239630文件名基于PLC全自动洗衣机控制系统

摘要本文阐述了应用西门子公司生产的具有高性能价格比的微型可编程限制器S7-200系列PLC，设计实现全自动洗衣机限制系统。该系统充分利用了培训中讲解并描述的可编程限制器（PLC）的多方面设计学问和方法，使得该系统牢靠稳定，使其应用范围得到扩展。关键词 可编程限制器 PLC 全自动洗衣机目 录第一章 概述 31.1 选题背景 31.2 全自动洗衣机发展概况 31.3 限制系统的选择 4其次章 全自动洗衣机限制系统设计 62.1 系统描述 62.2 制定限制方案 72.3 系统配置 102.4 限制面板 122.5 PLC外部接线图 132.6 限制系统流程图 142.7 限制系统时序图 18第三章 性能测试与分析 193.1 各个模块的调试 193.2 程序的整体调试 193.3 性能分析 19第四章 结束语 20 参考文献 21附录（程序源代码） 22第一章 概述1.1 选题背景洗衣机是人们日常生活中常见的一种家电，已经成为人们生活中不行缺少的家用电器。在工业生产中应用也特别广泛。但是传统的基于继电器的限制，已经不能满意人们对洗衣机的自动化程度的要求了。洗衣机须要更好地满意人们的需求，必需借助于自动化技术的发展。而随着PLC技术的发展，用PLC来作为限制器，就能很好地满意全自动洗衣机对自动化的要求，并且限制方式敏捷多样，限制模式可以依据不同场合的应用而有所不同。自动化技术的飞速发展使得洗衣机由初始的半自动式洗衣机发展到现在的全自动洗衣机，又正在向智能化洗衣机方向发展。1.2 全自动洗衣机发展概况全自动洗衣机是一种除放、取衣物和开动洗衣机这三道手续外，其余洗衣各程序全部自动完成的设备。1874年美国的比尔布莱克斯通独创了木制手摇洗衣机，这是世界上第一台人工搅动洗衣机。1911年美国人又研制了世界上第一台电动洗衣机。1920年美国的玛依塔格公司又把洗衣机的木制桶改为铝制桶体，其次年又把铝制桶体改为外层铸铝、内层为铜板的双层结构。1936年，他们又将搪瓷用于洗衣机桶体。与此同时，世界各地也相继出现了洗衣机。欧洲国家探讨胜利了喷流式洗衣机和滚筒式洗衣机。1932年后，美国一家公司研制胜利了第一台前装式滚筒全自动洗衣机，洗涤、漂洗和脱水都在同一个滚筒内自动完成，使洗衣机的发展跃上了一个新台阶。这种滚筒洗衣机，目前在欧洲、美洲等地得到了广泛的应用。其次次世界大战结束后，洗衣机得到了快速的发展，研制出具有独特风格的波轮式洗衣机。这种洗衣机由于其波轮安装在洗衣桶底，又称涡卷式洗衣机。近几十年，在工业发达国家，全自动洗衣机制造技术又得到快速发展，其年总产量及社会普及率均以达到相当高得水平。目前世界洗衣机年总产量近5000万台，而全自动洗衣机的产量呈增长趋势，在技术性能上正向着节水、节能、高效、结构更趋合理的方向发展。微电脑限制功能、新型的洗涤方式、高速脱水以及低噪音等方面都有了很大提高。近几年，我国的洗衣机制造技术得到快速发展，从生产单桶波轮式、双桶波轮式洗衣机逐步向套桶波轮式全自动洗衣机和滚筒式全自动洗衣机方向发展，其中全自动洗衣机的年产量已占洗衣机总产量的10%左右。生产规模不断扩大，技术工艺日趋完善，产品质量稳步提高，已生产出技术性能优良的多种牌号的全自动洗衣机供应市场。1.3 限制系统的选择从满意全自动洗衣机限制系统的平安性、扩展性和牢靠性方面考虑，目前常见的全自动洗衣机自动限制系统，主要有单片机限制、PLC限制、工业限制计算机集中限制等类型。随着集成芯片技术的不断提高，特殊是高档8位单片机的普及，单片机全自动洗衣机系统由单片计算机及其外围芯片构成限制系统。虽然单片机本身小巧、功耗低，实时限制功能强，但是其软、硬件的开发必需借助于开发工具，系统调试困难，不具有自开发实力，且编写洗涤、脱水等程序相对困难；在设计限制系统硬件时，要有多种电路爱护装置，如电流爱护、电压爱护、过载爱护、过热爱护及欠压爱护等等。这样增加了硬件的困难性，隐含较高的故障率，无形地增加了修理成本费用。 工业限制计算机全自动洗衣机限制系统是利用通用计算机的扩展槽或扩展区，设计应用系统硬件模板，如通讯板、I/O扩展板等测控功能板，与通用计算机构成一个用于完成预定测控功能的限制系统。其特点是系统有较强的软、硬件支持。利用通用计算机的软、硬件资源来支持限制系统进行工作，具有自开发实力，有较强的可视实力和数据处理实力，更适合于计算机集中限制系统应用。 PLC是一种新型的具有极高牢靠性的通用自动化限制装置。它以微处理器为核心，有机地将微型计算机技术、自动化限制技术及通信技术融为一体。其特点如下： 抗干扰实力强，牢靠性极高。PLC是专为工业限制设计的，实行了精选元器件及多层次抗干扰等措施，能适应工业现场的恶劣环境。 编程便利。PLC采纳易于理解和驾驭的梯形图语言，以及面对工业限制的简洁指令。 运用便利。PLC的结构不仅具有先进的通讯和输入、输出实力，而且其模块化的系统结构、敏捷的配置实力，运用户可以敏捷组成各种规模和不同要求的限制系统。维护便利。PLC模块化的系统结构，使操作人员在修理时只须要更换插入式模板或其它易损部件即可完成，既便利又削减了影响系统运行的时间。设计、施工、调试周期短。用PLC完成一项限制工程时，由于其硬、软件齐全，设计和施工可同时进行，缩短了周期。易于实现机电一体化。PLC的结构紧凑，体积小，重量轻，牢靠性高，抗振防潮和耐热实力强，使之易于安装在机器设备内部，制造出机电一体化产品。PLC限制洗衣机洗衣程序有独特之处。首先，它是一个依次限制系统程序；其次，洗涤、漂洗、排水、脱水时间是由PLC内的计数器和定时器中参数限制的，只要变更它的参数太小就可变更整个程序时间长短；第三通过变更PLC的型号，可以依据衣物的质地、数量及脏污程度来实现标准洗洗、柔软洗的多功能；第四，通过修改洗衣程序可实现进水、洗涤、漂洗、排水 脱水的依次限制，也可实现或洗涤、或漂洗、或脱水等单体限制；第五，在设计过程中，可以便利地加入相应的配套装置，如指示灯、蜂鸣器。通过以上分析、说明可知全自动洗衣机的限制系统是有多样性的，虽然各种限制系统均可运用，但是必需考虑它的结构和成本。鉴于PLC的诸多优势，结合全自动洗衣机自动限制系统的须要，选择德国西门子公司生产的具有高性能价格比的S7-200系列可编程序限制器。其次章 全自动洗衣机限制系统设计2.1 系统描述本文描述的是一种全自动洗衣机，它可以自动地完成洗衣的全过程。全自动洗衣机的洗衣桶（外桶）和脱水桶（内桶）是以同一中心安放的。外桶固定，作盛水用。内桶可以旋转，作脱水（甩干）用。内桶的四周有很多小孔，使内、外桶的水流相通。该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，通过电控系统使进水阀打开，经进水管将水注入到外桶。排水时，通过电控系统使排水阀打开，将水由外桶排到机外。洗涤正转、反转由洗涤电机驱动波盘正、反转来实现，此时脱水同并不旋转。脱水时，通过电控系统将离合器合上，由洗涤电机带动内桶正转进行甩干。高、低水位开关分别用来检测高、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。其示意图如图2.1所示。图2.1 全自动洗衣机示意图2.2 制定限制方案通常地，人们采纳洗衣机来洗衣服须要经验洗涤、漂洗、排水、脱水等4个环节，而在全自动洗衣机中，这样的一个过程全由PLC来完成。并且，全自动洗衣机须要其限制系统足够牢靠，以避开洗衣机轻易出现故障。全自动洗衣机的简洁工作过程如图2.2所示。其中，洗衣的方式（标准或是柔软）、洗衣中的水位选择（高水位洗衣、低水位洗衣等）等两个方面须要在人们将衣服放入洗衣机洗衣服之后手动来选择。并且是必需选择的洗衣参数。当选择了一种洗衣参数后，按下启动按钮，洗衣机就会自动完成洗衣服的整个过程。全自动洗衣机系统中，PLC主要完成一下功能：1. 检测功能（1）检测洗衣的方式：标准或者是柔软的选择。（2）检测洗衣时的水位：高水位或者是低水位的选择。（3）检测进水是否到了须要的水位，即进水是否完成。（4）检测排水是否已经完成。2. 限制功能（1）限制进水、洗涤、排水、漂洗、脱水等洗衣机的动作。（2）限制洗涤、漂洗、脱水等的时间长短。（3）限制洗涤、漂洗等的次数。（4）限制在洗衣机完成一个动作后到下一个动作的精确转换。（5）限制完成洗衣时的信号提示。图2.2 全自动洗衣机的简洁工作过程依据上述对全自动洗衣机系统的功能分析，可以设计如图2.3所示的全自动洗衣机硬件系统框图。图2.3 全自动洗衣机硬件系统框图1. PLC主机选择西门子S7-200系列PLC作为此全自动洗衣机的限制主机。在西门子S7-200系列PLC中又有CPU221、CPU222、CPU224、CPU226、CPU226XM等之分。此全自动洗衣机系统中总共有8个数字量输入，6个数字量输出，共需14点I/O,依据I/O点数及程序容量，选择了CPU224作为其主机。2. 启动按钮启动按钮用来限制全自动洗衣机起先工作与否，一般地，在用户在洗衣机内放入衣服，且已经打算好起先洗衣服之后，按下启动按钮，全自动洗衣机起先洗衣。3. 停止按钮停止按钮用来限制运行中的全自动洗衣机停止工作与否。在洗衣服的过程中，用户须要停止洗衣机，就可以干脆按下停止按钮，洗衣机即会停止工作。4. 高水位高水位是指洗衣机在洗衣过程中，洗衣机筒内保持的水位凹凸，一旦选择了高水位，则在洗衣过程中的水位将保持系统设定下的两个水位中的相对高一点的水位。这里，在操作面板上，用一个按钮来设置高水位，按下按钮表示选择高水位。5. 低水位低水位是指洗衣机在洗衣过程中，洗衣机筒内保持的水位的凹凸，是相对于高水位来说的，在洗衣机系统的初始设计中，设计了两种水位，这个是相对比较低的一个水位，但是同样可以完成洗衣过程。在操作面板上，用一个按钮来设置低水位，按下按钮表示选择低水位。须要留意的是，用户在运用中，只能选择一种水位高水位或者低水位，但是，但是在实际生活中，很有可能用户不当心同时按下了高水位按钮和低水位按钮，因此，在设计中必须要考虑到水位的互锁。当然也可以将高水位与低水位选择设计成一个按钮，按下去的时候为高水位，不按则是低水位。须要说明的是，高水位的选择必需在用户起先一次洗衣之前完成。6. 标准按钮 标准按钮用来设置洗衣机洗衣服的模式，当按下标准按钮时，选择了标准模式，洗衣机自动依据标准模式洗衣服。7. 柔软按钮柔软按钮用来设置洗衣机洗衣服的模式，当按下柔软按钮时，选择了柔软模式，洗衣机自动依据柔软模式洗衣服。在洗洗衣机衣服的模式中，标准和柔软是两种相对的概念，标准比柔软的洗衣要猛烈一些。同样地，与高、低水位的选择一样，用户只能同时选择一种模式，因此，也须要在设计中考虑到标准与柔软模式的互锁。也可以将标准与柔软按钮设计成一个按钮，按下去时为柔软模式，不按下去则为标准模式。须要说明的是，标准模式与柔软模式的 选择必需在用户一起先洗衣之前完成。8. 高水位探测器高水位探测器用来检测洗衣机水位是否已经达到了高水位。采纳数字量输出式水位探测器这样就可以干脆将高水位探测器的输出干脆送到PLC主机的数字量输入端口上。9. 低水位探测器低水位探测器用来检测洗衣机水位是否已经达到了低水位。采纳数字量输出式水位探测器这样就可以干脆将低水位探测器的输出干脆送到PLC主机的数字量输入端口上。10进水电磁阀进水电磁阀用来限制洗衣机的进水。当然洗衣机须要外界进水时，PLC主机发出限制信号，进水电磁阀会打开，水自动从外界送入洗衣机筒内，当水已经达到了设定的水位时，PLC主机发出信号自动关闭进水电池阀，同时限制洗衣机进入下一个洗衣步骤。11. 电机正转接触器电机正转接触器用于PLC主机限制洗衣机电机的正转。可以干脆用PLC主机的数字量输出端口来连接电机正转接触器，在洗衣机洗衣服的过程中，电机会正转与反转同时轮番进行。12. 电机反转接触器电机反转接触器用于PLC主机限制洗衣机电机的反转。可以干脆用PLC主机的数字量输出端口来连接电机反转接触器，在洗衣机洗衣服的过程中，电机会正转与反转同时轮番进行。13. 排水离合器排水离合器用于PLC主机限制洗衣机机筒内的排放。选用数字式离合器，可以干脆用PLC主机的数字量输出端口来连接到排水离合器，当洗衣机在完成洗衣或者漂洗后，须要将机筒内的脏水排出机筒，此时，PLC主机发出限制吩咐打开排水离合器，进行排水。14. 脱水离合器洗衣机洗衣服的最终一道工序就是对衣服进行脱水，脱水电磁离合器正是用于PLC主机限制洗衣机进行脱水，脱水须要电机带动机筒旋转，有了电磁离合器后，就可以干脆运用PLC主机的数字量输出端口来限制电磁离合器，最终达到限制脱水执行电机的目的。在脱水过程不涉及电机的调速问题，因此，用PLC主机加电磁离合器这样一种比较觉得简洁的方式就可以完成限制任务。15. 蜂鸣器蜂鸣器用来指示洗衣机洗衣过程中的一些声音提示。采纳工业用直流供电的蜂鸣器，这样就可以干脆用PLC主机的数字量输出端口来限制蜂鸣器。2.3 系统配置全自动洗衣机限制系统为单机限制系统。 PLC的输入点，包括启动按钮、停止按钮、高水位按钮、低水位按钮、标准模式按钮、柔软模式按钮、高水位探测器、低水位探测器，一共8点；输出点包括进水电磁阀、电机正转接触器、电机反转接触器、排水离合器、脱水离合器、蜂鸣器，一共6点。由于点数不多，考虑20%30%的余量，选用小型PLC便可实现，结合培训站的现有教学试验条件， 本次设计选择西门子S7-200系列的CPU224型的PLC，可以满意运用需求。它的主要特点是：14输入/10输出共40个数字量I/O点。可连接7个扩展模版单元，最大可扩展至168个数字量I/O点或35路模拟量I/O。13KB的程序和数据存储空间。6个独立的30KHZ的高速计数器，2路独立的20KHZ的高速脉冲输出。具有PID限制器。1个RS485通信/编程口。具有多点接口MPI（Multi Point Interface）通信协议具有点对点接口PPI(Point to Point Interface)通信协议具有自由通信口I/O端子排可以很简洁地整体拆卸输入、输出编程元件地址安排表分别如表2.1:主机中协助继电器安排表如表2.2:表2.1 全自动洗衣机中PLC主机的I/O资源安排名称电路器件地址编号说明输入信号启动按钮SB1I0.0启动洗衣机停止按钮SB2I0.1停止洗衣机高水位按钮SB3I0.2高水位选择低水位按钮SB4I0.3低水位选择标准模式按钮SB5I0.4标准模式选择柔软模式按钮SB6I0.5柔软模式选择高水位探测器SQ1I0.6高水位检测低水位探测器SQ2I0.7低水位检测输出信号进水电磁阀KM1Q0.0进水限制电机正转接触器KM2Q0.1电机正转限制电机反转接触器KM3Q0.2电机反转限制排水离合器KM4Q0.3排水限制脱水离合器KM5Q0.4脱水限制蜂鸣器KM6Q0.5声音提示表2.2 全自动洗衣机中PLC主机中协助继电器安排名 称地 址名 称地 址启动、停止M0.0洗涤1分钟M1.0高 水 位M0.1洗涤10分钟M1.1低 水 位M0.2洗涤过程完成M1.2标准模式M0.3漂洗高水位探测M1.3柔软模式M0.4漂洗低水位探测M1.4蜂 鸣 器M0.5漂洗1分钟M1.5洗涤高水位探测M0.6漂洗10分钟M1.6洗涤低水位探测M0.7漂洗过程完成M1.7电机正转计时器1M2.0电机正转计时器2M2.12.4 限制面板全自动洗衣机的设计必需在满意上述功能以外，还须要考虑外观设计、造型等方面。尤其是在洗衣机的手动限制操作面板上，必需符合人机界面的基本要求。设计全自动洗衣机的操作面板如图2.4所示。其中，进水、正转、反转、排水、脱水为信号灯指示当前洗衣机的工作状态；蜂鸣器为声音指示，指示洗衣机整个洗衣过程完成的提示；启动、停止、高水位、低水位、标准、柔软等为手动限制按钮，用来人为手动地输入一些限制信号。图2.4 全自动洗衣机操作面板在实际中，操作面板一般位于洗衣机的上表面，须要在设计的时候加入更多的特性化平面设计元素，并且操作面板往往与限制器不放置在一起，这就须要考虑线路布线的问题。2.5 PLC外部接线图依据PLC主机的I/O资源安排以及PLC主机的硬件框图，则PLC主机的硬件接线图如图2.5，说明如下：1输入口（1）启动按钮连到PLC主机的输入口I0.0,停止按钮连至PLC主机的输入口I0.1。（2） 高水位按钮连至PLC主机的输入口I0.2，低水位按钮连至PLC主机的输入口I0.3。（3）标准模式选择按钮连至PLC主机的输入口I0.4，柔软模式选择按钮连至PLC主机的输入口I0.5。（4）高水位探测器连至PLC主机的输入口I0.6，低水位探测器连至PLC主机的输入口I0.7。2输出口（1）PLC主机输出口Q0.0限制进水电磁阀。（2）PLC主机输出口Q0.1限制电机正转接触器。（3）PLC主机输出口Q0.2限制电机反转接触器。（4）PLC主机输出口Q0.3限制排水离合器。（5）PLC主机输出口Q0.4限制脱水离合器。（6）PLC主机输出口Q0.5限制蜂鸣器。PLC主机的外部接线图如图2.5。图2.5 外部接线图2.6限制系统流程图 全自动洗衣机限制系统的具体工作过程如下：1. 按下启动按钮，洗衣机电源导通，打算进入洗涤状态。2. 用户设置水位凹凸，以及洗衣模式（标准模式或柔软模式）。3. 洗衣机打开进水电磁阀，起先从外界输入水。4. 水位探测器检测到水已经到位，起先洗涤。5. 电机正转与反转依据设定的洗衣模式的切换时间的长度进行轮番工作。6. 洗衣始终进行10min。7. 洗衣机打开排水离合器，起先排水，并且持续3min。8. 洗衣机关闭排水离合器。9. 重复（3）至（8）步骤一次。10. 洗衣机打开进水电磁阀，起先从外界输入水。11. 水位探测器检测到水位已经到位，起先漂洗衣服。12. 电机正转与反转依据设定的洗衣模式的切换时间长度进行轮番工作。13. 洗衣始终进行5min。14. 洗衣机打开排水离合器起先排水，并且持续3min。15. 洗衣机关闭排水离合器。16. 重复（10）至（15）步骤一次。17. 洗衣机限制脱水电磁阀离合器，进行脱水，同时打开排水离合器使得脱水出来的水可以刚好排出洗衣机筒内。18. 持续脱水2min。19. 蜂鸣器发出响声，持续发声20s，提示用户洗衣完成。20. 完成洗衣。依据上述对全自动洗衣机工作过程的描述，可以设计全自动洗衣机限制系统的PLC部分的主流程图，如图2.6所示。图2.6 全自动洗衣机主程序流程图其中，洗涤子过程的流程图如图2.7所示。漂洗子过程流程图如图2.8所示。 图2.7 洗涤子过程流程图图2.8 漂洗子过程流程图在洗涤子过程与漂洗子过程中洗衣服的模式有标准模式与柔软模式之分。其中，标准模式洗衣服的流程图及柔软模式洗衣服的流程图如图2.9所示。 标准模式 柔软模式图2.9 标准模式与柔软模式流程图2.7 限制系统时序图依据限制系统主程序流程图可绘画出限制系统时序图如图2.10所示。图2.10 限制系统时序图第三章 性能测试与分析3.1 各个模块的调试 为了提高程序调试的效率，将全自动洗衣机实现功能分别编写为不同的小程序，分别调试这些小程序，即可完成对各个功能模块的调试。 首先调试主程序框架，确认主程序能够依据不同的条件选择调用不同的子程序，调试时可以在不同的子程序中操作不同的继电器线圈来区分相应的子程序。 然后调试洗涤功能模块，观测高、低水位探测器工作是否正常；标准、柔软洗衣子过程能否被正常调用；排水离合器工作是否正常。发觉问题并进行相应的调试。对于漂洗功能模块，调试过程同洗涤功能模块。然后调试标准洗衣功能模式，主要是看看电机正反转工作是否正常，如有问题进行刚好的检修或更换。最终是调试柔软洗衣功能模块，其调试过程同标准洗衣模块。3.2 程序的整体调试 完成了各个功能模块的调试后，就在主程序框架的基础上，将各个模块依次加入，每加入一个模块须要进行一次调试，以便于刚好发觉问题。此系统在整体调试的过程中，在主程序的框架上依次按依次加入了洗涤子过程、漂洗子过程、标准模式子过程和柔软模式子过程，使程序调理清楚。整体调试的过程比较烦琐，假如在各个模块的调试过程中完成得比较细致的话，那么整体调试的过程会相对顺当很多。3.3 性能分析 应用了S7-200 PLC限制器调用子程序编程功能后，相识到了该功能对于缩短开发周期和提高限制系统牢靠性的强大作用，同时也学习到了该指令严格的逻辑编程要求，从而确保了该限制系统在全自动洗衣机生产、生活中的牢靠性和稳定性。 第四章 结束语经过几周的奋战，我的论文终于是圆满完成。结业论文不仅是对前面所学学问的一种检验，而且也是对自己实力的一种提高。在整个设计中我懂得了很多东西，也培育了我独立思索的实力，树立了对自己工作实力的信念，使我充分体会到了在创建过程中探究的艰难和胜利时的喜悦，信任会对今后的学习工作生活有特别重要的影响。虽然这个设计做的不是很完备，但是在设计过程中所学到的学问是这次结业论文设计的最大收获和财宝，会使我终身受益。通过这次结业论文的设计，使我明白学习是一个不断积累的过程。还得出一个结论：学问必需通过应用才能实现其价值！在此结业论文的设计过程中，老师尽全力地为我和同学们创建条件，并对我们在设计过程中遇到的难题进行细致耐性的指导，使我们学习了很多实际工业生产中的问题和解决方法，提高了对应用S7-200 PLC的技术水平以及分析问题和解决问题的实力，才得以设计的全自动洗衣机限制系统具有实际应用水平的牢靠性和稳定性。我在此诚心地感谢培训站的老师！参考文献1. 胡学林主编，可编程限制器教程（基础篇），北京：电子工业出版社，20232. 胡学林主编，可编程限制器教程（实训篇），北京：电子工业出版社，20233. 耿文学主编，可编程限制器应用技术手册，北京：科学技术文献出版社，19964. 廖常初主编，PLC编程及应用，北京：机械工业出版社，20235. 谭浩强主编，PLC程序设计教程，北京：清华高校出版社，20006. 刘洪涛、黄海编著，PLC应用开发从基础到实践，北京：电子工业出版社，2023附录（程序源代码）全自动洗衣机限制系统的西门子S7-200系列PLC CPU224的梯形图程序如下所示：1. 洗衣主程序：2.洗涤子过程程序：3. 漂洗子过程程序：4.标准洗衣子程序：5.柔软洗衣子程序：