本科毕业论文---全自动洗衣机系统设计.doc

西南科技大学

课程设计说明书

设计题目： 全自动洗衣机系统设计
学生姓名：
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专业班级：
指导教师：
2015年 10 月 25 日

摘要

本文介绍了采用可编程控制器（PLC）作为核心控制部件的全自动洗衣机控制系统。文章介绍了洗衣机的结构，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，并对方案进行了论证，根据洗衣机的工作原理，设计了流程及程序，对按钮及其它一些输入/输出点进行控制，实现了洗衣机洗衣过程的自动化。由于洗涤，排水，脱水的时间均由PLC内计计时器控制，所以只要改变计时器参数就可以改变时间。具有智能化程度高、安全可靠、方便、灵活等特点。

关键词：PLC；全自动洗衣机；按钮；

1

ABSTRACT
This article describes the automatic washing machine control system using prog- rammable logic controller (PLC) as the core control components.This paper introduc- es the structure of the washing machine, for automatic washing machine control syst- em is analyzed.On this basis, fully automatic washing machine control scheme is pro- posed based on PLC.And a demonstration program, according to the principle of the
washing machine.Design processes and procedures, buttons, and other input /output
points to control automated washing machine in the laundry process.Since the washi- ng, drainage, dewatering time count by the timer within the PLC control, so long as the change timer parameters can change over time. With a high degree of intelligence, safe, reliable, convenient and flexible features.

Key words: PLC; full automatic washing machine; button

目 录
第1章 引 言 1
第2章 系统总体方案设计 2
2.1控制系统流程图 2
2.2系统设计方案 3
2.3洗衣机硬件配置及组成原理 3
2.4 PLC接线图 8
2.5 程序梯形图 10
结 论 17
设计总结 18
致谢 19
参考文献 20
附录一 主程序语句表 21
附录二 洗涤子程序 24
附录三 强洗标准洗子程序 25

27

第1章 引 言

这次设计是毕业前最后一次课程设计，也是为做毕业做铺垫吧，通过这次设计，将所学的东西融会贯通。
这篇设计论文是以西门子S7-200为主要载体，结合他对应的编程软件来对全自动洗衣机的控制进行编程，虽然没有具体的见到他的硬件，但是也对这样一个程序对应的接口做了了解。
同时根据全自动洗衣机的工作原理，利用可编程控制器PLC实现控制，说明了PLC控制的原理方法，特点及控制洗衣机的特色。全自动洗衣机控制系统利用了西门子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。由于每遍的洗涤，排水，脱水的时间由PLC内定时器和计数器控制，所以只要改变定时器和计数器参数就可以改变时间。可以把上面设定的程序时间定下来，作为固定程序使用,充分表现现代家电品的实用性。
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。

第2章 系统总体方案设计

2.1控制系统流程图
如图2.1为全自动洗衣机的洗涤动作程流程图,根据控制流程图并按照设计任务书进行程序的设计；
暂停2秒
暂停3秒
满5次?吗？
满3次?吗？

排水，直至水排空
甩干10秒
报警提示5秒
停机
洗衣机洗涤过程
进水，到达规定水位，开始洗涤
是强洗吗?吗？
电机正转8秒
电机正转2秒
暂停2秒
暂停3秒
电机反转8秒
电机反转3秒
Y
N
Y
Y
N
N

2.1全自动洗衣机的洗涤动作程流程图

2.2系统设计方案
通常地，人们采用洗衣机来洗衣服需要经历洗涤、漂洗、排水、脱水等4个环节，而在全自动洗衣机中，这样的一个过程全由PLC来完成。并且，全自动洗衣机需要其控制系统足够可靠，以避免洗衣机轻易出现故障。
全自动洗衣机的简单工作过程如图2.1所示。其中，洗衣的方式（强洗或是标准）、洗衣中的水位选择（高水位洗衣、低水位洗衣等）等两个方面需要在人们将衣服放入洗衣机洗衣服之后手动来选择。并且是必须选择的洗衣参数。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洗衣服的整个过程。
全自动洗衣机系统中，PLC主要完成以下功能：
1．检测功能
（1）检测洗衣的方式：强洗或者是弱洗的选择。
（2）检测洗衣时的水位：高水位或者是低水位的选择。
（3）检测进水是否到了需要的水位，即进水是否完成。
（4）检测排水是否已经完成。
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、脱水等的时间长短。
（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）控制完成洗衣时的信号提示。

2.3洗衣机硬件配置及组成原理
根据控制流程图，来实现功能。选择西门子S7-200系列PLC作为此全自动洗衣机的控制主机。在西门子S7-200系列PLC中又有CPU221、CPU222、CPU224、CPU226、CPU226XM等之分。此全自动洗衣机系统中总共有7个数字量输入，10个数字量输出，共需17点I/O,根据I/O点数及程序容量，选择了CPU224作为其主机。
启动按钮用来控制全自动洗衣机开始工作与否，一般地，在用户在洗衣机内放入衣服，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与否。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。
强洗标准洗涤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。反之则相反，选择标准洗模式。需要说明的是，标准模式与强洗模式的 选择必须在用户一开始洗衣之前完成。
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直接送到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这样就可以直接将低水位探测器的输出直接送到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。采用数字量输出式水位探测器这样就可以直接将零位探测器的输出直接送到PLC主机的数字量输入端口上。
进水电磁阀用来控制洗衣机的进水。当然洗衣机需要外界进水时，PLC主机发出控制信号，进水电磁阀会打开，水自动从外界送入洗衣机筒内，当水已经达到了设定的水位时，PLC主机发出信号自动关闭进水电池阀，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，电机会正转与反转同时轮流进行。
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，在洗衣机洗衣服的过程中，电机会正转与反转同时轮流进行。
排水离合器用于PLC主机控制洗衣机机筒内的排放。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，当洗衣机在完成洗衣或者漂洗后，需要将机筒内的脏水排出机筒，此时，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，脱水电磁离合器正是用于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，最终达到控制脱水执行电机的目的。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觉得简单的方式就可以完成控制任务。
蜂鸣器用来指示洗衣机洗衣过程中的一些声音提示，也采用电磁阀控制。对于各个程序中的指示灯也采用电磁阀进行控制。
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、高低水位按钮、标准强洗模式按钮、高水位探测器、低水位探测器，零水位探测器一共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一共10点。
由于点数不多，考虑20%～30%的余量，选用小型PLC便可实现， 本次设计选择西门子S7-200系列的CPU224型的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
洗衣机的电动机是满足220V单相电源的交流异步电动机，要想改变电动机的旋转方向只需在电路中串联一个电容以改变相位差。，达到控制电机正反转的目的。如图2.2为主电路电机正反转的控制线路

图2.2 电机正反转控制
图中控制“正转”、“反转”功能为控制电动机电源方向的两个继电器KM2,KM3，它们的线圈分别与PLC的输出端“ KM2”“KM3”相连，受控于PLC的输出信号。
如表2.1为全自动洗衣机中PLC主机的I\O资源分配，表2.2为全自动洗衣机中PLC主机中辅助继电器分配。

表2.1 全自动洗衣机plc主机的I/O地址分配

信号名称
电路器件
地址编号
说明
输入信号
启动按钮
SB1
I0.0
启动洗衣机
停止按钮
SB2
I0.1
停止洗衣机
高低水位选择按钮
SB3
I0.2
高低水位选择
洗涤模式选择按钮
SB4
I0.3
洗涤模式选择
高水位探测
ST3
I0.4
高水位检测
低水位探测
ST2
I0.5
低水位检测
零水位探测
ST1
I0.6
零水位检测
输出信号
进水电磁阀
KM1
Q0.0
进水控制
电机正转接触器
KM2
Q0.1
电机正转控制
电机反转接触器
KM3
Q0.2
电机反转控制
排水离合器
KM4
Q0.3
排水控制
脱水离合器
KM5
Q0.4
脱水控制
蜂鸣器
KM6
Q0.5
声音提示
进水指示灯
KM7
Q0.6
进水提示
洗涤指示灯
KM8
Q1.0
洗涤提示
排水指示灯
KM9
Q1.1
排水提示
脱水指示灯
KM10
Q1.2
脱水提示

表2.2 全自动洗衣机中plc主机中辅助继电器分配

名称
地址
名称
地址
启动 停止
M0.0
电机正转计时10s
M1.2
高水位
M0.1
电机反转计时8s
M1.3
低水位
M0.2
电机反转计时2s
M1.4
强洗模式
M0.3
零水位探测
M1.5
标准洗涤模式
M0.4
停止计时器2s
M1.6
蜂鸣器
M0.5
停止计时器3s
M1.7
洗涤高水位检测
M0.6
电机正转计时器8s
M2.0
洗涤低水位检测
M0.7
停止计时器5s
M2.1
洗涤完成
M1.0
停止计时器（2s）2
M2.2
点击正转计时2s
M1.1
停止计时器（3s）2
M2.3

2.4 PLC接线图
根据i/o分配及s7200的接口设计，如图2.3为全自动洗衣机PLC I\O接线图

图2.3 洗衣机PLC I\O接线图

2.5 程序梯形图
一.主程序梯形图
主程序根据设计要求，主要实现以下几点主要功能，一对于程序的起停控制，二对于高低水位的选择，三对于洗涤模式的选择，四在实现以上要求之后，通过程序的控制，实现进水，排水，洗涤，脱水四个主要功能，同时达到在各个过程中能够有信号指示灯指示各个工作状态下的信号状态，并且能够在洗涤完成之后达到通过蜂鸣器报警提示的功能.如图2.3

图2.3 主程序梯形图
二．洗涤子程序梯形图
洗涤子程序，主要进行强洗或标准洗涤循环模式的选择.如图2.4

图2.4 洗涤子程序梯形图
三. 强洗子程序梯形图
该程序段主要实现的功能是，在选择该程序段工作后，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.如图2.5

图2.5 强洗子程序梯形图
四.标准洗涤子程序梯形图
该程序段主要实现的功能是在选择该程序段工作后达到电机正转洗涤2秒，暂停3秒，电机反转洗涤2秒，暂停3秒的功能。如图2.6

图2.6 标准洗涤子程序梯形图
注 附录一、二、三分别为主程序、洗涤子程序和强洗标准洗涤子程序语句表。

结 论

此PLC控制程序可以实现，洗衣机的进水，排水，分别有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，水位选择有一个按钮完成。洗涤方式选择也哟一个按钮完成，用四个LED发光二极管来只是当前的工况状态。等一系列的要求可以实现。
设计总结

通过这次课程设计不仅使我对于机电传动控制这门课进行了一次综合性的复习，同时还让我学到了很多东西，比如说当自己真正的想要把事情做好的时候，才会发现自己平时很容易忽略的东西有很多，才会真正的去发现一些从未注意的东西，比如，在这次的课程设计中，我就发现word其实并不是像我以前想的那么不人性化，因为自己以前从来没有注意这些细节的内容所以才会以为有那么多的不顺手的地方。对于这次的课程设计，对于PLC的设计使我对于电路的控制有了更加具体话的了解，像洗衣机，电梯，各种设备都可以用PLC进行控制设计，生活中有那么多的电器可以用他它来进行控制，这让我看到了我们现在学习的东西并非是一无是处，他都将会在社会中有所作为的。
致谢

经过几个月的忙碌和学习，本次毕业论文设计已经接近尾声。作为一个自考本科生的毕业设计，由于经验的匮乏，难免有许多考虑不周全的地方，如果没有指导教师的的督促指导，想要完成这个设计是难以想象的。在这里首先要感谢我的论文指导老师王皑军老师。王皑军老师平日里工作繁多，但在我做毕业设计的每个阶段，从选题到查阅资料，论文提纲的确定，中期论文的修改，后期论文格式调整等各个环节中都给予了我细心的指导。除了敬佩王皑军老师的专业水平外，他治学严谨和科学研究的精神也是我永远学习的榜样，并将积极影响我今后的学习和工作。
在论文即将完成之际，还要感谢大学期间所有的老师，是在他们的教诲下，我喜欢上了机电设备与管理专业，掌握了坚实的专业知识基础，为我以后的扬帆远航注入了动力。谢谢！参考文献

[1] 王宗才. 机电传动与控制. 北京: 电子工业出版社. 2011.
[2] 于庆广.可编程控制器原理及系统设计.北京:清华大学出版社.2004.
[3] 胡学林. 电气控制及PLC. 北京：冶金工业出版社, 1997.
[4] 廖常初. PLC编程及应用. 北京：机械出版社，2002.
[5]罗伟.邓木生.PLC与电气控制.北京：中国电力出版社，2005.
[6] 马光.全自动洗衣机中的传感器[J].北京:家用电器,1999.
[7] 孙振强.可编程控制器原理及应用教程.北京：清华大学出版社.2003.
[8] 刘子林.电机与电气控制[M].北京:电子工业出版社,2003.
[9] 程周.电气控制与PLC原理及应用[M].北京:电子工业出版社,2003.
[10] 蒋金周.全自动洗衣机的PC智能控制[J].机电一体化,2004.

附录一 主程序语句表

Network 1 // 网络标题
// 网络注释
LD SM0.1
= Q0.0
= M0.0
R T37, 1
Network 2
// 启动停止
LD I0.0
O M0.0
AN I0.1
AN T38
= M0.0
Network 3
// 高水位选择
LD I0.2
O M0.1
A M0.0
AN M0.2
= M0.1
Network 4
// 低水位选择
LDN I0.2
A M0.0
AN M0.1
= M0.2
Network 5
// 强洗
LD I0.3
O M0.3
A M0.0
AN M0.4
= M0.3
Network 6
// 标准洗
LDN I0.3
A M0.0
AN M0.3
= M0.4
Network 7
LD I0.4
O M0.6
A M0.0
A M0.1
= M0.6
Network 8
LD I0.5
O M0.7
A M0.0
A M0.2
= M0.7
Network 9
LD SM0.0
O Q0.0
LD M0.1
AN M0.6
LDN M0.7
A M0.2
OLD
ALD
A M0.0
= Q0.0
= Q0.6
Network 10
// 洗涤
LD M0.0
CALL SBR0
= Q0.7
Network 11
// 排水
LD M1.0
A M0.0
A M1.7
= Q0.3
AN Q0.4
= Q1.1
Network 12
// 脱水
LDN M0.5
A M1.0
A M0.0
AN M1.7
= Q0.4
= Q1.2
TON T37, 100
Network 13
LD T37
O M0.5
AN T38
LPS
= M0.5
A M0.0
= Q0.5
LPP
TON T38, 50
附录二 洗涤子程序

洗涤子程序语句表
TITLE=子程序注释
Network 1 // 网络标题
// 网络注释
LD SM0.1
LPS
A M0.3
FOR VW100, 1, 5
LPP
A M0.4
FOR VW110, 1, 3
Network 2
LD M0.6
O M0.7
LPS
A M0.3
CALL SBR1
LPP
A M0.4
CALL SBR2

附录三 强洗标准洗子程序

1.强洗子程序语句表
Network 1 // 网络标题
// 网络注释
LD M0.3
O Q0.1
AN M2.0
A M0.0
= Q0.1
Network 2
// 电机正转计时
LD Q0.1
TON T33, 800
Network 3
LD T33
O M2.0
AN M1.3
= M2.0
Network 4
LD T33
TON T34, 200
Network 5
LD T34
O Q0.2
AN T35
A M0.0
= Q0.2
TON T35, 800
Network 6
LD T35
TON T36, 200
2. 标准洗涤子程序语句表
Network 1 // 网络标题
// 网络注释
LD M0.4
O Q0.1
AN M1.1
A M0.0
= Q0.1
Network 2
LD Q0.1
TON T97, 200
Network 3
LD T97
O M1.1
AN M1.4
= M1.1
Network 4
LD M1.1
TON T98, 300
Network 5
LD T98
AN T99
A M0.0
= Q0.2
TON T99, 200
Network 6
LD T99
TON T100, 300