全自動洗衣機PLC控制plc課程設計

1、電氣控制與plc應用技術課程設計說明書 題 目： 全自動洗衣機plc控制 學 院： 信息與控制工程 專業(yè)班級： 自動化10-01班 實習日期：2013年 7 月 1 日12 日 課設成績： 評閱教師： 評閱日期： 目錄一、設計目的和意義3二、控制要求4三、設計方案論證4四、系統(tǒng)設計51、程序流程圖52、cpu的選擇63、i/o接口設置64、程序說明9五、組態(tài)界面的設計171、組態(tài)王172、監(jiān)控系統(tǒng)功能要求213、新建一個工程214、監(jiān)控界面設計225、運行和調試26六、總結與體會28參考文獻30 全自動洗衣機控制系統(tǒng) 一、設計目的和意義傳統(tǒng)的洗衣機采用繼電器控制的優(yōu)點是裝置結構簡單、價格便宜、

2、抗干擾能力強。但是，這也是隨之帶來的一些問題，如絕大多數(shù)控制繼電器都是長期磨損和疲勞工作條件下進行的，容易損壞，而且繼電器的觸點容易產生電弧，甚至會熔在一起產生誤操作，引起嚴重的后果。在全負荷運載的情況下，大的繼電器將產生大量的熱及噪聲，同時也消耗了大量的電能。并且繼電器控制系統(tǒng)必須是手工接線、安裝，如果有簡單的改動，也需要花費大量時間及人力和物力去改制、安裝和調試。這種電路接線多，只適用于小型的控制電路。采用plc控制比繼電器控制好的多，我們采用plc來控制。 （1） 可靠性高，抗干擾能力強，高可靠性是電氣控制設備的關鍵性能。plc由于采用現(xiàn)代大規(guī)模集成電路技術，采用嚴格的生產工藝制造，內部

3、電路采取了先進的抗干擾技術，具有很高的可靠性。（2） 配套齊全，功能完善，適用性強plc發(fā)展到今天，已經形成了大、中、小各種規(guī)模的系列化產品?？梢杂糜诟鞣N規(guī)模的工業(yè)控制場合。（3） 易學易用，深受工程技術人員歡迎plc作為通用工業(yè)控制計算機，是面向工礦企業(yè)的工控設備。（4） 系統(tǒng)的設計、建造工作量小，維護方便，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。更重要的是使同一設備經過改變程序改變生產過程成為可能。這很適合多品種、小批量的生產場合。二、控制要求1、按下啟動按鈕及水位選擇開關，開始進水直到高(中、 低)

4、水位，關水；2、2秒后開始洗滌；3、洗滌時，正轉30秒，停2秒，然后反轉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(1)(4)，清洗兩遍；6、清洗完成，報警3秒并自動停機；7、若按下停止按扭，可手動排水(不脫水)和手動脫水(不計數(shù))。三、設計方案論證 plc構成的分布式控制系統(tǒng)這類系統(tǒng)的被控對象通常比較多，分布在一個較大的區(qū)域內，相互之間比較遠，而且，被控對象之間經常的交換數(shù)據(jù)和信息。這種系統(tǒng)的控制器采用若干個相互之間具有通信能力的plc構成，系統(tǒng)地上位機可以采用plc，也可以采用工控機。如圖1所示。圖1由于本次設計的系統(tǒng)只有1臺被控電機以及

5、數(shù)量不是很多的其他被控對象，采用plc集中控制方法，單臺plc進行多個對象的控制，只要適當?shù)倪x用plc，完全能夠完成任務。四、系統(tǒng)設計1、程序流程圖首先，我們按下啟動按鈕程序開始，洗衣機開始進水檢測到高水位然后電機正轉30s暫停2s然后開始反轉，反轉30s暫停2s此過程需要五次洗滌循環(huán)；五次正反轉洗滌后，開始排水但檢測到低水位時開始脫水30s此次循環(huán)三次，三次循環(huán)后洗衣機停機并報警；如圖2開始開始進水 停止 水滿洗滌正轉洗滌反轉洗滌結束報警全部停機 正30s 暫停2s 反30s 未完成5次 未完成3次 開始排水 暫停2s 下降到低水位開始脫水并繼續(xù)排水 30s 3s 圖2 2、cpu的選擇pl

6、c的功能日益強大，一般plc都具有開關量邏輯運算、定時、計數(shù)、數(shù)據(jù)處理等基本功能，有些plc還可擴展各種特殊功能模塊，如通信模塊、位置控制模塊等.選型時可考慮以下幾點：功能與任務相適應，plc的處理速度應滿足實時控制的要求、plc結構合理、機型統(tǒng)一、在線編程和離線編程的選擇。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。該控制系統(tǒng)cpu模塊可采用cpu-224（ac/dc/繼電器）模塊，它可控制整個系統(tǒng)按照控制要求有條不紊地進行。同時由于該模塊采用交流220v供電，并且自帶14個數(shù)字量輸入點和10個數(shù)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

7、、數(shù)字量和輸出模塊。綜上所述此次設計選用西門子s7-200系列整體式plc，cpu模塊為cpu-224（ac/dc/繼電器）模塊。plc的框架配置圖如3-4所示。圖3-4 plc框架配置圖3、i/o端口設置 由于s7-200 224 cpu模塊有14點數(shù)字量輸入，10點數(shù)字量輸出，所以不需要再增加擴展模塊。模塊上的輸入端對應的輸入地址是i0.0i1.2，輸出端對應的輸出地址是q0.0q1.0。cpu模塊采用西門子公司的6es7 214-1ad23-0xb0模塊。由于該模塊采用直流24v供電(直流晶體管輸出)，有14點數(shù)字量輸入和10點數(shù)字量輸出，完全能滿足全自動洗衣機控制系統(tǒng)的要求，所以不在需

8、要另外的數(shù)字量輸入/輸出模塊1）數(shù)字量輸入部分全自動洗衣機控制系統(tǒng)的輸入有啟動、停止、高水位、中水位、低水位、手動排水和手動脫水按鈕以及高水位、中水位、低水位和排空檢測開關共11個輸入點。具體的輸入分配如表1-1所示。 表1-1 輸入地址分配名稱符號地址啟動按鈕sb1i0.0停止按鈕sb2i0.1高水位按鈕sb3i0.2中水位按鈕sb4i0.3低水位按鈕sb5i0.4排空檢測開關st1i0.5高水位檢測開關st2i0.6中水位檢測開關st3i0.7低水位檢測開關st4i1.0手動排水按鈕sb6i1.1手動脫水按鈕sb7i1.22）數(shù)字量輸出部分全自動洗衣機控制系統(tǒng)的外部設備有進水電磁閥、排水電

9、磁閥、正/反轉洗滌電動機、蜂鳴器、指示燈等。具體的輸出分配如表1-2所示。表1-2 輸出地址分配名稱符號地址啟動指令j1q0.0進水閥控制繼電器j2q0.1電動機正轉及脫水繼電器j3q0.2電動機反轉繼電器j4q0.3排水閥控制繼電器j5q0.4報警蜂鳴器haq0.5高水位指示燈hl1q0.6中水位指示燈hl2q0.7低水位指示燈hl3q1.03）定時器部分具體的定時器分配如表1-3所示。表1-3 定時器分配定時器功能t37延時2秒開始洗滌t38洗滌正轉定時3秒t39洗滌反轉定時1秒t40脫水定時10秒t30報警定時3秒4）計數(shù)器部分具體的計數(shù)器分配如表1-4所示。表1-4 計數(shù)器分配計數(shù)器功

10、能c1洗滌循環(huán)計數(shù)5次c2清洗和漂洗計數(shù)3次 i/o連接圖98 s7-200i0.1i0.222i0.3i0.4i1.1i1.2i0.6q0.2i0.7q0.5i1.0q0.1q0.4q0.0ka1yv1yv2排水進水脫水正轉m1報警i0.0l1啟動高水位開關停止低水位開關中水位開關手動排水中液位傳感器手動脫水高液位傳感器低液位傳感器sb1sb2sa1sa3sb3sb4st1sa2st2st3圖2 plc外部接線圖ka2q0.6q0.7q1.0q1.11l1通電l6高位l7中位l8低位水排空傳感器i0.5st4電源l+n24vm1m2m34、程序說明源程序1.啟動全自動洗衣機q0.0是啟動輸出

11、，m0.1是啟動輔助繼電器，當洗衣機的啟動按鈕按下時，q0.0和m0.1得電。它的指令程序為：network 1 開始洗滌ld i0.0o m0.1an c2an i0.1= m0.1= q0.0 所對應的梯形圖如圖1-5所示圖1-5 啟動指令梯形圖2.進水閥控制洗衣機啟動后，再按下水位選擇開關，進水電磁閥得電，洗衣機開始進水。當所選擇水位的限位開關動作后,進水電磁閥釋放，洗衣機停止進水。它的指令程序為：network 2 進水閥控制ld m0.1euld i0.5euoldo m0.3an m0.2= m0.3network 3ld i0.2an i0.6ld i0.3an i0.7oldl

12、d i0.4an i1.0olda m0.3= q0.1network 4ld q0.1edton t37, +20network 5ld t37o m0.2an c1a m0.1= m0.2所對應的梯形圖如圖1-6所示圖1-6進水閥控制梯形圖3.洗滌控制當進水電磁閥釋放2秒后，洗衣機開始洗滌。洗滌時，正轉30秒，停2秒，然后反轉30秒，停2秒，然后反轉30秒，停2秒，如此循環(huán)5次，總共320秒。它的指令程序為：network 6 正轉及脫水控制ld m0.2an t38an q0.3a m0.1ld i0.5an t40an q0.3a m0.1oldld i1.2an m0.1old= q

13、0.2network 7ld m0.2an t39ton t38, +300network 8 反轉控制ld t38an t39an i0.5a m0.1= q0.3network 9ld q0.3ton t39, +300network 10ld t39edld t40edctu c1, +5所對應的梯形圖如1-7所示圖1-7洗滌控制梯形圖4.出水閥控制當洗滌循環(huán)5次結束后，排水電磁閥得電，洗衣機開始排水。它的指令程序為：network 11 出水閥控制ld c1ld i1.1an m0.1old= q0.4所對應的梯形圖如圖1-8所示圖1-8出水閥控制梯形圖5.脫水計時當排空檢測限位開關動

14、作后，開始30秒脫水。它的指令程序為：network 12 脫水計時ld i0.5ton t40, +300所對應的梯形圖如圖1-9所示圖1-9脫水計時梯形圖6.清洗和漂洗計數(shù)脫水結束后，洗衣機開始清洗，開始進水直到選擇的水位，2秒鐘后開始清洗。清洗時，正轉30秒，停2秒，然后反轉30秒，停2秒。循環(huán)5次后，開始排水，排空后脫水30秒。一共清洗2遍。它的指令程序為：network 13 清洗和漂洗計數(shù)ld m0.2edldn m0.1ctu c2, +3所對應的梯形圖如圖1-10所示圖1-10清洗和漂洗計數(shù)梯形圖7.報警輸出清洗完成后，報警3秒并自動停機。它的指令程序為：network 14

15、報警輸出ld m0.1tof t30, +30network 15 ldn m0.1a t30= q0.5所對應的梯形圖如圖1-11所示圖1-11報警輸出梯形圖8.水位指示顯示全自動洗衣機的水位。它的指令程序為：network 16 水位指示ld i0.6= q0.6network 17 ld i0.7= q0.7network 18ld i1.0= q1.0所對應的梯形圖如圖1-12所示圖1-12水位指示梯形圖設計一個上位機監(jiān)控界面（用組態(tài)軟件mcgs）五、組態(tài)界面的設計1、組態(tài)王組態(tài)王是一款功能強大的工業(yè)生產監(jiān)控軟件。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。通?？梢园堰@

16、樣的系統(tǒng)劃分為控制層、監(jiān)控層、管理層三個層次結構。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。尤其考慮三方面問題：畫面、數(shù)據(jù)、動畫。通過對監(jiān)控系統(tǒng)要求及實現(xiàn)功能的分析，采用組態(tài)王對監(jiān)控系統(tǒng)進行設計。組態(tài)王的主要功能：（1） 豐富的人機界面功能，可視化操作界面，真彩顯示圖形、豐富的圖庫；（2） 強大的通訊能力；（3） 先進的報警和事件管理；（4） 強大的網絡和冗余功能。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。而且，它能充分利用windows的圖形編輯功能，方便地構成監(jiān)控畫面，并以動畫方式

17、顯示控制設備的狀態(tài)，具有報警窗口、實時趨勢曲線等，可便利的生成各種報表。它還具有豐富的設備驅動程序和靈活的組態(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。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)場的狀況，可以通過實時數(shù)據(jù)庫，因為只有數(shù)據(jù)庫中的變量才是與現(xiàn)場狀況同步變化的。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)庫變量的對應關系。動畫連接的引入是設計人機接口的一次突破，它把工程人員從重復的圖形編程中解放出來，為工程人員提供了標準的工業(yè)控制圖形界面，并且由可編程的命令語言連接來增

18、強圖形界面的功能。圖形對象與變量之間有豐富的連接類型，給工程人員設計圖形界面提供了極大的方便?！敖M態(tài)王”系統(tǒng)還為部分動畫連接的圖形對象設置了訪問權限，這對于保障系統(tǒng)的安全具有重要的意義。通過這些功能的良好運用，可以制作出動畫效果內容豐富，監(jiān)控全面的監(jiān)控系統(tǒng)。組態(tài)王中命令語言是一種在語法上類似語言的程序，工程人員可以利用這些程序來增強應用程序的靈活性、處理一些算法和操作等。命令語言都是靠事件觸發(fā)執(zhí)行的，如定時、數(shù)據(jù)的變化、鍵盤鍵的按下、鼠標的點擊等。根據(jù)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(shù)據(jù)改變命令語言、自定義函數(shù)命令語言、動畫連接命令語言和畫面命令語言等。它具

19、有完備的詞法語法查錯功能和豐富的運算符、數(shù)學函數(shù)、字符串函數(shù)、控件函數(shù)、sql函數(shù)和系統(tǒng)函數(shù)。各種命令語言通過“命令語言編輯器”編輯輸入，在“組態(tài)王”運行系統(tǒng)中被編譯執(zhí)行。組態(tài)王軟件的工程管理器界面如圖6-1所示。工程瀏覽器界面如6-2所示。圖6-1 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、關閉、運行模式；歷史記錄的啟動、關閉；i/o設備的啟動、關閉；網絡連接的狀態(tài)；與設備連接的狀態(tài)；命令語言中函數(shù)未執(zhí)行成功的出錯信息。信息窗口如6-3所示。圖6-2 工程瀏覽器界面圖6-3 信息窗口2、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

20、畫面需要實現(xiàn)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。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。設計的畫面要實現(xiàn)這兩種情況下洗衣機的工作狀態(tài)。建立一個新的組態(tài)王工程的一般過程是：設計圖形界面（定義畫面）；定義設備；構造數(shù)據(jù)庫（定義變量）建立動畫連接；運行和調試。3、新建一個工程啟動“組態(tài)王”工程管理器，選擇菜單“文件新建工程”或單擊“新建”按鈕。按照新建工程向導一步步的建立一個新的工程路徑，并按自己要求設定工程文件目錄。并將把新建工程設定為組態(tài)王當前工程。本設計新建的工程名為：全自動洗衣機。如圖6-4所示。圖6-4 新建一個工程4、監(jiān)控界面設計（1）新建一

21、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(xiàn)了“新建”圖標，雙擊“新建”圖標，彈出“設備配置導向”對話框。由于本次畢業(yè)設計是采用軟件編程與仿真的，沒有具體的plc設備，因此新建的設備選用的是亞控公司的仿真plc設備，如圖6-5所示。為仿真plc設備取一個名字：仿真plc。然后為設備選擇連接的串口：com2口。設備定義完成后，就可以再com2下看到新建的設備-仿真plc了。由于定義的是一個仿真設備，所以串口通訊參數(shù)可以不必設置，但在工程中連接實際的i/o設備時，必須對串口通訊參數(shù)進行設置且置頂，要與實際設備中的設置項完全一致，否則會導致通訊失敗。圖6-5 設備配置（2）創(chuàng)建畫

22、面單擊“畫面”定義及命令語言工程欄，開始創(chuàng)建畫面，輸入畫面名稱，選擇畫面位置、畫面風格及類型，在畫面位置一欄輸入需要創(chuàng)建的畫面的寬度高度等數(shù)值。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。（3）定義外部設備變量在利用組態(tài)軟件的編輯過程中，首先應定義所要用到的變量，包括變量的描述，變量的類型，定義變量地址，選擇連接的設備，寄存器。過程如下：點擊畫面左側的“數(shù)據(jù)庫”，雙擊右側的“新建”出現(xiàn)定義變量對話框；變量名：可以根據(jù)需要設定；變量類型：根據(jù)離散信號還是整型信號來定義；連接設備：仿真plc(剛剛定義的設備)；寄存器：離信號寄存器是commerr，實型信號寄存器是increa或dec

23、rea。在定義變量的過程中，首先要確定變量類型。在實際運用中，應將從plc中直接inputoutput的信號變量定義為離散型信號，如啟動、停止、正反轉等。而在自動控制過程中調用從預先寫入寄存器內的參數(shù)時，應將此類信號變量設置為整型變量，如計數(shù)器，洗衣機中的水位。有些變量是原系統(tǒng)內部已經定義好的變量，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。本設計定義的外部變量如圖6-6所示。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。在組態(tài)王開發(fā)系統(tǒng)中雙擊圖形對象（不能有多個圖形對象同時被選中），彈出動畫連接對話框。圖形對象可以按動畫連接的要求改變顏色、尺寸、位

24、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。把這些動畫連接組合起來，應用程序將呈現(xiàn)出令人難以想象的圖形動畫效果。在畫面制作過程中經常用到指示燈，指示燈可以用作報警顯示，開關狀態(tài)指示。通過指示燈的運用可以知道在預定工作條件下繼電器，風扇等的開關，也可以表示熱電偶的工作狀態(tài)，這樣可以大大提高監(jiān)控的靈活性。此次設計的畫面中指示燈用來顯示全自動洗衣機的工作狀態(tài)。首先在圖庫中選擇畫面設計需要的反應器、閥門、按鈕和指示燈，并對每一個圖庫精靈進行動畫連接。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(shù)exit(0)來實現(xiàn)。在洗衣機洗衣過程開始前首先需要選擇水位，由于畫面顯示的原因，需要進

25、行畫面切換。主畫面為全自動洗衣機控制畫面，默認水位選擇是高水位。當水位選擇是中水位或低水位時，需要進行畫面切換。設計好的組態(tài)界面-全自動洗衣機控制畫面如圖6-7所示，中水位畫面如圖6-8所示。 圖6-6 外部變量定義圖6-7 全自動洗衣機控制畫面圖6-8 中水位5、運行和調試在界面設置結束保存后就可以運行系統(tǒng)，要進入組態(tài)王運行系統(tǒng)就需要對畫面進行配置，首先在開發(fā)系統(tǒng)中單擊菜單欄“配置運行環(huán)境”命令或工具條“運行”按鈕或工程瀏覽器“工程目錄顯示區(qū)系統(tǒng)配置設置運行系統(tǒng)”按鈕后，彈出“運行系統(tǒng)設置”對話框。選擇要運行的畫面點擊確定即可進入監(jiān)控界面。全自動洗衣機正常運行畫面如圖6-9所示。圖6-9所示

26、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。當水位與設定水位（高水位）一致時，進水閥關閉。暫停2秒之后洗滌電機正轉，對應正轉指示燈亮，正轉持續(xù)幾秒后電機反轉。反轉后再次進行正轉，循環(huán)3次后出水閥打開，進行排水。當水排空時，開始進行脫水。脫水完畢后，洗衣過程完畢，系統(tǒng)報警，洗滌完成指示燈亮。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。在現(xiàn)實中在進行洗滌和漂洗前，必須根據(jù)衣物多少，先向盛水桶內注入規(guī)定的水量，選定水位高度，就是選定水量。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。全自動洗衣機選擇中水位時運行畫面如6-10所

27、示。圖6-9 全自動洗衣機正常運行時的畫面圖6-10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，當水位到達設定水位后停止進水，洗衣機開始洗衣過程。圖6-10 中水位時運行的畫面 全自動洗衣機處于強制停止模式運行畫面如圖6-11所示。圖6-11 手動排水時的運行畫面圖6-11所示畫面分析：當系統(tǒng)處在正常運行方式時，按下停止按鈕，電機停轉，所有的指示燈滅。當按下手動排水按鈕時，洗衣機開始排水，出水閥打開，排水指示燈亮。同樣，當按下手動脫水按鈕時，開始脫水，脫水指示燈亮。本次設計的界面雖然比較簡陋，沒有模仿洗衣機的造型或者有旋轉效果，但是實現(xiàn)了全自動洗衣機正常運行和強制停止兩種工作模式。當選擇水位開關，進行動畫演示時，通過對水位這個參數(shù)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。在現(xiàn)實生活中，洗衣機在進水時往往出現(xiàn)溢水問題，在此次仿真中不會出現(xiàn)洗衣機進水時的溢水情況。六、總結和體會通過本系統(tǒng)的設計，對全自動洗衣機的控制系統(tǒng)有了深入的理解。全自動洗衣機控制系統(tǒng)利用了西門子plc的特點，對按鈕、電磁閥、開關等其他一些輸入輸出點設備進行控制，實現(xiàn)了洗衣機洗衣過程的自動化。由于每遍的洗滌,排水,脫水的時間由plc內計數(shù)器控制,所以只要