全自动洗衣机PLC控制系统的设计优化方案

■应知点:

了解S7－200PLC计数器指令的使用。

■应会点:

掌握根据工程状态设计PLC梯形图程序的能力。

一、任务简述

全自动洗衣机的工作方式:

(1)按启动按钮，首先进水电磁阀打开，进水指示灯亮。

(2)当水位到达上限时，进水指示灯灭，搅拌轮正反轮流搅拌，各两次。

(3)等待几秒钟，排水阀打开，排水指示灯亮，而后甩干桶灯亮了又灭。

(4)当水位降至下限时，排水指示灯灭，进水指示灯亮。

(5)重复两次(1)~(4)的过程。

(6)水位第三次降至下限时，蜂鸣器报警5s后，整个过程结束。

操作过程中，如果按下停止按钮，可随时终止洗衣机的运行。手动排水按钮是独立操作命令，手动排水的前提是水位没有降至下限位，如图9－30~图9－31所示。

二、相关知识

1.计数器指令介绍

计数器利用输入脉冲上升沿累计脉冲个数。计数器当前值大于或等于预置值时，状态位置1。

S7－200系列PLC有三类计数器:CTU－加计数器，CTUD－加/减计数器，CTD－减计数器。

(1)计数器指令格式如表9－9所示。

图9－30　全自动洗衣机控制系统示意图

图9－31　全自动洗衣机的状态转移图

表9－9　计数器指令格式

(2)计数器工作原理分析。

①加计数器指令(CTU):当CU端有上升沿输入时，计数器当前值加1。当计数器当前值大于或等于设定值(PV)时，该计数器的状态位置1，即其常开触点闭合。计数器仍计数，但不影响计数器的状态位。直至计数达到最大值(32767)。当R＝1时，计数器复位，即当前值清零，状态位也清零。

②加/减计数器指令(CTUD):当CU端(CD端)有上升沿输入时，计数器当前值加1(减1)。当计数器当前值大于或等于设定值时，状态位置1，即其常开触点闭合。当R＝1时，计数器复位，即当前值清零，状态位也清零。加减计数器计数范围:－32768~32767。

③减计数器指令(CTD):当复位LD有效时，LD＝1，计数器把设定值(PV)装入当前值存储器，计数器状态位复位(置0)。当LD＝0，即计数脉冲有效时，开始计数，CD端每来一个输入脉冲上升沿，减计数的当前值从设定值开始递减计数，当前值等于0时，计数器状态位置位(置1)，停止计数。

2.计数器指令举例

加减计数器指令应用示例，程序及运行时序如图9－32所示。

图9－32　加/减计数器指令应用示例

三、应用实施

工业洗衣机适用于洗涤各种棉织、毛纺、麻类、化纤混纺等衣物织品，在服装厂、水洗厂、工矿企业、学校、宾馆、酒店、医院等的洗衣房具有广泛应用，是减轻劳动强度，提高工作效率，降低能耗的理想设备。从世界上第一台洗衣机问世，工业洗衣机就相伴而生。就像整个工业革命带来的巨变一样，今天越来越自动化的洗涤机械使当年用手搓洗的生活改头换面。

1.PLC选型

从上面的分析可知本控制系统有5路输入信号，为两个液位传感器和三个控制按钮。有6路输出信号，包括两个电磁阀、三个接触器和一个蜂鸣器。输入输出信号均为开关量。所以控制系统可选用CPU224，集成14输入/10输出共24个数字量I/O点，满足控制要求，而且还有一定的余量。

2.PLC的I/O分配

全自动洗衣机的PLC控制系统的I/O地址分配见表9－10。

表9－10　全自动洗衣机的PLC控制系统的I/O地址分配表

3.PLC外部接线图

全自动洗衣机的PLC控制系统的外部接线图如图9－33所示。

图9－33　全自动洗衣机的PLC控制系统的外部接线图

4.梯形图程序

全自动洗衣机的PLC控制系统的梯形图程序见图9－34。

图9－34　全自动洗衣机PLC控制系统的梯形图程序(一)(www.xing528.com)

图9－34　全自动洗衣机PLC控制系统的梯形图程序(二)

图9－34　全自动洗衣机PLC控制系统的梯形图程序(三)

图9－34　全自动洗衣机PLC控制系统的梯形图程序(四)

梯形图程序说明:

网络1:PLC初始化，复位M0.0~M0.7八个状态继电器，复位C0、C1两个计数器，复位T37~T43七个定时器，复位Q0.0~Q0.5六个输出继电器，复位M1.0、M1.1两个辅助继电器。

网络2:所有状态继电器失电时，自动进入初始状态M0.0。

网络3:按下启动按钮，进入下一状态M0.1。

网络4:进水阀打开，进水指示灯亮，水位到达上限时，转入下一状态M0.2。

网络5:正转搅拌5s，暂停，停止1s，转入下一状态M0.3。

网络6:反转搅拌5s，暂停，停止1s，转入下一状态M0.4。

网络7:对搅拌次数进行计数。

网络8:若搅拌次数未达到2次，则重新进入状态M0.2，继续正、反转搅拌；若搅拌次数达到2次，则进入下一状态M0.5。

网络9:手动排水过程。若水位为降至下限，则可以使用手动排水。

网络10:自动排水过程。先排水3s，然后甩干桶启动，甩干桶工作2s，2s后继续排水直至下限。水位达到下限后，转入下一状态M0.6。

网络11:对洗衣次数进行计数。

网络12:若洗衣次数未达到3次，则返回状态M0.1，重复(1)~(4)的过程；若达到3次，则转入下一状态M0.7。

网络13:蜂鸣器报警5s，时间到洗衣过程结束。

5.梯形图程序调试

检查完后将程序下载到PLC，运行调试，如有问题，检查排除故障。

四、操作技能考评

通过对本任务相关知识的了解和应用操作实施，对本任务实际掌握情况进行操作技能考评，具体考核要求和考核标准如表9－11所示。

表9－11　任务操作技能考核要求和考核标准

教学小结

计数器是PLC中最常用的元器件之一。计数器用于累计计数输入端接收到的由断开到接通的脉冲个数。计数器可提供无数对常开和常闭触点供编程使用，其设定值由程序赋予。它用于记录信号从OFF到ON变化的次数。它有线圈，有接点(标志位)，还有寄存器(存放计数器现值)。有两种计数，一为单向计数，另一为可逆(双向)计数。计数器的结构与定时器基本相同，每个计数器有一个16位的当前值寄存器用于存储计数器累计的脉冲数，另有一个状态位表示计数器的状态，若当前值寄存器累计的脉冲数大于等于设定值时，计数器的状态位被置“1”，该计数器的常开触点闭合。

思考与练习

1.组合吊灯问题

要求:用一个按钮控制组合吊灯三挡亮度的控制功能如图9－35所示，试编写梯形图程序实现。

图9－35　组合吊灯控制时序图