前 言這個課程設(shè)計是我校自動化專業(yè)教學計劃中不可缺少的一個綜合性實驗教學環(huán)節(jié)，是實現(xiàn)理論知識與實際生活相結(jié)合的重要手段。我的課程設(shè)計是做基于控制的洗衣機電氣控制系統(tǒng)，它是在我們學習編程及應(yīng)用這門課后對我們所學習的理論知識與實際生活聯(lián)系的一次檢驗。在這次課程設(shè)計中所使用的是西門子公司生產(chǎn)的S7-200PLC來實現(xiàn)對洗衣機控制系統(tǒng)的控制。在這份課程設(shè)計是以洗衣機的工作原理和硬件結(jié)構(gòu)為基礎(chǔ)，以實現(xiàn)洗衣機控制要求為重點來寫的。在這份課程設(shè)計中首先第1章概述中介紹了洗衣機的基礎(chǔ)知識簡介及控2章洗衣機控制系統(tǒng)方案的選擇中介紹了繼電器控制方案、單片機控制方案、控制方案的優(yōu)缺點及這次課程設(shè)計為什么選擇用控制方案；在第章對洗衣機控制系統(tǒng)軟、硬件的設(shè)計進行了詳細說明；第5章則是對第4章所設(shè)計出的控制系統(tǒng)軟件部分的調(diào)試。目錄第1章洗衣機控制系統(tǒng)概述 11.1洗衣機的用途及基本組成結(jié)構(gòu) 11.2 控制要求 2第2章控制方案論證 32.1繼電器控制方案 32.2單片機控制方案 32.3 控制方案 42.4結(jié)論 4第3章控制系統(tǒng)硬件設(shè)計 53.1電動機控制線路的設(shè)計 53.1.1電動機控制線路電器元件的選擇 53.1.2電動機控制線路原理圖設(shè)計 63.2控制系統(tǒng)設(shè)計 73.2.1的I/O口分配 73.2.2的定時/計數(shù)器說明 73.3外部接電路設(shè)計 8第4章控制系統(tǒng)軟件設(shè)計 94.1洗衣機工作過程順序功能圖設(shè)計 94.2洗衣機控制程序設(shè)計 10第5章控制系統(tǒng)調(diào)試 145.1仿真軟件調(diào)試步驟 145.2洗衣機控制系統(tǒng)系統(tǒng)的仿真調(diào)試 14結(jié)束語 16參考文獻 17感謝 18附錄 19洗衣機控制系統(tǒng)第1章洗衣機控制系統(tǒng)概述1.1洗衣機的用途及基本組成結(jié)構(gòu)自動洗衣機就是將洗衣的全過程(泡浸-洗滌-漂洗-脫水)預(yù)先設(shè)定好N個程序,洗衣時選擇其中一個程序,打開水龍頭和啟動洗衣機開關(guān)后洗衣的全過程就會自動完成,洗衣完成時由蜂鳴器發(fā)出響聲。洗衣機的結(jié)構(gòu)如圖1.1所示 圖1.1 自動洗衣機示意圖全自動洗衣機的洗衣桶（外桶）和脫水桶（內(nèi)桶）是以同一中心安放的。外桶固定，作盛水用。內(nèi)桶可以旋轉(zhuǎn)，作脫水（甩水）用。內(nèi)桶的四周有很多小孔，使內(nèi)外桶的水流相通。該洗衣機的進水和排水分別由進水電磁閥和排水電磁閥來執(zhí)行。進水時，通過電控系統(tǒng)使進水閥打開，經(jīng)進水管將水注入到外桶。排水時，通過電控系統(tǒng)使排水閥打開，將水由外桶排出到機外。洗滌正轉(zhuǎn)、反轉(zhuǎn)由洗滌電動機驅(qū)動波盤正、反轉(zhuǎn)來實現(xiàn)，此時脫水桶并不旋轉(zhuǎn)。脫水時，通過電控系統(tǒng)將離合器合上，由洗滌電動機帶動內(nèi)桶正1洗衣機控制系統(tǒng)轉(zhuǎn)進行甩干。高、低水位開關(guān)分別用來檢測高、低水位。啟動按鈕用來啟動洗衣機工作。停止按鈕用來實現(xiàn)手動停止進水、排水、脫水及報警。排水按鈕用來實現(xiàn)手動排水。1.2 控制要求投入運行，系統(tǒng)處于初始狀態(tài)，準備好啟動。（1）按下啟動按扭及水位選擇開關(guān)，開始進水，水滿（即水位到達高低）時停止進水。（2）當水位到達高水位后開始洗滌。（3）洗滌時，正轉(zhuǎn)15秒后暫停，暫停3秒后開始反轉(zhuǎn)洗滌，反轉(zhuǎn)洗滌15秒后暫停，暫停3秒。（4）若沒完成正、反洗3次，則返回到從正洗開始的動作，若完成正、反洗3次后開始排水，排空后（水位下降到低水位）開始脫水并繼續(xù)排水。脫水60秒即完成一次從進水到脫水的工作循環(huán)過程。（5）若未完成3次大循環(huán)，則返回從進水開始的全部動作，進行下一次大循環(huán)；若完成了3次大循環(huán)，則進行洗完報警。（6）報警5秒結(jié)束全部過程，自動停機。（7）此外按排水按鈕可實現(xiàn)手動排水；按停止按扭可實現(xiàn)手動停止進水、排水、脫水及報警。2洗衣機控制系統(tǒng)第2章控制方案論證通過對自動洗衣機的控制要求進行分析，能滿足上述洗衣機控制要求的控制方案共有繼電器控制、單片機控制、PLC控制3種，每一種控制都有自己的優(yōu)缺點。2.1繼電器控制方案繼電器-接觸器控制系統(tǒng)是由接觸器、繼電器、主令電器和保護電器按照一定的控制邏輯接線組成的控制系統(tǒng)。其工作原理就是采用硬接線邏輯，利用繼電器觸點的串聯(lián)或并聯(lián)，及延時繼電器的滯后動作等組成控制邏輯，從而實現(xiàn)對電動機或其他機械設(shè)備的起動、停止，反向、調(diào)速及多臺設(shè)備的順序控制和自動保護功能。繼電器控制系統(tǒng)控制邏輯采用硬件接線，利用繼電器機械觸點的串聯(lián)或并聯(lián)等組合成控制邏輯，其連線多且復雜、體積大、功耗大，系統(tǒng)構(gòu)成后，想再改變或增加功能、較為困難。另外，繼電器的觸點數(shù)量有限，所以繼電器控制系統(tǒng)的靈活性和可擴展性受到很大限制。在繼電器控制電路中，當電源接通時，電路中所有繼電器都處于受制約狀態(tài)即該吸合的繼電器都同時吸合，不該吸合的繼電器受某種條件限制而不能吸合。繼電器控制系統(tǒng)依靠機械觸點的動作實現(xiàn)的，工作頻率低，觸點的開關(guān)動作一般在幾十毫秒數(shù)量級，且機械觸點還會出現(xiàn)抖動問題。由于繼電器控控制系統(tǒng)使用了大量的機械觸點，連線多，觸點開閉時存在機械磨損、電弧燒傷等現(xiàn)象，觸點壽命短，所以可靠性和可維護性較差。繼電器控制邏輯利用時間繼電器進行時間控制。一般來說，時間繼電器存在定時精確度不高、定時范圍窄，且易受到環(huán)境濕度和溫度變化的影響，時間調(diào)整困難等問題。2.2單片機控制方案單片機是一種集成在電路芯片，是采用超大規(guī)模集成電路技術(shù)把具有數(shù)據(jù)處理能力的中央處理器I/O口和中斷系統(tǒng)、定時器/計時器等功能（可能還包括顯示驅(qū)動電路、脈寬調(diào)制電路、模擬多路轉(zhuǎn)換器、A/D轉(zhuǎn)換器等電路）集成到一塊硅片上構(gòu)成的一個小而完善的計算機系統(tǒng)。單片機的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡單，使用方便，實現(xiàn)模塊化；單片機可靠性高，可工作到106～107小時無故障；處理功能強，速度快；低電壓，低功耗，便于生產(chǎn)便攜式產(chǎn)品；控制功能強；環(huán)境適應(yīng)能力強。單片機控制經(jīng)濟實惠，成本相對較低，但用單片機制作的主控板受制版工藝、布局結(jié)構(gòu)、器件質(zhì)量等因素的影響導致抗干擾能力差，故障率高，不易擴展，對環(huán)境依賴性強,開發(fā)周期長。一個采用單片機制作的主控板不經(jīng)過很長時間的實際驗證很難形成一個真正的產(chǎn)品。單片機程序的編寫復雜，編程周期較長且單片機的內(nèi)存容量、速度、字長有限。因此，單片機單片機適用于小型自動控制領(lǐng)域及無線控制領(lǐng)域較少涉及管理。3洗衣機控制系統(tǒng)2.3 控制方案又名可編程序控制器是近幾十年發(fā)展起來的一種新型的、非常有用的工業(yè)控制裝置，由于它把計算機的編程靈活、功能齊全、應(yīng)用面廣等優(yōu)點與繼電器-接觸器控制系統(tǒng)的控制簡單、使用方便、價格便宜等優(yōu)點結(jié)合起來，而其本身又具有體積小、重量輕、功耗低、可靠性好等特點，因而在工礦企業(yè)的各種機械設(shè)備和生產(chǎn)過程的自動控制系統(tǒng)中得到了廣泛的應(yīng)用，已成為當代工業(yè)自動化的主要控制裝置之一。采用存儲器邏輯，其控制邏輯以程序方式存儲在內(nèi)存中，要改變控制邏輯只需改變程序即可，故稱“軟接線”。其接線少，體積小，因此靈活性和擴展性都很好。PLC由大、中規(guī)模集成電路組成，因而功耗較小。PLC的控制邏輯中，各內(nèi)部器件都處于周期性循環(huán)掃描中。PLC采用微電子技術(shù)，大量的開關(guān)動作由無觸點的半導體電路來完成，體積小、壽命長、可靠性高。PLC配有自檢和監(jiān)督功能，能檢查出自身的故障并隨時顯示給操作人員，還能動態(tài)地監(jiān)視控制程序的執(zhí)行情況，為現(xiàn)場調(diào)試和維護提供了方便。由程序指令控制半導體電路來實現(xiàn)控制，屬無觸點控制，速度極快，一條用戶指令的執(zhí)行時間一般在微秒數(shù)量級，且不會出現(xiàn)抖動。PLC使用半導體集成電路做定時器，時基脈沖由晶體振蕩產(chǎn)生，精度相當高，且定時時間不受環(huán)境的影響，定時范圍一般從0.001S到若干天或更長；用戶可根據(jù)需要在程序中設(shè)置定時值，然后用軟件來控制定時時間。但是的價格比較貴，一般都是幾百元以上，因此并不適用于那些價格便宜的廠品使用。2.4結(jié)論通過對繼電器控制、單片機控制、PLC控制三種控制方案的優(yōu)缺點進行比較，以及對洗衣機的具體控制要求及洗衣機工作環(huán)境和使用要求的比較，這次的洗衣機控制系統(tǒng)最終決定采用PLC控制系統(tǒng)進行控制。4洗衣機控制系統(tǒng)第3章控制系統(tǒng)硬件設(shè)計3.1電動機控制線路的設(shè)計3.1.1電動機控制線路電器元件的選擇表3-1電動機控制線路電器元件明細表序號名 稱符號數(shù)量型 號主要技術(shù)參數(shù)交流50HZ額定電壓為:交1刀開關(guān)Q1HD11F-1008流380V，直流220V額定電流為：100A斷流容量（交2熔斷器315流）2000A，熔體額定電流15A3交流接觸器1CJT10-10A適用于交流50Hz(60Hz)、額定電流10A，額定電壓380V額定電流20A，4熱繼電器3J20/3可用于交流電壓500V以下電路5電動機M14電機功率：1.電壓：380V 電流：3.7A5洗衣機控制系統(tǒng)3.1.2電動機控制線路原理圖設(shè)計電動機控制線路主電路如圖所示:圖3-1電動機控制線路主電路6洗衣機控制系統(tǒng)3.2控制系統(tǒng)設(shè)計3.2.1PLC的I/O口分配類別元件端子號作用輸入SB1IO啟動按鈕SL2I0.1高水位開關(guān)SL1I0.2低水位開關(guān)SB3I0.3手動排水SB2I0.4停止按鈕FRI0.5過載保護開關(guān)輸出.0進水電磁閥.1電機正轉(zhuǎn)接觸器.2電機反轉(zhuǎn)接觸器排水電磁閥脫水電磁離合器BE.5報警蜂鳴器3.2.2PLC的定時/計數(shù)器說明類別器件號設(shè)定值作用定時器T3715s正轉(zhuǎn)洗滌計時T383s正洗暫停計時T3915s反轉(zhuǎn)洗滌計時T403s反洗暫停計時T4160s脫、排水計時T425s洗完報警計時計數(shù)器20次正、反洗循環(huán)計數(shù)3次脫水（大循環(huán)）計數(shù)7洗衣機控制系統(tǒng)3.3外部接電路設(shè)計圖3-2外部接線圖8洗衣機控制系統(tǒng)第4章控制系統(tǒng)軟件設(shè)計4.1洗衣機工作過程順序功能圖設(shè)計根據(jù)洗衣機的工作流程圖及洗衣機的工作要求，可以得到如圖所示的洗衣機工作過程的順序功能圖。圖4-1洗衣機工作過程順序功能圖9洗衣機控制系統(tǒng)4.2洗衣機控制程序設(shè)計根據(jù)洗衣機工作的順序功能圖可以用經(jīng)驗設(shè)計法設(shè)計出洗衣機控制的梯形圖。洗衣機控制程序的梯形圖如下所示:10洗衣機控制系統(tǒng)11洗衣機控制系統(tǒng)12洗衣機控制系統(tǒng)13洗衣機控制系統(tǒng)第5章控制系統(tǒng)調(diào)試5.1仿真軟件調(diào)試步驟（1）打開S7-200軟件，將已設(shè)計好的梯形圖在軟件中畫出來、存盤保存。（2）將已繪畫好的梯形圖進行編譯，看有無錯誤。（3）將編譯后的梯形圖以****.a格式導出并保存。（4）打開S7-200仿真軟件，將于仿真有關(guān)的相關(guān)數(shù)據(jù)進行設(shè)置，并將先前導出的***.a文件導入仿真軟件中。（6）按照洗衣機工作的流程進行仿真操作。5.2洗衣機控制系統(tǒng)系統(tǒng)的仿真調(diào)試洗衣機控制系統(tǒng)的部分仿真圖如下所示：圖5-1洗衣機正轉(zhuǎn)仿真圖14洗衣機控制系統(tǒng)圖5-2洗衣機反轉(zhuǎn)仿真圖圖5-3洗衣機脫排水仿真圖15洗衣機控制系統(tǒng)結(jié)束語經(jīng)過近兩個星期的奮戰(zhàn)，我的洗衣機控制課程設(shè)計終于完成了。在這兩周的課程設(shè)計過程中，我所設(shè)計的洗衣機控制系統(tǒng)在老師和同學的幫助下在理論上基本達到了課程設(shè)計上的要求，但要運用在實際生活中還有很很多需要改善的地方。我所設(shè)計的洗衣機控制系統(tǒng)基本能按照自動洗衣機的工作流程進行工作。我所設(shè)計的洗衣機控制系統(tǒng)能實現(xiàn)在洗衣機起動時開始進水，當水滿(即水位到達高水位)時停止進水并開始洗衣機洗滌正轉(zhuǎn)，能在正轉(zhuǎn)洗滌15S后暫停3S。并在暫停3S后開始進行洗滌反轉(zhuǎn)，當反轉(zhuǎn)洗滌15S后又暫停3S。并在暫停3S后能自動判斷是否已完成洗衣機正、反轉(zhuǎn)洗滌20次，若洗衣機的正、反轉(zhuǎn)洗滌未滿20次，則返回到從正轉(zhuǎn)洗滌開始的動作處繼續(xù)按照上述要求進行洗滌；若洗衣機的正、反轉(zhuǎn)洗滌滿20次，則開始洗衣機排水。當洗衣機內(nèi)部水位下降到低水位時洗衣機開始脫水并繼續(xù)排水。脫水60S即完成一次從進水到脫水的大循環(huán)過程。若未完成3次大循環(huán)，則返回到從進水開始的動作處，進行下一次大循環(huán)；若完成了3次大循環(huán)，則進行洗完報警(得電)。報警5s后結(jié)束全部過程，自動停機。并且還能通過按排水按鈕來實現(xiàn)手動排水；按停止按鈕來實現(xiàn)手動停止進水、排水、脫水及報警。雖然我所設(shè)計的洗衣機控制系統(tǒng)達到了課程設(shè)計上的要求，但是還是達不到實際生活中洗衣機的控制要求，我會在今后的學習中更加努力縮短理論與實際的要求。16洗衣機控制系統(tǒng)參考文獻[1]劉星平.PLC原理及工程應(yīng)用[.北京：中國電力出版社，2007[2]廖常初.PLC編程及應(yīng)用[.北京：機械工業(yè)出版社,2007[3]萬太福.可編程序控制器及其應(yīng)用[.重慶：重慶大學出版社,2005[4]工廠常用電氣設(shè)備手冊編寫組.工廠常用電氣設(shè)備手冊[.北京：水利電力出版社,2004[5]謝桂林.電力拖動與控制[.北京：中國礦業(yè)大學出版社,2001[6]劉星平.電氣控制技術(shù)實驗指導書[.湘潭：湖南工程學院,2007[7]廖常初.可編程序控制器的編程方法與工程應(yīng)用[.重慶：重慶大學出版社,2005[8]劉祖潤.畢業(yè)設(shè)計指導[.北京：機械工業(yè)出版社,200617洗衣機控制系統(tǒng)感謝通過這次課程設(shè)計，我深刻的體會到了實踐和理論的區(qū)別與聯(lián)系，讓我明白怎么樣才能把理論應(yīng)用與實踐，要這次實訓中，我得到了鍛煉，但是也感覺到了自己的不足。因此，我必須在剩下的的時間里對自己提高要求，讓自己適應(yīng)社會潮流，滿足社會需要。在此我應(yīng)該忠心的感謝學校給我們提供的這次課程設(shè)計的機會，讓我在設(shè)計中體會到了我現(xiàn)在所處的位置和將來要達到的位置；同時也要感謝賴老師和劉老師對我洗衣機控制系統(tǒng)程序設(shè)計的指導和很多同學對我的幫助；在這次課程設(shè)計中由于我們現(xiàn)在所學知識還不能滿足實訓的要求，所以我們在圖書館查閱了大量的資料，所以也應(yīng)該感謝學校給我們提供了大量圖書，和在圖書館的工作人員。一個人的想法總是有限的，所以設(shè)計一個梯形圖就需要和大家共同交流，多采取同學的意見，再此感謝他們的幫助。同時也應(yīng)該感謝老師給了我們這此機會，讓我們能更貼近實際的學習知識，使編程能力得到更進一步的提升。18洗衣機控制系統(tǒng)附錄tk1//= 0O4I0.3tk45O0//洗衣機正轉(zhuǎn)洗滌I0.020=05=2tk2//網(wǎng)絡(luò)標題A //網(wǎng)絡(luò)注釋=4101T39,150AI0.1tk7O I0.4//定時O04OI0.4A13O5=0= 22tk3T37,1506//洗衣機進水tk5=50//定時T40,30AI0.02tk87A //洗衣機小循環(huán)計數(shù)O 35OI0.446= 320T38,30tk9tk6//洗衣機排水O1//洗衣機反轉(zhuǎn)洗滌523A=1A A19O 67=070= 63T42,50= 3tk12tk13tk10//洗衣機洗完報警2//洗衣機脫、排水706O7I0.2OI0.4=1O 7tk140A61O0O7= 70O0= 4OI0.3T41,600A5=3tk11=5//洗衣機大循環(huán)計數(shù)20電氣信息學院課程設(shè)計評分表項 目評 價優(yōu)良中及格差設(shè)計方案合理性與創(chuàng)造性（10開發(fā)板焊接及其調(diào)試完成情況*（10硬件設(shè)計或軟件編程完成情況（20硬件測試或軟件調(diào)試結(jié)果(10設(shè)計說明書質(zhì)量(20答辯情況(10完成任務(wù)情況(10獨立工作能力(10出勤情況(10綜合評分指導教師簽名：________________日 期：________________注：①表中標*號項目是硬件制作或軟件編程類課題必填內(nèi)容；②此表裝訂在課程設(shè)計說明書的最后一頁。課程設(shè)計說明書裝訂順序：封面、任務(wù)書、目錄、正文、評分表、附件（非16K大小的圖紙及程序清單設(shè)計內(nèi)容與要求一.課程設(shè)計的性質(zhì)與目的本課程設(shè)計是自動化專業(yè)教學計劃中不可缺少的一個綜合性教學環(huán)節(jié)，是實現(xiàn)理論與實踐相結(jié)合的重要手段。它的主要目的是培養(yǎng)學生綜合運用本課程所學知識和技能去分析和解決本課程范圍內(nèi)的一般工程技術(shù)問題，建立正確的設(shè)計思想，掌握工程設(shè)計的一般程序和方法。通過課程設(shè)計使學生得到工程知識和工程技能的綜合訓練，獲得應(yīng)用本課程的知識和技術(shù)去解決工程實際問題的能力。二.課程設(shè)計的內(nèi)容1.根據(jù)控制對象的用途、基本結(jié)構(gòu)、運動形式、工藝過程、工作環(huán)境和控制要求，確定控制方案。2.繪制洗衣機控制系統(tǒng)的I/O接線圖和梯形圖，寫出指令程序清單。3.選擇電器元件，列出電器元件明細表。4.上機調(diào)試程序。5.編寫設(shè)計說明書。三.課程設(shè)計的要求1.所選控制方案應(yīng)合理，所設(shè)計的控制系統(tǒng)應(yīng)能夠滿足控制對象的工藝要求，并且技術(shù)先進，安全可靠，操作方便。2.所繪制的設(shè)計圖紙符合國家標準局頒布的GB4728－84《電氣圖用圖形符號》、GB6988－87《電氣制圖》和GB7159－87《電氣技術(shù)中的文字符號制定通則》的有關(guān)規(guī)定。3.所編寫的設(shè)計說明書應(yīng)語句通順，用詞準確，層次清楚，條理分明，重點突出，篇幅不少于7000字。主要設(shè)計條件1.實驗設(shè)備若干。2.參考文獻若干。課題：洗衣機電氣控制系統(tǒng)設(shè)計一.洗衣機概述洗衣機結(jié)構(gòu)示意圖如圖1所示。圖1洗衣機結(jié)構(gòu)示意圖洗衣機的洗衣桶(外桶/r/