基于S7300PLC的全自动洗衣机的控制系统设计.docx
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基于S7300PLC的全自动洗衣机的控制系统设计
南京工程学院
课程设计报告
课程名称：
PLC控制系统设计综合设计院（系、部、中心）：
自动化学院
专业：
自动化（数控技术）
班级：
数控卓越111
姓名：
学号：
实习时间：
2014.6.14——2014.7.4实习地点：
工程中心4——201
摘要
随着社会经济的发展和科学技术水平的提高，家庭电器全自动化成为必然的发展趋势。
全自动洗衣机的产生极大的方便了人们的生活。
洗衣机是国内家电业唯一不打价格战的行业，经过几年的平稳发展，国产洗衣机无论在质量上还是功能上都和世界领先水平同步。
纵观洗衣机市场，高效节能、省水、省电、环保型洗衣机一直在市场上占主导地位。
根据全自动洗衣机的工作原理,利用可编程控制器PLC实现控制,说明了PLC控制的原理方法,特点及控制洗衣机的特色。
PLC的优点是：
可靠性高，耗电少，适应性强，运行速度快，寿命长等，为了进一步提高全自动洗衣机的功能和性能，避免传统控制的一些弊端，就提出了用PLC来控制全自动洗衣机这个课题。
全自动洗衣机控制系统利用了西门子S7-300系列PLC的特点,对按钮,电磁阀,开关等其他一些输入/输出点进行控制,实现了洗衣机洗衣过程的自动化。
由于每遍的洗涤,排水,脱水的时间由PLC内定时器控制,所以只要改变定时器参数就可以改变时间。
可以把上面设定的程序时间定下来,作为固定程序使用,也可以根据衣物的质地,数量及油污的程度来编程。
本次设计对其中软件设计、硬件设计等问题进行了分析和研究，实现了全自动洗衣机的自动运行和手动运行功能。
关键词：
PLC；自动；手动；正反转；控制
摘要1
目录2
第一章题目要求3
一、目的3
二、设备3
三、内容3
四、控制要求3
五、思考题3
第二章概述4
一、PLC的控制特点4
二、控制系统框图4
三、工作原理4
四、控制要求5
五、实习安排5
第三章硬件配置及程序设计6
一、输入输出地址分配6
二、输入输出地址及接线图7
三、PLC选型及硬件配置8
四、控制流程图8
五、顺序功能图10
六、梯形图设计11
第四章模拟仿真与调试20
一、STEP720
二、WINCC23
三、设置本地网络地址29
四、触摸屏设置29
五、变频器设置29
六、程序下载及调试30
第五章思考题与总结体会33
一、思考题33
二、总结体会33
第一章题目要求
一、题目全自动洗衣机的控制系统设计
二、目的
用PLC构成全自动洗衣机控制系统，掌握PLC的编程和程序调试方法。
三、设备S7-300-PLC、计算机各一台
四、内容
1、全自动洗衣机运行框图设计，梯形图控制程序设计、调试并画出I/O端子硬件接线图
2、在HMI上显示洗衣机的运行状态
五、控制要求
1、按下启动按钮及水位选择开关；
2、进水阀门打开直到高（中、低）水位，关水；
3、2s后开始洗涤；
4、洗涤时正转30s，停2s，然后反转30s，停2s；
5、如此循环5次，总共320s后排水，排空后脱水30s；
6、开始清洗，重复2~5要求，清洗两边；
7、清洗完成，报警3s并自动停机；
8、若按下停车按钮，可手动排水（不脱水）和手动脱水（不计数）。
输入点
输出点
启动开关
洗衣机启动控制
停止开关
进水阀控制
高水位选择
正转控制
中水位选择
脱水控制
低水位选择
反转控制
排空检测
排水控制
高水位检测
报警控制
中水位检测
低水位检测
手动排水
手动脱水
六、思考题
1、调试程序时，各水位选择开关及各水位检测开关应如何动作?
2、如果要在控制功能中加入轻柔洗（缩短运转时间、延长停顿时间）功能，程序应如何修改？
3、如果要在控制功能中加入经济洗（整个洗衣周期缩短）功能，程序应如何修改？
第二章概述
一、PLC的控制特点
1、可靠性高，PLC作为一种通用的工业控制器，它必须能够在各种不同的工作环境中正常工作。
对工作的环境要求较低，抗外部干扰能力强，平均无故障时间长。
2、使用方便灵活，PLC采用了基本单元扩展或者是模块化的结构形式，因此，输入/输出信号的数量，形式，驱动能力等都可以根据实际控制要求进行选择与确定，而且在需要时可以随时更换，近年来，PLC的特殊模块增多这些可以满足不同的控制要求，使PLC的使用更加灵活与多变。
3、编程简单，PLC的优越性主要体现在它采用了独特的，多种面向广大工程设计人员的编程语言，如指令表，梯形图，逻辑功能图，顺序功能图等，程序简洁，明了适合各类技术人员的传统习惯，即使是没有计算机知识的人员也很统一掌握，特别是梯形图与逻辑功能图，形象直观，动态监测效果逼真，且与计算机控制容易。
二、控制系统框图全自动洗衣机的工作过程包括启动、进水、洗涤、排水和脱水等功能。
在实现控制过程中，各种采样信息都是通过PLC进行各种判断、比较和选择，再经信息线路反馈给洗衣机各控制执行机构，决定洗衣机的工作状态。
如图1所示，由PLC控制洗衣机各种动作典型的系统控制图：
图1系统结构图
由图1可知，PLC在系统中处于中心位置，水位开关是PLC的输入信号控制开关、进水阀、排水阀和电机是洗衣机各种动作的执行机构。
其中进水阀和排水阀由PLC给定信号来决定其工作状态；电机的工作状态也由控制中心PLC给定信号来决定，而电机的正反转状态直接决定了洗衣机的洗涤状态和脱水状态。
洗衣机工作过程是顺序控制过程，所以利用PLC作为洗衣机的控制系统是可行的。
三、工作原理洗衣机的工作流程由进水、洗涤、排水、脱水4个过程组成。
在半自动洗衣机中，这4个过程分别用相应的按钮开关来控制。
全自动洗衣机中，这4个过程可做到全自动依次运行，直至洗衣结束。
全自洗衣机的洗衣桶（外桶）和脱水桶（内桶）是以同一心安放的，内桶可以旋转，作为脱水用。
内桶的周围有许多小孔，使内桶和外桶的水流相通，洗衣机的进水和排水分别由进水电磁阀和排水电磁阀来执行。
进水时通过控制系统将进水电磁阀打开，经进水管将水注入到外桶。
排水时，通过控制系统将排水电磁阀打开，将水由外桶排到机外。
洗涤正转、反转由洗涤电动机驱动波盘的正、反转来实现，此时脱水桶并不旋转。
脱水时，控制系统将离合器合上，由洗涤电动机带动内桶正转进行甩干。
高、中、低水位检测装置分别用来检测高、中、低水位。
启动按钮用来启动洗衣机工作，停止按钮用来实现手动停止进水、排水、脱水及报警。
排水按钮用来实现手动排水。
四、控制要求
1.自动运行
启动时,选择一个设定水位（高、中、低三档），进水阀打开，开始进水，到达设定水位时停止进水，开始洗涤，正转洗涤30s，暂停2s后反转洗涤30s，暂停2s后再正转洗涤，如此反复5次。
洗涤结束后，开始排水，当水位下降到低水位时，进行脱水，脱水时间为30s。
这样完成一次从进水到脱水的大循环过程。
经过3次上述大循环后（第2、3次为漂洗），进行洗衣完成报警，报警3s后结束全过程，自动停机。
2.手动运行若按下“停止”按钮，洗衣过程停止，即洗涤电机和脱水桶停止转动、进水电磁阀和排水电磁阀全部闭合。
此时可用手动排水开关和手动脱水开关进行手动排水和脱水。
五、实习安排
周次
星期
内容
17
一
1、安装并熟悉西门子S7-300相关编程和组态软件
二
2、熟悉实习相关内容所用设备的操作手册
三
3、根据实习相关内容完成相应模块的硬件电路连接
四
4、利用STEP7和WINCC软件对连接模块进行编程测试
五
5、对实习相关内容进行理论分析
18
6、对实习相关内容进行系统控制流程设计
四
7、对实习相关内容进行硬件电路原理设计（主电路
和PLC电路）
五
8、对实习相关内容进行软件流程设计
19
9、调试
10、验收、答辩
四
五
11、编写实习报告
第三章硬件配置及程序设计
、输入输出地址分配
1、输入地址分配表
输入地址
对应的外部设备
M1.0
启动按扭
M1.1
停止按扭
M1.2
高水位选择
M1.3
中水位选择
M1.4
低水位选择
M1.5
高水位检测
M1.6
中水位检测
M1.7
低水位检测
M2.0
手动排水
M2.1
手动脱水
M2.2
排空检测
注：
因为本次实习条件所限，没有实际的输入信号，所以输入地址采用中间继电器编址
2、输出地址分配表
输出地址
对应的输出设备
Q0.0
进水阀
Q0.1
排水控制
Q0.2
正转控制
Q0.3
反转控制
Q0.4
脱水控制
Q0.5
报警控制
3、内部元件地址分配表
定时器/计数器
对应的作用
T37
开始正转延时2s定时器
T38
正转30s定时器
T39
正转结束延时2s定时器
T40
反转30s定时器
T41
反转结束延时2s定时器
T42
脱水30s定时器
T43
报警3s定时器
C50
正反转循环计数器
C51
大循环计数器
4、中间状态I/O分配表
中间存储器
对应的作用
M0.0
启动状态
M0.1
停止状态
M0.2
水位到达状态
M0.3
开始正转延时2s条件
M0.4
正转结束延时2s条件
M0.5
反转结束延时2s条件
M0.6
自动排水状态
M0.7
自动脱水状态
、输入输出地址及接线图
进水阀控制
排水控制
正转控制
反转控制
脱水控制
报警控制
图2输入输出地址及接线图
三、PLC选型及硬件配置
电源模块：
PS3075A（307-1EA01-0AA0）
CPU型号：
CPU315-2PN/DP（315-2EH14-0AB0）
I/O模块：
SM323DI16/DO16DC24V1A
触摸屏：
SIMATICPANELTP177B6''colorPN/DP交换机：
SCALANCE*208
变频器：
蓝海华腾DIGITALPNELV5-H
四、控制流程图
图3手动运行流程图
2、自动运行流程图
图4自动运行流程图
五、顺序功能图
顺序功能图，它是描述控制系统的控制过程、功能和特性的一种图形，顺序功能图并不涉及所描述的控制功能的具体技术，他是一种通用的技术语言。
全自动洗衣机控制系统PLC控制状态流程图如下图所示。
M1.3
M1.4
M1.2
M1.4
M1.7
M1.3
M1.6
M1.2
M1.5
图5顺序功能图
六、梯形图设计
1、梯形图的特点
梯形图是PLC模拟继电器控制系统的编程方法。
它由触点、线圈或功能方框等构成，梯形图左、右的垂直线称为左、右母线。
画梯形图时，从左母线开始，经过触点和线圈（或功能方框），终止于右母线。
在梯形图中，可以把左母线看作是提供能量的母线。
触点闭合可以使能量流过，直到下一个元件；触点断开将阻止能量流过。
这种能量流，我们称之为“能流”。
实际上，梯形图是CPU仿真继电器控制电路图，使来自“电源”的“电流”通过一系列的逻辑控制条件，根据运算结果决定逻辑输出的模拟过程。
梯形图中的基本编程元素有触点、线圈和方框。
触点：
代表逻辑控制条件。
触点闭合时表示能量可以流过。
触点分常开触点和常闭触点两种形式。
线圈：
通常代表逻辑“输出”的结果。
能量流到，则该线圈被激励。
方框：
代表某种特定功能的指令。
能量流通过方框时，则执行方框所代表的功能。
方框所代表的功能有很多种，例如：
定时器、计数器、数据运算等。
梯形图中，每个输出元素可以构成一个梯级。
每个梯形图网络由一个或多个梯级组成。
2、梯形图绘制原则
（1）梯形图按自上而下、从左到右的顺序排列。
每个继电器线圈为一个逻辑行，即一层阶梯。
每一个逻辑行起于左母线，然后是触点的连接，最后终止于继电器线圈或右母线。
注意：
左母线与线圈之间一定要有触点，而线圈与右母线之间不能有任何点，应直接连接。
（2）一般情况下，在梯形图中某个编号继电器线圈只能出现一次，而继电器触点可无限引用。
有些PLC，在含有跳转指令或步进指令的梯形图中允许双线圈输出。
（3）在每个逻辑行中，串联触点多的支路应放在上方。
如果将串联触点多的支路放下方，则语句增多，程序变长。
（4）在每个逻辑行中，并联触点多的支路应放在左边。
如果将并联触点多的支路放右边，则语句增多，程序变长。
（5）梯形图中，当多个逻辑行都具有相同条件时，为了节省语句数量，常将这些逻辑行合并。
当相同条件复杂时，这对储存容量小的PLC很有意义。
（6）设计梯形图时，输入继电器的触点状态全部按相应的输入设备为常开状态进行设计更为合适，不易出错。
因此，也建议尽可能用输入设备的常开触点与PLC输入端连接。
如果某些信号只能用常闭触点输入，可以按输入设备全部常开来设计，然后将梯形图中对应的输入继电器触点取反。
3、系统梯形图
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图6系统梯形图
第四章模拟仿真与调试
、STEP7
STEP7是用于S7300/400系列ＰＬＣ自动化系统设计的标准软件包。
在设计一个自动化系统时，即可采用先硬件组态、后创建程序的方式，也可采用先创建程序、后硬件组态的方式。
本次课程设计因使用的输入和输出程序比较多，所以我们采用的是先硬件组态、后创建程序的方式。
1、创建项目
通过新建项目向导建立项目
在SIMATIC管理器的初始界面中单击“文件”菜单，在下拉菜单中选择“新建项目向导”命令，打开如图7所示窗口，点击“预览”，选择CPU类型（此处为CPU315-2PN/DP315-2EH14-0AB0），如图8所示,然后点击“下一步”选择编写程序语言“梯形图编程（LAD）、语句编程（STL）、功能图块编程（FBD）”，如图9所示，继续点击“下一步”，填写项目名称后点击“完成”，如图10所示。
展开左边的站点目录，单击
SIMATIC300Station”，在右侧窗口单击
Hardware”进入项目所需硬件配置窗口，在窗口右侧的硬件目录中展开
图11硬件配置窗口
双击s7-300组态里CPU315-2PN/DP下的PN/IO，如图12所示
点击“Properties”属性按钮，进入图13界面，修改IP地址为“192.168.2.20”，并新建一个以太网。
然后确认，保存并编译。
2、编辑符号表
在SIMATICManager窗口中选择“Symbol”并双击，进入“符号编辑器”
窗口。
将上述梯形图中的符号及其地址键入到编辑器中，最终结果如图14所示。
图14符号表
3、输入梯形图
在SIMATICManager窗口中选择“OB1”并双击，进入梯形图编辑界面，将之前设计完成的梯形图输入到OB1中，然后保存，单击“下载”按钮，将程序下载到CPU中。
输入的梯形图如图6所示。
4、建立连接
在SIMATICManager窗口中选择“Con
升级会员 