江苏畜牧兽医职业技术学院毕业设计（论文）
题目：全自动洗衣机的PLC控制系统设计
姓名：徐敏
学号： 200906053122
二级院系部：机电工程系
班级: 机电091
专业：机电一体化
指导教师：尹余琴职称：讲师
二〇一二年六月
论文题目全自动洗衣机的PLC控制系统设计
学生姓名徐敏学号200906053122 所属专业机电一体化班级机电091
指导教师姓名尹余琴职称讲师
学生承诺
我承诺在毕业设计 (论文)活动中，遵守学校有关规定，恪守学术规范，本人毕业设计 (论文)内容除特别注明和引用外，均为本人观点，不存在剽窃、抄袭他人学术成果，伪造、篡改实验数据的情况，如果有违规行为，我愿意承担一切责任，接受学校的处理。
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年月日
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我承诺在毕业设计 (论文)活动中，遵守学校有关规定，恪守学术规范，经过本人核查，该生毕业设计 (论文)内容除特别注明和引用外，均为本人观点，不存在剽窃、抄袭他人学术成果，伪造、篡改实验数据的现象。
指导教师(签名)：
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全自动洗衣机的PLC控制系统设计
【摘要】
本文介绍了利用西门子S7-200系列PLC对全自动洗衣机控制系统总体控制,阐述了控制方案。实现全自动洗衣机控制系统总体控制有多种，可以采用早期的模拟电路、数字电路或模数混合电路。近年来随着科技的飞速发展，单片机、PLC的应用不断地走向深入，同时带动传统的控制检测技术的不断更新。本文采用西门子S7-200系列PLC作为核心控制器进行全自动洗衣机控制系统的设计，并且设计出了系统结构图、程序指令、梯形图以及输入输出端子的分配方案。同时根据全自动洗衣机控制系统总体控制要求和特点,确定PLC 的输入输出分配,并进行现场调试，实现了全自动洗衣机的正常运行和强制性停止功能。
关键词
PLC；全自动洗衣机控制系统；定时；控制
III
Abstract
This paper describes the use of Siemens S7-200 series PLC of automatic washing machine control system, overall control, this paper expounds the control scheme. Realize full-automatic washing machine control system has a variety of overall control, can use the analog and digital early hybrid circuit module circuit or. In recent years, with the rapid development of science and technology, the application of PLC and single-chip constantly to further, while traditional control test technology constantly updated. Based on the production Siemens S7-200 series PLC controller for automatic washing machine control system design, and the system structure and design program instruction, ladder diagram and the input and output terminals of allocation scheme. According to the overall control of automatic washing machine control system, PLC requirements and characteristics of distribution of input and output, and commissioning, and it realized the entire automatic washer normal operation and compulsory stops the function.
Keyword: PLC; automatic washing machine control system; delay; entire automatic
摘要 .................................................................................................................................... I 关键词 .................................................................................................................................... I Abstract ................................................................................................................................. II Keyword ................................................................................................................................ II 目录 ................................................................................................................................... I II 绪论 . (1)
1. 设计要求 (2)
1.1全自动洗衣机控制系统原理 (2)
1.2控制设备任务要求 (3)
2系统硬件的设计 (4)
2.1 PLC的选型 (4)
2.1.1 I/O点数统计 (4)
2.1.2 I/O储存器容量的估算 (4)
2.1.3 CPU功能与结构的选择 (5)
2.2 I/O分配表 (6)
2.2.1输入地址分配表 (6)
2.2.2 输出地址分配表 (6)
2.2.3内部元件地址分配表 (6)
2.3PLC外部接线图 (7)
3.系统软件的设计 (8)
3.1 系统流程图 (8)
3.1.1强制停止流程图 (8)
3.1.2正常运行流程图 (9)
3.2 程序设计 (10)
3.2.1 PLC控制顺序功能图 (10)
3.2.2 系统梯形图 (11)
3.2.3系统指令语句表 (17)
3.3 程序运行过程分析 (19)
设计总结 (20)
致谢 (21)
参考文献 (22)
可编程序控制器（Programable Logic Controller, PLC）是随着计算机技术、通信技术、微电子技术和继电器控制技术的进步而又发展起来的一种技术。当前，PLC 已经广泛应用于机械制造、冶金工业、化工、电力、交通、采矿、建材、轻工、环保、食品等各行各业。既可以用于旧设备的技术改造，又可以用于新产品的开发和机电一体化设计。早期的PLC大多作为继电器控制的升级换代产品，主要实现简单的逻辑控制。
随着计算机技术、自动控制技术和网络通信技术的发展，PLC技术也得到了很好的发展，其功能远远超过早期PLC的逻辑控制，还具有过程控制、运动控制，更多的具有了强大的网络通信能力，使之与CAD/CAM以及机器人技术一起被称为当代工业自动化生产的三大支柱。
PLC的应用面广、功能强大、使用方便，是当代工业自动化的主要设备之一。PLC已经广泛地应用在各种机械设备和生产过程的自动控制系统中，当然PLC在其他领域也得到了迅速的发展。
在发达的工业国家，PLC已经广泛的应用在所有的工业部门，随着其性能价格比的不断提高，应用范围不断扩大，在我国有越来越多的行业领域开始应用到PLC。PLC的应用领域主要有数字量逻辑控制、运动控制、闭环过程控制、数据处理、通信联网等几个方面。
本设计是基于PLC的全自动洗衣机控制，采用PLC控制有开发周期短，开发成本低，可以直接用于工业现场控制等特点。PLC控制具有实时性、信号处理时间短、速度快等优点，更能满足各个领域大、中、小型工业控制项目。可靠性高、具有丰富的I/O卡件，其质优价廉，性价比高，安装简单，维修方便。PLC控制能在高粉尘、高噪声、强电磁干扰和温度变化剧烈的环境下正常工作，因为它是整体模块，集中了驱动电路、检测电路和保护电路以及通讯联网功能，所以在使用中，硬件相对简单，编程语言也相对简单，并且测试容易，维修方便，更可以提高控制系统设计的灵活性及控制系统的可靠性。本设计以操作简单、使用可靠、维护修理方便作为主要设计方向。
1
1.设计要求
1.1全自动洗衣机控制系统原理
洗衣机的工作流程由进水、洗衣、排水、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个过程可做到全自动依次运行，直至洗衣结束。
全自洗衣机的洗衣桶（外桶）和脱水桶（内桶）是以同一心安放的，内桶可以旋转，作为脱水用。内桶的周围有许多小孔，使内桶和外桶的水流相通，洗衣机的进水和排水分别由进水电磁阀和排水电磁阀来执行。进水时通过控制系统将进水电磁阀打开，经进水管将水注入到外桶。排水时，通过控制系统将排水电磁阀打开，将水由外桶排到机外。洗涤正转、反转由洗涤电动机驱动波盘的正、反转来实现，此时脱水桶并不旋转。脱水时，控制系统将离合器合上，由洗涤电动机带动内桶正转进行甩干。高、中、低水位控制开关分别用来检测高、中、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。
如图1.1所示为洗衣机水位控制示意图，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。
图1.1洗衣机水位控制示意图
1.2控制设备任务要求
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，正转30s，停2s，然后反转30s，停2s。
（4）如此循环共5次，总共320s后开始排水，排空后脱水30s。
（5）然后再进水，重复（1）至（4）步，如此循环共2次。
（6）洗衣过程完成，报警3s并自动停机。
2.强制停止
“强制停止”方式具体控制要求如下:
（1）若按下“停止”按钮，洗衣过程停止，即洗涤电机和脱水桶停止转动、进水电磁阀和排水电磁阀全部闭合。
（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。
2系统硬件的设计
2.1 PLC的选型
2.1.1 I/O点数统计
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%的备用量。该系统有11个数字输入点6个数字输出点，具体的输入输出见表2.1
表2.1 对应设备及功能表
对应的外部设备对应的输出设备
启动按扭进水电磁阀
停止按扭排水电磁阀
水位选择开关（高水位）洗涤电动机正转继电器
水位选择开关（中水位）洗涤电动机反转继电器
水位选择开关（低水位）脱水桶
手动排水开关报警器
手动脱水开关
高水位传感器
中水位传感器
低水位传感器
水排空传感器
2.1.2 I/O储存器容量的估算
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：10—20B/点
开关量输出元件：5—10B/点
定时器/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11个数字输入点6个数字输出点，需内存280B，有定时器6个，计时器2个，需内存16B，考虑余量后需要内存370B。
2.1.3 CPU功能与结构的选择
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、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。同时由于该模块采用交流220V供电，并且自带14个数字量输入点和10个数字量输出点，完全能满足全自动洗衣机控制系统的要求，所以不再需要另外的电源模块、数字量和输出模块。综上所述此次设计选用西门子S7-200型PLC。根据以上要求PLC的控制系统框图如下图2.1
图2.1控制系统框图
2.2 I/O分配表
2.2.1输入地址分配表
列出全自动洗衣机的输入分配表，见表2.2。
表2.2输入地址分配表
输入地址对应的外部设备
I0.0 启动按扭
I0.1 停止按扭
I0.2 水位选择开关（高水位）
I0.3 水位选择开关（中水位）
I0.4 水位选择开关（低水位）
I0.5 手动排水开关
I0.6 手动脱水开关
I0.7 高水位传感器
I1.0 中水位传感器
I1.1 低水位传感器
I1.2 水排空传感器
2.2.2 输出地址分配表
列出全自动洗衣机的输出分配表，见表2.3。
表2.3输出地址分配表
输出地址对应的输出设备
Q0.0 进水电磁阀
Q0.1 排水电磁阀
Q0.2 洗涤电动机正转继电器
Q0.3 洗涤电动机反转继电器
Q0.4 脱水
Q0.5 报警器
2.2.3内部元件地址分配表
全制动洗衣机控制时，需用到PLC内部的计时器和计数器对其进行过程控制，
现对控制中要用到的内部位元件地址分配表归纳如表2.4。
表2.4内部地址分配表
定时器/计时器对应的作用
T37 进水暂停计时
T38 正洗计时
T39 正洗暂停计时
T40 反转计时
T41 反转暂停计时
T42 脱水计时
T43 报警计时
C50 正反洗循环计数
C51 大循环计数
2.3PLC外部接线图
根据全自动洗衣机的控制要求，对系统控制的I/O点数进行了统计和PLC型号进行了选择，现根据以上的统计和选择对控制系统PLC的外部接线设计如下图2.2。
图2.2 PLC外部接线图
3.系统软件的设计
3.1 系统流程图
3.1.1强制停止流程图
图3.1 强制停止流程图
3.1.2正常运行流程图
全自动洗衣机正常运行时即洗衣机按照程序设定依次完成依次洗衣过程，从选择水位，按下启动按扭，开始进水直到水满（即水位达到高水位）时停止进水开始洗涤正转，洗涤时，正转30秒，停两秒，然后反转30秒，停2秒，如此循环5次，总共320秒开始排水，水位下降到低水位时开始脱水并继续排水，脱水30秒，开始清洗，重复以上过程，清洗两遍，清洗完成，报警3秒并自动停机。按照以上的工作流程，作出全自动洗衣机的正常运行工作流程图见图3.2。
江苏畜牧兽医职业技术学院毕业论文（设计）
图3.2 正常运行流程图
3.2 程序设计
3.2.1 PLC控制顺序功能图
顺序功能图，它是描述控制系统的控制过程、功能和特性的一种图形，顺序功能图并不涉及所描述的控制功能的具体技术，他是一种通用的技术语言。全自动洗衣机控制系统PLC控制状态流程图见图3.3
图3.3 PLC控制状态流程图
3.2.2 系统梯形图
现利用STEP7-Micro/WIN编程软件做出全自动洗衣机控制系统梯形图。
STEP7-Micro/WIN编程软件是专为西门子S7-200而设计的，在个人计算机的WINDOWS操作系统下运行，功能强大、使用方便、简单易学。其编写好的程序可通过专用编程线缆下载的PLC中运行。也可以导出后在仿真软件中进行测试。系统梯形图如下图3.4