔn)備好啟動(dòng)。按下啟動(dòng)按鈕時(shí)開(kāi)始進(jìn)水，水滿(即水位到達(dá)高水位)時(shí)停止進(jìn)水，2s后開(kāi)始正轉(zhuǎn)洗滌。正轉(zhuǎn)洗滌30s后暫停，暫停2s后開(kāi)始反轉(zhuǎn)洗滌。反轉(zhuǎn)洗滌30s 后暫停，暫停2s 后，若正、反洗滌未滿5次，則返回從正轉(zhuǎn)洗

24、滌開(kāi)始的動(dòng)作; 若正、反洗滌滿5 次時(shí)，則開(kāi)始排水,同時(shí)渾濁度傳感器檢測(cè)衣物洗凈程度。排水水位若下降到低水位時(shí)，開(kāi)始脫水并繼續(xù)排水，同時(shí)，衣質(zhì)傳感器對(duì)衣質(zhì)進(jìn)行檢測(cè)。脫水30s即完成一次從進(jìn)水到脫水的工作循環(huán)過(guò)程。若未完成5次大循環(huán)，則返回從進(jìn)水開(kāi)始的全部動(dòng)作，進(jìn)行自動(dòng)停機(jī)。若按下停止按鈕，可以手動(dòng)排水和手動(dòng)脫水。全自動(dòng)洗衣機(jī)正常運(yùn)行流程圖如圖4-1所示。圖4-1 正常運(yùn)行流程圖強(qiáng)制停止流程圖如圖4-2所示。圖4-2 強(qiáng)制停止流程圖4.3 PLC控制順序功能圖設(shè)計(jì)順序功能圖，它是描述控制系統(tǒng)的控制過(guò)程、功能和特性的一種圖形，順序功能圖并不涉及所描述的控制功能的具體技術(shù)，它是一種通用的技術(shù)語(yǔ)言。順

25、序功能流程圖語(yǔ)言是為了滿足順序邏輯控制而設(shè)計(jì)的編程語(yǔ)言。編程時(shí)將順序流程動(dòng)作的過(guò)程分成步和轉(zhuǎn)換條件，根據(jù)轉(zhuǎn)移條件對(duì)控制系統(tǒng)的功能流程順序進(jìn)行分 配，一步一步的按照順序動(dòng)作。每一步代表一個(gè)控制功能任務(wù)，用方框表示。在方框內(nèi)含有用于完成相應(yīng)控制功能任務(wù)的梯形圖邏輯。這種編程語(yǔ)言使程序結(jié)構(gòu)清晰，易于閱讀及維護(hù)，大大減輕編程的工作量，縮短編程和調(diào)試時(shí)間。這種順序功能圖適合用于系統(tǒng)的規(guī)模校大，程序關(guān)系較復(fù)雜的場(chǎng)合。全自動(dòng)洗衣機(jī)控制系統(tǒng)PLC控制狀態(tài)流程圖如圖4-3所示。 圖4-3 PLC控制順序功能圖第5章 系統(tǒng)仿真5.1 S7-200 V4.0的仿真軟件該仿真軟件可以仿真大量的S7-200指令（支持常

26、用的位觸點(diǎn)指令、定時(shí)器指令、計(jì)數(shù)器指令、比較指令、邏輯運(yùn)算指令和大部分的數(shù)學(xué)運(yùn)算指令等，但部分指令如順序控制指令、循環(huán)指令、高速計(jì)數(shù)器指令和通訊指令等尚無(wú)法支持。仿真程序提供了數(shù)字信號(hào)輸入開(kāi)關(guān)、兩個(gè)模擬電位器和LED輸出顯示，仿真程序同時(shí)還支持對(duì)TD-200文本顯示器的仿真，在實(shí)驗(yàn)條件尚不具備的情況下，完全可以作為學(xué)習(xí)S7-200的一個(gè)輔助工具。另外，仿真軟件還有讀取CPU和擴(kuò)展模塊的信息、設(shè)置PLC實(shí)時(shí)時(shí)鐘、控制循環(huán)掃描次數(shù)等功能。軟件的主界面如圖5-1所示。 圖5-1 S7-200仿真軟件主界面圖中灰色部分為是CPU 224類型的PLC面板可顯示CPU運(yùn)行狀態(tài)和I/O點(diǎn)的狀態(tài)，燈亮為1，燈

27、滅為0。CPU224的右邊空白方框是擴(kuò)展模塊的位置，雙擊空白方框即可進(jìn)行模塊配置選擇，根據(jù)需要可選擇各種數(shù)字量和模擬量的擴(kuò)展模塊。CPU模塊的下方是用于輸入數(shù)字量信號(hào)的小開(kāi)關(guān)面板，具有和CPU224對(duì)應(yīng)的14個(gè)輸入點(diǎn)，單擊面板中的開(kāi)關(guān)按鈕可使其0，1狀態(tài)切換，在CPU面板上的模擬LED燈對(duì)應(yīng)滅，亮。開(kāi)關(guān)面板下方的SMB28,SMB29是兩個(gè)直線電位器，分別是CPU224的兩個(gè)8位模擬量輸入電位器對(duì)應(yīng)的特殊存儲(chǔ)器字節(jié)，可左右拖動(dòng)滑塊來(lái)設(shè)置它的值，范圍在0-255之間。5.2 仿真測(cè)試（1）CPU選型執(zhí)行圖中菜單命令“configuration”“CPU Type”，在CPU型號(hào)對(duì)話框中選擇自己對(duì)

28、應(yīng)的CPU型號(hào)，CPU224。如圖5-2所示。圖5-2 CPU選型框（2）程序的下載仿真軟件不能直接接收S7-200程序代碼，在STEP7-Micro/WIN中將程序編譯并導(dǎo)出成ASCII文本文件（擴(kuò)展名為awl），文件名為：全自動(dòng)洗衣機(jī).awl。然后在S7-200仿真軟件中使用工具欄的下載按鈕即可將導(dǎo)出的文件下載到仿真軟件當(dāng)中進(jìn)行仿真測(cè)試。加載成功后，在仿真軟件中的AWL和KOP觀察窗口中就可以分別觀察到加載的語(yǔ)句表程序和梯形圖程序。下載框如圖5-3所示。圖5-3 文件下載框（3）仿真測(cè)試在仿真軟件中點(diǎn)擊工具欄上的按鈕，啟動(dòng)運(yùn)行，使仿真PLC切換到RUN模式開(kāi)始仿真測(cè)試。仿真結(jié)果圖如圖5-4所示。圖5-4 仿真結(jié)果圖5.3仿真結(jié)果分析由圖5-4 仿真結(jié)果圖可以得知：?jiǎn)螕裘姘逯械拈_(kāi)關(guān)按鈕0、2使其狀態(tài)切換到到1，CPU面板上的模擬LED燈1對(duì)應(yīng)亮，再單擊面板上的開(kāi)關(guān)按鈕7（高水位傳感器）使其狀態(tài)切換到1，CPU面板上的模擬LED燈1滅，模擬LED燈2對(duì)應(yīng)亮。在實(shí)際操作中相當(dāng)于按下啟動(dòng)按鈕、高水位選擇開(kāi)關(guān)后，進(jìn)水閥打開(kāi)，開(kāi)始進(jìn)水。進(jìn)水完成后，高水