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1、课程设计电气控制与可编程控制器课程设计说明书题目 全自动洗衣机控制系统设计目录1系统的工艺及要求 11.1系统的运行工艺 11.2系统的功能要求 22全自动洗衣机控制系统的整体设计 22.1全自动洗衣机系统组成 22.1.1洗涤脱水系统 22.1.2排水和进水系统 32.1.3电动机及传动系统 32.2全自动洗衣机系统概述 32.3控制系统的结构 42.4控制系统原理 43 PLC控制系统的硬件设计 53.1 PLC的选型、I/O扩展模块的选择 53.2 PLC控制系统的I/O资源分配表 73.3 PLC控制系统的外部接续图 84 PLC控制系统的软件设计 94.1控制系统的梯形图设计 94.
2、2 控制系统的PLC软件程序 125程序控制过程说明 136程序调试 137课程设计小结 15参考文献 16课程设计1系统的工艺及要求1.1系统的运行工艺波轮式全自动洗衣机的洗衣桶（外桶）和脱水桶（内桶）是以同一中心安装 的。外桶固定，作为盛水用，内桶可以旋转，作为脱水（甩干）用。内桶的四周 有许多小孔，使内、外涌的水流相通。洗衣机的进水和排水分别由进水电磁阀和排水电磁阀控制。进水时，控制系统使进水电磁阀打开，将水注入外桶；排水时，控制系统使排水电磁阀打开，将 水由外桶排到机外。洗涤和脱水由同一台电机拖动，通过电磁离合器来控制，将 动力传递给洗涤波轮或甩干桶（内桶）。电磁离合器失电，电动机带动
3、洗涤波轮 实现正、反转，进行洗涤；电磁离合器得电，电动机带动内桶单向旋转，进行甩 干（此时波轮不转）。水位高低分别由高低水位开关进行检测。启动按钮用来启 动洗衣机工作。蜂鸣器上水位开关下水位开关排水阀单相电动机1.2系统的功能要求起动时，首先进水，到高水位时停止进水，开始洗涤。正转洗涤 15s,暂停 3s后反转洗涤15s,暂停3s后再正转洗涤，如此反复30次。洗涤结束后，开始 排水，当水位下降到低水位时，进行脱水（同时排水），脱水时间为10s。这样 完成依次从进水到脱水的大循环过程。经过3次大循环后（第2、3次为漂洗），进行洗衣完成报警，报警10s后结 束全过程，自动停机。在洗涤过程中，按下停
4、止按钮。洗衣机停止工作。在洗衣机停止工作时，按下排水按钮，洗衣机排水电磁阀得电排水，当水位 下降到低水位开关时，排水电磁阀失电停止排水。I/O设备及I/O点分配如表所示。表1： I/O设备及I/O点分配如表输入元件输入点编号输出元件输出点编号起动按钮X0进水电磁阀:Y0停止按钮X1电机正转控制Y1排水按钮X2电机反转控制Y2咼水位开关X3排水电磁阀:Y3低水位开关X4脱水电磁离合器Y4报警蜂鸣器Y52全自动洗衣机控制系统的整体设计2.1全自动洗衣机系统组成2.1.1洗涤脱水系统它主要有盛水桶，洗涤桶和波轮组成。盛水桶又称为外桶，主要用来盛放洗 涤液。盛水桶固定在钢制底板上，通过 4根吊杆悬挂在
5、洗衣机箱体上。电动机， 离合器，排水阀等部件都装在桶底下面。洗涤桶又称为脱水桶或者离心桶，也称 为内桶，它的主要功能是用来盛放衣物，在洗涤或漂洗时配合波轮完成洗涤或漂 洗功能，在脱水时便成为离心式的脱水桶。 波轮是全自动洗衣机中对衣物产生机 械作用的主要部件。按波轮的形状来分，基本上有小波轮（直径在160mm左右）的涡卷式水流和大波轮（直径在 300mm左右）新水流两类。2.1.2排水和进水系统波轮式全自动洗衣机的进排水系统都采用了电磁阀控制。为了对桶内的水位进行检测和控制，洗衣机上都安装有水位控制器（水位开关）。波轮式全自动套桶洗衣机使用最多的水位开关是空气压力式开关，主要有气压传感器装置，
6、控制装置及电触点开关3部分组成，用来监视水位的高低。此外电磁阀分进水和排水 电磁阀，进水电磁阀是洗衣机上的自动进水开关，它受水位开关动断触点的控制。 而排水电磁阀是全自动洗衣机上的自动排水装置，同时还起改变离合器工作状 态。进水、排水电磁阀是采用电流流过线圈形成磁场的原理， 洗衣机电磁阀在进， 排水时使用，220V交流电压与电磁阀线圈接通，形成磁场，电磁线圈吸合。自 动打开香蕉阀门，洗衣机里的水就顺着管道流出去了。 断电后，电磁阀线圈失去 电流，磁场消失，电磁铁松开，橡胶阀门自动关闭，洗衣机里的水就流不出去了。2.1.3电动机及传动系统波轮式全自动套桶洗衣机的电动机及传动系统主要由电动机和离合
7、器组成， 离合器又有普通离合器和减速离合器两种。 其中普通离合器用在采用小波轮的套 桶洗衣机上，这种洗衣机在洗涤或者漂洗时波轮的转速和脱水时离心桶的转速相 同，目前各种大波轮新水流套桶洗衣机普遍采用减速离合器，它在洗涤，漂洗时波轮的转速较慢，而脱水时离心桶的转速较快。电动机同时作为洗涤和脱水时的 动力源，普遍采用主，副绕组完全对称的电容式电动机。2.2全自动洗衣机系统概述全自动洗衣机采用PLC控制系统将大大提高工作效率和适应工作环境的能 力。在全自动衣机中，洗衣机洗涤、脱水程序是由单片机为中心控制系统工作的。 首先由于单片机的指令系统相对复杂，编写洗涤、脱水程序相对复杂；其次，在 设计控制系统
8、硬件时要有多种电路保护装置，如电流保护、电压保护、过载保 护、过热保护及欠压保护等等 这样增加了硬件的复杂性，隐含较高的故障率无 形地增加了维修成本费用，在各种控制系统中广泛运用的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，PLC的硬件也相对简单，提高控制系统的可靠性。另外它电源A 接C厂LJ的编程语言也相对简单。控制系统硬件组成框图如图2所示：I1iJ1I: :I|Fl C J图2全自动洗衣机控制系统硬件组成框图存储器:仟:IIIIDiJJI外曾辆入2.3控制系统的结构波轮式全自动洗衣机的电气控制系统由于洗衣机型号的不同而不尽相同
9、， 但电气控制系统主要有程序控制器，电动机，进水电磁阀，排水电磁阀，水位开 关，安全开关及各种功能选择开关等组成的， 控制的基本原理也都一样。全自动 洗衣机能实现洗衣的自动化，整个洗衣过程都是在程序控制器的 “指挥”下进行 的。如把离合器比作全自动套桶洗衣机的心脏， 则程序控制器就是全自动洗衣机 的“大脑” 02.4控制系统原理程序控制器中存储着多种程序，一旦通过选择开关选好某种程序后，程序 控制器便按这种程序自动实施对电动机， 进水和排水电磁阀的控制。安全开关又 称为盖开关，在洗衣机运行过程中起安全保护作用， 它的功能为：在洗衣机工作 时误开盖，安全开关便会切断电动机电源，自动中断程序；在脱
10、水过程中如桶内 衣物摆放不均匀而产生大幅度振动时，安全开关自动中断脱水过程，启动蜂鸣器。 按照采用的程序控制器的不同，波轮式全自动套桶洗衣机的电气控制电路可分为电动机驱动式程序控制器和单片机式程序控制器电路3 PLC控制系统的硬件设计3.1 PLC的选型、I/O扩展模块的选择可编程逻辑控制器，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。I/O点数是PLC的一项重要指标。合理选择I/O点数既可使系统满足控制要 求，又可使系统总投资最低。PLC的输入输出总点数和种类应根据被
11、控对象所需 控制的模拟量、开关量、输入输出设备情况来确定，一般一个输入输出元件要占 用一个输入输出点。考虑到今后的调整和扩充，一般应在估计的总点数上再加上 20%30%勺备用量。该系统有12个数字输入点6个数字输出点，PLC常用的内 存有EPROM、EEPROM和带锂电池供电的RAM。一般微型和小型PLC的存储 容量是固定的，介于1 2KB之间。用户应用程序占用多少内存与许多因素有关， 如I/O点数、控制要求、运算处理量、程序结构等。因此在程序设计之前只能粗 略地估算。根据经验，每个I/O点及有关功能元件占用的内存量大致如下：开关量输入元件：1020B/点开关量输出元件：5- 10B/点定时器
12、/计数器：2B/个模拟量：100 150B/个通信接口 ：一个接口一般需要 300B以上根据上面算出的总字节数再考虑增加 25%左右的备用量，就可估算出用户程 序所需的内存容量，从而选择合适的 PLC内存。该系统有17个数字输入点13 个数字输出点，需内存400B，有定时器6个，计时器2个，需内存16B，考虑 余量后需要内存520B。PLC的功能日益强大，一般 PLC都具有开关量逻辑运算、定时、计数、数 据处理等基本功能，有些 PLC还可扩展各种特殊功能模块，如通信模块、位置 控制模块等，选型时可考虑以下几点：功能与任务相适应，PLC的处理速度应满 足实时控制的要求、PLC结构合理、机型统一、
13、在线编程和离线编程的选择。全 自动洗衣机控制所要求的控制功能简单，小型 PLC就能满足要求了。该控制系统CPU模块可采用CPU-224（ AC/DC/继电器）模块，它可控制整个系 统按照控制要求有条不紊地进行。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：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
14、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。 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。 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
15、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。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。综上所述此次设计选用西门子 S7-200型PLC。3.2 PLC控制系统的I/O资源分配表根据设计要求可以算出PLC的I/O分配表以及定时器计数器分配:表2:全自动洗衣机I/O分配表输入输出名称符号地址名称符号地址启动按钮SB10。00进水电阀YV11
16、00。 00停止按钮SB20。01排水电阀YV2100。 01咼水位开关SQ10。02电机正传接触器KM1100。 02低水位开关SQ20。03电机反转接触器KM2100。 03手动排水按钮SB30。04脱水电机TS100。 04手动脱水按钮SB40。05土巨叭 报警器KM3100。 05安全盖开关SQ50。06辅助继电器200。 00表3:全自动洗衣机定时器、计数器分配表名称编号功能值疋时器T0000正转洗涤定时15sT0001反转洗涤定时15sT0002正洗暂停定时3sT0003反转暂停定时3sT0004脱水定时10sT0005报警定时10s计数器C0000小循环计数3次C0001大循环计
17、数3次3.3 PLC控制系统的外部接续图在图中ST4为高水位传感器，ST5为中水位传感器，ST6为低水位传感器，ST7 位水排尽传感器，当选择好水位后，YV1打开开始进水，当水位到达相应水位时， 相应的传感器送出ON信号否则为OFF只有当水上升到与选择水位相开关一致时， YV1关闭停止进水，开始洗衣。全自动洗衣机工作原理：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（甩水）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，通过电动控制系统， 使进水阀打开，经进水管将水注
18、入到外桶。排水时，通过电控系统使排水阀打开， 将水由外桶排出到机外。洗涤正转、反转由洗涤电动机驱动波盘正、反转来实现， 此时脱水桶并不旋转。脱水时，通过电控系统将离合器合上，由洗涤电动机带动 内桶正转进行甩干。高、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。排水按钮 用来实现手动排水。根据上面得出的I/O分配表我可以绘制出PLC外部接线图，如图3所示：SB1 口图3全自动洗衣机控制系统外部接线图4 PLC控制系统的软件设计4.1控制系统的梯形图设计根据上面的控制系统顺序功能图、PLC通道分配表、定时器、计数器通道分配表、PLC
19、电路图以及全自动洗衣机的控制要求可以作出控制系统的梯形图来，如图4、5、6、7所示：o.01i4 9LInunVTO21lOOnffe 53jjnniT-lBHH- 丄 8r1- 琦UHjamT-l瑕nilE3丽1:0.0誰an000V0:1沪IMI-图4全自动洗衣机控制系统梯形图（1）1.0. QQ20).00200 00职00,00TI00皿3H正離嘯麻惯6QIDDKrooo mgioo 01T1HH3521壮正雌制 m疇带制电躺e： too.-0仙強?IN宀Xi rfrtvuKm!5s.图5全自动洗衣机控制系统梯形图（2）00200rstMS孚亠10.0620.010:1(0.04CJH
20、(：00 051.0.01QJOOM1.0. OS ITIN 硕M0i001C0QI 10051:0.01Q100 059100 05忸瘵Q：丽3:0 OfHl癖 遁l?lt1005TINmkrJ亠匸并fuu|L图6 全自动洗衣机控制系统梯形图（173图7全自动洗衣机控制系统梯形图（174.2控制系统的PLC软件程序根据上表和图可以得出全自动洗衣机的程序语句表。如图8所示:0LD1:0.001OR200.002WfflNOT1:0 013MWNOTT0054OUT200.005LD200.006LDT0O47fcNDNOTC00189ORLD QRQ： 100.0010WiLNOT1:0.02
21、11AMT1:0.0112ANDHOTQ:lO0.0113OUT9:100.0014LD1:0 021SUMCOW16ANDT0031713ORLD ORQ:100.0219WDBOT1:0.0120规TOGO21MWBOTQ: 100.0522WiLBOTQ: 100.0123OUTQ:100.0224TIMooo25LD#0150TOGO26WiLBOTT0O227TIM00228LD#0030T0O229ORQ： 100.0330WDN0T1:0 0131WiLNOTT0O132MTOT0:100.0133OUTQ:100.0334TIM00135LD#0150TOOl36WiLNOTT
22、0O3rJe394C耻42S3444546474e495cs5253s45556ESE85960別Ks3&4K6e&7E8M:irID MTLDC肛LDQROR TOUTLDORDRMTANLHOTANW(JUTIIPLDAMTLDCNTLDORJMT OUTIDOR TIIMEM (001)1:0.01 003 H0030 T0Q3 1:0 01 0:100.01 00031003 I：0 04 0:100.01 1:0. tn 0:100.01 1:0.03 0:100.04 1:0.0510041:0.0B 1:0 01 0:100.04 004 #01001004 1:0.01 0:1
23、00.05 0013 COQI 0:100.05 TOK 1:0.01Q 100.05 Q: 100.05 TOK 1:0 01 005 #0100图8全自动洗衣机控制系统程序语句表5程序控制过程说明按下启动按钮SB1，辅助线圈得电，辅助线圈常开触点闭合进行自锁。同时 进水电磁阀得电，洗衣机开始进水，进水电磁阀的常开触点闭合进行自锁。当水位达到高水位传感器指定水位时， 高水位开关断开，进水停止。同时干水位传感 器的常开触点合上洗衣机的正转电机 KM1得电正转，同时正转洗涤定时器 TIM 开始计时。进过15s,正转洗涤定时器的常闭触点断开，正转电机停止，同时接 通正转电机的暂停定时器 TIM。暂
24、停3s，正转暂停定时器的常开触点合上接通 洗衣机的反转电机KM2，同时进行自锁和接通反转电机的定时器 TIM。经过15s， 接通反转电机暂停定时器TIM，暂停3s后反转电机暂停定时器断开，同时接通 正转电机，以此循环进行3次。此时洗衣机正反转小循环计数器得电接通排水电 磁阀，洗衣机开始排水，当水位达到低水位传感器的指定水位时，低水位开关 SQ2常开闭合同时接通脱水器，此时脱水器定时器接通开始定时，经过10s，脱水定时器的常开触点闭合又接通进水电磁阀，又从头开始进水洗涤。如此大循环 反复3次，脱水大循环计数器接通报警器 KM，报警器的常开触点合上，使报警 定时器得电，同时自锁。10s后报警定时器
25、的常闭触点断开报警停止。洗衣机完 成全部过程。如果在洗衣过程中出现故障只要按下停止按钮SB2全部过程将停止。按下手动排水SB3将立行排水，按下手动脱水 SB4将立行脱水。6程序调试前面我已经进行了全自动洗衣机的整体简介，PLC的基本知识和在本课题中 的运用，接着我 写出了核心部分，洗衣机系统的设计包括硬件设计和软件设计。 最后就是PLC设计的最后步骤一一系统的检测与调试。大体思路流程如下：1、硬件调试：硬件调试是利用开发系统、基本测试仪器（万用表、示波器 等），检查用户系统硬件中存在的故障。硬件调试可分为静态调试与动态调试两 步进行。（1）静态调试静态调试是在用户系统未工作时的一种硬件检测。第
26、一步：目测。检查外部的各种元件或者是电路是否有断点。第二步：用万用表测试。先用万用表复核目测中有疑问的连接点， 再检测各 种电源线与地线之间是否有短路现象。第三步：加电检测。给板加电，检测所有的插座或是器件的电源端是否符合 要求的值第四步：联机检查。因为只有用可编程控制器开发系统才能完成对用户系统 的调试。（2）动态调试动态调试是在用户系统工作的情况下发现和排除用户系统硬件中存在的器 件内部故障、器件连接逻辑错误等的一种硬件检查。 动态调试的一般方法是由近 及远、由分到合。由分到合是指首先按逻辑功能将用户系统硬件电路分为若干块，当调试电路时，与该元件无关的元器件全部从用户系统中去掉，这样可以将
27、故障范围限定在 某个局部的电路上。当各块电路无故障后，将各电路逐块加入系统中，在对各块 电路功能及各电路间可能存在的相互联系进行调试。由分到合的调试即告完成。由近及远是将信号流经的各元器件按照距离可编程逻辑控制器的距离进行 由近及远地分层，然后分层调试。调试时，仍采用去掉无关元件的方法，逐层调 试下去，就会定位故障元件了。2、软件调试：软件调试是通过对用户程序的汇编、连接、执行来发现程序 中存在的语法错误与逻辑错误并加以排除纠正的过程。程序调试后，查看程序是否有逻辑的错误。如果出现故障，应返回编程环境，检查梯形图的错误并修改程 序再进行调试，如此反复直到调试成功。7课程设计小结大学生课程设计是
28、培养我们学生综合运用所学的知识，发现，提出，分析和解决实际问题，锻炼实践能力的重要环节，是对学生实际工作能力的具体训练和 考察过程。随着科学技术发展的日新日异，PLC已经成为当今空前活跃的领域，在生活中可以说得是无处不在。因此作为二十一世纪的大学来说掌握PLC的开发技术是十分重要的。回顾起此次的设计，至今我仍感慨颇多，的确，从选题到定稿，从理论到实 践，在作设计的日子里，可以说得是苦多于甜，但是可以学到很多很多的东西， 同时不仅可以巩固了以前所学过的知识， 而且学到了很多在书本上所没有学到过 的知识。通过这次设计使我懂得了理论与实际相结合是很重要的，只有理论知识是远远不够的，只有把所学的理论知
29、识与实践相结合起来，从理论中得出结论， 才能真正为社会服务，从而提高自己的实际动手能力和独立思考的能力。在设计的过程中可以说得是困难重重，这毕竟第一次做的，难免会遇到过各种各样的问 题。完成这次设计我付出了不少的汗水， 也花了不少的时间，不过完成后我有一 种自豪感、成就感。我历经挫折、艰辛寻师翻书，重复再重复的更改，最后出炉 就是最完美的。这一路走来回头看看是多么的自豪。 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
30、，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设计的最大收获和财富，使我终身受益。参考文献1王阿根 电气可编程控制原理与应用，清华大学出版社2马小军 束长宝 王阿根编可编程控制器及其应用东南大学出版社3钟肇新 范建东编著，可编程控制器原理（第3版），华南理工大学出版社4郁汉琪 电气控制与可编程控制器应用技术东南大学出版社 李国厚PLC原理及应用设计.化学工业出版社，2005 潘海燕 波轮式全自动洗衣机的单片控制J.电子世界，20037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，200510周德林 电脑的程序控制系统 家用电器，200511荣俊昌 全自动洗衣机原理与维修高等教育出版社，199812钱如竹 快修家用洗衣机.北京：人民邮电出版社，200313邱士安 机电一体化技术西安电子科技大学出版社，199714赵雅君 家用电器中的自动控制系统M 北京：中国轻工业出版社，199615倪远平 模糊控制器的硬件电路实现J 电工技术，1998