1、南京工程學院 本科畢業設計（論文）題目：基于s7-200plc的全自動洗衣機控制系統設計 專 業： 機械電子工程 班 級： 機電(2)班 學 號: 200090703215 學生姓名： 黃鈺凱 指導教師： 孫延永 起迄日期： 2013.320013.6 graduation design (thesis)a full automatic washing machine control system designed which is based on s7-200 plcbyhuang yukaisupervised bylecturer sun yanyongdepartment of me

2、chatronic engineeringnanjing institute of technologyjune, 2013摘 要隨著社會經濟的發展和科學技術水平的提高，家庭電器全自動化成為必然的發展趨勢。全自動洗衣機的產生極大的方便了人們的生活。洗衣機是國內家電業唯一不打價格戰的行業，經過幾年的平穩發展，國產洗衣機無論在質量上還是功能上都和世界領先水平同步?？v觀洗衣機市場，高效節能、省水、省電、環保型洗衣機一直在市場上占主導地位。根據全自動洗衣機的工作原理,利用可編程控制器plc實現控制,說明了plc控制的原理方法,特點及控制洗衣機的特色。plc的優點是：可靠性高，耗電少，適應性強，運行速度

3、快，壽命長等，為了進一步提高全自動洗衣機的功能和性能，避免傳統控制的一些弊端，就提出了用plc來控制全自動洗衣機這個課題。全自動洗衣機控制系統利用了西門子s7-200系列plc的特點,對按鈕,電磁閥,開關等其他一些輸入/輸出點進行控制,實現了洗衣機洗衣過程的自動化。由于每遍的洗滌,排水,脫水的時間由plc內計數器控制,所以只要改變計數器參數就可以改變時間?？梢园焉厦嬖O定的程序時間定下來,作為固定程序使用,也可以根據衣物的質地,數量及油污的程度來編程。該論文就怎樣利用plc來控制全自動洗衣機進行了調查，對其中軟件設計、硬件設計等問題進行了分析和研究，實現了全自動洗衣機的正常運行和強制性停止功能。

4、關鍵詞：plc；控制；延時；自動 abstractsalong with the social economy development and the science and technology level enhancement, the family electric appliance entire automation becomes the inevitable development tendency. entire automatic washer production enormous convenience peoples life. the washer is the d

5、omestic electrical appliances industry does not only hit the profession which the price fights, passes through several year steady development, the domestically produced washer regardless of in quality or in function all with world leading horizontal synchronization. looks over the washer market, th

6、e highly effective energy conservation, the province water, the province electricity, the environmental protection washer continuously occupy the dominant position in the market. according to the working principle of the full-automatic washing machine using plc programmable controller control, illus

7、trates the principle of plc control method, characteristic and control characteristic of the washing machine. plc is: the advantages of high reliability, less consumption, high adaptability, running speed, long service life, etc., in order to further improve the functionality and performance of full

8、y automatic washing machine, avoid some disadvantages of traditional control, is proposed to use plc to control the automatic washing machine is the subject. fully automatic washing machine control system using the siemens s7-200 series plc, the characteristics of the button, solenoid valves, switch

9、es and other input/output point control, realize the automation of the washing machine laundry process. because every time wash, drainage and dehydration time is controlled by plc in the counter, so just change the counter argument can change the time. can put the above set of program time decided,

10、used as a fixed program, can also according to the quality of clothes, quantity and the amount of oil to programming. the paper on how to use plc to control automatic washing machine, some problems such as software design, hardware design in the analysis and research, for the normal operation of the

11、 full-automatic washing machine and a mandatory stop function.keyword: plc; control; delay; automatic目 錄第一章 緒論11.1 課題的研究背景11.2 洗衣機發展概況和現狀11.3 課題研究的目的與意義21.4 本課題研究的主要內容3第二章 系統的概述42.1 plc的控制特點42.2 控制系統框圖52.3 控制系統對應設備及功能62.4全自動洗衣機的控制系統原理與控制要求72.5全自動洗衣機示意圖82.6主電路電動機控制線路圖9第三章 硬件電路的設計103.1 plc的選擇103.1.1 i

12、/o點數統計103.1.2 i/o儲存器容量的估算103.1.3 cpu功能與結構的選擇113.2 plc外部接線圖123.3洗衣機的示意圖13第四章 軟件的設計144.1 i/o分配表144.1.1 輸入地址分配表144.1.2 輸出地址分配表144.1.3 內部元件地址分配表154.2 程序流程圖設計154.2.1強制停止流程圖164.2.2正常運行流程圖164.3 程序設計184.3.1 plc控制流程圖184.3.2 系統梯形圖194.4 梯形圖編寫214.5 梯形圖重點程序段落分析23第五章 系統仿真285.1 s7-200 v4.0的仿真軟件285.2 仿真測試295.3仿真運行3

13、05.4仿真結果分析34第六章 總結與展望356.1總結356.2 全自動洗衣機的展望36結 語38致謝39參 考 文 獻41附錄一 simatic s7-200 cpu主要性能指標1附錄二 系統指令語句表2附錄三 梯形圖7附錄四 主電路圖11附錄五 外部接線圖12第一章 緒論1.1 課題的研究背景本次設計基于plc的全自動洗衣機控制，本文的課題源于市場上洗衣機產品。采用plc控制開發的周期短，開發成本低，可以直接用于工業現場控制。plc控制具有實時性、信號處理時間短、速度快、更能滿足各個領域大、中、小型工業控制項目，可靠性高，豐富的i/o卡件，質優價廉，性價比高，安裝簡單，維修方便，plc控

14、制能在高粉塵、高噪聲、強電磁干擾和溫度變化劇烈的環境下正常工作。因為它是整體模塊，集中了驅動電路、檢測電路和保護電路以及通訊聯網功能，所以在使用中，硬件相對簡單，編程語言也相對簡單，并且測試容易，維修方便，更可以提高控制系統設計的靈活性及控制系統的可靠性。本設計以操作簡單、使用可靠、維護修理方便作為主要設計方向。 1.2 洗衣機發展概況和現狀從古到今，洗衣服都是一項難于逃避的家務勞動，在洗衣機出現以前，這項勞動并不像田園詩描繪的那樣充滿樂趣、手搓、腳踩、棒擊、沖刷、摔打。這些不斷重復的簡單的體力勞動，留給人的感受常常是辛苦勞累。世界上第一臺洗衣機于1858年誕生，但這臺洗衣機使用費力，且損傷衣

15、服，因而沒被廣泛使用，但這卻標志了用機器洗衣的開端。1874年,“手洗時代”受到了前所未有的挑戰，美國人發明了木制手搖洗衣機。1880年，美國發明了蒸氣洗衣機，蒸氣動力開始取代人力。蒸汽洗衣機之后，水力洗衣機、內燃機洗衣機也相繼出現。1910年，美國試制成功世界上第一臺電動洗衣機，電動洗衣機的問世，標志著人類家務勞動自動化的開端。1922年，美國改造了洗衣機的洗滌結構，把拖動式改為攪拌式，使洗衣機的結構固定下來，這也就是第一臺攪拌式洗衣機的誕生。1932年，美國研制成功第一臺前裝式滾筒洗衣機。1955年，在引進英國噴流式洗衣機的基礎之上，日本研制出獨具風格、并流行至今的波輪式洗衣機。70年代后

16、期，微電腦控制的全自動洗衣機出現引領新的發展方向，讓人耳目一新。90年代，由于電動機調速技術的提高，洗衣機實現了較寬范圍的轉速變換與調節，誕生了許多新型洗衣機。全自動洗衣機其特點是能自動完成洗滌，漂洗和脫水的轉換，整個過程不需要人工操作。這類洗衣機均采用套筒式結構，其進水，排水都采用電磁閥，由程序控制器按人們預先設計好的程序不斷發出指令，驅動各執行器件動作，整個洗衣過程自動完成，所用的程序控制器可分為電動機驅動式和單片機式。全自動洗衣機最多的是波輪式洗衣機。波輪式洗衣機的特點是洗凈率高,但對衣服的磨損很大,隨著人們生活水平不斷地提高，絲綢,毛料,羊毛等大量走進普通家庭,廠商又適時地推出了滾筒洗

17、衣機,它最大的優點是磨損率小,但洗凈率比波輪式低,自動洗衣機可分為兩大類：第一類：電動控制洗衣機，它的程序控制器由電動元件組成。第二類：電腦控制洗衣機，它的程序控制器由微型計算機組成。電動控制全自動洗衣機是較早出現的自動控制類家用電器，其產品類型還屬于傳統的機械產品，是自動控制的初級階段。隨著計算機的及微電子技術的發展，自動控制系統正在逐步實現硬件化。因此，電動控制洗衣機將逐步退出家電舞臺。全自動洗衣機從結構上分有波輪式、攪拌式、滾筒式。目前,國內市場上銷售的大都是波輪式和滾筒式，供應價格高。洗衣機產品可以分三類：普通型、半自動型和全自動型。普通型和半自動型洗衣機，都需要人為參與操作，才能完成

18、洗衣、甩干、排水全過程；而全自動洗衣機在整個洗滌、甩干、排水過程中，無需人為操作和監控。國內外洗衣機品牌有海爾、小天鵝、榮事達、松下、惠而浦水仙、lg熊貓、西門子等。1.3 課題研究的目的與意義本課題主要著重于全自動洗衣機的控制，要求洗衣機能實現進水、洗滌、排水、脫水、報警，所采用的控制方法操作簡單、穩定可靠、維護與維修方便?？刂品椒ù_定后投入生產要縮短控制系統的設計的時間、調試周期，且要降低成本。傳統的洗衣機采用繼電器控制的優點是裝置結構簡單、價格便宜、抗干擾能力強。但是，這也是隨之帶來的一些問題，如絕大多數控制繼電器都是長期磨損和疲勞工作條件下進行的，容易損壞，而且繼電器的觸點容易產生電弧

19、，甚至會熔在一起產生誤操作，引起嚴重的后果。在全負荷運載的情況下，大的繼電器將產生大量的熱及噪聲，同時也消耗了大量的電能。并且繼電器控制系統必須是手工接線、安裝，如果有簡單的改動，也需要花費大量時間及人力和物力去改制、安裝和調試。這種電路接線多，只適用于小型的控制電路。采用plc控制比繼電器控制好的多，我們采用plc來控制。 （1） 可靠性高，抗干擾能力強，高可靠性是電氣控制設備的關鍵性能。plc由于采用現代大規模集成電路技術，采用嚴格的生產工藝制造，內部電路采取了先進的抗干擾技術，具有很高的可靠性。（2） 配套齊全，功能完善，適用性強plc發展到今天，已經形成了大、中、小各種規模的系列化產品

20、?？梢杂糜诟鞣N規模的工業控制場合。（3） 易學易用，深受工程技術人員歡迎plc作為通用工業控制計算機，是面向工礦企業的工控設備。（4） 系統的設計、建造工作量小，維護方便，容易改造，plc用存儲邏輯代替接線邏輯，大大減少了控制設備外部的接線，使控制系統設計及建造的周期大為縮短，同時維護也變得容易起來。更重要的是使同一設備經過改變程序改變生產過程成為可能。這很適合多品種、小批量的生產場合。（5） 體積小，重量輕，能耗低，由于體積小很容易裝入機械內部，是實現機電一體化的理想控制設備。1.4 本課題研究的主要內容本課題需研制出可靠性高、易于操作的全自動洗衣機控制方法，該系統采用plc控制，主要包括電

21、動機正反轉控制、離合器控制、進排水電磁閥控制、循環控制、保護和聯鎖。研究的具體內容包括：（1） 深入了解洗衣機的發展、結構及控制要求。（2） 控制系統設計。包括硬件設計，plc的選擇，各硬件模塊的介紹，軟件設計，編程方法。 （3） 對編寫好的編譯程序進行實際調試。 第二章 系統的概述2.1 plc的控制特點 plc系統的特點：（1）可靠性高，抗干擾能力強。高可靠性是電氣控制設備的關鍵性能。plc由于采用現代大規模集成電路技術，采用嚴格的生產工藝制造，內部電路采取了先進的抗干擾技術，具有很高的可靠性。（2）配套齊全，功能完善，適用性強。plc發展到今天，已經形成了大、中、小各種規模的系列化產品，

22、可以用于各種規模的工業控制場合。（3）編程簡單。plc的優越性主要體現在它采用了獨特的，多種面向廣大工程設計人員的編程語言如指令表，梯形圖，邏輯功能圖，順序功能圖等，程序簡潔、明了，適合各類技術人員的傳統習慣，即使是沒有計算機知識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，動態監測效果逼真，且與計算機控制容易連接，深受工程技術人員歡迎。（4）系統的設計、建造工作量小，維護方便，容易改造。plc用存儲邏輯代替接線邏輯，大大減少了控制設備外部的接線，使控制系統設計及建造的周期大為縮短，同時維護也變得容易起來。（5）體積小，重量輕，能耗低。由于體積小很容易裝入機械內部，是實現機電一體化的

23、理想控制設備。全自動洗衣機采用plc控制系統將大大提高工作效率，和適應工作環境的能力。它是整體模塊，集中了驅動電路、檢測電路、保護電路以及通訊聯網功能。因此在運用中硬件也相對簡單，大大提高了控制系統的可靠性。另外它的編程語言也相對簡單。其次，它能實現脫機手動工作，聯機自動就地工作，上機控制的單周期運行方式，自動啟動、自動停機控制方式單片機系統的特點：1）要求環境，單片機對環境的適應能力較低，可靠性差。2）編程和plc相比難以學習，主要是單片機采用匯編語言或者是c語言，這些高級語言和plc語言相比，難以學習。3）功能單一只具有使用中所需要的功能。但是，它結構簡單，處理速度快。典型的plc控制系統

24、的硬件組成框圖如圖2-1所示：圖2-1 plc控制系統的硬件組成框圖2.2 控制系統框圖 此次設計根據全自動洗衣機的工作原理, 洗衣機的工作流程由進水，洗衣，排水，和脫水四個過程組成。在半自動洗衣機中，這四個過程分別用相應的按扭開關來控制。利用可編程控制器plc實現控制,用于說明plc控制的原理方法,特點及工作特色。此次全自動洗衣機控制系統設計利用了西門子s7-200系列plc的特點,對按鈕,電磁閥,開關等其他一些輸入/輸出點進行控制,實現了洗衣機洗衣過程的自動化。根據以上要求plc的控制系統框圖如下圖2-2所示：圖2-2 控制系統框圖2.3 控制系統對應設備及功能根據控制過程中的進水、洗滌、

25、脫水、報警等控制要求，對控制所需的外部設備初步設計如表2-1與表2-2表2-1對應設備及功能表對應的輸入設備對應的輸出設備啟動按扭進水電磁閥停止按扭排水電磁閥水位選擇開關（高水位）洗滌電動機正轉繼電器水位選擇開關（中水位）洗滌電動機反轉繼電器水位選擇開關（低水位）脫水電機繼電器手動排水開關報警器手動脫水開關高水位傳感器中水位傳感器低水位傳感器水排空傳感器表2-2 其它器件定時器/計數器對應的作用定時器t37 進水暫停計時定時器t38正洗計時定時器t39反轉計時定時器t40脫水計時定時器t41報警計時定時器t42正洗暫停計時定時器t43反轉暫停計時計數器c50正反洗循環計數計數器c51大循環計數

26、2.4全自動洗衣機的控制系統原理與控制要求全自動洗衣機的進水，洗衣，排水，脫水是通過水位開關，電磁進水閥和電磁排水閥配合進行控制，從而實現自動控制的，水位開關用來控制進水到洗衣機內高中低水位，電磁進水閥起著通斷水源的作用。進水時，電磁進水閥打開，將水注入，排水時，電磁排水閥打開，將水排出，洗衣時，洗滌電動機啟動，脫水時，脫水桶啟動。全自動洗衣機控制系統的要求是能實現“正常運行”和“強制停止” 兩種控制方式。正常運行方式的具體控制要求如下：將水位能夠通過水位開關設在合適的位置（高、中、低），按下“啟動”按鈕，開始進水，到達設定的水位（高、中、低）后，停止進水。進水停止2秒后開始洗衣。洗衣時，正轉

27、20秒，停2秒，然后反轉20秒，停2秒。如此循環共5次，總共220秒后開始排水，排空后脫水30秒。然后再進水，重復以上過程，如此循環共3次。洗衣過程完成，報警3秒并自動停機?！皬娭仆Ｖ埂狈绞降木唧w控制要求如下：若按下“停止”按鈕，洗衣過程停止，即洗滌電機和脫水桶停止轉動、進水電磁閥和排水電磁閥全部閉合?？捎檬謩优潘_關和手動脫水開關進行手動排水和脫水。根據全自動洗衣機的工作原理,洗衣機的工作流程由進水、洗衣、排水和脫水四個過程組成。在半自動洗衣機中，這四個過程分別用相應的按扭開關來控制。利用可編程控制器plc實現控制,用于說明plc控制的原理方法、特點及工作特色。此次全自動洗衣機控制系統設計需

28、要利用西門子s7-200系列plc的特點,對按鈕、電磁閥、開關等其他一些輸入/輸出點進行控制,實現洗衣機洗衣過程的自動化。2.5全自動洗衣機示意圖圖2-5（a） 全自動洗衣機外部示意圖 圖2-5（b）全自動洗衣機內部結構示意圖 2.6主電路電動機控制線路圖 圖2-6 電動機控制線路圖注釋：qs：隔離開關 fu：熔斷器 fr：熱繼電器 km：交流接觸器 km1閉合，洗滌電動機正傳洗滌 km2閉合：洗滌電動機反轉洗滌 km3閉合：脫水電動機脫水第三章 硬件電路的設計3.1 plc的選擇3.1.1 i/o點數統計i/o點數是plc的一項重要指標。合理選擇i/o點數既可使系統滿足控制要求，又可使系統總

29、投資最低。plc的輸入輸出總點數和種類應根據被控對象所需控制的模擬量、開關量、輸入輸出設備情況來確定，一般一個輸入輸出元件要占用一個輸入輸出點。考慮到今后的調整和擴充，一般應在估計的總點數上再加上20%30%的備用量。該系統有11個數字輸入點6個數字輸出點，具體的輸入輸出見表3-1表3-1 i/o點數統計表輸入點輸出點啟動按扭進水電磁閥停止按扭排水電磁閥水位選擇開關（高水位）洗滌電動機正轉繼電器水位選擇開關（中水位）洗滌電動機反轉繼電器水位選擇開關（低水位）脫水桶手動排水開關報警器手動脫水開關高水位傳感器中水位傳感器低水位傳感器水排空傳感器3.1.2 i/o儲存器容量的估算plc常用的內存有e

30、prom、eeprom和帶鋰電池供電的ram。一般微型和小型plc的存儲容量是固定的，介于12kb之間。用戶應用程序占用多少內存與許多因素有關，如i/o點數、控制要求、運算處理量、程序結構等。因此在程序設計之前只能粗略地估算。根據經驗，每個i/o點及有關功能元件占用的內存量大致如下：開關量輸入元件：1020b/點開關量輸出元件：510b/點定時器/計數器：2b/個模擬量：100150b/個通信接口：一個接口一般需要300b以上根據上面算出的總字節數再考慮增加25%左右的備用量，就可估算出用戶程序所需的內存容量，從而選擇合適的plc內存。該系統有11個數字輸入點6個數字輸出點，需內存280b，有

31、定時器6個，計時器2個，需內存16b，考慮余量后需要內存370b。3.1.3 cpu功能與結構的選擇plc的功能日益強大，一般plc都具有開關量邏輯運算、定時、計數、數據處理等基本功能，有些plc還可擴展各種特殊功能模塊，如通信模塊、位置控制模塊等，選型時可考慮以下幾點：功能與任務相適應，plc的處理速度應滿足實時控制的要求、plc結構合理、機型統一、在線編程和離線編程的選擇。全自動洗衣機控制所要求的控制功能簡單，小型plc就能滿足要求了。若該控制系統cpu模塊可采用cpu-222模塊，該模塊采用交流220v供電，自帶8個數字量輸入點和6個數字量輸出點，不能完全滿足全自動洗衣機控制系統的要求，

32、需要進行模塊擴展，不方便。若該控制系統cpu模塊可采用cpu-226模塊，該模塊采用交流220v供電，自帶24個數字量輸入點和16個數字量輸出點，能完全滿足全自動洗衣機控制系統的要求，但浪費太多的輸入輸出接口，而且價格昂貴。該控制系統cpu模塊可采用cpu-224（ac/dc/繼電器）模塊，它可控制整個系統按照控制要求有條不紊地進行。同時由于該模塊采用交流220v供電，并且自帶14個數字量輸入點和10個數字量輸出點，完全能滿足全自動洗衣機控制系統的要求，所以不再需要另外的電源模塊、數字量和輸出模塊。綜上所述此次設計選用西門子s7-200-cpu-224（ac/dc/繼電器）模塊型plc。3.2

33、 plc外部接線圖根據全自動洗衣機的控制要求，對系統控制的i/o點數進行了統計和plc型號進行了選擇，現根據以上的統計和選擇對控制系統plc的外部接線設計如下圖3-2 圖3-2 plc外部接線圖3.3洗衣機的示意圖如圖3-3所示為洗衣機示意圖，在圖中st4為高水位傳感器，st5為中水位傳感器，st6為低水位傳感器，st7位水排盡傳感器，當選擇好水位后，yv1打開開始進水，當水位到達相應水位時，相應的傳感器送出on信號否則為off,只有當水上升到與選擇水位相開關一致時，yv1關閉停止進水，開始洗衣。圖3-3 洗衣機示意圖第四章 軟件的設計4.1 i/o分配表4.1.1 輸入地址分配表 列出全自動

34、洗衣機的輸入分配表，見表4-1。表4-1輸入地址分配表輸入地址對應的外部設備i0.0啟動按扭i0.1停止按扭i0.2水位選擇開關（高水位）i0.3水位選擇開關（中水位）i0.4水位選擇開關（低水位）i0.5手動排水開關i0.6手動脫水開關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4.1.2 輸出地址分配表列出全自動洗衣機的輸出分配表，見表4-2。表4-2輸出地址分配表輸出地址對應的輸出設備q0.0進水電磁閥q0.1排水電磁閥q0.2洗滌電動機正轉繼電器q0.3洗滌電動機反轉繼電器q0.4脫水q0.5報警器4.1.3 內部元件地址分配表全制動洗衣機控制時，需

35、用到plc內部的計時器和計數器對其進行過程控制，現對控制中要用到的內部位元件地址分配表歸納如表4-3。表4-3內部地址分配表定時器/計時器對應的作用t37 進水暫停計時2秒t38正洗計時20秒t39反轉計時20秒t40脫水計時30秒t41報警計時3秒t42正洗暫停計時2秒t43反轉暫停計時2秒c50正反洗循環計數5次c51大循環計數3次4.2 程序流程圖設計plc采用計算機控制技術，其程序設計同樣可遵循軟件工程設計方法，程序工作過程可用流程圖表示。由于plc的程序執行為循環掃描工作方式，因而與計算機程序框圖不同點是，plc程序框圖在進行輸出刷新后，再重新開始輸進掃描，循環執行。 全自動洗衣機工

36、作方式有自動方式和手動方式兩種。在自動方式下，plc將運行已經設置好的程序和參數（適用于機械一切都正常的情況下），按照用戶設定好的程序來進行工作。手動方式是在緊急停止情況下，可以手動進行排水和脫水。4.2.1強制停止流程圖全自動洗衣機強制停止流程圖如圖4-2-1所示。圖4-2-1 強制停止流程圖4.2.2正常運行流程圖全自動洗衣機正常運行時即洗衣機按照程序設定依次完成依次洗衣過程，從選擇水位，按下啟動按扭，開始進水直到水滿（即水位達到高水位）時停止進水開始洗滌正轉，洗滌時，正轉20秒，停2秒，然后反轉20秒，停2秒，如此循環5次，總共220秒開始排水，水位下降到低水位時開始脫水并繼續排水，脫水

37、30秒，開始清洗，重復以上過程，清洗兩遍，清洗完成，報警3秒并自動停機。 按照以上的工作流程，作出全自動洗衣機的正常運行工作流程圖見圖4-2-2。圖4-2-2 正常運行流程圖4.3 程序設計4.3.1 plc控制流程圖控制流程圖，它是描述控制系統的控制過程、功能和特性的一種圖形。全自動洗衣機控制系統plc控制流程圖見圖4-3-1圖4-3-1 plc控制流程圖4.3.2 系統梯形圖一、梯形圖的特點梯形圖是plc模擬繼電器控制系統的編程方法。它由觸點、線圈或功能方框等構成，梯形圖左、右的垂直線稱為左、右母線。畫梯形圖時，從左母線開始，經過觸點和線圈（或功能方框），終止于右母線。1)plc梯形圖中的

38、某些編程元件沿用了繼電器這一名稱，如輸入繼電器、輸出繼電器、內部輔助繼電器等，但是它們不是真實的物理繼電器(即硬件繼電器)，而是在軟件中使用的編程元件。每一編程元件與plc存儲器中元件映像寄存器的二個存儲單元相對應。以輔助繼電器為例，如果該存儲單元為0狀態，梯形圖中對應的編程元件的線圈“斷電”，其常開觸點斷開，常閉觸點閉合，稱該編程元件為0狀態，或稱該編程元件為off(斷開)。該存儲單元如果為1狀態，對應編程元件的線圈“通電”，其常開觸點接通，常閉觸點斷開，稱該編程元件為l狀態，或稱該編程元件為on(接通)。2)根據梯形圖中各觸點的狀態和邏輯關系，求出與圖中各線圈對應的編程元件的on/off狀

39、態，稱為梯形圖的邏輯解算。邏輯解算是按梯形圖中從上到下、從左至右的順序進行的。解算的結果，馬上可以被后面的邏輯解算所利用。邏輯解算是根據輸入映像寄存器中的值，而不是根據解算瞬時外部輸入觸點的狀態來進行的。3)梯形圖中各編程元件的常開觸點和常閉觸點均可以無限多次地使用。4)輸入繼電器的狀態唯一地取決于對應的外部輸入電路的通斷狀態，因此在梯形圖中不能出現輸入繼電器的線圈 5)梯形圖中的基本編程元素有觸點、線圈和方框。觸點：代表邏輯控制條件。觸點閉合時表示能量可以流過。觸點分常開觸點和常閉觸點兩種形式。線圈：通常代表邏輯“輸出”的結果。能量流到，則該線圈被激勵。方框：代表某種特定功能的指令。能量流通

40、過方框時，則執行方框所代表的功能。方框所代表的功能有很多種，例如：定時器、計數器、數據運算等。梯形圖中，每個輸出元素可以構成一個梯級。每個梯形圖網絡由一個或多個梯級組成。 二、梯形圖繪制原則1) 梯形圖按自上而下、從左到右的順序排列。每個繼電器器線圈為一個邏輯行，即一層階梯。每一個邏輯行起于左母線，然后是觸點的連接，最后終止于繼電器線圈或右母線。注意：左母線與線圈之間一定要有觸點，而線圈與右母線之間不能有任何點，應直接連接。2) 一般情況下，在梯形圖中某個編號繼電器線圈只能出現一次，而繼電器觸點可無限引用。有些plc，在含有跳轉指令或步進指令的梯形圖中允許雙線圈輸出。 3) 在每個邏輯行中，串

41、聯觸點多的支路應放在上方。如果將串聯觸點多的支路放下方，則語句增多，程序變長。4) 在每個邏輯行中，并聯觸點多的支路應放在左邊。如果將并聯觸點多的支路放右邊，則語句增多，程序變長。5) 梯形圖中，不允許一個觸點上有雙向“電流”通過。6) 梯形圖中，當多個邏輯行都具有相同條件時，為了節省語句數量，常將這些邏輯行合并。當相同條件復雜時，這對儲存容量小的plc很有意義。7) 設計梯形圖時，輸入繼電器的觸點狀態全部按相應的輸入設備為常開狀態進行設計更為合適，不易出錯。因此，也建議盡可能用輸入設備的常開觸點與plc輸入端連接。如果某些信號只能用常閉觸點輸入，可以按輸入設備全部常開來設計，然后將梯形圖中對

42、應的輸入繼電器觸點取反。4.4 梯形圖編寫打開step-micro/win32編程軟件，軟件主界面如圖4-4所示。在進行控制程序編程之前，首先需要創建一個項目。具體操作步驟為：執行菜單【文件】【新建】選項或單擊工具欄的新建按鈕，圖4-4 step-micro/win32主界面生成一個新的項目。項目以擴展名為project.mwp的文件格式保存。（2）設置與讀取plc的型號在對plc編程之前，應正確地設置其型號，以防止創建程序時發生編輯錯誤。設置與讀取plc的型號的方法是：執行菜單【plc】【類型】選項，在出現的對話框中，選擇plc型號和cpu版本。也可以雙擊指令樹的【項目1】，然后雙擊plc型

43、號和cpu版本選項，在彈出的對話框中進行設置。在本設計中選用了cpu224的plc，需要在對話框中選擇正確的cpu版本。cpu選型對話框如圖4-5所示。（3）程序的結構及編寫s7-200系列plc支持的指令集有simatic和iec1131-3兩種。simatic編程模式的選擇，可以通過執行菜單【工具】【選項】【常規】【simatic】選項來確定。編程軟件可實現3種編程語言之間的任意切換，執行菜單【查看】【梯形圖】或【stl】或【fbd】選項便可進入相應的編程環境。 圖4-5 設置plc的型號簡單的數字量控制程序一般只有主程序，系統較大、功能復雜的程序除了主程序外，可能還有子程序、中斷程序。編

44、程時可以點擊編輯窗口下方的選項來實現切換以完成不同程序結構的程序編輯。主程序在每個掃描周期內均被順序執行一次。子程序的指令放在獨立的程序塊中，僅在被程序調用時才執行。中斷程序的指令也放在獨立的程序塊中，用來處理預先規定的中斷事件，在中斷事件發生時操作系統調用中斷程序。在指令樹中選擇需要的編程元件,在指令工具條中選擇輸入連接線，完成梯形圖的編寫。（4）編譯程序編輯完成后,用“plc”菜單中的“編譯”命令進行離線編譯。編譯結束，在輸出窗口顯示編譯結果信息，顯示無錯誤。4.5 梯形圖重點程序段落分析輔助繼電器梯形圖如圖4-7,4-8所示。圖4-7 輔助繼電器梯形圖（一）圖4-8 輔助繼電器梯形圖（二

45、）如圖4-7和圖4-8所示程序段落，m0.0是按下按鈕的輔助繼電器，m0.1是判斷洗衣機水位是否和設定水位不一致的輔助繼電器，m0.2是判斷洗衣機水位是否和設定水位一致的輔助繼電器，m0.3是停止自動洗衣的輔助繼電器。按下啟動按鈕，m0.0輸出。當水位與設定水位不一致時，m0.1輸出；反之，m0.2輸出。 圖4-9 進水梯形圖如圖4-9所示程序段落，按下啟動按鈕或者脫水完畢（t40定時時間到），而且洗衣大循環未到3次時，開始進水。當水位到設定水位后停止進水，等待2秒進入洗衣過程。在強制停止情況下，當停止按鈕按下時立即停止進水。洗衣前根據衣物多少選擇好水位，按下水位選擇開關(i0.2、i0.3、

46、i0.4)任意一個，再按下啟動按鈕，i0.0接通，q0.0接通，開始進水。當水位上升到與選擇的水位相一致時，相一致的水位傳感器(i0.7、i1.0、i1.1)傳出信號，q0.0斷開停止進水，t37開始計時。圖4-10 洗衣梯形圖如圖4-10所示程序段落，t37計時時間到，q0.2接通開始正轉洗衣，t38計時開始。t38計時20秒，q0.2斷開，正洗暫停，t39開始計時。t39計時時間到，q0.3接通，反洗，t40開始計時。t40計時時間到，q0.3斷開，反洗暫停，t43開始計時。t43計時時間到，c50計數一次，同時洗衣返回q0.2接通，重復以上從正洗開始的全部動作，直到c50計滿5次數時，q

47、0.1接通并自保，開始排水，c50復位，準備下次循環時再計數。排水梯形圖如圖4-11所示。洗衣過程完畢，正反轉大循環達到5次后，即c50計滿5次時，進入排水過程。當水排空后停止排水。 圖4-11 排水梯形圖圖4-12 脫水梯形圖如圖4-12所示程序段落是脫水梯形圖，水排空后，水排空輔助繼電器m0.4接通并自鎖，洗衣機開始進行脫水，脫水30秒即t40計時30秒后停止脫水。因為判斷水排空是否在排水完畢后，所以要用到排水完畢輔助繼電器。圖4-13 報警梯形圖如圖4-13 所示程序段落，排水過程進行3次，即洗衣大循環3次后，開始報警過程，3秒后停止報警，這樣整個洗衣過程結束。第五章 系統仿真5.1 s

48、7-200 v4.0的仿真軟件該仿真軟件可以仿真大量的s7-200指令（支持常用的位觸點指令、定時器指令、計數器指令、比較指令、邏輯運算指令和大部分的數學運算指令等，但部分指令如順序控制指令、循環指令、高速計數器指令和通訊指令等尚無法支持。仿真程序提供了數字信號輸入開關、兩個模擬電位器和led輸出顯示，仿真程序同時還支持對td-200文本顯示器的仿真，在實驗條件尚不具備的情況下，完全可以作為學習s7-200的一個輔助工具。另外，仿真軟件還有讀取cpu和擴展模塊的信息、設置plc實時時鐘、控制循環掃描次數等功能。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c

49、pu 224類型的plc面板可顯示cpu運行狀態和i/o點的狀態，燈亮為1，燈滅為0。cpu224的右邊空白方框是擴展模塊的位置，雙擊空白方框即可進行模塊配置選擇，根據需要可選擇各種數字量和模擬量的擴展模塊。cpu模塊的下方是用于輸入數字量信號的小開關面板，具有和cpu224對應的14個輸入點，單擊面板中的開關按鈕可使其0，1狀態切換，在cpu面板上的模擬led燈對應滅，亮。開關面板下方的smb28,smb29是兩個直線電位器，分別是cpu224的兩個8位模擬量輸入電位器對應的特殊存儲器字節，可左右拖動滑塊來設置它的值，范圍在0-255之間。5.2 仿真測試（1）cpu選型執行圖中菜單命令“c

50、onfiguration”“cpu type”，在cpu型號對話框中選擇自己對應的cpu型號，cpu224。如圖5-2-1所示。圖5-2-1 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中將程序編譯并導出成ascii文本文件（擴展名為awl），文件名為：全自動洗衣機.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出的文件下載到仿真軟件當中進行仿真測試。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句表程序和梯形圖程序。下載框如圖5-2-2所示。圖5-2-2 文件下載框5.3仿真運行在仿真軟件

51、中點擊工具欄上的按鈕，啟動運行，使仿真plc切換到run模式開始仿真測試。仿真結果圖如下圖所示。5-3-1 洗衣機通電準備啟動5-3-2 洗衣機開始進水5-3-3 洗衣機進水達到指定位置后停止進水并且洗衣機正傳5-3-4 洗衣機正傳后停2秒5-3-5 洗衣機開始反轉；此后洗衣機進入循環系統5-3-6按下洗衣機的手動脫水按鈕洗衣機5-3-7 按下洗衣機的急停按鈕5.4仿真結果分析（一)仿真界面顯示過程由5.3中仿真結果圖可以得知（以高水位為例）：單擊面板中的按鈕0后，手動復位；單機cpu面板上的開關2使其cpu面板上的模擬led燈0對應亮，再單擊面板上的開關7（高水位傳感器）使其cpu面板上的模

52、擬led燈0熄滅，模擬led燈2對應亮,20秒以后模擬led燈2熄滅，停2秒以后，cpu面板上的模擬led燈3亮，20秒以后又熄滅，停2秒以后,cpu面板上的模擬led燈2對應亮20秒.如此循環下去5次，等到這5次循環結束后，cpu面板上的模擬led燈1亮，同時將cpu面板上的開關7復位，此時，單機cpu模擬面板上的開關1.2（水位排空傳感器），cpu面板上的模擬led燈4也開始亮起，30秒以后cpu面板上的模擬led燈1和燈4熄滅，至此第一個大循環結束；還回到cpu面板上的模擬led燈0對應亮.新的一輪大循環即將開始，如此循環3次以后，cpu面板上的模擬led燈5亮3秒，3秒以后，整個cpu

53、面板上的模擬led燈全部熄滅，整個運行過程結束。（二）仿真結果分析過程在實際操作中相當于按下啟動按鈕，洗衣機開始準備正常運行將水位能夠通過水位開關設在合適的位置（高、中、低），按下“啟動”按鈕，進水閥打開，開始進水，到達設定的水位（高、中、低）后，以高水位為例，高水位傳感器傳出數據，進水電磁閥關閉，停止進水，進水停止2秒以后，洗衣過程開始.洗衣時，電動機正轉20秒，停2秒，然后電動機反轉20秒，停2秒；如此循環共5次，總共220秒后開始排水，當水排空以后，脫水電動機脫水30秒，在此過程中，排水電磁閥一直打開，第一次大循環結束。然后下一個大循環開始，洗衣機再進水.重復以上過程，如此循環共3次；洗衣過程完成，報警3秒以后，洗衣機自動停機。在整個仿真過程中，按鈕需要手動復位，否則無輸出或輸出混亂。各水位傳感器需要手動使其置位，當水位開始下降時，需要進行手動進行復位，否則，洗衣機不能完全按照自動方式進行工作。第六章 總結與展望6.1總結