plc課程設(shè)計自動洗衣機

1、學號2010210372電氣控制與PLC技術(shù)課 程 設(shè) 計（ 2010級本科） 題 目： 基于S7-200 PLC全自動洗衣機控制系統(tǒng)設(shè)計 系（部）院： 物理與機電工程學院 專 業(yè)： 電氣工程及其自動化 作者姓名： 王麗 完成日期： 2013 年 7 月 3 日課程設(shè)計任務(wù)書 2013 年 第二學期 學 生 姓 名王麗學 號11421588668專 業(yè) 電氣自動化班 級102班題 目 名 稱基于S7-200 PLC自動洗衣機控制系統(tǒng)設(shè)計一、 設(shè)計技術(shù)要求：設(shè)計一個基于S7-200全自動洗衣機，實現(xiàn)洗衣、漂洗、脫水功能。二、設(shè)計的主要內(nèi)容與要求：1.完成控制系統(tǒng)的硬件設(shè)計，主要包括：電氣元件的選

2、擇、電氣原理圖設(shè)計、可編程控制器輸入輸出接線圖設(shè)計及控制面板設(shè)計等。2.完成控制梯形圖的軟件設(shè)計，主要包括：控制程序流程圖設(shè)計、梯形圖程序設(shè)計及仿真調(diào)試。3.完成課程設(shè)計說明書的撰寫，主要包括：封面、目錄、設(shè)計任務(wù)書、設(shè)計總體思路、硬件設(shè)計、軟件設(shè)計、總結(jié)體會、參考文獻等，設(shè)計進度及安排。三、設(shè)計進度及安排： 第一周：星期一、二 審題星期三、四、五 設(shè)計第二周：星期一 調(diào)試程序星期二 答辯星期三、四、五 整理、交稿 指導教師簽字：摘 要隨著科學技術(shù)不斷進步和社會飛速發(fā)展，洗衣機成為人民日常生活息息相關(guān)的家用電器產(chǎn)品。洗衣機的全自動化、多功能化、智能化是其發(fā)展方向?；谌詣酉匆聶C的應(yīng)用日益廣泛

3、，可編程控制器(PLC)以微處理器為核心，具有可靠性高，控制功能強，使用靈活方便等優(yōu)點。特別是由PLC實現(xiàn)的控制系統(tǒng)，普遍采用依據(jù)繼電接觸器控制系統(tǒng)電氣原理圖編制的梯形圖語言進行程序設(shè)計，結(jié)構(gòu)簡單，抗干擾能力強，運行穩(wěn)定可靠，可方便地設(shè)置定時時間，編程容易，功能擴展方便，修改靈活等，并且有完善的自診斷和顯示功能，維修工作極為簡單。本次設(shè)計利用西門子S7200PLC控制全自動洗衣機，實現(xiàn)了洗衣機的全自動注水、洗滌、排水、脫水、檢測水位高中低、完成報警等一系列功能。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

4、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)桶正轉(zhuǎn)進行甩干。高、中、低浮球水位開關(guān)分別用來檢測高、中、低水位。啟動按鈕用來啟動洗衣機工作。按下停止按鈕洗衣機停止自動運行，需手動來完成排水、脫水。排水按鈕用來實現(xiàn)手動排水。脫水按鈕實現(xiàn)手動脫水。關(guān)鍵詞：可編程控制器 全自動洗衣機 西門子S7200目錄第一章 概述11.1 本課題研究的主要內(nèi)容11.2 系統(tǒng)的組成與功能11.2.1模塊功能概述21.3 全自動洗衣機控制元件布置圖21.4 PLC控制系統(tǒng)設(shè)計的基本原則31.5.程序的構(gòu)成31

5、.6程序的下載、安裝和調(diào)試4第二章 主電路設(shè)計4第三章 控制電路設(shè)計43.1 PLC輸入/輸出繼電器地址分配43.2 I/O口連接圖53.3控制系統(tǒng)硬件接線圖6第四章 流程圖、梯形圖的設(shè)計84.1 全自動洗衣機控制流程圖84.2 全自動洗衣機控制梯形圖104.3 指令表134.4 調(diào)試結(jié)果16參考文獻21致謝22電氣控制與PLC課程設(shè)計成績評定表23第一章 概述 1.1 本課題研究的主要內(nèi)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(tǒng)采用PLC控制，主要包括電動機正反轉(zhuǎn)控制、進排水電磁閥控制、脫水、完成報警等一系列工作，研究的具體內(nèi)容包括：（1） 按下啟動按扭及水位選擇開關(guān)，

6、開始進水直到高（中、 低）水 位，自動關(guān)水（2）進水結(jié)束2秒后開始洗滌（3）洗滌時，正轉(zhuǎn)30秒，停2秒，然后反轉(zhuǎn)30秒，停2秒（4） 如此循環(huán)5次，總共320秒后開始排水，排空后脫水30秒（5） 開始清洗，重復（1）（4），清洗兩遍（6） 清洗完成，報警3秒并自動停機（7） 具有手動排水（不脫水）和手動脫水（不計數(shù)）1.1.1全自動洗衣機工作原理: 以日常生活中最常見的波輪式全自動洗衣機為例，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)

7、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 系統(tǒng)的組成與功能 該系統(tǒng)的設(shè)計主要包含兩大部分，硬件部分選型，軟件部分設(shè)計。其中軟件部分包括PLC軟件部分設(shè)計，組態(tài)軟件設(shè)計兩部分部分。而軟件設(shè)計是核心內(nèi)容。全自動洗衣機控制系統(tǒng)選擇西門子公司的S7

8、-200系列PLC（6ES7 214-1AD23-0XB0）作為控制單元。1.2.1模塊功能概述CPU模塊采用西門子公司的6ES7 214-1AD23-0XB0模塊。由于該模塊采用直流24V供電(直流晶體管輸出)，有14點數(shù)字量輸入和10點數(shù)字量輸出，完全能滿足全自動洗衣機控制系統(tǒng)的要求，所以不在需要另外的數(shù)字量輸入/輸出模塊1.3 全自動洗衣機控制元件布置圖 圖1-1 全自動洗衣機的工作流程示意圖輸入點：啟動、停止、高水位、中水位、低水位、排空檢測、高水位檢測、中水位檢測、低水位檢測、手動排水、手動脫水；輸出點：啟動、進水閥、正轉(zhuǎn)及脫水、反轉(zhuǎn)、排水、報警 除此之外，還需要考慮外觀設(shè)計、造型等

9、方面。尤其是全自動洗衣機的控制面板設(shè)計必須符合人機界面的基本要求,如下圖1-2所示。 圖1-2 全自動洗衣機的控制面板1.4 PLC控制系統(tǒng)設(shè)計的基本原則任何一種控制系統(tǒng)都是為了實現(xiàn)被控對象的工藝要求，以提高生產(chǎn)效率和產(chǎn)品質(zhì)量。因此，在設(shè)計PLC控制系統(tǒng)時，應(yīng)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(fā)揮PLC的功能，最大限度地滿足被控對象的控制要求，是設(shè)計PLC控制系統(tǒng)的首要前提，這也是設(shè)計中最重要的一條原則。這就要求設(shè)計人員在設(shè)計前就要深入現(xiàn)場進行調(diào)查研究，收集控制現(xiàn)場的資料，收集相關(guān)先進的國內(nèi)、國外資料。同時要注意和現(xiàn)場的工程管理人員、工程技術(shù)人員、現(xiàn)場操作人員緊密配

10、合，擬定控制方案，共同解決設(shè)計中的重點問題和疑難問題。2. 保證PLC控制系統(tǒng)安全可靠 保證PLC控制系統(tǒng)能夠長期安全、可靠、穩(wěn)定運行，是設(shè)計控制系統(tǒng)的重要原則。這就要求設(shè)計者在系統(tǒng)設(shè)計、元器件選擇、軟件編程上要全面考慮，以確?？刂葡到y(tǒng)安全可靠。例如：應(yīng)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(jīng)濟、使用及維修方便 一個新的控制工程固然能提高產(chǎn)品的質(zhì)量和數(shù)量，帶來巨大的經(jīng)濟效益和社會效益，但新工程的投入、技術(shù)的培訓、設(shè)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

11、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(shè)計者不僅應(yīng)該使控制系統(tǒng)簡單、經(jīng)濟，而且要使控制系統(tǒng)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(chǎn)發(fā)展和工藝的改進，在選用PLC時，在I/O點數(shù)和內(nèi)存容量上適當留有余地。由于技術(shù)的不斷發(fā)展，控制系統(tǒng)的要求也將會不斷地提高，設(shè)計時要適當考慮到今后控制系統(tǒng)發(fā)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(shù)和內(nèi)存容量時，要適當留有裕量，以滿足今后生產(chǎn)的發(fā)展和工藝的改進。5.軟件設(shè)計主要是指編寫程序，要求程序結(jié)構(gòu)清楚，可讀性強，程序簡短，占用內(nèi)存少，掃描周期短。1.5.程序的構(gòu)成這個程序只有自動方式。

12、在自動方式下，PLC將運行已經(jīng)設(shè)置好的程序和參數(shù)（用于全自動洗衣機一切都工作正常的情況下）。1.6程序的下載、安裝和調(diào)試將各個輸入/輸出端子和實際控制系統(tǒng)中的按鈕、所需控制設(shè)備正確連接，完成硬件的安裝。全自動洗衣機程序是由V3.2 STEP 7 MicroWIN SP4編程軟件的指令完成。若要修改程序，先將PLC設(shè)定在STOP狀態(tài)下,運行編程軟件，打開全自動洗衣機程序，即可在線調(diào)試。第二章 主電路設(shè)計在主電路中我們主要是考慮如何控制交流電機運轉(zhuǎn)和怎么實現(xiàn)電路保護。由于家庭用電為兩相電源，而非三相電，所以怎樣用兩相電來控制電動機的正反轉(zhuǎn)應(yīng)進行考慮。洗衣機PLC控制主電路圖如圖所示。圖2-1 主電

13、路圖22第三章 控制電路設(shè)計全部控制對象為開關(guān)量控制，根據(jù)這一特點和控制要求，選擇S7-200作為主控制器。3.1 PLC輸入/輸出繼電器地址分配全自動洗衣機控制系統(tǒng)PLC輸入輸出繼電器地址分配如下所示:輸入電路器件輸出電路器件I0.0啟動按鈕SB1Q0.0進水電磁閥YA1I0.1停止按鈕SB2Q0.1正轉(zhuǎn)洗滌KM1I0.2高水位選擇開關(guān)QS1Q0.2反轉(zhuǎn)洗滌KM2I0.3中水位選擇開關(guān)QS2Q0.3排水電磁閥YA2I0.4低水位選擇開關(guān)QS3Q0.4蜂鳴報警器HAI0.5高水位浮球開關(guān)ST1I0.6中水位浮球開關(guān)ST2I0.7低水位浮球開關(guān)ST3I1.0箱底水位檢測開關(guān)ST4I1.1手動排水

14、按鈕SB6I1.2手動脫水按鈕SB7 圖3-1 PLC 輸入/輸出繼電器地址分配3.2 I/O口連接圖 全自動洗衣機控制系統(tǒng)選擇S7-200系列PLC，型號為S7-200-CPU-224AD/DC/RELAY作為控制單元。S7-200-CPU-224AD/DC/RELAY基本單元集成的I/O數(shù)量為24個，其中14為輸入，10為輸出。 圖3-2 I/O連接圖3I/O地址分配由于S7-200 224 CPU模塊有14點數(shù)字量輸入，10點數(shù)字量輸出，所以不需要再增加擴展模塊。模塊上的輸入端對應(yīng)的輸入地址是I0.0I1.2，輸出端對應(yīng)的輸出地址是Q0.0Q1.03.3控制系統(tǒng)硬件接線圖1控制系統(tǒng)硬件接

15、線圖全自動洗衣機控制系統(tǒng)硬件接線圖見所附圖紙。2PLC外形圖全自動洗衣機控制系統(tǒng)選擇西門子公司的S7-200系列PLC（6ES7 214-1AD23-0XB0）作為控制單元，如圖1-3所示為所選PLC外形圖。圖1-3 PLC（6ES7 214-1AD23-0XB0）外形圖第四章 流程圖、梯形圖的設(shè)計4.1 全自動洗衣機控制流程圖 軟件是建立在硬件的基礎(chǔ)之上，確定程序結(jié)構(gòu)然后進行主程序的設(shè)計。自動洗衣機的軟件部分主要由主程序及流程圖來實現(xiàn)控制要求。圖4-1是本系統(tǒng)的PLC流程圖，流程圖中采用內(nèi)部輔助繼電器來完成各個功能，通過對流程的翻譯生成PLC程序。 圖4-3 全自動洗衣機自動控制流程圖4.2

16、 全自動洗衣機控制梯形圖4.3 指令表4.4 調(diào)試結(jié)果/洗衣機啟動/水 位 檢 測/選 擇 水 位/進 水 閥 進 水/進水閥釋放后，計時2S/2S后洗衣機開始洗滌/洗滌正轉(zhuǎn)30S、手動脫水/正轉(zhuǎn)定時器計時30/正轉(zhuǎn)完畢，停2S/洗衣機反轉(zhuǎn)30S/反轉(zhuǎn)完畢，停2S/計數(shù)器計數(shù)5次/自動排水，也可手動排水/排空后，脫水30S/循環(huán)清洗兩次/報警3S后停機參考文獻1 于桂音，鄧洪偉 電氣控制與PLC .中國電力出版社. 2 謝克明，夏路易 可編程控制器原理與程序設(shè)計M.北京：電子工業(yè)出版社.3 廖常初 可編程序控制器應(yīng)用技術(shù)（第四版）.重慶大學出版社,2002.4 王永華 現(xiàn)代電氣控制及PLC應(yīng)用

17、技術(shù)M.北京：北京航空航天大學出版社，2003.5 蔣金周 全自動洗衣機的PC智能控制.機電一體化. 6 吳存宏 淺談PLC在全自動洗衣機中運用.家用電器科技，2000. 7 魯遠棟 PLC機電控制系統(tǒng)應(yīng)用設(shè)計技術(shù).電子工業(yè)出版社,2010. 8 張曉峰，張靜 電氣控制與可編程控制技術(shù)及應(yīng)用.國防工業(yè)出版社,2010.致謝由于設(shè)計者知識水平有限，似的設(shè)計過程中出現(xiàn)了不少問題，經(jīng)查閱資料與指導老師 的指正才得以將問題一一解答。當然由于設(shè)計時間的倉促，論文中錯誤與不妥之處也在所難免，懇請老師予以指導與諒解。這次設(shè)計首先要特別感謝我們的指導老師張曉峰老師，感謝張老師的耐心指導和幫助，沒有您的幫助，將很難如期完成這次設(shè)計。其次要感謝我們組的其他成員，這次設(shè)計是我們密切