基于plc和組態(tài)王的全自動(dòng)洗衣機(jī)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)(專(zhuān)業(yè)版)

　　

【正文】 \\本站點(diǎn)\報(bào)警=1。}if(\\本站點(diǎn)\counter==33){\\本站點(diǎn)\電機(jī)反轉(zhuǎn)=0。滿(mǎn)足了不同衣物分開(kāi)洗、大量衣物同時(shí)洗、小件衣物即時(shí)洗的需求，開(kāi)創(chuàng)了健康洗滌新概念，深受消費(fèi)者的喜愛(ài)，組合化的另一個(gè)體現(xiàn)就是把洗滌、漂洗、脫水和烘干功能集于一身。之后選擇水位選擇開(kāi)關(guān)，進(jìn)水閥打開(kāi)，開(kāi)始進(jìn)水，洗衣過(guò)程開(kāi)始。本次設(shè)計(jì)的界面雖然比較簡(jiǎn)陋，沒(méi)有模仿洗衣機(jī)的造型或者有旋轉(zhuǎn)效果，但是實(shí)現(xiàn)了全自動(dòng)洗衣機(jī)正常運(yùn)行和強(qiáng)制停止兩種工作模式。全自動(dòng)洗衣機(jī)正常運(yùn)行畫(huà)面如圖69所示。本設(shè)計(jì)定義的外部變量如圖66所示。本設(shè)計(jì)新建的工程名為：全自動(dòng)洗衣機(jī)。組態(tài)王中命令語(yǔ)言是一種在語(yǔ)法上類(lèi)似Ｃ語(yǔ)言的程序，工程人員可以利用這些程序來(lái)增強(qiáng)應(yīng)用程序的靈活性、處理一些算法和操作等。6 組態(tài)界面的設(shè)計(jì) 組態(tài)王組態(tài)王是一款功能強(qiáng)大的工業(yè)生產(chǎn)監(jiān)控軟件。CPU224的右邊空白方框是擴(kuò)展模塊的位置，雙擊空白方框即可進(jìn)行模塊配置選擇，根據(jù)需要可選擇各種數(shù)字量和模擬量的擴(kuò)展模塊。圖410 洗衣梯形圖（一）圖411 洗衣梯形圖（二）圖412 洗衣梯形圖（三）如圖410，411，412所示程序段落，T37計(jì)時(shí)時(shí)間到，T38計(jì)時(shí)開(kāi)始。用戶(hù)程序結(jié)構(gòu)選擇編輯窗口如圖46所示。這種編程語(yǔ)言使程序結(jié)構(gòu)清晰，易于閱讀及維護(hù)，大大減輕編程的工作量，縮短編程和調(diào)試時(shí)間。（4）對(duì)用戶(hù)程序進(jìn)行文檔管理，加密處理等。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(shí)際物理連接點(diǎn)一一對(duì)應(yīng)，才能確保動(dòng)作的正確執(zhí)行。 PLC的選型　 I/O儲(chǔ)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。S7200提供了近10種通訊方式以滿(mǎn)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MPI協(xié)議通訊，從簡(jiǎn)單的S7200之間的通訊到S7200通過(guò)ProfibusDP網(wǎng)絡(luò)通訊，甚至到S7200通過(guò)以太網(wǎng)通訊。6　 編程器編程器用來(lái)生成用戶(hù)程序，并用它進(jìn)行編輯、檢查、修改和監(jiān)控用戶(hù)程序的執(zhí)行情況。可編程控制器及其有關(guān)設(shè)備，都應(yīng)按使工業(yè)控制系統(tǒng)形成一個(gè)整體，易于擴(kuò)充其功能的原則設(shè)計(jì)。根據(jù)全自動(dòng)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(guò)程組成。洗滌正傳反轉(zhuǎn)由洗滌電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)撥盤(pán)的正反轉(zhuǎn)來(lái)實(shí)現(xiàn)，此時(shí)脫水桶并不旋轉(zhuǎn)。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(yǔ)言如指令表，梯形圖，邏輯功能圖，順序功能圖等，程序簡(jiǎn)潔、明了，適合各類(lèi)技術(shù)人員的傳統(tǒng)習(xí)慣，即使是沒(méi)有計(jì)算機(jī)知識(shí)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(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)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。普通型和半自動(dòng)型洗衣機(jī)，都需要人為參與操作，才能完成洗衣、甩干、排水全過(guò)程；而全自動(dòng)洗衣機(jī)在整個(gè)洗滌、甩干、排水過(guò)程中，無(wú)需人為操作和監(jiān)控。1922年，美國(guó)改造了洗衣機(jī)的洗滌結(jié)構(gòu)，把拖動(dòng)式改為攪拌式，使洗衣機(jī)的結(jié)構(gòu)固定下來(lái)，這也就是第一臺(tái)攪拌式洗衣機(jī)的誕生。 full automatic washing machine。為了能更直觀的顯示出整個(gè)自動(dòng)控制過(guò)程，本設(shè)計(jì)運(yùn)用組態(tài)王軟件建立了一個(gè)全自動(dòng)洗衣機(jī)的監(jiān)控系統(tǒng)畫(huà)面。1880年，美國(guó)發(fā)明了蒸氣洗衣機(jī)，蒸氣動(dòng)力開(kāi)始取代人力。目前,國(guó)內(nèi)市場(chǎng)上銷(xiāo)售的大都是波輪式和滾筒式，供應(yīng)最多的是波輪式洗衣機(jī)。（2）配套齊全，功能完善，適用性強(qiáng)。內(nèi)桶的周?chē)性S多小孔，使內(nèi)桶和外桶的水流相通，洗衣機(jī)的進(jìn)水和排水分別由進(jìn)水電磁閥和排水電磁閥來(lái)執(zhí)行。（6） 洗衣過(guò)程完成，報(bào)警3秒并自動(dòng)停機(jī)。系統(tǒng)的硬件電路圖如圖32所示。內(nèi)部使用的電源是整體的供給中心，大部分PLC采用開(kāi)關(guān)式穩(wěn)壓電源供電。由于它有極強(qiáng)的通信功能，在大型網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)中也能充分發(fā)揮其作用。控制線圈與PLC的輸出口相連，電動(dòng)機(jī)高壓電源通過(guò)變頻器以后與繼電器“常開(kāi)引腳”相連，公共端接地。圖34 PLC框架配置圖 PLC的外圍接線圖設(shè)計(jì)根據(jù)全自動(dòng)洗衣機(jī)的控制要求，對(duì)系統(tǒng)控制的I/O點(diǎn)數(shù)進(jìn)行了統(tǒng)計(jì)和PLC型號(hào)進(jìn)行了選擇，現(xiàn)根據(jù)以上的統(tǒng)計(jì)和選擇對(duì)控制系統(tǒng)PLC的外部接線進(jìn)行設(shè)計(jì)。（2）在聯(lián)機(jī)（在線）方式下可以對(duì)與計(jì)算機(jī)建立通信關(guān)系的PLC直接進(jìn)行各種操作，如上載、下載用戶(hù)程序和組態(tài)數(shù)據(jù)等。編程時(shí)將順序流程動(dòng)作的過(guò)程分成步和轉(zhuǎn)換條件，根據(jù)轉(zhuǎn)移條件對(duì)控制系統(tǒng)的功能流程順序進(jìn)行分 配，一步一步的按照順序動(dòng)作。編程軟件可實(shí)現(xiàn)3種編程語(yǔ)言之間的任意切換，執(zhí)行菜單【查看】→【梯形圖】或【STL】或【FBD】選項(xiàng)便可進(jìn)入相應(yīng)的編程環(huán)境。在強(qiáng)制停止情況下，當(dāng)停止按鈕按下時(shí)立即停止進(jìn)水。另外，仿真軟件還有讀取CPU和擴(kuò)展模塊的信息、設(shè)置PLC實(shí)時(shí)時(shí)鐘、控制循環(huán)掃描次數(shù)等功能。進(jìn)水完成后，高水位傳感器傳出數(shù)據(jù)，進(jìn)水電磁閥關(guān)閉，洗滌電動(dòng)機(jī)開(kāi)始正轉(zhuǎn)，洗衣過(guò)程開(kāi)始。圖形對(duì)象與變量之間有豐富的連接類(lèi)型，給工程人員設(shè)計(jì)圖形界面提供了極大的方便。 新建一個(gè)工程啟動(dòng)“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。在實(shí)際運(yùn)用中，應(yīng)將從PLC中直接input\output的信號(hào)變量定義為離散型信號(hào)，如啟動(dòng)、停止、正反轉(zhuǎn)等。設(shè)計(jì)好的組態(tài)界面全自動(dòng)洗衣機(jī)控制畫(huà)面如圖67所示，中水位畫(huà)面如圖68所示。圖611 手動(dòng)排水時(shí)的運(yùn)行畫(huà)面圖611所示畫(huà)面分析：當(dāng)系統(tǒng)處在正常運(yùn)行方式時(shí)，按下停止按鈕，電機(jī)停轉(zhuǎn)，所有的指示燈滅。在組態(tài)畫(huà)面的設(shè)計(jì)過(guò)程中，按下啟動(dòng)按鈕時(shí)，洗衣機(jī)中的變量水位在沒(méi)有按下啟動(dòng)按鈕時(shí)就開(kāi)始上升，出現(xiàn)此問(wèn)題的原因是因?yàn)樵谶M(jìn)行新建設(shè)備時(shí)選擇的是仿真PLC，水位是從其得到。 大容量和微型化：大容量洗衣機(jī)滿(mǎn)足了人們洗大件衣物的需求。if(\\本站點(diǎn)\counter==25){\\本站點(diǎn)\電機(jī)正轉(zhuǎn)=1。\\本站點(diǎn)\排水1=0。\\本站點(diǎn)\電機(jī)正轉(zhuǎn)=0。\\本站點(diǎn)\電機(jī)反轉(zhuǎn)=1。通過(guò)這次畢業(yè)設(shè)計(jì)，我深刻地發(fā)現(xiàn)理論與實(shí)踐的區(qū)別與聯(lián)系，發(fā)現(xiàn)自己對(duì)知識(shí)的理解還不夠透徹，要學(xué)習(xí)的東西還很多。在今后一個(gè)時(shí)期內(nèi)，自動(dòng)洗衣機(jī)將朝著多功能、節(jié)電、節(jié)水方向發(fā)展。7 總結(jié)與展望 總結(jié)通過(guò)本系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，對(duì)全自動(dòng)洗衣機(jī)的控制系統(tǒng)有了深入的理解。暫停2秒之后洗滌電機(jī)正轉(zhuǎn)，對(duì)應(yīng)正轉(zhuǎn)指示燈亮，正轉(zhuǎn)持續(xù)幾秒后電機(jī)反轉(zhuǎn)。圖形對(duì)象可以按動(dòng)畫(huà)連接的要求改變顏色、尺寸、位置、填充百分?jǐn)?shù)等，一個(gè)圖形對(duì)象又可以同時(shí)定義多個(gè)連接。由于本次畢業(yè)設(shè)計(jì)是采用軟件編程與仿真的，沒(méi)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。它具有完備的詞法語(yǔ)法查錯(cuò)功能和豐富的運(yùn)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)。其中監(jiān)控層對(duì)下連接控制層，對(duì)上連接管理層，它不但實(shí)現(xiàn)對(duì)現(xiàn)場(chǎng)的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)與控制，且在自動(dòng)控制系統(tǒng)中完成上傳下達(dá)、組態(tài)開(kāi)發(fā)的重要作用。 仿真測(cè)試（1）CPU選型執(zhí)行圖中菜單命令“configuration”→“CPU Type”，在CPU型號(hào)對(duì)話(huà)框中選擇自己對(duì)應(yīng)的CPU型號(hào)，CPU224。T40計(jì)時(shí)時(shí)間到，反洗暫停，T43開(kāi)始計(jì)時(shí)。中斷程序的指令也放在獨(dú)立的程序塊中，用來(lái)處理預(yù)先規(guī)定的中斷事件，在中斷事件發(fā)生時(shí)操作系統(tǒng)調(diào)用中斷程序。 圖43 PLC控制順序功能圖 梯形圖編寫(xiě)打開(kāi)STEPMicro/Win32編程軟件，軟件主界面如圖44所示。除菜單欄外，用戶(hù)可根據(jù)需要決定其他窗口的取舍和樣式的設(shè)置。具體的輸入地址分配如表31所示。因此在程序設(shè)計(jì)之前只能粗略地估算。 繼電器（1） 繼電器簡(jiǎn)介繼電器是一種電子控制器件，它具有控制系統(tǒng)（又稱(chēng)輸入回路）和被控制系統(tǒng)（又稱(chēng)輸出回路），通常應(yīng)用于自動(dòng)控制電路中，它實(shí)際上是用較小的電流去控制較大電流的一種“自動(dòng)開(kāi)關(guān)”。使用編程軟件可以在計(jì)算機(jī)上直接生成梯形圖或指令表程序，并且可以實(shí)現(xiàn)不同編程語(yǔ)言之間的相互轉(zhuǎn)換。1　 中央處理器（CPU）中央處理器(CPU)是可編程邏輯控制器的控制中樞。此次全自動(dòng)洗衣機(jī)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)需要利用西門(mén)子S7200系列PLC的特點(diǎn),對(duì)按鈕、電磁閥、開(kāi)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(guò)程的自動(dòng)化。啟動(dòng)按鈕用來(lái)啟動(dòng)洗衣機(jī)工作，停止按鈕用來(lái)實(shí)現(xiàn)手動(dòng)停止進(jìn)水、洗衣、排水、脫水及報(bào)警。更重要的是使同一設(shè)備經(jīng)過(guò)改變程序而改變生產(chǎn)過(guò)程成為可能。首先需要對(duì)全自動(dòng)洗衣機(jī)的控制系統(tǒng)進(jìn)行分析，進(jìn)行流程圖和梯形圖的設(shè)計(jì)，并進(jìn)行仿真測(cè)試。70年代后期，微電腦控制的全自動(dòng)洗衣機(jī)出現(xiàn)引領(lǐng)新的發(fā)展方向，讓人耳目一新。水磨洗滌機(jī)可用于服裝廠水洗牛仔服及絲綢等衣物。PLC的優(yōu)點(diǎn)是：可靠性高，耗電少，適應(yīng)性強(qiáng)，運(yùn)行速度快，壽命長(zhǎng)，為了進(jìn)一步提高全自動(dòng)洗衣機(jī)的功能和性能，避免傳統(tǒng)控制的一些弊端，就提出了用PLC來(lái)控制全自動(dòng)洗衣機(jī)這個(gè)課題。這些不斷重復(fù)的簡(jiǎn)單的體力勞動(dòng)，留給人的感受常常是辛苦勞累。隨著計(jì)算機(jī)及微電子技術(shù)的發(fā)展，自動(dòng)控制系統(tǒng)正在逐步實(shí)現(xiàn)硬件化。 PLC具有以下優(yōu)點(diǎn)：（1）可靠性高，抗干擾能力強(qiáng)。另外它的編程語(yǔ)言也相對(duì)簡(jiǎn)單。（3） 洗衣時(shí)，正轉(zhuǎn)20秒，停2秒，然后反轉(zhuǎn)20秒，停2秒。根據(jù)以上要求，基于PLC的全自動(dòng)洗衣機(jī)控制系統(tǒng)框圖如圖31所示。輸入單元接受現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備箱PLC提供的開(kāi)關(guān)量信號(hào)，經(jīng)過(guò)處理后，變成CPU能夠識(shí)別的信號(hào)。1　 每次掃描過(guò)程，集中采集輸入信號(hào)，集中對(duì)輸出信號(hào)進(jìn)行刷新；2　 輸入刷新過(guò)程，當(dāng)輸入端口關(guān)閉時(shí)，程序在進(jìn)行執(zhí)行階段時(shí)，輸入端有新?tīng)顟B(tài)，新?tīng)顟B(tài)不能被讀入。（2） 繼電器組的應(yīng)用及實(shí)現(xiàn)的功能在本次設(shè)計(jì)中，對(duì)繼電器的使用較為突出，原理是利用可編程序控制器的24V直流信號(hào)來(lái)控制繼電器線圈，實(shí)現(xiàn)由可控制的按預(yù)定程序?qū)?關(guān)斷的380V三相電源給電動(dòng)機(jī)供電。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(mǎn)足全自動(dòng)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。STEP7Micro/WIN32是西門(mén)子公司專(zhuān)為SIMATIC S7200系列可編程序控制器研制開(kāi)發(fā)的編程軟件，它是基于Windows的應(yīng)用軟件，功能強(qiáng)大，既可用于開(kāi)發(fā)用戶(hù)程序，又可實(shí)時(shí)監(jiān)控用戶(hù)程序的執(zhí)行狀態(tài)。圖41 正常運(yùn)行流程圖強(qiáng)制停止流程圖如圖42所示。CPU選型對(duì)話(huà)框如圖45所示。當(dāng)水位與設(shè)定水位不一致時(shí)，；反之。圖415 報(bào)警梯形圖如圖415所示程序段落，排水過(guò)程進(jìn)行3次，即洗衣大循環(huán)3次后，開(kāi)始報(bào)警過(guò)程，3秒后停止報(bào)警，這樣整個(gè)洗衣過(guò)程結(jié)束。仿真結(jié)果圖如圖54所示。工程人員在組態(tài)王開(kāi)發(fā)系統(tǒng)中制作的畫(huà)面都是靜態(tài)的，如果要反映工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)的狀況，可以通過(guò)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)，因?yàn)橹挥袛?shù)據(jù)庫(kù)中的變量才是與現(xiàn)場(chǎng)狀況同步變化的。全自動(dòng)洗衣機(jī)的控制系統(tǒng)有兩種方式：正常運(yùn)行和強(qiáng)制停止。（3）定義外部設(shè)備變量在利用組態(tài)軟件的編輯過(guò)程中，首先應(yīng)定義所要用到的變量，包括變量的描述，變量的類(lèi)型，定義變量地址，選擇連接的設(shè)備，寄存器。在洗衣機(jī)洗衣過(guò)程開(kāi)始前首先需要選擇水位，由于畫(huà)面顯示的原因，需要進(jìn)行畫(huà)面切換。全自動(dòng)洗衣機(jī)選擇中水位時(shí)運(yùn)行畫(huà)面如610所示。在做畢業(yè)設(shè)計(jì)的過(guò)程中，遇到了不少問(wèn)題，但經(jīng)過(guò)查詢(xún)資料和同學(xué)幫助下基本得到了解決。高度自動(dòng)化：從最初的單桶洗衣機(jī)到雙桶、套桶洗衣機(jī)、全自動(dòng)洗衣機(jī)，再到智能全模糊控制洗衣機(jī)。amp。\\本站點(diǎn)\出水閥=1。\\本站點(diǎn)\脫水1=0。}if(\\本站點(diǎn)\counter==45){\\本站點(diǎn)\電機(jī)反轉(zhuǎn)=1。畢設(shè)論文雖然結(jié)束了，但一個(gè)系統(tǒng)最終走向成熟和完善還需要我在以后的學(xué)習(xí)中做不懈努力。（3） 控制方式的多樣化。可以把上面設(shè)定的程序時(shí)間定下來(lái),作為固定程序使用,也可以根據(jù)衣物的質(zhì)地,數(shù)量及油污的程度來(lái)編程。脫水完畢后，洗衣過(guò)程完畢，系統(tǒng)報(bào)警，洗滌完成指示燈亮。通過(guò)指示燈的運(yùn)用可以知道在預(yù)定工作條件下繼電器，風(fēng)扇等的開(kāi)關(guān)，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。設(shè)備定義完成后，就可以再COM2下看到新建