PLC控制的全自动洗衣机.docx
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PLC控制的全自动洗衣机
摘要
目前自动洗衣机已经成为每个家庭所必需的电器，随着它的畅销出现了各种各样的全自动洗衣机，该设计实现了洗衣机由进水、洗涤、排水、脱水、报警到自动停机的循环过程设计了相应的系统软件。
在工业控制系统中广泛应用的PLC能克服单片机的缺点，它是整体模块，集中了驱动电路、检测电路和保护电路以及通讯联网功能，因此在运用中，硬件也相对简单，提高控制系统的可靠性。
另外它的编程语言也相对简单，因此在该设计中采用了PLC来实现全自动洗衣机的工作过程。
该系统由可编程控制器、变频器、触摸屏等控制元件组成，可编程控制器完成整个系统逻辑控制、各运行相关参数传送与读写、设备运行状态显示功能。
变频器与可编程控制器利用自由口通讯协议通讯完成设备的启/停、简易PLC程序的执行及其它相关运行参数的传送。
PLC与触摸屏通讯实现人机对话，完成相关参数设置、启停操作与状态显示。
全自动洗衣机利用可编程控制器、变频器与人机界面等自动化产品的有机结合来实现对工业洗涤设备的自动控制，其主要控制思路是对洗涤设备的进水/出水、洗涤模式、洗涤时间、脱水频率的设定、可编程控制器通讯功能的应用、变频器简易PLC功能的应用进行有机的组合与设计。
此论文的初始对自动洗衣机进行了分类。
按自动化程度分类，洗衣机可分为普通型、半自动型、全自动型三大类。
并依次做了简单的介绍，同时全自动洗衣机应用了可编程控制器，它的功能强、可靠性极强、编程简单、使用方便、体积小。
现已广泛应用于工业控制的各个领域，然后主要是介绍全自动洗衣机的工作原理，利用可编程控制器PLC实现控制。
关键词：
PLC：
洗衣机；全自动；可编程控制器
目录
摘要I
目录II
第一章可编程控制器的概述1
1.1可编程控制器的趋势与动向1
1.2可编程控制器的特点1
1.3可编程控制器的原理2
第二章 PLC控制系统设计2
2.1 PLC控制系统设计的基本原则2
2.2 PLC的应用特点3
2.3 PLCI/O模块的选择步骤与原则4
2.3.1开关量I／O模块的选择4
2.3.2模拟量I／O模块的选择6
2.3.3、特殊功能模块的选择6
2.4全自动洗衣机控制元件布置图7
第三章主电路设计7
第四章控制电路设计8
4.1PLC输入/输出继电器地址分配8
4.2I/O口连接图9
第五章流程图、梯形图的设计10
5.1全自动洗衣机控制流程图10
5.2全自动洗衣机控制自动运行功能图13
5.3全自动洗衣机控制梯形图14
参考文献19
致谢19
第一章可编程控制器的概述
1.1可编程控制器的趋势与动向
一、当代PLC技术的发展趋势
发展迅速，产品更新换代；开发各种智能化模块，不断增强过程功能；PLC与个人计算机（PC）结合；通信联网功能不断增强；发展新的编程语言，增强容错功能。
二、当代PLC技术的发展动向
美国通用汽车以用户身份提出新一代控制器应具备十大条件，这十大条件是：
1.编程方便，可在现场修改程序；
2.维修方便，最好是插件式；
3.可靠性高于继电器控制柜；
4.体积小于继电器控制柜；
5.可将数据直接送入管理计算机；
6.在成本上可与继电器控制竞争；
7.输入可以是交流115V；
8.输出为交流115V/2A以上，能直接驱动电磁阀；
9.在扩展时，原有系统只要很小变更；
10.用户程序存储容量至少能扩展到4K字节。
1.2可编程控制器的特点
硬件配置灵活，，编程方法简便，抗干扰能力强，能适应较恶劣的工业环境（工作室温度可在0-60℃，存放温度可为-40～80℃,相对湿度可达95%），体积小，维护费用低。
（1）PLC能接收、处理和输出各种开关量、模拟量和不同码制的数码，除能实现一般的逻辑控制（顺序、步进、时序、条件和锁存等）功能外，还能实现数值运算、数据转换及数据通信等功能，配备适当的外围设备可以进行打印。
（2）由于编程软件化（可新编程序、可修改程序和数据处理的可接口性），当生产工艺（或流程）改变时只需要修改软件，而不需要改变硬件即可满足新的控制要求，大大方便了设计和现场使用，缩短了设计施工和调试周期。
（3）PLC能与上一级计算机直接相连，在综合自动化控制系统中可以合理地实现分级控制，作为基础控制级使用。
（4）PLC采用独特而简便的编程方法，并采用与工艺流程相适应的一般符号。
编程方法简明通俗，易学、易编、易改，很容易将原来的继电器控制线路直接翻译到PLC软件上。
1.3可编程控制器的原理
可编程控制器是一种数字式运算操作的电子系统，专为工业环境下应用而设计。
它采用可编程序的存贮器，用来在其内部存贮执行逻辑运算、顺序控制定时、计数和算术运算等操作的指令，并通过数字式、模拟式的知识界面输出，控制各种类型的机械或生产过程。
plc扩充其功能的原则进行高度人性化。
因此，可编程控制器以其简单易懂、操作方便、可靠性高、通用灵活、体积小、使用寿命长等一系列优点，在汽车、钢铁、航空航天、船舶、化工、纺织、食品、造纸、军工等工业领域获得了广泛的应用。
本书以我国目前应用最广泛的三种高性能小型机为背景，系统阐述了可编程控制器的结构、工作原理、硬件和软件系统以及plc控制系统从设计到安装到维护的系统设计过程，并对plc的组网技术进行了详细介绍。
本书内容新颖，深入浅出，语言通俗易懂，理论联系实际。
通过实例，详细地介绍了plc在不同行业中的具体应用，在编写形式上，注重理论与实践的结合，不但在各章节适时插入实例，使读者加深理解和掌握具体内容，而且以综合举例作为最后一章，以便于读者参考和提高综合应用可编程控制器的能力。
本书可作为高等学校机电一体化专业、自动化专业、电气技术专业及其他相关专业的教材，也可作为广大工程技术人员的参考用书。
第二章 PLC控制系统设计
2.1 PLC控制系统设计的基本原则
任何一种控制系统都是为了实现被控对象的工艺要求，以提高生产效率和产品质量。
因此，在设计PLC控制系统时，应遵循以下基本原则：
1.最大限度地满足被控对象的控制要求
充分发挥PLC的功能，最大限度地满足被控对象的控制要求，是设计PLC控制系统的首要前提，这也是设计中最重要的一条原则。
这就要求设计人员在设计前就要深入现场进行调查研究，收集控制现场的资料，收集相关先进的国内、国外资料。
同时要注意和现场的工程管理人员、工程技术人员、现场操作人员紧密配合，拟定控制方案，共同解决设计中的重点问题和疑难问题。
2.保证PLC控制系统安全可靠
保证PLC控制系统能够长期安全、可靠、稳定运行，是设计控制系统的重要原则。
这就要求设计者在系统设计、元器件选择、软件编程上要全面考虑，以确保控制系统安全可靠。
例如：
应该保证PLC程序不仅在正常条件下运行，而且在非正常情况下（如突然掉电再上电、按钮按错等），也能正常工作。
3.力求简单、经济、使用及维修方便
一个新的控制工程固然能提高产品的质量和数量，带来巨大的经济效益和社会效益，但新工程的投入、技术的培训、设备的维护也将导致运行资金的增加。
因此，在满足控制要求的前提下，一方面要注意不断地扩大工程的效益，另一方面也要注意不断地降低工程的成本。
这就要求设计者不仅应该使控制系统简单、经济，而且要使控制系统的使用和维护方便、成本低，不宜盲目追求自动化和高指标。
4.适应发展的需要
由于技术的不断发展，控制系统的要求也将会不断地提高，设计时要适当考虑到今后控制系统发展和完善的需要。
这就要求在选择PLC、输入/输出模块、I/O点数和内存容量时，要适当留有裕量，以满足今后生产的发展和工艺的改进。
2.2 PLC的应用特点
1．可靠性高，抗干扰能力强
高可靠性是电气控制设备的关键性能。
PLC由于采用现代大规模集成电路技术，采用严格的生产工艺制造，内部电路采取了先进的抗干扰技术，具有很高的可靠性。
使用PLC构成控制系统，和同等规模的继电接触器系统相比，电气接线及开关接点已减少到数百甚至数千分之一，故障也就大大降低。
此外，PLC带有硬件故障自我检测功能，出现故障时可及时发出警报信息。
在应用软件中，应用者还可以编入外围器件的故障自诊断程序，使系统中除PLC以外的电路及设备也获得故障自诊断保护。
这样，整个系统将极高的可靠性。
2．配套齐全，功能完善，适用性强
PLC发展到今天，已经形成了各种规模的系列化产品，可以用于各种规模的工业控制场合。
除了逻辑处理功能以外，PLC大多具有完善的数据运算能力，可用于各种数字控制领域。
多种多样的功能单元大量涌现，使PLC渗透到了位置控制、温度控制、CNC等各种工业控制中。
加上PLC通信能力的增强及人机界面技术的发展，使用PLC组成各种控制系统变得非常容易。
3．易学易用，深受工程技术人员欢迎
PLC是面向工矿企业的工控设备。
它接口容易，编程语言易于为工程技术人员接受。
梯形图语言的图形符号与表达方式和继电器电路图相当接近，为不熟悉电子电路、不懂计算机原理和汇编语言的人从事工业控制打开了方便之门。
4．系统的设计，工作量小，维护方便，容易改造
PLC用存储逻辑代替接线逻辑，大大减少了控制设备外部的接线，使控制系统设计及建造的周期大为缩短，同时日常维护也变得容易起来，更重要的是使同一设备经过改变程序而改变生产过程成为可能。
这特别适合多品种、小批量的生产场合。
2.3 PLCI/O模块的选择步骤与原则
一般I／O模块的价格占PLC价格的一半以上。
PLC的I／O模块有开关量I／O模块、模拟量I／O模块及各种特殊功能模块等。
不同的I／O模块，其电路及功能也不同，直接影响PLC的应用范围和价格，应当根据实际需要加以选择。
2.3.1开关量I／O模块的选择
1、开关量输入模块的选择
开关量输入模块是用来接收现场输入设备的开关信号，将信号转换为PLC内部接受的低电压信号，并实现PLC内、外信号的电气隔离。
选择时主要应考虑以下几个方面：
1）输入信号的类型及电压等级
开关量输入模块有直流输入、交流输入和交流／直流输入三种类型。
选择时主要根据现场输入信号和周围环境因素等。
直流输入模块的延迟时间较短，还可以直接与接近开关、光电开关等电子输入设备连接；交流输入模块可靠性好，适合于有油雾、粉尘的恶劣环境下使用。
开关量输入模块的输入信号的电压等级有：
直流5Ｖ、12Ｖ、24Ｖ、48Ｖ、60Ｖ等；交流110Ｖ、220Ｖ等。
选择时主要根据现场输入设备与输入模块之间的距离来考虑。
一般5Ｖ、12Ｖ、24Ｖ用于传输距离较近场合，如5Ｖ输入模块最远不得超过１０米。
距离较远的应选用输入电压等级较高的模块。
2）输入接线方式
开关量输入模块主要有汇点式和分组式两种接线方式。
汇点式的开关量输入模块所有输入点共用一个公共端（COM）；而分组式的开关量输入模块是将输入点分成若干组，每一组（几个输入点）有一个公共端，各组之间是分隔的。
分组式的开关量输入模块价格较汇点式的高，如果输入信号之间不需要分隔，一般选用汇点式的。
3）注意同时接通的输入点数量
对于选用高密度的输入模块（如32点、48点等），应考虑该模块同时接通的点数一般不要超过输入点数的60％。
4）输入门槛电平
为了提高系统的可靠性，必须考虑输入门槛电平的大小。
门槛电平越高，抗干扰能力越强，传输距离也越远，具体可参阅PLC说明书。
2、开关量输出模块的选择
开关量输出模块是将PLC内部低电压信号转换成驱动外部输出设备的开关信号，并实现PLC内外信号的电气隔离。
选择时主要应考虑以下几个方面：
1）输出方式
开关量输出模块有继电器输出、晶闸管输出和晶体管输出三种方式。
继电器输出的价格便宜，既可以用于驱动交流负载，又可用于直流负载，而且适用的电压大小范围较宽、导通压降小，同时承受瞬时过电压和过电流的能力较强，但其属于有触点元件，动作速度较慢（驱动感性负载时，触点动作频率不得超过1HZ）、寿命较短、可靠性较差，只能适用于不频繁通断的场合。
对于频繁通断的负载，应该选用晶闸管输出或晶体管输出，它们属于无触点元件。
但晶闸管输出只能用于交流负载，而晶体管输出只能用于直流负载。
2）输出接线方式
开关量输出模块主要有分组式和分隔式两种接线方式。
分组式输出是几个输出点为一组，一组有一个公共端，各组之间是分隔的，可分别用于驱动不同电源的外部输出设备；分隔式输出是每一个输出点就有一个公共端，各输出点之间相互隔离。
选择时主要根据PLC输出设备的电源类型和电压等级的多少而定。
一般整体式PLC既有分组式输出，也有分隔式输出。
3）驱动能力
开关量输出模块的输出电流（驱动能力）必须大于PLC外接输出设备的额定电流。
用户应根据实际输出设备的电流大小来选择输出模块的输出电流。
如果实际输出设备的电流较大，输出模块无法直接驱动，可增加中间放大环节。
4）注意同时接通的输出点数量
选择开关量输出模块时，还应考虑能同时接通的输出点数量。
同时接通输出设备的累计电流值必须小于公共端所允许通过的电流值，如一个220V／2A的８点输出模块，每个输出点可承受2A的电流，但输出公共端允许通过的电流并不是16A（8×2A），通常要比此值小得多。
一般来讲，同时接通的点数不要超出同一公共端输出点数的60％。
5）输出的最大电流与负载类型、环境温度等因素有关
开关量输出模块的技术指标，它与不同的负载类型密切相关，特别是输出的最大电流。
另外，晶闸管的最大输出电流随环境温度升高会降低，在实际使用中也应注意。
2.3.2模拟量I／O模块的选择
模拟量I／O模块的主要功能是数据转换，并与PLC内部总线相连，同时为了安全也有电气隔离功能。
模拟量输入（A／D）模块是将现场由传感器检测而产生的连续的模拟量信号转换成PLC内部可接受的数字量；模拟量输出（D／A）模块是将PLC内部的数字量转换为模拟量信号输出。
典型模拟量I／O模块的量程为-10V~+10V、0~+10V、4~20mA等，可根据实际需要选用，同时还应考虑其分辨率和转换精度等因素。
一些PLC制造厂家还提供特殊模拟量输入模块，可用来直接接收低电平信号（如RTD、热电偶等信号）。
2.3.3、特殊功能模块的选择
目前，PLC制造厂家相继推出了一些具有特殊功能的I／O模块，有的还推出了自带CPU的智能型I／O模块，如高速计数器、凸轮模拟器、位置控制模块、PID控制模块、通信模块等。
2.4全自动洗衣机控制元件布置图
图2-1全自动洗衣机控制元件布置图
第三章主电路设计
在主电路中我们主要是考虑如何控制交流电机运转和怎么实现电路保护。
由于家庭用电为两相电源，而非三相电，所以怎样用两相电来控制电动机的正反转应进行考虑。
洗衣机PLC控制主电路图如图所示。
图2.1主电路图
第四章控制电路设计
全部控制对象为开关量控制，根据这一特点和控制要求，选择S7-200作为主控制器。
4.1PLC输入/输出继电器地址分配
全自动洗衣机控制系统PLC输入输出继电器地址分配如下所示:
输入
电路器件
输出
电路器件
I0.0
启动按钮SB1
Q0.0
启动指示灯L1
I0.1
停止按钮SB2
Q0.1
注水电磁阀YV1
I0.2
低水位选择开关KB1
Q0.2
正转洗涤KM2
I0.3
中水位选择开关KB2
Q0.3
反转洗涤KM3
I0.4
高水位选择开关KB3
Q0.4
脱水电磁离合器YC
I0.5
低水位浮球开关SQ1
Q0.5
排水电磁阀YV2
I0.6
中水位浮球开关SQ2
Q0.6
注水指示灯L2
I0.7
高水位浮球开关SQ3
Q0.7
洗涤指示灯L3
I1.0
箱底水位检测开关SQ4
Q1.0
排水指示灯L4
I1.1
手动排水按钮SB3
Q1.1
脱水指示灯L5
I1.2
自动排水按钮SB4
Q1.2
蜂鸣器
I1.3
门开关SQ5
图4-1PLC输入/输出继电器地址分配
4.2I/O口连接图
全自动洗衣机控制系统选择S7-200系列PLC，型号为S7-200-CPU-226AD/DC/RELAY作为控制单元。
S7-200-CPU-226AD/DC/RELAY基本单元集成的I/O数量为40个，其中24为输入，16为输出。
洗涤剩余时间显示模块由于数码管显示硬件电路复杂且需输出口扩展所以选择更为简单经济的S7-200系列PLC自带文本显示器TD200.
图4-2I/O接线图
使用文本显示器时根据相关技术要求，先组态TD200画面，达到预期目的。
“工具”——“文本显示向导”，先配置TD200，然后点击“用户菜单”，配置用户菜单。
本设计中剩余事件数存储在V存储区VW1600中。
第五章流程图、梯形图的设计
5.1全自动洗衣机控制流程图
软件是建立在硬件的基础之上，确定程序结构然后进行主程序的设计。
电镀行车的软件部分主要由主程序及流程图来实现控制要求。
图4-1是本系统的PLC流程图，流程图中采用内部辅助继电器来完成各个功能，通过对流程的翻译生成PLC程序。
图5-1手动排水脱水流程图图5-2开门中断流程图
图4-3全自动洗衣机自动控制流程图
5.2全自动洗衣机控制自动运行功能图
图5-4自动洗衣机自动控制流程图
5.3全自动洗衣机控制梯形图
图5-5自动洗衣机控制梯形图
第六章 课程设计总结
随着毕业日子的到来，课程设计也接近了尾声。
经过几周的奋战我的毕业设计终于完成了。
在没有做课程设计以前觉得课程设计只是对这几年来所学知识的单纯总结，但是通过这次做课程设计发现自己的看法有点太片面。
课程设计不仅是对前面所学知识的一种检验，而且也是对自己能力的一种提高。
通过这次课程设计使我明白了自己原来知识还比较欠缺。
自己要学习的东西还太多，以前老是觉得自己什么东西都会，什么东西都懂，有点眼高手低。
通过这次课程设计，我才明白学习是一个长期积累的过程，在以后的工作、生活中都应该不断的学习，努力提高自己知识和综合素质。
在这次课程设计中也使我们的同学关系更进一步了，同学之间互相帮助，有什么不懂的大家在一起商量，听听不同的看法对我们更好的理解知识，所以在这里非常感谢帮助我的同学。
我的心得也就这么多了，总之，不管学会的还是学不会的的确觉得困难比较多，真是万事开头难，不知道如何入手。
最后终于做完了有种如释重负的感觉。
此外，还得出一个结论：
知识必须通过应用才能实现其价值！
有些东西以为学会了，但真正到用的时候才发现是两回事，所以我认为只有到真正会用的时候才是真的学会了。
在此要感谢我们的指导老师曹老师悉心的指导，感谢老师们给我们的帮助。
在设计过程中，我通过查阅大量有关资料，与同学交流经验和自学，并向老师请教等方式，使自己学到了不少知识，也经历了不少艰辛，但收获同样巨大。
在整个设计中我懂得了许多东西，也培养了我独立工作的能力，树立了对自己工作能力的信心，相信会对今后的学习工作生活有非常重要的影响。
而且大大提高了动手的能力，使我充分体会到了在创造过程中探索的艰难和成功时的喜悦。
虽然这个设计做的也不太好，但是在设计过程中所学到的东西是这次课程设计的最大收获和财富，使我终身受益。
参考文献
[1]于桂音邓洪伟.电气控制与PLC.中国电力出版社.2010.7
[2]于庆广.可编程控制器原理及系统设计.清华大学出版社.2004
[3]张进秋.可编程控制器原理及应用实例.机械工业出版社.2004
[4]吴作明.PLC开发与应用实例详解.北京航空航天大学出版社.20071]
[5]贾德胜.PLC应用开发实用子程序.人民邮电出版社.2006
致谢
由于设计者知识水平有限，似的设计过程中出现了不少问题，经查阅资料与指导老师的指正才得以将问题一一解答。
当然由于设计时间的仓促，论文中错误与不妥之处也在所难免，恳请各位老师予以指导与谅解。
这次设计首先要特别感谢我们的指导老师曹芳菊老师，感谢于老师的耐心指导和帮助，没有您的帮助，将很难如期完成这次设计。
其次要感谢我们组的其他成员，这次设计是我们密切合作的成果。
再次向于老师和合作伙伴表示衷心的感谢
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