PLC全自動洗衣機畢業(yè)課程設計(20140606).doc

1、( 此文檔為 word 格式，下載后您可任意編輯修改！)成績重慶郵電大學移通學院自動化系可編程邏輯控制器課程設計報告題目全自動洗衣機的PLC控制系別自動化系專業(yè)名稱電氣工程與自動化班級學號姓名龍浩指導教師邢陽陽重慶郵電大學移通學院自動化系制1目錄摘要2可編程邏輯控制器課程設計任務書31、 設計題目：全自動洗衣機的PLC控制32、 系統工作過程說明33、 設計任務和要求44、 設計方案提示5一 、緒論61、 設計目的62、 設計內容62.1 PLC 系統的特點：62.2洗衣機的PLC控制系統概述63、 要實現的目標7二 、系統分析及硬件設計81、 系統工作說明81.1 輸入階段81.2 執(zhí)行程序

2、階段81.3 輸出階段82、 系統 IO 分配92.1、模塊功能概述92.2、系統 IO 分配93、 PLC外圍接線10三、系統軟件設計111、 系統流程圖112、 系統程序設計12四、系統調試141、編程軟件142、系統調試142.1硬件調試：152.2軟件調試：152.3運行調試：153、仿真154、故障分析及故障排除16總結17參考文獻18附錄19摘要隨著科學技術的日新月異，自動化程度要求越來越高，原有的洗衣機裝置遠遠不能滿足當前高度自動化的需要。是專門應用手工業(yè)現場自動控制裝置，再系統軟硬件上采用抗干擾措施當工作程序需要改變時，只需改變 PLC 的內部程序，重新編程而無需對外圍進行重新

3、改動。在洗衣機領域，全自動洗機以其固有的優(yōu)點還是贏得了很多的消費者的信賴，應用而生，它將是現在到未來的星星產品，所以有必要開發(fā)和改善現有的全自動洗衣機。應用最先進的科技技術，投入最少的資金， 不僅會使廠家產品更具市場競爭力， 而且現在 PLC 價格也在下降，更易達到自動化控制，得到更多的贏得消費者的青睞。本文介紹了利用西門子系列 PLC對全自動洗衣機控制系統總體控制 , 闡述了控制方案。實現全自動洗衣機控制系統總體控制有多種，可以采用早期的模擬電路、數字電路或模數混合電路。近年來隨著科技的飛速發(fā)展，單片機、 PLC的應用不斷地走向深入，同時帶動傳統的控制檢測技術的不斷更新。本文采用德國西門子公

4、司生產的 S7-200型 PLC 作為核心控制器進行全自動洗衣機控制系統的設計，并且設計出了系統結構圖、程序指令、梯形圖以及輸入輸出端子的分配方案。同時根據全自動洗衣機控制系統總體控制要求和特點 , 確定 PLC 的輸入輸出分配 , 并進行現場調試關鍵字： PLC 全自動洗衣機控制系統PLC 程序設計可編程邏輯控制器課程設計任務書供 11 級電氣工程與其自動化專業(yè)04 班學生用（二 0 一四年六月）引言：可編程邏輯控制器課程設計是該課程的一個重要教學環(huán)節(jié)，既有別于畢業(yè)設計，又不同于課堂教學。它需要學生統籌運用所學基本理論、基本方法對現實生活中的實際系統進行設計和調試。1、設計題目：全自動洗衣機

5、的PLC控制本設計要求熟練使用西門子公司的S7-200 系列產品各基本指令和部分應用指令，根據控制要求進行PLC梯形圖編程，解決全自動洗衣機控制的問題。2、系統工作過程說明洗衣機的應用現在比較普遍。全自動洗衣機的實物示意圖如圖所示。全自動洗衣機的洗衣桶 (外桶 )和脫水桶 (內桶 )是以同一中心安放的。外桶固定，作盛水用。內桶可以旋轉，作脫水(甩水 )用。內桶的四周有很多小孔，使內外桶的水流相通。該洗衣機的進水和排水分別由進水電磁閥和排水電磁閥來執(zhí)行。進水時，通過電控系統使進水閥打開，經進水管將水注入到外桶。排水時，通過電控系統使排水閥打開，將水由外桶排出到機外。洗滌正轉、反轉由洗滌電動機驅動

6、波盤正、反轉來實現，此時脫水桶并不旋轉。脫水時，通過電控系統將離合器合上，由洗滌電動機帶動內桶正轉進行甩干。高、低水位開關分別用來檢測高、低水位。啟動按鈕用來啟動洗衣機工作。停止按鈕用來實現手動停止進水、排水、脫水及報警。排水按鈕用來實現手動排水。 電機功率為 2.2KW ，AC380V .3、設計任務和要求該全自動洗衣機的要求可以用流程圖來表示。PLC 投入運行，系統處于初始狀態(tài)，準備好啟動。啟動時開始進水，水滿(即水位到達高水位 )時停止進水并開始正轉洗滌。正轉洗滌15 s 后暫停，暫停 3s 后開始反轉洗滌。反轉洗滌15s后暫停，暫停 3 s 后，若正、反洗滌未滿3 次，則返回從正轉洗滌

7、開始的動作；若正、反洗滌滿3 次時，則開始排水。排水水位若下降到低位時， 開始脫水并繼續(xù)排水。 脫水 10s 即完成一次從進水到脫水的工作循環(huán)過程。若未完成3 次大循環(huán)，則返回從進水開始的全部動作，進行下一次大循環(huán)；若完成了3 次大循環(huán)，則進行洗完報警。報警10s 結束全部過程，自動停機。此外，還要求可以按排水按鈕以實現手動排水；按停止按鈕以實現搬運，停止進水、排水、脫水及報警。4、 設計方案提示4.1IO 地址輸入輸出I0.0 ：啟動按鈕Q0.0：進水電磁閥I0.l ：停止按鈕Q0.1：電動機正轉接觸器4.2I0.2 ：排水按鈕Q0.2：電動機反轉接觸器方I0.3 ：高水位開關Q0.3：排水

8、電磁閥案I0.4 ：低水位開關Q0.4：脫水電磁閥提Q0.5：報警蜂鳴器示用基本指令、定時指令和計數指令組合起來設計該控制程序。用步控指令實現該控制。一、緒論1、設計目的本課題在于全自動控制洗衣機功能的研究，全自動控制洗衣機使得人們節(jié)省了大量的時與精力，在洗滌過程中實現自動化，全自動洗衣機將洗衣的全過程分為泡浸 - 洗滌 - 漂洗 - 脫水 , 預先設定好N 個程序，洗衣時選擇其中一個程序開始洗衣完成時由蜂鳴器發(fā)出響聲。在現在這個“時間就如同生命”的社會里，提高效率成為人們不屑追求的目標。所以傳統的基于半手動的控制，已經不能滿足人們對洗衣機自動化程度的要求了。洗衣機需要更好地滿足人們的需求，必

9、須借助于自動化技術的發(fā)展。2、設計內容2.1 PLC系統的特點 ：1 ）可靠性高， PLC作為一種通用的工業(yè)控制器，它必須能夠在各種不同的工作環(huán)境中正常工作。對工作的環(huán)境要求較低，抗外部干擾能力強，平均無故障時間長。2 ）使用方便靈活， PLC采用了基本單元擴展或者是模塊化的結構形式，因此，輸入輸出信號的數量，形式，驅動能力等都可以根據實際控制要求進行選擇與確定，而且在需要時可以隨時更換，近年來，PLC的特殊模塊增多這些可以滿足不同的控制要求，使PLC的使用更加靈活與多變。3 ）編程簡單， PLC的優(yōu)越性主要體現在它采用了獨特的，多種面向廣大工程設計人員的編程語言，如指令表，梯形圖，邏輯功能圖

10、，順序功能圖等，程序簡潔，明了適合各類技術人員的傳統習慣，即使是沒有計算機知識的人員也很統一掌握，特別是梯形圖與邏輯功能圖，形象直觀，動態(tài)監(jiān)測效果逼真，且與計算機控制容易。2.2 洗衣機的 PLC控制系統概述全自動洗衣機采用PLC 控制系統將大大提高工作效率，和適應工作環(huán)境的能力。在全自動洗衣機中，洗衣機洗滌、脫水程序是由單片機為中心控制系統工作的。首先由于單片機的指令系統相對復雜，編寫洗滌、脫水程序相對復雜；其次，在設計控制系統硬件時要有多種電路保護裝置，如電流保護、電壓保護、過載保護、過熱保護及欠壓保護等等這樣增加了硬件的復雜性，隱含較高的故障率無形地增加了維修成本費用，在各種控制系統中廣

11、泛運用的PLC 能克服單片機的缺點。它是整體模塊，集中了驅動電路、檢測電路和保護電路以及通訊聯網功能。因此在運用中，硬件也相對簡單，提高控制系統的可靠性。另外它的編程語言也相對簡單。典型的 PLC控制系統的硬件組成框圖如圖1 所示：圖一PLC控制系統的硬件組成3、要實現的目標（1）按下啟動按鈕開始進水，水滿(即水位到達高水位 )時停止進水。（2）洗滌時，正轉洗滌 15 s 后暫停，暫停 3 s 后開始反轉洗滌。反轉洗滌15s后暫停，暫停 3 s后，（3）如次循環(huán) 3 次，共 108 秒后循環(huán)結束后開始排水（4）開始排水后，排水水位若下降到低位時， 開始脫水并繼續(xù)排水。 脫水 10s。（5）完成

12、一次步驟 1-4 即完成一次從進水到脫水的工作循環(huán)過程。如此循環(huán)三次，則完成洗滌。（6）洗滌完成后報警10 秒，報警 10s 結束全部過程，自動停機。（7）完成此項要求還要設計排水按鈕以及停止按鈕，按排水按鈕以實現手動排水；按停止按鈕以實現搬運，停止進水、排水、脫水及報警。二 、系統分析及硬件設計1、系統工作說明PLC的工作原理與繼電器構成的控制裝置一樣，但是工作方式不太一樣。繼電器控制是并行運行方式，即如果輸出線圈通電或斷電，該線圈的觸點立即動作。而 PLC則不同，它采用循環(huán)掃描技術，只有該線圈通電或斷電，并且必須當程序掃描到該線圈時，該線圈觸點才會動作。也可以說繼電器控制裝置是根據輸入和邏

13、輯控制結構就可以直接得到輸出，而 PLC控制則需要輸入傳送、執(zhí)行程序指令、輸出 3 個階段才能完成控制過程。PLC采用循環(huán)掃描技術可以分為 3 個階段，輸入階段（將外部輸入信號的狀態(tài)傳送到 PLC）、執(zhí)行程序階段和輸出階段（將輸出信號傳送到外部設備）。掃描過程如下圖 1 所示。圖二一個掃描周期1.1 輸入階段在這個階段中，PLC讀取輸入信號的狀態(tài)和數據，并把它們存入相應的輸入存儲單元。1.2 執(zhí)行程序階段在這個階段中，PLC按照由上到下的次序逐步執(zhí)行程序指令。從相應的輸入存儲單元讀入信號的狀態(tài)和數據，然后根據程序內部繼電器、定時器、計數器數據存儲器的狀態(tài)和數據進行邏輯運算，得到運算結果，并將這

14、些結果存入相應的輸出存儲器單元。這一階段執(zhí)行完后，進入輸出階段。在這個程序執(zhí)行中，輸入信號的狀態(tài)和數據保持不變。1.3 輸出階段在這個階段中，PLC將相應的輸出存儲單元的運算結果傳送到輸出模塊上，并通過輸出模塊向外部設備傳送輸出信號，開始控制外部設備。2、系統 IO 分配2.1、模塊功能概述CPU模塊采用西門子的CPU-226 (ACDC繼電器 ) 模塊，它控制著整個系統按照控制要求有條不紊地運行。同時由于該模塊采用交流220V 供電，并且自帶 24 個數字量輸入點和 16 個數字量輸出點，完全能滿足全自動洗衣機控制系統的要求，所以不再需要另外的電源模塊、數字量輸入和輸出模塊。2.2、系統 I

15、O 分配由于 CPU模塊有 11 點數字量輸入，有 6 點數字量輸出，所以不再需要輸入輸出模塊。采用 IO 分配采用自動分配方式，模塊上的輸入端子對應的輸入地址是 I0.0 I0.4，輸出端子對應的輸出地址是Q0.0 Q0.5 。表 1輸入地址分配輸入地址對應的外部設備I0.0啟動按鈕I0.1停止按鈕I0.2手動排水開關I0.3水位選擇開關 ( 高水位 )I0.4水位選擇開關 ( 低水位 )表 2輸出地址分配輸出地址對應的外部設備Q0.0進水電磁閥Q0.1電動機正轉接觸器Q0.2電動機反轉接觸器Q0.3排水電磁閥Q0.4脫水電磁閥Q0.5報警器蜂鳴器3、PLC外圍接線圖三PLC 外部接線三、系

16、統軟件設計1、系統流程圖PLC投入運行，系統處于初始狀態(tài)，準備好啟動。啟動時開始進水，水滿(即水位到達高水位)時停止進水并開始正轉洗滌。正轉洗滌15 s 后暫停，暫停3 s后開始反轉洗滌。反轉洗滌15s 后暫停，暫停3 s 后，若正、反洗滌未滿3 次，則返回從正轉洗滌開始的動作；若正、反洗滌滿3 次時，則開始排水。排水水位若下降到低位時， 開始脫水并繼續(xù)排水。 脫水 10s 即完成一次從進水到脫水的工作循環(huán)過程。若未完成3 次大循環(huán)，則返回從進水開始的全部動作，進行下一次大循環(huán)；若完成了3 次大循環(huán)，則進行洗完報警。報警10s 結束全部過程，自動停機。2、系統程序設計按下啟動按鈕 S1，I0.

17、0 動合觸點閉合，此時輸入繼電器Q0.0得電為“ 1”即進水電磁閥打開，洗衣機開始注水同時Q0.0動合觸點閉合自鎖。到高水位檢測傳感器， I0.3 閉合，使其動斷觸點 Q0.0 斷開，進水閥關閉；此時中間繼電器 M0.0 接通，同時計時器 T37開始通電計時，共計時一次小循環(huán)的時間 360s，當時間小于等于 150s洗衣機開始正轉洗滌；大于 150s且小于 180s時，正轉洗滌停止。當計時大于 180s而小于 330s洗衣機開始反轉洗滌，當大于330s反轉停止。當等于360s時中間繼電器 M0.1 接通，此時計數器 C0計數小循環(huán) 3次， 3次后， C0 動合觸點閉合，輸出繼電器 Q0.3 得

18、電為“ 1”，排水閥打開排水，待排水至低水位檢測開關 I0.4時，輸入繼電器 Q0.4得電為“ 1”，脫水電機運轉，開始脫水，同時計時器 T38得電， 10s后計數器C0清零此時脫水排水停止; 同時計數器C1計數一次大循環(huán)，同時T38動合觸點閉合，使高水位進水閥打開注水，開始第2 次大循環(huán)，依次循環(huán) 3次，待第 3 次大循環(huán)結束后，計數器C1 動合觸點閉合，輸出繼電器 Q0.5 得電為“ 1”，報警器報警，同時計時器 T39 得電， 10s 后 T39 動斷觸點接通， 計數器 C1清零報警停止， 自動洗衣過程完成。 其中 I0.2為手動排水按鈕， I0.1 為手動停止按鈕。四、系統調試1、編程

19、軟件以西門子公司為S7-200PLC設計的 V3.2 STEP 7 MICROWIN SP4編程軟件。程序的下載、安裝和調試2、系統調試2.1 硬件調試：接通電源，檢查西門子S7-200 可編程控制器是否可以正常工作，接頭是否接觸良好，然后把其與電腦的通信口連接。2.2 軟件調試：按要求輸入梯形圖，轉換成指令表，并進行語法的檢查，正確后設置正確的通信口，將指令讀入到指定的可編程控制器ROM中，在打開組態(tài)網畫圖以及同步編程進行下一步的調試。2.3 運行調試：在硬件調試和軟件調試正確的基礎上，打開西門子S7-200 可編程控制器的“ RUN”開關進行調試；在打開組態(tài)網觀察運行的情況下，看是否是隨時

20、按下停止按鈕可以停止系統運行。3、仿真4、故障分析及故障排除4.1 故障完成三次大循環(huán)無法終止，會繼續(xù)死循環(huán)的往下運行；4.2 故障排除在線調試該程序。最終完成三次循環(huán)終止?？偨Y此次設計以分組的方式進行，每組一個題目，我們做的是全自動洗衣機。由于平時大家都是學理論，沒有過實際開發(fā)設計的實驗，拿到的時候都不知道怎么做。但是通過各方面的的查資料并學習。我們基本學會了 PLC 設計的步驟和基本方法。分組工作的方式給了我與同學的合作機會，提高了與人合作的意識與能力。通過這次設計實踐，我學會了 PLC 的基本編程方法，對 PLC 的工作原理和使用方法也有了更深刻的理解。在對理論的運用中，提高了我們的工程

21、素質，在沒有做實踐設計以前 ，我們對知識的掌握都是在思想上的，對一些細節(jié)不加重視，當我們把自己想出來的程序放到 PLC 中的時候，問題出現了，不是不能運行，就是運行的結果與理論上的不符合。通過解決一個個在調試中出現的問題，我們對 PLC的理解得到加強，看到了實踐與理論的差距。通過合作，我們的合作意識得到了加強，合作能力得到了提升。上大學后，很多同學都沒有過深入的交流，在設計的過程中，我們用了分工與合作的方式，每個人負責一定的部分，同時在一定的階段共同討論，以解決分工中個人不能解決的問題，在交流中大家積極發(fā)言，提出意見，同時我們還向其他同學請教。在此過程中，每個人都想自己的方案得到實現，積極向同學說自己的想法。通過比較選出最好的設計方案。在設計的過程中我們還得到了老師的指導。在學習過程中，不是每一個問題都能自己解決，所以我們得虛心向同學以及老師請教，在學習中成長，在學習中改變自己。參考文獻1劉美俊主編西門子PLC 編程及應用 .北京 :機械工業(yè)出版社， 20117