全自動(dòng)洗衣機(jī)控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)-大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)論文

畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)全自動(dòng)洗衣機(jī)控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)學(xué)生姓名： 學(xué)號(hào)：學(xué) 院：專(zhuān) 業(yè)：指導(dǎo)教師：2014年6月中北大學(xué)2014屆畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)全自動(dòng)洗衣機(jī) PLC控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)摘 要可編程控制器（PLC）是以計(jì)算機(jī)技術(shù)為核心的通用自動(dòng)化控制裝置，它的功能性強(qiáng)，可靠性高，編程簡(jiǎn)單，使用方便，體積小巧，近年來(lái)在工業(yè)生產(chǎn)中得到廣泛的應(yīng)用，被譽(yù)為當(dāng)代工業(yè)自動(dòng)化主要支柱之一。本課題探討了如何利用德國(guó)西門(mén)子PLCS7-200進(jìn)行全自動(dòng)洗衣機(jī)控制，并對(duì)硬件和軟件部分進(jìn)行了分析和設(shè)計(jì)，并給出了系統(tǒng)硬件接線圖、PLC控制I/O端口分配表以及系統(tǒng)程序流程圖等等，實(shí)現(xiàn)了系統(tǒng)的靈活性、可靠性和運(yùn)行穩(wěn)定性。關(guān)鍵詞：PLC，西門(mén)子S7-200，可靠性，全自動(dòng)洗衣機(jī)中北大學(xué)2014屆畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)Accordingtothefull-automaticwashingmachineinPLCcontrolsthedesignofthesystemAbstractPLCistakescoretocontroldevisedthecalculatortechniqueastheingeneraluseautomationcontrolequiptocomputerskills.Itsfunctionisstrong,thereliabilityishigh,theplaitdistanceissimple,theusageisconvenient,thephysicalvolumeiscleverlymade,intheseyears,PLCistheextensiveapplication,anddriveforcontemporarytheindustrialautomationmainlypaysoneofthepillars.ThepaperintroduceshowtouseSIEMENSPLCS7-200tocontrolthefull-automaticwashingmachine,anditanalyzesanddesignsthehardwareandsoftwareofthesystem,andpresentsthehardwarewiringdiagram,theI/Oportdistributionchartandtheprocedureflowchartetc.Anditrealizesthesystem’sflexibility,reliabilityandoperationstability.Keywords:PLC，SiemensS7-200，highreliability，full-automaticwashingmachine中北大學(xué)2014屆畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)目錄1引言......................................................................................................................................12全自動(dòng)洗衣機(jī)介紹..............................................................................................................22.1全自動(dòng)洗衣機(jī)的類(lèi)型.......................................................................................................22.2全自動(dòng)洗衣機(jī)的基本結(jié)構(gòu)...............................................................................................22.2.1洗滌脫水系統(tǒng)................................................................................................................32.2.2進(jìn)水排水系統(tǒng)................................................................................................................42.2.3電動(dòng)機(jī)及傳動(dòng)系統(tǒng)........................................................................................................52.2.4電氣控制系統(tǒng)................................................................................................................62.2.5支承機(jī)構(gòu)........................................................................................................................73全自動(dòng)洗衣機(jī)控制系統(tǒng)的控制方案設(shè)計(jì)..........................................................................83.1全自動(dòng)洗衣機(jī)控制系統(tǒng)介紹...........................................................................................83.2具體控制內(nèi)容設(shè)計(jì)...........................................................................................................83.3全自動(dòng)洗衣機(jī)控制系統(tǒng)方案的選擇...............................................................................83.3.1繼電器控制方案............................................................................................................83.3.2單片機(jī)控制方案............................................................................................................93.3.3PLC控制方案................................................................................................................93.3.4結(jié)論................................................................................................................................93.4PLC介紹...........................................................................................................................93.4.1PLC的硬件結(jié)構(gòu)............................................................................................................93.4.2PLC的軟件結(jié)構(gòu)..........................................................................................................103.4.3PLC的設(shè)計(jì)步驟..........................................................................................................104控制系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)........................................................................................................114.1全自動(dòng)洗衣機(jī)控制面板的布置設(shè)計(jì).............................................................................114.2主電路的設(shè)計(jì).................................................................................................................114.2.1電動(dòng)機(jī)的選擇..............................................................................................................114.2.2主電路圖的設(shè)計(jì)..........................................................................................................11第I頁(yè) 共II頁(yè)中北大學(xué)2014屆畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)4.3 PLC型號(hào)的選定 124.4 PLC的I/O口分配 124.5 PLC的定時(shí)/計(jì)數(shù)器說(shuō)明 134.6 PLC的外部接線圖設(shè)計(jì) 135 控制系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì) 145.1 控制系統(tǒng)的流程圖設(shè)計(jì) 145.2 控制系統(tǒng)的順序功能圖設(shè)計(jì) 155.3 控制系統(tǒng)的梯形圖設(shè)計(jì) 156 結(jié)束語(yǔ) 21參考文獻(xiàn) 22致謝 23第II 頁(yè) 共II頁(yè)中北大學(xué)2014屆畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)引言從古到今，洗衣服都是一項(xiàng)難于逃避的家務(wù)勞動(dòng)，在洗衣機(jī)出現(xiàn)以前，這項(xiàng)勞動(dòng)并不像田園詩(shī)描繪的那樣充滿(mǎn)樂(lè)趣。手搓、腳踩、棒擊、沖刷、摔打，這些不斷重復(fù)的簡(jiǎn)單的體力勞動(dòng)，留給人的感受常常是辛苦勞累。1874年，“手洗時(shí)代”受到了前所未有的挑戰(zhàn)——美國(guó)人比爾 ?布萊克斯發(fā)明了木制手搖洗衣機(jī)。1880年，美國(guó)又出現(xiàn)了蒸汽洗衣機(jī)，蒸汽動(dòng)力開(kāi)始取代人力。之后，水力洗衣機(jī)、內(nèi)燃機(jī)洗衣機(jī)也相繼出現(xiàn)。 1911年，美國(guó)試制成功世界上第一臺(tái)電動(dòng)洗衣機(jī)，標(biāo)志著人類(lèi)家務(wù)勞動(dòng)自動(dòng)化的開(kāi)端。 1922年，電動(dòng)洗衣機(jī)迎來(lái)一種嶄新的洗衣方式——攪拌式。攪拌式洗衣機(jī)由美國(guó)瑪依塔格公司研制成功。 70年代后期，微電腦控制的全自動(dòng)洗衣機(jī)出現(xiàn)引領(lǐng)新的發(fā)展方向，讓人耳目一新。 90年代，由于電動(dòng)機(jī)調(diào)速技術(shù)的提高，洗衣機(jī)實(shí)現(xiàn)了較寬范圍的轉(zhuǎn)速變換與調(diào)節(jié)， 誕生了許多新水流洗衣機(jī)。全自動(dòng)洗衣機(jī)其特點(diǎn)是能自動(dòng)完成洗滌、漂洗和脫水的轉(zhuǎn)換，整個(gè)過(guò)程不需要人工操作。這類(lèi)洗衣機(jī)均采用套筒式結(jié)構(gòu)，其進(jìn)水、排水都采用電磁閥，由程序控制器按人們預(yù)先設(shè)計(jì)好的程序不斷發(fā)出指令，驅(qū)動(dòng)各執(zhí)行器件動(dòng)作，整個(gè)洗衣過(guò)程自動(dòng)完成。從控制方式的發(fā)展階段上分，全自動(dòng)洗衣機(jī)可分為兩大類(lèi)：第一類(lèi)電動(dòng)控制洗衣機(jī)，它的程序控制器由電動(dòng)元件組成。第二類(lèi)是電腦控制洗衣機(jī)，它的程序控制器由微型計(jì)算機(jī)組成。電動(dòng)控制全自動(dòng)洗衣機(jī)是較早出現(xiàn)的自動(dòng)控制類(lèi)家用電器，其產(chǎn)品類(lèi)型還屬于傳統(tǒng)的機(jī)械產(chǎn)品，是自動(dòng)控制的初級(jí)階段。隨著計(jì)算機(jī)及微電子技術(shù)的發(fā)展，自動(dòng)控制系統(tǒng)正在逐步實(shí)現(xiàn)硬件化。因此，電動(dòng)控制洗衣機(jī)將逐步退出家電舞臺(tái)?？删幊炭刂破鳎≒LC）是一種數(shù)字運(yùn)算操作的電子系統(tǒng)，專(zhuān)為在工業(yè)環(huán)境下應(yīng)用而設(shè)計(jì)。它采用可編程序的存貯器，用來(lái)在其內(nèi)部存貯執(zhí)行邏輯運(yùn)算、順序控制、定時(shí)、計(jì)數(shù)和算術(shù)運(yùn)算等操作的指令，并通過(guò)數(shù)字的、模擬的輸入和輸出，控制各種類(lèi)型的機(jī)械或生產(chǎn)過(guò)程?？删幊绦蚩刂破骷捌溆嘘P(guān)設(shè)備，都應(yīng)按易于與各種控制系統(tǒng)形成一個(gè)整體，易于擴(kuò)充其功能的原則設(shè)計(jì)。第1頁(yè) 共23頁(yè)中北大學(xué)2014屆畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)全自動(dòng)洗衣機(jī)介紹2.1 全自動(dòng)洗衣機(jī)的類(lèi)型全自動(dòng)洗衣機(jī)在結(jié)構(gòu)上大致可分為三種類(lèi)型，即波輪式、滾筒式和攪拌式。我國(guó)市面上常見(jiàn)的洗衣機(jī)主要有波輪式和滾筒式兩類(lèi)，產(chǎn)品類(lèi)型以波輪式為主，其他類(lèi)型為輔。表2.1為滾筒洗衣機(jī)和波輪洗衣機(jī)的比較。表2.1滾筒洗衣機(jī)和波輪洗衣機(jī)的比較滾筒洗衣機(jī)波輪洗衣機(jī)1.對(duì)衣物磨損少，可以洗滌絲1.冷水洗凈比高優(yōu)點(diǎn)綢、羊毛等織物2.洗滌時(shí)間較短2.衣物無(wú)纏繞現(xiàn)象3.水量使用少1.冷水洗凈比不高1.衣物磨損較大缺點(diǎn)2.洗滌時(shí)間更長(zhǎng)（加溫洗時(shí)通常2.衣物纏繞現(xiàn)象比較嚴(yán)重超過(guò)1個(gè)半小時(shí)3.水量使用較大2.2 全自動(dòng)洗衣機(jī)的基本結(jié)構(gòu)本課題選擇波輪式全自動(dòng)洗衣機(jī)來(lái)做研究。波輪式全自動(dòng)洗衣機(jī)通常都采用將洗滌（脫水）桶套裝在盛水桶內(nèi)的同軸套桶式結(jié)構(gòu)。國(guó)內(nèi)己有很多洗衣機(jī)廠生產(chǎn)這類(lèi)洗衣機(jī)，雖然它有多種牌號(hào)和各種規(guī)格，但其結(jié)構(gòu)都是由洗滌、脫水系統(tǒng)，進(jìn)、排水系統(tǒng)，電動(dòng)機(jī)及傳動(dòng)系統(tǒng)，電氣控制系統(tǒng)，支承機(jī)構(gòu)五大部分組成的。波輪式全自動(dòng)洗衣機(jī)的內(nèi)部結(jié)構(gòu)如圖 2.1所示。第2頁(yè) 共23頁(yè)中北大學(xué)2014屆畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)圖2.1波輪式全自動(dòng)洗衣機(jī)的內(nèi)部結(jié)構(gòu)2.2.1 洗滌脫水系統(tǒng)波輪式全自動(dòng)洗衣機(jī)的洗滌脫水系統(tǒng)主要由盛水桶、脫水桶和波輪組成。盛水桶又稱(chēng)為外桶，主要用來(lái)盛放洗滌液。電動(dòng)機(jī)、減速離合器、排水閥、牽引電機(jī)等都裝在外桶上。它通過(guò) 4根吊桿懸掛在箱體上。盛水桶上部設(shè)有溢水口，經(jīng)溢水管直接與排水管相通。下部開(kāi)有氣室口，與桶壁外的氣室相通。脫水桶又稱(chēng)洗滌桶或離心桶，有時(shí)也稱(chēng)為內(nèi)桶。它主要功能是用來(lái)放衣物，在洗滌劑或漂洗時(shí)配合波輪完成洗滌或漂洗功能。在脫水時(shí)便成為離心脫水桶。為增加洗滌時(shí)對(duì)衣物的機(jī)械作用，在桶內(nèi)壁上設(shè)有很多凸筋，起類(lèi)似搓衣作用。桶壁上開(kāi)有很多小孔，脫水時(shí)衣物中水便由孔中甩出。波輪是對(duì)洗滌物施加機(jī)械作用力的主要部件。第3頁(yè) 共23頁(yè)中北大學(xué)2014屆畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)2.2.2 進(jìn)水排水系統(tǒng)全自動(dòng)洗衣機(jī)的進(jìn)水系統(tǒng)采用水位壓力開(kāi)關(guān)和進(jìn)水電磁閥，由程序控制器調(diào)節(jié)?？諝鈮毫κ剿婚_(kāi)關(guān)由氣壓傳感裝置、控制裝置及觸點(diǎn)開(kāi)關(guān)三部分組成，其結(jié)構(gòu)如圖2.2所示。水位傳感器的原理與水位開(kāi)關(guān)類(lèi)似，不同之處是傳感器利用電感和電容將水位壓力信號(hào)轉(zhuǎn)變?yōu)轭l率信號(hào)后傳給電腦板，而水位開(kāi)關(guān)是依靠凸輪等機(jī)械結(jié)構(gòu)控制彈簧片的開(kāi)合傳遞脈沖信號(hào)。圖2.2空氣壓力式水位開(kāi)關(guān)的結(jié)構(gòu)進(jìn)水電磁閥由線圈、導(dǎo)磁鐵架、鐵心、小彈簧等組成，可分為電磁鐵和進(jìn)水閥兩個(gè)部分，是全自動(dòng)洗衣機(jī)上的自動(dòng)進(jìn)水開(kāi)關(guān)，受水位開(kāi)關(guān)動(dòng)斷觸點(diǎn)的控制。它的結(jié)構(gòu)如圖2.3所示。圖2.3進(jìn)水電磁閥的結(jié)構(gòu)第4頁(yè) 共23頁(yè)中北大學(xué)2014屆畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)全自動(dòng)洗衣機(jī)的排水系統(tǒng)采用排水電磁閥，由程序控制器調(diào)節(jié)。排水電磁閥由排水閥和電磁鐵兩部分組成，在波輪式全自動(dòng)洗衣機(jī)中同時(shí)起到改變減速離合器洗滌、脫水狀態(tài)的作用。它的結(jié)構(gòu)如圖2.4所示。圖2.4排水電磁閥的結(jié)構(gòu)2.2.3 電動(dòng)機(jī)及傳動(dòng)系統(tǒng)波輪式全自動(dòng)洗衣機(jī)的電動(dòng)機(jī)及傳動(dòng)系統(tǒng)主要由電動(dòng)機(jī)和離合器組成，離合器又有普通離合器和減速離合器兩種。普通離合器內(nèi)部沒(méi)有行星齒輪減速機(jī)構(gòu)，通常用在小波輪的套桶洗衣機(jī)上，這種洗衣機(jī)在洗滌或漂洗時(shí)其波輪的轉(zhuǎn)速與脫水時(shí)的轉(zhuǎn)速是相同的。目前各種大波輪新水流套桶洗衣機(jī)普遍采用減速離合器，它在洗滌，漂洗時(shí)波輪的轉(zhuǎn)速較慢，而脫水時(shí)離心桶的轉(zhuǎn)速較快。電動(dòng)機(jī)同時(shí)作為洗滌和脫水時(shí)的動(dòng)力源，普遍采用主，副繞組完全對(duì)稱(chēng)的電容式電動(dòng)機(jī)。由于一般全自動(dòng)套桶洗衣機(jī)的額定洗滌容量較大，因此電動(dòng)機(jī)的功率較大。采用減速離合器的波輪洗衣機(jī)傳動(dòng)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖2.5所示。第5頁(yè) 共23頁(yè)中北大學(xué)2014屆畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)圖2.5減速離合器電動(dòng)機(jī)傳動(dòng)系統(tǒng)的原理2.2.4 電氣控制系統(tǒng)全自動(dòng)洗衣機(jī)電氣控制系統(tǒng)由程序控制器、電機(jī)、進(jìn)水電磁閥、排水電機(jī)、水位開(kāi)關(guān)、安全開(kāi)關(guān)組成。根據(jù)控制方式可分為電動(dòng)控制和電腦控制兩大類(lèi)（引言部分已作介紹，這里不再贅述）。這兩種控制方式的電路差異較大，但其控制的基本原理是一樣的。圖 2.6是以程序控制器為中心的波輪式全自動(dòng)洗衣機(jī)控制系統(tǒng)的基本原理方框圖。第6頁(yè) 共23頁(yè)中北大學(xué)2014屆畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)圖2.6波輪式全自動(dòng)洗衣機(jī)電氣控制原理圖2.2.5 支承機(jī)構(gòu)支承機(jī)構(gòu)主要由箱體、吊桿及控制臺(tái)組成，用來(lái)安裝和連接洗衣機(jī)的各種零部件外，還有減振及防護(hù)裝飾作用。箱體即外殼，采用0.5~1mm厚的鋼板經(jīng)沖壓、彎折成型，表面作噴漆或噴塑處理，外形如圖2.7所示。套桶洗衣機(jī)的盛水桶、洗滌（脫水）桶套裝在一起，由鋼底板托住。底板下面安裝電動(dòng)機(jī)、離合器、排水電磁閥等。它們通過(guò) 4根吊桿懸掛在箱體上端口的 4個(gè)角撐上，其結(jié)構(gòu)如圖 2.8所示。吊桿還具有減振功能。圖2.7箱體的結(jié)構(gòu) 圖2.8吊桿的結(jié)構(gòu)控制臺(tái)位于套桶洗衣機(jī)的頂部，內(nèi)部安裝著電氣控制元件，上面設(shè)置操作開(kāi)關(guān)?？刂婆_(tái)有兩種結(jié)構(gòu)形式：一種是凸臺(tái)式，多應(yīng)用于電動(dòng)程序控制器式全自動(dòng)洗衣機(jī)；第二種平臺(tái)式，多應(yīng)用于電腦程序控制器式全自動(dòng)洗衣機(jī)。第7頁(yè) 共23頁(yè)中北大學(xué)2014屆畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)全自動(dòng)洗衣機(jī)控制系統(tǒng)的控制方案設(shè)計(jì)3.1 全自動(dòng)洗衣機(jī)控制系統(tǒng)介紹全自動(dòng)洗衣機(jī)的洗衣桶（外桶）和脫水桶（內(nèi)桶）是以同一軸心安放的。外桶固定，作盛水用。內(nèi)桶可以旋轉(zhuǎn)，作為脫水用。內(nèi)桶的周?chē)性S多小孔，使內(nèi)桶和外桶的水流相通。洗衣機(jī)的進(jìn)水和排水分別由進(jìn)水電磁閥和排水電磁閥來(lái)執(zhí)行。進(jìn)水時(shí)通過(guò)控制系統(tǒng)將進(jìn)水電磁閥打開(kāi)，經(jīng)進(jìn)水管將水注入到外桶。排水時(shí)，通過(guò)控制系統(tǒng)將排水電磁閥打開(kāi)，將水由外桶排到機(jī)外。洗滌時(shí)，正轉(zhuǎn)、反轉(zhuǎn)由洗滌電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)波盤(pán)的正、反轉(zhuǎn)來(lái)實(shí)現(xiàn)，此時(shí)脫水桶并不旋轉(zhuǎn)。脫水時(shí)，控制系統(tǒng)將離合器合上，由洗滌電動(dòng)機(jī)帶動(dòng)內(nèi)桶正轉(zhuǎn)進(jìn)行甩干。高、低水位控制開(kāi)關(guān)分別用來(lái)檢測(cè)桶內(nèi)水位情況。啟動(dòng)按鈕用來(lái)啟動(dòng)洗衣機(jī)工作，停止按鈕用來(lái)實(shí)現(xiàn)隨時(shí)停止進(jìn)水、排水、脫水及報(bào)警全過(guò)程。3.2 具體控制內(nèi)容設(shè)計(jì)整個(gè)系統(tǒng)分為自動(dòng)和手動(dòng)兩種控制狀態(tài)。在自動(dòng)狀態(tài)下，整個(gè)過(guò)程分為進(jìn)水、洗滌、排水、脫水四個(gè)環(huán)節(jié)：1）當(dāng)按下啟動(dòng)按鈕，進(jìn)水電磁閥打開(kāi)，當(dāng)達(dá)到高水位時(shí)，停止進(jìn)水2）開(kāi)始洗滌，電機(jī)正轉(zhuǎn) 30S，暫停2S，反轉(zhuǎn)30S，暫停2S3）洗滌過(guò)程循環(huán) 5次，總共320S后開(kāi)始排水，排到低水位時(shí)，脫水（排水）30S4）重復(fù)從進(jìn)水到脫水兩次大循環(huán)，進(jìn)行兩次清洗5）清洗完成，報(bào)警 5S，自動(dòng)停機(jī)在手動(dòng)狀態(tài)下，有手動(dòng)排水按鈕（自動(dòng)狀態(tài)下不啟動(dòng)）、手動(dòng)脫水按鈕（自動(dòng)狀態(tài)下不啟動(dòng)）和停止按鈕。3.3 全自動(dòng)洗衣機(jī)控制系統(tǒng)方案的選擇通過(guò)對(duì)全自動(dòng)洗衣機(jī)的控制內(nèi)容進(jìn)行分析，能滿(mǎn)足上述控制要求的控制方案共有三個(gè)，分別為繼電器控制、單片機(jī)控制和 PLC控制。3.3.1 繼電器控制方案繼電器的控制是采用硬件接線實(shí)現(xiàn)的，是利用繼電器機(jī)械觸點(diǎn)的串聯(lián)或并聯(lián)及延時(shí)繼電器的滯后動(dòng)作等組合形成控制邏輯，其連線多且復(fù)雜、體積大、功耗大，系統(tǒng)第8頁(yè) 共23頁(yè)中北大學(xué)2014屆畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)構(gòu)成后，想再改變或增加功能較為困難。由于繼電器控制系統(tǒng)使用了大量的機(jī)械觸點(diǎn)，連線多，觸點(diǎn)開(kāi)閉時(shí)存在機(jī)械磨損、電弧燒傷等現(xiàn)象，觸點(diǎn)壽命短，所以可靠性和可維護(hù)性差。此外，機(jī)械觸點(diǎn)還會(huì)出現(xiàn)抖動(dòng)的問(wèn)題。3.3.2 單片機(jī)控制方案單片機(jī)控制集成度高，體積?。坏碗妷海凸?，具有優(yōu)異的性能價(jià)格比。但用單片機(jī)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(dǎo)致抗干擾能力差，故障率高，不易擴(kuò)展，對(duì)環(huán)境依賴(lài)性強(qiáng)，開(kāi)發(fā)周期長(zhǎng)。一個(gè)采用單片機(jī)制作的主控板不經(jīng)過(guò)很長(zhǎng)時(shí)間的實(shí)際驗(yàn)證很難形成一個(gè)真正的產(chǎn)品。單片機(jī)程序的編寫(xiě)復(fù)雜，編程周期較長(zhǎng)且單片機(jī)的內(nèi)存容量、速度、字長(zhǎng)有限。3.3.3 PLC控制方案PLC的編程語(yǔ)言采用繼電器控制電路的梯形圖語(yǔ)言， 清晰直觀。雖然PLC是以微處理器為核心的控制裝置，但是它不需要用戶(hù)有很強(qiáng)的程序設(shè)計(jì)能力，只要用戶(hù)具備一定的計(jì)算機(jī)軟、硬件知識(shí)和電器控制方面的知識(shí)即可。 PLC系統(tǒng)的可靠性高，抗干擾能力強(qiáng)；設(shè)計(jì)、建造工作量小，維護(hù)方便，容易改造。但是 PLC的價(jià)格較貴。3.3.4 結(jié)論通過(guò)對(duì)繼電器控制、單片機(jī)控制、 PLC控制三種控制方案的優(yōu)缺點(diǎn)進(jìn)行比較，并結(jié)合洗衣機(jī)的工作原理、工作環(huán)境及具體控制內(nèi)容的要求，本課題的洗衣機(jī)控制系統(tǒng)決定采用PLC進(jìn)行控制。3.4 PLC介紹可編程邏輯控制器（ProgrammableLogicController，PLC），它采用一類(lèi)可編程的存儲(chǔ)器，用于其內(nèi)部存儲(chǔ)程序，執(zhí)行邏輯運(yùn)算、順序控制、定時(shí)、計(jì)數(shù)與算術(shù)操作等面向用戶(hù)的指令，并通過(guò)數(shù)字或模擬式輸入 /輸出控制各種類(lèi)型的機(jī)械或生產(chǎn)過(guò)程。PLC實(shí)際上是一種新型的工業(yè)控制計(jì)算機(jī)。它基本上與微型計(jì)算機(jī)相同，是以微處理器為核心的結(jié)構(gòu)，由硬件結(jié)構(gòu)和軟件結(jié)構(gòu)組成。其功能的實(shí)現(xiàn)不僅基于硬件的作用，更要靠軟件的支持。3.4.1 PLC的硬件結(jié)構(gòu)可編程控制器主要是由中央處理單元（ CPU）、存儲(chǔ)器（RAM、ROM）、輸入/輸出單元（I/O）、電源和編程器等幾部分組成，其硬件結(jié)構(gòu)如圖 3.1所示。第9頁(yè) 共23頁(yè)中北大學(xué)2014屆畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)圖3.1PLC的硬件結(jié)構(gòu)3.4.2 PLC的軟件結(jié)構(gòu)在可編程控制器中，PLC的軟件分為兩大部分：1）系統(tǒng)監(jiān)控程序：用于控制可編程控制器本身的運(yùn)行。 主要有管理程序、用戶(hù)指令解釋程序和標(biāo)準(zhǔn)程序模塊，供系統(tǒng)調(diào)用。2）用戶(hù)程序：它是由可編程控制器的使用者編制的程序， 用于控制被控裝置的運(yùn)行。3.4.3 PLC的設(shè)計(jì)步驟PLC的設(shè)計(jì)任務(wù)分為硬件設(shè)計(jì)和軟件設(shè)計(jì)兩部分。硬件設(shè)計(jì)主要包括：1）確定安排PLC的輸入、輸出點(diǎn)2）設(shè)計(jì)外圍電路，包括主電路3）選購(gòu)PLC并進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)安裝接線等內(nèi)容軟件設(shè)計(jì)大多數(shù)用梯形圖和指令程序，主要包括：1）設(shè)計(jì)控制流程，根據(jù)工藝要求畫(huà)出工作循環(huán)，如有必要再畫(huà)詳細(xì)的狀態(tài)流程圖2）根據(jù)工作循環(huán)圖，畫(huà)出虛擬的電路圖———繼電器梯形圖；按梯形圖編寫(xiě)指令程序表3）系統(tǒng)調(diào)試：根據(jù)設(shè)計(jì)要求，對(duì)程序進(jìn)行調(diào)試和修改，必要時(shí)還可對(duì)硬件進(jìn)行修改，直到滿(mǎn)足要求第10頁(yè) 共23頁(yè)中北大學(xué)2014屆畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)控制系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)4.1 全自動(dòng)洗衣機(jī)控制面板的布置設(shè)計(jì)圖4.1全自動(dòng)洗衣機(jī)控制面板布置圖4.2 主電路的設(shè)計(jì)4.2.1 電動(dòng)機(jī)的選擇由于家庭提供的電源限制故選單相電容運(yùn)轉(zhuǎn)式異步電動(dòng)機(jī)。以 3.6公斤波輪式全自動(dòng)洗衣機(jī)為例，確定電機(jī)功率時(shí)應(yīng)以脫水時(shí)消耗的功率為依據(jù)，由于在計(jì)算時(shí)一些因素如電機(jī)轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量等沒(méi)考慮，造成一些偏差，所以 3.6公斤全自動(dòng)洗衣機(jī)電機(jī)額定功率選為 180W，符合全自動(dòng)洗衣機(jī)的功率范圍 120W～250W。故選擇XD-180A8型號(hào)電動(dòng)機(jī)，功率 180W，220V-1.7A，轉(zhuǎn)速1300r/min。4.2.2 主電路圖的設(shè)計(jì)圖4.2主電路圖第11頁(yè) 共23頁(yè)中北大學(xué)2014屆畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)4.3 PLC型號(hào)的選定PLC選型時(shí)可考慮以下幾點(diǎn)：功能與任務(wù)相適應(yīng)， PLC的處理速度應(yīng)滿(mǎn)足實(shí)時(shí)控制的要求、PLC結(jié)構(gòu)合理、機(jī)型統(tǒng)一、在線編程和離線編程的選擇。全自動(dòng)洗衣機(jī)控制所要求的控制功能簡(jiǎn)單，小型 PLC就能滿(mǎn)足要求了。該控制系統(tǒng)CPU模塊可采用CPU-224（AC/DC/繼電器）模塊，它可控制整個(gè)系統(tǒng)按照控制要求有條不紊地進(jìn)行。同時(shí)由于該模塊采用交流 220V供電，并且自帶 14個(gè)數(shù)字量輸入點(diǎn)和 10個(gè)數(shù)字量輸出點(diǎn)，完全能滿(mǎn)足全自動(dòng)洗衣機(jī)控制系統(tǒng)的要求， 所以不再需要另外的電源模塊、數(shù)字量和輸出模塊。綜上所述，此次設(shè)計(jì)選用西門(mén)子 S7-224型PLC。4.4 PLC的I/O口分配全自動(dòng)洗衣機(jī)控制系統(tǒng) I/O端口分配情況如表 4.1所示：表4.1PLC的I/O地址分配表輸入I輸出O輸入元件地址輸出元件地址啟動(dòng)按鈕SB1I0.0進(jìn)水電磁閥YV1Q0.0停止按鈕SB2I0.1排水電磁閥YV2Q0.1高水位檢測(cè)開(kāi)關(guān)SQ1I0.2電機(jī)正轉(zhuǎn)接觸器KM1Q0.2低水位檢測(cè)開(kāi)關(guān)SQ2I0.3電機(jī)反轉(zhuǎn)接觸器KM2Q0.3手動(dòng)排水按鈕SB3I0.4脫水離合器YCQ0.4手動(dòng)脫水按鈕SB4I0.5蜂鳴器控制HAQ0.5第12頁(yè) 共23頁(yè)中北大學(xué)2014屆畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)4.5 PLC的定時(shí)/計(jì)數(shù)器說(shuō)明表4.2PLC的定時(shí)/計(jì)數(shù)器說(shuō)明類(lèi)別元件號(hào)設(shè)定值作用T3730S正洗計(jì)時(shí)T382S正洗暫停計(jì)時(shí)T3930S反洗計(jì)時(shí)定時(shí)器T402S反洗暫停計(jì)時(shí)T4130S脫水（并排水）計(jì)時(shí)T425S報(bào)警計(jì)時(shí)C05正、反洗循環(huán)計(jì)數(shù)計(jì)數(shù)器C13進(jìn)水至脫水（大循環(huán)）計(jì)數(shù)4.6 PLC的外部接線圖設(shè)計(jì)圖4.3PLC的外部接線圖第13頁(yè) 共23頁(yè)中北大學(xué)2014屆畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)控制系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)5.1 控制系統(tǒng)的流程圖設(shè)計(jì)圖5.1控制系統(tǒng)的流程圖第14頁(yè) 共23頁(yè)中北大學(xué)2014屆畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)5.2 控制系統(tǒng)的順序功能圖設(shè)計(jì)圖5.2控制系統(tǒng)的順序功能圖5.3 控制系統(tǒng)的梯形圖設(shè)計(jì)用STEP7-MicroWIN編寫(xiě)的PLCS7-224控制系統(tǒng)的梯形圖如圖 5.3所示。第15頁(yè) 共23頁(yè)中北大學(xué)2014屆畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)第16頁(yè) 共23頁(yè)中北大學(xué)2014屆畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)第17頁(yè) 共23頁(yè)中北大學(xué)2014屆畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)第18頁(yè) 共23頁(yè)中北大學(xué)2014屆畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)第19頁(yè) 共23頁(yè)中北大學(xué)2014屆畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)圖5.3控制系統(tǒng)的梯形圖第20頁(yè) 共23頁(yè)中北大學(xué)2014屆畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)結(jié)束語(yǔ)該系統(tǒng)采用PLCS7-200為控制核心，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)控制和手動(dòng)控制，硬件接線簡(jiǎn)單，軟件開(kāi)發(fā)周期短，具有工作可靠性高，操作方便，體積小、功耗低等特點(diǎn)，達(dá)到良好的經(jīng)濟(jì)效果。此外，PLC可以重復(fù)使用，降低了測(cè)試經(jīng)費(fèi)。它的靈活性、操作方便性也方便測(cè)試者隨時(shí)輸入、調(diào)試和修改控制程序。 PLC又設(shè)有串行接口，方便地與計(jì)算機(jī)進(jìn)行連接，組成測(cè)控系統(tǒng)，給系統(tǒng)的維護(hù)和使用帶來(lái)了很大方便。第21頁(yè) 共23頁(yè)中北大學(xué)2014屆畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)參考文獻(xiàn)申小中