基于s7-200的全自動洗衣機控制系統設計燕山大學課程設計說明書題目：基于s7-200的全自動洗衣機控制系統設計

摘要可編程控制器（PLC）是以計算機技術為核心的通用自動化控制裝置，它的功能性強，可靠性高，變成簡單，使用方便，體積小巧，近年來在工業生產中得到了廣泛的應用，被譽為當代工業自動化主要支柱之一。在現代的社會中，全自動洗衣機進入各個家庭，本文利用可編程控制器PLC實現控制，進一步提高全自動洗衣機的功能和性能，避免了傳統控制的一些弊端。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。由于沒遍的洗滌，排水，脫水的時間由PLC內部計數器控制，所以只要改變計數器參數就可以改變時間。可以把上面設定的程序時間定下來，作為固定程序使用。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控制。關鍵詞：PLC；自動；定時；控制目錄TOC\o"1-3"\h\u1239基于s7-200的全自動洗衣機控制系統設計 114796摘要 2239811.引言： 4327652.全自動洗衣機的結構及工作過程： 5114353.全自動洗衣機控制系統控制要求： 6295583.1要求簡述 6249623.2自動模式洗衣步驟： 754404.全自動洗衣機控制系統總體控制方案概述： 8288834.1PLC控制系統設計的基本原則 8267254.2控制系統框圖： 9222024.3洗滌電機的調速設計： 11288754.4HMI的功能設計： 1117574.5變頻器設計： 1275574.6可行性分析： 12322245.硬件電路及電氣系統的設計： 1389665.1PLC的選擇： 1318885.1.1I/O口點數統計： 13111685.1.2CPU結構與功能選擇 1494485.2變頻器的設計： 15146345.3設備選型及報價 1696035.4PLC外部接線圖與電氣原理圖： 1710448圖5.4.1PLC外部接線圖 1715054圖5.4.2電氣原理圖 1846916.軟件的設計： 18327026.1PLC程序地址分配： 18179786.1.1輸入地址分配： 18180416.1.2輸出地址分配： 1927746.1.3定時器 20281336.1.4計數器部分： 20302016.2自動模式流程圖： 21176376.3PLC梯形圖程序： 2229140課程設計總結 3128770致謝 3211609參考文獻： 331.引言：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。從控制方式的發展階段上分：全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。第二類是電腦控制洗衣機，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。可編程控制器是一種數字運算操作的電子系統,專為在工業環境下應用而設計。它采用可編程序的存貯器,用來在其內部存貯執行邏輯運算、順序控制、定時、計數和算術運算等操作的指令,并通過數字的、模擬的輸入和輸出,控制各種類型的機械或生產過程.可編程序控制器及其有關設備,都應按易于與各種控制系統形成一個整體,易于擴充其功能的原則設計。2.全自動洗衣機的結構及工作過程：全自動洗衣機的結構示意圖如圖1所示。它的洗衣桶（外桶）和脫水桶（內桶）是以同一中心安放的。外桶固定，作盛水用。內桶可以旋轉，作脫水（甩水）用。內桶的四周有很多小孔，使內、外桶的水流相同。全自動洗衣機的進水和排水分別用進水電磁閥和排水電磁閥來執行。進水時，通過電控系統使進水電磁閥打開，經進水管講水注入到外桶。排水時，通過電控系統使排水電磁閥打開，將水由外桶排除到機外。洗滌正轉、翻轉由洗滌電動機驅動波盤正、反轉來實現，此時脫水桶并不旋轉。脫水時，通過電控系統將離合器合上，由洗滌電動機帶動內桶正轉進行甩干。高、低水位開關分別用來檢測高、低水位。啟動按鈕用來啟動洗衣機工作。停止按鈕用來實現手動停止進水、排水、脫水及報警。排水按鈕用來實現手3.全自動洗衣機控制系統控制要求：3.1要求簡述設計一個智能洗衣機控制器，能夠實現洗衣、漂洗和脫水的功能。要求能夠使用按鍵模擬對洗衣機的控制，能夠設置工作模式，為了便于觀察，將洗衣機設定的工作模式（1~5）和整個過程所剩的工作時間用數碼管顯示出來（時間分辨率為1分鐘），能夠將洗衣機當前所處的狀態（注水，洗衣，排水，甩干）用發光管或者數碼管顯示出來。【模式1】：洗衣模式——強力洗【模式2】：洗衣模式——普通洗【模式3】：洗衣模式——輕揉洗【模式4】：漂洗模式【模式5】：甩干模式【模式6】：自動模式具體的洗衣步驟如下：【模式1~3】：注水->洗衣->排水->甩干->注水->漂洗->排水->甩干->注水->漂洗->排水->甩干。【模式4】：注水->漂洗->排水->甩干->注水->漂洗->排水->甩干。【模式5】：甩干。3.2自動模式洗衣步驟：按下啟動按鈕、水位選擇、模式選擇、時間選擇，開始進水直到高（中、低）水位，自動關水自動模式下默認時間安排：（1）2秒后開始洗滌洗滌時，正轉30秒，停2秒，然后翻轉30秒，停2秒如此循環5次，總共320秒后開始排水，排空后脫水30秒開始清洗，重復（1）~（4），清洗兩遍清洗完成，報警3秒并自動停機若按下停車按鈕，可手動排水（不脫水）和手動脫水（不計數）速度設定顯示，速度反饋顯示【要求】：實現邏輯控制過程，可以選擇性的加入注水口無水報警燈人性化的狀態提示，操作完畢使用蜂鳴器叫兩秒提示。4.全自動洗衣機控制系統總體控制方案概述：4.1PLC控制系統設計的基本原則任何一種控制系統都是為了實現被控對象的工藝要求，以提高生產效率和產品質量。因此，在設計PLC控制系統時，應遵循以下基本原則：1.最大限度地滿足被控對象的控制要求充分發揮PLC的功能，最大限度地滿足被控對象的控制要求，是設計PLC控制系統的首要前提，這也是設計中最重要的一條原則。這就要求設計人員在設計前就要深入現場進行調查研究，收集控制現場的資料，收集相關先進的國內、國外資料。同時要注意和現場的工程管理人員、工程技術人員、現場操作人員緊密配合，擬定控制方案，共同解決設計中的重點問題和疑難問題。2.保證PLC控制系統安全可靠保證PLC控制系統能夠長期安全、可靠、穩定運行，是設計控制系統的重要原則。這就要求設計者在系統設計、元器件選擇、軟件編程上要全面考慮，以確保控制系統安全可靠。例如：應該保證PLC程序不僅在正常條件下運行，而且在非正常情況下（如突然掉電再上電、按鈕按錯等），也能正常工作。3.在滿足控制要求的前提下，力求簡單、經濟、使用及維修方便一個新的控制工程固然能提高產品的質量和數量，帶來巨大的經濟效益和社會效益，但新工程的投入、技術的培訓、設備的維護也將導致運行資金的增加。因此，在滿足控制要求的前提下，一方面要注意不斷地擴大工程的效益，另一方面也要注意不斷地降低工程的成本。這就要求設計者不僅應該使控制系統簡單、經濟，而且要使控制系統的使用和維護方便、成本低，不宜盲目追求自動化和高指標。4．考慮到生產發展和工藝的改進，在選用PLC時，在I/O點數和內存容量上適當留有余地。由于技術的不斷發展，控制系統的要求也將會不斷地提高，設計時要適當考慮到今后控制系統發展和完善的需要。這就要求在選擇PLC、輸入/輸出模塊、I/O點數和內存容量時，要適當留有裕量，以滿足今后生產的發展和工藝的改進。軟件設計主要是指編寫程序，要求程序結構清楚，可讀性強，程序簡短，占用內存少，掃描周期短。4.2控制系統框圖：全自動洗衣機的工作過程主要包括：啟動、進水、洗滌、排水和脫水等。在實現控制過程中，各種采樣信息都是通過控制中心進行各種判斷、比較和選擇，再經信息線路反饋給洗衣機的各種控制機構，決定洗衣機的工作狀態。PLC再系統中處于核心位置，水位開關是PLC的輸入信號控制開關，進水閥、排水閥和電動機室洗衣機各種動作的執行機構，其中進水閥和排水閥由PLC給定信號來決定其工作狀態；電動機的工作狀態也是正、反狀態，以及電動機的工作轉速直接決定了洗衣機的洗滌狀態和脫水狀態。由PLC控制洗衣機的各種動作孔子圖如圖2所示。這里應用觸摸屏代替洗衣機的機械按鈕開關，用變頻器進行速度的調節，通過PLC進行控制，其總控制圖如圖3。S7-200PLCS7-200PLC電機轉速正、反轉水位選擇進水/排水電磁閥圖2PLC控制洗衣機的控制圖圖2PLC控制洗衣機的控制圖S7-200S7-200PLC觸摸屏變頻器電機圖3總控制圖4.3洗滌電機的調速設計：洗滌電機需要用到三個速度模式，這里通過PLC控制變頻器進行電機的控制。變頻器進行了分級調速，應用了三個速度模式。正反轉也應用變頻器進行控制，正反轉切換時變頻器進行反向制動。變頻器實現的功能：【1】電機啟動，停止【2】電機正轉、反轉【3】低速【4】中速【5】高速4.4HMI的功能設計：通過HMI給PLC進行信號輸入，主要開關為啟動、停止按鈕，模式選擇按鈕（強力洗、普通洗、輕揉洗、漂洗、脫水、自動模式），排水，水位選擇（高、中、低），時間選擇（時間輸入以及時間段選擇）等。實現功能：【1】啟動、停止【2】模式選擇：強力洗、普通洗、輕揉洗、漂洗、脫水、自動模式。【3】水位選擇：低、中、高【4】手動排水【5】時間顯示，時間輸入，時間選擇【6】報警洗衣機狀態指示燈等4.5變頻器設計：主要應用變頻器的數字輸入端子，將PLC的輸出相應的接到變頻器的數字輸入端子上，通過端子自動控制電機的運行。功能：【1】電機啟動、停止【2】電機正轉、反轉【3】分級調速（3個速度級別對應三種洗滌方式）4.6可行性分析：PLC連接變頻器，變頻器與三相異步電機相連，通過給定PLC不同的信號，控制變頻器端子響應，使電動機實現調速、正反轉等功能。變頻器18端子給定信號時，電機正轉啟動，19端子給定信號時，實現電機反轉，這兩個過程實現洗滌和漂洗的正反轉。變頻器的“31,32，33”端子分別控制電機的三個不同速度“25%，50,%，75%”，實現按級調速，滿足洗衣機輕柔、普通、強力模式。排水以后，給變頻器18端子信號，電機正轉，甩干，完成后再排水。\5.硬件電路及電氣系統的設計：5.1PLC的選擇：5.1.1I/O口點數統計：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13個數字輸出點，具體的見表5.1輸入輸出通電啟動按鈕啟動指令停止按鈕進水閥控制繼電器強力洗滌模式主電機脫水繼電器普通洗滌模式排水閥控制繼電器輕揉洗滌模式進水指示燈漂洗模式排水指示燈甩干模式脫水指示燈自動模式電機正轉及脫水繼電器門開關電機反轉繼電器手動排水按鈕輕揉洗滌模式繼電器手動脫水按鈕普通洗滌模式繼電器強力洗滌模式繼電器報警蜂鳴器表5.15.1.2CPU結構與功能選擇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。該控制系統CPU模塊可采用CPU-226（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14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。綜上所述此次設計選用西門子S7-200型PLC。5.2變頻器的設計：變頻器主要用于控制洗衣機電機的正反轉以及高、中、低轉速控制，由于實驗室的條件這里使用FC-360HK37T4R20H2的變頻器。主要應用變頻器的數字輸入端子，將PLC的輸出相應的接到變頻器的數字輸入端子上，通過端子自動控制電機的運行。功能：【1】電機啟動、停止：對應端子18【2】電機正轉、反轉：正轉對應端子18，反轉對應端子19。【3】分級調速（3個速度級別對應三種洗滌方式）強力洗滌模式對應：端子33普通洗滌模式對應：端子32輕柔洗滌模式對應：端子315.3設備選型及報價設備名稱型號數目報價訂貨數據S7-200PLCS7-226CN(24DI/16DO)117006ES7216-2BD23-0XB8WEINVIEWHMIMT6070iH1960施耐德電源ABL2REM24020H190變頻器FC-360HK37T4R20H211250正泰接觸器CHINTCJX2-094120正泰輔助觸電CHINTF4-11422微型異步電機JW50142400正泰斷路器DZ47LE-32C10162正泰斷路器DZ47-60468正泰熔斷器RT28N-32X1038520點動開關施耐德鑰匙開關2BEE-101C256導線若干50多狀態開關PLC模擬量擴展模塊EM235CN17006ES7235-0KD22-0XA8共計5489表5.3設備選型及報價5.4PLC外部接線圖與電氣原理圖：圖5.4.1PLC外部接線圖圖5.4.2電氣原理圖6.軟件的設計：6.1PLC程序地址分配：6.1.1輸入地址分配：名稱地址輸入通電啟動按鈕M0.0I0.0停止按鈕M8.1I0.1強力洗滌模式M1.1I1.1普通洗滌模式M1.2I1.2輕揉洗滌模式M1.3I1.3漂洗模式M1.4I1.4甩干模式M1.5I1.5自動模式M1.6I1.6門開關M2.0I1.7高水位按鈕M0.2中水位按鈕M0.3低水位按鈕M0.4手動排水按鈕M0.7I0.7手動脫水按鈕M1.0I1.0高水位檢測開關M0.6中水位檢測開關M0.7低水位檢測開關M1.0排空檢測開關M2.5設定時間M2.46.1.2輸出地址分配：名稱符號變頻器端子地址啟動指令L1Q0.0進水閥控制繼電器Q0.1主電機脫水繼電器Q0.2排水閥控制繼電器Q0.4自動模式指示燈L3M6.6進水指示燈Q0.1排水指示燈L4Q0.4脫水指示燈L5Q0.2電機正轉及脫水繼電器18Q1.1電機反轉繼電器19Q1.2輕揉洗滌模式繼電器31Q1.3普通洗滌模式繼電器32Q1.4強力洗滌模式繼電器33Q1.5報警蜂鳴器Q0.36.1.3定時器定時器功能T37延時2秒開始洗滌T38洗滌正轉定時30秒T39洗滌反轉定時30秒T40脫水定時30秒T33報警定時3秒T32排水時間設定T50(vw0)模式定時T42蜂鳴器響應時間T53(vw1)脫水時間設定T60(vw2)自動模式計時6.1.4計數器部分：計數器功能C1洗滌循環計數5次C2清洗和漂洗計數3次C4漂洗計數1次6.2自動模式流程圖：起動停機報警脫水3次30S脫水排水洗5次暫停2S30S洗滌反轉暫停2S30S洗滌正轉停止進水進水起動停機報警脫水3次30S脫水排水洗5次暫停2S30S洗滌反轉暫停2S30S洗滌正轉停止進水進水水滿N水滿YYNYNYYNYNYNY6.3PLC梯形圖程序：7.項目實施節點安排：智能洗衣機控制器設置時間安排主要內容1-4課時智能洗衣機系統設計方案5-8課時所選方案論證報告與可行性分析報告的撰寫9-12課時設備選型，報價13-16課時根據設計方案繪制電氣原理圖，檢查核對17-22課時繪制接線圖及部件圖，并由指導教師檢查23-28課時根據所設計的圖紙確定裝備步驟29-32課時裝配，校線33-36課時檢測無誤后，提交技術檢測報告和上電調試申請報告37-68各組成員對所研制控制系統上電調試，編制控制程度69-72項目節課考核73-76項目結題報告的撰寫及結題演講課程設計總結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。由于沒遍的洗滌，排水，脫水的時間由PLC內部計數器控制，所以只要改變計數器參數就可以改變時間。可以把上面設定的程序時間定下來，作為固定程序使用。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控制。本設計具有性能可靠，外圍電路簡單等優點，設計思路清晰，程序簡單明了。但由于篇幅限制，很多細節沒有進行相應描述。鑒于水平有限，有不對之處，望多提出批評指導。本次課程設計使我深有感觸，只要付出就有回報，遇到問題多與老師同學交流，利用網絡資源學習。通過這次課程設計，我明白學習是一個長期積累的過程，在以后的工作、生活中都應該不斷的學習，努力提高自己的知識和綜合素質。致謝綜合設計是培養學生綜合運用所學知識，發現，提出，分析和解決實際問題，鍛煉實踐能力的重要環節，是對學生