用西门子S7-1200和博途V16将旧洗衣机改造成PLC实战项目

先交代下背景：我平时的正经工作是做工业自动化方案，PLC、HMI、伺服、变频器才是日常打交道的东西。前阵子家里老洗衣机退役，我本来是想直接扔的，但转念一想——这台机器里有电机、有加热管、有进水阀、有排水泵、有水位开关，简直就是一台缩水版的工业控制对象。于是我做了一个决定：不拆了卖废铁，直接把它改成一套以西门子S7-1200为大脑、博途V16作为编程平台的魔改洗衣机，顺便当一次PLC实战项目来练手。

这个项目本身并不复杂，但胜在覆盖面广。你写梯形图、做SCL状态机、调PID、组态HMI、处理变频器通信，甚至排查强电干扰，全都能在这台洗衣机上练一遍。所以最终的文章不光是“怎么给洗衣机写程序”，更偏向一套“零风险版工业自动化入门实战方案”。不管你是刚学PLC想找项目练手，还是想把手里的老旧家电废物利用，这篇内容应该都能给出不少可复现的思路。

1. 项目整体设计思路与方案选型

1.1 为什么选“洗衣机”当PLC实验对象

很多想练PLC的人会陷入一种困境：没有实际设备。只能用仿真软件、只能写写练习程序，但PLC最核心的竞争力在于“接上真实传感器、驱动真实执行机构”，而洗衣机天然具备这一点。

普通波轮洗衣机内部的执行机构包括：进水电磁阀、排水电磁阀（或排水泵）、洗涤电机、加热管（滚筒机型常见）、蜂鸣器，以及门锁开关、水位传感器、温度传感器等输入设备。这些东西和工业设备的构成几乎一一对应：电机就是变频电机，水位开关就是液位开关，加热管就是温度控制负载。换句话说，洗衣机是一台“五脏俱全”的微型工业设备。

另一个好处是安全风险相对可控。洗衣机的功率一般几百瓦到两千瓦，电压是220V交流，工业上大功率设备动不动就是380V、几十千瓦，相比之下洗衣机的电流和功率小得多，只要用规范的断路器和漏保做保护，调试风险在可接受范围内。这让我这种喜欢折腾的人能放心下手。

1.2 改造方案怎么定：保留机械，替换控制

改造前我先通电试了一下老洗衣机，机械部分没问题，电机能转，只是老式电脑板出了故障。这就给了我一个非常明确的思路：整机机械结构不动，只把原来那块电脑控制板替换成PLC，用一个工业人机界面来操作它。

我把方案拆成了三条主线：

第一是硬件通道：你需要清楚原来洗衣机的控制板分别把哪些信号接进了什么负载。比如进水阀是不是220V驱动，电机是单向还是双向，有没有测速装置。这些都直接决定PLC的输出模块选型以及要不要额外加电柜里的中间继电器。

第二是控制程序：洗衣逻辑从“厂家固化在单片机里的代码”移植到“自己写的PLC程序”中。这里最关键的是设计一个完整的洗涤流程状态机。进水、洗涤、排水、脱水、漂洗、再脱水，每一步之间都有严格的转换条件，和工业自动化里常见的灌装线、包装线流程控制如出一辙。

第三是人机交互：原来的旋钮＋指示灯改成触摸屏。西门子Smart 700 IE或者KTP系列都行，配博途V16也能直接组态。触摸屏能显示剩余时间、当前流程，还能调整洗涤时间、漂洗次数，对这个项目来说体验感提升明显。

方案确定后，我列出了物料清单：

实际选型时我用的CPU是1214C DC/DC/DC，选DC输入DC输出的原因很简单：一方面它可以直接拿开关电源的24V做输入检测，另一方面我用中间继电器转接220V负载，PLC输出端子不直接碰强电，安全系数高很多。

注意：如果你的洗衣机电机是变频电机（现在很多滚筒洗衣机都是），那可以省掉变频器的选型，直接用原机驱动板配合PLC的启停信号来做。但老式波轮洗衣机大多是串激电机，直接用可控硅调速或变频器驱动需要看电机类型，这个后面会详细说。

2. 博途V16环境准备与程序架构设计

2.1 博途V16的安装与基本配置

博途V16是西门子TIA Portal较经典的版本，支持S7-1200/S7-1500的固件4.0以上版本，也能组态WinCC面板。相比V15，V16在编译速度、SCL语言支持、HMI变量表集成方面都有明显改进，对中小型项目体验很好。

安装博途V16时我踩过一个坑：安装包默认会一块儿装很多功能，如果你只做S7-1200项目，完全没必要全选，否则安装时间会拉得非常长。正确做法是在安装组件里只勾选“STEP 7 Professional”和“WinCC Professional（或WinCC Basic）”，其他通讯驱动按需勾选。系统要求是Windows 10 64位专业版，建议至少16GB内存，8GB跑大型项目可能会卡到怀疑人生。

项目创建好之后，第一个动作是添加设备和网络。在左侧项目树里选择“添加新设备”，控制器选“SIMATIC S7-1200”，我用了CPU 1214C DC/DC/DC，固件版本选V4.4。HMI添加KTP700 Basic。

组态时最容易被忽略的是PLC和HMI之间的连接。博途里需要在“设备和网络”视图中把PLC的以太网口和HMI的以太网口用一条“网络连线”连起来，或者都加到同一个子网里。如果没做这一步，哪怕后面变量表配好了，HMI也读不到PLC的数据。这个操作很多人第一次搞都会漏，连不上时先回这里看一眼。

2.2 程序架构：把洗衣服拆成“状态机”

有了环境，第二步就是程序架构设计。对于这种流程型控制项目，我强烈建议不要把所有逻辑全部堆在OB1里用梯形图硬写，那样后期调试会非常痛苦。

洗衣机的工作流程是典型的顺序控制：待机 → 进水 → 洗涤 → 排水 → 脱水 → 漂洗 → 排水 → 脱水 → 结束。这种流程用“状态机”来表达再合适不过。我在博途里建了这些程序块：

之所以区分这么细，是因为后期调试时可以单独监控某一个FB的输入输出，快速定位问题。比如脱水转不起来，只看FB3里的状态变量就够了，不需要在一大堆梯形图指令里翻。

状态机的核心是一个整型变量“Step_No”，每个值对应洗衣流程中的一步。我在FB1里用SCL写状态跳转，用梯形图写输出逻辑，两种语言配合用：

scl复制IF #Run_Command AND NOT #Step_Running THEN
    #Step_No := 10;          // 进入进水阶段
    #Step_Running := TRUE;
END_IF;

CASE #Step_No OF
    10: // 进水
        #Valve_Inlet := TRUE;
        IF #Water_Level_High THEN
            #Step_No := 20;  // 水位到位，进入洗涤
        END_IF;

    20: // 洗涤
        #Valve_Inlet := FALSE;
        #Motor_Command := #Wash_Mode;
        IF #Wash_Timer.Q THEN
            #Step_No := 30;  // 洗涤完成，进入排水
        END_IF;

    30: // 排水
        #Motor_Command := 0;
        #Valve_Drain := TRUE;
        IF #Water_Level_Low THEN
            #Step_No := 40;
        END_IF;

    40: // 脱水
        #Valve_Drain := FALSE;
        #Motor_Command := #Spin_Mode;
        IF #Spin_Timer.Q THEN
            #Step_No := 50;
        END_IF;
END_CASE;

这个结构最大的优势是逻辑清晰、易于排查。状态转换条件全部集中在同一个CASE语句里，哪个环节不动，直接看Step_No卡在哪个值，再排查对应条件即可，不用整页整页翻梯形图。

梯形图在这个项目里的定位是输出驱动。比如把“进水阀”、“排水阀”、“电机正转”、“电机反转”这些输出单独用梯形图写，根据Status里的标志位来置位，这样在监控表里一目了然。SCL适合写流程，梯形图适合写触点输出，两者结合是工程上常见的做法。

3. 硬件接线与PLC选型实操

3.1 硬件选型与IO分配

我最终用的IO分配如下表：

这里有个细节要特别说明：为什么用“PLC DO + 中间继电器 + 负载”的三级结构，而不是PLC输出直接驱动220V负载？虽然S7-1200晶体管输出本身也能接一定的负载，但考虑到洗衣机的进水阀、排水泵、电机这类强电感性负载在通断瞬间会产生很高的反向电动势，如果不做隔离，轻则干扰PLC程序跑飞，重则直接击穿输出晶体管。中间继电器在这里不仅解决电平转换，还天然提供了一个物理隔离层。

如果你手里是继电器输出的PLC（比如S7-200 SMART的继电器版本），理论上可以直接驱动220V负载，但我依然建议加一级中间继电器。原因很简单：PLC输出继电器触点容量有限，频繁通断大电流感性负载会缩短寿命，换一个中间继电器几块钱，换一个PLC输出模块就不是这个价了。

关于“PLC输出端接隔离二极管怎么接”这个热搜问题，在这类项目里很常见。接法是在感性负载（比如继电器线圈、接触器线圈）两端反向并联一个续流二极管，注意方向：二极管的阴极接电源正极，阳极接电源负极。当线圈断电时，反向电动势会通过二极管形成回路消耗掉，保护输出触点和驱动三极管。实际接线时许多人会接反，一旦接反等于短路，上电就烧管子，所以这一步要格外谨慎。

3.2 接线改造完整记录

洗衣机的原始接线相对简单：一根电源线进去，控制板分别接到进水阀、排水阀、电机、门锁等部件。我的改造流程分四步：

第一步：断电拆机，标记原线。 把洗衣机控制板拆掉之前，用标签纸把每根线接到哪里、什么颜色、什么功能都记下来。这一步是最容易被忽略但最关键的。老洗衣机线束颜色经过多年使用可能已经褪色，不标记后面绝对会接错。我标记的时候会连接线端子的插针位置也拍照存档。

第二步：搭建强电回路。 220V电源进来先经过2P断路器和漏电保护器，再分给各负载支路。每个支路都用一个中间继电器的常开触点来控制通断。我把这些继电器安装在一块小DIN导轨上，导轨固定在一块绝缘板上，再放进一个小的仪表电柜里。虽然占地方，但裸露的强电端子全部被电柜挡住，安全性高得多。

第三步：部署弱电控制系统。 PLC、24V开关电源、HMI安装完毕。PLC端子的接线顺序我习惯按IO表来，输入一类、输出一类分开走，每一根线都用线号管打上标签。博途里组态时的IO地址和标签必须和实际接线一一对应，这点尤其在调试时能省大量时间。

第四步：连接变频器（如电机是交流异步电机）。 如果洗衣机电机是单相异步电机，可以直接用继电器切换电容方向实现正反转；如果换成三相电机加变频器，那么可以通过变频器数字量端子来控制启停，PLC就只给干接点信号，转速给定则通过模拟量输出。这个方案的好处是可以实现洗涤和脱水阶段不同的转速，用起来更接近工业设备。

我这次用的是原机串激电机，所以做了个调整：保留原机可控硅调速板，PLC通过继电器控制它的电源通断和方向切换。这个方案比较务实，串激电机直接上变频器会有很多兼容性问题，强行搞投入产出比太低。如果你对电机调速有更高要求，建议直接换一台三相异步电机配一个0.75kW变频器，成本大概在六七百块，调试难度也不高。

重要提示：整个强电部分操作时必须断电进行，接线完成先用万用表挨个检查通断，确认没有短路再接电源。洗衣机内部空间狭小，所有接线端子要固定好并做好绝缘，裸露铜线是绝对不允许的。

4. 核心程序与HMI组态实现

4.1 洗衣流程状态机实现细节

刚才说了程序用状态机，现在展开讲一下每个环节的实现细节。

进水阶段（Step_No=10）：进水阀输出置位，同时监控“高水位开关”和“进水超时”。如果从开始进水后10分钟内高水位开关还没动作，说明水管没开或者水位开关故障，程序要进入报警状态，停止进水并蜂鸣器提醒。这个超时保护在工业设备里叫“安全联锁”，在洗衣机逻辑里同样必要，防止地面积水成河。

洗涤阶段（Step_No=20）：洗涤电机正转5秒，停2秒，反转5秒，形成一个循环。这不是简单的电机一直转，而是模仿波轮洗衣机的揉搓动作。我用了两个TON定时器：一个设定正转时间，一个设定停歇时间，两个定时器各自的输出控制正转和反转的“允许标志”。注意：正转和反转绝不能同时激活，电气逻辑上我在梯形图里加了互锁：

ladder复制// 正转输出条件
正转允许 AND NOT(反转允许) => Q0.2
// 反转输出条件  
反转允许 AND NOT(正转允许) => Q0.3

这段互锁逻辑在PLC程序里必须有，继电器硬接线上也要做互锁。双保险就是为了防止哪怕只有一个条件异常时，电机上下绕组不会同时通电烧毁。

洗涤次数的计数用了CTU计数器，每个洗涤循环结束加1，计数值达到设定时跳出洗涤阶段进入排水。

排水阶段（Step_No=30）：进水阀关闭，电机停止，排水阀打开，等待低水位开关信号。低水位开关的安装位置一般在洗衣机桶底部，水排干净后动作。如果排水阀打开5分钟后低水位还没动作，需要考虑排水管堵了，程序报“排水故障”。

脱水阶段（Step_No=40）：这部分是安全要求最高的。脱水时电机高速旋转，这时候门锁必须处于闭合状态。我在程序里加了一道保护：门锁反馈信号I0.4必须为TRUE，否则不允许进入脱水，并报警。这是模拟工业设备上的“安全门联锁”逻辑，和冲床安全门、机器人围栏门的原理完全一致。

脱水电机启动前，程序还加了3秒的“启动延时”——先让电机以中速启动，等到稳定后再切高速。这个思路来自变频器启动方式的启发，防止衣物偏心导致剧烈晃动。对串激电机方案来说，启动延时就等于先给可控硅一个较小的导通角，让电机慢慢转起来。

整个状态机跑起来后，我用博途的“监控表”功能观察每一步的状态位，Step_No从10到40按顺序跳转，和设计完全一致。

4.2 温度PID控制与触摸屏联动

洗衣机加热功能是这个项目里最有“工业味”的部分。滚筒洗衣机在洗涤阶段需要把水温加热到设定值（比如40℃），这与工业上恒温控制非常相似。我用了PID控制方案，这样做的不只是“到温度就断电”，而是让水温平滑靠近目标值，避免温差波动大。

S7-1200里调用PID控制很方便，博途的指令列表里有PID_Compact，组态时选择温度作为过程值，输出给加热管继电器的PWM信号。我设置PID参数时用了经验法整定：先设P=10、I=0、D=0，观察温度曲线，发现超调较大；然后增大I到0.5消除静差，最终得到一个比较平缓的升温曲线。

温度反馈用的是洗衣机原机里的热敏电阻，通过分压电路接到CPU的AI 0（0-10V输入）。热敏电阻在不同温度下阻值变化明显，我在博途的“缩放”指令里做了线性换算，把采样电压转换成实际温度值。如果用的是PT100，就需要配一个热电阻变送器，将电阻变化转成4-20mA标准信号，再接AI模块。

HMI的联动是个重点。为了让触摸屏能设置洗涤温度，我在DB里定义了一个变量“Set_Temp”，HMI画面里添加IO域绑定这个变量。用户在触摸屏上输入目标温度，PID控制块就直接读取更新值。同样，洗涤时间、漂洗次数、正反转周期这些参数都定义为DB变量，全部在HMI上可调。

这个“PLC程序内参数全部变量化、HMI负责可视化设置”的做法，本质上就是工业设备的人机交互界面开发方式。调试时不用反复改PLC程序下载，只改HMI上的数值就能调整整机行为，后期维护方便太多。

HMI画面我设计了四页：主页面（显示当前流程、剩余时间、状态指示）、参数设置页（洗涤时间、漂洗次数、温度等）、手动调试页（强制控制每个阀门和电机）、报警页（显示故障代码）。KTP700在博途V16里的组态也很顺，直接把DB变量拖到画面绑定即可，比老版本方便很多。

4.3 关于“TON定时时间如何通过触摸屏设置”的处理

很多人会在PLC讨论群里问“TON定时器的时间怎么用触摸屏来改”，这个问题在这个项目里正好碰到。正常情况下，你在FB里写一个TON的定时器，它的PT值是固定写死或者从某个内部变量读取的，如果想要HMI随时修改，主要有两种做法。

第一种是简单的“每次启动时复制”：在定时器启动前，把HMI设置的数值传送到定时器PT端，比如：

scl复制#Wash_Timer(IN := #Wash_Running,
            PT := #HMI_Wash_Time * 1000,
            Q => #Wash_Done);

这里#HMI_Wash_Time是从触摸屏读取的秒数，乘以1000转成毫秒给TON。注意TON的PT单位是毫秒，变量类型是TIME，直接赋值时要用乘法转换，否则会出现编译错误或数值对不上。

第二种是“运行中使用”：如果定时中途改时间希望立即生效，就不能用TON自带的PT，你需要用累计计时方式，比如自己累加一个毫秒计数器，每100ms加一次，再和目标值比较。这个方式更灵活，适合对时间精度要求高、支持中途改参数的场合。

实际项目里我用的是第一种，洗衣机流程中中途改时间的场景不大，在参数设置页改完保存，下次进水前就会用新值。如果你做的是输送线、喷涂设备之类需要实时整定时间的场合，建议用第二种。

5. 调试实录与常见问题排查

5.1 第一次上电碰到的问题

这个项目调试过程我攒了不少教训，挑几个典型的说。

第一个问题是电机抖动。 刚开始把程序下进去，启动洗涤模式后，电机抖动但不转动。当时我第一反应是程序正反转切换有问题，检查发现逻辑正常。后来用万用表量电压，发现可控硅调速板输出只有几十伏——原因是我把调速板的“公共端”接线方式和PLC输出接反了。原洗衣机控制板的公共端是220V火线，而PLC的公共端是24V直流，两者必须分开走，不能混用。我把电机回路改成“PLC输出 → 中间继电器 → 可控硅调速板控制端”之后，问题彻底解决。

这个问题的本质是“弱电控制强电的电气隔离设计没想清楚”。PLC的24V输出不能直接去开关220V回路，必须通过继电器或者其他隔离器件转接。初学者特别容易在这个环节犯迷糊，总想着“反正是开关信号，一样能通断”。不一样，电压等级和安全隔离决定了它们不能混接。

第二个问题是触摸屏时间不信任。 项目里我在HMI上放了当前时间显示，结果KTP700显示的时间老是不对，而且会提示“不信任PLC”。这个问题的实质是HMI和PLC的时钟不同步。博途里的处理方法是在HMI的“区域指针”中启用“日期/时间”功能，把它连接到PLC中的一个数据区，由PLC定时写入正确时间，HMI显示一律以PLC时间为准。另外如果KTP面板系统时间是初始时间，也需要在面板设置里手动校一次。

第三个问题刚开始最让我头疼：博途上传PLC程序提示设备不响应。 这个问题本质是PG/PC接口设置不对。第一次连S7-1200时，博途默认走PLCSIM虚拟接口，导致没法识别到真实PLC。解决办法是在“在线访问”里选择正确的网卡（比如Realtek的物理网卡），并把电脑IP和PLC IP设置在同一个网段，关闭Windows防火墙再试一次。还有一个小坑是S7-1200默认启用了防护等级设置，有时候上传会提示没有权限，这种需要在项目里先“在线访问 → 在线与诊断 → 防护与安全”里查看，如果启用了最高级保护，首次连接时得用原始的PLC访问保护配置来解除或调整。

5.2 常见问题速查表

我把调试过程中遇到并解决过的问题整理成了表格，方便以后做类似项目时直接翻：

5.3 关于“博途上传PLC程序”和“PLC程序保护”的补充提示

博途V16除了上传下载，还有一个容易踩的坑就是程序保护。S7-1200从固件4.0开始支持“访问保护”和“防拷贝保护”。如果你从别人手里拿到一个上传的PLC项目，下载程序时提示报错，先看一下“在线与诊断”里是否设置了访问级别。而且博途下载程序到PLC时默认会要求“编译检查”，如果原程序和在线程序不一致，有时候会提示“模块未准备好下载”或“版本不兼容”。这种事在工业现场特别常见，处理顺序无非是：先“在线”读取设备信息，确认固件版本是否匹配，再到“下载”界面勾选“覆盖PLC上的所有数据”，如果还不行就做“恢复出厂设置”再重新下载。

这个项目里我用的是全新PLC，所以没遇到密码保护问题，但如果你拿着闲置的二手PLC试一试，大概率会遇到。切记不要试图破解密码，正规渠道是联系原项目所有方获取权限，或者更换PLC。安全上要强调：任何破解、绕过保护的行为，在工业环境和商业项目里都是不合规的，自己练手我更建议买一个全新的CPU，别在二手设备上折腾密码。

6. 项目扩展与个人体会

6.1 从洗衣机能延伸到哪些项目

这套系统改完，它就不再只是一台洗衣机，而是一台能反复折腾的PLC实验平台。基于同样的架构，你可以往很多方向扩展，这也是我当时做这个项目的初衷。

方向一：运动控制。 洗衣机的洗涤电机正反转控制，本质上就是最简单的位置/时间控制。如果换用步进电机或伺服电机，加上编码器反馈，就能做一个小型机械手或搬运装置的雏形，对应网上热门的“基于PLC的工业搬运机器人设计”“PLC控制气缸机械手”等方向。洗衣机的机架也可以作为机械手的底座，装一个小型气动夹爪就能演示取放料逻辑。

方向二：变频器通信。 把原来的串激电机换成三相异步电机，用变频器驱动，PLC通过Modbus RTU或者USS协议和变频器通信。改变频器频率实现不同转速，还能做“追剪”这类运动控制实验——洗衣机的滚筒回转可以模拟主轴，再加一根丝杆轴就能模拟追剪切割场景。热搜里有关“支持追剪的PLC”和“汇川PLC正弦运动”，实际上这个平台加一个编码器就能练习正弦加减速控制。

方向三：DCS/SCADA概念。 如果你再买一块西门子的IoT网关或者搭建一个OPC UA通信，就能让洗衣机的运行数据上传到上位机，用C#写一个采集程序或者在WinCC里做SCADA画面。我可以直接访问PLC里的DB块，读取洗涤温度、当前模式、累计运行时间等数据。这就是工业互联网里“设备数据上云”的本地版，概念完全一致。

方向四：安全逻辑练习。 把门锁开关、水位传感器、超时报警组合起来，你可以尝试按照国际安全标准设计一套安全回路。比如排水阀动作时禁止脱水、加热管工作时水位必须高于某个值、任何报警状态必须手动复位才能继续运行。这些逻辑在化工、食品设备里是刚需，在洗衣机上练好，面试时能直接讲出项目经验。

6.2 我做这个项目的几点实在感受

做完这个项目回头总结，我最想说的不是“博途V16有多强”，也不是“PLC学起来多简单”，而是几个更接地气的点。

第一，控制对象比软件重要得多。给洗衣机写程序，比纯练梯形图场景理解深太多。因为每一步控制背后都有物理对象在响应，你写完进水逻辑能听到电磁阀“咔哒”一声，写完排水逻辑能看到水真的被泵走。这种实感反馈是仿真软件给不了的，会让你的编程思路从“写指令”转变成“控制系统”。

第二，接线和程序是五五开的事情。很多初学PLC的人把90%精力花在编程语言上，忽略电气接线，结果一到实际项目就抓瞎——分不清公共端、不知道要加中间继电器、搞不定强电干扰。这个项目把接线和程序强制绑在一起，逼着你把整个信号链路打通，对综合能力的提升非常明显。

第三，多利用模块化思维。我在项目里把每个功能都封装成独立FB，最后主循环OB1只有几行调用代码。很多人写PLC程序喜欢全塞在OB1里，那时候你没觉得有什么问题，等你写第二个项目、第三个项目，想把之前的状态机逻辑复用过来时，才会发现没有模块化设计的代码根本没法复用。这个洗衣机的FB1、FB2、FB3完全可以整体复制到下一个项目中，改成水泵控制、传送带控制等类似的顺序控制项目，只修改IO映射即可，复用性极高。

最后分享一个实用小技巧：在这个项目里，我单独建了一个“手动调试”页面，可以在HMI上强制打开或关闭每一个输出点。调试时先手动操作，确认每个执行机构的接线、方向都正确，再切换到自动运行模式。这一步看起来简单，但能帮你区分“硬件问题”还是“程序问题”，在工业项目调试中属于必做动作，养成习惯后会非常受益。

如果你手头也有一台退役的旧洗衣机和一套闲置的PLC，不妨试试这个改造方案。整机投入不算高，但能让你把博途V16编程、HMI组态、电气接线、变频器调试、PID整定这些技能一次性串起来实践一遍。真把这套项目做完、做透，再回头看市面上的PLC培训课程，你会觉得很多内容其实都已经被你实操过了。