全自動(dòng)洗衣機(jī)PLC應(yīng)用設(shè)計(jì)方案李曉領(lǐng)()

1、畢業(yè)設(shè)計(jì)V論文） 題目： PLC在全自動(dòng)洗衣機(jī)的應(yīng)用 姓 編號(hào)： 名：李曉領(lǐng) 90702365 平頂山工業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院 2018年5月19日 平頂山工業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院 畢業(yè)設(shè)計(jì) 論文） 任務(wù)書(shū) 姓名李曉領(lǐng) 專業(yè)礦山機(jī)電對(duì)口 任務(wù)下達(dá)日期年月日 設(shè)計(jì) 論文）開(kāi)始日期年月日 設(shè)計(jì) 論文）完成日期年月日 設(shè)計(jì) 論文）題目：PLC在全自動(dòng)洗衣機(jī)上的應(yīng)用 A 編制設(shè)計(jì) B 設(shè)計(jì)專題 畢業(yè)論文） 指導(dǎo)教師曹翾 系 部）主任黃穎輝 年 月 日 平頂山工業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院 畢業(yè)設(shè)計(jì)論文）答辯委員會(huì)記錄 電力工程系礦山機(jī)電對(duì)口專業(yè)，學(xué)生李曉領(lǐng)于年月日 進(jìn)行了畢業(yè)設(shè)計(jì) 論文）答辯。 設(shè)計(jì)題目：PLC在全自動(dòng)洗衣機(jī)上的應(yīng)

2、用 專題 論文）題目：PLC在全自動(dòng)洗衣機(jī)上的應(yīng)用 指導(dǎo)老師： 答辯委員會(huì)根據(jù)學(xué)生提交的畢業(yè)設(shè)計(jì) 論文）材料，根據(jù)學(xué)生答辯情況，經(jīng)答 辯委員會(huì)討論評(píng)定，給予學(xué)生李曉領(lǐng)畢業(yè)設(shè)計(jì) 論文）成績(jī)?yōu)椤?答辯委員會(huì)人，出席人 答辯委員會(huì)主任 簽字）： 答辯委員會(huì)副主任 簽字）： 答辯委員會(huì)委員：， 平頂山工業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)V論文）評(píng)語(yǔ) 第頁(yè) 共頁(yè) 學(xué)生姓名：李曉領(lǐng) 專業(yè)礦山機(jī)電對(duì)口 年級(jí)07級(jí) 畢業(yè)設(shè)計(jì) 論文）題目： PLC在全自動(dòng)洗衣機(jī)上的應(yīng)用 評(píng)閱人： 指導(dǎo)教師： 簽字） 年月日 成績(jī)： 系 科）主任： 簽字） 年月日 畢業(yè)設(shè)計(jì) 論文）及答辯評(píng)語(yǔ): 摘要 可編程控制器vPLC是以計(jì)算機(jī)技術(shù)為核心

3、的通用自動(dòng)化控制裝置，它的功能性強(qiáng)，可靠 性高，編程簡(jiǎn)單，體積小巧，近年來(lái)在工業(yè)生產(chǎn)中得到廣泛的應(yīng)用，被譽(yù)為當(dāng)代工業(yè)自動(dòng)化 主要支柱之一。 在現(xiàn)代社會(huì)，全自動(dòng)洗衣機(jī)進(jìn)入各個(gè)家庭，實(shí)現(xiàn)了洗衣機(jī)由進(jìn)水、洗滌、排水、脫水、 報(bào)警到自動(dòng)停機(jī)的循環(huán)過(guò)程。結(jié)合相應(yīng)的硬件系統(tǒng)，并通過(guò)三菱公司的F1系列的PLC仿真 系統(tǒng)模擬出全自動(dòng)洗衣機(jī)的運(yùn)行過(guò)程。此項(xiàng)設(shè)計(jì)對(duì)于提高學(xué)生的動(dòng)手能力和幫助學(xué)生對(duì)一些 理論知識(shí)的理解都具有積極的作用。另外，PLC用于全自動(dòng)洗衣機(jī)控制系統(tǒng)，可改進(jìn)現(xiàn)有技 術(shù)的不足，簡(jiǎn)化結(jié)構(gòu)，有利于降低成本和提高可靠性。 關(guān)鍵詞 ： 全自動(dòng)洗衣機(jī) PLC 系統(tǒng) 設(shè)計(jì) 目錄 摘要 1 第一章緒論 1 第二

4、章洗衣機(jī)主要部件 2 2.1 洗衣機(jī)電機(jī) 2 2.2 定時(shí)器 2 2.3 進(jìn)水電磁閥 2 2.4 排水電磁閥 3 2.5 水位開(kāi)關(guān) 5 2.6 離合器 6 第三章可編程序控制技術(shù) 8 3.1 PLC 的定義及特點(diǎn) 8 3.2 PLC 的應(yīng)用和發(fā)展前景 8 3.3 PLC 的基本組成及工作原理 9 3.4 PLC 的編程語(yǔ)言 11 第四章三菱 FX 系列 PLC 簡(jiǎn)介 13 4.1 FX 系列 PLC 的特點(diǎn) 13 4.2 FX2N 系列 PLC13 4.3 FX 系列 PLC 內(nèi)部資源 14 第五章 PLC 控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)與應(yīng)用 15 5.1 PLC 控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)的基本原則 15 5.2 PLC

5、 控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)的基本內(nèi)容 15 5.3 PLC 控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)的一般步驟 15 第六章系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì) 17 6.1 系統(tǒng)硬件分析 17 6.2 全自動(dòng)洗衣機(jī)的控制系統(tǒng)的運(yùn)作要求 17 6.3 控制要求 18 致謝 19 參考文獻(xiàn) 20 第一章 緒論 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?，F(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)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 的造型和資源的配 置、控

6、制系統(tǒng)程序設(shè)計(jì)與調(diào)試、控制系統(tǒng) PLC 程序。根據(jù)全自動(dòng)洗衣機(jī)的工作原理，利 用可編程控制器 PLC 實(shí)現(xiàn)控制，說(shuō)明了 PLC 控制的原理方法，特點(diǎn)及控制洗衣機(jī)的特 色。通過(guò)本系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，對(duì)三菱的 F1 系列 PLC 的特點(diǎn)有了深入的理解。全自動(dòng)洗衣機(jī) 控制系統(tǒng)利用了三菱的 F1 系列 PLC 的特點(diǎn)，對(duì)按鈕、電磁閥、開(kāi)關(guān)等其它一些輸入 /輸 出點(diǎn)進(jìn)行控制，實(shí)現(xiàn)了洗衣機(jī)洗衣過(guò)程的自動(dòng)化。充分表現(xiàn)現(xiàn)代家電用品的個(gè)性。 在全自動(dòng)洗衣機(jī)中，洗衣機(jī)洗滌、脫水程序是由以單片機(jī)為中心控制系統(tǒng)工作的。 首先由于單片機(jī)的指令系統(tǒng)相對(duì)復(fù)雜，編寫洗滌、脫水程序相對(duì)復(fù)雜；其次，在設(shè)計(jì)控 制系統(tǒng)硬件時(shí)，要有多種電路保

7、護(hù)裝置，如電流保護(hù)、電壓保護(hù)、過(guò)載保護(hù)、過(guò)熱保護(hù) 以及欠壓保護(hù)等等。這樣增加了硬件的復(fù)雜性，隱含較高的故障率，無(wú)形的增加了維修 成本費(fèi)用。在工業(yè)控制系統(tǒng)中廣泛應(yīng)用的 PLC 能克服單片機(jī)的缺點(diǎn)，它是整體模塊，集 中了驅(qū)動(dòng)電路、檢測(cè)電路和保護(hù)電路以及通訊聯(lián)網(wǎng)功能。因此在運(yùn)用中，硬件也相對(duì)簡(jiǎn) 單，提高控制系統(tǒng)的可靠性。另外它的編程語(yǔ)言也相對(duì)簡(jiǎn)單。因此在該設(shè)計(jì)中采用了 PLC 來(lái)實(shí)現(xiàn)全自動(dòng)洗衣機(jī)的工作過(guò)程。 1 / 27 第二章洗衣機(jī)主要部件 2.1洗衣機(jī)電機(jī) 以全自動(dòng)洗衣機(jī)電機(jī) XD-180W為例。見(jiàn)表2-1 表2-1全自動(dòng)洗衣機(jī)電機(jī) XD-180W 型 號(hào) XD-180W XD-180W XD-

8、135W 額定電壓 220V 220-240V 220V 額定頻率 50HZ 60HZ 50HZ 額定轉(zhuǎn)速 1370 1370 1370 額定功率 180W 180W 135W 額定電流 1.75A 1.75A 1.75A 電容量 13 13 10 噪音 45 45 45 性能特點(diǎn) 啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩大 過(guò)載能力強(qiáng) 機(jī)械特性硬 2.2定時(shí)器 定時(shí)器是普通型波輪式洗衣機(jī)中的關(guān)鍵部件之一。它主要起兩個(gè)作用：一是控制洗 滌電機(jī)和脫水電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)間的長(zhǎng)短；二是控制電機(jī)按預(yù)定的程序自動(dòng)地實(shí)現(xiàn)正反轉(zhuǎn)、停 轉(zhuǎn)的時(shí)間。 普通型波輪式洗衣機(jī)，大多采用發(fā)條式定時(shí)器。而許多大波輪新水流式洗衣機(jī)使用 電動(dòng)式定時(shí)器。 2.3進(jìn)水電

9、磁閥 進(jìn)水電磁閥簡(jiǎn)稱進(jìn)水閥、注水閥。在全自動(dòng)洗衣機(jī)上，以內(nèi)功用進(jìn)水閥來(lái)實(shí)現(xiàn)自動(dòng) 注水和停止進(jìn)水。它和水位開(kāi)關(guān)互相配合，對(duì)洗衣桶的水位高低進(jìn)行自動(dòng)控制。 2.3.1工作原理 進(jìn)水閥是一種電磁閥，閥中心是鐵心，鐵心外為電磁線圈，線圈不通電時(shí)，在小彈 簧的作用下鐵心被壓下，封住了橡膠閥上所裝的塑料盤中間的泄壓孔，這時(shí)書(shū)從加壓針 孔進(jìn)入控制腔，使進(jìn)水腔和控制腔的水壓相等。由于橡膠閥上部的受壓面積大于下部的 受壓面積，所以橡膠閥被壓緊在閥座上起到了封閉作用。其封閉的可靠性是由鐵心所受 的壓力決定的，貼心的下端與泄壓孔接觸，鐵心的上端受壓面積大于下端的受壓面積， 顯然水的壓力越大，鐵心對(duì)泄壓孔的封閉壓力越

10、大，封閉越可靠。早水壓力低時(shí)，閥的 2 / 27 封閉性就差，所以對(duì)水壓有個(gè)最低要求，不能低于0.3Mpa。 當(dāng)線圈通電時(shí)，電磁力克服下彈簧的彈力將添心吸上，泄壓孔打開(kāi)，由于泄壓孔大 于加壓針孔，控制腔內(nèi)的水將很快流出，壓力降低，進(jìn)水腔為自來(lái)水壓，橡膠閥的下部 壓力大于上部壓力，即被下部的水壓推開(kāi)，閥即開(kāi)啟注水。 2.3.2主要性能參數(shù) 進(jìn)水電磁閥的主要性能參數(shù)見(jiàn)表 2-2和表2-3所示 表2-2進(jìn)水閥的技術(shù)參數(shù) 額定電 壓、頻 率 額定電 流mA 使用水 溫C） 水壓范 圍 Mpa 密封性 能 Mpa 溫升 100 2500V、 1min 表2-3進(jìn)水電磁閥的流量特性 進(jìn)水壓力 Mpa 0.

11、02 0.1 0.3 0.8 流量 3 8 13 25 2.4排水電磁閥 排水電磁閥是全自動(dòng)洗衣機(jī)特有的電器部件。它是一個(gè)受程控器控制的自動(dòng)排水開(kāi) 關(guān)。除了排水功能外，還控制著離合器的狀態(tài) 洗滌或脫水）。 排水電磁閥由電磁鐵和排水閥兩部分組成，它們是相互獨(dú)立的部件，兩者用排水閥 連接起來(lái)，在連接板的右端以開(kāi)口銷與電磁鐵動(dòng)鐵心連接，而左端鉤在排水閥的內(nèi)彈簧 上。當(dāng)電磁鐵通電時(shí)，將動(dòng)鐵心往右拉，排水閥就呈打開(kāi)狀態(tài)。此時(shí)盛水桶內(nèi)的洗滌液 便能通過(guò)水道和閥門，從排水口流出機(jī)外。在連接板上還用螺栓固定著一個(gè)位置可調(diào)的 定位套，在動(dòng)鐵心吸合的過(guò)程中，該定位套向右運(yùn)動(dòng)，撥動(dòng)了離合器上的制動(dòng)桿，為脫 水做準(zhǔn)備

12、。當(dāng)電磁鐵失電時(shí)，排水閥在自身彈簧作用下將鐵心拉出，排水閥關(guān)閉，洗衣 機(jī)停止排水。同時(shí)，離合器上制動(dòng)桿靠制動(dòng)彈簧的作用恢復(fù)原位，為洗滌漂洗過(guò)程中波 輪轉(zhuǎn)動(dòng)做好準(zhǔn)備。 2.4.1電磁鐵 電磁鐵有兩種交流和直流，電動(dòng)式程控式 機(jī)械式）全自動(dòng)洗衣機(jī)一般米用交流電磁 3 / 27 鐵，而微電腦程控器式 電腦式）全自動(dòng)洗衣機(jī)一般采用直流電磁鐵。 1 交流電磁鐵 交流電磁鐵的鐵心和銜鐵是由硅鋼片疊壓鉚接而成的。銜鐵置于鐵心之中。 在線圈通電后，鐵心和銜鐵同被磁化，相對(duì)的兩個(gè)面上產(chǎn)生了異名磁極這種吸引力使銜 鐵向鐵心運(yùn)動(dòng)，從而帶動(dòng)拉桿將閥打開(kāi)。雖然線圈中電流的方向不斷發(fā)生變化，但由于 鐵心與銜鐵的磁極同時(shí)變

13、化，使它們之間出現(xiàn)的總是吸引力。 2直流電磁鐵 直流電磁鐵具有吸引力大、體積小、噪音低和安全性能高等優(yōu)點(diǎn)，它的線圈分成吸 合線圈和保持線圈兩組，由其內(nèi)部的微動(dòng)開(kāi)關(guān)控制這兩組線圈的工作。線圈和鐵心用環(huán) 氧樹(shù)脂灌裝加固和密封。 2.4.2排水閥 排水閥裝配于排水閥體之中，為彈簧將橡膠閥壓在閥體的底部，使橡膠閥的環(huán)行密 封環(huán)產(chǎn)生少量變形，保持水不從閥口泄露，橡膠閥的右端環(huán)行邊被閥蓋壓緊。排水閥桿 嵌在橡膠閥上，與橡膠閥成為一體，裝于排水閥拉桿內(nèi)部的內(nèi)彈簧與排水閥連接板連 接，在排水閥關(guān)閉時(shí)，連接板抵在排水拉桿上，這時(shí)內(nèi)彈簧的彈力對(duì)排水閥來(lái)說(shuō)是內(nèi) 力，對(duì)排水閥不起作用。 排水時(shí)，電磁鐵通電，動(dòng)鐵心被吸

14、入，牽引排水閥連接板拉動(dòng)內(nèi)彈簧，同時(shí)連接板 上的定位套推動(dòng)制動(dòng)桿使 處于脫水狀態(tài)。只要連接板的左端一離開(kāi)排水拉桿，內(nèi)彈簧的 拉力就不再是排水閥的內(nèi)力，而變成了外力，它要與外彈簧的彈力和橡膠閥的彈力相平 衡，當(dāng)內(nèi)彈力的拉力 即連接板的拉力）大于外彈簧的彈力時(shí)，外彈簧被壓縮，帶動(dòng)橡膠 閥向右移動(dòng)，把閥拉離閥座，排水開(kāi)始。這些動(dòng)作都是在電磁鐵得電瞬間完成的。因?yàn)?內(nèi)彈簧的剛度比外彈簧的剛度大，加上裝配排水閥連接板時(shí)，內(nèi)彈簧已有了一定的預(yù)緊 力，因而在牽引排水過(guò)程中，內(nèi)彈簧并不需要產(chǎn)生很大的拉伸變形，就可以使外彈簧有 較大的彈性變形，也就是可以使橡膠閥向右移動(dòng)較大的距離，從而保證足夠的排水速 度。處于

15、正常的排水閥開(kāi)啟量時(shí)橡膠閥左端與閥體平面的距離應(yīng)不小于10m m。閥體多 有半透明塑料制成，從外部可以看到閥的開(kāi)啟量。 2.5 水位開(kāi)關(guān) 水位開(kāi)關(guān)也叫壓力開(kāi)關(guān)，是一種氣壓式電觸點(diǎn)開(kāi)關(guān)。它是利用洗衣桶內(nèi)水位高低不 同所產(chǎn)生的不同壓力，來(lái)控制進(jìn)水閥的開(kāi)啟和關(guān)閉。此外，它還負(fù)責(zé)進(jìn)水與洗滌之間的 轉(zhuǎn)換。 2.5.1 工作原理 水位開(kāi)關(guān)由三部分組成： 1）壓力傳感部分由橡皮膜下部的氣室組成； 2）電氣開(kāi)關(guān)部分由中間的一組觸點(diǎn)、簧片及開(kāi)關(guān)小壓簧組成； 3）壓力控制部分包括上部的頂心、壓力彈簧以及調(diào)整壓力的凸輪、杠桿等。水位 開(kāi)關(guān)的氣室經(jīng)過(guò)軟管與洗衣機(jī)外桶連接起來(lái)。平時(shí)，橡皮膜處于平衡狀態(tài)，當(dāng)水注進(jìn)外 桶后

16、，水首先將貯氣室封閉起來(lái)，一部分的空氣來(lái)不及跑出而被封閉在貯氣室里。由于 貯氣室與水位開(kāi)關(guān)的氣室間用壓力軟管相連通，貯氣室的壓力也就與水位開(kāi)關(guān)氣室的壓 力相同，隨著外桶中水位的上升，貯氣室、壓力軟管和水位開(kāi)關(guān)氣室間的空氣不斷的被 壓縮，隨之壓強(qiáng)也成比例地上升，這樣就把外桶中的水壓轉(zhuǎn)換成了空氣壓力，并作用在 橡皮膜上。當(dāng)注水到了預(yù)定的水位時(shí)，氣室內(nèi)的壓力也升高到一定值。當(dāng)它足以克服壓 力彈簧通過(guò)頂心作用加在動(dòng)簧片上的力時(shí)，就推動(dòng)動(dòng)簧片向上移動(dòng)。當(dāng)動(dòng)簧片移動(dòng)到預(yù) 定位置后，開(kāi)關(guān)下壓簧將推動(dòng)動(dòng)簧片彎到另一個(gè)方向，從而使動(dòng)簧片上的公共觸點(diǎn)與常 閉觸點(diǎn)分離，而與常開(kāi)觸點(diǎn)接觸，這樣就向程控器發(fā)出了“水位已

17、到”的信號(hào)，由程控 器來(lái)控制進(jìn)水電磁閥關(guān)閉，隨即進(jìn)入洗滌程序。 當(dāng)完成個(gè)洗衣程序后，程控器向排水電磁鐵發(fā)出信號(hào)，排水閥開(kāi)啟并排水。隨著水 位的下降，氣室內(nèi)的壓力也逐漸減小，在壓力彈簧的作用下，頂心和橡皮膜逐漸下移， 到了某有程度時(shí)動(dòng)簧片又彎向上方，常開(kāi)與常閉觸點(diǎn)都恢復(fù)原位，等待下一個(gè)進(jìn)水程 序，此時(shí)水位開(kāi)關(guān)雖然復(fù)位，但并不影響洗衣機(jī)繼續(xù)排水。 旋轉(zhuǎn)凸輪使杠桿上下移動(dòng)，從而改變壓力彈簧的壓縮程度。如果壓力彈簧的壓縮長(zhǎng) 度大，則壓力大氣室內(nèi)的壓力要高一些才能將動(dòng)簧片推到預(yù)定位置，以次達(dá)到控制水位 的目的。 2.5.2水位開(kāi)關(guān)的主要技術(shù)參數(shù) 如表2-2-5所示： 表2-5水位開(kāi)關(guān)的主要技術(shù)參數(shù) 配用

18、程序控制 器 額定電壓V） 額定電流A） 氣密性 接觸電阻 歐） 電動(dòng)式控制器 250 3、1.5 7.6 1min 微電腦式程序 控制器 6 0.01 2.6離合器 減速離合器就是全自動(dòng)洗衣機(jī)中完成降速并傳遞扭矩的部件。 2.6.1結(jié)構(gòu)和工作原理 目前大多數(shù)洗衣機(jī)采用減速離合器。它有 4根軸 1）洗滌輸入軸； 2）下半軸； 3）中半軸； 4）洗滌輸出軸。 談減速離合器的工作原理。 全自動(dòng)洗衣機(jī)在洗滌、排水和脫水之間是自動(dòng)轉(zhuǎn)換的，這些轉(zhuǎn)換由排水電磁閥和制 動(dòng)桿來(lái)控制。 當(dāng)排水電磁鐵吸合時(shí)，定位套就向上運(yùn)動(dòng)一段距離，使得制動(dòng)桿克服制動(dòng)彈簧的作 用力被推向上方，制動(dòng)彈簧的中心軸做逆時(shí)針?lè)较蜣D(zhuǎn)動(dòng)，連

19、接在制動(dòng)桿另一端的剎車帶 被迫向下移動(dòng)，與脫水軸上的剎車盤產(chǎn)生間隙，脫水軸因此失去控制，也就可以順利的 進(jìn)行脫水轉(zhuǎn)動(dòng)了。同時(shí)，制動(dòng)桿將棘爪撥叉上的調(diào)節(jié)螺釘頂向上方，也就使撥叉克服彈 簧的壓力，饒彈簧的中心軸做順時(shí)針?lè)较蜣D(zhuǎn)動(dòng)，于是棘爪抬起，放松了對(duì)棘輪的限制， 這樣被棘輪扭轉(zhuǎn)一個(gè)小角度的方絲離合簧雜自身彈力的作用下恢復(fù)原來(lái)的位置，抱緊離 合套。當(dāng)大皮帶在電動(dòng)機(jī)的帶動(dòng)下順時(shí)針旋轉(zhuǎn)時(shí)，可以產(chǎn)生巨大的摩擦力，使離合套和 下半軸 脫水軸）聯(lián)為一體，脫水工作就可以順利進(jìn)行了。 2.6.2主要技術(shù)參數(shù) 減速離合器主要技術(shù)參數(shù)如圖2-6所示： 圖2-6減速離合器主要技術(shù)參數(shù) 額定傳動(dòng)功率：200W 額定洗滌力

20、矩：12.5N.m 洗滌傳動(dòng)比：5.2: 1 脫水傳動(dòng)比：1： 1 輸出軸啟動(dòng)力矩：0.45 N.m 脫水軸正轉(zhuǎn)啟動(dòng)力矩：0.9 N.m 脫水軸正轉(zhuǎn)制動(dòng)力矩：36 N.m 脫水軸正轉(zhuǎn)啟動(dòng)力矩：0.9 N.m 制動(dòng)桿開(kāi)啟力矩：35 N.m 脫水制動(dòng)時(shí)間：10s 第三章 可編程序控制技術(shù) 3.1 PLC 的定義及特點(diǎn) 3.1.1 PLC 的定義 可編程序控制器是一種數(shù)字運(yùn)算操作的電子系統(tǒng)，專為在工業(yè)環(huán)境下應(yīng)用而設(shè)計(jì)，它 采用可編程序的存儲(chǔ)器，用來(lái)在其內(nèi)部存儲(chǔ)執(zhí)行邏輯運(yùn)算、順序控制、定時(shí)、計(jì)數(shù)和算 術(shù)運(yùn)算等操作命令，并通過(guò)數(shù)字式、模擬式的輸入和輸出，控制各種類型的機(jī)械或生產(chǎn) 過(guò)程。 可編程序控制器及

21、其有關(guān)的外部設(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)充其功能的原則而設(shè)計(jì)。 3.1.2 PLC 的特點(diǎn) PLC 是綜合繼電器接觸器控制的優(yōu)點(diǎn)及計(jì)算機(jī)靈活、方便的優(yōu)點(diǎn)而設(shè)計(jì)制造和發(fā)展 的，這就使 PLC 具有許多其他控制器所無(wú)法相比的特點(diǎn)。 1. 可靠性高，抗干擾能力強(qiáng) 2. 通用性強(qiáng)，使用方便 3. 采用模塊化結(jié)構(gòu)，使系統(tǒng)組合靈活方便 4. 編程語(yǔ)言簡(jiǎn)單、易學(xué)，便于掌握 5. 系統(tǒng)設(shè)計(jì)周期短 6. 對(duì)生產(chǎn)工藝改變適應(yīng)性強(qiáng) 7. 安裝簡(jiǎn)單、調(diào)試方便、維護(hù)工作量小 3.2 PLC 的應(yīng)用和發(fā)展前景 3.2.1 PLC 的應(yīng)用 PLC 是以微處理器為核心，綜合了計(jì)算機(jī)技術(shù)、自動(dòng)控制技術(shù)和

22、通信技術(shù)發(fā)展起來(lái) 的一種通用的工業(yè)自動(dòng)控制裝置，它具有可靠性高、體積小、功能強(qiáng)、程序設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單、 靈活通用、維護(hù)方便等一系列的優(yōu)點(diǎn)，因而在冶金、能源、化工、交通、電力等領(lǐng)域中 有著廣泛的應(yīng)用，成為現(xiàn)代工業(yè)控制的三大支柱 PLC、機(jī)器人和CAD/CAM ）之一 3.2.2 PLC的發(fā)展前景 為了適應(yīng)市場(chǎng)的各方面的需求，各生產(chǎn)廠家對(duì)PLC不斷進(jìn)行改進(jìn)，推出功能更強(qiáng)、 結(jié)構(gòu)更完善的新產(chǎn)品。這些新產(chǎn)品總體來(lái)說(shuō)，朝兩個(gè)方向發(fā)展：一個(gè)是向超小型、專用 化和低價(jià)格的方向發(fā)展，以進(jìn)行單機(jī)控制；另一個(gè)是向大型、高速、多功能和分布式全 自動(dòng)網(wǎng)絡(luò)化方向發(fā)展，以適應(yīng)現(xiàn)代化的大型工廠、企業(yè)自動(dòng)化的需要。 3.3 PLC的

23、基本組成及工作原理 3.3.1 PLC的基本組成 PLC硬件系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖3-1： 圖3-1 PLC硬件系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖 圖3-1中，PLC的主機(jī)由微處理器VCPU）、存儲(chǔ)器VEPROM、RAM ）、輸入/輸出 模塊、外設(shè)I/O接口、通信接口及電源組成。對(duì)于整體式的PLC，這些部件都在同一個(gè) 機(jī)殼內(nèi)。而對(duì)于模塊式結(jié)構(gòu)的 PLC，各部件獨(dú)立封裝，稱為模塊，各模塊通過(guò)機(jī)架和電 纜連接在一起。 主機(jī)內(nèi)的各個(gè)部分均通過(guò)電源總線、控制總線、地址總線和數(shù)據(jù)總線連接。根據(jù)實(shí) 際控制對(duì)象的需要配備一定的外部設(shè)備，可構(gòu)成不同的PLC控制系統(tǒng)。下面分別介紹 PLC 各組成部分及其作用： 處理單元 CPU） CPU 是

24、PLC 的控制中樞， PLC 在 CPU 的控制下有條不紊的工作， 從而實(shí)現(xiàn)對(duì)現(xiàn)場(chǎng)的各個(gè)設(shè)備進(jìn)行控制。 1.CPU 的具體作用如下： 1）接收、存儲(chǔ)用戶程序。 2）以掃描方式接收來(lái)自輸入單元的數(shù)據(jù)和狀態(tài)信息，并存入相應(yīng)的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)區(qū)。 3）執(zhí)行監(jiān)控程序和用戶程序。 4）響應(yīng)外部設(shè)備的請(qǐng)求。 2. 存儲(chǔ)器 可編程控制器有兩種存儲(chǔ)器，即系統(tǒng)存儲(chǔ)器 vEPROM）和用戶存儲(chǔ)器VRAM ）。 系統(tǒng)存儲(chǔ)器用來(lái)存放系統(tǒng)管理程序，用戶不能訪問(wèn)和修改這部分存儲(chǔ)器的內(nèi)容。用戶存 儲(chǔ)器用來(lái)存放編制的應(yīng)用程序和工作數(shù)據(jù)狀態(tài)。存放工作數(shù)據(jù)狀態(tài)的用戶存儲(chǔ)器部分也 稱為數(shù)據(jù)存儲(chǔ)區(qū)。它包括輸入、輸出數(shù)據(jù)映像區(qū)，定時(shí)器/計(jì)數(shù)器

25、預(yù)置數(shù)和當(dāng)前的數(shù)據(jù) 區(qū)，存放中間結(jié)果的緩沖區(qū)。 3. 輸入 /輸出模塊 PLC 的控制對(duì)象是工業(yè)生產(chǎn)過(guò)程，實(shí)際生產(chǎn)過(guò)程中的信號(hào)電平是多種多樣的，外部 執(zhí)行機(jī)構(gòu)所需的電平也是各不相同的，而可編程控制器的 CPU 所處理的信號(hào)只能是標(biāo)準(zhǔn) 電平，這樣就需要有相應(yīng)的 I/O 模塊作為 CPU 與工業(yè)生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)的橋梁，進(jìn)行信號(hào)電平的 轉(zhuǎn)換。 3.3.2 PLC 的基本工作原理 PLC 是一種存儲(chǔ)程序的控制器。用戶根據(jù)某一對(duì)象的具體控制要求，編制好控制程 序后，用編程器將程序鍵入到 PLC 的用戶程序存儲(chǔ)器中寄存。 PLC 的控制功能就是通過(guò) 運(yùn)行用戶程序來(lái)實(shí)現(xiàn)的。 PLC 掃描工作方式主要分三個(gè)階段：輸入

26、采樣、程序執(zhí)行、輸出刷新。 1. 輸入采樣 PLC 在開(kāi)始執(zhí)行程序之前，首先掃描輸入端子，按順序?qū)⑺休?入信號(hào)，讀入到寄存輸入狀態(tài)的輸入映像寄存器中，這個(gè)過(guò)程稱為輸入采樣。PLC 在運(yùn) 行程序時(shí)，所需的輸入信號(hào)不是現(xiàn)時(shí)取輸入端子上的信息，而是取輸入映像寄存器中的 信息。在本工作周期內(nèi)這個(gè)采樣結(jié)果的內(nèi)容不會(huì)改變，只有到下一個(gè)掃描周期輸入采樣 階段才被刷新 2. 程序執(zhí)行 PLC 完成了采樣工作后，按順序從 0000號(hào)地址開(kāi)始的程序進(jìn)行掃描執(zhí) 行，并分別從輸入映像寄存器、輸出映像寄存器以及輔助繼電器中獲得所需的數(shù)據(jù)進(jìn)行 運(yùn)算處理。再將程序執(zhí)行的結(jié)果寫入寄存執(zhí)行結(jié)果的輸出映像寄存器中保存。但這個(gè)結(jié)

27、 果在全部程序未被執(zhí)行完畢之前不會(huì)送到輸出端子上。 3.輸出刷新 在執(zhí)行到 END 的命令時(shí)，即執(zhí)行完用戶所有的程序后， PLC 將輸出映 像寄存器中的內(nèi)容送到輸出鎖存器中進(jìn)行輸出，驅(qū)動(dòng)用戶設(shè)備。 3.4 PLC 的編程語(yǔ)言 PLC 的控制功能是由車工女婿實(shí)現(xiàn)的。目前 PLC 常用的編程語(yǔ)言有：梯形圖語(yǔ)言、 助記符 指令表）語(yǔ)言、功能圖語(yǔ)言、順序功能圖語(yǔ)言、高級(jí)編程語(yǔ)言等。 3.4.1 梯形圖語(yǔ)言 1. 梯形圖與繼電器控制的區(qū)別 梯形圖語(yǔ)言形象直觀，類似電氣控制系統(tǒng)中繼電器控制電路圖。邏輯關(guān)系明顯，電氣技 術(shù)人員容易接受。讀同一控制電路，繼電器控制原理圖和梯形圖的輸入、輸出信號(hào)、控 制過(guò)程等效

28、。但兩者有本質(zhì)的區(qū)別：繼電器控制原理圖使用的是硬件繼電器和定時(shí)器， 靠硬件連接組成控制線路。而 PLC 的梯形圖使用的是內(nèi)部繼電器、定時(shí)器 /計(jì)數(shù)器等，靠 軟件實(shí)現(xiàn)控制。 2. 梯形圖程序簡(jiǎn)介 1）梯形圖程序按行從上至下，每一行從左到右順序編寫。PLC 程序執(zhí)行順序與梯形圖的編寫一致。 1）梯形圖左邊垂直線稱左母線，右邊稱為右母線。左母線右側(cè)放置輸入接點(diǎn)和內(nèi) 部繼電器觸點(diǎn)。梯形圖觸點(diǎn)有兩種，即常開(kāi)觸點(diǎn)和常閉觸點(diǎn)。 2）梯形最右側(cè)必須放置輸出器件。 PLC 的輸出器件用圓圈表示，圓圈可以表示內(nèi) 部繼電器線圈，輸出繼電器線圈或定時(shí) /計(jì)數(shù)器的邏輯運(yùn)算結(jié)果。其邏輯動(dòng)作只有在線圈 接通后，對(duì)應(yīng)的觸點(diǎn)才

29、動(dòng)作。輸出線圈直接與右母線相連，輸出線圈與右母線之間不能 連有觸點(diǎn)。 3）梯形圖程序中的觸點(diǎn)可以任意串、并聯(lián)，而輸出線圈只能并聯(lián)不能串聯(lián)。 4）輸出線圈只對(duì)應(yīng)輸出映像區(qū)的相應(yīng)位，不能直接驅(qū)動(dòng)現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備。 5）梯形圖中每個(gè)編程元件應(yīng)按一定的規(guī)則加標(biāo)字母數(shù)字串 3.4.2 助記符語(yǔ)言 PLC 的助記符語(yǔ)言是 PLC 的命令語(yǔ)句表達(dá)式，它與計(jì)算機(jī)匯編語(yǔ)言相類似。用戶 可以直觀地根據(jù)梯形圖，寫出助記符語(yǔ)言程序，并通過(guò)編程器送到 PLC 中去。 3.4.3 功能圖語(yǔ)言 功能圖語(yǔ)言是一種類似于數(shù)字邏輯電路圖的編程語(yǔ)言，熟悉數(shù)字電路的人比較容易掌 握。 3.4.4順序功能圖語(yǔ)言 順序功能圖常用來(lái)編制順序控制類

30、程序，可以將一個(gè)復(fù)雜的控制過(guò)程分解為一些具 體的工作狀態(tài)，把這些具體的狀態(tài)依一定的順序控制要求，組合成整體的控制程序。 第四章三菱FX系列PLC簡(jiǎn)介 4.1 FX系列PLC的特點(diǎn) 1.先進(jìn)美觀的外部結(jié)構(gòu)三菱公司FX系列PLC吸收了整體式和模塊式可編程序控制 器的優(yōu)點(diǎn)，它的基本單元、擴(kuò)展單元和擴(kuò)展模塊的高度和寬度相同。它們的相互連接不 用基板，僅用扁平電纜連接，緊密拼裝后組成一個(gè)整齊的長(zhǎng)方體。其體積小，很適于在 機(jī)電一體化產(chǎn)品中使用。 多種系列機(jī)型供用戶選擇 FXOs、FXON和FX2N外觀相似，其性能 和價(jià)格上還是有某些差別見(jiàn)表4-1： 表4-1 FXOs、FXON和FX2N的性能比較 型號(hào)

31、I/O點(diǎn) 數(shù) 用戶 程序 步數(shù) 功能 指令 通信 功能 模擬 量模 塊 基本 指令 條 步進(jìn) 指令 FXOs 1O-3O 800步 50 無(wú) 無(wú) 20 2 FXON 24 128 2000 步 55 較強(qiáng) 有 20 2 FX2N 16 256 內(nèi)附 8K 298 強(qiáng) 有 27 2 FXOs的功能簡(jiǎn)單實(shí)用，價(jià)格便宜，可用于小型開(kāi)關(guān)量控制系統(tǒng)；FXON可用于要求 較高的中小型控制系統(tǒng)；FX2N的功能最強(qiáng)，可用于要求很高的系統(tǒng)。由于不同的FX系 列PLC可供不同的用戶系統(tǒng)選用，避免了功能的浪費(fèi)，使用戶用最少的投資來(lái)滿足系統(tǒng) 的要求。 2.靈活多變的系統(tǒng)配置 FX系列PLC的系統(tǒng)配置靈活，用戶除了可以

32、選用不同型號(hào) 的FX系列PLC夕卜，還可以選用各種擴(kuò)展單元和擴(kuò)展模塊，組成不同I/O點(diǎn)和不同功能 的控制系統(tǒng)。 4.2 FX2N 系列 PLC FX2N是FX系列中功能最強(qiáng)、速度最高的微型可編程序控制器。用戶存儲(chǔ)器容量可 擴(kuò)展到16K步。I/O點(diǎn)最大可擴(kuò)展到256點(diǎn)。它有27條基本指令，其基本指令的執(zhí)行速 度超過(guò)了很多大型 PLC。有多種特殊功能模塊，使用特殊功能模塊和功能擴(kuò)展板，可實(shí) 現(xiàn)模擬量控制、位置控制和聯(lián)網(wǎng)通信等功能。 FX2N 有 3000多點(diǎn)輔助繼電器、 1000點(diǎn)狀態(tài)繼電器、 200多點(diǎn)定時(shí)器、 200點(diǎn) 16位 加計(jì)數(shù)器、 35點(diǎn) 32位加/減計(jì)數(shù)器、 800多點(diǎn) 16位數(shù)據(jù)寄

33、存器、 128點(diǎn)跳步指針、 15點(diǎn) 中斷指針。這為應(yīng)用程序的設(shè)計(jì)提供了豐富的資源。 4.3 FX 系列 PLC 內(nèi)部資源 FX 系列 PLC 內(nèi)部有 CPU 、存儲(chǔ)器、輸入 /輸出接口單元等硬件資源，按存儲(chǔ)數(shù)據(jù)的性質(zhì) 把這些數(shù)據(jù)寄存器 RAM 命名為輸入繼電器區(qū)，輸出繼電器區(qū)，輔助繼電器區(qū)，狀態(tài)繼電 器區(qū)，定時(shí)器、計(jì)數(shù)器區(qū)，數(shù)據(jù)寄存器區(qū)，變址寄存器區(qū)等。 4.3.1輸入繼電器X ）與輸出繼電器VY） 輸入繼電器X ）是PLC接收外部輸入的開(kāi)關(guān)量信號(hào)的窗口。PLC將外部信號(hào)的狀態(tài) 讀入并存儲(chǔ)在輸入映像寄存器內(nèi)，即輸入繼電器中。外部輸入電路接通時(shí)對(duì)應(yīng)的映像寄 存器為ONv “ 1”狀態(tài)）。表示該輸

34、入繼電器常開(kāi)觸點(diǎn)閉合，常閉觸點(diǎn)斷開(kāi)。輸入繼電 器的狀態(tài)惟一地取決于外部輸入信號(hào)，不可能受用戶程序的控制，因此在梯形圖中絕對(duì) 不能出現(xiàn)輸入繼電器線圈。 輸出繼電器 Y） PLC 向外部負(fù)載發(fā)送信號(hào)的窗口。輸出繼電器用來(lái)將可編程序控制器 的輸出信號(hào)傳送給輸出模塊，再向后者驅(qū)動(dòng)外部負(fù)載。 4.3.2輔助繼電器區(qū) PLC內(nèi)部有很多輔助繼電器M ），輔助繼電器和 PLC外部無(wú)任何直接聯(lián)系，它的線 圈只能由PLC內(nèi)部程序控制。它的常開(kāi)常閉觸點(diǎn)只能在PLC內(nèi)部編程時(shí)使用，且可以無(wú) 限次自由使用，但不能直接驅(qū)動(dòng)外部負(fù)載。外部負(fù)載只能由輸出繼電器觸點(diǎn)驅(qū)動(dòng)。 FX2N 系列PLC的輔助繼電器有通用輔助繼電器、斷電

35、保持輔助繼電器和特殊輔助繼電器。 第五章 PLC 控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)與應(yīng)用 5.1 PLC 控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)的基本原則 任何一種電氣控制系統(tǒng)都是為了實(shí)現(xiàn)被控制對(duì)象 生產(chǎn)設(shè)備或生產(chǎn)過(guò)程）的工藝要求， 以提高生產(chǎn)效率和產(chǎn)品質(zhì)量。因此，在設(shè)計(jì) PLC 控制系統(tǒng)時(shí)，應(yīng)遵循以下基本原則： 1）最大限度的滿足被控對(duì)象的控制要求 2）在滿足控制要求的前提下，力求使控制系統(tǒng)簡(jiǎn)單、經(jīng)濟(jì)、實(shí)用、維修方便。 3）保證控制系統(tǒng)的安全、可靠。 4）考慮到生產(chǎn)發(fā)展和工藝的改進(jìn)，在選擇 PLC 容量時(shí)，應(yīng)適當(dāng)留有余地。 5.2 PLC 控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)的基本內(nèi)容 PLC 控制系統(tǒng)是由 PLC 與用戶輸入、輸出設(shè)備連接而成的。因此， PL

36、C 控制系統(tǒng)的基本 內(nèi)容包括如下幾點(diǎn)： 1）選擇用戶輸入設(shè)備 按鈕、操作開(kāi)關(guān)、限位開(kāi)關(guān)和傳感器等）、輸出設(shè)備 繼電 器、接觸器和信號(hào)燈等執(zhí)行元件）以及由輸出設(shè)備驅(qū)動(dòng)的控制對(duì)象 電動(dòng)機(jī)、電磁閥 等）。 2） PLC的選擇。PLC是PLC控制系統(tǒng)的核心部件，正確選擇 PLC，對(duì)于保證整個(gè)控 制系統(tǒng)的技術(shù)經(jīng)濟(jì)性能指標(biāo)起重要作用。 3）分配 I/O 點(diǎn)，繪制電氣連接接口圖，考慮必要的安全保護(hù)措施。 4）設(shè)計(jì)控制程序。包括設(shè)計(jì)梯形圖、程序清單或控制系統(tǒng)流程圖。 5）必要時(shí)還需設(shè)計(jì)控制臺(tái)。 6）編制系統(tǒng)的技術(shù)文件，包括說(shuō)明書(shū)、電氣圖及電氣元件明細(xì)表等。 5.3 PLC 控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)的一般步驟 設(shè)計(jì)PLC控

37、制系統(tǒng)的一般設(shè)計(jì)步驟如圖 5-1所示： 圖5-1 PLC控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)步驟 第六章系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì) 6.1系統(tǒng)硬件分析 全自動(dòng)洗衣機(jī)的工作過(guò)程包括啟動(dòng)、進(jìn)水、洗滌、排水和脫水等功能。在實(shí)現(xiàn)控制 過(guò)程中，各種采樣信息都是通過(guò)控制中心進(jìn)行各種判斷、比較和選擇，再經(jīng)信息線路反 饋給洗衣機(jī)各控制執(zhí)行機(jī)構(gòu)，決定洗衣機(jī)的工作狀態(tài)。如圖4 1所示，由PLC控制洗衣 機(jī)各種動(dòng)作典型的系統(tǒng)控制圖： 圖6-1系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖 由圖6-1可知，PLC在系統(tǒng)中是處中心位置，水位開(kāi)關(guān)是PLC的輸入信號(hào)控制開(kāi) 關(guān)、進(jìn)水閥、排水閥和電機(jī)是洗衣機(jī)各種動(dòng)作的執(zhí)行機(jī)構(gòu)。其中進(jìn)水閥和排水閥由PLC 給定信號(hào)來(lái)決定其工作狀態(tài)；電機(jī)的工作狀態(tài)也由

38、控制中心PLC給定信號(hào)來(lái)決定，而惦 記的正反轉(zhuǎn)狀態(tài)直接決定了洗衣機(jī)的洗滌狀態(tài)和脫水狀態(tài)。另外由于洗衣機(jī)工作過(guò)程是 順序過(guò)程，所以利用PLC作為洗衣機(jī)的控制系統(tǒng)是可行的。 6.2全自動(dòng)洗衣機(jī)的控制系統(tǒng)的運(yùn)作要求 波輪式全自動(dòng)洗衣機(jī)的洗衣桶 外桶）和脫水桶 內(nèi)桶）上以同一個(gè)中心安裝的。外 桶固定作為盛水桶，內(nèi)桶可以旋轉(zhuǎn)，作為脫水桶。內(nèi)桶的四周有許多小孔，使內(nèi)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控制。進(jìn)水時(shí)，控制系統(tǒng)使進(jìn) 水閥打開(kāi)，將水注入外桶，排水時(shí)，使排水電磁閥打開(kāi)，將水由外桶排到機(jī)外。洗滌和 脫水由同一臺(tái)電機(jī)拖動(dòng)，通過(guò)電磁離合器來(lái)控制，將動(dòng)力傳遞給洗滌波輪或甩干桶 內(nèi) 桶）。電磁離合器失電，電動(dòng)機(jī)帶動(dòng)洗滌波輪實(shí)現(xiàn)正、反轉(zhuǎn)進(jìn)行洗滌；電磁離合器得 電，電動(dòng)機(jī)帶動(dòng)內(nèi)桶單向旋轉(zhuǎn)，進(jìn)行甩干 此時(shí)波輪不轉(zhuǎn)）。水位高低分別由高低水位開(kāi) 關(guān)進(jìn)行檢測(cè)。啟動(dòng)按鈕用來(lái)啟動(dòng)洗衣機(jī)工作。 6.3 控制要求 啟動(dòng)時(shí)：首先進(jìn)水，到高水位時(shí)停止進(jìn)水，開(kāi)始洗滌。正轉(zhuǎn)洗滌15s,暫停3s后反轉(zhuǎn) 洗滌15s,暫停3s后再正轉(zhuǎn)洗滌，如此反復(fù)30次。洗滌結(jié)束后，開(kāi)始排水，當(dāng)水位下降 到低水位時(shí)，進(jìn)