基于PLC的全自動洗衣機

1、1. 引言 11 PLC的基本概念PLC(Programmable logic Controller)，可編程邏輯控制器，一種數(shù)字運算操作的電子系統(tǒng)，專為在工業(yè)環(huán)境應用而設計的。它采用一類可編程的存儲器，用于其內(nèi)部存儲程序，執(zhí)行邏輯運算，順序控制，定時，計數(shù)與算術操作等面向用戶的指令，并通過數(shù)字或模擬式輸入/輸出控制各種類型的機械或生產(chǎn)過程?？删幊炭刂破?Programmable Controller)是計算機家族中的一員，是為工業(yè)控制應用而設計制造的。早期的可編程控制器稱作可編程邏輯控制器(Programmable Logic Controller)，簡稱PLC，它主要用來代替繼電器實現(xiàn)邏輯

2、控制。隨著技術的發(fā)展，這種裝置的功能已經(jīng)大大超過了邏輯控制的范圍，因此，今天這種裝置稱作可編程控制器，簡稱PC。但是為了避免與個人計算機(Personal Computer)的簡稱混淆，所以將可編程控制器簡稱PLC 12 PLC的基本結構 1.2.1 中央處理單元(CPU) 中央處理單元(CPU)是PLC的控制中樞。它按照PLC系統(tǒng)程序賦予的功能接收并存儲從編程器鍵入的用戶程序和數(shù)據(jù)；檢查電源、存儲器、I/O以及警戒定時器的狀態(tài)，并能診斷用戶程序中的語法錯誤。當PLC投入運行時，首先它以掃描的方式接收現(xiàn)場各輸入裝置的狀態(tài)和數(shù)據(jù)，并分別存入I/O映象區(qū)，然后從用戶程序存儲器中逐條讀取用戶程序，經(jīng)

3、過命令解釋后按指令的規(guī)定執(zhí)行邏輯或算數(shù)運算的結果送入I/O映象區(qū)或數(shù)據(jù)寄存器內(nèi)。等所有的用戶程序執(zhí)行完畢之后，最后將I/O映象區(qū)的各輸出狀態(tài)或輸出寄存器內(nèi)的數(shù)據(jù)傳送到相應的輸出裝置，如此循環(huán)運行，直到停止運行。 1.2.2 存儲器 存放系統(tǒng)軟件的存儲器稱為系統(tǒng)程序存儲器。 存放應用軟件的存儲器稱為用戶程序存儲器。 1.2.3 電源 PLC的電源在整個系統(tǒng)中起著十分重要得作用。如果沒有一個良好的、可*得電源系統(tǒng)是無法正常工作的，因此PLC的制造商對電源的設計和制造也十分重視。一般交流電壓波動在+10%(+15%)范圍內(nèi)，可以不采取其它措施而將PLC直接連接到交流電網(wǎng)上去 13 PLC的工作原理當

4、PLC投入運行后，其工作過程一般分為三個階段，即輸入采樣、用戶程序執(zhí)行和輸出刷新三個階段。完成上述三個階段稱作一個掃描周期。在整個運行期間，PLC的CPU以一定的掃描速度重復執(zhí)行上述三個階段。 輸入采樣階段： 在輸入采樣階段，PLC以掃描方式依次地讀入所有輸入狀態(tài)和數(shù)據(jù)，并將它們存入I/O映象區(qū)中的相應得單元內(nèi)。輸入采樣結束后，轉(zhuǎn)入用戶程序執(zhí)行和輸出刷新階段。在這兩個階段中，即使輸入狀態(tài)和數(shù)據(jù)發(fā)生變化，I/O映象區(qū)中的相應單元的狀態(tài)和數(shù)據(jù)也不會改變。因此，如果輸入是脈沖信號，則該脈沖信號的寬度必須大于一個掃描周期，才能保證在任何情況下，該輸入均能被讀入。 用戶程序執(zhí)行階段 ：在用戶程序執(zhí)行階段

5、，PLC總是按由上而下的順序依次地掃描用戶程序(梯形圖)。在掃描每一條梯形圖時，又總是先掃描梯形圖左邊的由各觸點構成的控制線路，并按先左后右、先上后下的順序?qū)τ捎|點構成的控制線路進行邏輯運算，然后根據(jù)邏輯運算的結果，刷新該邏輯線圈在系統(tǒng)RAM存儲區(qū)中對應位的狀態(tài)；或者刷新該輸出線圈在I/O映象區(qū)中對應位的狀態(tài)；或者確定是否要執(zhí)行該梯形圖所規(guī)定的特殊功能指令。 輸出刷新階段 ：當掃描用戶程序結束后，PLC就進入輸出刷新階段。在此期間，CPU按照I/O映象區(qū)內(nèi)對應的狀態(tài)和數(shù)據(jù)刷新所有的輸出鎖存電路，再經(jīng)輸出電路驅(qū)動相應的外設。這時，才是PLC的真正輸出。1.4 PLC的未來展望 21世紀，PLC會

6、有更大的發(fā)展。從技術上看，計算機技術的新成果會更多地應用于可編程控制器的設計和制造上，會有運算速度更快、存儲容量更大、智能更強的品種出現(xiàn)；從產(chǎn)品規(guī)模上看，會進一步向超小型及超大型方向發(fā)展；從產(chǎn)品的配套性上看，產(chǎn)品的品種會更豐富、規(guī)格更齊全，完美的人機界面、完備的通信設備會更好地適應各種工業(yè)控制場合的需求；從市場上看，各國各自生產(chǎn)多品種產(chǎn)品的情況會隨著國際競爭的加劇而打破，會出現(xiàn)少數(shù)幾個品牌壟斷國際市場的局面，會出現(xiàn)國際通用的編程語言；從網(wǎng)絡的發(fā)展情況來看，可編程控制器和其它工業(yè)控制計算機組網(wǎng)構成大型的控制系統(tǒng)是可編程控制器技術的發(fā)展方向。目前的計算機集散控制系統(tǒng)DCS（Distributed

7、Control System）中已有大量的可編程控制器應用。伴隨著計算機網(wǎng)絡的發(fā)展，可編程控制器作為自動化控制網(wǎng)絡和國際通用網(wǎng)絡的重要組成部分，將在工業(yè)及工業(yè)以外的眾多領域發(fā)揮越來越大的作用。1.5 松下FP1介紹FP1是日本松下電工公司生產(chǎn)的小型PLC產(chǎn)品。有C14、C16、C24、C40、C56。C后阿拉伯數(shù)字是輸入、輸出點之和。FP1是近代功能非常強的小型機。主機控制單元內(nèi)有高速計數(shù)器?？奢斎腩l率高達10KHZ的脈沖。并可同時輸入兩路脈沖。另外輸出頻率可調(diào)的脈沖信號。該機有8個中斷源的中斷優(yōu)先權管理。主機控制單元還配有RS232口，可實現(xiàn)PLC與PC機之間的通訊。除了主機控制單元以外，與

8、之配套的還有擴展單元、智能單元和鏈接單元。擴展單元為I/O擴展點數(shù)的模塊，由E8E40系列組成。利用此模塊可以將I/O點數(shù)擴展至152點。智能單元主要為A/D，D/A模塊。當需要對模擬量進行測量和控制時，可以連接智能單元。鏈接單元，通過遠程I/O可實現(xiàn)主FP系統(tǒng)進行I/O數(shù)據(jù)通訊，從而實現(xiàn)一臺主控制單元的控制。1RS232口。通過該口與PC機通訊編程。2運行監(jiān)視指示燈當運行程序“RUN”的LED亮。當控制單元中止執(zhí)行程序時，“PROG”的LED亮。當發(fā)生自診斷錯誤時，“ERR”的LED亮。當檢測到異常的情況時或出現(xiàn)“WATCHDOG”定時故障。“ALARM”的LED亮。3電池座為了使控制單元斷

9、電時，仍能保持有用的信息。在控制單元，設有蓄電池，電池的壽命一般為36年。4存儲器和主存儲器插座5方式選擇開關RUN：運行REMOTE：兩者之間PROG：編程6輸出端子：C24有8點7輸入端子：C24有16點8電位器：V0、V1電位器可從外部調(diào)節(jié)PLC的手動撥盤寄存器的數(shù)值。輸入0255的模擬量。V0：DT9040，V1：KT9041上機檢查：一輸入信號：1開關（SB0SB15）SB0SB3，SB8SB11不帶自鎖：紅色開關SB4SB7，SB12SB15帶自鎖：黃色開關24個撥碼器（A1A4）二輸出信號：1輸出信號（Y0Y7）2蜂鳴器檢查：電源：電源開關合上后，DC24V批示燈亮，且用電壓表檢

10、查DC24V。若電壓大于22V則合格。一輸入單元檢查：工作方式打到PROG檔。所有COM端與DC24V電源正極相連。1.對開關檢查撥碼器的開關撥向OFF。導線一端插入X7，另一端插入每個開關插孔，按下對應開關，指示燈INPUT7是否亮，如果亮則合格。導線一端聯(lián)自鎖開關，導線另一端X0XF，按下自鎖開關，INPUT0INPUTF是否全亮。如果亮則合格。2.對撥碼器檢查撥碼器的開關撥向ON每個撥碼器從09看相應的指示燈是否全亮。二輸出單元檢查：對輸出指示燈檢查：導線一端插入DC24V正極，另一端依次插到發(fā)光二極管插孔，看是否亮。對蜂鳴器檢查：導線一端與DC24V，另一端與蜂鳴器插孔，則蜂鳴器響。F

11、P1中，X、WX均為I/O區(qū)的輸入繼電器，X以位尋址，WX以字尋址。FP1的C40最大可擴展為120點。C40+初級擴展數(shù)+次級擴展數(shù)=40+40+40=120。特殊功能繼電器，內(nèi)部繼電器（R），不能外部輸出，只能內(nèi)部使用。其地址R0R62共達1008個。特殊內(nèi)部繼電器（R），有特殊用途的專門內(nèi)部繼電器。其地址R9000R903F。1）標志繼電器：數(shù)據(jù)比較標志、強制性標志等等。2）特殊控制繼電器：不受編程控制的特殊繼電器。R9013初始閉合繼電器：當運行時第一次掃描時閉合，從第二次掃描斷開并保持斷開狀態(tài)。R9010始終閉合繼電器。3）信號源繼電器R9018R901E這7個繼電器都是不用編程自動

12、產(chǎn)生脈沖信號的繼電器。R901A：以0.1s為周期重復通/斷狀態(tài)的時鐘脈沖繼電器。R901B：以0.2s為周期重復通/斷狀態(tài)的時鐘脈沖繼電器。R901C：以1s為周期重復通/斷狀態(tài)的時鐘脈沖繼電器。定時器（T）定時器的觸點是定時器指令（TM）的輸出。如果定時器指令的定時時間到，與共同標號的觸點動作。（編號T0T99）。計數(shù)器（C）計數(shù)器的觸點是計數(shù)器指令（CT）的輸出。當計數(shù)器指令計數(shù)功能完畢。與其同標號的觸點動作。（編號T100T143）。可以看出計數(shù)器編號和定時器編號相連的?？偤凸?44個不變。定時器/計數(shù)器設定值寄存器（SV）SV是存放最初的預置值。其標號與定時器/計數(shù)器相對應（SV0S

13、V143）。定時器/計數(shù)器經(jīng)過值寄存器（EV）EV是存放經(jīng)過值，隨著程序變化而變化。當它的內(nèi)容為0時，定時器/計數(shù)器的觸點動作。通用數(shù)據(jù)寄存器（DT）用來存儲內(nèi)部處理的數(shù)據(jù)。同R繼電器不同，它不帶任何觸點。特殊數(shù)據(jù)寄存器（DT），有特殊用途的寄存器。編號為（DT9000DT9069），常數(shù)（K、H），K是十進制數(shù) ，H是十六進制數(shù)，索引寄存器（IX、IY），作寄存器用，其它操作數(shù)的修正值（地址修正、常數(shù)修正）。2. 設計要求、目的全自動洗衣機，按下SB1按鈕啟動時開始進水。水滿（即水位到達高水位）時停止進水并開始洗滌正轉(zhuǎn)，正洗15秒后暫停。暫停3秒后開始洗滌反轉(zhuǎn)，反轉(zhuǎn)15秒后暫停。暫停3秒后，

14、若正、反轉(zhuǎn)未滿3次，則返回從正洗開始的動作，若正、反洗滿3次時開始排水。水位下降到低水位時開始脫水并繼續(xù)排水。脫水10秒即完成一次從進水到排水的大循環(huán)過程。若未完成3次大循環(huán)，則返回從進水開始的全部動作，進行下一次大循環(huán)；若完成3次大循環(huán)，則進行洗完報警。報警10秒后結束全部過程，自動停機。3. 設計的具體實現(xiàn) 1) PLC投入運行，系統(tǒng)處于初始狀態(tài)準備好啟動;2) 啟動時開始進水；3）水滿（上限位）時停止進水并開始洗滌正轉(zhuǎn)；4）正轉(zhuǎn)15S后暫停；5）暫停3S后開始洗滌反轉(zhuǎn)；6）反轉(zhuǎn)15S后暫停；7）暫停3S后，若正、反轉(zhuǎn)未滿3次時，返回頭從正洗開始的動作；8）正、反洗滌滿3次時則開始排水；9

15、) 水位下降到低水位是開始脫水并繼續(xù)排水；10）脫水10S即完成一次從進水到排水的大循環(huán)過程；11）若完成3次大循環(huán)，洗完報警10S后自動停機。4. 系統(tǒng)程序流程圖圖4.1 系統(tǒng)程序流程圖5. 系統(tǒng)動作流程圖 圖5.1 系統(tǒng)動作流程圖6. 外部輸入/輸出點（I/O）設計 輸入點： 輸出點：啟 動-X0 報 警-Y0高水位-X1 進水閥門-Y1低水位-X2 正 轉(zhuǎn)-Y2停 止-X3 反 轉(zhuǎn)-Y3 排水閥門-Y4 脫 水-Y5 啟動洗衣機-Y67. PLC電機控制外部接線圖圖7.1 PLC電機控制外部接線圖8. FP1型全自動洗衣機控制梯形圖圖8.1 FP1型全自動洗衣機控制梯形圖按下啟動按鈕SB

16、1，X0 常開觸點閉合，輸出繼電器Y6得電為“1”，同時Y6常開觸點閉合自鎖；Y6常開觸點閉合使輸出及電氣Y1得電為“1”，進水閥門打開，開始注水。到高水位時，X1常閉觸點斷開，進水閥門關閉；同時X1常開觸點閉合，內(nèi)部輔助繼電器R20得電為“1”，R20常開觸點閉合，輸出繼電器Y2得電為“1”，洗衣機開始正轉(zhuǎn)洗滌；同時計時器T1得電，15s后T1常閉觸點斷開，Y2斷電，正轉(zhuǎn)洗滌停止。同時，T1常開觸點閉合，計時器T2得電，3s后T2常開觸點閉合，輸出繼電器Y3得電為“1”，洗衣機開始反轉(zhuǎn)洗滌，同時T3得電，15s后T3常開觸點閉合，T4得電，3s后T4常開觸點閉合，計數(shù)器CT100計數(shù)1次；T

17、4常閉觸點斷開，計時器T1、T2、T3、T4失電復位，T4失電后常開觸點恢復閉合，R20得電后，Y2得電，開始正轉(zhuǎn)洗滌，如此循環(huán)3次，計數(shù)器CT100計數(shù)3次后，C100常開觸點閉合，輸出繼電器Y4得電為“1”，排水閥門打開排水，待排水降至低水位時，輸入繼電器X2常閉觸點斷開，Y4失電為“0”，停止排水，同時X2常開觸點閉合，輸出繼電器Y5得電為“1”，開始脫水，同時Y5常開觸點閉合，Y4得電，繼續(xù)排水，同時計時器T5得電，10s后T5常閉觸點斷開，Y5失電為“0”，脫水停止；同時T5常開觸點閉合，計數(shù)器CT101計數(shù)1次。同時T5常開觸點閉合，高水位進水閥開始注水，開始第2次大循環(huán)，如此循環(huán)

18、3次，計數(shù)器CT101常開觸點閉合，輸出繼電器Y0得電為“1”，報警器報警，同時計數(shù)器T6得電，10s后T6常閉觸點斷開，Y0失電為“1”，停止報警，自動洗衣過程完成。9.程序語句10. 總結通過這次課程設計，使我更深刻的了解了PLC的原理及廣泛應用，更加明白了科技的日新月異，在這學期中對這門課的學習讓我明白可編程控制器在生活中的使用是非常的普及?？萍际堑谝簧a(chǎn)力，強大的科技力量都是由許多的復雜的知識等作為基礎的。通過這次課程設計使我懂得了理論與實際相結合是很重要的，只有理論知識是遠遠不夠的，只有把所學的理論知識與實踐相結合起來，從理論中得出結論，才能真正為社會服務，從而提高自己的實際動手能力和獨立思考的能力。自己實踐才能明白許多道理，本次課程設計不僅鍛煉了我們的動手動腦能力，而且讓我們明白團隊合作的重要性。分工到位，大家一起動腦思考，即可學知識，又能溫習知識，何樂而不為。課程實際是培養(yǎng)學生綜合運用所學知識，發(fā)現(xiàn)，提出，分析和解決實際問題，鍛煉實踐