【正文】 河南理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）說明書 43 致謝 在老師的指導(dǎo)、同學(xué)的幫助以及自己的努力下，畢業(yè)設(shè)計(jì)終于完成 。 具有以下優(yōu)點(diǎn)的幾種洗衣機(jī)將會(huì)是消費(fèi)者青睞的。 河南理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）說明書 42 展望 經(jīng)過幾年的平穩(wěn)發(fā)展，洗衣機(jī)無論在質(zhì)量上還是功能上都有很大的提升。 在本次設(shè)計(jì)中主要完成了以下工作： （ 1） 通過分析把整個(gè)系統(tǒng)分成了若干個(gè)模塊，分析全自動(dòng)洗衣機(jī)控制系統(tǒng)框圖； （ 2） 根據(jù)輸入 /輸出點(diǎn)，對(duì) CPU 進(jìn)行選型，設(shè)計(jì) PLC 的外圍接線圖，并進(jìn)行 I/O 地址和內(nèi)部元件地址的分配； （ 3） 繪制了系統(tǒng)的正常運(yùn)行流程圖和強(qiáng)制停止流程圖，對(duì)其順序功能圖進(jìn)行分析； （ 4） 使用 STEP7Micro/WIN32 軟件進(jìn)行 了梯形圖的編程； （ 5） 使用 S7200 的仿真軟件對(duì)程序進(jìn)行了仿真； （ 6） 利用組態(tài)王軟件制作了該控制系統(tǒng)的工作畫面。當(dāng)選擇水位開關(guān)，進(jìn)行動(dòng)畫演示時(shí)，通過對(duì)水位這個(gè)參數(shù)進(jìn)行設(shè)定使洗衣機(jī)在達(dá)到設(shè)定水位時(shí)，暫停幾秒后電機(jī)開始正轉(zhuǎn)，洗衣過程開始。不同結(jié)構(gòu)的洗衣機(jī)，各自有不同的規(guī)定用水量和規(guī)定水位高度。 圖 69所示畫面分析：按下啟動(dòng)按鈕，水位選擇高水位后，進(jìn)水閥打開，開始進(jìn)水，啟動(dòng)指示燈亮。此外，畫面需要有退出按鈕，方便畫面在運(yùn)行時(shí)退出，選擇函數(shù)Exit(0)來實(shí)現(xiàn)。 （ 4） 動(dòng)畫連接 給圖形對(duì)象定義動(dòng)畫連接是在 “ 動(dòng)畫連接 ” 對(duì)話框中進(jìn)行的。 河南理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）說明書 36 本設(shè)計(jì)創(chuàng)建的畫面名稱依次為：全自動(dòng)洗衣機(jī)控制畫面，中水位。如圖 64 所示。 河南理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）說明書 33 圖 62 工程瀏覽器界面 圖 63 信息窗口 河南理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）說明書 34 監(jiān)控系統(tǒng)功能要求 用組態(tài)王設(shè)計(jì)的全自動(dòng)洗衣機(jī)控制系統(tǒng)監(jiān)控畫面需要實(shí) 現(xiàn)洗衣機(jī)自動(dòng)洗衣的功能，直觀、形象地顯示全自動(dòng)洗衣機(jī)洗衣時(shí)的工作畫面。 河南理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）說明書 32 命令語言都是靠事件觸發(fā)執(zhí)行的，如定時(shí)、數(shù)據(jù)的變化、鍵盤鍵的按下、鼠標(biāo)的點(diǎn)擊等。它還具有豐富的 設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序 和靈活的組態(tài)方式、數(shù)據(jù)鏈接功能，擁有豐富的動(dòng)畫制作功能，其動(dòng)畫鏈接功能更是使工程技術(shù)人員運(yùn)用組態(tài)王制作畫面如虎添翼。它具有適應(yīng)性強(qiáng)、開放性好、易于擴(kuò)展、經(jīng)濟(jì)、開發(fā)周期短等優(yōu)點(diǎn)。 （ 3）仿真測(cè)試 在仿真軟件中點(diǎn)擊工具欄上的 按鈕，啟動(dòng)運(yùn)行，使仿真 PLC 切換到 RUN 模式開始仿真測(cè)試。 CPU 模塊的下方是用于輸入數(shù)字量信號(hào)的小開關(guān)面板，具有和 CPU224 對(duì)應(yīng)的 14個(gè)河南理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）說明書 28 輸入點(diǎn)，單擊面板中的開關(guān)按鈕可使其 0， 1 狀態(tài)切換，在 CPU 面板上的模擬 LED 燈對(duì)應(yīng)滅，亮。因?yàn)榕袛嗨趴帐欠裨谂潘戤吅?，所以要用到排水完畢輔助繼電器。 T38 計(jì)時(shí) 30 秒， 斷開，正洗暫停， T39 開始計(jì)時(shí)。按下啟動(dòng)按鈕， 輸出。 圖 46用戶程序結(jié)構(gòu)選擇編輯窗口 主程序在每個(gè)掃描周期內(nèi)均被順序執(zhí)行一次。 在本設(shè)計(jì)中選用了 CPU224的 PLC，需要在對(duì)話框中選擇正確的 CPU 版本。 全自動(dòng)洗衣機(jī)控制系統(tǒng) PLC 控制狀態(tài)流程圖如圖 43所示。 開 始設(shè) 定 水 位按 啟 動(dòng) 鍵進(jìn) 水水 位 到 位停 止 進(jìn) 水計(jì) 時(shí) 2 s正 轉(zhuǎn) 洗 衣計(jì) 時(shí) 2 0 s反 轉(zhuǎn) 洗 衣計(jì) 時(shí) 2 0 s洗 衣 5 次排 水停 止 洗 衣計(jì) 時(shí) 2 s停 止 洗 衣計(jì) 時(shí) 2 s水 排 完脫 水計(jì) 時(shí) 3 0 s洗 衣 過 程 運(yùn) 行 3 次洗 衣 報(bào) 警計(jì) 時(shí) 3 s結(jié) 束 否 是 是否是否否是 是否是否是 否否 是 否是否 是否是是否 圖 41 正常運(yùn)行流程圖 河南理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）說明書 18 強(qiáng)制停止流程圖如圖 42所示。 軟件主界面一般可分為以下 6 個(gè)區(qū)域：菜單欄（ 包含 8 個(gè)主菜單項(xiàng)）、工具欄（快捷按鈕）、瀏覽欄（快捷操作窗口）、指令樹 (快捷操作窗口 )、輸出窗口和用戶窗口（可同時(shí)或分別打開圖中的 5個(gè)用戶窗口）。 STEP7Micro/WIN32是西門子公司專為 SIMATIC S7200系列可編程序控制器研制開發(fā)的編程軟件，它是基于 Windows 的應(yīng)用軟件，功能強(qiáng)大，既可用于開發(fā)用戶程序，又可實(shí)時(shí)監(jiān)控用戶程序的執(zhí)行狀態(tài)。 現(xiàn)在根據(jù)全自動(dòng)洗衣機(jī)的實(shí)際工作狀態(tài)對(duì) PLC 控制系統(tǒng)的輸入地址進(jìn)行分配。同時(shí)由于該模塊采用交流 220V 供電，并且自帶 14個(gè)數(shù)字量 輸入點(diǎn)和 10 個(gè)數(shù)字量輸出點(diǎn)，完全能滿足全自動(dòng)洗衣機(jī)控制系統(tǒng)的要求，所以不再需要另外的電源模塊、數(shù)字量和輸出模塊。用戶應(yīng)用程序占用多少內(nèi)存與許多因素有關(guān)，如 I/O點(diǎn)數(shù)、控制要求、運(yùn)算處理量、程序結(jié)構(gòu)等。 （ 2） 繼電器組的應(yīng)用及實(shí)現(xiàn)的功能 在本次設(shè)計(jì)中，對(duì)繼電器的使用較為突出，原理是利用可編程序控制器的 24V 直流信號(hào)來控制繼電器線圈，實(shí)現(xiàn)由可控制的按預(yù)定程序?qū)?/關(guān)斷的 380V 三相電源給電動(dòng)機(jī)供電。 本設(shè)計(jì)采用 PLC S7200 為控制核心，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)控制和手動(dòng)控制，硬件接線簡(jiǎn)單，軟件開發(fā)周期短，具有工作可靠性高，操作方便，體積小、功耗低等特點(diǎn)，達(dá)到良好的經(jīng)濟(jì)效果。 ① 每次掃描過程，集中采集輸入信號(hào)，集中對(duì)輸出信號(hào)進(jìn)行刷新； ② 輸入刷新過程，當(dāng)輸入端口關(guān)閉時(shí)，程序在進(jìn)行執(zhí)行階段時(shí)，輸入端有新狀態(tài)，新狀態(tài)不能被讀入。一般用于小型機(jī)或用于現(xiàn)場(chǎng)調(diào)試和維護(hù)。輸入單元接受現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備箱 PLC提供的開關(guān)量信號(hào)，經(jīng)過處理后，變成 CPU 能夠識(shí)別的信號(hào)。 典型的 PLC控制系統(tǒng)的硬件組成框圖如圖 33 所示。 根據(jù)以上要求，基于 PLC的全自動(dòng)洗衣機(jī)控制系統(tǒng)框圖如圖 31 所示。利用可編程控制器 PLC 實(shí)現(xiàn)控制 ,用于說明 PLC 控制的原理方法、特點(diǎn)及工作特色。 （ 3） 洗衣時(shí)，正轉(zhuǎn) 20 秒，停 2 秒，然后反轉(zhuǎn) 20 秒，停 2 秒。 高、中、低水位控制開關(guān)分別用來檢測(cè)高、中、低水位。另外它 的編程語言也相對(duì)簡(jiǎn)單。 PLC 用存儲(chǔ)邏輯代替接線邏輯，大大減少了控制設(shè)備外部的接線，使控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)及建造的周期大為縮短，同時(shí)維護(hù)也變得容易起來。 PLC具有以下優(yōu)點(diǎn)： （ 1）可靠性高，抗干擾能力強(qiáng)。 畢業(yè)設(shè)計(jì)的研究?jī)?nèi)容及意義 本設(shè)計(jì)是基于 PLC 的全自動(dòng)洗衣機(jī)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)，采用西門子公司的 S7200 系列的 PLC 作為核心控制部件 ，利用其特點(diǎn)，對(duì)按鈕、電磁閥、開關(guān)等其他一些輸入 /輸出點(diǎn)進(jìn)行控制，實(shí)現(xiàn)洗衣機(jī)洗衣過程的自動(dòng)化。隨著計(jì)算機(jī)及微電子技術(shù)的發(fā)展，自動(dòng)控制系統(tǒng)正在逐步實(shí)現(xiàn)硬件化。 1955 年，在引進(jìn)英國(guó)噴流式洗衣機(jī)的基礎(chǔ)之上，日本研制出獨(dú)具風(fēng)格、并流行至今的波輪式洗衣機(jī)。這些不斷重復(fù)的簡(jiǎn)單的體力勞動(dòng)，留給人的感受常常是辛苦勞累。在工業(yè)生產(chǎn)中的應(yīng)用也十分廣泛， 本課題在于工業(yè)用洗衣機(jī)的研究，工業(yè)洗衣機(jī)適用于洗滌棉、毛、化纖、絲綢等衣物 織品。 PLC的優(yōu)點(diǎn)是：可靠性高，耗電少，適應(yīng)性強(qiáng)，運(yùn)行速度快，壽命長(zhǎng)，為了進(jìn)一步提高全自動(dòng)洗衣機(jī)的功能和性能，避免傳統(tǒng)控制的一些弊端，就提出了用 PLC來控制全自動(dòng)洗衣機(jī)這個(gè)課題。 本設(shè)計(jì)采用西門子公司的 S7200系列的 PLC作為核心控制部件，利用其特點(diǎn)，對(duì)按鈕、電磁閥、開關(guān)等其他一些輸入 /輸出點(diǎn)進(jìn)行控制，實(shí)現(xiàn)了洗衣機(jī)洗衣過程的自動(dòng)化。水磨洗滌機(jī)可用于服裝廠水洗牛仔服及絲綢等衣物。 世界上第一臺(tái)洗衣機(jī)于 1858 年誕生，但這臺(tái)洗衣機(jī)使用費(fèi)力，且損傷衣服，因而沒被廣泛使用，但這卻標(biāo)志了用機(jī)器洗衣的開端。 70 年代后期 ，微電腦控制的全自動(dòng)洗衣機(jī)出現(xiàn)引領(lǐng)新的發(fā)展方向，讓人耳目一新。因此，電動(dòng)控制洗衣機(jī)將逐步退出家電舞臺(tái)。首先需要對(duì)全自動(dòng)洗衣機(jī)的控制系統(tǒng)進(jìn)行分析，進(jìn)行流程圖和梯形圖的設(shè)計(jì)，并進(jìn)行仿真測(cè)試。高可靠性是電氣控制設(shè)備的關(guān)鍵性能。更重要的是使同一設(shè)備經(jīng)過改變程序而改變生產(chǎn)過程成為可能。其次，它能實(shí)現(xiàn)脫機(jī)手動(dòng)工作，聯(lián)機(jī)自動(dòng)就地工作，上機(jī)控制的單周期運(yùn)行方式，自動(dòng)啟動(dòng)、自動(dòng)停機(jī)控制方式。啟動(dòng)按鈕用來啟動(dòng)洗衣機(jī)工作，停止按鈕用來實(shí)現(xiàn)手動(dòng)停止進(jìn)水、洗衣、排水、脫水及報(bào)警。 （ 4） 如此循環(huán)共 5次，總共 220 秒后開始排水，排空后脫水 30 秒。此次全自動(dòng)洗衣機(jī)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)需要利用西門子 S7200 系列 PLC 的特點(diǎn) ,對(duì)按鈕、電磁閥、開關(guān)等其他一些輸 入 /輸出點(diǎn)進(jìn)行控制 ,實(shí)現(xiàn)洗衣機(jī)洗衣過程的自動(dòng)化。 PLC啟 動(dòng) 按 鈕停 止 按 鈕手 動(dòng) 排 水 開 關(guān)手 動(dòng) 脫 水 開 關(guān)水 位 選 擇 開 關(guān)電 磁 進(jìn) 水 閥電 磁 排 水 閥脫 水 桶洗 滌 電 動(dòng) 機(jī) 圖 31 全自動(dòng)洗衣機(jī)控制系統(tǒng)框圖 PLC 在系統(tǒng)中處于中 心位置，啟動(dòng)、停止信號(hào)和水位開關(guān)是 PLC 的輸入信號(hào)，進(jìn)水閥，排水閥，電動(dòng)機(jī)和脫水桶是洗衣機(jī)各種動(dòng)作的執(zhí)行機(jī)構(gòu)。 ① 中央處理 器（ CPU） 中央處理器 (CPU)是可編程邏輯控制器的控制中樞。輸出單元將 CPU 的信號(hào)經(jīng)處理后來控制外部設(shè)備。 使用編程軟件可以在計(jì)算機(jī)上直 接生成梯形圖或指令表程序，并且可以實(shí)現(xiàn)不同編程語言之間的相互轉(zhuǎn)換。只有程序進(jìn)行下一次掃描時(shí)，新狀態(tài)才被讀入； 河南理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）說明書 10 ③ 一個(gè)掃描周期分為輸入采樣，程序執(zhí)行，輸出刷新； ④ 元件映象寄存器的內(nèi)容是隨著程序的執(zhí)行變化而變化的； ⑤ 掃描周期的長(zhǎng)短由三條決定： CPU 執(zhí)行指令的速度；指令本身占有的時(shí)間；指令條數(shù)，現(xiàn)在的 PLC掃描速度都是非?？斓?； ⑥ 由于采用集中采樣，集中輸出的方式，存在輸入 /輸出滯后的現(xiàn)象，即輸入 /輸出響應(yīng)延遲。 繼電器 （ 1） 繼電器簡(jiǎn)介 繼電器是一種電子控制器件，它具有控制系統(tǒng)（又稱輸入回路）和被控制系統(tǒng)（又稱輸出回路），通常應(yīng)用于自動(dòng)控制電 路中，它實(shí)際上是用較小的電流去控制較大電流的一種“自動(dòng)開關(guān)”。 本次使用的繼電器模塊由三組三聯(lián)裝共九個(gè)繼電器組成，每組繼電器完成一個(gè)功能。因此在程序設(shè)計(jì)之前只能粗略地估算。 綜上所述此次設(shè)計(jì)選用西門子 S7200 系列整體式 PLC， CPU 模塊為 CPU224（ AC/DC/繼電器）模塊。 具體的輸入地址分配如表 31所示。 STEP7Micro/WIN32 編程軟件的基本功能是協(xié)助用戶完成應(yīng)用軟件的開發(fā)，其主要實(shí)現(xiàn)以下功能： （ 1）在脫機(jī)（離線）方式下創(chuàng)建用戶程序，修改和編輯原有的用戶程序。 除菜單欄外，用戶可根據(jù)需要決定其他窗口的取舍和樣式的設(shè)置。 開 始正 常 運(yùn) 行按 停 止 鍵洗 滌 電 機(jī) 和 脫 水 桶 停 止 轉(zhuǎn) 動(dòng) ，進(jìn) 水 和 排 水 電 磁 閥 閉 合打 開 手 動(dòng) 排 水 開 關(guān)排 水打 開 手 動(dòng) 脫 水 開 關(guān)排 水結(jié) 束是否是否是否 圖 42 強(qiáng)制停止流程圖 PLC 控制順序功能圖設(shè)計(jì) 順序功能圖，它是描述控制系統(tǒng)的控制過程、功能和特性的一種圖形，順序功能圖并不涉及所描述的控制功能的具體技術(shù)，它是一種通用的技術(shù)語言。 圖 43 PLC 控制順序功能圖 梯形圖編寫 打開 STEPMicro/Win32 編程軟件，軟件主界面如圖 44所示。 CPU 選型對(duì)話框如圖 45所示。子程序的指令放在獨(dú)立的程序塊中，僅在被程序調(diào)用時(shí)才執(zhí)行。河南理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）說明書 23 當(dāng)水位與設(shè)定水位不一致時(shí)， 輸出；反之， 輸出 。 T39 計(jì)時(shí)時(shí)間到， 接通，反洗， T40 開始計(jì)時(shí)。 圖 415 報(bào)警梯形圖 如圖 415 所示程序段落，排水過程進(jìn)行 3 次，即洗衣大循環(huán) 3 次后，開始報(bào)警過程， 3秒后停止報(bào)警，這樣整個(gè)洗衣過程結(jié)束。 開關(guān)面板下方的 SMB28,SMB29 是兩個(gè)直線電位器，分別是 CPU224 的兩個(gè) 8 位模擬量輸入電位器對(duì)應(yīng)的特殊存儲(chǔ)器字節(jié)，可左右拖動(dòng)滑塊來設(shè)置它的值，范圍在 0255 之間。 河南理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）說明書 29 仿真結(jié)果圖如圖 54所示。通?？梢园堰@樣的系統(tǒng)劃分為控制層、監(jiān)控層、 管理層三個(gè)層次結(jié)構(gòu)。工程人員在組態(tài)王開發(fā)系統(tǒng)中制作的畫面都是靜態(tài)的，如果要反映工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)的狀況，可以通過實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫，因?yàn)橹挥袛?shù)據(jù)庫中的變量才是與 現(xiàn)場(chǎng)狀況同步變化的。根據(jù)事件和功能的不同，包括應(yīng)用程序命令語言、熱鍵命令語言、事件命令語言、數(shù)據(jù)改變命令語言、自定義函數(shù)命令語言、動(dòng)畫連接命令語言和畫面命令語言等。全自動(dòng)洗衣機(jī)的控制系統(tǒng)有兩種方式：正常運(yùn)行和強(qiáng)制停止。 圖 64 新建一個(gè)工程 河南理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）說明書 35 監(jiān)控界面設(shè)計(jì) （ 1）新建一個(gè)設(shè)備 在組態(tài)王工程瀏覽器樹型目錄中選擇設(shè)備，在右邊的工作區(qū)中出現(xiàn)了“新建”圖標(biāo)，雙擊“新建”