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全自动洗衣机控制系统设计三

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2020年4月19日
文档仅供参考

XXXXX学院
课程设计说明书

设计题目: 全自动洗衣机控制系统设计（三）

学生姓名： XXXXX
学 号： XXXXX
专业班级： XXXXX
指导教师： XXXXX
12 月 08 日

内容摘要

本文介绍了采用可编程控制器（PLC）作为核心控制部件来控制在经过高低水位和强弱洗模式选择后，洗衣机的进水、洗涤、排水、脱水、报警等的全自动控制系统。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，设计了流程图及程序梯形图，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，因此只要改变计时器参数就能够改变时间。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

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 9
2.6 程序调试 17
2.7 程序语句表 22
结 论 28
设计总结 29
谢辞 30
参考文献 31

第1章 引 言
全自动洗衣机是将洗衣机的全过程如进水、洗涤、排水、脱水、报警等过程预先写入N个程序，由程序来控制洗衣机的进水量、洗涤时间、循环次数、排水、脱水洗涤等，所有工作完成后有蜂鸣器报警提示。
根据全自动洗衣机的工作原理，利用可编程控制器PLC来实现洗涤过程的控制。全自动洗衣机控制系统利用西门子S7-200系列PLC的特点，对按钮，电磁阀，开关等其它一些输入/输出点进行控制,实现了洗衣机洗衣过程的自动化。由于每遍的洗涤，排水，脱水的时间由PLC内定时器和计数器控制，因此只要改变定时器和计数器参数就能够改变洗涤时间和循环次数。也能够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、特别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。而利用PLC控制的优点是：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；

图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
一般地，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。而且，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。而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。
针对洗涤循环次数的控制有两种方案可供选择：
方案一、利用计数器来控制循环次数，每循环一次，计数器加1，达到设定值后执行下一个程序。
优缺点：思路简单，易于理解，但程序量稍大，易出错。
方案二、利用循环程序指令，调用强洗弱洗子程序，循环完成执行下一程序。
优缺点：优化程序结构，结构清晰，但在所下载模拟器中无法运行，调试。
方案选择：为加强常见计数器的运用熟练程度，并根据编者水平和无法调试的具体情况选择方案一为最终方案。

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，就能够直接按下停止按钮，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能够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能够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能够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磁阀，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。能够直接用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。能够直接用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。
排水电磁阀用于PLC主机控制洗衣机机筒内的排放。选用数字式电磁阀，能够直接用PLC主机的数字量输出端口来连接到排水电磁阀，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电磁阀，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，就能够直接使用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能够完成控制任务。
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，能够满足使用需求。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端子排能够很容易地整体拆卸
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
YV1
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
排水电磁阀
YV2
Q0.3
排水控制
脱水离合器
KM5
Q0.4
脱水控制
蜂鸣器
HA
Q0.5
声音提示
进水指示灯
HL1
Q0.6
进水提示
洗涤指示灯
HL2
Q0.7
洗涤提示
排水指示灯
HL3
Q1.0
排水提示
脱水指示灯
HL4
Q1.1
脱水提示
表2-1 全自动洗衣机plc主机的I/O地址分配

2.4 PLC接线图
根据分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
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，经过程序的控制，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，而且能够在洗涤完成之后达到经过蜂鸣器报警提示的功能.程序梯形图如图2-4所示

图2-4 程序梯形图

2.6程序调试
在用V4.0 STEP 7 MicroWIN SP4软件编写完程序后点击文件中的导出选项，导出一个awl后缀命名的文件，将这个文件在S7_200.exe模拟调试软件中进行调试，cpu型号为cpu224，运行的预期效果为：
1.低水位下的弱洗模式：按下I0.0和I0.5后洗涤指示灯Q0.7和进水指示灯亮Q0.6亮。在洗涤过程中正转接触器Q0.1暂停，反转接触器Q0.1，暂停四个过程循环运行，而洗涤指示灯Q0.7在洗涤工作中一直亮着。待排水结束后按下零水位检测I0.6（实际工作中会自动闭合）后洗衣机开始脱水，此时洗衣机正转接触器Q0.1排水离合器Q0.3脱水离合器Q0.4脱水指示灯Q1.1亮。脱水完成后报警蜂鸣器Q0.5亮。
2.高水位下的弱洗模式：按下启动I0.0高水位选择I0.2高水位检测I0.4后其余过程及显示情况同低水位下的弱洗模式的情况。
3.低水位下的强洗模式：按下启动I0.0强洗模式I0.3低水位检测I0.5后除工作过程各工步时间持续长短外其余过程及显示情况同低水位下的弱洗模式的情况。
4.高水位下的强洗模式：按下启动I0.0高水位选择I0.2强洗模式I0.3高水位检测I0.4后其余过程及显示情况同高水位下的强洗模式的情况。
具体调试及运行情况见图2-5到图2-13。

图2-5 进水

图2-6 正转
图2-7 暂停

图2-8 反转

图2-9 暂停

图2-10 排水
图2-11 脱水

图2-12 报警
图2-13 洗涤完成

2.7程序语句表
在用V4.0 STEP 7 MicroWIN SP4软件编写完程序后点击查看菜单下的STL选项直接生成梯形图的语句表。语句表如图2-14所示。

图2-14 程序语句表

结 论
此PLC控制程序能够实现，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，洗衣机经过高水位限位检测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，等一系列的要求能够实现。
本程序设计若对强弱洗循环中控制相同时间的计时器进行合并则可进一步简化程序。除此之外还能够用循环指令代替计数器实现循环次数的控制。
设计总结
经过这次课程设计不但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，比如说当自己觉得程序设计的挺好时，可在运行时却发现运行的结果漏洞百出，自己或没想到或想得太简单，总是前后不能兼顾。在不断修改完善中运行结果才按要求一一实现。在完成程序设计的同时毫无疑问对于plc的理解与以前相比深了很多。有很多细节是在做了之后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，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因此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，各种设备都能够用PLC进行控制设计，生活中有那么多的电器能够用她它来进行控制，这让我看到了我们现在学习的东西并非是一无是处，她都将会在社会中有所作为的。
谢辞
两周的课程设计也接近了尾声，经过两周的奋战我的设计终于完成了。在没有做plc课程设计以前觉得课程设计只是对这半年来所学知识的单纯总结，可是经过这次做课程设计发现自己的看法有点太片面。课程设计不但是对前面所学知识的一种检验，而且也是对自己能力的一种提高。经过这次设计使我明白了自己原来知识还比较欠缺。自己要学习的东西还太多，以前老是觉得自己什么东西都会，什么东西都懂，有点眼高手低。经过这次课程设计，我才明白学习是一个长期积累的过程，在以后的工作、生活中都应该不断的学习，努力提高自己知识和综合素质。
在这次课程设计中同学们之间的关系更进一步了，同学之间互相帮助，有什么不懂的大家在一起商量，听听不同的看法对我们更好的理解知识，因此在这里非常感谢我的同学冯达,段成杰,温雪峰等的帮助。
在此我要感谢我的指导老师王宗才老师对我们悉心的照顾，感谢老师对我们的督促，感谢老师的耐心解答和良好的指导。在设计过程中，我经过查阅大量有关资料，与同学交流经验和自学，并向老师请教等方式，使自己学到了不少知识，也经历了不少艰辛，但收获同样巨大。在整个设计中我懂得了许多东西，也培养了我独立工作的能力，树立了对自己工作能力的信心，相信会对今后的学习工作生活有非常重要的影响。而且大大提高了动手的能力，使我充分体会到了在创造过程中探索的艰难和成功时的喜悦。虽然这个设计做的也不太好，可是在设计过中所学到的东西是这次课程设计的最大收获和财富，使我终身受益。

参考文献
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