全自動(dòng)洗衣機(jī)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)說明書

1、機(jī)電工程學(xué)院課程設(shè)計(jì)說明書設(shè)計(jì)題目: 全自動(dòng)洗衣機(jī)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)（三） 學(xué)生姓名： 學(xué) 號： 20094805 專業(yè)班級： 機(jī)制f09 指導(dǎo)教師： 2012年 12 月 08 日內(nèi)容摘要本文介紹了采用可編程控制器作為核心控制部件的全自動(dòng)洗衣機(jī)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)。對全自動(dòng)洗衣機(jī)的控制系統(tǒng)進(jìn)行了分析，在此基礎(chǔ)上提出了基于plc的全自動(dòng)洗衣機(jī)控制方案，完成了進(jìn)水系統(tǒng)、洗滌系統(tǒng)、排水系統(tǒng)、脫水系統(tǒng)、報(bào)警系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，實(shí)現(xiàn)了強(qiáng)洗和弱洗洗方式的選擇，以及高低水位的選擇。本系統(tǒng)的特點(diǎn)是，靈活的選用了檢測系統(tǒng)，對洗衣的方式、洗衣時(shí)的水位和進(jìn)、排水是否完成等進(jìn)行檢測，并把檢測到的信號傳遞給plc。由plc做為中心控制器，

2、來完成進(jìn)水、洗滌、排水、脫水等洗衣的過程，實(shí)現(xiàn)其全自動(dòng)功能。關(guān)鍵詞：全自動(dòng)洗衣機(jī)；plc；控制系統(tǒng)目 錄第1章 前 言11.1設(shè)計(jì)內(nèi)容11.2 控制要求1第2章 總體方案設(shè)計(jì)22.1 系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案22.2 系統(tǒng)硬件配置及組成原理2第3章 plc控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)43.1 電動(dòng)機(jī)主電路的設(shè)計(jì)43.2 確定i/o數(shù)量，選擇plc類型43.2.1 i/o數(shù)量的確定43.2.2 plc類型的選擇43.3 i/o地址分配53.4控制流程圖63.5 i/o接線圖73.6 控制程序梯形圖83.7程序調(diào)試163.8控制程序語句表20結(jié) 論26設(shè)計(jì)總結(jié)27謝 辭28參考文獻(xiàn)29 26第1章 前言1.1設(shè)計(jì)內(nèi)容利用西門

3、子plc的s7-200系列設(shè)計(jì)全自動(dòng)洗衣機(jī)的控制系統(tǒng)。洗衣的方式（強(qiáng)洗、弱洗）、洗衣的水位選擇（高水位洗衣、低水位洗衣）需要在將衣服放入洗衣機(jī)之后手動(dòng)來選擇。當(dāng)選擇了一種洗衣模式后，按下啟動(dòng)按鈕，洗衣機(jī)就會(huì)自動(dòng)完成進(jìn)水、洗滌、排水、甩干、報(bào)警提示等整個(gè)洗衣過程。需要完成的內(nèi)容：采用plc控制,列出i/o點(diǎn)地址分配表；畫出i/o接線圖；繪制控制流程圖；利用step-micro/win32軟件完成梯形圖、指令表的程序設(shè)計(jì)與調(diào)試。1.2控制要求具體操作過程見全自動(dòng)洗衣機(jī)控制流程圖。動(dòng)作要求如下：1.洗衣機(jī)的進(jìn)水、排水分別由進(jìn)水電磁閥和排水電磁閥執(zhí)行。2.洗滌正轉(zhuǎn)、反轉(zhuǎn)由洗滌電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)波盤正、反轉(zhuǎn)來實(shí)

4、現(xiàn)。3.脫水時(shí)，由脫水電磁離合器合上、排水電磁閥吸合，洗滌電動(dòng)機(jī)正轉(zhuǎn)進(jìn)行甩干。4.洗滌完成由蜂鳴器報(bào)警。5.洗衣機(jī)通過高水位限位檢測st3、低水位限位檢測st2、零水位限位檢測st1來檢測水位的高度位置。水位選擇由一個(gè)按鈕完成。洗滌方式選擇也由一個(gè)按鈕完成。用四個(gè)led發(fā)光二極管來指示當(dāng)前的工況狀態(tài)。第2章 總體方案設(shè)計(jì)2.1 系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案通常洗衣機(jī)洗衣服需要經(jīng)歷進(jìn)水、洗滌、漂洗、排水、脫水等個(gè)過程，在全自動(dòng)洗衣機(jī)中，整個(gè)過程全部由plc控制來完成。全自動(dòng)洗衣機(jī)的簡單工作過程見洗衣機(jī)控制流程圖。其中，洗衣的方式、洗衣的水位選擇兩個(gè)方面需要在將衣服放入洗衣機(jī)之后手動(dòng)選擇。當(dāng)選擇了一種洗衣參數(shù)后，

5、按下啟動(dòng)按鈕，洗衣機(jī)就會(huì)自動(dòng)完成整個(gè)洗衣過程。在全自動(dòng)洗衣機(jī)系統(tǒng)中，plc主要實(shí)現(xiàn)以下功能：1檢測功能（1）檢測洗衣的方式：強(qiáng)洗或弱洗的選擇。（2）檢測洗衣時(shí)的水位：高水位或低水位的選擇。（3）檢測進(jìn)水是否完成。（4）檢測排水是否完成。2. 控制功能（1）控制進(jìn)水、洗滌、排水、脫水等洗衣機(jī)的動(dòng)作。（2）控制洗滌、脫水的時(shí)間長短。（3）控制洗滌的次數(shù)。（4）控制在洗衣機(jī)完成一個(gè)動(dòng)作后到下一個(gè)動(dòng)作的準(zhǔn)確轉(zhuǎn)換。（5）控制洗衣時(shí)的信號提示。2.2 系統(tǒng)硬件配置及組成原理選擇西門子s7-200系列plc作為全自動(dòng)洗衣機(jī)的控制主機(jī)。plc主機(jī)具體型號的選擇將在后面介紹。啟動(dòng)按鈕用來控制全自動(dòng)洗衣機(jī)開始工作

6、。一般地，在用戶將衣服放入洗衣機(jī)，且已經(jīng)準(zhǔn)備好開始洗衣服之后，按下啟動(dòng)按鈕，全自動(dòng)洗衣機(jī)開始洗衣。停止按鈕用來控制運(yùn)行中的全自動(dòng)洗衣機(jī)停止工作。在洗衣服的過程中，用戶需要停止洗衣機(jī)，就可以直接按下停止按鈕，洗衣機(jī)即會(huì)停止工作。高低水位是指洗衣機(jī)在洗衣過程中，洗衣機(jī)筒內(nèi)保持的水位高低，一旦選擇了高水位，則在洗衣過程中的水位將保持系統(tǒng)設(shè)定下的兩個(gè)水位中的相對高一點(diǎn)的水位。反之則是低水位。強(qiáng)洗/弱洗開關(guān)用來設(shè)置洗衣機(jī)洗衣服的模式，當(dāng)選擇強(qiáng)洗時(shí)，洗衣機(jī)自動(dòng)按照強(qiáng)洗模式洗衣服。反之，按照弱洗模式洗衣。弱洗模式與強(qiáng)洗模式的選擇必須在用戶開始洗衣之前完成。高水位探測器用來檢測洗衣機(jī)水位是否已經(jīng)達(dá)到了高水位。

7、采用數(shù)字量輸出式水位探測器這樣就可以直接將高水位探測器的輸出送到plc主機(jī)的數(shù)字量輸入端口上。低水位探測器用來檢測洗衣機(jī)水位是否已經(jīng)達(dá)到了低水位。采用數(shù)字量輸出式水位探測器直接將低水位探測器的輸出送到plc主機(jī)的數(shù)字量輸入端口上。同樣零水位探測器用來探測是否將水排干。進(jìn)水電磁閥用來控制洗衣機(jī)的進(jìn)水。當(dāng)洗衣機(jī)需要外界進(jìn)水時(shí)，plc主機(jī)發(fā)出控制信號，進(jìn)水電磁閥打開，水自動(dòng)從外界送入洗衣機(jī)筒內(nèi)，當(dāng)水已經(jīng)達(dá)到設(shè)定的水位時(shí)，plc主機(jī)發(fā)出信號自動(dòng)關(guān)閉進(jìn)水電磁閥，同時(shí)控制洗衣機(jī)進(jìn)入下一個(gè)洗衣步驟。電機(jī)正轉(zhuǎn)接觸器用于plc主機(jī)控制洗衣機(jī)電機(jī)的正轉(zhuǎn)。可以直接用plc主機(jī)的數(shù)字量輸出端口來連接電機(jī)正轉(zhuǎn)接觸器，在

8、洗衣機(jī)洗衣服的過程中，電機(jī)正轉(zhuǎn)與反轉(zhuǎn)輪流進(jìn)行。電機(jī)反轉(zhuǎn)接觸器用于plc主機(jī)控制洗衣機(jī)電機(jī)的反轉(zhuǎn)。可以直接用plc主機(jī)的數(shù)字量輸出端口來連接電機(jī)反轉(zhuǎn)接觸器。排水離合器用于plc主機(jī)控制洗衣機(jī)機(jī)筒內(nèi)水的排放。選用數(shù)字式離合器，可以直接用plc主機(jī)的數(shù)字量輸出端口來連接到排水離合器，當(dāng)洗衣機(jī)在完成洗滌后，需要將機(jī)筒內(nèi)的臟水排出機(jī)筒，plc主機(jī)發(fā)出控制命令打開排水離合器，進(jìn)行排水。洗衣機(jī)洗衣服的最后一道工序就是對衣服進(jìn)行脫水，脫水電磁離合器用于plc主機(jī)控制洗衣機(jī)進(jìn)行脫水。脫水需要電機(jī)帶動(dòng)機(jī)筒旋轉(zhuǎn)，有了電磁離合器后，就可以直接使用plc主機(jī)的數(shù)字量輸出端口來控制電磁離合器。在脫水過程不涉及電機(jī)的調(diào)速問

9、題，因此，用plc主機(jī)加電磁離合器這樣一種比較簡單的方式就可以完成控制任務(wù)。蜂鳴器用來提示洗衣機(jī)已經(jīng)完成洗滌，采用電磁閥控制。對于各個(gè)洗衣程序中的指示燈也采用電磁閥進(jìn)行控制。第3章 plc控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)3.1 電動(dòng)機(jī)主電路的設(shè)計(jì)單相異步電動(dòng)機(jī)是一種容量從幾瓦到幾百瓦、由單相交流電源供電的電動(dòng)機(jī)，具有結(jié)構(gòu)簡單，成本低廉，運(yùn)行可靠等一系列優(yōu)點(diǎn)，因此廣泛用于電風(fēng)扇、洗衣機(jī)、電冰箱、吸塵器、醫(yī)療器械及自動(dòng)化控制裝置中。本設(shè)計(jì)選擇單相異步電動(dòng)機(jī)作為全自動(dòng)洗衣機(jī)的驅(qū)動(dòng)電機(jī)。如圖 3-1為電動(dòng)機(jī)主電路圖。圖3-1 電動(dòng)機(jī)主電路圖3.2 確定i/o數(shù)量，選擇plc類型3.2.1 i/o數(shù)量的確定全自動(dòng)洗衣機(jī)控制

10、系統(tǒng)為單機(jī)控制系統(tǒng)。 plc的輸入點(diǎn)，包括啟動(dòng)按鈕、停止按鈕、高低水位選擇按鈕、弱洗/強(qiáng)洗模式選擇按鈕、高水位探測器、低水位探測器，零水位探測器共7點(diǎn)；輸出點(diǎn)包括進(jìn)水電磁閥、電機(jī)正轉(zhuǎn)接觸器、電機(jī)反轉(zhuǎn)接觸器、排水離合器、脫水離合器、蜂鳴器接觸器和四個(gè)指示燈接觸器共10點(diǎn)。3.3.2 plc類型的選擇由i/o點(diǎn)數(shù)的多少可將plc分成小型plc、中型plc和大型plc。plc按結(jié)構(gòu)形式又可分為整體式和模塊式兩種。整體式plc具有結(jié)構(gòu)緊湊、體積小、重量輕、價(jià)格低等優(yōu)點(diǎn)。一般小型或超小型plc多采用這種結(jié)構(gòu)。模塊式plc各模塊做成插件式并組裝在一個(gè)具有標(biāo)準(zhǔn)尺寸并帶有若干插槽的機(jī)架內(nèi)。模塊式plc配置靈活

11、，裝配和維修方便，易于擴(kuò)展。一般大中型plc都采用這種結(jié)構(gòu)。由于此控制系統(tǒng)共7個(gè)輸入點(diǎn)10個(gè)輸出點(diǎn)，本設(shè)計(jì)選擇小型、整體式西門子s7-200系列的cpu224型主機(jī)的plc，可以滿足使用需求。它的主要特點(diǎn)是：14輸入/10輸出共24個(gè)數(shù)字量i/o點(diǎn)。13kb的程序和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)空間。6個(gè)獨(dú)立的30khz的高速計(jì)數(shù)器，2路獨(dú)立的20khz的高速脈沖輸出。具有pid控制器。1個(gè)rs485通信/編程口。具有多點(diǎn)接口mpi（multi point interface）通信協(xié)議具有點(diǎn)對點(diǎn)接口ppi(point to point interface)通信協(xié)議具有自由通信口i/o端子排可以很容易地整體拆卸3.3

12、 i/o地址分配如表3-1為全自動(dòng)洗衣機(jī)plc控制系統(tǒng)的i/o地址分配表。表3-1 i/o地址分配表控制信號信號名稱元件名稱元件符號地址編碼輸入信號啟動(dòng)信號常開按鈕sb1i0.0停止信號常閉按鈕sb2i0.1高低水位選擇常開按鈕sb3i0.2洗滌模式選擇常閉按鈕sb4i0.3高水位限位檢測高水位檢測傳感器st3i0.4低水位限位檢測低水位檢測傳感器st2i0.5零水位限位檢測零水位檢測傳感器st1i0.6輸出信號 進(jìn)水進(jìn)水電磁閥yv1q0.0電機(jī)正轉(zhuǎn)接觸器km1q0.1電機(jī)反轉(zhuǎn)接觸器km2q0.2排水排水電磁閥 yv2q0.3脫水接觸器 km3q0.4報(bào)警蜂鳴器 haq0.5進(jìn)水指示進(jìn)水指示燈

13、hl1q0.6洗滌指示洗滌指示燈hl2q0.7排水指示排水指示燈hl3q1.0脫水指示脫水指示燈hl4q1.13.4 控制流程圖根據(jù)控制要求，建立全自動(dòng)洗衣機(jī)控制流程圖，如圖3-2，為全自動(dòng)洗衣機(jī)的控制流程圖。 圖3-2 全自動(dòng)洗衣機(jī)控制流程圖3.5 i/o接線圖i/o接線圖是進(jìn)行施工接線的主要技術(shù)文件，如圖 3-3為全自動(dòng)洗衣機(jī)控制系統(tǒng)的i/o接線圖。圖3-3 i/o接線圖3.6 控制程序梯形圖在可編程控制器中有多種程序設(shè)計(jì)語言,梯形圖程序設(shè)計(jì)語言是最常用的一種程序設(shè)計(jì)語言。它來源于繼電器邏輯控制系統(tǒng)的描述。在工業(yè)過程控制領(lǐng)域，電氣技術(shù)人員對繼電器邏輯控制技術(shù)較為熟悉，因此，由這種邏輯控制技

14、術(shù)發(fā)展而來的梯形圖受到了歡迎，并得到了廣泛的應(yīng)用。step7-micro/win32軟件是西門子s7-200plc的開發(fā)工具，主要用于開發(fā)程序，也可用于實(shí)時(shí)監(jiān)控用戶程序的執(zhí)行狀態(tài)。利用此軟件對全自動(dòng)洗衣機(jī)plc控制系統(tǒng)進(jìn)行程序設(shè)計(jì)如下：一.主程序梯形圖 主程序主要實(shí)現(xiàn)以下幾點(diǎn)主要功能：程序的起?？刂?；高低水位的選擇；洗滌模式的選擇；在實(shí)現(xiàn)以上要求之后，實(shí)現(xiàn)進(jìn)水，洗滌，排水，脫水，報(bào)警等功能；同時(shí)控制指示燈指示當(dāng)前工作狀態(tài)。二洗滌子程序梯形圖該程序段主要進(jìn)行強(qiáng)洗或弱洗模式的選擇。三. 強(qiáng)洗子程序梯形圖該程序段主要執(zhí)行強(qiáng)洗模式下的洗滌過程，即實(shí)現(xiàn)電機(jī)正轉(zhuǎn)洗滌8秒，停止2秒，電機(jī)反轉(zhuǎn)洗滌8秒，停止2

15、秒。四.弱洗子程序梯形圖 該程序段主要實(shí)現(xiàn)的功能是在選擇弱洗工作模式后，電機(jī)正轉(zhuǎn)洗滌2秒，暫停3秒，電機(jī)反轉(zhuǎn)洗滌2秒，暫停3秒的功能。3.7 程序調(diào)試使用step7-micro/win模擬器進(jìn)行本程序的調(diào)試。調(diào)試方法如下：1.將在step7microwin中編譯正確的程序在文件菜單中導(dǎo)出為awl文件；2.打開仿真軟件，點(diǎn)“配置”-“cpu型號”，然后選擇cpu 224；3.點(diǎn)“程序”-“載入程序”； 4.選擇step7microwin的版本；5.將導(dǎo)出的awl文件打開；6.點(diǎn)“plc”-“運(yùn)行”，開始調(diào)試程序；下面是高水位強(qiáng)洗模式下的運(yùn)行情況： 按下i0.0按鈕啟動(dòng)程序，然后分別按下高/低水位

16、選擇按鈕i0.2（選擇高水位）和強(qiáng)/弱洗選擇按鈕i0.3（選擇強(qiáng)洗）。此時(shí)q0.0進(jìn)水電磁閥打開，開始進(jìn)水，同時(shí)q0.6進(jìn)水指示燈亮。進(jìn)水結(jié)束按下i0.4（模擬水到位自動(dòng)閉合），q1.0洗滌指示燈亮，q0.1電機(jī)正傳接觸器閉合，電機(jī)正傳8s。暫停2s后q0.2電機(jī)反轉(zhuǎn)接觸器閉合，電機(jī)反轉(zhuǎn)8s,暫停2s。洗滌過程循環(huán)5次后洗滌結(jié)束。q0.3排水電磁閥打開，開始排水，q1.1排水指示燈亮。排水結(jié)束按下i0.6零水位檢測（模擬水排干自動(dòng)閉合），開始脫水，q0.7脫水指示燈亮，電機(jī)正傳接觸器q0.1閉合，電機(jī)正轉(zhuǎn)10s。脫水結(jié)束蜂鳴器q0.5亮，報(bào)警5s，洗滌結(jié)束。具體運(yùn)行情況如下：圖3-4 高水位強(qiáng)

17、洗模式選擇圖3-5 進(jìn)水圖3-6 電機(jī)正轉(zhuǎn)8s圖3-7 電機(jī)反轉(zhuǎn)8s圖3-8 排水圖3-9 脫水10s圖3-10 3.8 控制程序語句表一、主程序語句表二、子程序語句表三、強(qiáng)洗子程序語句表四、弱洗子程序語句表結(jié) 論此plc控制系統(tǒng)可以實(shí)現(xiàn)全自動(dòng)洗衣機(jī)的控制要求。洗衣機(jī)的進(jìn)水、排水分別由進(jìn)水電磁和排水電磁閥執(zhí)行。洗滌正轉(zhuǎn)、反轉(zhuǎn)由洗滌電機(jī)驅(qū)動(dòng)撥盤正、反轉(zhuǎn)來實(shí)現(xiàn)。脫水時(shí)由脫水電磁離合器合上，排水電磁閥吸合，洗滌電機(jī)正轉(zhuǎn)進(jìn)行甩干。洗滌完成由蜂鳴器報(bào)警，洗衣機(jī)通過高水位限位檢測st3，低水位限位檢測st2，零水位限位檢測st1來檢測水位的高度位置。水位選擇由一個(gè)按鈕完成。洗滌方式選擇也由一個(gè)按鈕完成，用

18、四個(gè)led發(fā)光二極管來指示當(dāng)前的工況狀態(tài)等一系列的要求可以實(shí)現(xiàn)。當(dāng)然，此設(shè)計(jì)也存在一些不足之處，隨著要求的日益提高還有待于進(jìn)一步完善。設(shè)計(jì)總結(jié)經(jīng)過一個(gè)多星期的努力終于完成了本次課程設(shè)計(jì)，但是現(xiàn)在回想起來做課程設(shè)計(jì)的整個(gè)過程，頗有心得，其中有苦也有甜，從困苦中學(xué)到了很多知識(shí)。課程設(shè)計(jì)是培養(yǎng)學(xué)生綜合運(yùn)用所學(xué)知識(shí)，發(fā)現(xiàn)，提出，分析和解決實(shí)際問題，鍛煉實(shí)踐能力的重要環(huán)節(jié)。是對我們實(shí)際工作能力的具體訓(xùn)練和考察過程。這次課程設(shè)計(jì)是為畢業(yè)設(shè)計(jì)做最后一次準(zhǔn)備，引起了我的十分重視。本次課程設(shè)計(jì)要求完成全自動(dòng)洗衣機(jī)的plc控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)。為了更好地完成這次課程設(shè)計(jì)，我再次認(rèn)真的復(fù)習(xí)了機(jī)電傳動(dòng)與控制這門課程，對課本中

19、的電動(dòng)機(jī)結(jié)構(gòu)、類型與工作原理以及繼電器接觸器控制尤其是plc控制有了進(jìn)一步的了解。在設(shè)計(jì)系統(tǒng)的過程中遇到了很多的困難，因?yàn)楸绕鹌渌膒lc設(shè)計(jì)，洗衣機(jī)的系統(tǒng)程序比較復(fù)雜一些 。我找了很多關(guān)于洗衣機(jī)控制系統(tǒng)的資料，首先對全自動(dòng)洗衣機(jī)的洗衣過程有所了解，對全自動(dòng)洗衣機(jī)工作流程進(jìn)行設(shè)計(jì)，然后根據(jù)課題的控制要求決定i/o設(shè)備及分配；接下來最困難的步驟就要數(shù)編程了，編程的過程中有許多不懂的地方，所設(shè)計(jì)的程序也有很多缺陷。經(jīng)過老師耐心的指導(dǎo)，與同學(xué)的互相交流，我一次次修改并完善了程序?？刂葡到y(tǒng)的設(shè)計(jì)是復(fù)雜的，也許會(huì)有許多不了解或不懂的地方，但是我們用自己的力量去解決問題，在這一過程中，我們不但增長了知識(shí)，

20、也體會(huì)到了快樂。隨著科學(xué)技術(shù)發(fā)展的日新月異，plc已經(jīng)成為空前活躍的領(lǐng)域，在生活中無處不在，因此對于我們專業(yè)的學(xué)生來說掌握plc技術(shù)是十分重要的，對我們將來從事本行業(yè)打下一定基礎(chǔ)。雖然課程結(jié)束了，但是極大的鍛煉了我實(shí)際工作的能力，最重要的就是老師經(jīng)常提的設(shè)計(jì)理念，在整個(gè)過程中給我們貫穿的設(shè)計(jì)思想。在這過程中不乏遇到困難，但是在王老師的指導(dǎo)和與其他同學(xué)的討論下 ，自己終于圓滿完成了課程設(shè)計(jì)。謝 辭在做課程設(shè)計(jì)之前的確覺得困難比較多，我深感對于平時(shí)學(xué)的知識(shí)掌握得不夠扎實(shí)，真是萬事開頭難，不知道如何入手。最后終于做完了有種如釋重負(fù)的感覺。在此要特別感謝我們的指導(dǎo)老師王宗才老師對我們悉心的照顧和給我們的極大的幫助。在設(shè)計(jì)過程中，我通過網(wǎng)上查閱大量有關(guān)資料，與同學(xué)交流和自學(xué)，并向老師請教等方式，使自己學(xué)到了不少知識(shí)，也經(jīng)歷了不少艱辛，但收獲同樣巨大。在整個(gè)課程設(shè)計(jì)過