【文章內(nèi)容簡介】 的工控設(shè)備。 （ 4） 系統(tǒng)的設(shè)計(jì)、建造工作量小，維護(hù)方便，容易改造， PLC 用存儲邏輯代替接線邏輯，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。更重要的是使同一設(shè)備經(jīng)過改變程序改變生產(chǎn)過程成為可能。這很適合多品種、小批量的生產(chǎn)場合。 （ 5） 體積小，重量輕，能耗低，由于體積小很容易裝入機(jī)械內(nèi)部，是實(shí)現(xiàn)機(jī)電一體化的 理想控制設(shè)備。 本課題研究的主要內(nèi)容 本課題需研制出可靠性高、易于操作的全自動洗衣機(jī)控制方法，該系統(tǒng)采用 PLC控制，主要包括電動機(jī)正反轉(zhuǎn)控制、離合器控制、進(jìn)排水電磁閥控制、循環(huán)控制、保護(hù)和聯(lián)鎖。 研究的具體內(nèi)容包括： （ 1） 深入了解洗衣機(jī)的發(fā)展、結(jié)構(gòu)及控制要求。 （ 2） 控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)。包括硬件設(shè)計(jì)， PLC 的選擇，各硬件模塊的介紹，軟件設(shè)計(jì)，編程方法。 （ 3） 對編寫好的編譯程序進(jìn)行實(shí)際調(diào)試。 南京工程學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì) （論文） 4 第二章 系統(tǒng)的概述 PLC 的控制特點(diǎn) PLC 系統(tǒng)的特點(diǎn)： （ 1）可靠性高，抗 干擾能力強(qiáng)。高可靠性是電氣控制設(shè)備的關(guān)鍵性能。 PLC 由于采用現(xiàn)代大規(guī)模集成電路技術(shù)，采用嚴(yán)格的生產(chǎn)工藝制造，內(nèi)部電路采取了先進(jìn)的抗干擾技術(shù)，具有很高的可靠性。 （ 2）配套齊全，功能完善，適用性強(qiáng)。 PLC 發(fā)展到今天，已經(jīng)形成了大、中、小各種規(guī)模的系列化產(chǎn)品，可以用于各種規(guī)模的工業(yè)控制場合。 （ 3）編程簡單。 PLC 的優(yōu)越性主要體現(xiàn)在它采用了獨(dú)特的，多種面向廣大工程設(shè)計(jì)人員的編程語言如指令表，梯形圖，邏輯功能圖，順序功能圖等，程序簡潔、明了，適合各類技術(shù)人員的傳統(tǒng)習(xí)慣，即使是沒有計(jì)算機(jī)知識的人員也很容易掌握，特別 是梯形圖與邏輯功能圖，形象直觀，動態(tài)監(jiān)測效果逼真，且與計(jì)算機(jī)控制容易連接，深受工程技術(shù)人員歡迎。 （ 4）系統(tǒng)的設(shè)計(jì)、建造工作量小，維護(hù)方便，容易改造。 PLC 用存儲邏輯代替接線邏輯，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。 （ 5）體積小，重量輕，能耗低。由于體積小很容易裝入機(jī)械內(nèi)部，是實(shí)現(xiàn)機(jī)電一體化的理想控制設(shè)備。 全自動洗衣機(jī)采用 PLC 控制系統(tǒng)將大大提高工作效率，和適應(yīng)工作環(huán)境的能力。它是整體模塊，集中了驅(qū)動電路、檢測電路、保護(hù)電路以及通訊聯(lián)網(wǎng)功能。因此在運(yùn)用中硬件也相對簡單，大大提高了控制系統(tǒng)的可靠性。另外它的編程語言也相對簡單。其次，它能實(shí)現(xiàn)脫機(jī)手動工作，聯(lián)機(jī)自動就地工作，上機(jī)控制的單周期運(yùn)行方式，自動啟動、自動停機(jī)控制方式 單片機(jī)系統(tǒng)的特點(diǎn)： 1）要求環(huán)境，單片機(jī)對環(huán)境的適應(yīng)能力較低，可靠性差。 2）編程和 PLC 相比難以學(xué)習(xí)，主要是單片機(jī)采用匯編語言或者是 C 語言，這些高級語言和 PLC 語言相比，難以學(xué)習(xí)。 3）功能單一只具有使用中所需要的功能。但是，它結(jié)構(gòu)簡單，處理速度快。 南京工程學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì) （論文） 5 典型的 PLC 控制系統(tǒng)的硬件組成框圖如圖 21所示： 圖 21 PLC 控制系統(tǒng)的 硬件組成框圖 控制系統(tǒng)框圖 此次設(shè)計(jì)根據(jù)全自動洗衣機(jī)的工作原理 , 洗衣機(jī)的工作流程由進(jìn)水，洗衣，排水，和脫水四個(gè)過程組成。在半自動洗衣機(jī)中，這四個(gè)過程分別用相應(yīng)的按扭開關(guān)來控制。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。此次全自動洗衣機(jī)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)利用了西門子 S7200系列 PLC的特點(diǎn) ,對按鈕 ,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)洗衣過程的自動化。根據(jù)以上要求 PLC 的控制系統(tǒng)框圖如下圖 22 所示： 圖 22 控制系統(tǒng)框圖 南京工程學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì) （論文） 6 控 制系統(tǒng)對應(yīng)設(shè)備及功能 根據(jù)控制過程中的進(jìn)水、洗滌、脫水、報(bào)警等控制要求，對控制所需的外部設(shè)備初步設(shè)計(jì)如表 21 與表 22 表 21對應(yīng)設(shè)備及功能表 對應(yīng)的輸入設(shè)備 對應(yīng)的輸出設(shè)備 啟動按扭 進(jìn)水電磁閥 停止按扭 排水電磁閥 水位選擇開關(guān)（高水位） 洗滌電動機(jī)正轉(zhuǎn)繼電器 水位選擇開關(guān)（中水位） 洗滌電動機(jī)反轉(zhuǎn)繼電器 水位選擇開關(guān)（低水位） 脫水電機(jī)繼電器 手動排水開關(guān) 報(bào)警器 手動脫水開關(guān) 高水位傳感器 中水位傳感器 低水位傳感器 水排空傳感器 表 22 其它器件 定時(shí)器 /計(jì)數(shù)器 對應(yīng)的作用 定時(shí)器 T37 進(jìn)水暫停計(jì)時(shí) 定時(shí)器 T38 正洗計(jì)時(shí) 定時(shí)器 T39 反轉(zhuǎn)計(jì)時(shí) 定時(shí)器 T40 脫水計(jì)時(shí) 定時(shí)器 T41 報(bào)警計(jì)時(shí) 定時(shí)器 T42 正洗暫停計(jì)時(shí) 定時(shí)器 T43 反轉(zhuǎn)暫停計(jì)時(shí) 計(jì)數(shù)器 C50 正反洗循環(huán)計(jì)數(shù) 計(jì)數(shù)器 C51 大循環(huán)計(jì)數(shù) 南京工程學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì) （論文） 7 全自動洗衣機(jī)的進(jìn)水，洗衣，排水，脫水是通過水位開關(guān)，電磁進(jìn)水閥和電磁排水閥配合進(jìn)行控制，從而實(shí)現(xiàn)自動控制的，水位開關(guān)用來控制進(jìn)水到洗衣機(jī)內(nèi)高中低水位，電磁進(jìn)水閥起著通斷水源的作用。進(jìn)水時(shí) ，電磁進(jìn)水閥打開，將水注入，排水時(shí)，電磁排水閥打開，將水排出，洗衣時(shí)，洗滌電動機(jī)啟動，脫水時(shí)，脫水桶啟動。 全自動洗衣機(jī)控制系統(tǒng)的要求是能實(shí)現(xiàn)“正常運(yùn)行”和“強(qiáng)制停止” 兩種控制方式。 正常運(yùn)行 方式的具體控制要求如下： 將水位能夠通過水位開關(guān)設(shè)在合適的位置（高、中、低），按下“啟動”按鈕，開始進(jìn)水，到達(dá)設(shè)定的水位（高、中、低）后，停止進(jìn)水。 進(jìn)水停止 2 秒后開始洗衣。 洗衣時(shí)，正轉(zhuǎn) 20 秒，停 2 秒，然后反轉(zhuǎn) 20秒，停 2秒。 如此循環(huán)共 5次，總共 220 秒后開始排水，排空后脫水 30 秒。 然后再進(jìn)水，重復(fù)以上過程 ，如此循環(huán)共 3次。 洗衣過程完成，報(bào)警 3秒并自動停機(jī)。 “強(qiáng)制停止”方式的具體控制要求如下： 若按下“停止”按鈕，洗衣過程停止，即洗滌電機(jī)和脫水桶停止轉(zhuǎn)動、進(jìn)水電磁閥和排水電磁閥全部閉合。 可用手動排水開關(guān)和手動脫水開關(guān)進(jìn)行手動排水和脫水。 根據(jù)全自動洗衣機(jī)的工作原理 ,洗衣機(jī)的工作流程由進(jìn)水、洗衣、排水和脫水四個(gè)過程組成。在半自動洗衣機(jī)中，這四個(gè)過程分別用相應(yīng)的按扭開關(guān)來控制。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。此次全自動洗衣機(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)洗衣過程的自動化。 南京工程學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì) （論文） 8 圖 25（ a） 全自動洗衣機(jī)外部示意圖 圖 25（ b）全自動洗衣機(jī)內(nèi)部結(jié)構(gòu)示意圖 南京工程學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì) （論文） 9 圖 26 電動機(jī)控制線路圖 注釋： QS：隔離開關(guān) FU：熔斷器 FR：熱繼電器 KM：交流接觸器 KM1閉合，洗滌電動機(jī)正傳洗滌 KM2閉合：洗滌電動機(jī)反轉(zhuǎn)洗滌 KM3閉合：脫水電動機(jī)脫水 南京工程學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì) （論文） 10 第三章 硬件電路的設(shè)計(jì) PLC 的選擇 I/O 點(diǎn)數(shù)統(tǒng)計(jì) I/O 點(diǎn)數(shù)是 PLC的一項(xiàng)重要指標(biāo)。合理選擇 I/O 點(diǎn)數(shù)既可使系統(tǒng)滿足控制要求，又可使系統(tǒng)總投資最低。 PLC 的輸入輸出總點(diǎn)數(shù)和種類應(yīng)根據(jù)被控對象所需控制的模擬量、開關(guān)量、輸入輸出設(shè)備情況來確定，一般一個(gè)輸入輸出元件要占用一個(gè)輸入輸出點(diǎn)?？紤]到今后的調(diào)整和擴(kuò)充，一般應(yīng)在估計(jì)的總點(diǎn)數(shù)上再加上 20%— 30%的備用量。該系統(tǒng)有 11 個(gè)數(shù)字輸入點(diǎn) 6個(gè)數(shù)字輸出點(diǎn)，具體的輸入輸出 見表 31 表 31 I/O 點(diǎn)數(shù)統(tǒng)計(jì)表 輸入點(diǎn) 輸出點(diǎn) 啟動按扭 進(jìn)水電磁閥 停止按扭 排水電磁閥 水位選擇開關(guān)（高水位） 洗滌電動機(jī)正轉(zhuǎn)繼電器 水位選擇開關(guān)（中水位） 洗滌電動機(jī)反轉(zhuǎn)繼電器 水位選擇開關(guān)（低水位） 脫水桶 手動排水開關(guān) 報(bào)警器 手動脫水開關(guān) 高水位傳感器 中水位傳感器 低水位傳感器 水排空傳感器 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。一般微型和小型 PLC的存儲容量是固定的，介于 1— 2KB 之間。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。因此在程序設(shè)計(jì)之前只能粗略地估算。根據(jù)經(jīng)驗(yàn)，每個(gè) I/O 點(diǎn)及有關(guān)功能元件占用的內(nèi)存量大致如下： 開關(guān)量輸入元件： 10— 20B/點(diǎn) 開關(guān)量輸出元件： 5— 10B/點(diǎn) 南京工程學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì) （論文） 11 定時(shí)器 /計(jì)數(shù)器： 2B/個(gè) 模擬量： 100— 150B/個(gè) 通信接口：一個(gè)接口一般需要 300B 以上 根據(jù)上面算出的總字節(jié)數(shù)再考慮增加 25%左右的備用量，就可估算出用戶程序所需的內(nèi)存容量，從而選擇合適的 PLC 內(nèi)存。該系統(tǒng)有 11個(gè)數(shù)字輸入點(diǎn) 6 個(gè)數(shù)字輸出點(diǎn)，需內(nèi)存 280B，有定時(shí)器 6 個(gè)，計(jì)時(shí)器 2 個(gè)，需內(nèi)存 16B，考慮余量后需要內(nèi)存370B。 CPU 功能與結(jié)構(gòu)的選擇 PLC 的功能日益強(qiáng)大，一般 PLC 都具有開關(guān)量邏輯運(yùn)算、定時(shí)、計(jì)數(shù)、數(shù)據(jù)處理等基本功能，有些 PLC 還可擴(kuò)展各種特殊功能模塊，如通信模塊、位置控制模塊等，選型時(shí)可考慮以下幾點(diǎn)：功能與任務(wù)相適應(yīng)， PLC 的處理速度應(yīng)滿足實(shí)時(shí)控制的要求、PLC 結(jié)構(gòu)合理、機(jī)型統(tǒng)一、在線編程和離線編程的選擇。全自動洗衣機(jī)控制所要求的控制功能簡單，小型 PLC 就能滿足要求了。 若該控制系統(tǒng) CPU 模塊可采用 CPU222 模塊，該 模塊采用交流 220V 供電，自帶8個(gè)數(shù)字量輸入點(diǎn)和 6個(gè)數(shù)字量輸出點(diǎn)，不能完全滿足全自動洗衣機(jī)控制系統(tǒng)的要求，需要進(jìn)行模塊擴(kuò)展，不方便。 若該控制系統(tǒng) CPU 模塊可采用 CPU226 模塊，該模塊采用交流 220V 供電，自帶24個(gè)數(shù)字量輸入點(diǎn)和 16個(gè)數(shù)字量輸出點(diǎn)，能完全滿足全自動洗衣機(jī)控制系統(tǒng)的要求，但浪費(fèi)太多的輸入輸出接口，而且價(jià)格昂貴。 該控制系統(tǒng) CPU 模塊可采用 CPU224（ AC/DC/繼電器）模塊，它可控制整個(gè)系統(tǒng)按照控制要求有條不紊地進(jìn)行。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。 綜上所述此次設(shè)計(jì)選用西門子 S7200CPU224（ AC/DC/繼電器）模塊型 PLC。 南京工程學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì) （論文） 12 PLC 外部接線圖 根據(jù)全自動洗衣機(jī)的控制要求，對系統(tǒng)控制的 I/O 點(diǎn)數(shù)進(jìn)行了統(tǒng)計(jì)和 PLC 型號進(jìn)行了選擇，現(xiàn)根據(jù)以上的統(tǒng)計(jì)和選擇對控制系統(tǒng) PLC的外部接線設(shè)計(jì)如下圖 32 圖 32 PLC 外部接線圖 南京工程學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì) （論文） 13 如圖 33所示為洗衣機(jī)示意圖，在圖中 ST4為高水位傳感器， ST5 為中水位傳感器， ST6 為低水位傳感器， ST7 位水排盡傳感器，當(dāng)選擇好水位后， YV1 打開開始進(jìn)水，當(dāng)水位到達(dá)相應(yīng)水位時(shí)，相應(yīng)的傳感器送出 ON信號否則為 OFF,只有當(dāng)水上升到與選擇水位相開關(guān)一致時(shí)， YV1 關(guān)閉停止進(jìn)水，開始洗衣。 圖 33 洗衣機(jī)示意圖 南京工程學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì) （論文） 14 第四章 軟件的設(shè)計(jì) I/O 分配表 輸入地址分配表 列出全自動洗衣機(jī)的輸入分配表，見表 41。 表 41輸入地址分配表 輸入地址 對應(yīng)的外部設(shè)備 啟動按扭 停止按扭 水位選擇開關(guān)（高水位） 水位選擇開關(guān)（中水位） 水位選擇開關(guān)（低水位） 手動排水開關(guān) 手動脫水開關(guān) 高水位傳感器 中水位傳感器 低水位傳感器 水排空傳感器 輸出地址分配表 列出全自動洗衣機(jī)的輸出分配表，見表 42。 表 42輸出地址分配表 輸出地址 對應(yīng)的輸出設(shè)備 進(jìn)水電磁閥 排水電磁閥 洗滌電動機(jī)正轉(zhuǎn)繼電器 洗滌 電動機(jī)反轉(zhuǎn)繼電器 脫水 報(bào)警器 南京工程學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì) （論文） 15 內(nèi)部元件地址分配表 全制動洗衣機(jī)控制時(shí)，需用到 PLC內(nèi)部的計(jì)時(shí)器和計(jì)數(shù)器對其進(jìn)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 43。 表 43內(nèi)部地址分配表 定時(shí)器 /計(jì)時(shí)器 對應(yīng)的作用 T37 進(jìn)水暫停計(jì)時(shí) 2 秒 T38 正洗計(jì)時(shí) 20 秒 T39 反轉(zhuǎn)計(jì)時(shí) 20 秒 T40 脫水計(jì)時(shí) 30 秒