plc全自动洗衣机控制

1、 PLC课程设计说明书 系 别： 电子工程系专 业： 机电一体化姓 名： 学 号： 起讫时间：2010.12.15121.21指导教师：黑龙江工商职业技术学院PLC课程设计任务书学生姓名专业班级08机点二班学号指导教师设计地点PLC实验室设计题目全自动洗衣机设计任务与要求：1.控制要求：（1）按下启动按扭及水位选择开关（2）注水直到高（中、 低）水位，关水 （3）2s后开始洗涤 （4）洗涤时，正转30s，停2s，然后反转30s，停2s（5）如此循环5次，总共320s后开始排水，排空后脱水30s（6）开始清洗，重复（2）（5），清洗两遍（7）清洗完成，报警3s并自动停机（8）若按下停车按扭，可手

2、动排水（不脱水）和手动脱水（不计数） 2. 若要求启动开关分为标准洗和轻柔洗，试改变有关输入点，并在程序中加入轻柔洗功能（轻柔洗过程自定）3. I/O编址4.编程并调试进度安排星期一：布置设计任务，学生选择题目，查找资料，确定方案。星期二、三、四：初步确定设计方案，绘制原理电路图。选择元器件的型号及参数，编写程序、调试修改，列出元器件明细表。星期五：撰写课程设计总结报告。答辩，评分。系（或教研室）审核意见：审核人签名及系公章： 年 月 日任务下达人（签字）刘峰 2010 年 12 月 15日任务接受人（签字）2010年 12 月 15 日目录第一章 绪论 1.1概论 1.1.1 PLC的定义1

3、.2 PLC的特点 1.2.1高可靠性 1.2.2应用灵活，使用方便 1.2.3面向控制过程的编程语言，容易掌握 1.3 PLC的分类 1.3.1小型PLC 1.3.2中型PLC 1.3.3大型PLC 1.4 PLC的主要技术指标 1.4.1存储器容量 1.4.2输入/输出点数 1.4.3扫描时间 1.4.4指令种类和数量 1.4.5内部寄存的种类和数量第二章 PLC的控制系统设计原则和设计步骤2.1 设计原则2.2 设计步骤第三章 PLC的硬件知识3.1 PLC的模块介绍3.2 FX2N PLC的硬件系统构成第四章 课程设计PLC全自动洗衣机控制系统设计4.1 全自动洗衣机控制系统的设计要求

4、4.2 全自动洗衣机控制系统的PLC选型和资源配置4.3 全自动洗衣机控制系统程序设计和调试4.4 全自动洗衣机控制PLC程序6.5 设计小结第一章 绪论首先介绍一下可编程控制器（PLC）和PLC控制系统的基本知识，包括PLC的产生和发展、特点、技术指标、基本结构、工作原理及PLC控制系统等相关知识。 1.1概述可编程控制器是在计算机技术、通信技术和继电器控制技术的发展基础上开发起来的，现已广泛应用于控制的各个领域。它以微处理器为核心，用编写的程序进行逻辑控制、定时、计数和算术运算等，并通过数字量和模拟量的输入/输出来控制机械设备或生产过程。1.1.1PLC的定义 PLC自问世以来，尽管时间不

5、长，但发展迅速。为了使其生产和发展标准化，国际电工委员会（IEC）先后颁布了PLC标准的草案第一、二、三稿，并在1987年作了如下的定义：“可编程控制器是一种数字运算操作的电子系统，专为在工业环境应用而设计的。它采用一类可编程控制器，用于其内部存储程序、执行逻辑运算、顺序控制、定时、计数与算术操作等面向用户的指令，并通过数字或模拟式输入/输出控制各种类型的机械或生产过程。可编程控制器及基有关外部设备，都应按易于与工业控制系统联成一个整体，易于扩充基其功能的原则设计的。”总之，可编程控制器是一台专为工业环境而设计的计算机，它是将传统的计算机技术、继电器技术和通信技术相融合而发展起来的一种新型的控

6、制装置。在具体的国内工业应用中，由于它不是针对某一具体的工业应用，因此它的硬件应根据实际需要来进行配置，其软件则根据控制要求进行编写。12 PLC的特点PLC是传统的继电器技术和计算机技术相结合的产物，所以要工业控制方面，它具有继电器或通用计算机所无法比拟的特点。1.2.1高可靠性PLC的高可靠性主要表现在硬件和软件两个方面：（1）在硬件方面，由于采用性能优良的开关电源，并且对选用的器件进行严格的筛选，加上合理的系统结构，最后加固、简化安装，因此PLC具有很强硬的抗振动冲击性能；无触点的半导体电路来完成大量的开关动作，就不会出现继电器系统中的器件老化、脱焊、触点电弧等问题；所有的输入/输出接口

7、都采用光电隔离措施，使外部电路和PLC内部电路能有效的进行隔离；PLC模块式的结构，可以在其中一个模块出现故障时迅速地判断出故障的模块并进行更换，这样就能尽量的缩短系统的维修时间。 （2） 在软件方面，PLC的监控定时器可用于监视执行用户程序的专用运行处理器的延迟，保证在程序出现错误和程序调试时，避免因程序错误而出现死循环；当CPU、电池、I/O口、通信等出现异常时，PLC的自诊断功能可以检测到这些错误，并采取相应的措施，以防止故障扩大；停电时，后电池和正常工作时一样，进行对用户程序及动态数据的保护，确保信息不丢失。1.2.2应用灵活、使用方便模块化的PLC设计，使用户能根据自己系统的大小、工

8、艺流程和控制要求等来选择自己所需要的PLC模块并进行资源配置和PLC编程。这样，控制系统就不需要大量的硬件装置，用户只需根据控制需要设计PLC的硬件配置和I/O的外部接线即可。1.2.3面向控制过程的编程语言，容易掌握PLC的编程语言采用继电器控制电路的梯形图语言，清晰直观。虽然PLC是以微处理器为核心的控制装置，但是它不需要用户有很强的程序设计能力，只在用户具备一定的计算机软、硬件知识和电器控制方面的知识即可。13 PLC的分类 1.3.1小型PLC连接开关量I/O模块、模拟量I/O模块以及其它各种特殊功能模块，能执行包括逻辑运算、计时、计数、算术运算、数 输入/输出点数在128点以下的PL

9、C称为小型PLC。其特点是体积小、结构紧凑，它可以据处理和传送、通信联网以及各种应用指令。1.3.2中型PLC输入/输出点数在128-512点之间的PLC称为中型PLC。它除了具有小型机所能实现在功能外，还具有强在的网络通信功能、更丰富的指令系统、更大的内存容量和更快的扫描速度。1.3.3大型PLC输入/输出点数大于512的PLC称为大型PLC。它具有强大的软件硬件功能、自诊断功能、通信联网功能，它可以构成三级通信网，实现工厂生产管理自动化。另外大型PLC还可以采用三CPU构成表决式系统，使机器具有更高的可靠性。14 PLC的主要技术指标1.4.1存储器容量存储器用来存储程序和系统参数等，其容

10、量是由用户程序存储器和数据存储器组成的。程序存储器容量大小决定了用户所能编写程序的长度。一般中小型PLC的存储器容量在16KB以下，大型的PLC可达到2MB左右。1.4.2输入/输出点数输入/输出点数是指根据工业系统控制要求所得到的对应于PLC的输入/输出端的个数。I/O点数越多，说明需要控制的器件和设备就越多。1.4.3扫描时间扫描时间是指CPU内部根据用户程序，按逻辑顺序，从开始到结束扫描一次所需的时间。PLC用户手册一般给出执行指令所用的时间。1.4.4指令种类和数量指令的种类和数量决定了用户编制程序的方式和PLC的处理能力和控制能力。1.4.5内部寄存的种类和数量内部寄存器主要包括定时

11、器、计数器、中间继电器、数据寄存器和特殊寄存器等。它们主要用来完成计时、技术、中间数据存储、数据存储还有其他一些功能。种类和数量越多，PLC的功能就越强大。第二章PLC控制系统设计原则和设计步骤2.1设计原则PLC控制系统是为工艺流程服务的，所以它首先要能很好的实现工艺提出的控制要求。PLC控制系统的设计应遵循以下原则：（1） 根据工艺流程进行设计，力求设计出来的控制系统能最大限度满足控制要求。（2） 在满足控制要求的前题下，尽量减少PLC系统硬件费用。（3） 考虑到以后控制要求的变化，所以控制系统设计时应考虑到PLC的可扩展性。（4） 控制系统使用和维护方便、安全可靠。2.2设计步骤一般PL

12、C控制系统的设计步骤如图1-3所示，具体操作如下：（1）控制要求分析 在设计PLC控制系统之前，必须对工艺流程进行细致的分析，详细了解控制对象和控制要求，这样才能真正明白自己要完成的任务，设计出令人满意的控制系统。 （2）确定I/O设备 根据控制要求选择合理的输入设备（控制按钮、开关、传感器等）和输出设备（接触器、继电器等）。并根据选用的输入/输出设备的类型和数量，确定PLC的I/O点数。 （3）选择合适的PLC 确定PLC的点数后，就根据I/O点数、控制要求等来进行PLC的选择。选择包括机型、存储器容量、输入/输出模块、电源模块和智能模块等。（4）PLC程序设计本阶段就是根据控制对象和控制要

13、求对PLC进行编程。首先把工艺流程分为若干阶段，确定每一阶段的输入信号和输出要控制的设备，还有不同阶段之间的关系，然后画出程序流程图，最后再进行程序编制。（5） I/O点数分配点数分配就是PLC的I/O端子和输入/输出设备的对应关系，画出I/O接线原理图。 （6）模拟调试 程序编制好后，可以用按钮和开关模拟数字量，电压源和电流源代替模拟量，进行模拟调试，使控制程序基本满足控制要求。 （7）现场联机调试现场联机调试就是将PLC与现场设备进行调试。在这一步中可以发现程序存在的实际问题，然后经过修正后使其满足控制要求。 （8）整理技术文件 这一步主要包括整理与设计有关的文档，包括设计说明书、I/O接

14、线原理图、程序清单和使用说明书等。开始设计控制要求分析确定I/O设备选择合适的PLCI/O点数分配PLC程序设计模拟调试现场联机调试整理技术文件设计结束 图2-1 设计步骤示意图第三章 PLC的硬件知识本章主要介绍PLC的各种硬件模块，以及PLC硬件系统配置的相关知识。通过本章的介绍，可以了解PLC的硬件知识，并知道如何在实际中应用这些模块。由于本次毕业设计应用的是三菱系统，因此，只介绍三菱FX2N的相关知识。31 PLC的模块介绍3.1.1 CPU模块CPU模块是PLC控制系统的核心，它控制着整个PLC控制系统的有序运行。PLC控制系统中，PLC程序的输入和执行、PLC之间或PLC与上机之间

15、的通信、接收现场设备的状态和数据都离不开该模块。CPU模块还可以进行自我诊断，即当电源、存储器、输入/输出端子、通信等出故障时，它可以给出相应的指示或做出相应的动作。 图3-1 三菱FX2N CPU的模块面板示意图三菱FX2N包括多种型号的CPU，它们的主要性能指标除了在外形尺寸和本机自带I/O点数有些不同外，其它性能基本相同，如表3-1所示。表5-1 三菱FX2N CPU主要性能指标项目性能指标程序存储器容量8000步内置，使用附加存储器盒可扩展到16000步I/O点数256点内部继电器3072点定时器256点一般计数器235点指令数目基本顺序指令：27种步进梯形指令：2种应用指令：28种指

16、令处理速度基本指令：0.08us/指令应用指令：1.52至几百us/指令3.1.2切换开关PLC的方式开关有两种，一各是RUN/STOP开关，它只有RUN和STOP两种方式，示意图如图5-2所示。三菱FX2NCPU的方式切换开关属于这一种。 图3-2 RUN/STOP开关（1） RUN方式将CPU面板上的钥匙开关转到RUN位置，则强制性地实行RUN，进行I/O扫描并将程序的执行结果输出。如果程序上有错误，则不实行RUN。在该方式，通过编程器或通信上的程序指令无效。（2） STOP方式将CPU面板上的钥匙开关转到STOP位置，则强制性地进入STOP方式，全部OFF。在该方式时，通过编程器或通信的

17、程序指令无效。3.1.3指示灯 CPU模块面板有一些指示灯,其作用分别如下：PWR PLC电源指示RUN PLC运行指示BATT 电池电量不足时灯亮COMM PLC之间通信、与上位机之间通信，以及与编程器通信时灯亮I/O I/O模块发生异常时灯亮ERROR CPU出错时灯亮不同的可编程控制器CPU模块的指示灯的数量不同，指示功能也不同，以上只是对一些常用的指示灯做简单的介绍。3.1.4存储器存储器用来存放程序、工作状态数据等。存储器种类通常有RAM、EPROM和E²PROM，其中E²PROM最为常用。三种类型的存储器的特点分别如下：RAM 可以读写，PLC断电后，需要用专用

18、电池保持RAM中的信息EPROM 采用EPROM，程序需要用写入器写入E²PROM 和RAM一样，可以读写两用，并且PLC断电后不需要电池也可以保持存储器内的信息。三菱公司FX2N存储器如表3-3所示： 表3-3 三菱公司FX2N存储器产品型号容量存储器类型FX-RAM-8可扩展到16000步RAMFX- E²PROM-4可扩展到4000步E²PROMFX- E²PROM-8可扩展到8000步E²PROMFX- E²PROM-16可扩展到16000步E²PROMFX-EPROM-4可扩展到16000步EPROM3.2 FX2

19、N PLC的硬件系统构成3.2.1 FX2N PLC的硬件系统构成FX2N是模块化的PLC，它主要由CPU模块、特殊适配器、扩展I/O模块和特殊功能扩展模块构成。（1）CPU模块该模块主要包括CPU、电源和I/O点三部分。CPU主要负责程序的运行等工作；模块的电源不仅向CPU供电，还要满足与CPU模块相连的其他模块的用电需求；该模块本身自带一定数量的开关量I/O点，如果能够满足控制要求，则可以不再需要开关量模块。（2）特殊适配器特殊适配器用来将FX系列的扩展设备连接到FX2N系列上的PLC上。（3）扩展模块由于CPU模块本身的I/O点非常有限、而且先模拟量I/O点，所以有时需要数字量I/O模块

20、、模拟量I/O模块等一些特殊功能模块。3.2.2 FX2N PLC的硬件系统配置FX2N PLC不需要专用的基架，可以直接安装在导轨上。模块之间通过专用的扩展电缆进行连接。硬件系统配置方式如图3-4所示。 图3-4 FX2N硬件系统配置图第四章课题设计 PLC全自动洗衣机控制系统设计4.1全自动洗衣机控制系统的控制要求4.1.1全自动洗衣机的工作原理 普通洗衣机的工作流程示意图如图4-1所示 开始进水 洗衣排水 脱水结束 图4-1 普通洗衣机工作流程图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，着四个过程分别用相应的按钮开关来控制。全自动洗衣机中，这4个过程可做到全

21、自动依次运行，直至洗衣结束。自动洗衣机的进水、洗衣、排水和脱水是通过水位开关、电磁进水阀和电磁排水阀配合进行控制，从而实现自动控制的。水位开关用来控制进水到洗衣机内高、中、低水位；电磁进水阀起着通/断水源的作用。进水时，电磁进水阀打开，将水注入；排水时，电磁排水阀打开，将水排出；洗衣时，洗涤电动机启动；脱水时，脱水桶启动。4.1.2设备控制要求全自动洗衣机控制系统的要求是能实现“正常运行”和“强制停止”两种控制方式。1.正常运行“正常运行”方式具体控制要求如下：（1）将水位通过水位选择开关设在合适的位置（高、中、低），按下“启动”按扭，开始进水，达到设定的水位（高、中、低）后，停止进水；（2）

22、进水停止2s后开始洗衣；（3）洗衣时，正转20s，停2s，然后反转20s，停2s；（4）如此循环共5次，总共220s后开始排水，排空后脱水30s；（5）然后再进水，重复（1）（4）步，如此循环共三次；（6）洗衣过程完成，报警3s并自动停机。2.强制停止“强制停止”方式具体控制要求如下：（1）若按下“停止”按扭，洗衣过程停止，即洗涤电机和脱水桶转、进水电磁阀和排水电磁阀全部闭合；（2）可用手动排水开关和手动脱水开关进行手动排水和脱水。4.2全自动洗衣机控制系统的PLC选型和资源配置4.2.1控制系统构成图 1.控制系统图展开系统图如图4-2所 图4-2全自动洗衣机控制系统图2.PLC框架配置图全

23、自动洗衣机控制采用三菱公司FX2N系列PLC。PLC框架配置如图6-3所示。 3.I/O地址分配由于CPU模块有16点数字量输入，有16点数字量输出，所以不再需要输入/输出模块。采用I/O 分配采用自动分配方式，模块上的输入端子对应的输入地址是X0X15，输出端子对应的输出地址是Y0Y11。 4.2.2模块功能概述CPU模块采用三菱公司的FX2N-32MR-001模块，它控制着整个系统按照控制要求有条不紊地运行。同时由于该模块采用交流220V供电，并且自带16个数字量输入点和16个数字量输出点，完全能满足全自动洗衣机控制系统的要求，所以不再需要另外的电源模块、数字量输入和输出模块。4.3 全自

24、动洗衣机控制系统程序设计和调试4.3.1 编程软件 编程软件采用三菱公司为其生产的PLC而设计的编程软件GX-Developer。4.3.2 程序的流程图、构成和相关设置 1.流程图 （1）正常运行流程图正常运行流程图如图4-4所示。 图4-4 正常运行流程图（2）强制停止流程图强制停止流程图如图4-5所示。 图4-5 强制停止流程图3.程序的下载、安装和调试将各个输入/输出端子和实际控制系统中的按扭、所需控制设备正确连接，完成硬件的安装。全自动洗衣机程序是有GX-Developer软件的指令完成，正常工作时程序存放在存储卡中，若要修改程序，先将PLC设定在STOP状态下，运行GX-Developer编程软件，打开全自动洗衣机程序，即可在线调试，也可用编程器进行调试。4.4全自动洗衣机控制系统PLC程序4.4.1系统资源分配1.数字量输入部分 这个控制系统的输入有启动按扭、停止按扭、水位选择开关（高水位、中水位、低水位）、手动排水开关、自动排水开关、高水位浮球开关、低水位浮球开关、水排空浮球开关共11个输入点。具体的输入分配如表4-6所示。表4-6输入地址对应的外围设备X000启动按扭X001停止按扭X002水位选择开关（高水位）X003水位选择开关（中水位）X004水位选择开关（低水位）X005手动排水开关X006自动排水开关X007高水位浮球开关X010中水位浮球开