题目：基于S7-200 PLC自动洗衣机控制系统设计题目名
基于S7-200 PLC自动洗衣机控制系统设计
称
一、设计技术要求：
设计一个基于S7-200全自动洗衣机，实现洗衣、漂洗、脱水功能。
二、设计的主要内容与要求：
1.完成控制系统的硬件设计，主要包括：电气元件的选择、电气原理图设计、可编程控制器输入输出接线图设计及控制面板设计等。
2.完成控制梯形图的软件设计，主要包括：控制程序流程图设计、梯形图程序设计及仿真调试。
3.完成课程设计说明书的撰写，主要包括：封面、目录、设计任务书、设计总体思路、硬件设计、软件设计、总结体会、参考文献等，设计进度及安排。
三、设计进度及安排：
第一周：
星期一、二讲解设计课题内容、布置任务及要求
星期三、四PLC输入输出接线图，初步设计
星期五梯形图，控制面板图初步设计
第二周：
星期一、二PLC输入输出接线图，梯形图，控制面板的修改
星期三、四绘图，系统仿真调试，写说明书及操作使用说明
星期五完善上述设计内容，装订设计说明书，答辩
指导教师签字：
PLC全自动洗衣机指导老师：
目录
一.设计目的 (1)
二．设计任务与要求 (1)
1 PLC设计任务 (1)
2 系统的控制要求 (2)
三.系统的硬件电路设计 (4)
1 全自动洗衣机的工作原理 (4)
2 主电路设计 (4)
四. PLC选择及I/O连接图 (5)
1 PLC选择 (5)
2系统资源分配 (7)
3 I/0连接图 (8)
五. 流程图、梯形图 (8)
1 工作流程图 (8)
2 梯形图 (12)
课程设计总结 (19)
参考文献 (20)
PLC课程设计电气工程及其自动化091班一.设计目的
通过对基于S7-200PLC全自动洗衣机的工作原理的分析、系统设计、编程、及上机调试工作的实践，了解电器控制系统的一般设计思路，熟悉和掌握外围电路系统和软件设计的方法，并掌握利用PC对PLC工作状况进行监控的方法。
二．设计任务与要求
1 PLC设计任务
PLC在全自动洗衣机控制系统中的任务如下：
1)检测功能
●检测洗衣机的水位:选择的是高水位还是低水位。
●检测进水是否完成。
●检测排水是否完成。
2）控制功能
●控制进水、排水、洗衣、漂洗、脱水等洗衣机的动作。
●控制洗衣、漂洗、脱水等的时间长短。
●控制洗衣、漂洗的次数。
●控制洗衣机完成一个动作后到下一个动作的准确切换。
●控制完成洗衣时的报警提示。
除此之外，还需要考虑外观设计、造型等方面。尤其是全自动洗衣机的控制面板设计必须符合人机界面的基本要求。
1
PLC全自动洗衣机指导老师：进水排水脱水蜂鸣器
启动停止高水位低水位
图1 全自动洗衣机的控制面板
2 系统的控制要求
全自动洗衣机控制系统的详细工作过程如下：
（1）用户放入衣物后按下启动按钮，洗衣机电源接通，准备进入洗衣状态。
（2）用户设置洗涤次数（水位高低）。
（3）打开进水电磁阀，开始注水。
（4）水位探测器检测到水已到位，开始洗衣子过程。
（5）电动机正转5S。
（6）正转完成后暂停1S。
（7）电动机反转5S。
（8）反转完成后暂停1S。
（9）若正反转未满30次时，返回从正洗开始的动作。
（10）若正反洗涤满30次时则开始排水，排水时间3min。
（11）洗衣机关闭排水电磁阀。
（12）重复（3）~（11）步骤一次。
（13）洗衣机打开进水电磁阀，开始注水。
（14）水位探测器检测到水已到位，开始漂洗子过程。
2
PLC课程设计电气工程及其自动化091班（15）电动机正转2S。
（16）正转完成后暂停1S。
（17）电动机反转2S。
（18）反转完成后暂停1S。
（19）若正反转未满30次时，返回从正洗开始的动作。
（20）若正反洗涤满30次时则开始排水，排水时间3min。
（21）洗衣机关闭排水电磁阀。
（22）重复（13）~（22）步骤一次。
（23）洗衣机控制脱水电磁离合器，进行脱水，同时打开排水电磁阀，使得脱水出来的水可以及时地排出去。
（24）持续脱水2分钟。
（25）完成洗衣。
图 2 洗衣机示意图
3
PLC 全自动洗衣机 指导老师：
4
三.系统的硬件电路设计
1 全自动洗衣机的工作原理
以日常生活中最常见的波轮式全自动洗衣机为例，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，通过电控系统使进水阀打开，经进水管将水注入到外桶。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。波轮式全自动洗衣机的实物示意图如图3所示。
2 主电路设计
家用洗衣机电相为单相电机，常采用电容启动，单相电机改变转向的原理是：
副绕组的电流超前或者滞后于主绕组便可以正转或者反转。根据这个原理你可
以调换主绕组或者副绕组的接线端即可。 图3 单相电机正反转接线图
图4 单相电机正反转内部线路示意图
M
KM1
KM2
～220V
～220V
PLC课程设计电气工程及其自动化091班四. PLC选择及I/O连接图
1 PLC选择
本系统涉及器件较多，需用到输入点6个，输出点6个，故选择S7-200系列CPU222型PLC。
1．自动根据对全自动洗衣机控制系统的功能分析,可知其主要的输入和输出信号如下。1）启动按钮
启动按钮在用户将衣物放入洗衣机后按下，在全自动洗衣机开始工作，用来控制全自动洗衣机是否开始工作。
2）停止按钮
在洗衣的全过程中，按下停止按钮，洗衣机就会立即停止工作，用来控制全自动洗衣机是否停止工作。
3）高水位按钮
按下高水位按钮，表示选择了高水位。一旦选择了高水位，洗衣机在洗衣过程中桶内的水位将保持系统设定中的两个水位中的相对高一点的水位。
4）低水位按钮
按下低水位按钮，表示选择了低水位。一旦选择了低水位，洗衣机在洗衣过程中桶内的水位将保持系统设定中的两个水位中的相对低一点的水位，但是同样可以完成洗衣过程。用户在使用中只能选择高、低水位中的一。但是，为了防止用户不小心同时按下了高水位和低水位按钮必须在设计中考虑到高水位和低水位的互锁；也可以将高水位和低水位的选择按钮设置成一个旋钮，避免了这种情况的发生。
5）高水位探测器
高水位探测器用来检测洗衣机的水位是否达到了高水位。
6）低水位探测器
低水位探测器用来检测洗衣机的水位是否达到了高水位。
5
PLC全自动洗衣机指导老师：
高、低水位探测器采用的都是数字量输出式水位探测器，这样就可以直接将高、低水位探测器的输出字节送至PLC主机的数字量输入端口上。
7）进水电磁阀
进水电磁阀用来控制洗衣机的进水。当洗衣机需要外界进水时，PLC主机发出控制信号，进水电磁阀打开，水自动关闭进水电磁阀，控制洗衣机进入下一个洗衣步骤。
8）电动机正转接触器
可以直接用PLC主机的数字量输出端口来连接电动机正转接触器，电动机正转接触器用于plc主机控制洗衣机电动机的正转。
9）电动机反转接触器
可以直接用plc主机的数字量输出端口来连接电动机反转接触器，电动机反转接触器用于plc主机控制洗衣机电动机的反转。
10）排水电磁阀
排水电磁阀用来控制洗衣机的排水。当洗衣机在完成洗衣或漂洗后，plc主机发出控制信号，排水电磁阀打开，洗衣桶内的脏水就会派出洗衣机外排水完毕后，plc主机发出信号自动关闭排水电磁阀，控制洗衣机进入下一个洗衣步骤。
11）脱水电磁离合器
脱水电磁离合器用于plc主机控制全自动洗衣机进行脱水，可以直接使用plc主机的数字量输出端口来控制脱水电磁离合器，从而达到控制脱水执行电动机的目的。在脱水过程中不涉及电动机的调速问题。
12）报警蜂鸣器
报警蜂鸣器用于只是洗衣过程中的一些声音提示。可以直接用plc主机的数字量输出端口来控制直流供电的报警蜂鸣器。
通过对各个输入信号和输出信号进行分析后得知，该全自动洗衣机控制系统中有六个数字量输入和六个数字量输出，共十二个I/O 点，根据I/O点数和容量可以选择S7——200系列plc中的CPU222作为主机。
6
PLC课程设计电气工程及其自动化091班
2系统资源分配
1）I/O点数的分配及接线
在对全自动洗衣机的各个硬件组成部分进行了详细分析后，可以对PLC主机的I/O点数进行分配，见表3-1
2) 输入地址分配
全自动洗衣机控制系统的输入有启动、停止、高水位、低水位以及高水位、低水位共6个输入点。具体的输入分配如表3-1所示。
3) 输出地址分配
全自动洗衣机控制系统的外部设备有进水电磁阀、排水电机继电器、主电机正/反转洗涤继电器、蜂鸣器。具体的输出分配如表3-1所示。
表3-1 全自动洗衣机控制系统I/O分配表
名称地址符号说明
输入信号
启动按钮I0.0 SB1 启动洗衣机
停止按钮I0.1 SB2 停止洗衣机
高水位按钮I0.2 SB3 选择高水位
低水位按钮I0.3 SB4 选择低水位
高水位探测器I0.4 SB5 高水位检测
低水位按钮I0.5 SB6 低水位检测
输出信号
进水电磁阀Q0.0 KM1 进水控制电动机正转接触器Q0.1 KM2 电动机正转控制
电动机反转接触器Q0.2 KM3 电动机反转控制排水电磁阀Q0.3 KM4 排水控制脱水电磁离合器Q0.4 KM5 脱水控制报警蜂鸣器Q0.5 M1 声音提示
7
PLC 全自动洗衣机 指导老师：
8
3 I/0连接图
I0.0I0.1
I0.2
I0.3
I0.4
I0.5COM N
L
Q0.0
Q0.1
Q0.2
Q0.3
Q0.4
Q0.5
COM
KM1
KM2
S7-200
CPU222
SB1
SB2
SB3
SB4
SB5
SB6
KM3
KM4
KM5
M1
FU
启动按钮停止按钮
高水位按钮低水位按钮
高水位探测开关
低水位探测开关
交流220V
进水电磁阀
电动机正传接触器
电动机反传接触器
排水电磁阀
脱水电磁离合器
蜂鸣器熔断器
图 5 I/O 连接图
五. 流程图、梯形图
1 工作流程图
开始
PLC 课程设计 电气工程及其自动化091班
9
图6 全自动洗衣机控制系统PLC 的主程序流程图
启动
设置水位高低
洗衣子过程
完成两次洗衣过程？
漂洗子过程
完成两次漂洗过程？
脱水
脱水时间T=60s
蜂鸣器报警
报警时间T=20s
N
Y N
N
N
Y Y Y 结束
PLC 全自动洗衣机 指导老师：
10
图7 洗衣子过程流程图
打开进水电磁阀
水是否到位？
电动机正转5s
电动机暂停1s
电动机反转5s
电动机暂停1s
满30次？
排水
N
排水时间T=180s?
Y N
N
Y
Y
洗衣子过程开始
洗衣子过程结束
PLC课程设计电气工程及其自动化091班漂洗子过程开始
漂洗子过程结束
图8 漂洗子过程流程图
11
PLC 全自动洗衣机 指导老师：
12
2 梯形图
全自动洗衣机控制系统的西门子S7-200系列PLC CPU222的梯形图程序 主程序
洗衣机启动 洗衣机停止
高水位选择
启动后依次进入洗衣、漂洗子程序
低水位选择
洗衣、漂洗完成后开始脱水
脱水完成后报警20S
PLC课程设计电气工程及其自动化091班洗衣子程序
洗衣开始进水
高水位探测开关
低水位探测开关
水位到后关闭进水
电磁阀洗衣机开始
洗衣
洗衣循环30次
13
PLC全自动洗衣机指导老师：
14
电动机正转5s
电动机暂停1s
电动机反转5s 电动机暂停5s
PLC课程设计电气工程及其自动化091班
15 未满30次返回循环洗衣子过程结束电动机排水180s
PLC全自动洗衣机指导老师：漂洗子程序
漂洗开始进水
高水位探测开关
低水位探测开关
水位到后关闭进水
电磁阀,洗衣机开始
洗衣
漂洗循环30次
16
PLC课程设计电气工程及其自动化091班
17
电动机正转5s
电动机暂停1s 电动机反转5s
电动机暂停1s
PLC全自动洗衣机指导老师：
18
未满30次
返回循环
电动机
排水180s
漂洗子过程结束