全自动洗衣机毕业设计.doc

四川信息职业技术学院毕业设计说明书(论文)设计(论文)题目: 基于S7-300的智能 洗衣机控制系统设计 专 业: 电气自动化技术 班 级: 电气12-2班 学 号: 1240133 姓 名: 吴 金 红 指导教师: 文 家 雄 二一四年十一月二十一日四川信息职业技术学院毕业设计（论文）任务书学 生姓 名吴金红学号1240133班级电气12-2班专业电气自动化技术设计（或论文）题目基于S7-300的智能洗衣机控制系统设计指导教师姓名职 称工作单位及所从事专业联系方式备 注文家雄高级工程师四川信息职业技术学院电气自动化技术18111361511设计（论文）内容：1. 有自动、手动、洗涤、排水、脱水、报警功能；2. 洗涤次数的显示，洗涤、排水、脱水、报警时间显示；3. 多功能洗衣机系统结构设计，控制要求；4. 选择电路元件，给出元件明细表，I/O口分配，系统仿真及调试程序；5. Wincc flexible系统仿真调试。进度安排： 6月：任务下达，理解消化任务要求；初步设定方案确定； 7月8月：总体方案确定，草图绘制； 9月：中期检查。查找问题，分析解决难点； 10月中旬：完成硬件连接及调试； 10月下旬-11月上旬：完成论文，准备答辩； 11月中旬-12月：答辩。主要参考文献、资料： 1 可编程序控制器应用技术.廖常初.重庆大学出版社 2 可编程序控制器的编程方法与工程应用.廖常初.重庆大学出版社 3 PLC梯形图程序的设计方法与技巧.廖常初.电工技术 4 电器与可编程序控制器应用技术.邓则名、邝穗芳等.机械工业出版社 5 大型可编程序控制器系统设计.周少武等.中国电力出版社 6 可编程序控制器原理及应用.胡学林.电子工业出版社 7 可编程控制器原理及实验.章文浩.国防工业出版社审批意见教研室负责人：年 月 日备注：任务书由指导教师填写，一式二份。其中学生一份，指导教师一份。四川信息职业技术学院学生姓名 吴金红学号1240133班级电气12-2专业电气自动化设计（论文）题目基于S7-300的洗衣机控制系统设计指导教师文家雄指导老师考核意见等级： 指导教师：答辩评语等级： 答辩老师： 总评成绩等级： 考核小组组长：备注以上两项成绩综合后，指导老师考核成绩占总分的60%，答辩成绩占总分的40%，按五级记分（优、良、中、及格、不及格）。毕业设计（论文）评语四川信息职业技术学院毕业设计说明书(论文)目录摘 要1第1章绪 论21.1选题背景21.2智能洗衣机的工作原理21.3本课题设计的主要内容3第2章PLC的概述42.1PLC的定义42.2PLC的基本结构42.3PLC的编程语言52.4PLC的工作原理52.5PLC的软元件6第3章 基于S7-300的智能洗衣机控制设计83.1智能洗衣机控制系统I/O点的分配83.2 控制面板93.3 外部接线图93.4流程图113.5梯形图133.5.1什么是梯形图133.5.2智能洗衣机梯形图的设计13第4章 Wincc flexible系统仿真调试264.1 仿真及调试264.1.1 仿真编写264.1.2 组态画面建立与动画连接26总 结42参考文献44四川信息职业技术学院毕业设计说明书(论文)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S7-300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,对按鈕,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内计数器控制,所以只要改变计数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。该论文就怎样利用PLCS7-300来控制智能洗衣机进行了调查，对其中软件设计、硬件设计等问题进行了分析和研究，实现了智能洗衣机的正常运行和强制性停止功能。 关键词：PLC；智能；洗衣机。第 0 页四川信息职业技术学院毕业设计说明书(论文)第1章绪 论1.1选题背景随着现代社会生活节奏的不断加快和人们生活水平的不断提高，人们对各种方便、快捷的家用电器需求量越来越大，洗衣机作为人们提高生活效率，追求生活质量的基本条件，也愈来愈成为不可或缺的生活用具。在工业发达国家，洗衣机的普及率已达到相当高的程度，但由于现阶段国情，洗衣机在我国的普及程度较低，农村更甚。随着人民生活水平(特别是乡村生活水平)的不断提高，社会上对洗衣机的需求量越来越大，而且随着生活质量的不断提高，人们对洗衣机的功能要求越来越高，使得洗衣机的更新较快，因此，洗衣机做为人们追求现代生活的一个基本要求在我国有着极大的市场。对洗衣机技术的发展使得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。全自动洗衣机控制系统利用了西门子S7300系列PLC的特点,对按鈕,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内计数器控制,所以只要改变计数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。只要稍作改变,就可以设计出诸如要多洗多甩的牛仔类衣物,轻洗轻甩的羊毛类衣物以及通用的标准洗涤程序,充分表现现代家电品的实用性。全自动洗衣机通过可编程程序控制来实现洗涤过程，省时省力。本文将采用西门子公司S7300系列的PLC，设计一个简单的全自动化洗衣机控制系统。1.2智能洗衣机的工作原理洗衣机的工作流程由进水、洗衣、排水和脱水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个过程可做到自动依次运行，直至洗衣结束。自动洗衣机的进水、洗衣、排水和脱水是通过水位开关、电磁进水阀和电磁排水阀配合进行控制，从而实现自动控制的。水位开关用来控制进水到洗衣机内高、中、低水位；电磁进水阀起着通/断水源的作用。进水时，电磁排水阀打开，将水排出；洗衣时，洗涤电机启动；脱水时，脱水桶启动。智能洗衣机洗衣机的工作流程示意图如图11所示。开始进水洗衣排水脱水结束图11智能洗衣机的工作流程图1.3本课题设计的主要内容1正常运行“正常运行”方式具体控制要求如下：（1）将水位通过水位选择开关设在合适的位置（高、中、低），按下“启动”按钮，开始进水，达到设定的水位（高、中、低）后，停止进水；（2）进水停止2s后开始洗衣；（3）洗衣时，正传30s，停2s，然后反转30s，停2s；（4）如此循环共2次后开始排水5s，排空后脱水5s；（5）洗衣过程完成，报警3s并自动停机。 2.可用手动排水开关和手动脱水开关进行手动排水和脱水，也可也自动排水和自动脱水来实现。第2章PLC的概述2.1PLC的定义PLC自问世以来，尽管时间不长，但发展迅速。为了使其生产和发展标准化，国际电工委员会（ICE）先后颁布了PLC标准的草案第一稿、第二稿，并在1987年做了如下的定义：“可编程控制器是一种数字运算的电子系统，专为在工业环境应用而设计的。它采用一类可编程的存储器，用于其内部存储程序、执行逻辑运算、顺序控制、定时、计数与算术操作等面向用户的指令，并通过数字或模拟式输入/输出控制各种类型的机械或生产过程。可编程控制器及其有关外部设备，都应按易于与工业控制系统联成一个整体，易于扩充其功能的原则设计。”总之，可编程控制器是一台专为工业环境应用而设计的计算机。2.2PLC的基本结构PLC实质是一种专用于工业控制的计算机，其硬件结构基本上与微型计算机相同。根据结构形式的不同，PLC的基本结构分为整体式和模块式两类。1整体式结构的PLC整体式（又称箱体式）结构的PLC由中央处理器（CPU）、存储器、输入/输出（/O）单元、电源电路和通信端口等组成，并在这些组装在同一机体内。这种结构的特点是结构简单、体积小、价格低、输入/输出点数固定、实现的功能和控制规模固定，但灵活性较低。 2模块式结构的PLC模块式又称组或式结构的PLC是将中央处理器（CPU）、存储器、输入/输出（I/O）单元、电源电路和通信端口等分别做成相应的模块，应用时将这些模块根据控制要求插在机架上，各模块间通过机架上的总线相互联系。其中PLC的CPU和存储器设计在一个模块上，该模块在总线上的安装位置一般是固定的。模块式的PLC安装完成后，需进行登记，以便PLC对安装在总线上的各模块进行地址确认，该结构的特点是系统构成的灵活性较高，可以构成不同控制规模和功能的PLC，但同时价格也较高。基本模块式PLC组成框图如图2-1所示图2-1模块式PLC组成框图2.3PLC的编程语言PLC为用户提供了完善的编程语言来满足编制用户程序要求。它提供的编程语言通常有以下5种：梯形图（LAD）、语句表（STL）、顺序功能图（SFC）、功能块图（FBD）和结构文本（ST）。其中，梯形图（LD）和功能图块图（FBD）为图形语言，指令表（IL）和结构文本（ST）为文字语言，可以认为顺序功能图（SFC）是一种结构快控制程序流程图。2.4PLC的工作原理PLC是一种工业控制计算机，它的工作原理建立在计算机工作原理之上，即通过执行反映控制要求的用户程序来完成。但是CPU是以分时操作系统方式来处理各项任务的，即计算机在每一瞬间只能做一件事情，而且程序的执行是按程序顺序依次完成相应各电器的动作，所以PLC的工作方式是串行的。当PLC运行时，是通过执行反映控制要求的用户程序来完成控制任务的，需要执行众多的操作，但CPU不可能同时去执行多个操作，它只能按分时操作（串行工作）方式，每一次执行一个操作，按顺序逐个执行。由于CPU的运算处理速度很快，所以从宏观上来看，PLC外部出现的结果似乎是同时（并行）完成的。这种串行工作过程称为PLC的扫描工作方式。PLC的扫描工作过程除了执行用户程序外，在每次扫描工作过程中还要完成内部处理、通信服务工作。整个扫描工作过程包括内部处理、通信服务、输入采样、程序执行、输出刷新五个阶段。整个过程扫描执行一遍所需的时间称为扫描周期。扫描周期与CPU运行速度、PLC硬件配置及用户程序长短有关，典型值为1100ms。在内部处理阶段，进行PLC自检，检查内部硬件是否正常，对监视定时器（WDT）复位以及完成其它一些内部处理工作。在通信服务阶段，PLC与其它智能装置实现通信，响应编程器键入的命令，更新编程器的显示内容等。当PLC处于停止（STOP）状态时，只完成内部处理和通信服务工作。当PLC处于运行（RUN）状态时，除完成内部处理和通信服务工作外，还要完成输入采样、程序执行、输出刷新工作。PLC的扫描工作方式简单直观，便于程序的设计，并为可靠运行提供了保障。当PLC扫描到的指令被执行后，其结果马上就被后面将要扫描到的指令所利用，而且还可通过CPU内部设置的监视定时器来监视每次扫描是否超过规定时间，避免由于CPU内部故障使程序执行进入死循环。2.5PLC的软元件软元件是PLC内部具有一定功能的器件，这些器件由电子电路和寄存器及存储器单元等组成。各元件有其不同的功能，且地址固定，其数量决定了PLC的规模和数据处理能力，而且每一种PLC的软元件数量都是有限的。为了与传统电气控制电路中的继电器相区别，我们把它们称为软元件或软继电器。这些软继电器的最大特点是其触点（包括常开触点和常闭触点）可以无限次使用。在编程时，用户只需记住软元件的地址即可。每一个软元件都有一个地址与之对应，软元件的地址编排采用区域号加区域内编号方式。即PLC内部根据软元件的功能不同，分成了许多区域，如输入/输出继电器区、定时器区、计数器区、特殊继电器区等，这些区域分别用I、Q、T、C、SM等表示。本次所设计的智能洗衣机所采用的PLC软元件有：1输入继电器输入继电器一般都有一个PLC的输入端子与之对应，它用于接受外部开关信号。外部的开关信号闭合，则输入继电器的线圈得电，在程序中其常开触点闭合，常闭触点断开。这些触点可以在编程时任意使用，并且使用次数不受限制。2输出继电器输出继电器一般有一个PLC上的输出端子与之对应。当通过程序使输出继电器线圈得电时，PLC上的输出端开关闭合，它可以作为控制外部负载的开关信号，同时在程序中其常开触点闭合，常闭触点断开。这些触点可以在编程时任意使用，使用次数不受限制。3 通用辅助继电器 通用辅助继电器的作用和继电器控制系统中的中间继电器相同，它在PLC中没有输入/输出端子与之对应，因此它的触点不能驱动外部负载，这是与输出继电器的主要区别。它主要起逻辑控制作用。4定时器定时器是PLC中重要的编程元件，是累计时间增量的内部器件。电气控制的大部分应用都需要用定时期进行控制，灵活使用定时器可以编制出复杂动作的控制程序。定时器的工作过程与继电器控制系统的时间继电器基本相同，但它没有瞬动触点。使用时要提前输入时间预设值。当定时器的输入条件满足时开始计时，当前值从0开始按一定的时间单位增加，而当定时器的当前值达到预设值时，定时器触点动作，利用定时器的触点就可以得到控制所需的延时时间。第3章 基于S7-300的智能洗衣机控制设计3.1智能洗衣机控制系统I/O点的分配输入/输出单元通常也称I/O单元或I/O模块，是PLC与工业生产现场之间的连接部件。PLC通过输入接口可以检测被控对象的各种数据，以这些数据作为PLC对被控制对象进行控制的依据；同时PLC又通过输出接口将处理结果送给被控制对象，以实现控制目的。本次全自动洗衣机控制系统I/O点的分配如表3-1所示。表3-1智能洗衣机控制系统I/O点的分配表序号定义点功能序号定义点功能1I0.0启动按钮12Q0.0自动工作灯2I0.1停止按钮13Q0.1进水灯3I0.2水位选择开关（高水位）14Q0.2排水灯4I0.3水位选择开关（中水位）15Q0.3洗涤电动机正转灯5I0.4水位选择开关（低水位）16Q0.4洗涤电动机反转灯6I0.5排水开关17Q0.5 脱水桶灯7I0.6脱水开关18Q0.6 报警器灯8I0.7高水位浮球开关9I1.0中水位浮球开关10I1.1低水位浮球开关11I1.2水排空浮球开关第 44 页3.2 控制面板 智能洗衣机的设计必须在满足上述功能以外，还需要考虑外观设计、造型等方面。尤其是在洗衣机的手动控制操作面板上，必须符合人机界面的基本要求。设计智能洗衣机的操作，启动按钮、停止按钮、进水按钮、排水按钮、脱水按钮等人为控制按钮输入自己想要的洗涤方式。为信号灯指示当前洗衣机的工作状态；报警器为声音指示，指示洗衣机整个洗衣过程完成的提示；启动灯、停止灯、高水位灯、低水位灯、中水位灯、排水灯、水排空灯、脱水灯等来告知人洗涤过程。智能洗衣机的操作面板如图3-1。图3-1智能动洗衣机操作面板3.3 外部接线图根据PLC主机的I/O资源分配以及PLC主机的硬件框图，则PLC主机的外部接线图如图3-2所示。图3-2外部接线图3.3.1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，中水位按钮连至PLC主机的输入口I0.3，低水位按钮连至PLC主机的输入口I0.4。 3、手动排水按钮连至PLC主机的输入口I0.5，自动排水按钮连至PLC主机的输入口I0.6。 4、高水位浮球按钮连至PLC主机的输入口I0.7，中水位浮球按钮连至PLC主机的输入口I1.0，低水位浮球按钮连至PLC主机的输入口I1.1，水排空浮球按钮连至PLC主机的输入口I1.2。3.3.2输出口 1、PLC主机输出口Q0.0自动工作灯。 2、PLC主机输出口Q0.1控制进水灯。 3、PLC主机输出口Q0.2控制排水灯。 4、PLC主机输出口Q0.3控制电机正转灯。 5、PLC主机输出口Q0.4控制电机反转灯。 6、PLC主机输出口Q0.5控制脱水桶灯。 7、PLC主机输出口Q0.6控制报警器灯。3.4流程图 流程图是由一些图框和流程线组成的，其中图框表示各种操作的类型，图框中的文字和符号表示操作的内容，流程线表示操作的先后次序。基本结构有顺序结构，分支结构（又称选择结构），循环结构。本次智能洗衣机控制系统的流程图，如图3-3所示。暂停3秒暂停3秒排水排水排水，直至水排空甩干5秒报警提示3秒停机洗衣机启动洗涤选择自动/手动吗？电机正转30秒电机正转30秒暂停3秒暂停3秒电机反转30秒电机反转30秒 进水 进水 图3-3智能洗衣机控制系统流程图3.5梯形图3.5.1什么是梯形图梯形图是用的最多的PLC图形编程语言。梯形图语言是在传统电器控制系统中常用的接触器、继电器等图形表达符号的基础上演变而来的。它与电器控制线路图相似，继承了传统电器控制逻辑中使用的框架结构、逻辑运算方式和输入输出形式，具有形象、直观、实用的特点。因此，这种编程语言为广大电气技术人员所熟知，是应用最广泛的PLC的编程语言，是PLC的第一编程语言。3.5.2智能洗衣机梯形图的设计1. 本次S7-300的智能洗衣机控制设计梯形图自动模式的各网络截图如下图所示 。 2.本次S7-300的智能洗衣机控制设计的梯形图手动摸式的各网络截图如下图所示。 第4章 Wincc flexible系统仿真调试4.1 仿真及调试4.1.1 仿真编写 根据S7-300的智能洗衣机控制设计的要求和PLC梯形图编程语言，编写程序。首先按下启动按钮，自动工作指示灯亮；接着按设定水位开关，洗衣机进水电磁阀打开进水；当水位到达设定水位后，相应水位监测开关闭合，洗衣机停止进水并延时2秒；接着开始洗衣，洗涤电动机首先正转运行6秒后停止并定时2秒，接着反转运行6秒并定时2秒；正反循环2次，当正、反转循环2次完成后，排水电磁阀打开排水；排水完成时水排完检测开关闭合，脱水桶启动并运行3秒；脱水完成后清洗结束后，洗衣机报警并结束工作。4.1.2 组态画面建立与动画连接 组态定义动画连接指在画面的图形中与数据库的数量之间建立一种关系，当变量的值改变时，在画面效果表示出来;或者通过软件图形改变数据的值，设计出组态图。 1. 组态S7-300PLC的智能洗衣机控制设计的自动模式。 （1）组态启动按钮按下电源灯亮的监控如图5-1所示。图5-1洗衣机启动电源接通 （2）组态自动模式洗衣进水监控如图5-2所示。图5-2洗衣机自动进水 （3）组态电机电机正转30s监控如图5-3所示。图5-3洗衣机电机正转洗涤 （4）组态电机电机反转30s监控如图5-4所示。 图5-4洗衣机电机正转反转洗涤 （5）组态排水5s洗涤监控如图5-5所示。图5-5洗衣机排水洗涤 （6）组态脱水3s洗涤监控如图5-6所示。图5-6洗衣机脱水洗涤 （7）组态洗衣机洗涤结束报警3s监控如图5-7所示。图5-7洗衣机洗涤结束报警 2.组态S7-300PLC的智能洗衣机控制设计的手动模式。 （1）组态启动按钮按下电源灯亮选择监控如图6-1所示。图6-1启动电源和手动洗涤选择 (2)组态按下手动洗涤模式选择监控如图6-2所示图6-2手动洗涤选择 (3)组态进水按钮按下进水灯亮监控如图6-3所示。图6-3进水按钮控制进水灯 (4)组态进水停止后电机正转洗涤30s停2s电机反转监控如图6-4所示。图6-4洗衣机电机正转 （5）组态电机正转洗涤30s停2s后电机反转30s监控如图6-5所示。 图6-5洗衣机电机反转 (6)组态排水按钮启动排水灯亮起监控如图6-5所示。图6-5洗衣机排水 (7)组态脱水按钮启动脱水灯亮并正转监控如图6-6所示。图6-6洗衣机脱水 (8)组态脱水完后报警灯亮3s结束洗涤监控如图6-7所示。图6-7洗衣机报警总 结 选题是毕业设计的开端，选择恰当的、感兴趣的题目。题目确定后就查找资料。查资料是做毕业设计的前期准备工作。为了实现智能洗衣机的手动模式和自动模式。通过各种方式查有关资料并记录下来，当经积累够资料后，也对所选的题目也大概有了一些了解，就以资料为基础分析题目。一步步地编写和写程序，一步一步的调试来完成。做完之后会发现要做出来并不难，只不过每做一会发现一处错误要修改，就这样在不断的修改调试，经过无数次的修改和调试最终完成设计，接着开始撰写论文。在老师和同学的帮助下完成了这次毕业设计和论文。通过这次毕业设计我懂得了写论文也能提升自己各个方面的能力。 （1）文字表述论文里的语言非常讲究，这方面需要继续加强。交流、讨论文章的大致内容写完后，一定要和老师、其他同学多交流，让他们多提点建议。一些软件使用方法，可以向同学们请教。 （2）文章标题和各段格式各种符号都需要细心。 （3）搜索需要搜索很多资料，如何在短时间找到你想要得资料，得在搜索关键词上有所设置才行。一些好的统计数据网站，需要随时记录下来，以便日后继续使用。我的心得也就这么多了，总之，这次毕业设计让我学习到很多。虽然要结束了，但这只能是一个开始。要学的实在太多，仅大学生涯所学实在有限。我们只有对自己有了更高的要求，才能作为动力不断取得新的成绩！致 谢本文是在文家雄老师的精心指导下完成的，在此向他表示衷心的感谢。感谢同学的鼓励和帮助，让我顺利完成本次设计任务。通过短暂的毕业设计，从而提高了我的理论水平，真正做到学有所用，虽然在其过程中我也遇到一些困难，但是从中我也得到了很多的帮助，没有半途而废，没有灰心丧气，我都一一克服了，这些都是一种收获，最让我感到高兴的是终于按质按量的完成了毕业设计。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造条件，并对我们在设计过程中遇到的难题进行细致耐心的指导，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S7300PLC的技术水平以及分析问题和解决问题的能力，才得以设计的智能洗衣机控制系统设计具有实际应用水平的可靠性和稳定性。我再次衷心地感谢我的指导老师！参考文献1. 胡学林，可编程控制器教程（基础篇），北京：电子工业出版社，20032. 胡学林，可编程控制器教程（实训篇），北京：电子工业出版社，20043. 耿文学，可编程控制器应用技术手册，北京：科学技术文献出版社，19964. 廖常初，PLC编程及应用，北京：机械工业出版社，20035. 谭浩强，PLC程序设计教程，北京：清华大学出版社，20006. 刘洪涛，PLC应用开发从基础到实践，北京：电子工业出版社，20077. 吴存宏, 浅谈PLC在全自动洗衣机中运用J.设计与开发,19998. 王玉梅, 全自动洗衣机的模糊控制系统J.潍坊学院学报,20009. 余剑生, 基于模糊控制的智能洗衣机的程序控制系统J.2005