PLC在全自动洗衣机控制系统中的应用[1]

摘要选择西门子S7-200系列可编程控制器作为控制系统的核心，使其能在恶劣的环境下，能高可靠地连续工作；另外通过USS协议来控制MM440变频器，实现交流变频调速，从而简化传动系统，减少机械故障。

在硬件上，通过分析控制功能要求，确定输入与输出，选择相应的元件，画出了控制系统的电气原理图。

在软件上，设置各个洗衣过程参数，用顺序功能图介绍程序的运行过程；在变频器的初始参数表配合下，用梯形图实现对变频器的控制。

实验结果表明，系统满足工业洗衣机的控制要求。

关键词：工业洗衣机可编程控制器变频器AbstractSelect Siemens S7-200 series PLC as the core control system, which can work high reliability in harsh conditions. By USS agreement to control the MM440 inverter , AC frequency control, which can simplify transmission system, and reduce mechanical failure.In hardware, by analyzing the control requirements, determine the input and output, choose corresponding element, draw a diagram of electrical control system. In software, set in the washing laundry process Parameter, use Sequential Function Chart state the program is running. In the inverter with the initial parameter table, use ladder diagram to achieve the control of the inverter. Experimental results show that the control system meets the requirements of industrial washing machine.Keywords：industrial washing machine program logic control inverter目录前言 (1)第一章可编程控制器介绍 (3)1.1可编程控制器概述 (3)1.2可编程控制器的组成 (4)1.3可编程控制器的工作原理 (7)第二章变频器介绍 (9)2.1交流电动机转速控制 (9)2.2异步电动机对供电装置的要求 (9)2.3变频器的控制方式及分类 (10)第三章全自动工业洗衣机设计 (11)3.1控制要求分析 (11)3.2硬件设计 (12)3.2.1元件选型 (12)3.2.2硬件电路连接图 (17)3.3软件设计 (20)3.3.1洗衣各过程参数设置 (20)3.3.2各子程序介绍 (22)第四章总结 (37)参考文献 (38)致谢 (39)前言工业洗衣机主要用于宾馆、酒店、学校宿舍等需要洗衣量大、洗衣次数频繁的地方，这就要求洗衣机的洗涤效果好、容量大、故障少、可靠性高、寿命长、磨损小、噪声低、运行平稳，正是基于这些要求，工业洗衣机才首选滚筒式结构。

现代滚筒式洗衣机，一般采用不锈钢内、外筒密封设计，所以运行时噪声小；通过内筒有规律的正、反滚动形成的水流冲击，使水、衣物相互摩擦，这样柔和的洗涤衣物，使磨损大大降到，而且不会缠绕，可以减小衣物的报废率，对酒店等节约成本，具有直接的经济意义。

传统工业洗衣机的程序控制器与水位、水温等控制是分开的，目前已淘汰，随着计算机技术的发展，单片机与PLC已成为洗衣机的主流控制器。

单片机就是在一片半导体硅片上集成了微处理器、存储器和各种I/O接口，这一块集成电路芯片具有一台微型计算机的属性。

它主要用于测控领域，用以实现各种测试和控制功能。

单片机体积小，集成度高，性能稳定，种类多，价格便宜，适合大规模生产，但是它只能在特定的环境中使用，无法适应电磁干扰、粉尘恶劣的环境，另外寿命也不很高，这些特点满足家用洗衣机（产量多、价格低）的要求，所以市场上家用洗衣机常使用单片机作控制器。

而PLC专为工业环境应用而设计，它的稳定性高，抗干扰性强，寿命长，环境适应能力强，输入输出接口多，虽然其价格比单片机高，但适合工业洗衣机的需要，再加上工业洗衣机利润高，因此现代工业洗衣机普遍采用PLC控制。

工业洗衣机的洗涤工艺一般由正反转洗涤、均布排水和脱水等几部分组成，整个洗涤控制的关键是低速洗涤时有很平滑的力矩以及脱水时有很高的旋转速度。

洗衣机的传动系统相当复杂，在洗涤和脱水时电机转速相差很大，一般为多台笼型电机采用离合器切换运转实现速度调节，而且由于负载很大，为了获得大的起动转矩要采用大电阻电机，减速时还另需制动装置，随着变频调速技术的发展，这种系统已不合洗衣机的发展要求。

本设计采用Siemens S7-200 PLC和MM440型变频器作为工业洗衣机的控制系统。

可编程控制器的使用提高了系统的抗干扰能力，保证了系统的稳定性；变频器的使用显著提高了工业洗衣机的性能，可用一台电动机从低速到高速大范围调节，满足低速洗涤大转矩和高速脱水的要求，且传动装置可做得很小，控制性能和操作性能大幅提高，另外，变频器的使用可以节约大量的水和电，这对于使用者来说，具有重要的经济意义。

第一章可编程控制器介绍1.1可编程控制器概述可编程控制器简称PLC（Program Logic Control）。

国际电工委员会(IEC)颁布的对PLC的定义为：可编程控制器是一种数字运算操作的电子系统，专为在工业环境下的应用而设计。

它采用可编程的存储器，用来在其内部存储执行逻辑运算、顺序控制、定时、计数和算术运算等操作的指令，并通过数字的、模拟的输入和输出来控制各种类型的机械或生产过程。

可编程控制器及其有关设备，都应按易于与工业控制系统形成一个整体，易于扩充其功能的原则设计。

由此可知，PLC是专为“工业环境下应用而设计”，“易于与工业系统联成一体”。

a.可编程控制器的主要特点（1）可靠性高，抗干扰能力强。

高可靠性往往是用户选择控制装置的首要条件。

继电器接触器系统中，由于器件的老化、脱焊、触点的抖动以及触点电弧等现象大大降低了系统的可靠性。

而在PLC系统中，大量的开关动作是由无触点的半导体电路来完成的，加上PLC充分考虑了工业生产环境电磁、粉尘、温度等各种干扰，在硬件和软件上采取了一系列抗干扰措施，因而具有极高的可靠性。

据有关资料统计，目前各生产厂家生产的PLC，其平均无故障时间都大大超过了IEC规定的10万小时，有的甚之达到了几十万小时。

（2）适应性强，应用灵活。

由于PLC产品均成系列化生产，品种齐全，多数采用模块式的硬件结构，组合和扩展方便，用户可根据自己的需要灵活选用，以满足系统大小不同及功能繁简各异的控制要求。

重要的是，PLC系统接线很少，其主要功能是通过程序实现的，在需要修改设备的控制功能时，只要修改程序，修改接线的工作量很小。

（3）功能强，扩展能力强。

PLC中含有数量巨大的供用户使用的编程软元件，可轻松的实现大规模的控制。

PLC配合功能单元能方便地实现A/D、D/A转换及PID 运算，实现过程控制、数字控制等功能。

PLC具有通信联网功能，它不仅可以控制一台单机，一条生产线，还可以控制一个机群，许多生产线。

它不但可以进行现场控制，还可以用于远程监控。

（4）维修方便，简单，工作量少。

PLC有完善的自诊断、履历情报存储及监视功能。

对于其内部工作状态、通信状态、异常状态和I/O点状态均有显示。

工作人员通过这些信息可以查找故障原因，便于迅速处理。

（5）编程简单，易于使用。

易于使用PLC的编程可采用与继电器极为相似的梯形图语言，直观易懂，深受现场电气技术人员的欢迎。

（6）体积小，能耗低，易于机电一体化。

b.可编程控制器主要用途（1）数字量逻辑控制：这是PLC应用最广的领域，用以取代传统的继电器控制。

含触点的串、并联及组合逻辑或控制、定时、计数控制等。

PLC可应用于单片机控制、多机群控、生产自动线控制。

其应用领域已遍布各行各业，甚至深入到家庭。

（2）运动控制：PLC使用专用运动控制模块，对直线运动或圆周运动的位置、速度和加速度运行控制，可实现单轴、双轴、三轴和多轴控制。

使运动控制与逻辑控制结合起来，可编程运动控制可以用于各种机械，如机床、装配机械、机器人、电梯等。

（3）过程控制：通过模拟量I/O模块，PLC能控制大量的物理参数，如温度、压力、速度和流量等。

PID功能的提供使PLC具有闭环控制能力，可用于过程控制。

使PLC广泛地应用于塑料成型、加热炉、热处理设备、锅炉及轻化工、冶金、电力等行业。

（4）数据处理：现代可编程控制器具有数学运算、数据传送、转换、查表、排序、位操作等工能，可以完成数据的采集及处理。

运算数据可以与参考值比较用于控制，也可以通过通信传送给其他智能装置，或将数据打印制表。

数据处理一般用于大型控制系统，如过程控制系统、无人柔性控制系统等。

（5）通信联网：可编程控制器通信包括主机与远程I/O之间的通信、多台可编程控制器之间的通信、可编程控制器与其他智能控制设备，如计算机、变频器、数控装置之间的通信，这些设备由于网络组成集中管理分散控制的分布式控制系统，极大地提高了控制的可靠性。

1.2可编程控制器的组成根据结构不同，PLC可分为整体式（单元式）和组合式（也称模块式）两类：（1）整体式结构的PLC将中央处理单元（CPU）、存储器、输入单元、输出单元、电源、通信端口、I/O扩展端口等组装在一个箱体内构成主机，另外还有独立的I/O扩展单元及扩展模块等与主机配合使用。

整体式PLC结构紧凑、体积小，小型机常采用这种结构，其组成示意图见图1－1所示。

EPROM可编程终端…图1－1整体式PLC的组成示意图（2）组合式的PLC是将CPU、输入单元、输出单元、电源单元、智能I/O单元、通信单元等分别做成单个的电路或模块，各模块可以插在带有总线的底板上。

组合结构PLC的特点是配置灵活，输入接点、输出结点的数量可灵活选择，各种功能模块可以依需要配置，中、大型常用组合式结构。

可编程控制器主要组成部分介绍：（1）中央处理器（CPU）CPU是PLC的核心，它按PLC中系统程序赋予的功能指挥PLC有条不紊地进行工作。

主要用途如下：1)接收从编程器输入的用户程序和数据，送入存储器存储；2)用扫描方式接收输入设备的状态信号，并存入相应的数据区（输入映像寄存器)；3)监测和诊断电源、PLC内部电路的工作状态和用户编程过程中的语法错误等；4)执行用户程序。