自动洗衣机

摘要

本论文介绍了可编程控制器的基本结构、特点与应用领域；可编程序控制器的硬件与工作原理以及它的编程语言与指令系统；详细说明了利用PLC如何设计控制程序和梯形图程序的设计方法和顺序控制梯形图的编程方式。为了更好的阐述，详细介绍了PLC在全自动洗衣机控制程序的设计过程。

关键字：PLC、顺序功能图、洗衣机自动控制系统、梯形图

目录

摘要 ............................................................................................... 1 全自动洗衣机实验论文 .................................................................. 4 第一部分 PLC简介 ...................................................... 4

第一章、 PLC介绍 ................................................................................................................. 4

一、PLC的概念 ............................................................................................................... 4 二、PLC的基本结构 ....................................................................................................... 4 1）CPU ............................................................................................................................. 4

2）存储器： ..................................................................................................................... 5 3）I/O单元及I/O扩展接口： ....................................................................................... 5 4）外设接口电路： ......................................................................................................... 6 5）电源单元： ................................................................................................................. 6 三、PLC的工作原理 ....................................................................................................... 6

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四、PLC优点 ................................................................................................................... 7 五、PLC发展方向 ........................................................................................................... 8 第二章、PLC分类 ................................................................................................................... 9

一、按I/O点数及内存容量分类 ................................................................................... 9 二、从组成结构形式分： ............................................................................................... 9 第三章、PLC的特点及应用 ................................................................................................. 10

一、PLC的特点 ............................................................................................................. 10 二、PLC的应用领域 ..................................................................................................... 11

第二部分 S7-200 ...................................................................... 12

第一章 简介 ......................................................................................................................... 12

一、S7-200的特点 ...................................................................................................... 12 二、S7-200基本单元 .................................................................................................. 13 第二章 S7-200指令系统 .................................................................................................... 14

一、 PLC的编程语言 ................................................................................................. 14 二 PLC的程序结构 ..................................................................................................... 15 三 数据在存储器中的数据格式 ............................................................................... 16 四 CPU的存储区 ...................................................................................................... 16 五 触点指令 ............................................................................................................... 16 六 输出指令 ............................................................................................................... 17 七 堆栈指令 ................................................................................................................. 17 八 RS触发指令 ......................................................................................................... 18 九 定时器指令 ............................................................................................................. 18 第三章 PLC程序设计 ....................................................................................................... 19

一、梯形图经验设计方法： ......................................................................................... 19

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二、顺序控制设计方法： ............................................................................................. 19

第三部分 洗衣机系统设计 ......................................................... 22

第一章 洗衣机系统工作原理 ................................................................................................... 22

一、模型介绍 ................................................................................................................. 22 二、设计过程分析 ......................................................................................................... 23 第二章 程序设计 ................................................................................................................. 24

一 顺序功能图 ............................................................................................................. 24 二 程序编写 ................................................................................................................. 26 三、程序语句 ................................................................................................................. 27 四、运行结果 ................................................................................................................. 27

第四部分 实验小结 .................................................................... 28

致谢 ............................................................................................. 29 附：参考资料 ............................................................................... 29

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全自动洗衣机实验论文 第一部分 PLC简介

第一章、 PLC介绍

一、PLC的概念

PLC主要是指数字运算操作电子系统的可编程逻辑控制器，用于控制机械的生产过程。

可编程控制器(Programmable Controller)是计算机家族中的一员，是为工业控制应用而设计制造的。早期的可编程控制器称作可编程逻辑控制器(Programmable Logic Controller)，简称PLC，它主要用来代替继电器实现逻辑控制。随着技术的发展，这种装置的功能已经大大超过了逻辑控制的范围，因此，今天这种装置称作可编程控制器，简称PC。但是为了避免与个人计算机(Personal Computer)的简称混淆，所以将可编程控制器简称PLC,plc自1966年出现，美国，日本，德国的可编程控制器质量优良，功能强大。

二、PLC的基本结构

PLC专为工业场合设计，采用了典型的计算机结构，主要是由CPU、电源、存储器和专门设计的输入输出接口电路等组成。

1）CPU：可编程控制器的控制中枢 。

CPU模块主要由微处理器和存储器组成，CPU模块不断的采集输入信号， 执行用户程序，刷新系统的输出；小型PLC 的CPU多采用单片机或专用CPU，中型PLC的CPU大多采用16位微处理器或单片机， 大型PLC的CPU

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多用高速位片式处理器，具有高速处理能力。存储器用来储存程序和数据，只读存储器ROM、随机存储器RAM和可电擦写的存储器EEPROM三大部分构成 。

它采用扫描方式工作，每一次扫描都要完成以下工作：

输入处理：将现场的开关量输入信号和数据分别读入输入映像寄存器和数据寄存器。

程序执行：逐条读入和解释用户程序，产生相关的控制信号去控制有关的电路，完成数据的存取、传送和处理，并根据运算结果更新各有关寄存器的内容。

输出处理：将输出映像寄存器的内容送给输出模块，控制外部负载。

2）存储器：

只读存储器ROM、随机存储器RAM和可电擦写的存储器EEPROM三大部分构成。分为系统程序存储器和用户存储器。

系统程序存储器用以存放系统程序，包括管理程序，监控程序以及对用户程序做编译处理的解释编译程序。由只读存储器、ROM组成。厂家使用的，内容不可更改，断电不消失。

用户存储器：分为用户程序存储区和工作数据存储区。由随机存取存储器（RAM）组成。用户使用的。断电内容消失。常用高效的锂电池作为后备电源，寿命一般为3~5年。

3）I/O单元及I/O扩展接口：

可分为模拟量I/O单元、数字量I/O单元两大类用I/O扩展单元来扩充开关量I/O点数和增加模拟量的I/O端子。 （1）输入接口：

光电耦合器由两个发光二极度管和光电三极管组成。

发光二级管：在光电耦合器的输入端加上变化的电信号，发光二极管就产生与 入信号变化规律相同的光信号。

光电三级管：在光信号的照射下导通，导通程度与光信号的强弱有关。在光电合器的线性工作区内，输出信号与输入信号有线性关系。

输入接口电路工作过程：当开关合上，二极管发光，然后三极管在光的照射下导通，向内部电路输入信号。当开关断开，二极管不发光，三极管不导通。向 内部电路输入信号。也就是通过输入接口电路把外部的开关信号转化成PLC

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内部所能接受的数字信号。 （2）输出接口

PLC的继电器输出接口电路

工作过程：当内部电路输出数字信号1，有电流流过，继电器线圈有电流，然后常开触点闭合，提供负载导通的电流和电压。当内部电路输出数字信号0，则没有电流流过，继电器线圈没有电流，然后常开触点断开，断开负载的电流或电压。也就是通过输出接口电路把内部的数字电路化成一种信号使负载动作或不动作。 三种类型：

继电器输出：有触点、寿命短、频率低、交直流负载。适用广、过载能力强、但反应慢及寿命短，用于输出量变化不频繁的场合

晶体管输出：无触点、寿命长、直流负载。可靠性高、反应快、寿命长，但过载能力稍差

晶闸管输出：无触点、寿命长、交流负载

4）外设接口电路：

用于连接手持编程器或其他图形编程器、文本显示器，并能通过外设接口组成PLC的控制网络，实现编程、监控、连网等功能。

5）电源单元：

把外部电源（220V的交流电源）转换为PLC内部电路需要的工作电源（直流5伏、正负12伏、24伏），并为外部输入元件（如接近开关）提供24V直流电源（仅供输入端点使用）。

三、PLC的工作原理

当PLC投入运行后，其工作过程一般分为三个阶段，即输入采样、用户程序执行和输出刷新三个阶段。完成上述三个阶段称作一个扫描周期。在整个运行期间，PLC的CPU以一定的扫描速度重复执行上述三个阶段。 (1) 输入采样阶段

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在输入采样阶段，PLC以扫描方式依次地读入所有输入状态和数据，并将它们存入I/O映象区中的相应得单元内。输入采样结束后，转入用户程序执行和输出刷新阶段。在这两个阶段中，即使输入状态和数据发生变化，I/O映象区中的相应单元的状态和数据也不会改变。因此，如果输入是脉冲信号，则该脉冲信号的宽度必须大于一个扫描周期，才能保证在任何情况下，该输入均能被读入。 (2） 用户程序执行阶段

在用户程序执行阶段，PLC总是按由上而下的顺序依次地扫描用户程序（梯形图）。在扫描每一条梯形图时，又总是先扫描梯形图左边的由各触点构成的控制线路，并按先左后右、先上后下的顺序对由触点构成的控制线路进行逻辑运算，然后根据逻辑运算的结果，刷新该逻辑线圈在系统RAM存储区中对应位的状态；或者刷新该输出线圈在I/O映象区中对应位的状态；或者确定是否要执行该梯形图所规定的特殊功能指令。在用户程序执行过程中，只有输入点在I/O映象区内的状态和数据不会发生变化，而其他输出点和软设备在I/O映象区或系统RAM存储区内的状态和数据都有可能发生变化，而且排在上面的梯形图，其程序执行结果会对排在下面的凡是用到这些线圈或数据的梯形图起作用；相反，排在下面的梯形图，其被刷新的逻辑线圈的状态或数据只能到下一个扫描周期才能对排在其上面的程序起作用。在程序执行的过程中如果使用立即I/O指令则可以直接存取I/O点。即使用I/O指令的话，输入过程影像寄存器的值不会被更新，程序直接从I/O模块取值，输出过程影像寄存器会被立即更新，这跟立即输入有些区别。 （3） 输出刷新阶段

当扫描用户程序结束后，PLC就进入输出刷新阶段。在此期间，CPU按照I/O映象区内对应的状态和数据刷新所有的输出锁存电路，再经输出电路驱动相应的外设。这时，才是PLC的真正输出。

四、PLC优点

编程简单，可在现场修改程序；

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维护方便，最好是插件式； 可靠性高于继电器控制柜； 体积小于继电器控制柜； 在成本上可与继电器控制柜竞争；

可将数据直接输入到系统中的管理电脑中，以便操作； 具有灵活的扩展能力；

PLC的应用面广，功能强大，使用方便，已经广泛地应用在各种机械设备和生产过程的自动控制系统中，PLC在其他领域，例如民用和家庭自动化的应用也得到了迅速的发展。PLC仍然处于不断的发展之中，其功能不断地增强，更为开放，它不但是单机自动化中应用最广的控制设备，在大型工业网络控制系统中也占有不可动摇的地位。PLC应用面之广，普及程度之高，是其他计算机控制设备无法比拟的。

五、PLC发展方向

1：产品规模向大、小两个方向发展 大：I/O点数达14336点、32位为微处理器、多CPU并行工作、大容量存储器、扫描速度高速化。 小：由整体结构向小型模块化结构发展，增加了配置的灵活性，降低了成本。

2：PLC在闭环过程控制中应用日益广泛 3：不断加强通讯功能

4：.新器件和模块不断推出 高档的PLC除了主要采用CPU以提高处理速度外，还有带处理器的EPROM或RAM的智能I/O模块、高速计数模块、远程I/O模块等专用化模块。

5：编程工具丰富多样，功能不断提高，编程语言趋向标准化 有各种简单或复杂的编程器及编程软件，采用梯形图、功能图、语句表等编程语言，亦有高档的PLC指令系统

6：发展容错技术 采用热备用或并行工作、多数表决的工作方式。 7：追求软硬件的标准化。

PLC是一种专门为在工业环境下应用而设计的数字运算操作的电子装置。它采用可以编制程序的存储器，用来在其内部存储执行逻辑运算、顺

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序运算、计时、计数和算术运算等操作的指令，并能通过数字式或模拟式的输入和输出，控制各种类型的机械或生产过程。PLC已经广泛应用于钢铁、石油、化工、电力、建材、机械制造、汽车、轻纺、交通运输、环保及文化娱乐等各个行业，它具有高可靠性、抗干扰能力强、功能强大、灵活，易学易用、体积小，重量轻，价格便宜的特点。

第二章、PLC分类

一、按I/O点数及内存容量分类：

PLC种类 微型PLC 小型PLC 中型PLC 大型PLC

外观 典型I/O点数范围 典型应用 替代继电器，分布式I/O 工业机器开关控制和商业用途 复杂机器控制和一些分布式系统 分布式系统，监控系统 固定I/O点，砖块 <32点 式 砖块式，模块式 33-128点 模块式，小机架 129-512点 大机架 >513点 二、从组成结构形式分：

1、一体化整体式PLC :结构紧凑、体积小、重量轻、价格低的优点

一般小型或超小型PLC

整体式PLC又叫做单元式或者箱体式，它的CPU模块、I/O模块和电源装在一个封闭箱体里面，结构非常紧凑。整体式PLC的体积小，价格低，使用比较方便。这种类型的PLC还提供多种不同I/O点数的基本单元和扩展单元供用户选用，基本单元有CPU模块、I/O模块和电源，扩展单元主要有I/O模块和电源，没有CPU，基本单元与扩展单元之间通过扁平电缆连接。整体式PLC的基本单元和扩展单元之间的关系如图1所示。

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CPU模块基本单元整体式PLCI/O模块扁平 电缆电 源I/O模块扩展单元电 源 整体式PLC两个单元之间的关系

2、模块式结构化PLC :配置灵活，装配和维修方便，易于扩展

一般大中型的PLC

小型的PLC主要适用整体式，而大中型的PLC都是用模块式结构。模块式PLC主要有模块和框架构成，模块与模块之间可以使的，也可以是整体的，各框架之间是通过用户I/O扩展线来连接的。

模块式PLC可以供用户选择不同档次的CPU模块、品种繁多的I/O模块和特殊功能模块。用于对硬件配置的选择余地较大，维护、维修和更换模块也比较方便。

第三章、PLC的特点及应用

一、PLC的特点

1、编程简单，使用方便

梯形图是使用得最多的可编程序控制器的编程语言，形象直观，易学易懂。 2、控制灵活，程序可变，具有很好的柔性

采用模块化形式，配备有品种齐全的各种硬件装置供用户选用，用户能灵活方便地进行系统配置，组成不同功能、不同规模的系统 。 3、功能强，扩充方便，性能价格比高

很强的逻辑判断、数据处理、PID调节和数据通信功能，可以实现非常复杂的控制功能。扩充非常方便，与相同功能的继电器系统相比，具有很高的性能价

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格比。

4、控制系统设计及施工的工作量少，维修方便

PLC用软件功能取代了继电器控制系统中大量的中间继电器，时间继电器，计数器等期间，使控制贵的设计安装接线工作量大大减少。配线较少，控制柜体积小，节省大量的购置费用及安装时间。可编程序控制器的故障率很低，且有完善的自诊断和显示功能，便于迅速地排除故障。 5、可靠性高，抗干扰能力强

为现场工作设计的，采取了一系列硬件和软件抗干扰措施，硬件措施如屏蔽、滤波、电源调整与保护、隔离、后备电池等 。 6、体积小、重量轻、能耗低

复杂的控制系统使用PLC后，可以减少大量的中间继电器和时间继电器，小型PLC的体积仅相当于几个继电器的大小，因此可以将开关柜的体积缩小到原来的1/2—1/10，是“机电一体化”特有的产品。

二、PLC的应用领域

PLC 能储存如顺序指令、定时器指令、计数器指令、演算指令、数据控制指令以及通讯指令， 并藉以控制工业的机械装置及流程。如下图所示为PLC 在应用方面的概念图。多年来，PLC 从其产生到现在，实现了接线逻辑到存储逻辑的飞跃；其功能从弱到强，实现了逻辑控制到数字控制的进步；其应用领域从小到大，实现了单体设备简单控制到胜任运动控制、过程控制及集散控制等各种任务的跨越。今天的PLC在处理模拟量数字运算、人机接口和网络的各方面能力都已大幅提高，成为工业控制领域的主流控制设备，在各行各业发挥着越来越大的作用。目前，PLC 在国内外已广泛应用于钢铁、石油、化工、电力、建材、机械制造、汽车、轻纺、交通运输、环保及文化娱乐等各个行业，使用情况主要分为如下几类： 1、逻辑控制

PLC用“与”，“或”，“非”等逻辑控制指令来实现触点和电路的串并联，代替继电器进行组合逻辑控制，定时控制与顺序逻辑控制。数字量逻辑控制可以用于单台设备，也可以用于自动生产线，包括微电子、家电行业也有广泛的应用。

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2、运动控制

PLC使用专用的运动控制模块，对直线运动或圆周运动的位置，速度和加速度进行控制，可以实现单轴，双轴，三轴和多轴位置控制，使运动控制与顺序控制有机的结合在一起。广泛地用于各种机械，如金属切削机床、装配机械、机器人、电梯等场合。 3、过程控制

PLC通过模拟量I/O模块，实现模拟量和数字量之间的A/D和D/A转换，并对模拟量实行闭环PID控制。广泛地应用于工业生产、加热炉、锅炉等设备，以及轻工、化工、机械、冶金、电力、建材等行业。 4、数据处理

现代PLC具有数算，数据运算，转换，排序和查表，位操作等功能，可以完成数据的采集，分析和处理。用于机电系统测试，航天航海测控系统。也可以用于过程控制系统，如造纸、冶金、食品工业中的一些大型控制系统。 5、构建网络控制

PLC的通信包括主机与远程I/O之间的通信，多台PLC之间的通信，PLC与其他智能控制设备之间的通信。PLC与其他智能控制设备一起，组成“集中管理、分散控制”的分布式控制系统。

第二部分 S7-200

第一章 简介

一、S7-200的特点

1、 功能强

2、 先进的程序结构 3、 灵活方便的寻址方法

4、 功能强大、使用方便的编程软件 5、 简化复杂编程任务的向导功能 6、 强大的通信功能 7 品种丰富的配套人机界面 8、 有竞争力的价格

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9、 完善的网上技术支持

二、S7-200基本单元

1 PLC的物理结构

整体式PLC

体积小、价格低， CPU、I/O及电源等同在一个箱形机壳中，适用于小型控制系统。 模块式PLC

硬件组态方便灵活， I/O点的多少，I/O模块的种类选择余地大，更新维护方便，判断故障范围也很方便，适用于较复杂、要求较高的控制系统。

2 CPU与存储器

CPU ：可编程控制器的控制中枢

小型PLC 的CPU多采用单片机或专用CPU，中型PLC的CPU大多采用16位微处理器或单片机；大型PLC的CPU多用高速位(32位以上)片式处理器，具有高速处理能力。 存储器：

只读存储器ROM：存放系统程序；

随机存储器RAM：存放用户程序及中间运算数据；掉电时信息丢失，可以附加高性能电池作为保护措施

可电擦写的存储器EEPROM：存放需长期保存的重要数据。兼有ROM的非易失性和RAM的随机存储性

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3 I/O模块

输入模块

开关量(数字量)输入模块DI ：把现场各种开关信号变成PLC内部处理的标准信号。

模拟量输入模块AI ：把现场连续变化的模拟量标准信号转换成PLC内部处理的、由若干位表示的数字信号。模拟量输入单元一般由滤波、A/D转换器、光耦合器隔离等部分组成。 输出模块

开关量(数字量)输出模块DO：PLC的内部信号转换成现场执行机构的各种开关信号。

模拟量输出模块AO ：

0～32000 输出信号为0～20 mA的直流信号 -32000 ～+32000 输出信号为-10v～+10v 直流电压信号

按照现场执行机构使用的电源类型的不同，开关量输出单元可分为: 晶体管输出方式：输出信号送给内部电路中输出锁存器，再经光耦合器送给场效应晶体管，后者的饱和导通状态和截止状态相当于触点的接触和断开。用于直流输出负载，可靠性高、反应快、寿命长，但过载能力稍差。

双相晶闸管输出方式： 用于交流输出负载

继电器触点输出方式： 继电器同时起隔离和功率放大的作用，每一路只给用户提供一对常开触点。既可用于直流、又可交流，适用广、过载能力强、但反应慢及寿命短，用于输出量变化不频繁的场合

第二章 S7-200指令系统

一、 PLC的编程语言

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编程语言 用户类 应用 语句表（STL指令表） 愿意用类似于机器码语言编程的程序在运行时间和存贮空间要求用户 上最优 阅读较难 梯形图（LAD） 习惯电路图的用户 编写逻辑控制程序，可用于较复杂的数字量控制程序，可转化为语句表 功能图（FBD） 熟悉布尔代数逻辑图的用户 编写逻辑控制程序 使用较少，如西门子LOGO系列微型PLC SCL/ST（结构控制语用高级语言。如PASCAL或C语数据处理任务程序 言/结构文本）可选软言编程的用户 实现复杂的数算，程序简洁件包 紧凑 S7 Graph/SFC（顺序控有技术背景，没有PLC编程经验以顺序过程的描述很方便 制/顺序功能图）可选的用户 位于其他编程语言之上的图形语软件包 言 S7 HiGraph（状态图有技术背景，没有PLC编程经验以异步非顺序过程的描述很方便 形）可选软件包 的用户 CFC（连续功能图）可有技术背景，没有PLC编程经验适用于连续过程的描述 选软件包 的用户 二 PLC的程序结构

主程序:程序的主体，有且仅有一个，可调用子程序和中断程序，主程序通过

指令控制整个应用程序的执行，扫描一次执行一次

子程序:子程序是可选的，仅在被其他程序调用时执行。指令的集合（集成的块），被调用时才执行，简化代码，减少扫描。

中断程序:中断程序用来技术处理与用户程序的执行时序无关的操作，或者不能实现预测何时发生的中断事件。是指令的可选集合，中断事件发生时由操作系统调用（等级高)

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三 数据在存储器中的数据格式

用1位二进制数表示开关量 多位二进制数 十六进制数

字节，字与双字 负数的表示方法

1，BCD码

四 CPU的存储区

输入过程映像寄存器（I）:接收外部数字量信号的窗口

输出过程映像寄存器（Q）:实时存放程序执行结果（与数字输出模块相关） 变量存储区（V）:程序执行过程中的中间结果（全局变量） 位存储区（Q的辅助存储）（M）:存放逻辑运算的中间操作状态 定时器存储区（T）:存储定时器累计时基增量值

计数器存储区（C）:存储计数器累计计数脉冲数，计数过程与扫描周期有关。 高速计数器（HC）:累计比CPU扫描数度更块的事件，计数过程与扫描周期 无关

累加器（AC）:存放计算的中间值，以及子程序间传递参数（AC0~AC3） 特殊存储器（SM）:CPU与用户之间的交换信息，提供时钟脉冲，零、溢出标志等

局部存储器（L）:存放局部变量，其仅在被创建的POU中有效；变量存储器V存放全局变量，可被所有的POU存取。

模拟量输入（AI） :存放输入PLC的模拟量；16位，从偶字节开始存放（AIW0, AIW2..)

模拟量输出（AQ） :存放输出PLC的模拟量； 16位，从偶字节开始存放（AIW0, AIW2..)

顺序控制继电器（S）:提供控制程序的逻辑分段

五 触点指令

语句

描述 16

LD bit 装载，电路开始的常开触点 A bit 与，串联的常开触点 O bit 或，并联的常开触点 LDN bit 非装载，电路开始的常闭触点 AN bit 非与，串联的常闭触点 ON bit 非或，并联的常闭触点

语句 描述 LDI bit 立即装载，电路开始的常开触点 AI bit 立即与，串联的常开触点 OI bit 立即或，并联的常开触点 LDNI bit 立即非装载，电路开始的常闭触点 ANI bit 立即非与，串联的常闭触点 ONI bit 立即非或，并联的常闭触点 六 输出指令

语句 描述 ＝ bit 输出 ＝I bit 立即输出 S bit，N 置位 SI bit，N 立即置位 R bit，N 复位 RI bit，N 立即复位 七 堆栈指令

语句 描述 ALD 栈装载与，电路块串联连接 OLD 栈装载或，电路块并联连接 LPS 逻辑入栈 LRD 逻辑读栈 LPP 逻辑出栈 LDS n 装载堆栈 图6 17

八 RS触发指令

图7

九 定时器指令

接通演示定时器

接通演示定时器(TON)的使能输入端(IN)的输入电路接通时开始定时。当前值大于等于预置时间端指定的设定值（1—32767）时，定时器位变为ON，梯形图中定时器的常开触点闭合，常闭触点断开。达到设定值后，当前值仍然继续增大，直至最大值32767。输入电路断开时，定时器自动复位，当前值被清零，定时器位为OFF。CPU第一次扫描时，定时器位被清0。

断开延时计时器

接通延时定时器(TOF)的使能输入端(IN)的输入电路接通时开始定时，当前值被清零。当输入电路断开时，定时器位变为ON，当前值从0开始增大。当前值等于设定值时，定时器位为OFF，当前值保持不变。

保持型接通延时定时器

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保持型接通延时定时器(TONR)的使能输入端(IN)的输入电路接通时开始定时。当前值大于等于PT端指定的设定值时，定时器位变为ON，达到设定值后，当前值仍然继续增大，直至最大值32767。输入电路断开时，当前值保持不变。

计数器指令

包括加计数器（CTU），减计数器（CTD），加减计数器（CTUD） 定时器图例:

I0.0T33IN TON100PT 10msI0.0T33IN TOF100PT 10msI0.0100T1 IN TONRPT 10ms

第三章 PLC程序设计

一、梯形图经验设计方法：

1、可根据原有的继电逻辑控制图进行转化设计；

2、没有固定的方法和步骤可遵循，试探性和随意性强；

3、由于需要中间变量完成记忆联锁互锁，需要考虑的因素很多； 4、设计耗时长，且修改麻烦；

二、顺序控制设计方法：

1基础

用经验设计法设计梯形图时，没有一套固定的方法和步骤可以遵循，具有很大的试探性和随意性，对于不同的控制系统，没有一种通用的如意掌握的设计方法。在设计复杂系统的梯形图时，用大量的中间单元来完成记忆、联锁和互锁功能，由于需要考虑的因素很多，它们往往又交织在一起，分析起来相当困难，而且容易遗漏一些该考虑的问题。修改局部电路时，很可能牵一发而动全身，对系统其它部分产生想不到的影响，往往修改很长时间都得不到满意的结果。

所谓的顺序控制就是按照生产工艺预先规定的顺序，在各个输入信号的作用下，根据内部状态和时间的顺序，在生产过程中各个执行机构自动的有秩序的进行操作。使用顺序控制设计法是首先根据系统的工艺过程，画出顺序功能图，然

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后根据顺序功能图设计出梯形图。有的PLC为用户提供了顺序功能图语言，在编程软件中生成顺序功能图后便完成了编程工作。这是一种先进的设计方法，很容易被初学者接受，对于有经验的工程师也会提高设计的效率，程序的调试、修改和阅读也很方便。

顺序功能图是描述控制系统的控制过程、功能和特性的一种图形，也是设计PLC顺序控制系统的有力工具。

顺序功能图主要由步、有向连线、转换、转换条件和动作组成。

步与动作

基本概念：

1 将一个工作周期划分为若干个顺序相连的阶段，即为步（step），对应一个相对稳定的状态。 在功能表图中用矩形框表示步，方框内是该步的编号。编程时一般用PLC内部编程元件来代表各步，因此经常直接用代表该步的编程元件的元件号作为步的编号，如M300等，这样在根据功能表图设计梯形图时较为方便。

2 初始步 与系统的初始状态对应的步称为初始步（双线框表示），它是系统运行的起点。

初始状态一般是系统等待起动命令的相对静止的状态。初始步用双线方框表示，每一个功能表图至少应该有一个初始步。

3 动作 一个控制系统可以划分为被控系统和施控系统，例如在数控车床系统中，数控装置是施控系统，而车床是被控系统。对于被控系统，在某一步中要完成某些“动作”，对于施控系统，在某一步中则要向被控系统发出某些“命令”，将动作或命令简称为动作，并用矩形框中的文字或符号表示，该矩形框应与相应的步的符号相连。

4 活动步 当系统正处于某一步时，该步处于活动状态，称该步为“活动步”。步处于活动状态时，相应的动作被执行。若为保持型动作则该步不活动时继续执行该动作，若为非保持型动作则指该步不活动时，动作也停止执行。一般在功能表图中保持型的动作应该用文字或助记符标注，而非保持型动作不要标注。

5 转换条件：由当前步进入下一步的条件信号（如按钮的开合、限位开关

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的通断等）。 使用规则：

步与步不能直接相连，必须用转移分开； 转移与转移不能直接相连，必须用步分开；

步与转移、转移与步之间的连线采用有向线段，画功能图的顺序一般是从上向下或从左到右，正常顺序时可以省略箭头，否则必须加箭头；

一个功

能图至少应有一个初始步；

对于一个完整的顺序控制功能图，一般应有由步和有向线组成的闭环，即：可以循环执行。 转换条件：

1、前级步是活动步 2、相应的转换条件得到满足 顺序功能图的基本结构：

单序列 每步的后面仅有一个转换，每个转换的后面只有一个步。 选择序列 一般只允许同时选择一个数列。

并行序列 转换的实现导致几个序列同时激活，每个序列中活动步的进展将是的。

2设计方法

使用起保停的顺序控制梯形图设计方法：

起保停电路即起动保持停止电路,是在梯形图设计中应用比较广泛的一种电路。其工作原理是，当输入信号的常开触点接通,输出信号的线圈得电,同时使输入信号进行“自锁”或“自保持”，即输入信号的常开触点失去作用。当使用此电路设计满足上述要求的梯形图时，首先我们要根据工艺要求画出顺序功能图，功能图中的每一步用存储器M表示，每一步执行的动作用Q表示，然后根据功能图设计梯形图。

按照生产工艺预先规定的顺序，画出顺序功能图，然后根据之画出梯形图。在根据顺序功能图设计梯形图时，可以用存储器位M来代表步。某一步为活动

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步时，对应的存储器为1的状态，该转换的后续步变为活动步，前级步变为不活动步。

有单序列、选择序列、并行序列的编程方法。

对于提供了顺序功能图语言的PLC软件，完成顺序功能图即完成了编程； 初学者易接受，设计效率高，阅读、调试及修改方便；

第三部分 洗衣机系统设计

第一章 洗衣机系统工作原理

一、模型介绍

洗衣机的工作流程由进水、洗衣、排水和脱水4个过程组成。在半自动洗衣机中，这4个过程分 别用相应的按钮开关来控制。全自动洗衣机中，这个过程可以做到全自动依次运行，直至洗衣结束。

波轮式全自动洗衣机的洗衣桶（外桶）和脱水桶（内桶）是以同一中心安装的。外桶固定，作盛水用，内桶可以旋转，作脱水（甩干）用。内桶的四周有许多小孔，使内外桶水流相通。

洗衣机的进水和排水分别由进水电磁阀和排水电磁阀控制。进水时，控制系统使进水电磁阀打开，将水注入外桶；排水时，使排水电磁阀打开，将水由外桶排到机外。洗涤和脱水由同一台电机拖动，通过电磁阀离合器来控制，将动力传递给洗涤波轮或甩干桶（内桶）。电磁离合器失电，电动机带动洗涤波轮实现正、

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反转，进行洗涤；电磁离合器得电，电动机带动内桶单向旋转，进行甩干（此时波轮不转）。水位高低分别由高低水位开关进行检测。启动按钮用来启动洗衣机工作。

启动时，首先进水，到高位时停止进水，开始洗涤。正转洗涤15S，暂停3S后反转洗涤15S，暂停3S后再正转洗涤，如此反复30次。洗涤结束后开始排水，当水位下降到低水位时，进行脱水（同时排水），脱水时间为10S。这样完成一次从进水到脱水的大循环过程。

经过3次上述大循环后（第2、3次为漂洗），进行洗衣完成报警，报警10S后结束全部过程，自动停机。

二、设计过程分析

设计思路

洗衣机运行流程如右图：

按下“启动”按钮，开始进水，到达高位后，停止进水，开始洗涤；

洗衣时，正转15s，暂停3s，然后反转15s，暂停3s； 如此循环共30次，总共1080s，即18min后开始排水，到达低水位时，进行脱水（同时排水）10s。

然后再进水，重复1~3步，如此循环共3次（第2、3次为漂洗）。

洗衣过程完成，报警10s并自动停机。 控制过程

实现顺序控制的程序设计方法主要有四种:用起保停回路设计顺序控制梯形图、用置位/复位指令设计顺序控制梯形图、用移位寄存器设计顺序控制梯形图和用步进指令设计顺序控制梯形图。

经分析控制过程，可分为以下步骤： M0.0 起始

M0.1 进水 对应Q0.0 M0.2 正转15秒 对应Q0.1

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脱水排水洗衣进水启动结束M0.3 暂停

M0.4 反转15秒 对应Q0.2

M0.5 暂停3秒 此处设计循环三十次 M0.6 排水 对应Q0.3

M.07 脱水、排水 对应Q0.3 Q0.4 Q0.1或Q0.2(脱水过程伴随这电机转动和和排水) 此处设计循环一次

M1.0 报警10秒 对应Q0.5

所有与时间有关的过程的实现都需要设计一个计时器来实现延时。 {进水——（正洗——暂停——反洗——暂停）30次——排水——脱水}3次——警报——停止。该系统共有3个输入量，分别是：启动、达水位上限、达水位下限。共有5个输出量：进水、正洗、反洗、排水、报警。

根据该系统的要求，程序中应该有6个计时器。正洗计时15s，暂停3s，反洗计时15s，暂停3s，脱水计时10s，最后报警持续10s。

根据该系统的要求，程序中应该有2个计数器。开始洗涤，洗涤过程：“正洗——暂停——反洗——暂停”过程需要重复30次，用计数器C0。开始洗涤，“进水——洗涤——排水——脱水”过程需要重复3次，用计数器C1。为了使循环正常，计数器必须适时的清零。这里选择在进水时对计数器C0清零，在初始时对计数器C1清零。 PLC的外部链接图：

S7-200启动按钮高水位I0.0Q0.0Q0.1I0.1Q0.2Q0.3低水位24VI0.2Q0.4Q0.5COMCOM进水正转反转排水脱水报警220V

第二章 程序设计

一 顺序功能图

根据上一章找出I/O模块：I0.0启动 I0.1达水位上限 I0.2达水位下限;Q0.0进水 Q0.1正洗 Q0.2反洗 Q0.3排水 Q0.4 脱水 Q0.5报警。

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顺序功能图如下所示：

SM0.1M0.0I0.0启动复位C1启动 M0.1I0.1高位水开关Q0.0复位C0进水M0.2T37Q0.1T37计时器计时15s正转15sM0.3T38T38计时3s暂停3sM0.4T39Q0.2T39计时15s反转15sM0.5C0•T40T40计时3sC0+1计数器+1循环一次暂停3s C0 •T40M0.6Q0.3排水I0.2低位水开关M0.7Q0.1Q0.3Q0.4T41C1+1计数器循环一次C1•T41C1•T41电机排水脱水M1.0Q0.5报警10sT42计时10s报警10s T42 图 顺序功能图

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二 程序编写

根据对全自动洗衣机的系统分析完成顺序功能图的设计后，依顺序功能图为依据编写程序。这里使用起保停电路编程方法进行编写程序。

梯形图如下：

M0.0I0.0M0.2M0.1M0.7T41C1M0.1M0.1I0.1M0.3M0.2M0.5T40C0M0.2T3715INP100mTONM0.2T37M0.4M0.30TsM0.3T38INTON30P100mTM0.3T38M0.5M0.4sM0.4T3915INP100mTON0TM0.4T39M0.2M0.6M0.5sM0.5T40IN30P100mTONTsT40C0CUCTUM0.1R30PVM0.5T40C0M0.7M0.6M0.6M0.6I0.2M1.0M0.1M07M0.7T4110INP100mTON0TT41C1sCUCTUM0.0R3PV

M0.7T41C1M0.0M1.0M1.0T40IN30P100mTONTsM1.0T42M0.1M0.0SM0.1M0.0M0.1Q0.0M02Q0.1M0.7M0.4Q0.2M0.6Q0.3M0.7M0.7Q0.4M1.0Q0.5

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三、程序语句

在S7-200中将梯形图转换为程序语句表如下：

Network 1 LD M0.0 A I0.0 LD M0.7 A T41 AN C1 OLD

O M0.1 AN M0.2 = M0.1 Network 2 LD M0.1 A I0.1 LD M0.5 A T40 AN C0 OLD

O M0.2 AN M0.3 = M0.2 TON T37, 20 Network 3 LD M0.2 A T37 O M0.3 AN M0.4 = M0.3 TON T38, 10 Network 4 LD M0.3 A T38 O M0.4 AN M0.5 = M0.4

TON T39, 20 Network 5 LD M0.4 A T39 O M0.5 AN M0.2 AN M0.6 = M0.5 TON T40, 10 Network 6 LD T40 LD M0.1 CTU C0, 2 Network 7 LD M0.5 A T40 A C0 O M0.6 AN M0.7 = M0.6 Network 8 LD M0.6 A I0.2 O M0.7 AN M1.0 AN M0.1 = M0.7 TON T41, 30 Network 9 LD T41 LD M0.0 CTU C1, 2 Network 10 LD M0.7

A T41 A C1 O M1.0 AN M0.0 = M1.0 TON T42, 30 Network 11 LD M1.0 A T42 O SM0.1 O M0.0 AN M0.1 = M0.0 Network 12 LD M0.1 = Q0.0 Network 13 LD M0.2 O M0.7 = Q0.1 Network 14 LD M0.4 = Q0.2 Network 15 LD M0.6 O M0.7 = Q0.3 Network 16 LD M0.7 = Q0.4 Network 17 LD M1.0 = Q0.5

四、运行结果

确认程序无误后，将个人电脑与S7-200PLC连接，将程序下载入PLC后运

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行。

操作与观察到的结果：打开PLC的开关，一接通输入开关I0.0，输出Q0.0的LED指示灯工作，表示进水过程；然后接通高水位模拟开关I0.1，输出Q0.1的LED指示灯工作，表示正转洗涤过程实际运行结果：，3s后系统暂停，此时没有输出，输出指示灯都不工作；3s后输出Q0.2的LED指示灯工作，表示反转洗涤过程，3s后系统暂停，等待3s，完成1次循环。3s后输出Q0.1的LED指示灯工作，进入第2次循环。

3次循环完毕后，输出Q0.3的LED指示灯工作，表示排水过程，接通低水位模拟开关I0.2后，输出Q0.3，Q0.4和Q0.2的LED指示灯同时工作，表示正转脱水过程，同时排水；3s后，脱水完毕，完成1次洗涤过程，然后输出Q0.0的LED指示灯工作，进入第2次洗涤过程。

3次洗涤完毕后，输出Q0.5的LED指示灯工作，表示报警过程。10s后报警结束，系统停止工作，自动洗衣过程结束。

第四部分 实验小结

通过一个学期的PLC学习，了解了PLC的简单应用，更加明白了PLC早自动控制中的广泛应用，是现实生活中存在的一门非常实用的学科。

通过自主完成这次作业，明白了自己的不足，也通过这次试验发现了很多问题，但总的来说，还是很有收获的，通过这次自行设计洗衣机控制系统，是我对西门子S7—200系列PLC的特点有了深入的理解。也更加基本能够熟练使用S7—200编程软件编写一些简单程序。

在实验过程中遇到的一些问题也使我明白，认真、细致的学习态度是必需的，尤其是程序的编写过程，一不小心就会编写错误，导致后续过程中一些不必要的麻烦。

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总的来说，通过该次试验使我能够很好的检验这一学期的学习成果，明白自己的收获和不足。

致谢 一学期的创新实验即将结束。在本次课程中，我得到了谢汝生老师的悉心指导，学到了很多实用性很强的知识。在此我衷心地感谢谢老师在学习过程中给予我的关心和帮助。再次想写老师说一声谢谢！祝老师工作顺利、心想事成！ 附：参考资料 《可编程序控制器应用技术》 廖常初 编 重庆大学出版社 《可编程序控制器原理及程序设计》 崔亚军 编 电子工业出版社 《PLC编程及应用》 第三版 寥常初 编 机械工业出版社. 谢汝生老师.PLC实验指导书 29