【正文】 河南理工大學畢業(yè)設計（論文）說明書 43 致謝 在老師的指導、同學的幫助以及自己的努力下，畢業(yè)設計終于完成 。 具有以下優(yōu)點的幾種洗衣機將會是消費者青睞的。 河南理工大學畢業(yè)設計（論文）說明書 42 展望 經過幾年的平穩(wěn)發(fā)展，洗衣機無論在質量上還是功能上都有很大的提升。 在本次設計中主要完成了以下工作： （ 1） 通過分析把整個系統(tǒng)分成了若干個模塊，分析全自動洗衣機控制系統(tǒng)框圖； （ 2） 根據輸入 /輸出點，對 CPU 進行選型，設計 PLC 的外圍接線圖，并進行 I/O 地址和內部元件地址的分配； （ 3） 繪制了系統(tǒng)的正常運行流程圖和強制停止流程圖，對其順序功能圖進行分析； （ 4） 使用 STEP7Micro/WIN32 軟件進行 了梯形圖的編程； （ 5） 使用 S7200 的仿真軟件對程序進行了仿真； （ 6） 利用組態(tài)王軟件制作了該控制系統(tǒng)的工作畫面。當選擇水位開關，進行動畫演示時，通過對水位這個參數進行設定使洗衣機在達到設定水位時，暫停幾秒后電機開始正轉，洗衣過程開始。不同結構的洗衣機，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：按下啟動按鈕，水位選擇高水位后，進水閥打開，開始進水，啟動指示燈亮。此外，畫面需要有退出按鈕，方便畫面在運行時退出，選擇函數Exit(0)來實現。 （ 4） 動畫連接 給圖形對象定義動畫連接是在 “ 動畫連接 ” 對話框中進行的。 河南理工大學畢業(yè)設計（論文）說明書 36 本設計創(chuàng)建的畫面名稱依次為：全自動洗衣機控制畫面，中水位。如圖 64 所示。 河南理工大學畢業(yè)設計（論文）說明書 33 圖 62 工程瀏覽器界面 圖 63 信息窗口 河南理工大學畢業(yè)設計（論文）說明書 34 監(jiān)控系統(tǒng)功能要求 用組態(tài)王設計的全自動洗衣機控制系統(tǒng)監(jiān)控畫面需要實 現洗衣機自動洗衣的功能，直觀、形象地顯示全自動洗衣機洗衣時的工作畫面。 河南理工大學畢業(yè)設計（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、數據的變化、鍵盤鍵的按下、鼠標的點擊等。它還具有豐富的 設備驅動程序 和靈活的組態(tài)方式、數據鏈接功能，擁有豐富的動畫制作功能，其動畫鏈接功能更是使工程技術人員運用組態(tài)王制作畫面如虎添翼。它具有適應性強、開放性好、易于擴展、經濟、開發(fā)周期短等優(yōu)點。 （ 3）仿真測試 在仿真軟件中點擊工具欄上的 按鈕，啟動運行，使仿真 PLC 切換到 RUN 模式開始仿真測試。 CPU 模塊的下方是用于輸入數字量信號的小開關面板，具有和 CPU224 對應的 14個河南理工大學畢業(yè)設計（論文）說明書 28 輸入點，單擊面板中的開關按鈕可使其 0， 1 狀態(tài)切換，在 CPU 面板上的模擬 LED 燈對應滅，亮。因為判斷水排空是否在排水完畢后，所以要用到排水完畢輔助繼電器。 T38 計時 30 秒， 斷開，正洗暫停， T39 開始計時。按下啟動按鈕， 輸出。 圖 46用戶程序結構選擇編輯窗口 主程序在每個掃描周期內均被順序執(zhí)行一次。 在本設計中選用了 CPU224的 PLC，需要在對話框中選擇正確的 CPU 版本。 全自動洗衣機控制系統(tǒng) PLC 控制狀態(tài)流程圖如圖 43所示。 開 始設 定 水 位按 啟 動 鍵進 水水 位 到 位停 止 進 水計 時 2 s正 轉 洗 衣計 時 2 0 s反 轉 洗 衣計 時 2 0 s洗 衣 5 次排 水停 止 洗 衣計 時 2 s停 止 洗 衣計 時 2 s水 排 完脫 水計 時 3 0 s洗 衣 過 程 運 行 3 次洗 衣 報 警計 時 3 s結 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 正常運行流程圖 河南理工大學畢業(yè)設計（論文）說明書 18 強制停止流程圖如圖 42所示。 軟件主界面一般可分為以下 6 個區(qū)域：菜單欄（ 包含 8 個主菜單項）、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（可同時或分別打開圖中的 5個用戶窗口）。 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 的應用軟件，功能強大，既可用于開發(fā)用戶程序，又可實時監(jiān)控用戶程序的執(zhí)行狀態(tài)。 現在根據全自動洗衣機的實際工作狀態(tài)對 PLC 控制系統(tǒng)的輸入地址進行分配。同時由于該模塊采用交流 220V 供電，并且自帶 14個數字量 輸入點和 10 個數字量輸出點，完全能滿足全自動洗衣機控制系統(tǒng)的要求，所以不再需要另外的電源模塊、數字量和輸出模塊。用戶應用程序占用多少內存與許多因素有關，如 I/O點數、控制要求、運算處理量、程序結構等。 （ 2） 繼電器組的應用及實現的功能 在本次設計中，對繼電器的使用較為突出，原理是利用可編程序控制器的 24V 直流信號來控制繼電器線圈，實現由可控制的按預定程序導通 /關斷的 380V 三相電源給電動機供電。 本設計采用 PLC S7200 為控制核心，實現自動控制和手動控制，硬件接線簡單，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，達到良好的經濟效果。 ① 每次掃描過程，集中采集輸入信號，集中對輸出信號進行刷新； ② 輸入刷新過程，當輸入端口關閉時，程序在進行執(zhí)行階段時，輸入端有新狀態(tài)，新狀態(tài)不能被讀入。一般用于小型機或用于現場調試和維護。輸入單元接受現場設備箱 PLC提供的開關量信號，經過處理后，變成 CPU 能夠識別的信號。 典型的 PLC控制系統(tǒng)的硬件組成框圖如圖 33 所示。 根據以上要求，基于 PLC的全自動洗衣機控制系統(tǒng)框圖如圖 31 所示。利用可編程控制器 PLC 實現控制 ,用于說明 PLC 控制的原理方法、特點及工作特色。 （ 3） 洗衣時，正轉 20 秒，停 2 秒，然后反轉 20 秒，停 2 秒。 高、中、低水位控制開關分別用來檢測高、中、低水位。另外它 的編程語言也相對簡單。 PLC 用存儲邏輯代替接線邏輯，大大減少了控制設備外部的接線，使控制系統(tǒng)設計及建造的周期大為縮短，同時維護也變得容易起來。 PLC具有以下優(yōu)點： （ 1）可靠性高，抗干擾能力強。 畢業(yè)設計的研究內容及意義 本設計是基于 PLC 的全自動洗衣機控制系統(tǒng)設計，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，對按鈕、電磁閥、開關等其他一些輸入 /輸出點進行控制，實現洗衣機洗衣過程的自動化。隨著計算機及微電子技術的發(fā)展，自動控制系統(tǒng)正在逐步實現硬件化。 1955 年，在引進英國噴流式洗衣機的基礎之上，日本研制出獨具風格、并流行至今的波輪式洗衣機。這些不斷重復的簡單的體力勞動，留給人的感受常常是辛苦勞累。在工業(yè)生產中的應用也十分廣泛， 本課題在于工業(yè)用洗衣機的研究，工業(yè)洗衣機適用于洗滌棉、毛、化纖、絲綢等衣物 織品。 PLC的優(yōu)點是：可靠性高，耗電少，適應性強，運行速度快，壽命長，為了進一步提高全自動洗衣機的功能和性能，避免傳統(tǒng)控制的一些弊端，就提出了用 PLC來控制全自動洗衣機這個課題。 本設計采用西門子公司的 S7200系列的 PLC作為核心控制部件，利用其特點，對按鈕、電磁閥、開關等其他一些輸入 /輸出點進行控制，實現了洗衣機洗衣過程的自動化。水磨洗滌機可用于服裝廠水洗牛仔服及絲綢等衣物。 世界上第一臺洗衣機于 1858 年誕生，但這臺洗衣機使用費力，且損傷衣服，因而沒被廣泛使用，但這卻標志了用機器洗衣的開端。 70 年代后期 ，微電腦控制的全自動洗衣機出現引領新的發(fā)展方向，讓人耳目一新。因此，電動控制洗衣機將逐步退出家電舞臺。首先需要對全自動洗衣機的控制系統(tǒng)進行分析，進行流程圖和梯形圖的設計，并進行仿真測試。高可靠性是電氣控制設備的關鍵性能。更重要的是使同一設備經過改變程序而改變生產過程成為可能。其次，它能實現脫機手動工作，聯機自動就地工作，上機控制的單周期運行方式，自動啟動、自動停機控制方式。啟動按鈕用來啟動洗衣機工作，停止按鈕用來實現手動停止進水、洗衣、排水、脫水及報警。 （ 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。此次全自動洗衣機控制系統(tǒng)設計需要利用西門子 S7200 系列 PLC 的特點 ,對按鈕、電磁閥、開關等其他一些輸 入 /輸出點進行控制 ,實現洗衣機洗衣過程的自動化。 PLC啟 動 按 鈕停 止 按 鈕手 動 排 水 開 關手 動 脫 水 開 關水 位 選 擇 開 關電 磁 進 水 閥電 磁 排 水 閥脫 水 桶洗 滌 電 動 機 圖 31 全自動洗衣機控制系統(tǒng)框圖 PLC 在系統(tǒng)中處于中 心位置，啟動、停止信號和水位開關是 PLC 的輸入信號，進水閥，排水閥，電動機和脫水桶是洗衣機各種動作的執(zhí)行機構。 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 的信號經處理后來控制外部設備。 使用編程軟件可以在計算機上直 接生成梯形圖或指令表程序，并且可以實現不同編程語言之間的相互轉換。只有程序進行下一次掃描時，新狀態(tài)才被讀入； 河南理工大學畢業(yè)設計（論文）說明書 10 ③ 一個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容是隨著程序的執(zhí)行變化而變化的； ⑤ 掃描周期的長短由三條決定： CPU 執(zhí)行指令的速度；指令本身占有的時間；指令條數，現在的 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 /輸出滯后的現象，即輸入 /輸出響應延遲。 繼電器 （ 1） 繼電器簡介 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），通常應用于自動控制電 路中，它實際上是用較小的電流去控制較大電流的一種“自動開關”。 本次使用的繼電器模塊由三組三聯裝共九個繼電器組成，每組繼電器完成一個功能。因此在程序設計之前只能粗略地估算。 綜上所述此次設計選用西門子 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助用戶完成應用軟件的開發(fā)，其主要實現以下功能： （ 1）在脫機（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，用戶可根據需要決定其他窗口的取舍和樣式的設置。 開 始正 常 運 行按 停 止 鍵洗 滌 電 機 和 脫 水 桶 停 止 轉 動 ，進 水 和 排 水 電 磁 閥 閉 合打 開 手 動 排 水 開 關排 水打 開 手 動 脫 水 開 關排 水結 束是否是否是否 圖 42 強制停止流程圖 PLC 控制順序功能圖設計 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，它是一種通用的技術語言。 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 選型對話框如圖 45所示。子程序的指令放在獨立的程序塊中，僅在被程序調用時才執(zhí)行。河南理工大學畢業(yè)設計（論文）說明書 23 當水位與設定水位不一致時， 輸出；反之， 輸出 。 T39 計時時間到， 接通，反洗， T40 開始計時。 圖 415 報警梯形圖 如圖 415 所示程序段落，排水過程進行 3 次，即洗衣大循環(huán) 3 次后，開始報警過程， 3秒后停止報警，這樣整個洗衣過程結束。 開關面板下方的 SMB28,SMB29 是兩個直線電位器，分別是 CPU224 的兩個 8 位模擬量輸入電位器對應的特殊存儲器字節(jié)，可左右拖動滑塊來設置它的值，范圍在 0255 之間。 河南理工大學畢業(yè)設計（論文）說明書 29 仿真結果圖如圖 54所示。通?？梢园堰@樣的系統(tǒng)劃分為控制層、監(jiān)控層、 管理層三個層次結構。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)現場的狀況，可以通過實時數據庫，因為只有數據庫中的變量才是與 現場狀況同步變化的。根據事件和功能的不同，包括應用程序命令語言、熱鍵命令語言、事件命令語言、數據改變命令語言、自定義函數命令語言、動畫連接命令語言和畫面命令語言等。全自動洗衣機的控制系統(tǒng)有兩種方式：正常運行和強制停止。 圖 64 新建一個工程 河南理工大學畢業(yè)設計（論文）說明書 35 監(jiān)控界面設計 （ 1）新建一個設備 在組態(tài)王工程瀏覽器樹型目錄中選擇設備，在右邊的工作區(qū)中出現了“新建”圖標，雙擊“新建”