自动控制课程设计

河南科技大学课程设计说明书课程名称电气控制技术课程设计题目全自动洗衣机PLC控制学院班级学生姓名指导教师日期 2015年7月10日电气控制技术课程设计任务书姓名班级学号设计题目全自动洗衣机PLC 控制控制要求1．工艺要求及动作流程洗衣机的应用现在比较普遍。

全自动洗衣机的实物示意图如下图1所示。

进水口启动按钮停止按钮排水按钮控制器高水位开关低水位开关排水口内桶外桶波盘洗涤电机图1 自动洗衣机示意图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。

2．控制要求PLC 投入运行，系统处于初始状态，准备好启动。

（1） 按下启动按扭及水位选择开关，开始进水，水满（即水位到达高低）时停止进水。

（2）2秒后开始洗涤。

（3）洗涤时，正转15秒后暂停，暂停3秒后开始反转洗涤，反转洗涤15秒后暂停，暂停3秒。

（4）如此循环3次后开始排水，排空后（水位下降到低位）开始脱水并继续排水。

脱水10秒即完成一次从进水到脱水的工作循环过程。

（5）若未完成3次大循环，则返回从进水开始的全部动作，进行下一次大循环；若完成了3次大循环，则进行洗完报警。

（6）报警10秒结束全部过程，自动停机。

（7）此外按排水按钮可实现手动排水；按停车按扭可停止进水、排水、脱水及报警。

设计任务及要求1.根据控制要求，制定合理的设计方案。

2.正确选用PLC，确定输入、输出设备。

完成PLC的I/O点分配，并绘制接线图。

3.设计PLC控制程序（1）绘制系统功能表图（2）设计梯形图，并加以注释（3）模拟调试4.绘制有关图纸：电气控制原理图（主电路和控制电路）5.完成课程设计说明书，总量不少于15页A4纸。

设计时间安排查阅资料（1天）设计并绘制电气控制原理图（2天）设计PLC控制程序（2天）模拟调试（2天）撰写课程设计说明书（2天）答辩（1天）主要参考文献[1]史国生主编.电气控制与可编程控制器技术（第三版）.北京：化学工业出版社，2010[2]罗雪莲编著.可编程控制器原理及应用. 北京：清华大学出版社,2008[3]钟肇新，范建东.可编程控制器原理及应用（第4版）. 广州：华南理工大学出版社，2008[4]柳春生编著.电器控制与PLC（西门子S7-300机型）.北京：机械工业出版社，2010[5]吉顺平．可编程序控制器原理与应用．北京：机械工业出版社，2011指导教师签字：年月日全自动洗衣机PLC控制摘要本文是基于PLC控制设计的全自动洗衣机，目前随着PLC价格下降，PLC的应用不断普及，同时，PLC本身所具有的：可靠性高、抗干扰能力强、编程简单、体积小、功耗低、便于维护等特点使得PLC成为工控领域的首选控制器，所以可以应用该产品进行研发，从而达到洗衣机自动化控制，更多的赢得消费者的青睐。

最后就本课题所做的工作进行了总结，并对进一步的研究提出了自己的看法。

本次设计的全自动洗衣机工艺要求有待改善，不可以单独脱水及洗衣时间的设置；由于时间有限，没做进一步的改善。

基于全自动洗衣机在日常生活中广泛运用，本设计具有广泛的推广价值。

关键词：PLC控制全自动梯形图指令程序目录一绪论 (1)1.1 全自动洗衣机的应用现状 (1)1.2 设计全自动洗衣机的意义 (1)1.3 全自动洗衣机的工作原理 (1)二全自动洗衣机控制系统的硬件设计 (2)2.1 控制系统的芯片选择 (2)2.2 PLC控制 (2)2.2.1 PLC控制系统设计的基本原则 (2)2.3 模块功能概述 (3)2.4 控制系统硬件接线图 (3)三全自动洗衣机控制系统流程设计和调试 (4)3.1 编程软件 (4)3.2 程序的流程图、构成和相关设置 (4)3.2.1 流程图 (4)3.2.2 程序的构成 (6)3.2.3 程序的下载、安装和调试 (6)四全自动洗衣机PLC控制系统程序设计 (7)4.1系统资源分配 (7)4.1.1 I/O地址分配 (7)4.1.2 数字量输入部分 (7)4.1.3数字量输出部分 (8)4.1.4 定时器部分 (8)4.1.5 计数器部分 (9)4.2源程序 (9)4.2.1 启动全自动洗衣机 (9)4.2.2 进水阀控制 (10)4.2.3洗涤控制 (11)4.2.4 出水阀控制 (14)4.2.5 脱水计时 (15)4.2.6 清洗和漂洗计数 (15)4.2.7 报警输出 (16)4.3 仿真结果 (17)五总结 (19)一绪论1.1 全自动洗衣机的应用现状目前洗衣机是一种耳熟能详的家用电器，随着科技的进步和人们生活质量的提高，以及人们对精神文明的高度追求，那么全自动洗衣机也揭开了面纱，现在做的比较好的，国内有小天鹅、海尔、荣事达等等，国外有西门子，博世等等。

这些厂家所生产的全自动洗衣机还是比较好的，但所谓物以稀为贵，所以相对来说价格还存在很大的异议。

而人们追求的高质量生活，也就对这些不是很过问了，只要买来好用就可以了，所以目前市场上还是有很大的发展空间。

1.2 设计全自动洗衣机的意义全自动洗衣机以其固有的优点还是赢得了很多的消费者的信赖，应用而生，它将是现在到未来的星星产品，所以有必要开发和改善现有的全自动洗衣机，应用最先进的科技技术，投入最少的资金。

而目前随着PLC价格下降，PLC的应用不断普及，同时，PLC本身所具有的：可靠性高、抗干扰能力强、编程简单、体积小、功耗低、便于维护等特点使得PLC成为工控领域的首选控制器，所以可以应用该产品进行研发，从而达到洗衣机自动化控制，更多的赢得消费者的青睐。

1.3 全自动洗衣机的工作原理洗衣机的进水、排水分别由进水电磁阀和排水电磁阀执行。

洗涤正转、反转由洗涤电动机驱动波盘正、反转来实现。

脱水时，由脱水电磁离合器合上、排水电磁阀吸合，洗涤电动机正转进行甩干。

洗涤完成由蜂鸣器报警。

二全自动洗衣机控制系统的硬件设计2.1 控制系统的芯片选择全自动洗衣机控制系统选择西门子公司的S7-200系列PLC（6ES7 214-1AD23-0XB0）作为控制单元。

2.2 PLC控制2.2.1 PLC控制系统设计的基本原则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：（1）最大限度地满足被控对象的控制要求充分发挥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。

（2）、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。

（3）、在满足控制要求的前提下，力求简单、经济、使用及维修方便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。

（4）、考虑到生产发展和工艺的改进，在选用PLC 时，在I /O 点数和内存容量上适当留有余地。

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。

（5）、 软件设计主要是指编写程序，要求程序结构清楚，可读性强，程序简短，占用内存少，扫描周期短。

2.3 模块功能概述由于该模块采用直流24 V 供电(直流晶体管输出)，有14点数字量输入和10点数字量输出，完全能满足全自动洗衣机控制系统的要求，所以不在需要另外的数字量输入/输出模块。

2.4 控制系统硬件接线图全自动洗衣机的控制系统硬件接线示意图如图2-1所示。

S 7-200I0.0I0.1I0.3I0.4I0.2I0.6M1I0.5I1.2I1.0I1.1I0.7L+M2M3Q0.1Q1.0Q0.4Q0.6Q0.3Q0.2Q0.5Q0.7Q0.0L1N J2J3J4J5HA 报警排水阀控制继电器电动机反转继电器电动机正传及脱水继电器进水阀控制继电器启动指示灯HL1HL2HL3高水位指示灯中水位指示灯低水位指示灯SB1SB2SB3SB4SB5SB6SB7ST2ST3ST4ST1启动按钮停止按钮高水位按钮中水位按钮低水位按钮手动排水按钮手动脱水按钮高水位检测开关中水位检测开关低水位检测开关排空检测开关电源图2-1 全自动洗衣机的控制系统硬件接线示意图三全自动洗衣机控制系统流程设计和调试3.1 编程软件以西门子公司为S7-200PLC设计的V3.2 STEP 7 MicroWIN SP4编程软件。

3.2 程序的流程图、构成和相关设置3.2.1 流程图⑴正常运行流程图正常运行流程图如图3-1所示。

流程图描述：按下启动按扭，开始进水，进水到规定高度，使水位开关接通,实现洗涤正转，并停止进水，2秒后开始洗涤，洗涤正转15 秒后，停止3秒，反转15秒后，停3秒。

计数器加1，累计洗涤次数；若未满3次则重复进行洗涤，直至洗涤达到3次，开始排水。

由于排水，水位降低，当水位低于规定下限水位时，排空检测开关接通，开始脱水，脱水10S后，计数器加1，脱水停止。

然后再返回到进水动作，重复上述过程3次，报警10秒并停机。

NYNYNY NYNN YY 图3-1 正常运行流程图启动 进水停止进水2S 后洗涤正转15S 暂停3S 洗涤反转15S暂停3S洗3次排水 脱水10S 脱水3次报警10S 停机水满3.2.2 程序的构成在自动方式下，PLC将运行已经设置好的程序和参数（用于全自动洗衣机一切都工作正常的情况下）。