全自动洗衣机PLC课程设计--全自动洗衣机梯形图控制程序的设计与调试.doc

设 计 任 务 书

《可编程控制器》课程设计

设 计 题 目： 全自动洗衣机梯形图控制程序
的设计与调试

2015年 3 月 2日

可编程控制器课程设计任务书
（一） 设计题目
全自动洗衣机梯形图控制程序的设计与调试

（二） 情况简介
传统洗衣机基于电器的控制，已经不能满足人们对其自动化程度的要求了。洗衣机要更好地满足人们的需求，必须借助于自动化技术的发展。自动化技术的飞速发展，使得洗衣机由最初的半自动式发展到现在的全自动式，并正在向智能化洗衣机方向发展。洗衣机的全自动化、多功能化、智能化是其发展方向。基于全自动洗衣机的应用日益广泛，本次设计利用西门子公司生产的PLC控制全自动洗衣机，与传统的继电器逻辑控制系统相比较，洗衣机可靠性、节能性得到了提高。PLC控制不需要大量的活动部件和电子元器件，它的接线也大大减少，与此同时系统维修简单、维修时间缩短。
利全自动洗衣机采用PLC控制系统将大大提高工作效率，和适应工作环境的能力。在全自动洗衣机中，洗衣机洗涤、脱水程序是由单片机为中心控制系统工作的。首先由于单片机的指令系统相对复杂，编写洗涤、脱水程序相对复杂；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 这样增加了硬件的复杂性，隐含较高的故障率无形地增加了维修成本费用，在各种控制系统中广泛运用的PLC能克服单片机的缺点。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。因此在运用中，硬件也相对简单，提高控制系统的可靠性。另外它的编程语言也相对简单。

（三） 设计要求
（1）按下启动按钮及水位选择开关，注水直到高（中、 低）水位，关水
（2）2s后开始洗涤
（3）洗涤时，正转30s，停2s，然后反转30s，停2s
（4）如此循环5次，总共320s后开始排水，排空后脱水30s
（5）开始清洗，重复（2）～（5），清洗两遍
（6）清洗完成，报警3s并自动停机
（7）若按下停车按扭，可手动排水（不脱水）和手动脱水（不计数）

（四） 设计步骤
１. 查找资料，了解和分析题目所要求具体工程项目控制的过程。
２. 确定I/O点数，选择PLC 的型号，并根据需要进行硬件系统配置。
３. 绘制外部I/O接线图及相关的电气原理图。
４. 编程。
５. 调试。
６. 编写设计说明书。

（五） 设计说明书要求
①.完整的设计任务书。
②. 确定I/O点数，选择PLC 的型号，完成系统组态或硬件配置。
③.正确合理地进行编程元件的地址分配。
④.画出输入/输出接线图及相关电气原理图。。
⑤.设计梯形图控制程序。
⑥.编制系统的操作说明。
⑦.编制系统的调试说明及注意事项。
⑧.设计体会（可选）.
⑨参考文献.

（六） 列出设计参考资料目录设计时间
2015 年 3 月 2 日至 2015 年 3 月 15 日（2周）

指导教师 张 翠 云

设 计 说 明 书

《可编程控制器》课程设计

设 计 题 目： 全自动洗衣机梯形图控制程序
的设计与调试
学 院： 金山学院
学 号： 126713040
专业（方向）年级： 12级机械
学 生 姓 名： 林达勤

福建农林大学金山学院信息与机电工程系
2015年3月 2日

目录
1、引言 2
1.1背景 2
1.2设计内容及目的 2
2、系统总体方案设计 3
2.1 系统硬件配置及组成原理 3
2.1.1系统硬件配置 3
2.1.2 PLC系统的结构组成 3
2.1.3自动双层停车场组成原理 3
2.2 系统变量定义及分配表 4
2.3 系统接线图设计 5
3、控制系统程序设计 7
3.1 控制程序流程图设计 7
3.2 控制系统的设计思路及设计程序 8
3.3 创新设计内容 10
4、控制系统的上位机设计 11
4.1 人机界面选择 11
4.2 人机界面设计 11
4.2.1通讯连接 11
4.2.2变量设置 12
4.2.3画面组态 12
5、系统调试及结果分析 14
5.1 PLC程序调试及解决的问题 14
5.2 PLC与上位机联调 15
5.3 结果分析 15
结束语 15
参考文献 16
附录：程序梯形图 16

1、引言
1.1背景
随着计算机的及微电子技术的发展，自动控制系统正在逐步实现硬件化。因此，电动控制洗衣机将逐步退出家电舞台。
1.2设计内容及目的
本次的课程设计的主题就是：全自动洗衣机梯形图控制程序的设计与调试
设计内容：（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，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模拟调试并仿真。

设计的目的：全自动洗衣机的控制。要求洗衣机能实现进水、洗涤、排水、脱水、报警，
采用的控制方法简单操作简单，稳定可靠。

2、系统总体方案设计
2.1 系统硬件配置及组成原理
2.1.1系统硬件配置
（1） 全自动洗衣机控制采用S7-200小型PLC（cpu226）
（2） 水位传感器
（3） 上位机
（4） 电脑
2.1.2 PLC系统的结构组成

图2-1 PLC系统的结构框图
2.1.3自动洗衣机的组成原理
全自动洗衣机通常都采用将洗涤（脱水）桶套装在盛水桶内的同轴套桶式结构，虽然它们各自牌号和型号都不同，但其结构都是由洗涤，脱水系统，进，排水系统，电动机和传动系统，电器控制系统以及支撑机构5大部分组成的。支撑机构主要有箱体，吊杆及控制台组成，它除了安装和连接洗衣机的各种零件外，还具有减振及防护，装饰的作用。如图所示：全自动套筒洗衣机内部结构图。。

图2-2 自动洗衣机基本原理方框图

2.2 系统变量定义及分配表
根据不同控制要求，可以定义不同的变量名来代替外界发来的开关信号，并且合理的分配对应的变量，从而针对性的进行开关信号的转变，使程序的可读性增强，使程序在扩展方面更加方便。在我的设计方案中，I/O分配如表2-1、表2-2所示。
表2-1 输入信号的定义及地址分配表

名称
地址
启动按钮SB1
I0.0
停止按钮SB2
I0.1
高水位按钮SB3
I0.2
中水位按钮SB4
I0.3
低水位按钮SB5
I0.4
水排空检测开关ST1
I0.5
高水位检测开关ST2
I0.6
中水位检测开关ST3
I0.7
低水位检测开关ST4
I1.0
手动排水按钮SB6
I1.1
手动脱水按钮SB7
I1.2

表2-2 输出地址分配表
名称
地址
进水阀控制继电器J1
Q0.0
电动机正转继电器J2
Q0.2
电动机反转继电器J3
Q0.3
排水阀控制继电器J4
Q0.1
脱水阀控制继电器J5
Q0.4
报警蜂鸣器HA
Q0.5

2.3
系统接线图设计
接线图，是根据电气设备和电器元件的实际位置和安装情况绘制的，只用来表示电气设备和电器元件的位置、配线方式和接线方式，而不明显表示电气动作原理。主要用于安装接线、线路的检查维修和故障处理。
根据系统变量定义及分配表可以看出，要实现控制目的要利用PLC中的22个输入继电器和15个输出继电器，所以本系统可以选用PLC型号为西门子S7—200(CPU226)，这种机型的I/O点数分别为24/16；而输入部分的电压可以采用DC24V的直流电，输出部分的电压则必须采用AC220V的交流电，并且热继电器的辅助常闭触点要接在主线上，这样才能达到保护的目的。
此自动洗衣机控制的接线图可如图2-3所示。

图2-3 自动洗衣机控制系统接线图
3、控制系统程序设计
3.1 控制程序流程图设计

3.2 控制系统的设计思路及设计程序
设计思路：全自动洗衣机开关I0.0打开，按下高、中、低三个水位选择开关对应I0.2、I0.3、I0.4,等水位到达选择的水位，按下水位监测传感器开关I0.6、I0.7、I1.0,然后2S后正反转5次，接着排水和脱水，然后回到2S后正反转洗2次，最后洗完报警3S停止。

3个水位选择

3个水位监测开关，2秒计时

电机正转30S，2S计时

电机反转30S，计时2S

正反转5次，返回网络7，2S后电机正反转5次

开始排水，脱水30S

返回网络6，大循环洗2次

洗完报警3S洗衣机停止

3.3 创新设计内容
全自动洗衣机顾名思义就是要自动，人只要打开开关跟水位按钮，洗衣机会自动洗涤，想要快点洗完按下停止按手动排水和脱水，时间比传统短，操作更方便。

4、控制系统的上位机设计
4.1 人机界面选择
对于人机界面，我选择用组态王6.53软件来制作。
4.2 人机界面设计
4.2.1通讯连接
在系统的设备栏里，点击COM1，接着点击出现的新建设备，西门子S7-200系列PPI，然后选择串口号、设置地址指南等，如下图（图4-1）所示。
19

图4-1 通讯连接相关图

4.2.2变量设置
表4-1 上位机输入、输出变量
名称
地址
启动按钮SB1
M1.4
停止按钮SB2
M1.5
高水位按钮SB3
M1.6
中水位按钮SB4
M1.7
低水位按钮SB5
M2.0
进水检测开关ST1
M2.7
高水位检测开关ST2
M2.4
中水位检测开关ST3
M2.5
低水位检测开关ST4
M2.6
手动排水按钮SB6
M3.0
手动脱水按钮SB7
M3.1

名称
地址
启动按钮SB1
M1.4
停止按钮SB2
M1.5
高水位按钮SB3
M1.6
中水位按钮SB4
M1.7
低水位按钮SB5
M2.0
进水检测开关ST1
M2.7
高水位检测开关ST2
M2.4
中水位检测开关ST3
M2.5
低水位检测开关ST4
M2.6
手动排水按钮SB6
M3.0
手动脱水按钮SB7
M3.1

4.2.3画面组态

图4-2 进入程序界面图

图4-3

5.1 PLC程序调试及解决的问题
根据设计思路利用V4.0 STEP7 Micro WIN SP9软件编写程序，经过编译确认无误后，导出程序，接着打开S7-200仿真软件，选择CPU型号为226，在工具栏程序中装载之前导出程序块和数据块，点击监视器和运行按钮，就可进行仿真模拟。（也可以在实体机上进行通信-下载-运行，利用监控与状态表来判断正误。）
PLC程序的调试是我们写程序中相当关键的一步，调试不仅可以帮我们检查程序的正误及如何改进，而且还能提前让我们了解我们所编程序的最终效果。
利用S7-200仿真软件调试全自动洗衣机的控制（图5-1）。

图5-1 全自动洗衣机的仿真图

5.2 PLC与上位机联调
上位机我是采用组态王6.53来编写，人机界面中根据下位机PLC的程序新建一些I/O变量，这些变量需要添加进PLC程序中，才能进行PLC与上位机的联调。（添加后的程序见附录）
PLC与上位机的联调：首先在实验室将线路接通后，在V4.0 STEP7 Micro WIN SP9中打开程序，进行程序的通信，并下载程序，随后运行程序，关闭V4.0 STEP7 软件。紧接着，打开组态王软件，选择自己的工程，点击VIEW，运行自己创建的人机界面。联调时，第一，点击人机界面中的启动按钮，按下高水位开始进水，按下高水位传感器2S后电机正转，停2S电机反转，正反转5次开始排水，按下水排空传感器开始脱水30S，然后大循环2次，洗完报警3S停止。
5.3 结果分析
经过PLC与上位机的联调，我发现我做的人机界面虽不算漂亮，但需要的功能都可以实现，看也可以看得出各个功能的按钮。
结束语
两个星期的课程设计，转眼即逝，在张老师的耐心指导下，我的课程设计顺利地完成，在此向老师表示由衷的感谢。本次的课程设计，我的课题是全自动洗衣机梯形图控制程序的设计及调试。
这次课程设计要求设计一个全自动洗衣机控制，自行设计这对我将来踏上工作岗位是非常有帮助的。尽管上一届的同学已经完成的非常出色，但是我仍然希望通过自己的努力完成设计并希望有所突破。这也是我对自己的考验。于是本次设计过程中我完全按照软件设计步骤的要求来进行，从课题分析开始，再进行总体设计、详细设计,最后到系统实现。每一步都让我将理论学习的知识应用到实践中去。也使我掌握了一整套规范的设计操作流程。在系统运行环，。对已完成的程序和硬件系统相结合。调试时，由于控制逻辑上出现了一点问题，使得硬件和软件不能完全统一。当时我心里是非常焦急的，这一出错也意味着前功尽弃。然而，在指导老师的分析与鼓励下，我重新纠错找到了错误并改正。使我意识到今后不论遇到什么情况都要分析原因，列出可能的情况后，沉着应对，必然能战胜困难取得成功。

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2. 基于单片机的嵌入式Web服务器的研究
3. MOTOROLA单片机MC68HC（8）05PV8/A内嵌EEPROM的工艺和制程方法及对良率的影响研究
4. 基于模糊控制的电阻钎焊单片机温度控制系统的研制
5. 基于MCS-51系列单片机的通用控制模块的研究
6. 基于单片机实现的供暖系统最佳启停自校正（STR）调节器
7. 单片机控制的二级倒立摆系统的研究
8. 基于增强型51系列单片机的TCP/IP协议栈的实现
9. 基于单片机的蓄电池自动监测系统
10. 基于32位嵌入式单片机系统的图像采集与处理技术的研究
11. 基于单片机的作物营养诊断专家系统的研究
12. 基于单片机的交流伺服电机运动控制系统研究与开发
13. 基于单片机的泵管内壁硬度测试仪的研制
14. 基于单片机的自动找平控制系统研究
15. 基于C8051F040单片机的嵌入式系统开发
16. 基于单片机的液压动力系统状态监测仪开发
17. 模糊Smith智能控制方法的研究及其单片机实现
18. 一种基于单片机的轴快流CO〈,2〉激光器的手持控制面板的研制
19. 基于双单片机冲床数控系统的研究
20. 基于CYGNAL单片机的在线间歇式浊度仪的研制
21. 基于单片机的喷油泵试验台控制器的研制
22. 基于单片机的软起动器的研究和设计
23. 基于单片机控制的高速快走丝电火花线切割机床短循环走丝方式研究
24. 基于单片机的机电产品控制系统开发
25. 基于PIC单片机的智能手机充电器
26. 基于单片机的实时内核设计及其应用研究
27. 基于单片机的远程抄表系统的设计与研究
28. 基于单片机的烟气二氧化硫浓度检测仪的研制
29. 基于微型光谱仪的单片机系统
30. 单片机系统软件构件开发的技术研究
31. 基于单片机的液体点滴速度自动检测仪的研制
32. 基于单片机系统的多功能温度测量仪的研制
33. 基于PIC单片机的电能采集终端的设计和应用
34. 基于单片机的光纤光栅解调仪的研制
35. 气压式线性摩擦焊机单片机控制系统的研制
36. 基于单片机的数字磁通门传感器
37. 基于单片机的旋转变压器-数字转换器的研究
38. 基于单片机的光纤Bragg光栅解调系统的研究
39. 单片机控制的便携式多功能乳腺治疗仪的研制
40. 基于C8051F020单片机的多生理信号检测仪
41. 基于单片机的电机运动控制系统设计
42. Pico专用单片机核的可测性设计研究
43. 基于MCS-51单片机的热量计
44. 基于双单片机的智能遥测微型气象站
45. MCS-51单片机构建机器人的实践研究
46. 基于单片机的轮轨力检测
47. 基于单片机的GPS定位仪的研究与实现
48. 基于单片机的电液伺服控制系统
49. 用于单片机系统的MMC卡文件系统研制
50. 基于单片机的时控和计数系统性能优化的研究
51. 基于单片机和CPLD的粗光栅位移测量系统研究
52. 单片机控制的后备式方波UPS
53. 提升高职学生单片机应用能力的探究
54. 基于单片机控制的自动低频减载装置研究
55. 基于单片机控制的水下焊接电源的研究
56. 基于单片机的多通道数据采集系统
57. 基于uPSD3234单片机的氚表面污染测量仪的研制
58. 基于单片机的红外测油仪的研究
59. 96系列单片机仿真器研究与设计
60. 基于单片机的单晶金刚石刀具刃磨设备的数控改造
61. 基于单片机的温度智能控制系统的设计与实现
62. 基于MSP430单片机的电梯门机控制器的研制
63. 基于单片机的气体测漏仪的研究
64. 基于三菱M16C/6N系列单片机的CAN/USB协议转换器
65. 基于单片机和DSP的变压器油色谱在线监测技术研究
66. 基于单片机的膛壁温度报警系统设计
67. 基于AVR单片机的低压无功补偿控制器的设计
68. 基于单片机船舶电力推进电机监测系统
69. 基于单片机网络的振动信号的采集系统
70. 基于单片机的大容量数据存储技术的应用研究
71. 基于单片机的叠图机研究与教学方法实践
72. 基于单片机嵌入式Web服务器技术的研究及实现
73. 基于AT89S52单片机的通用数据采集系统
74. 基于单片机的多道脉冲幅度分析仪研究
75. 机器人旋转电弧传感角焊缝跟踪单片机控制系统
76. 基于单片机的控制系统在PLC虚拟教学实验中的应用研究
77. 基于单片机系统的网络通信研究与应用
78. 基于PIC16F877单片机的莫尔斯码自动译码系统设计与研究
79. 基于单片机的模糊控制器在工业电阻炉上的应用研究
80. 基于双单片机冲床数控系统的研究与开发
81. 基于Cygnal单片机的μC/OS-Ⅱ的研究
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85. 基于单片机γ-免疫计数器自动换样功能的研究与实现
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94. 基于MSP430单片机的远程抄表系统及智能网络水表的设计
95. 基于MSP430单片机具有数据存储与回放功能的嵌入式电子血压计的设计
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111. 超精密机床床身隔振的单片机主动控制
112. PIC单片机在空调中的应用
113. 单片机控制力矩加载控制系统的研究
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