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1、电气控制与 PLC 课程设计控制系统课 题： 全自动洗衣机的 PLC系 别： 电气与信息工程学院专 业：姓 名： 学 号： 指导教师：河南城建学院2016年 6 月 10日摘要本文介绍了利用西门子1200 PLC 对全自动洗衣机控制系统总体控制，阐述了控制方案，实现了全自动洗衣机PLC控制系统。与传统的用单片机控制自动洗衣机相比，这种方案更加的稳定可靠，并且实现简单。PLC的控制程序书写简单，更加容易理解。对程序的编写、器件的选型、程序的流程的进行了详细的描述，介绍了全自动洗衣机PLC系统的实现过程。关键字 ：西门子 1200plc 全自动洗衣机程序设计目录全自动洗衣机的 PLC 控制 1一、
2、设计目的及设计要求 11.1设计目的 11.2设计要求 1二、系统硬件设计 12.1系统硬件配置及组成原理 12.1.1设备选型 12.2系统硬件电路图 32.2.1主电路图 32.2.2 PLC I/O 分配表 32.2.3 PLC 外围接线图 42.2.4单相异步电动机的正反转 4三、系统软件设计 43.1系统功能分析 43.2控制程序设计思路 53.3各部分功能具体实现 6四、系统调试及结果分析 84.1 系统调试 84.2 结果分析 8五、PLC梯形图程序9六、设计心得 9附录一 主电路图 10附录二PLC外围接线图11参考文献 16全自动洗衣机的 PLC 控制一、设计目的及设计要求1
3、.1设计目的（1）通过对自动洗衣机PLC改造，掌握PLC功能图的设计方法及步骤和全 自 动洗衣机 PLC 控制。（2）掌握自动洗衣机PLC控制线路的原理及接线。（3）掌握自动洗衣机PLC控制编程。1.2设计要求全自动洗衣机的洗衣桶（外桶）和脱水桶（内桶）是以同一中心安放的。外 桶 固定，作盛水用。内桶可以旋转， 作脱水（甩水）用。内桶的四周有很多小孔， 使内外桶的水流相通。 该洗衣机的进水和排水分别由进水电磁阀和排水电磁阀来 执行。进水时，通过电控系统使进水阀打开，经进水管将水注入外桶。排水时， 通 过电控系统使排水阀打开， 将水由外桶排出到机外。 洗涤正转、 反转由洗涤电 动机驱动波盘的正、
4、反转来实现，此时脱水桶并不旋转。脱水时，通过电控系统 将 离合器合上， 由洗涤电动机带动内桶正转进行甩干。 高、低水位开关分别用来 检 测高、低水位。 启动按钮用来启动洗衣机工作。 停止按钮用来实现手动停止进 水、排水、脱水及报警。排水按钮用来实现手动排水。PLC 投入运行，系统处于初始状态， 准备好启动。启动时开始进水， 水满（即 水位到达高水位）时停止进水并开始正洗涤。正转洗涤 15s 后暂停，暂停 3s 后 开始反转洗涤。反转洗涤 15s 后暂停，暂停 3s 后若正、反洗涤未满 3 次，则返 回从正转洗涤开始的动作；若正、反洗涤满 3 次时，则开始排水。排水水位若下 降到低位时， 开始脱
5、水并继续排水。 脱水 10s 即完成一次从进水到脱水的工作循 环过程。若未完成 3 次大循环，则返回从进水开始的全部动作， 进行下一次大循 环；若完成了 3 次大循环，则进行洗完报警。此外，还要求可以按排水按钮以实 现手动排水；按停止按钮以实现手动停止进水、排水、脱水及报警。二、系统硬件设计2.1系统硬件配置及组成原理2.1.1 设备选型表1设备清单名称品牌型号备汪PLC扌空制器西门子6ES7 214-1AG40-0XB01量电动广东中宝YC801-2台台单相电容起动异步电动机L交流接触器正泰电器CJX2-092 个220V电磁中间继电器止泰电器JZX-22F(D)/4Z10DC 24V开关电
6、源伊莱科电气S-100-241个A.网线个导线體1)PLC控制器选型本次设计的项目为全自动洗衣机的PLC控制，采用了 5个数字量输入和10 个数字量输出，综合考虑选用西门子S7-1200： CPU 1214C DC/DC/DC，订货号： 6ES7-214-1AG40-0XB0。S7-1200 可编程逻辑控制器(PLC, Programmable Logic Controller)提供了控制各种设备以满足您自动化需要的灵活性和强大功能。S7- 1200设计紧凑、组态灵活且具有功能强大的指令集，这些特点的组合使它成为控 制各种应用的完美解决方案。控制系统在PROTELV 13工程平台中的硬件系 统
7、配 置图如下：图1 PLC硬件系统配置图图2 PC stat ion硬件系统配置图2）电动机选型单相交流异步电机，是目前洗衣机普遍采用的电机，原因很筒单，因为它的 原理、构造大家已经非常了解，制作工艺已很成熟，而且，应用在洗衣机上已有几 十年历史了。但由于这种电机是恒速运转，工作时通过皮带传动及减速离合器完 成速度、力矩的转换，再分别完成洗衣机的洗涤、脱水动作。普通波轮洗衣机的电 机的功率一般在300 瓦左右，同时根据节能和环保的理念，我们可以选择具有噪 音低、升温低、功率大以及维护方便的优点的YC系列单值电容起动单相异 步电动 机。同时该电机具有产品结构简单，运行可靠，具有起动转矩大、过载能
8、力强的特 点。因此， YC 系列的单相异步电机非常适合我们家用电器电机的设计理念。我们选择YC801-2型号的电机，该电机的功率为0.37kwh，转速为 2800r/min ， 电流 3.4A,电压 220v，频率为 50Hz2.2系统硬件电路图2.2.1主电路图详见附录一：主电路图2.2.2PLC I/O 分配表表 2 I/O 分配输入输出序号名称符号输入点名称符号输出点1启动按钮SB1I0.0进水阀YV1Q0.02停止按钮SB210.1出水阀YV2Q0.13手动排水按钮SB3I0.2正转洗涤Q0.24低液位传感器SQ1I0.3反转洗涤Q0.35高液位传感器SQ2I0.4脱水Q0.46报警Q
9、0.57低水位指示Q0.68咼水位指示Q0.79运行指示Q1.010停机指示Q1.1注意：由于PLC的输入需要外部给定，无法通过软件修改。故本次设计仿真中,用变量M3.0M3.4代替变量10.010.4 ,以完成仿真。2.2.3PLC 外围接线图详见附录二：PLC外围接线图。2.2.4单相异步电动机的正反转要实现单相异步电动机的反转，就必须使旋转磁场反转，实现单相异步电动 机旋转磁场的反转，就要把工作绕阻和起动绕阻中的一组首端和末端与电源的接 线对调方可完成。因为单相异步电动机的旋转磁场（ 转向） 使从电流相位超前 的 绕阻向电流相位滞后的绕阻旋转的。这样如果把其中一个绕阻首端和末端于电 源
10、线接法对调就等于把这个绕阻的电流的相位改变了180，假若原来这个 绕组的 电流相位使超前90，这样一来， 该接后该绕组的电路相位便成为滞后90 了， 结 果就导致了旋转磁场的方向也随之改变。如图3: 当定时器开关接于左边的位置 时，电容器串联在LF绕组上，则电流Iuf 90 ,设此时电动机正转，经过定时 器所设定度时间后，定时器刀开关接通右边触点将电容器从 LF 绕组切 断到 LZ 绕组中，则电流 Ilz 超前 Ilf 相位约 90， 从而实现了电动机的反转， 在该电路中实质上是主、副绕组相互交换来实现正反转的，因此这种单相异步电 动机的工作绕组和启动绕组必须是可以互换的。CLZM220V1切
11、换开关图3 单相异步电动机的正反转三、系统软件设计3.1系统功能分析根据设计要求，画出相应的控制系统流程图，见图43.2控制程序设计思路首先将程序分为三个部分进行分别编写，主程序( main) 、洗涤环节子程序(FC1)、大循环环节子程序(FC2)。如图5所示图 5.程序块主程序：主要用于调用洗涤环节和大循环环节的子程序，把握系统的整体运 行。洗涤环节子程序：本程序块主要编写洗衣机的正反转洗涤，并通过计数器计 数和计时器计时。大循环环节子程序：本子程序主要调用了洗涤环节子程序，并有控制脱水和 报警环节。通过脱水的次数来确定大循环的次数，当脱水次数达到3 次时，停止 脱水，报警10s后，停机等待
12、。3.3各部分功能具体实现（1）洗涤环节 进水阀打开，当高液位传感器检测到信号时，立即关闭 进水阀。当程序中检测到进水阀的下降沿信号，则驱动洗涤环节。洗 涤环节程序图如图6图 6. 洗涤环节程序2）大循环环节每次脱水结束，则输出一个脉冲信号给大循环计数器，当计数器当前值等于设 定值时，则退出大循环环节。图 7.大循环环节程序3）报警程序大循环结束后输出使报警接通，同时报警计时器及时，当达到计时设定值时断开报警，洗衣机系统进入停机状态。报警程序如图8。（4）子程序调用程序图9.子程序调用四、系统调试及结果分析程序4.1系统调试图10.上位机监控界面通过WINCC画面对PLC各输出点的状态进行监控
13、，如图8上位机监控界面。4.2结果分析基本完成了设计要求，实现了全自动洗衣机的PLC控制系统。通过程序设计，硬件组态，以及组态画面，能够用WINCC 上位机监控界面实时显 示洗衣机的运行状态。五、PLC 梯形图程序详见附录三 PLC 梯形图程序六、设计心得通过一周的电气 PLC 的课程设计我学到了很多的知识， 特别是一些在 课程之 外的一些知识。 通过自己合作做出来一个小项目， 在项目中遇到了 一些比较实际 的问题，例如，在洗衣机电机选型中，经过在网上资料的查 找，了解到电机的选 型中存在着很多的知识，电机的额定电压、额定电流、 额定功率的如何选择。另 外，也了解到不同的工作环境对电机的选择也是有 着很大的不同。附录一主电路图AT1粕描全自动洗衣机制系统原理图訝蛾建報R场 t t审a ttftIr VtN 9IfJrfi 主程序附录三 PLC 梯形图程 序洗涤环节
