【正文】 ...................... 31 組態(tài)王 ........................................................... 31 監(jiān)控系統(tǒng)功能要求 ................................................. 34 新建一個工程 ..................................................... 34 監(jiān)控界面設(shè)計 ..................................................... 35 運行和調(diào)試 ....................................................... 38 7 總結(jié)與展望 ............................................................. 41 總結(jié) ............................................................. 41 展望 ............................................................. 42 致謝 ..................................................................... 43 參考文獻 ................................................................. 44 附錄一 SIMATIC S7200 CPU 主要性能指標 ................................... 45 附錄二 畫面命令語言 ...................................................... 46 附錄三 系統(tǒng)指令語句表 .................................................... 48 河南理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計（論文）說明書 1 1 緒論 選題背景 洗衣機是人們?nèi)粘Ｉ钪谐Ｒ姷囊环N家電，已經(jīng)成為人們生活中不可缺少的家用電器。 傳統(tǒng)的洗衣機采用繼電器 控制，而大多數(shù)繼電器的優(yōu)點是裝 置結(jié)構(gòu)簡單、價格便宜、抗干擾能力強，但其容易損壞，產(chǎn)生噪音，耗能大。本文對全自動洗衣機的控制系統(tǒng)進行了分析，進行了流程圖和梯形圖的設(shè)計，并進行仿真測試。工業(yè)用洗衣機適用于賓館、飯店、醫(yī)院、學(xué)校、工廠等領(lǐng)域，滿足大容量的洗衣要求。 1874 年 ,“手洗時代”受到了前所未有的挑戰(zhàn)，美國人發(fā)明了木制手搖洗衣機。 90年代，由于電動機調(diào)速技術(shù)的提高，洗衣機實現(xiàn)了較寬范圍的轉(zhuǎn)速變換與調(diào)節(jié)，誕生了許多新水流洗衣機。 全自動洗衣機從結(jié)構(gòu)上分有波輪式、攪拌式、滾筒式。為了能更直觀的顯示出整個自動控制過程，本設(shè)計運用組態(tài)王軟件建立一個全自動洗衣機的監(jiān)控系統(tǒng)畫面。 PLC 由于采用現(xiàn)代大規(guī)模集成電路技術(shù)，采用嚴格的生產(chǎn)工藝制造，內(nèi)部電路采取了先進的抗干擾技術(shù)，具有 很高的可靠性。這很適合多品種、小批量的生產(chǎn)場合。 河南理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計（論文）說明書 4 2 系統(tǒng)總體分析 全自動洗衣機的工作原理 全自動洗衣機的工作原理：全自動洗衣機的洗衣桶（外桶）和脫水桶（內(nèi)桶）是以同一中心安放的，內(nèi)桶可以旋轉(zhuǎn)，作為脫水用。全自動洗衣機的進水，洗衣，排水，脫水是通過水位開關(guān)，電磁進水閥和電磁排水閥配合進行控制，從而實現(xiàn)自動控制的。 （ 5） 然后再進水，重復(fù)以上過程，如此循環(huán)共 3 次。 河南理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計（論文）說明書 6 3 硬件設(shè)計 硬件電路設(shè)計 硬件設(shè)計的整體思路就是通過 PLC 輸出的數(shù)字信號控制繼電器組，達到控制電路的目的 。其中進水閥和排水閥由 PLC給定信號來決定其工作狀態(tài)，電動機的工作狀態(tài)也由控制中心 PLC 給定信號來決定，而電動機的正反轉(zhuǎn)狀態(tài)直接決定洗衣機的洗滌狀態(tài)和脫水狀態(tài)。它通過系統(tǒng)總線與用戶存儲器、輸入 /輸出 (I/O)、通信端口等單元相連。 ④ 電源部分 PLC 一般使用 AC220V 電源或 DC24V 電源。程序被編譯后通過 PC/PPI 電纜可以下載到 PLC 中去，也可以將 PLC當中的程序上傳到計算機當中來。 （ 5） S7200 系列 PLC 西門子公司的 SIMATIC S7200系列屬于小型 PLC，可以用于代替繼電器的簡單控制場合，也可以用于復(fù)雜的自動化控制系統(tǒng)。故在電路中起著自動調(diào)節(jié)、安全保護、轉(zhuǎn)換電路等作用?？煞譃椋赫D(zhuǎn)控制組，反轉(zhuǎn)控制組及脫水控制組。 PLC 內(nèi)存容量為開關(guān)量 I/O 點數(shù)、模擬量 I/O 點數(shù)和程序編寫的質(zhì)量所增加 的內(nèi)存容量綜合。 PLC 的框架配置圖如 34所示。 河南理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計（論文）說明書 14 表 31輸入地址分配表 輸出地址分配 這個控制系統(tǒng)需要控制的外部設(shè)備有進水電磁閥、排水電磁閥、洗滌電動機、脫水桶、報警器共 5 個設(shè)備。在脫機方式時，計算機與 PLC 斷開連接，此時能完成大部分的基本功能，如編程、 編譯、調(diào)試和系統(tǒng)組態(tài)等，但所有的程序和參數(shù)都只能存放在計算機的磁盤上。 程序流程圖設(shè)計 PLC 采用計算機控制技術(shù)，其程序設(shè)計同樣可遵循軟件工程設(shè)計方法，程序工作過程可用流程 圖表示。 順序功能流程圖語言是為了滿足順序邏輯控制而設(shè) 計的編程語言。 （ 1） 在進行控制程序編程之前，首先需要創(chuàng)建一個項目。 （ 3）程序的結(jié)構(gòu)及編寫 S7200系列 PLC支持的指令集有 SIMATIC 和 IEC11313兩種。中斷程序的指令也放在獨立的程序塊中，用來處理預(yù)先規(guī)定的 中斷事件，在中斷事件發(fā)生時操作系統(tǒng)調(diào)用中斷程序。 圖 49 進水梯形圖 如圖 49所示程序段落，按下啟動按鈕或者脫水完畢（ T40 定時時間到），而且洗衣大循環(huán)未到 3次時，開始進水。 T40 計時時間到， 斷開，反洗暫停， T43 開始計時。 河南理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計（論文）說明書 27 5 系統(tǒng)仿真 S7200 的仿真軟件 該仿真軟件可以仿真大量的 S7200 指令（支持常用的位觸點指令、定時器指令、計數(shù)器指令、比較指令、邏輯運算指令和大部分的數(shù)學(xué)運算指令 等，但部分指令如順序控制指令、循環(huán)指令、高速計數(shù)器指令和通訊指令等尚無法支持。 仿真測試 （ 1） CPU 選型 執(zhí)行圖中菜單命令“ configuration”→“ CPU Type”，在 CPU 型號對話框中選擇自己對應(yīng)的 CPU型號， CPU224。 圖 53 文件下載框 圖 54 仿真結(jié)果圖 仿真結(jié)果分析 由圖 54 仿真結(jié)果圖可以得知 ： 單擊面板中的開關(guān)按鈕 0、 2使其狀態(tài)切換到到 1，CPU 面板上的模擬 LED 燈 1 對應(yīng)亮，再單擊面板上的開關(guān)按鈕 7（高水位傳感器）使其狀態(tài)切換到 1， CPU 面板上的模擬 LED 燈 1滅，模擬 LED 燈 2對應(yīng) 亮。其中監(jiān)控層對下連接控制層，對上連接管理層，它不但實現(xiàn)對現(xiàn)場的實時監(jiān)測與控制，且在自動控制系統(tǒng)中完成上傳下達、組態(tài)開發(fā)的重要作用。 數(shù)據(jù)庫變量的變化可以改變畫面的動畫效果，通過“動畫連接”建立畫面的圖素與數(shù)據(jù)庫變量的對應(yīng)關(guān)系。它具有完備的詞法語法查錯功能和豐富的運算符、數(shù)學(xué)函數(shù)、字符串函數(shù)、控件函數(shù)、 SQL函數(shù)和系統(tǒng)函數(shù)。設(shè)計的畫面要實現(xiàn)這兩種情況下洗衣機的工作狀態(tài)。由于本次畢業(yè)設(shè)計是采用軟件編程與仿真的，沒有具體的 PLC 設(shè)備，因此新建的設(shè)備選用的是亞控公司的仿真 PLC 設(shè)備，如圖 65所示。過程如下： 點擊畫面左側(cè)的“數(shù)據(jù)庫”，雙擊右側(cè)的“新建”出現(xiàn)定義變量對話框； 變量名：可以根據(jù)需要設(shè)定； 變量類型：根據(jù)離散信號還是整型信號來定義； 連接設(shè)備：仿真 PLC(剛剛定義的設(shè)備 )； 寄存器：離信號寄存器是 CommErr，實型信號寄存器是 INCREA 或 DECREA。 圖形對象可以按動畫連接的要求改變顏色、尺寸、位置、填充百分數(shù)等，一個圖形對象又可以同時定義多個連接。主畫面為全自動洗衣機控制畫面，默認水位選擇是高水位。暫停 2秒之后洗滌電機正轉(zhuǎn)，對應(yīng)正轉(zhuǎn)指示燈亮，正轉(zhuǎn)持續(xù)幾秒后電機反轉(zhuǎn)。 圖 69 全自動洗衣機正常運行時的畫面 圖 610 所示畫面分析：水位選擇中水位時洗衣過程同水位選擇高水位一樣，當水位到達設(shè)定水位后停止進水，洗衣機開始洗衣過程。 河南理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計（論文）說明書 41 7 總結(jié)與展望 總結(jié) 通過本系統(tǒng)的設(shè)計，對全自動洗衣機的控制系統(tǒng)有了深入的理解。系統(tǒng)仿真時，最初用的是 S7200 系列 PLC 的仿真軟件漢化版，但在經(jīng)過 CPU選型和程序下載后，按動面板上的 開關(guān)按鈕使其 0， 1 狀態(tài)切換，在 CPU 面板上的輸出模擬 LED 燈不會亮。 在今后一個時期內(nèi)，自動洗衣機將朝著多功能、節(jié)電、節(jié)水方 向發(fā)展。 品種多樣化：波輪式、滾筒式和仿生搓洗式洗衣機滿足了不同偏好的消費者的需求。 通過這次畢業(yè)設(shè)計 ，我深刻地發(fā)現(xiàn)理論 與實踐的區(qū)別與聯(lián)系， 發(fā)現(xiàn)自己對知識的理解還不夠透徹，要學(xué)習(xí)的東西還很多 。 組合化：兩桶并列，縮小了較大一部分空間，而且具有人工智能模糊控制功能。如機械定時器、電動程控器、電子程控器、模糊電腦控制。為了更貼近實際工作情況，在畫面開始運行時，就按下啟動按鈕。 只要稍作改變 ,就可以設(shè)計出諸如要多 洗多甩的 牛仔 類衣物 ,輕洗輕甩的羊毛類衣物以及通用的標準洗滌程序 ,充分表其實用性 。同樣，當按下手動脫水按鈕時，開始脫水，脫水指示燈亮。報警指示亮幾秒后，高水位按鈕、啟動指示燈 、洗滌完成指示燈滅，整個過程完成。選擇要運行的畫面點擊確定即可進入監(jiān)控界面。此次設(shè)計的畫面中指示燈用來顯示全自動洗衣機的工作狀態(tài)。 有些變量是原系統(tǒng)內(nèi)部已經(jīng)定義好的變量，如時間和日期等等，可以直接放入界面使用，并且會訪問到操作系統(tǒng)的時鐘。 由于定義的是一個仿真設(shè)備，所以串口通訊參數(shù)可以不必設(shè)置，但在工程中連接實際的 I/O 設(shè)備時，必須對串口通訊參數(shù)進行設(shè)置且置頂，要與實際設(shè)備中的設(shè)置項完全一致，否則會導(dǎo)致通訊失敗。并將把新建工程設(shè)定為組態(tài)王當前工程。 圖 61 工程管理器界面 一般情況下啟動組態(tài)王系統(tǒng)后，在信息窗口中可以顯示的信息有： “組態(tài)王”系統(tǒng)的啟動、關(guān)閉、運行模式； 歷史記錄的啟動、關(guān)閉； I/O 設(shè)備的啟動、關(guān)閉； 網(wǎng)絡(luò)連接的狀態(tài)；與設(shè)備連接的狀態(tài)； 命令語言中函數(shù)未執(zhí)行成功的出錯信息。通過這些功能的良好運用，可以制作出動畫效果內(nèi)容豐富，監(jiān)控全 面的監(jiān)控系統(tǒng)。 組態(tài)軟件也為試驗者提供了可視化監(jiān)控畫面，有利于試驗者實時現(xiàn)場監(jiān)控。各水位傳感器需要手動使其置位，洗衣機不能完全按照自動方式進行工作。 加載成功后，在仿真軟件中的 AWL 和 KOP 觀察窗口中就可以分別觀察到加載的語句表程序和梯形圖程序。 圖 51 S7200 仿真軟件主界面 圖中灰色部分為是 CPU 224 類型的 PLC 面板可顯示 CPU 運行狀態(tài)和 I/O 點的狀 態(tài)，燈亮為 1，燈滅為 0。當水排空后停止排水。當水位上升到與選擇的水位相一致時，相一致的水位傳感器 (、 )傳出信號， 斷開停止進水， T37 開始計時。 梯形圖重點程序段落分析 輔助繼電器梯形圖如圖 47,48 所示。編程時可以點擊編輯窗口下方的選項來實現(xiàn)切換以完成不同程序結(jié)構(gòu)的程序編輯。 設(shè)置與讀取 PLC 的型號的方法是：執(zhí)行菜單【 PLC】→【類型】選項，在出現(xiàn)的對話框中，選擇 PLC 型號 和 CPU版本。這種編程語言使程序結(jié)構(gòu)清晰，易于閱讀及河南理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計（論文）說明書 19 維護，大大減輕編程的工作量，縮短編程和調(diào)試時間 。手動方式是在緊急停止情況下，可以手動河南理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計（論文）說明書 17 進行排水和脫水。 （ 4）對用戶程序進行文檔管理，加密處理等。 內(nèi)部地址分配表歸納如表 33所示。 河南理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計（論文）說明書 13 圖 35 PLC 外部接線圖 系統(tǒng)資源分配 輸入地址分配 根據(jù)不同的 PLC配置情況確定 I/O 地址是 PLC 編程的前提與基礎(chǔ)，程序中的地址必須與實際物理連接點一一對應(yīng)，才能確保動作的正確執(zhí)行。全自動洗衣機控制所要求的控制功能簡單，小型 PLC 就能滿足要求了。 PLC 的選型 I/O 儲存器容量的估算 PLC 常用的內(nèi)存有 EPROM、 EEPROM 和帶鋰電池供電的 RAM。這樣吸合、釋放，從而達到了在電河南理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計（論文）說明書 11 路中的導(dǎo)通、切斷的目的 。 S7200 提供了近 10種通訊方式以滿足不同的應(yīng)用需求，從 RS485通信 /編程接口通訊到自由口模式通訊，從 PPI 協(xié)議通訊到 MP