全自動(dòng)洗衣機(jī)PLC控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案

1、全自動(dòng)洗衣機(jī)PLC控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)1/48摘要中文摘要：該畢業(yè)設(shè)計(jì)介紹了可編程序控制器PLC）和PLC控制系統(tǒng)的基本知識(shí)，包括PLC的定義、特點(diǎn)、分類、技術(shù)指標(biāo)、基本結(jié)構(gòu)、工作原理、硬件知識(shí)及PLC控制系統(tǒng)等相關(guān)知識(shí)。采用三菱公司的FX2N系列的PLC，設(shè)計(jì)了一個(gè)簡(jiǎn)單的全自動(dòng)洗衣機(jī)控制系統(tǒng)。全自動(dòng)洗衣機(jī)通過(guò)了可編程序控制器來(lái)實(shí)現(xiàn)洗滌過(guò)程，省時(shí)省力。英文摘要：AbstractThegraduationdesignintroducestheprogrammablelogiccontroller(PLCandPLCtocontrolthebasicknowledgeofthesystem,include

2、PLCdefinition,characteristics,arrange,thetechniquetarget,basicstructure,theworkprinciple,thehardwareknowledgeandcontrolofPLCthesystemrelatedknowledge.ThedesignadoptthePLCoftheseriesofFX2NoftheSanLingcompany,designaninbriefcontrolsystemoffull-automaticwashingmachine.Thefull-automaticwashingmachinepas

3、sestheprogrammablelogiccontrollertocarryoutthewashprocess,savetimelabor-saving._、八、，前言可編程控制器是以計(jì)算機(jī)為核心的通用自動(dòng)控制裝置，它的功能強(qiáng)、可靠性極強(qiáng)、編程簡(jiǎn)單、使用方便、體積小。現(xiàn)已廣泛應(yīng)用于工業(yè)控制的各個(gè)領(lǐng)域，它以微處理器為核心，用編寫的程序進(jìn)行邏輯控制、定時(shí)、記數(shù)和算術(shù)運(yùn)算等，并通過(guò)數(shù)字量和模擬量的輸入/輸出來(lái)控制機(jī)械設(shè)備或生產(chǎn)過(guò)程。該設(shè)計(jì)采用三菱公司的F1系列可編程控制器。F1系列有被已在國(guó)內(nèi)廣泛使用的FX系列代替的趨勢(shì)。我們?cè)谶@里有必要詳細(xì)介紹三菱的FX系列可編程控制器的性能指標(biāo)，硬件組成和指

4、令。2/48PLC的學(xué)習(xí)比一般編程學(xué)習(xí)困難在于，要完成一個(gè)控制系統(tǒng)不僅需要掌握一定的編程技術(shù)，更為重要的是要知道如何針對(duì)實(shí)際應(yīng)用的需要選擇合適的PLC型號(hào)，然后進(jìn)行資源配置，設(shè)計(jì)控制系統(tǒng)。該設(shè)計(jì)為全自動(dòng)洗衣機(jī)的PLC控制，主要介紹了全自動(dòng)洗衣機(jī)的工作原理，控制系統(tǒng)的PLC的選型和資源的配置，控制系統(tǒng)程序設(shè)計(jì)與調(diào)試，控制系統(tǒng)PLC程序。最后，在該設(shè)計(jì)過(guò)程中給予極大鼓勵(lì)和幫助的老師、同學(xué)，在此表示衷心的感謝。由于在設(shè)計(jì)過(guò)程中存在許多不足，希望老師同學(xué)指正。1/48目錄摘要1目錄3第一章緒論41.1概論41.1.1 PLC的定義41.2 PLC的特點(diǎn)41.2.1高可靠性51.2.2應(yīng)用靈活，使用方便

5、51.2.3面向控制過(guò)程的編程語(yǔ)言，容易掌握51.3 PLC的分類51.3.1 小型PLC54/481.3.2 中型PLC61.3.3 大型PLC61.4 PLC的主要技術(shù)指標(biāo)61.4.1存儲(chǔ)器容量61.4.2輸入/輸出點(diǎn)數(shù)61.4.3掃描時(shí)間61.4.4指令種類和數(shù)量61.4.5內(nèi)部寄存的種類和數(shù)量71.4.6擴(kuò)展能力71.4.7智能模塊的種類和數(shù)量7第二章PLC的結(jié)構(gòu)82.1 PLC的基本結(jié)構(gòu)82.2整體式的結(jié)構(gòu)PLC82.3模塊式結(jié)構(gòu)的PLC82.4 PLC各組成部分介紹92.5基本指令10第三章PLC的工作原理113.1循環(huán)掃描技術(shù)113.2 PLC的輸入/輸出的響應(yīng)時(shí)間12第四章PL

6、C的控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)原則和設(shè)計(jì)步驟144.1 設(shè)計(jì)原則144.2 設(shè)計(jì)步驟14第五章PLC的硬件知識(shí)165.1 PLC的模塊介紹165.2 FX2NPLC的硬件系統(tǒng)構(gòu)成18第六章課程設(shè)計(jì)PLC全自動(dòng)洗衣機(jī)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)206.1 全自動(dòng)洗衣機(jī)控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)要求206.2全自動(dòng)洗衣機(jī)控制系統(tǒng)的PLC選型和資源配置216.3 全自動(dòng)洗衣機(jī)控制系統(tǒng)程序設(shè)計(jì)和調(diào)試226.4全自動(dòng)洗衣機(jī)控制PLC程序246.5 設(shè)計(jì)小結(jié)32第七章參考文獻(xiàn)331/48個(gè)人收集整理資料，僅供交流學(xué)習(xí)，勿作商業(yè)用途第一章緒論首先介紹一下可編程控制器PLC）和PLC控制系統(tǒng)的基本知識(shí)，包括PLC的產(chǎn)生和發(fā)展、特點(diǎn)、技術(shù)指標(biāo)、基本結(jié)構(gòu)

7、、工作原理及PLC控制系統(tǒng)等相關(guān)知識(shí)。1.1概述可編程控制器是在計(jì)算機(jī)技術(shù)、通信技術(shù)和繼電器控制技術(shù)的發(fā)展基礎(chǔ)上開(kāi)發(fā)起來(lái)的，現(xiàn)已廣泛應(yīng)用于控制的各個(gè)領(lǐng)域。它以微處理器為核心，用編寫的程序進(jìn)行邏輯控制、定時(shí)、計(jì)數(shù)和算術(shù)運(yùn)算等，并通過(guò)數(shù)字量和模擬量的輸入/輸出來(lái)控制機(jī)械設(shè)備或生產(chǎn)過(guò)程。1.1.1PLC的定義PLC自問(wèn)世以來(lái)，盡管時(shí)間不長(zhǎng)，但發(fā)展迅速。為了使其生產(chǎn)和發(fā)展標(biāo)準(zhǔn)化，國(guó)際電工委員會(huì)IEC）先后頒布了PLC標(biāo)準(zhǔn)的草案第一、二、三稿，并在1987年作了如下的定義：“可編程控制器是一種數(shù)字運(yùn)算操作的電子系統(tǒng)，專為在工業(yè)環(huán)境應(yīng)用而設(shè)計(jì)的。它采用一類可編程控制器，用于其內(nèi)部存儲(chǔ)程序、執(zhí)行邏輯運(yùn)算、順

8、序控制、定時(shí)、計(jì)數(shù)與算術(shù)操作等面向用戶的指令，并通過(guò)數(shù)字或模擬式輸入/輸出控制各種類型的機(jī)械或生產(chǎn)過(guò)程?？删幊炭刂破骷盎嘘P(guān)外部設(shè)備，都應(yīng)按易于與工業(yè)控制系統(tǒng)聯(lián)成一個(gè)整體，易于擴(kuò)充基其功能的原則設(shè)計(jì)的?！笨傊?，可編程控制器是一臺(tái)專為工業(yè)環(huán)境而設(shè)計(jì)的計(jì)算機(jī)，它是將傳統(tǒng)的計(jì)算機(jī)技術(shù)、繼電器技術(shù)和通信技術(shù)相融合而發(fā)展起來(lái)的一種新型的控制裝置。在具體的國(guó)內(nèi)工業(yè)應(yīng)用中，由于它不是針對(duì)某一具體的工業(yè)應(yīng)用，因此它的硬件應(yīng)根據(jù)實(shí)際需要來(lái)進(jìn)行配置，其軟件則根據(jù)控制要求進(jìn)行編寫。1.2PLC的特點(diǎn)PLC是傳統(tǒng)的繼電器技術(shù)和計(jì)算機(jī)技術(shù)相結(jié)合的產(chǎn)物，所以要工業(yè)控制方面，它具有繼電器或通用計(jì)算機(jī)所無(wú)法比擬的特點(diǎn)。1.2

9、.1高可靠性PLC的高可靠性主要表現(xiàn)在硬件和軟件兩個(gè)方面：1）在硬件方面，由于采用性能優(yōu)良的開(kāi)關(guān)電源，并且對(duì)選用的器件進(jìn)行嚴(yán)格的篩選，加上合理的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，最后加固、簡(jiǎn)化安裝，因此PLC具有很強(qiáng)硬的抗振動(dòng)沖擊性能；無(wú)觸點(diǎn)的半導(dǎo)體電路來(lái)完成大量的開(kāi)關(guān)動(dòng)作，就不會(huì)出現(xiàn)繼電器系統(tǒng)中的器件老化、脫焊、觸點(diǎn)電弧等問(wèn)題；所有的輸入/輸出接口都采用光電隔離措施，使外部電路和PLC內(nèi)部電路能有效的進(jìn)行隔離；PLC模塊式的結(jié)構(gòu)，可以在其中一個(gè)模塊出現(xiàn)故障時(shí)迅速地判斷出故障的模塊并進(jìn)行更換，這樣就能盡量的縮短系統(tǒng)的維修時(shí)間。2）在軟件方面，PLC的監(jiān)控定時(shí)器可用于監(jiān)視執(zhí)行用戶程序的專用運(yùn)行處理器的延遲，保證在程序出

10、現(xiàn)錯(cuò)誤和程序調(diào)試時(shí)，避免因程序錯(cuò)誤而出現(xiàn)死循環(huán)；當(dāng)CPU、電池、I/O口、通信等出現(xiàn)異常時(shí)，PLC的自診斷功能可以檢測(cè)到這些錯(cuò)誤，并采取相應(yīng)的措施，以防止故障擴(kuò)大；停電時(shí)，后電池和正常工作時(shí)一樣，進(jìn)行對(duì)用戶程序及動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)的保護(hù)，確保信息不丟失。1.2.2應(yīng)用靈活、使用方便模塊化的PLC設(shè)計(jì)，使用戶能根據(jù)自己系統(tǒng)的大小、工藝流程和控制要求等來(lái)選擇自己所需要的PLC模塊并進(jìn)行資源配置和PLC編程。這樣，控制系統(tǒng)就不需要大量的硬件裝置，用戶只需根據(jù)控制需要設(shè)計(jì)PLC的硬件配置和I/O的外部接線即可。1.2.3面向控制過(guò)程的編程語(yǔ)言，容易掌握PLC的編程語(yǔ)言采用繼電器控制電路的梯形圖語(yǔ)言，清晰直觀。雖

11、然PLC是以微處理器為核心的控制裝置，但是它不需要用戶有很強(qiáng)的程序設(shè)計(jì)能力，只在用戶具備一定的計(jì)算機(jī)軟、硬件知識(shí)和電器控制方面的知識(shí)即可。1.3PLC的分類1.3.1 小型PLC連接開(kāi)關(guān)量I/O模塊、模擬量I/O模塊以及其它各種特殊功能模塊，能執(zhí)行包括邏輯運(yùn)算、計(jì)時(shí)、計(jì)數(shù)、算術(shù)運(yùn)算、數(shù)輸入/輸出點(diǎn)數(shù)在128點(diǎn)以下的PLC稱為小型PLC。其特點(diǎn)是體積小、結(jié)構(gòu)緊湊，它可以據(jù)處理和傳送、通信聯(lián)網(wǎng)以及各種應(yīng)用指令。1.3.2 中型PLC輸入/輸出點(diǎn)數(shù)在128-512點(diǎn)之間的PLC稱為中型PLC。它除了具有小型機(jī)所能實(shí)現(xiàn)在功能外，還具有強(qiáng)在的網(wǎng)絡(luò)通信功能、更豐富的指令系統(tǒng)、更大的內(nèi)存容量和更快的掃描速度

12、。1.3.3 大型PLC輸入/輸出點(diǎn)數(shù)大于512的PLC稱為大型PLC。它具有強(qiáng)大的軟件硬件功能、自診斷功能、通信聯(lián)網(wǎng)功能，它可以構(gòu)成三級(jí)通信網(wǎng)，實(shí)現(xiàn)工廠生產(chǎn)管理自動(dòng)化。另外大型PLC還可以采用三CPU構(gòu)成表決式系統(tǒng)，使機(jī)器具有更高的可靠性。1.4PLC的主要技術(shù)指標(biāo)1.4.1存儲(chǔ)器容量存儲(chǔ)器用來(lái)存儲(chǔ)程序和系統(tǒng)參數(shù)等，其容量是由用戶程序存儲(chǔ)器和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器組成的。程序存儲(chǔ)器容量大小決定了用戶所能編寫程序的長(zhǎng)度。一般中小型PLC的存儲(chǔ)器容量在16KB以下，大型的PLC可達(dá)到2MB左右。1.4.2輸入/輸出點(diǎn)數(shù)輸入/輸出點(diǎn)數(shù)是指根據(jù)工業(yè)系統(tǒng)控制要求所得到的對(duì)應(yīng)于PLC的輸入/輸出端的個(gè)數(shù)。I/O點(diǎn)數(shù)

13、越多，說(shuō)明需要控制的器件和設(shè)備就越多。1.4.3掃描時(shí)間掃描時(shí)間是指CPU內(nèi)部根據(jù)用戶程序，按邏輯順序，從開(kāi)始到結(jié)束掃描一次所需的時(shí)間。PLC用戶手冊(cè)一般給出執(zhí)行指令所用的時(shí)間。1.4.4指令種類和數(shù)量指令的種類和數(shù)量決定了用戶編制程序的方式和PLC的處理能力和控制能力。1.4.5內(nèi)部寄存的種類和數(shù)量?jī)?nèi)部寄存器主要包括定時(shí)器、計(jì)數(shù)器、中間繼電器、數(shù)據(jù)寄存器和特殊寄存器等。它們主要用來(lái)完成計(jì)時(shí)、技術(shù)、中間數(shù)據(jù)存儲(chǔ)、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)還有其他一些功能。種類和數(shù)量越多，PLC的功能就越強(qiáng)大。1.4.6 擴(kuò)展能力PLC擴(kuò)展能力是指PLC是否能具有I/O點(diǎn)數(shù)擴(kuò)展、功能擴(kuò)展、聯(lián)網(wǎng)等一些功能。1.4.7 智能模塊的種

14、類和數(shù)量智能模塊是指能完成模擬量控制、遠(yuǎn)程控制以及通信等功能模塊。智能模塊種類和數(shù)量越多，說(shuō)明PLC功能越強(qiáng)大。11/48個(gè)人收集整理資料，僅供交流學(xué)習(xí)，勿作商業(yè)用途第二章PLC的結(jié)構(gòu)和工作原理2.1 PLC的基本結(jié)構(gòu)PLC實(shí)質(zhì)是一種用于工業(yè)控制的計(jì)算機(jī)，其硬件結(jié)構(gòu)基本上與微型計(jì)算機(jī)相同。根據(jù)結(jié)構(gòu)形式的不同，PLC的基本結(jié)構(gòu)分為整體式和模塊式結(jié)構(gòu)兩類。2.2整體式結(jié)構(gòu)的PLC整體式結(jié)構(gòu)的PLC由中央處理器CPU）、存儲(chǔ)器、I/O單元、電源電路和通信端口等組成，并將這些組裝在一起?；窘Y(jié)構(gòu)框圖如圖2-1所示。3編圖2-1整體式結(jié)構(gòu)程器2.3模塊式結(jié)構(gòu)的PLC模塊式結(jié)構(gòu)的PLC是將中央處理器CPU

15、）、存儲(chǔ)器、輸入/輸出單元、電源電路和通信端口等分別做成相應(yīng)的模塊，應(yīng)用時(shí)將這些模塊根據(jù)要求插在機(jī)架上，各模塊間通過(guò)機(jī)架上的總線想到聯(lián)系。基本結(jié)構(gòu)框圖如2-2所示編程器其他PLC或上位機(jī)現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備電源模塊CPU模塊通信模塊輸入模塊輸出模塊殊功功能模塊機(jī)架圖2-2模塊式結(jié)構(gòu)2.4PLC各組成部分介紹1）中央處理器中央處理器CPU）是PLC的核心部分，相當(dāng)于PLC的“大腦”。它通過(guò)系統(tǒng)總線與用戶存儲(chǔ)器、輸入/輸出I/O）、通信端口等單元相連。通過(guò)制造廠家預(yù)制在系統(tǒng)存儲(chǔ)器內(nèi)部的系統(tǒng)程序完成各項(xiàng)任務(wù)。其主要功能是由編程器寫入控制程序和數(shù)據(jù)到存儲(chǔ)器、檢驗(yàn)用戶程序、從存儲(chǔ)器上讀取和執(zhí)行程序，還可以進(jìn)行PLC

16、內(nèi)部故障的診斷等。根據(jù)存儲(chǔ)器存儲(chǔ)內(nèi)容的不同，我們把存儲(chǔ)器分為系統(tǒng)程序存儲(chǔ)器、用戶程序存儲(chǔ)器和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器。系統(tǒng)程序存儲(chǔ)器：用來(lái)存入軟件的存儲(chǔ)器。系統(tǒng)程序相當(dāng)于計(jì)算機(jī)操作系統(tǒng)，是PLC廠家根據(jù)選用的CPU的指令系統(tǒng)編寫的，并固化到ROM里，用戶不能修改其內(nèi)容。用戶程序存儲(chǔ)器：用來(lái)存放用戶根據(jù)控制要求編制的程序。不同類型的PLC，其存儲(chǔ)容量也不一樣。數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器：用以存放PLC運(yùn)行中的各種數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)器。因?yàn)檫\(yùn)行中數(shù)據(jù)不斷變化，所以這種存儲(chǔ)器必須可讀寫。3）輸入/輸出單元輸入/輸出單元是PLC與外部設(shè)備連接的紐帶。輸入單元接收現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備向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)。輸出單

17、元將CPU的信號(hào)經(jīng)處理后來(lái)控制外部設(shè)備的。4）電源部分不同型號(hào)的PLC有不同的供電方式，所以PLC電源的輸入電壓既有12V和24V直流，又有110V和220V交流。5）編程器幾乎每個(gè)PLC廠家都有自己的編程器，用戶通過(guò)編程器來(lái)編寫控制程序，并通過(guò)編程器接口將自己的控制程序輸入到PLC。它還可以在線檢測(cè)程序的運(yùn)行情況。在出現(xiàn)故障時(shí)，通過(guò)編程器可能很方便的找出錯(cuò)誤。2）存儲(chǔ)器15/48個(gè)人收集整理資料，僅供交流學(xué)習(xí)，勿作商業(yè)用途二進(jìn)制加法指令A(yù)DDADD的功能號(hào)為FNC20,它是將源操作數(shù)S1和S2中的16位二進(jìn)制數(shù)相加,然后運(yùn)算結(jié)果傳送到指定的目標(biāo)操作數(shù)中.(2二進(jìn)制減指令SUBSUB的功能號(hào)為

18、FNC21.它是將源操作數(shù)S1和S2中的16位二進(jìn)制數(shù)相減,然后運(yùn)算結(jié)果傳送到指定的目標(biāo)操作數(shù)中.(3二進(jìn)制乘法指令MULMUL的功能號(hào)為FNC22.它是將源操作數(shù)S1和S2中的16位二進(jìn)制數(shù)相乘,然后運(yùn)算結(jié)果傳送到指定的目標(biāo)操作數(shù)為首地址的軟元件中.(4二進(jìn)制除法指令DIVDIV的功能號(hào)為FNC22.它是將源操作數(shù)S1和S2中的16位二進(jìn)制數(shù)相除，然后運(yùn)算結(jié)果傳送到指定的目標(biāo)操作數(shù)D中，余數(shù)傳送到D+1中.第三章PLC的工作原理PLC的工作原理與繼電器構(gòu)成的控制裝置一樣，但是工作方式不太一樣。繼電器控制是并行運(yùn)行方式，即如果輸出線圈通電或斷電，該線圈的觸點(diǎn)立即動(dòng)作。而PLC則不同，它采用循環(huán)

19、掃描技術(shù)，只有該線圈通電或斷電，并且必須當(dāng)程序掃描到該線圈時(shí)，該線圈觸點(diǎn)才會(huì)動(dòng)作。也可以說(shuō)繼電器控制裝置是根據(jù)輸入和邏輯控制結(jié)構(gòu)就可以直接得到輸出，而PLC控制則需要輸入傳送、執(zhí)行程序指令、輸出3個(gè)階段才能完成控制過(guò)程。3.1循環(huán)掃描技術(shù)17/48個(gè)人收集整理資料，僅供交流學(xué)習(xí)，勿作商業(yè)用途21/48PLC采用循環(huán)掃描技術(shù)可以分為3個(gè)階段，輸入階段將外部輸入信號(hào)的狀態(tài)傳送到PLC）、執(zhí)行程序階段和輸出階段將輸出信號(hào)傳送到外部設(shè)備）。掃描過(guò)程如下圖所示。程序執(zhí)行階段輸出階段輸入階段程序執(zhí)行階段輸出階段程序執(zhí)行階段J一個(gè)掃描周期3.1.1輸入階段在這個(gè)階段中，PLC讀取輸入信號(hào)的狀態(tài)和數(shù)據(jù)，并把它

20、們存入相應(yīng)的輸入存儲(chǔ)單元。3.1.2執(zhí)行程序階段在這個(gè)階段中，PLC按照由上到下的次序逐步執(zhí)行程序指令。從相應(yīng)的輸入存儲(chǔ)單元讀入信號(hào)的狀態(tài)和數(shù)據(jù)，然后根據(jù)程序內(nèi)部繼電器、定時(shí)器、計(jì)數(shù)器數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器的狀態(tài)和數(shù)據(jù)進(jìn)行邏輯運(yùn)算，得到運(yùn)算結(jié)果，并將這些結(jié)果存入相應(yīng)的輸出存儲(chǔ)器單元。這一階段執(zhí)行完后，進(jìn)入輸出階段。在這個(gè)程序執(zhí)行中，輸入信號(hào)的狀態(tài)和數(shù)據(jù)保持不變。在這個(gè)階段中，PLC將相應(yīng)的輸出存儲(chǔ)單元的運(yùn)算結(jié)果傳送到輸出模塊上，并通過(guò)輸出模塊向外部設(shè)備傳送輸出信號(hào)，開(kāi)始控制外部設(shè)備。3.2PLC的輸入/輸出響應(yīng)時(shí)間I/O響應(yīng)時(shí)間是指某一輸入信號(hào)從變化開(kāi)始到系統(tǒng)相關(guān)輸出端信號(hào)的改變所需要的時(shí)間因?yàn)镻LC的循

21、環(huán)掃描工作方式，所以收到輸入信號(hào)的時(shí)刻不同，響應(yīng)時(shí)間的長(zhǎng)短也不同。下面就給出了最短和最長(zhǎng)響應(yīng)時(shí)間。最短響應(yīng)時(shí)間：一個(gè)掃描周期剛結(jié)束就收到輸入信號(hào)，即收到這個(gè)輸入信號(hào)與開(kāi)始下一個(gè)掃描周期同時(shí)，這樣的響應(yīng)時(shí)間最短?？紤]到輸入電路和輸出電路的延時(shí)，所以最短響應(yīng)時(shí)間應(yīng)大于一個(gè)掃描周期。最短響應(yīng)時(shí)間如下圖所示。輸出階段程序執(zhí)行階段輸出階段程序執(zhí)行階段輸入輸出程序執(zhí)行階段一個(gè)掃描周期|-最短響應(yīng)時(shí)間f|最長(zhǎng)響應(yīng)時(shí)間：在一個(gè)掃描更完成輸入讀取后才接到輸入信號(hào)，這樣這個(gè)輸入信號(hào)在該掃描周期將不會(huì)發(fā)生變化，要等到下個(gè)掃描周期才能得到響應(yīng)。這時(shí)響應(yīng)時(shí)間最長(zhǎng)如下圖所示。程程序輸序輸執(zhí)出執(zhí)出行階行階階段階段段段1JJ

22、YV輸程程入序輸序階執(zhí)出執(zhí)段行階行階段階段段1J1/VY一個(gè)掃描周期輸入輸出個(gè)人收集整理資料，僅供交流學(xué)習(xí)，勿作商業(yè)用途53/48J最長(zhǎng)響應(yīng)時(shí)間f第四章PLC控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)原則和設(shè)計(jì)步驟4.1設(shè)計(jì)原則PLC控制系統(tǒng)是為工藝流程服務(wù)的，所以它首先要能很好的實(shí)現(xiàn)工藝提出的控制要求。PLC控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)應(yīng)遵循以下原則：（1）根據(jù)工藝流程進(jìn)行設(shè)計(jì)，力求設(shè)計(jì)出來(lái)的控制系統(tǒng)能最大限度滿足控制要求。（2）在滿足控制要求的前題下，盡量減少PLC系統(tǒng)硬件費(fèi)用。（3）考慮到以后控制要求的變化，所以控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)考慮到PLC的可擴(kuò)展性。（4）控制系統(tǒng)使用和維護(hù)方便、安全可靠。4.2設(shè)計(jì)步驟一般PLC控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)步

23、驟如圖1-3所示，具體操作如下：1）控制要求分析在設(shè)計(jì)PLC控制系統(tǒng)之前，必須對(duì)工藝流程進(jìn)行細(xì)致的分析，詳細(xì)了解控制對(duì)象和控制要求，這樣才能真正明白自己要完成的任務(wù)，設(shè)計(jì)出令人滿意的控制系統(tǒng)。2）確定I/O設(shè)備根據(jù)控制要求選擇合理的輸入設(shè)備控制按鈕、開(kāi)關(guān)、傳感器等）和輸出設(shè)備接觸器、繼電器等）。并根據(jù)選用的輸入/輸出設(shè)備的類型和數(shù)量，確定PLC的I/O點(diǎn)數(shù)。3）選擇合適的PLC確定PLC的點(diǎn)數(shù)后，就根據(jù)I/O點(diǎn)數(shù)、控制要求等來(lái)進(jìn)行PLC的選擇。選擇包括機(jī)型、存儲(chǔ)器容量、輸入/輸出模塊、電源模塊和智能模4)PLC程序設(shè)計(jì)本階段就是根據(jù)控制對(duì)象和控制要求對(duì)PLC進(jìn)行編程。首先把工藝流程分為若干階段

24、，確定每一階段的輸入信號(hào)和輸出要控制的設(shè)備，還有不同階段之間的關(guān)系，然后畫出程序流程圖，最后再進(jìn)行程序編制。(5) I/O點(diǎn)數(shù)分配點(diǎn)數(shù)分配就是PLC的I/O端子和輸入/輸出設(shè)備的對(duì)應(yīng)關(guān)系，畫出I/O接線原理圖。6)模擬調(diào)試程序編制好后，可以用按鈕和開(kāi)關(guān)模擬數(shù)字量，電壓源和電流源代替模擬量，進(jìn)行模擬調(diào)試，使控制程序基本滿足控制要求。7)現(xiàn)場(chǎng)聯(lián)機(jī)調(diào)試現(xiàn)場(chǎng)聯(lián)機(jī)調(diào)試就是將PLC與現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備進(jìn)行調(diào)試。在這一步中可以發(fā)現(xiàn)程序存在的實(shí)際問(wèn)題，然后經(jīng)過(guò)修正后使其滿足控制要求。8)整理技術(shù)文件這一步主要包括整理與設(shè)計(jì)有關(guān)的文檔，包括設(shè)計(jì)說(shuō)明書、I/O接線原理圖、程序清單和使用說(shuō)明書等。開(kāi)始設(shè)計(jì)控制要求分析確定I/

25、O設(shè)備選擇合適的PLCI/O點(diǎn)數(shù)分配PLC程序設(shè)計(jì)模擬調(diào)試現(xiàn)場(chǎng)聯(lián)機(jī)調(diào)試整理技術(shù)文件設(shè)計(jì)結(jié)束圖4-1設(shè)計(jì)步驟示意圖第五章PLC的硬件知識(shí)本章主要介紹PLC的各種硬件模塊，以及PLC硬件系統(tǒng)配置的相關(guān)知識(shí)。通過(guò)本章的介紹，可以了解PLC的硬件知識(shí)，并知道如何在實(shí)際中應(yīng)用這些模塊。由于本次畢業(yè)設(shè)計(jì)應(yīng)用的是三菱系統(tǒng)，因此，只介紹三菱FX2N的相關(guān)知識(shí)。5.1 PLC的模塊介紹5.1.1 CPU模塊CPU模塊是PLC控制系統(tǒng)的核心，它控制著整個(gè)PLC控制系統(tǒng)的有序運(yùn)行。PLC控制系統(tǒng)中，PLC程序的輸入和執(zhí)行、PLC之間或PLC與上機(jī)之間的通信、接收現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備的狀態(tài)和數(shù)據(jù)都離不開(kāi)該模塊。CPU模塊還可以進(jìn)

26、行自我診斷，即當(dāng)電源、存儲(chǔ)器、輸入/輸出端子、通信等出故障時(shí)，它可以給出相應(yīng)的指示或做出相應(yīng)的動(dòng)作。LED口aiiB/STnirIIjirr0圖5-1三菱FX2NCPU的模塊面板示意圖三菱FX2N包括多種型號(hào)的CPU,它們的主要性能指標(biāo)除了在外形尺寸和本機(jī)自帶I/O點(diǎn)數(shù)有些不同外，其它性能基本相同，如表5-1所表5-1三菱FX2NCPU主要性能指標(biāo)工程性能指標(biāo)程序存儲(chǔ)器容量8000步內(nèi)置，使用附加存儲(chǔ)器盒可擴(kuò)展到16000步I/O點(diǎn)數(shù)256點(diǎn)內(nèi)部繼電器3072點(diǎn)定時(shí)器256點(diǎn)一般計(jì)數(shù)器235點(diǎn)指令數(shù)目基本順序指令：27種步進(jìn)梯形指令：2種應(yīng)用指令：28種指令處理速度基本指令：0.08us/指令

27、應(yīng)用指令:1.52至幾百us/指令5.1.2切換開(kāi)關(guān)PLC的方式開(kāi)關(guān)有兩種，一各是RUN/STOP開(kāi)關(guān)，它只有RUN和STOP兩種方式,示意圖如圖5-2所示。三菱FX2NCPU的方式切換開(kāi)關(guān)屬于這一種。轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)圖5-2RUN/STOP開(kāi)關(guān)(1)RUN方式將CPU面板上的鑰匙開(kāi)關(guān)轉(zhuǎn)到RUN位置，則強(qiáng)制性地實(shí)行RUN,進(jìn)行I/O掃描并將程序的執(zhí)行結(jié)果輸出。如果程序上有錯(cuò)誤，則不實(shí)行RUN。在該方式，通過(guò)編程器或通信上的程序指令無(wú)效。(2)STOP方式將CPU面板上的鑰匙開(kāi)關(guān)轉(zhuǎn)到STOP位置，則強(qiáng)制性地進(jìn)入STOP方式，全部OFF。在該方式時(shí)，通過(guò)編程器或通信的程序指令無(wú)效。5.1.3指示燈CPU模

28、塊面板有一些指示燈，其作用分別如下：PWRPLC電源指示RUNPLC運(yùn)行指示BATT電池電量不足時(shí)燈亮COMMPLC之間通信、與上位機(jī)之間通信，以及與編程器通信時(shí)燈亮I/OI/O模塊發(fā)生異常時(shí)燈亮ERRORCPU出錯(cuò)時(shí)燈亮不同的可編程控制器CPU模塊的指示燈的數(shù)量不同，指示功能也不同，以上只是對(duì)一些常用的指示燈做簡(jiǎn)單的介紹。5.1.4存儲(chǔ)器存儲(chǔ)器用來(lái)存放程序、工作狀態(tài)數(shù)據(jù)等。存儲(chǔ)器種類通常有RAM、EPROM和EPROM，其中E2PROM最為常用。三種類型的存儲(chǔ)器的特點(diǎn)分別如下：RAM可以讀寫，PLC斷電后，需要用專用電池保持RAM中的信息EPROM采用EPROM，程序需要用寫入器寫入E2PR

29、OM和RAM一樣，可以讀寫兩用，并且PLC斷電后不需要電池也可以保持存儲(chǔ)器內(nèi)的信息。三菱公司FX2N存儲(chǔ)器如表5-3所示:表5-3三菱公司FX2N存儲(chǔ)器產(chǎn)品型號(hào)容量存儲(chǔ)器類型FX-RAM-8可擴(kuò)展到16000步RAMFX-E2PROM-4可擴(kuò)展到4000步E2PROMFX-E2PROM-8可擴(kuò)展到8000步E2PROMFX-E2PROM-16可擴(kuò)展到16000步E2PROMFX-EPROM-4可擴(kuò)展到16000步EPROM5.2FX2NPLC的硬件系統(tǒng)構(gòu)成5.2.1 FX2NPLC的硬件系統(tǒng)構(gòu)成FX2N是模塊化的PLC,它主要由CPU模塊、特殊適配器、擴(kuò)展I/O模塊和特殊功能擴(kuò)展模塊構(gòu)成。1)

30、CPU模塊該模塊主要包括CPU、電源和I/O點(diǎn)三部分。CPU主要負(fù)責(zé)程序的運(yùn)行等工作；模塊的電源不僅向CPU供電，還要滿足與CPU模塊相連的其他模塊的用電需求；該模塊本身自帶一定數(shù)量的開(kāi)關(guān)量I/O點(diǎn)，如果能夠滿足控制要求，則可以不再需要開(kāi)關(guān)量模塊。2)特殊適配器特殊適配器用來(lái)將FX系列的擴(kuò)展設(shè)備連接到FX2N系列上的PLC上。3）擴(kuò)展模塊由于CPU模塊本身的I/O點(diǎn)非常有限、而且先模擬量I/O點(diǎn)，所以有時(shí)需要數(shù)字量I/O模塊、模擬量I/O模塊等一些特殊功能模塊。5.2.2 FX2NPLC的硬件系統(tǒng)配置FX2NPLC不需要專用的基架，可以直接安裝在導(dǎo)軌上。模塊之間通過(guò)專用的擴(kuò)展電纜進(jìn)行連接。硬件

31、系統(tǒng)配置方式如圖5-4所示。悴珠-/-Br.芻擴(kuò)展1/0模塊特殊婦能擴(kuò)展模塊圖5-4FX2N硬件系統(tǒng)配置圖第六章課題設(shè)計(jì)PLC全自動(dòng)洗衣機(jī)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)6.1全自動(dòng)洗衣機(jī)控制系統(tǒng)的控制要求6.1.1全自動(dòng)洗衣機(jī)的工作原理普通洗衣機(jī)的工作流程示意圖如圖6-1所示圖6-1普通洗衣機(jī)工作流程圖洗衣機(jī)的工作流程由進(jìn)水、洗衣、排水和脫水4個(gè)過(guò)程組成。在半自動(dòng)洗衣機(jī)中，著四個(gè)過(guò)程分別用相應(yīng)的按鈕開(kāi)關(guān)來(lái)控制。全自動(dòng)洗衣機(jī)中，這4個(gè)過(guò)程可做到全自動(dòng)依次運(yùn)行，直至洗衣結(jié)束。自動(dòng)洗衣機(jī)的進(jìn)水、洗衣、排水和脫水是通過(guò)水位開(kāi)關(guān)、電磁進(jìn)水閥和電磁排水閥配合進(jìn)行控制，從而實(shí)現(xiàn)自動(dòng)控制的。水位開(kāi)關(guān)用來(lái)控制進(jìn)水到洗衣機(jī)內(nèi)高、中

32、、低水位；電磁進(jìn)水閥起著通/斷水源的作用。進(jìn)水時(shí)，電磁進(jìn)水閥打開(kāi)，將水注入；排水時(shí)，電磁排水閥打開(kāi)，將水排出；洗衣時(shí)，洗滌電動(dòng)機(jī)啟動(dòng)；脫水時(shí)，脫水桶啟動(dòng)。6.1.2 設(shè)備控制要求全自動(dòng)洗衣機(jī)控制系統(tǒng)的要求是能實(shí)現(xiàn)“正常運(yùn)行”和“強(qiáng)制停止”兩種控制方式。1.正常運(yùn)行“正常運(yùn)行”方式具體控制要求如下：1）將水位通過(guò)水位選擇開(kāi)關(guān)設(shè)在合適的位置高、中、低），按下“啟動(dòng)”按扭，開(kāi)始進(jìn)水，達(dá)到設(shè)定的水位高、中、低）后，停止進(jìn)水；2）進(jìn)水停止2s后開(kāi)始洗衣；3）洗衣時(shí)，正轉(zhuǎn)20s,停2s，然后反轉(zhuǎn)20s,停2s；4）如此循環(huán)共5次，總共220s后開(kāi)始排水，排空后脫水30s；5）然后再進(jìn)水，重復(fù)1）4）步，如

33、此循環(huán)共三次；6）洗衣過(guò)程完成，報(bào)警3s并自動(dòng)停機(jī)。2.強(qiáng)制停止“強(qiáng)制停止”方式具體控制要求如下：1）若按下“停止”按扭，洗衣過(guò)程停止，即洗滌電機(jī)和脫水桶轉(zhuǎn)、進(jìn)水電磁閥和排水電磁閥全部閉合；2）可用手動(dòng)排水開(kāi)關(guān)和手動(dòng)脫水開(kāi)關(guān)進(jìn)行手動(dòng)排水和脫水。6.2全自動(dòng)洗衣機(jī)控制系統(tǒng)的PLC選型和資源配置6.2.1控制系統(tǒng)構(gòu)成圖1. 控制系統(tǒng)圖展開(kāi)系統(tǒng)圖如圖6-2所圖6-2全自動(dòng)洗衣機(jī)控制系統(tǒng)圖2. PLC框架配置圖全自動(dòng)洗衣機(jī)控制采用三菱公司FX2N系列PLC。PLC框架配置如圖6-3所示。03.1/0地址分配由于CPU模塊有16點(diǎn)數(shù)字量輸入，有16點(diǎn)數(shù)字量輸出，所以不再需要輸入/輸出模塊。采用I/O分配

34、采用自動(dòng)分配方式，模塊上的輸入端子對(duì)應(yīng)的輸入地址是X0X15，輸出端子對(duì)應(yīng)的輸出地址是Y0Y11。6.2.2模塊功能概述CPU模塊采用三菱公司的FX2N-32MR-001模塊，它控制著整個(gè)系統(tǒng)按照控制要求有條不紊地運(yùn)行。同時(shí)由于該模塊采用交流220V供電，并且自帶16個(gè)數(shù)字量輸入點(diǎn)和16個(gè)數(shù)字量輸出點(diǎn)，完全能滿足全自動(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)字量輸入和輸出模塊。6.3全自動(dòng)洗衣機(jī)控制系統(tǒng)程序設(shè)計(jì)和調(diào)試6.3.1編程軟件編程軟件采用三菱公司為其生產(chǎn)的PLC而設(shè)計(jì)的編程軟件GX-Developer。6.3.2 程序的流程圖、構(gòu)成和相關(guān)設(shè)置1. 流程圖1）正常運(yùn)行流程圖正

35、常運(yùn)行流程圖如圖6-4所示。設(shè)定水位按啟動(dòng)按扭是I是I進(jìn)水停止進(jìn)水”否水位到設(shè)定水位衛(wèi)記時(shí)2秒否是1=正轉(zhuǎn)洗衣記時(shí)20秒是反轉(zhuǎn)洗衣木記時(shí)20秒否是洗衣5次是排水否水是否排完是脫水記時(shí)30秒口洗衣過(guò)程運(yùn)行3次T洗衣報(bào)警記時(shí)3秒圖6-4正常運(yùn)行流程圖2）強(qiáng)制停止流程圖強(qiáng)制停止流程圖如圖6-5所示。圖6-5強(qiáng)制停止流程圖3. 程序的下載、安裝和調(diào)試將各個(gè)輸入/輸出端子和實(shí)際控制系統(tǒng)中的按扭、所需控制設(shè)備正確連接，完成硬件的安裝。全自動(dòng)洗衣機(jī)程序是有GX-Developer軟件的指令完成，正常工作時(shí)程序存放在存儲(chǔ)卡中，若要修改程序，先將PLC設(shè)定在STOP狀態(tài)下，運(yùn)行GX-Developer編程軟件，

36、打開(kāi)全自動(dòng)洗衣機(jī)程序，即可在線調(diào)試，也可用編程器進(jìn)行調(diào)試。6.4全自動(dòng)洗衣機(jī)控制系統(tǒng)PLC程序6.4.1系統(tǒng)資源分配1.數(shù)字量輸入部分這個(gè)控制系統(tǒng)的輸入有啟動(dòng)按扭、停止按扭、水位選擇開(kāi)關(guān)高水位、中水位、低水位）、手動(dòng)排水開(kāi)關(guān)、自動(dòng)排水開(kāi)關(guān)、高水位浮球開(kāi)關(guān)、低水位浮球開(kāi)關(guān)、水排空浮球開(kāi)關(guān)共11個(gè)輸入點(diǎn)。具體的輸入分配如表6-6所示。表6-6輸入地址對(duì)應(yīng)的外圍設(shè)備X000啟動(dòng)按扭X001停止按扭X002水位選擇開(kāi)關(guān)高水位）X003水位選擇開(kāi)關(guān)中水位）X004水位選擇開(kāi)關(guān)低水位）X005手動(dòng)排水開(kāi)關(guān)X006自動(dòng)排水開(kāi)關(guān)X007高水位浮球開(kāi)關(guān)X010中水位浮球開(kāi)關(guān)X011低水位浮球開(kāi)關(guān)X012水排空浮

37、球開(kāi)關(guān)輸入地址分配2. 數(shù)字量輸出部分這個(gè)控制系統(tǒng)需要控制的外部設(shè)備有進(jìn)水電磁閥、排水電磁閥、洗滌電動(dòng)機(jī)、脫水桶、報(bào)警器共5個(gè)設(shè)備。但是由于洗滌電動(dòng)機(jī)有正轉(zhuǎn)和反轉(zhuǎn)兩個(gè)狀態(tài)，分別都應(yīng)正轉(zhuǎn)繼電器和反轉(zhuǎn)繼電器，所以輸出點(diǎn)應(yīng)該有6個(gè)。具體的輸出分配如表6-7所示。表6-2輸出地址分配6.4.2 源程序1.輔助繼電器在本程序中，M0是按下啟動(dòng)按扭的輔助繼電器；Ml是判斷洗衣機(jī)水位是否和設(shè)定水位不一致的輔助器；M2是判斷洗衣機(jī)水位是否和設(shè)定水位一致的輔助器；M3是停止自動(dòng)洗衣機(jī)的輔助繼電器。它的助記符程序?yàn)椋?LD泅Q1ORMU2K0C13OUTMU斗LDK0C25ANI：=；Hj76LD7PHI；=:；O1U8ORB9LDX0O410.-.Ml：=：01111ORE：12OUT1：3LDX0O214AND：=0i：i715LD：=0i：i31C.-.ND：=：01017ORE：ISLDISANDK01120ORE：制OUTM2呂LD妣ORMS24AMI70C0輔助繼電器的梯形圖如圖6-82.進(jìn)水在正常情況下，按下啟動(dòng)按扭或者脫水完畢，而且洗衣大循環(huán)未到3次時(shí)，開(kāi)始進(jìn)水，當(dāng)水位到設(shè)定水位后停止進(jìn)水，等待2s后進(jìn)入洗衣過(guò)程。在強(qiáng)制停止情況下，當(dāng)停止按扭按下時(shí)立即停止進(jìn)水。