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1、毕业设计（论文）报告纸共 38 页 第 1 页装订线第一章 概 述根据全自动洗衣机的工作原理,利用可编程控制器 PLC 实现控制,说明了 PLC 控制的原理方法,特点及控制洗衣机的特色。全自动洗衣机控制系统利用了西门子 S7-200 系列 PLC 的特点,对按鈕,电磁阀,开关等其他一些输入/输出点进行控制,实现了洗衣机洗衣过程的自动化。由于每遍的洗涤,排水,脱水的时间由 PLC 内计数器控制,所以只要改变计数器参数就可以改变时间。可以把上面设定的程序时间定下来,作为固定程序使用,也可以根据衣物的质地,数量及油污的程度来编程。只要稍作改变,就可以设计出诸如要多洗多甩的牛仔类衣物,轻洗轻甩的羊毛类
2、衣物以及通用的标准洗涤程序,充分表现现代家电品的实用性。在洗衣机控制方面，在 PLC 问世之前，工业控制领域中是继电器占主导地位。但继电器控制领域有着十分明显的缺点：体积大、耗电多、可靠性、寿命短、运行速度慢、适应性差、尤其当生产工艺发生变化时，就必须重新设计、重新安装，造成时间和资金的严重浪费。为了改变这一现状，PLC 控制系统产生了。继 1969 年美国数字设备公司研制出世界第一台 PLC，并在通用汽车公司自动装配线上试用，获得了成功，从而开创了工业控制新时期，从此，可编程控制器这一新的控制技术迅速发展起来了。在许多领域都有广泛的应用。PLC 的 优点是：可靠性高，耗电少，适应性强，运行速
3、度快，寿命长等，为了进一步提高全自动洗衣机的功能和性能，避免传统控制的一些弊端，就提出了用 PLC 来控制全自动洗衣机这个课题。毕业设计（论文）报告纸共 38 页 第 2 页装订线第二章 课题任务分析2.1 整体功能介绍洗衣机的工作流程由进水，洗衣，排水，和脱水四个过程组成。在半自动洗衣机中，这四个过程分别用相应的按扭开关来控制。全自动洗衣机中， ，这四个过程可做到全自动依次运行，直至洗衣结束。2.2 设备控制要求全自动洗衣机控制要求是能实现”正常运行“和”强制停止“两种控制要求。按下启动按扭，开始进水直到水满（即水位达到高水位）时停止进水开始洗涤正转洗涤时，正转 30 秒，停两秒，然后反转
4、30 秒，停 2 秒如此循环 5 次，总共 320 秒开始排水水位下降到低水位时开始脱水并继续排水，脱水 30 秒开始清洗，重复（1）到（4） ，清洗两遍清洗完成，报警 3 秒并自动停机若按下排水按扭可以实现手动排水若按下停车按扭，可实现手动停止进水，排水 脱水及报警第三章 控制系统的设计3.1 控制系统框图毕业设计（论文）报告纸共 38 页 第 3 页装订线S7-200 PLC进水/排水电磁阀 洗涤电机 脱水电机图 1 系统框图3.2 控制系统对应设备及实现功能对应的外部设备启动按扭停止按扭水位选择开关（高水位）水位选择开关（中水位）水位选择开关（低水位）手动排水开关手动脱水开关高水位浮球开
5、关中水位浮球开关低水位浮球开关水排空浮球开关对应的输出设备进水电磁阀排水电磁阀洗涤电动机正转继电器洗涤电动机反转继电器脱水桶报警器毕业设计（论文）报告纸共 38 页 第 4 页装订线3.3 控制系统原理自动洗衣机的进水，洗衣，排水，脱水是通过水位开关，电磁进水阀和电磁排水阀配合进行控制，从而实现自动控制的，水位开关用来控制进水到洗衣机内高中低水位，电磁进水阀起着通断水源的作用。进水时，电磁进水阀打开，将水注入，排水时，电磁排水阀打开，将水排出，洗衣时，洗涤电动机启动，脱水时，脱水桶启动。第四章 硬件电路的设计4.1 系统的选型（1）IO 点数统计：I/O 点数是 PLC 的一项重要指标。合理选
6、择 I/O 点数既可使系统满足控制要求，又可使系统总投资最低。PLC 的输入输出总点数和种类应根据被控对象所需控制的模拟量、开关量、输入输出设备情况来确定，一般一个输入输出元件要占用一个输入输出点。考虑到今后的调整和扩充，一般应在估计的总点数上再加上 20%30%的备用量。该系统有 11 个数字输入点 6 个数字输出点，考虑余量后需要 14 个数字输入点 10 个输出点。统计得输入:启动按扭毕业设计（论文）报告纸共 38 页 第 5 页装订线停止按扭水位选择开关（高水位）水位选择开关（中水位）水位选择开关（低水位）手动排水开关手动脱水开关高水位浮球开关中水位浮球开关低水位浮球开关水排空浮球开关
7、统计得输出:进水电磁阀排水电磁阀洗涤电动机正转继电器洗涤电动机反转继电器脱水桶报警器（2）用户存储器容量的估算PLC 常用的内存有 EPROM、EEPROM 和带锂电池供电的 RAM。一般微型和小型 PLC 的存储容量是固定的，介于 12KB 之间。用户应用程序占用多少内存与许多因素有关，如 I/O 点数、控制要求、运算处理量、程序结构等。因此在程序设计之前只能粗略地估算。根据经验，每个I/O 点及有关功能元件占用的内存量大致如下：开关量输入元件：1020B/点开关量输出元件：510B/点定时器/计数器：2B/个模拟量：100150B/个通信接口：一个接口一般需要 300B 以上根据上面算出的
8、总字节数再考虑增加 25%左右的备用量，就可估算出用户程序所需的内存容毕业设计（论文）报告纸共 38 页 第 6 页装订线量，从而选择合适的 PLC 内存。该系统有 11 个数字输入点 6 个数字输出点，需内存 280B，有定时器 6 个，计时器 2 个，需内存 16B，考虑余量后需要内存 370B。（3）CPU 功能与结构的选择PLC 的功能日益强大，一般 PLC 都具有开关量逻辑运算、定时、计数、数据处理等基本功能，有些 PLC 还可扩展各种特殊功能模块，如通信模块、位置控制模块等，选型时可考虑以下几点：功能与任务相适应，PLC 的处理速度应满足实时控制的要求、 PLC 结构合理、机型统一
9、、在线编程和离线编程的选择。全自动洗衣机控制所要求的控制功能简单，小型 PLC 就能满足要求了。综上所述，结合下表分析CPU221 CPU222 CPU224 CPU226程序存储器 2048 字 4096 字用户数据存储器 1024 字 2560 字用户存储器类型 EEPROM数据后备典型时间 50h 190h本机 IO 6 入/4 出 8 入/6 出14 入/10出24 入 /16出扩展模块数量 无 2 个 7 个数字量 IO 印象区大小 256（128 入/128 出）模拟量 IO 印象区大小 无16 入/16出 32 入/32 出33Hz 布尔指令执行速度 0.37/微妙/指令内部继电
10、器 256计数器/定时器 256/256顺序控制继电器 256该控制系统 CPU 模块可采用 CPU-224（AC/DC/ 继电器）模块，它可控制整个系统按照控制要求有条不紊地进行。同时由于该模块采用交流 220V 供电，并且自带 14 个数字量输入点和 10个数字量输出点，完全能满足全自动洗衣机控制系统的要求，所以不再需要另外的电源模块、数字量和输出模块。综上所述选用西门子 S7-200 型 PLC毕业设计（论文）报告纸共 38 页 第 7 页装订线4.2 CPU 单元设计集成的 24V 负载电源，可直接连接到传感器和变送器（执行器）， CPU 221，222 具有 180mA 输出， CP
11、U 224， CPU 224XP，CPU 226 分别输出 280 mA，400mA 。可用负载电源。本设计中所用 CPU 为 CPU224 。本机数字量输入/输出点CPU224 有 14DI/10DO本机模拟最输入/输出点CPU 224XP 有 2 个 AI/1AO。 4.3 硬件接线图毕业设计（论文）报告纸共 38 页 第 8 页装订线4.4 通讯方式内部集成的 PPI 接口为用户提供强大的通讯功能。 PPI 接口为 RS485，可在三种方式 下工作：1.PPI 方式：PPI 通讯协议是西门子专门为 S7-200 系列 PLC 开发的通讯协议。通过普 通的两芯屏蔽双绞电缆进行联网。波特率为
12、 9.6kbit/s,19.2 kbit/s 和 187.5 kbit/s。CPU 上集成的编程口同时就是 PPI 通讯联网接口。2.MPI 方式：通过内置接口连接到 MPI 网络上。波特率为 19.2kbit/s,187.5kbit/s。S7-200 可与 S7-300/400 通讯，S7-200CPU 在 MPI 网络中作为从站，彼此间不能通讯。3.自由通讯口方式：是一个很有特色的功能。S7-200PLC 可以与任何通讯协议公开的其他设备进行通讯。即可以由用户自行定义通讯协议。波特率最高 38.4kbit/s。4.PROFIBUS-DP 网络：CPU222 、224XP、226 可以通过增
13、加 EM277 的方法支持PROFIBUS DP 网络协议。最高传输速率为 12Mbit/s。4.5 EEPROM 存储器模块 （选件）可作为修改与拷贝程序的快速工具（无需编程器），并可进行辅助软件归档工作。4.6 电池模块用于长时间数据后备。用户数据（如标志位状态，数据块，定时器，计数器）可通过内部的超级电容存贮大约 5 天。选用电池模块能延长存贮时间到 200 天（10 年寿命）。电池模块插在存储器模块的卡槽中。4.7 通讯模块品牌：SIEMENS-西门子 名称：通讯模块 SINAUT TIM 4R-IE 型号：SINAUT TIM 4R-IE毕业设计（论文）报告纸共 38 页 第 9 页
14、装订线有四个接口用于单一和冗余的传输： 2 个组合的 RS232/RS485 接口用于连接经典的 WAN，如专线、无线或拨号网络 RJ45 接口用于连接到基于 IP 的网络（WAN 或 LAN） ，如 FOC、DSL 、GPRS 等 紧凑的部件用于多种用途： 作为独立部件（独立运行无需 S7-300 CPU） ，TIM 可以承担 SINAUT 通讯用于一个或多个S7-400 PLC 或控制中心 PC (SINAUT ST7cc 或 ST7sc)；此时连接是通过 TIM 的 Ethernet 口之一进行 在 S7-300 PLC 中作为通讯处理器（ CP） S7-400 CPU 或控制中心 PC
15、 因此能够执行 SINAUT 通讯： 经两个任意的 SINAUT WAN 网络与 SINAUT ST7 搭档 经两个基于 IP 的网络与 SINAUT ST7 用户 所有四个接口可以同时用于 SINAUT 通讯。 四个传输路径可互不相同并且每个路径可独立运行，或工作于冗余组合。 方便地建立冗余传输路径经两个经典 WAN、两个基于 IP 的网络或 WAN + 基于 IP 的网络的组合。 如果作为 CP 置于 S7-300 PLC 中，可使用附加的通讯： 与 CPU 通讯 经此 CPU 的 MPI 接口与其它连接到 MPI 总线的 CPU 和控制中心 PC(ST7cc, ST7sc) 与机架中其它的 TIM 消息存储器高达 56 000 数据消息帧SIMATIC S7-200 系列 PLC 适用于各行各业，各种场合中的
