電氣自動化畢業(yè)設(shè)計--基于plc的全自動洗衣機控制系統(tǒng)設(shè)計

1、<p>　　畢 業(yè) 設(shè) 計 </p><p>　　基于PLC的全自動洗衣機控制系統(tǒng)設(shè)計</p><p>　　系 部 信息工程系</p><p>　　專業(yè)名稱 供配電技術(shù)</p><p><b>　　二○一三年 一月</b></p><p>　　2013屆畢業(yè)設(shè)計（論文）任務(wù)

2、書</p><p>　題目名稱一種基于PLC的全自動洗衣機PLC控制</p><p>　課題來源自定指導(dǎo)教師xx</p><p>　起止日期</p><p>　設(shè)計內(nèi)容、主要技術(shù)參數(shù)與工作量（計算說明書、論文字?jǐn)?shù)、圖紙張數(shù)、外文翻譯、計算機應(yīng)用）控制要求如下：（1） 按下啟動按扭及水位選擇開關(guān)，開始進水直到高（中、 低）水 位，關(guān)水（2）2秒

3、后開始洗滌（3）洗滌時，正轉(zhuǎn)30秒，停2秒，然后反轉(zhuǎn)30秒，停2秒（4） 如此循環(huán)5次，總共320秒后開始排水，排空后脫水30秒（5） 開始清洗，重復(fù)（1）～（4），清洗兩遍（6） 清洗完成，報警3秒并自動停機 （7） 若按下停車按扭，可手動排水（不脫水）和手動脫水（不計數(shù)）</p><p>　課題要求及目標(biāo)按要求設(shè)計出這一控制系統(tǒng)，選擇合適的PLC機型，畫出硬件原理圖，編寫程序，并按時完成

4、5000~8000字的設(shè)計說明書。</p><p>　使用的工具軟件CAD，PLC編程軟件，OFFICE辦公軟件。</p><p>　提交的設(shè)計資料1. 控制流程圖； 2. 硬件接線圖；3. 源程序代碼； 4. 設(shè)計說明書。</p><p>　進 度 計 劃</p><p>　階段日期計劃完成工作量指導(dǎo)教師檢查意見備注</

5、p><p>　12.3-12.8查閱資料編寫流程圖</p><p>　12.9-12.15畫出硬件接線圖</p><p>　12.16-12.29編寫源程序代碼</p><p>　12.30-1.6整理資料撰寫設(shè)計說明書</p><p><b>　　摘 要</b></p><

6、p>　　隨著科學(xué)技術(shù)不斷進步和社會飛速發(fā)展，洗衣機成為人民日常生活息息相關(guān)的家用電器產(chǎn)品，洗衣機的全自動化、多功能化、智能化是其發(fā)展方向。本次設(shè)計利用西門子公司生產(chǎn)的PLC控制全自動洗衣機，對其中軟件設(shè)計、硬件設(shè)計等問題進行了研究，實現(xiàn)了全自動洗衣機的自動運行和強制停止功能。</p><p>　　關(guān)鍵詞：全自動洗衣機；PLC；自動；控制</p><p><b>　　目

7、 錄</b></p><p><b>　　第一章 概述1</b></p><p><b>　　1.1任務(wù)分析1</b></p><p>　　1.2控制系統(tǒng)框圖2</p><p>　　1.3 PLC選型3</p><p>　　第二章 硬件電路設(shè)計5<

8、/p><p>　　2.1 洗衣機的PLC控制電路5</p><p>　　2.2 系統(tǒng)控制電路圖6</p><p>　　2.3器件的選擇7</p><p>　　2.4 控制系統(tǒng)面板布置圖設(shè)計14</p><p>　　2.5 控制系統(tǒng)接線圖設(shè)計14</p><p>　　2.6 控制系統(tǒng)外觀設(shè)計

9、圖設(shè)計16</p><p>　　第三章 系統(tǒng)軟件設(shè)計17</p><p>　　3.1 I/O分配表17</p><p>　　3.2 系統(tǒng)流程圖18</p><p>　　3.3 程序設(shè)計23</p><p>　　3.4 程序運行過程分析23</p><p><b>　　畢業(yè)設(shè)

10、計總結(jié)24</b></p><p><b>　　致 謝25</b></p><p>　　參 考 文 獻26</p><p><b>　　附錄27</b></p><p>　　附錄一：系統(tǒng)原理圖27</p><p>　　附錄二：控制系統(tǒng)面板布置圖2

11、9</p><p>　　附錄三：系統(tǒng)接線圖30</p><p>　　附錄四：外觀設(shè)計圖31</p><p>　　附錄五：元器件清單32</p><p>　　附錄六：系統(tǒng)梯形圖33</p><p><b>　　第一章 概述</b></p><p><b>　

12、　1.1任務(wù)分析</b></p><p>　　1.1.1 PLC簡介</p><p>　　可編程控制器（簡稱PLC）是一種數(shù)字運算操作的電子系統(tǒng)，是專為在工業(yè)環(huán)境下應(yīng)用而設(shè)計的。它采用可編程序的存儲器，用來在內(nèi)部存儲執(zhí)行邏輯運算、順序控制、定時、計數(shù)和算術(shù)運算等操作的指令,并采用數(shù)字式、模擬式的輸入和輸出,控制各種類型的機械或生產(chǎn)過程。</p><p>

13、　　PLC的主要特點有：運行穩(wěn)定可靠；可實現(xiàn)三電一體化；編程簡單、使用方便；體積小、重量輕、功耗低；設(shè)計、施工、調(diào)試周期短。</p><p>　　1.1.2 全自動洗衣機工作原理</p><p>　　普通洗衣機的工作流程示意圖如圖1.1所示</p><p>　　洗衣機的工作流程由進水、洗衣、排水、脫水4個過程組成。在半自動洗衣機中，這4個過程分別用相應(yīng)的按鈕開關(guān)來控

14、制。全自動洗衣機中，這4個過程可做到全自動依次運行，直至洗衣結(jié)束。</p><p>　　全自動洗衣機的洗衣桶（外桶）和脫水桶（內(nèi)桶）是以同一心安放的，內(nèi)桶可以旋轉(zhuǎn)，作為脫水用。內(nèi)桶的周圍有許多小孔，使內(nèi)桶和外桶的水流相通，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。進水時通過控制系統(tǒng)將進水電磁閥打開，經(jīng)進水管將水注入到外桶。排水時，通過控制系統(tǒng)將排水電磁閥打開，將水由外桶排到機外。洗滌正轉(zhuǎn)、反轉(zhuǎn)由洗滌電

15、動機驅(qū)動波盤的正、反轉(zhuǎn)來實現(xiàn)，此時脫水桶并不旋轉(zhuǎn)。脫水時，控制系統(tǒng)將離合器合上，由洗滌電動機帶動內(nèi)桶正轉(zhuǎn)進行甩干。高、中、低水位控制開關(guān)分別用來檢測高、中、低水位。啟動按鈕用來啟動洗衣機工作，停止按鈕用來實現(xiàn)手動停止進水、排水、脫水及報警。排水按鈕用來實現(xiàn)手動排水。</p><p>　　1.1.3 控制系統(tǒng)要求</p><p>　　全自動洗衣機控制系統(tǒng)的要求是能實現(xiàn)“正常運行”和“強制運行

16、”兩種控制方式。</p><p><b>　　1.正常運行</b></p><p>　　“正常運行”方式具體控制要求如下：</p><p>　?。?）將水位通過水位選擇開關(guān)設(shè)在合適的位置（高、中、低），按下“啟動”按鈕，開始進水，達到設(shè)定的水位（高、中、低）后，停止進水。</p><p>　?。?）進水停止2s后開始洗衣

17、。</p><p>　?。?）洗衣時，正轉(zhuǎn)30s，停2s，然后反轉(zhuǎn)30s，停2s。</p><p>　?。?）如此循環(huán)共5次，總共320s后開始排水，排空后脫水30s。</p><p>　?。?）開始清洗，重復(fù)（1）（4）步，清洗2遍。</p><p>　?。?）洗衣過程完成，報警3s并自動停機。</p><p>&l

18、t;b>　　2.強制停止</b></p><p>　　“強制停止”方式具體控制要求如下:</p><p>　?。?）若按下“停止”按鈕，洗衣過程停止，即洗滌電機和脫水桶停止轉(zhuǎn)動、進水電磁閥和排水電磁閥全部閉合。</p><p>　?。?）可用手動排水開關(guān)和手動脫水開關(guān)進行手動排水和脫水。</p><p>　　圖1.1 普通

19、洗衣機的工作流程示意圖</p><p><b>　　1.2控制系統(tǒng)框圖</b></p><p>　　通過上節(jié)對全自動洗衣機控制系統(tǒng)的要求分析，可以畫出如圖1.2所示的控制系統(tǒng)框圖。</p><p>　　圖1.2 全自動洗衣機控制系統(tǒng)圖</p><p><b>　　1.3 PLC選型</b><

20、/p><p>　　本次設(shè)計采用西門子S7-200系列PLC。根據(jù)控制系統(tǒng)圖可知共有11個輸入點6個輸出點并考慮到今后的調(diào)整和擴充，故該控制系統(tǒng)CPU模塊采用CPU-224(AC/DC/繼電器)模塊。該模塊采用交流220V供電，自帶14個輸入點和10個輸出點。I/O輸入點采用直流24V供電，I/O輸出點采用直流24V供電。CPU-224模塊完全能滿足全自動洗衣機控制系統(tǒng)的要求。如圖1.3所示為西門子CPU-224CNP

21、LC。</p><p>　　圖1.3 西門子CPU-224CN</p><p>　　第二章 硬件電路設(shè)計</p><p>　　2.1 洗衣機的PLC控制電路</p><p>　　如下圖2.1為全自動洗衣機的PLC控制系統(tǒng)主電路圖。 </p><p>　　圖2.1 洗衣機的控制系統(tǒng)主電路圖</p><

22、;p>　　2.2 系統(tǒng)控制電路圖</p><p>　　根據(jù)全自動洗衣機的控制要求，對系統(tǒng)控制的I/O點數(shù)進行了統(tǒng)計，現(xiàn)根據(jù)以上統(tǒng)計對控制系統(tǒng)的控制電路設(shè)計如下圖2.2。通過PLC來實現(xiàn)電動機的正反轉(zhuǎn)，并且實現(xiàn)洗衣機按預(yù)先設(shè)置的程序自動執(zhí)行，完成洗衣。當(dāng)需要手動排水與脫水時，可強制止自動程序的運行，跳出自動切換到手動操作。</p><p>　　圖2.2 系統(tǒng)控制電路圖</p>

23、;<p><b>　　2.3器件的選擇</b></p><p>　　2.3.1電機的選擇</p><p>　　根據(jù)本次設(shè)計要求和實際生活情況，選擇如下表3.1中所示規(guī)格電動機：</p><p>　　表2.1 電動機規(guī)格</p><p>　　圖2.3 科圣牌電動機</p><p>　

24、　2.3.2斷路器的選擇</p><p>　　2.3.3接觸器的選擇</p><p>　　2.3.4熱繼電器的選擇</p><p>　　2.3.5開關(guān)電源的選擇</p><p>　　根據(jù)全自動洗衣機的設(shè)計要求，為保證安全，外部電器（包括按鈕、電磁閥、蜂鳴器等）使用低電壓直流電，為此選擇了如下表3.2所示規(guī)格的開關(guān)電源，將交流電轉(zhuǎn)換為要求的直流

25、電。</p><p>　　表2.2 開關(guān)電源規(guī)格</p><p>　　圖2.10 開關(guān)電源</p><p>　　2.3.6水位檢測開關(guān)的選擇</p><p>　　根據(jù)設(shè)計要求，選擇Daehansensor 品牌的DP-100S 水位檢測開關(guān)。</p><p>　　圖2.11 水位檢測開關(guān)</p><

26、;p><b>　　主要技術(shù)參數(shù)：</b></p><p>　　供電電壓: DC12 ~ 30V </p><p>　　適用范圍 :0.1-2</p><p>　　壓力范圍 ：0-5 bar</p><p>　　適用溫度：0-50℃</p><p>　　水位檢測開關(guān)安裝示意圖如下圖2.3所示

27、</p><p>　　圖2.12 水位檢測開關(guān)安裝示意圖</p><p>　　2.3.7電磁閥的選擇</p><p>　　根據(jù)設(shè)計要求，選擇如下圖所示的電磁閥，規(guī)格如下表所示。</p><p>　　表2.3 電磁閥規(guī)格</p><p><b>　　圖2.13 電磁閥</b></p>

28、<p>　　2.3.8蜂鳴器的選擇</p><p>　　根據(jù)設(shè)計要求，選擇如下圖3.11所示的蜂鳴器，表3.5所示規(guī)格的壓電式蜂鳴器。</p><p>　　表2.4 壓電式蜂鳴器的規(guī)格</p><p><b>　　圖2.14蜂鳴器</b></p><p>　　2.3.9按鈕的選擇</p>&l

29、t;p>　　全自動洗衣機的人機接口中有按鈕，方便操作時也要保證安全，為此選擇了德力西品牌的低壓凸頭按鈕，并且?guī)в兄甘緹鬖ED，供電電壓為直流電24V。根據(jù)設(shè)計要求選擇如下表3.6所示的開關(guān)和相應(yīng)的數(shù)量。</p><p>　　表2.5 按鈕規(guī)格</p><p>　　2.3.10中間繼電器的選擇</p><p>　　2.3.11 減速離合器的選擇</p&g

30、t;<p>　　2.3.12接線端子的選擇</p><p>　　2.4 控制系統(tǒng)面板布置圖設(shè)計</p><p>　　布置圖中用了1000*600的底板，共SB1、SB2、SB3、SB4、SB5、SB6、SB7 7個直徑為φ27mm按鈕和一個直徑為φ20mm的蜂嚀器，按鈕和蜂嚀器在同一水平線上，距底板上沿50mm且各器件與之間的距離都為50mm。</p><

31、p><b>　　圖2.18布置圖</b></p><p>　　2.5 控制系統(tǒng)接線圖設(shè)計</p><p>　　接線圖中標(biāo)出了各器件的線號。</p><p><b>　　圖2.19 接線圖</b></p><p>　　2.6 控制系統(tǒng)外觀設(shè)計圖設(shè)計</p><p>　　圖

32、2.20外觀設(shè)計圖</p><p>　　第三章 系統(tǒng)軟件設(shè)計</p><p>　　3.1 I/O分配表</p><p>　　3.1.1 輸入地址分配表</p><p>　　列出全自動洗衣機的輸入分配表，見表3-1。</p><p>　　表3-1 輸入地址分配表</p><p>　　3.1.2 輸

33、出地址分配表</p><p>　　列出全自動洗衣機的輸出分配表，見表3-2。</p><p>　　表3-2 輸出地址分配表</p><p>　　3.1.3 內(nèi)部元件地址分配表</p><p>　　全自動洗衣機運行時，需要用到PLC內(nèi)部的定時器和計數(shù)器對其進行過程控制，現(xiàn)對控制中要用到的內(nèi)部位元件地址分配表歸納如表3-3。</p>

34、<p>　　表3-3 內(nèi)部地址分配表</p><p><b>　　3.2 系統(tǒng)流程圖</b></p><p>　　3.2.1 正常運行流程圖</p><p>　　全自動洗衣機正常運行時即洗衣機按照程序設(shè)定依次完成洗衣過程，從選擇水位，按下啟動按鈕，開始進水直到高（中、低）水位時停止進水暫停2秒后開始洗滌正轉(zhuǎn)，洗滌時，正轉(zhuǎn)30秒，停2

35、秒，然后反轉(zhuǎn)30秒，停2秒，如此循環(huán)5次，總共320秒開始排水，水排空后開始脫水，脫水30秒，開始清洗，重復(fù)以上過程，清洗2遍，清洗完成，報警3秒并自動停機。按照以上的工作流程，作出全自動洗衣的正常工作運行流程圖見圖3.1。</p><p>　　圖3.1 正常運行流程圖</p><p>　　3.2.2 強制停止流程圖</p><p>　　全自動洗衣機強制停止流程圖見

36、圖3.2。</p><p>　　圖3.2 強制停止流程圖</p><p><b>　　3.3 程序設(shè)計</b></p><p>　　3.3.1 系統(tǒng)梯形圖</p><p>　　實現(xiàn)上述控制要求的完整梯形圖見附錄三。</p><p>　　3.4 程序運行過程分析</p><p&g

37、t;<b>　　（1）洗衣機進水</b></p><p>　　洗衣前選擇水位，按下水位選擇開關(guān)（I0.2、I0.3、I0.4）任意一個，再按下啟動按鈕，I0.0接通，Q0.0接通，開始進水。當(dāng)水位上升到與選擇的水位相一致時，對應(yīng)的水位檢測開關(guān)接通，Q0.0斷開停止進水，T37開始計時。</p><p><b>　　（2）正反轉(zhuǎn)洗衣</b><

38、/p><p>　　T37計時時間到，Q0.2接通開始正轉(zhuǎn)洗衣，T38計時開始。T38計時30秒，Q0.2斷開，正轉(zhuǎn)暫停，T39計時開始。T39計時時間到，Q0.3接通，反轉(zhuǎn)洗衣，T40開始計時。T40計時時間到，Q0.3斷開，反轉(zhuǎn)洗衣暫停，T41開始計時。T41計時時間到，C50計數(shù)器計數(shù)一次，同時洗衣機返回Q0.2接通，重復(fù)以上從正轉(zhuǎn)洗衣開始的全部動作，直到C50計滿5次時，Q0.1接通并自保，開始排水，C50復(fù)位

39、，準(zhǔn)備下次循環(huán)時再計數(shù)。</p><p><b>　　（3）大循環(huán)洗衣</b></p><p>　　排水到水排空時，Q0.1斷開，排水暫停，I1.2閉合，Q0.4閉合，開始脫水，T42開始計時。T42計時時間到，Q0.4斷開，停止脫水，C51計數(shù)一次，同時洗衣機返回Q0.0接通，重復(fù)從進水到脫水的全部動作，直到C51計數(shù)滿3次時，停止洗衣，Q0.5并自保，報警開始，T

40、43開始計時。T43計時時間到，報警結(jié)束，整個洗衣過程結(jié)束。</p><p><b>　?。?）強制停止</b></p><p>　　運行中按下停止按鈕，I0.1常閉觸點斷開，M0.3常開觸點閉合，則M0.0、Q0.0、Q0.1、Q0.2、Q0.3、Q0.4、Q0.5斷開，停止進水、正轉(zhuǎn)、反轉(zhuǎn)、排水、脫水及報警。按下手動排水按鈕時，I0.5常開觸點閉合，Q0.1接通，

41、開始手動排水。按手動脫水按鈕，I0.6常開觸點閉合，Q0.4接通，開始手動脫水。</p><p><b>　　畢業(yè)設(shè)計總結(jié)</b></p><p>　　經(jīng)過二十多天的努力，畢業(yè)設(shè)計終于完成了，從剛開始的束手無策到后來的得心應(yīng)手，使我明白了一個道理，只有勇于接受挑戰(zhàn)并為之努力，困難就會迎刃而解。在本系統(tǒng)的設(shè)計中，我決定采用自己以前不了解的西門子S7-200系列PLC，經(jīng)

42、過自己認真自學(xué)和上網(wǎng)學(xué)習(xí)，對西門子S7-200系列PLC有了一個清晰的認識，而且對全自動洗衣機的控制系統(tǒng)也有了明確的思路。通過對全自動控制系統(tǒng)軟硬件的討論和設(shè)計，對PLC自動控制原理及應(yīng)用有了進一步認識。</p><p>　　在一個月的畢業(yè)設(shè)計中我學(xué)到了很多東西，不僅僅是課本上的，還有許多其他的東西。設(shè)計中，通過查閱相關(guān)資料，提高了自己的自學(xué)能力，這對以后自己走向社會是非常重要的。</p><

43、p><b>　　致 謝</b></p><p>　　畢業(yè)設(shè)計的完成，不僅在于最后一段時間的搜集整理，更主要是在三年中學(xué)習(xí)知識的積累，所以我在此首先要感謝三年來教授我們每門課程的老師們，正因為他們嚴(yán)謹(jǐn)?shù)淖黠L(fēng)樸實的教學(xué)，才能最終讓我們走向碩果的終點。其次我要感謝在畢業(yè)設(shè)計期間給予我援助之手的同學(xué)們，正在他們無私的幫助給了我戰(zhàn)勝困難的勇氣。最后要特別感謝我的指導(dǎo)老師xx老師，在xx老師

44、的辛勤指導(dǎo)下，論文終于圓滿完成，在xx老師身上，我不僅學(xué)到了嚴(yán)謹(jǐn)?shù)闹螌W(xué)精神，更學(xué)到了他默默無聞的奉獻精神。雖然畢業(yè)設(shè)計完成了，但以后的路還很長，我將銘記大家對我的幫助，為社會主義建設(shè)增磚添瓦。</p><p><b>　　參 考 文 獻</b></p><p>　　1.張桂香 主編. 李國厚 薛波 副主編. 電氣控制與PLC應(yīng)用（第二版）.北京：化學(xué)工業(yè)出版社， 20

45、06</p><p>　　2.王永華 主編. 電氣控制及PLC應(yīng)用. 北京.：北京航空航天大學(xué)出版社， 2003</p><p>　　3.西門子（中國）有限公司自動化與驅(qū)動集團 編. 深入淺出西門子S7-200 PLC. 北京： 航空航天大學(xué)出版社，2003</p><p>　　4阮友德 主編. 電氣控制與PLC實訓(xùn)教程. 北京：人民郵電出版社，2006</p

46、><p>　　5史國生 主編. 電氣控制與可編程控制器技術(shù). 北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2003</p><p><b>　　附錄</b></p><p><b>　　附錄一：系統(tǒng)原理圖</b></p><p>　　附錄二：控制系統(tǒng)面板布置圖</p><p><b>　　附

47、錄三：系統(tǒng)接線圖</b></p><p><b>　　附錄四：外觀設(shè)計圖</b></p><p><b>　　附錄五：元器件清單</b></p><p><b>　　附錄六：系統(tǒng)梯形圖</b></p><p>　　石家莊鐵路職業(yè)技術(shù)學(xué)院</p><