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1、课程 产品 设计 自动洗衣机的 PLC 控制系统设计 目 录 前 言 1 1 可编程控制器概述 2 1 1 可编程控制器的定义 2 1 2 可编程控制器的特点及应用 2 1 2 1 PLC 的特点 2 1 2 2 PLC 的应用领域 3 1 3 PLC 的基本组成 4 1 3 1 PLC 的硬件结构 4 1 3 2 PLC 的软件系统 6 1 4 PLC 的工作原理 7 2 PLC 系统控制设计的方法 10 2 1 PLC 控制系统设计概要 10 2 1 1 PLC 控制系统设计的基本原则 10 2 1 2 PLC 控制系统设计的基本内容 11 2 1 3 PLC 控制系统设计的一般步骤 11
2、 2 2 PLC 硬件系统的设计 13 2 2 1 PLC 型号的选择 13 2 2 2 分配输入 输出点 14 2 2 3 使用环境条件 15 3 自动洗衣机的 PLC 控制系统设计 16 3 1 全自动洗衣机简介 16 3 1 1 全自动洗衣机介绍 16 3 1 2 全自动洗衣机的控制特点 16 3 2 自动洗衣机的 PLC 控制系统设计 17 3 2 1 自动洗衣机控制系统的功能要求 17 3 2 2 控制系统的元器件清单 17 3 2 3 控制系统的 PLC 外部接线图 18 3 2 4 控制系统的控制流程图 19 3 2 5 内部继电器的分配 19 4 2 6 控制系统的输入输出分配
3、 20 3 2 7 控制系统的程序分析 20 结束语 26 参考文献 27 附 录 28 前 言 随着微电子技术和计算机技术的迅速发展 可编程控制器PLC在工业控制领域内得到 十分广泛地应用 PLC是一种基于数字计算机技术 专为在工业环境下应用而设计的电子 控制装置 它采用可编程序的存储器 用来存储用户指令 通过数字或模拟的输入 输 出 完成一系列逻辑 顺序 定时 计数 运算等确定的功能 来控制各种类型的机电 一体化设备和生产过程 工业化的加速发展 出现了洗衣机 出现了自动洗衣机 无论是波轮式洗衣机也好 还是滚筒式洗衣机也好 都朝着智能化 水流方式多样化 洗衣方式创新化 设计更趋 人性化四大特
4、征方向发展 传统的电气控制已经不能满足现状的要求了 使智能化的控 制取代了传统的工业控制 本次设计要求设计出由 PLC 控制的自动洗衣机控制系统 制作出其模拟控制系统并 编写出控制程序 经过调试并运行 达到其控制要求 1 可编程控制器概述 1 1 可编程控制器的定义 PLC Programmable Logic Controller 中文名称为可编程控制器 是一种电气 自动化控制装置 国际电工委员会 IEC 将 PLC 定义为 是为工业环境下应用的数字运 算操作的电子装置 专为在工业环境下应用而设计 它使用可编程存储器内部储存用户 设计的指令 这些指令用来实现特殊的功能 诸如逻辑运算 顺序操作
5、 定时 计数以 及算术运算和通过数字或模拟输入 输出来控制各种类型的机械或生产过程 可编程序控 制器及其有关的设备 都应按易于与工业控制系统形成一个整体 易于扩充其功能的原 则设计 1 2 可编程控制器的特点及应用 1 2 1 PLC 的特点 1 控制程序可变 具有很好的柔性 在生产工艺流程改变或生产设备更新的情况下 不必改变 PLC 的硬设备 只需改变 程序就可满足要求 因此 除单机控制外 PLC 在柔性制造单元 FMC 柔性制造系统 FMS 以致工厂自动化 FA 中也被大量采用 2 具有高度可靠性 适用于工业环境 PLC 产品的平均故障间隔时间 MTBF 一般可达到 5 年以上 因此是一种
6、高度可靠的 工业产品 大大提高了生产设备的运行效率 PLC 不要求专用设备的机房 这为工业现场 的大量直接使用提供了方便 3 功能完善 现代 PLC 具有数字和模拟量输入 输出 逻辑和算术运算 定时 计数 顺序控制 PID 调节 各种智能模块 远程 I O 模块 通信 人 机对话 自诊断 记录和图形显示 组态等功能 除了适用于离散型开关量控制系统外 现在也能应用于连续的流程控制系 统 从而使设备的控制水平大大提高 4 易于掌握 便于维修 由于 PLC 使用编程器进行编程和监控 使用人员只需掌握工程上通用的梯形图语言 或语句表 流程图 就可进行用户程序的编制和测试 因此 即使不太懂得计算机的 操
7、作人员 也能掌握和使用 PLC 也由于 PLC 有完善的自诊断功能 输入 输出均有明显 的指示 在线监控软件的功能很强 因此 很容易进行维修 能很快查找出故障的原因 PLC 本身高可靠性也保证了故障的几率是很低的 5 体积小 省电 与传统的控制系统相比 PLC 的体积很小 一台收录机一样大小的 PLC 具有相当于三 个 1 8m 高继电器控制柜的功能 PLC 消耗的功能只是传统控制系统的三分之一至二分之 一 6 价格低廉 随着集成电路芯片功能的提高 价格的降低 可编程控制器硬件的价格也一直不断 地在下降 虽然 PLC 的软件价格在系统中所占的比重在不断提高 但由于缩短了整个工 程项目的设计 编
8、程和投运费用以及缩短了整个投运周期 因此 使用 PLC 的总造价是 低廉的 而且还呈不断下降的趋势 2 1 2 2 PLC 的应用领域 目前 PLC 在国内外已广泛应用于钢铁 石油 化工 电力 建材 机械制造 汽车 轻纺 交通运输 环保及文化娱乐等各个行业 使用情况大致可归纳为如下几 类 1 开关量的逻辑控制 这是 PLC 最基本 最广泛的应用领域 它取代传统的继电器电路 实现逻辑控制 顺序控制 既可用于单台设备的控制 也可用于多机群控及自动化流水线 如注塑机 印刷机 订书机械 组合机床 磨床 包装生产线 电镀流水线等 2 模拟量控制 在工业生产过程当中 有许多连续变化的量 如温度 压力 流量
9、 液位和速度 等都是模拟量 为了使可编程控制器处理模 拟量 必须实现模拟量 Analog 和数 字量 Digital 之间的 A D 转换及 D A 转换 PLC 厂家都生产配套的 A D 和 D A 转 换模块 使可编程控制器用于模拟量控制 3 运动控制 PLC 可以用于圆周运动或直线运动的控制 从控制机构配置来说 早期直接用于 开关量 I O 模块连接位置 传感器和执行机构 现在一般使用专用的运动控制模块 如 可驱动步进电机或 伺服电机的单轴或多轴位置控制模块 世界上各主要PLC 厂家的 产品几乎都有运动控制功能 广泛用于各种机械 机床 机器人 电梯等场合 4 过程控制 过程控制是指对温度
10、 压力 流量等模拟量的闭环控制 作为工业控制计算机 PLC 能编制各种各样的控制算法程序 完成闭环控制 PID 调节是一般闭环控制系统 中用得较多的调节方法 大中型 PLC 都有 PID 模块 目前许多小型 PLC 也具有此功 能模块 PID 处理一般是运行专用的 PID 子程序 过程控制在冶金 化工 热处理 锅炉控制等场合有非常广泛的应用 5 数据处理 现代 PLC 具有数学运算 含矩阵运算 函数运算 逻辑运算 数据传送 数据 转换 排序 查表 位操作等功能 可以完成数据的采集 分析及处理 这些数据可 以与存储在存储器中的参考值比较 完成一定的控制操作 也可以利用通信功能传送 到别的智能装置
11、 或将它们打印制表 数据处理一般用于大型控制系统 如无人控制 的柔性制造系统 也可用于 过程控制系统 如造纸 冶金 食品工业中的一些大型控 制系统 6 通信及联网 PLC 通信含 PLC 间的通信及 PLC 与其它智能设备间的通信 随着计算机控制的发 展 工厂自动化网络发展得很快 各PLC 厂商都十分重视 PLC 的通信功能 纷纷推 出各自的网络系统 新近生产的 PLC 都具有通信接口 通信非常方便 3 1 3 PLC 的基本组成 可编程控制器的结构多种多样 但其组成的一般原理基本相同 都是以微处理器为 核心的结构 其功能的实现不仅基于硬件的作用 更要靠软件的支持 实际上可编程控 制器就是一种
12、新型的工业控制计算机 1 3 1 PLC 的硬件结构 如图 1 1 所示为 PLC 的硬件结构图 图 1 1 PLC 的硬件结构 1 中央控制处理单元 CPU 可编程控制器中常用的 CPU 主要采用通用微处理器 单片机和双极型位片式微处理 器三种类型 2 存储器 可编程控制器配有两种存储器 系统存储器和用户存储器 系统存储器 存放系统 管理程序 用只读存储器实现 用户存储器 存放用户编制的控制程序 一般用 RAM 实 现或固化到只读存储器中 3 输入输出接口 作用 连接用户输入输出设备和 PLC 控制器 将各输入信号转换成 PLC 标准电平供 PLC 处理 再将处理好的输出信号转换成用户设备所
13、要求的信号驱动外部负载 对输入输出接口的要求 良好的抗干扰能力 对各类输入输出信号 开关量 模拟 量 直流量 交流量 的匹配能力 PLC 输入输出接口的类型 模拟量输入输出接口 开关量输入输出接口 直流 交流 及交直流 用户应根据输入输出信号的类型选择合适的输入输出接口 1 开关量输入接口电路 各种输入接口均采取了抗干扰措施 如带有光耦合器隔离使 PLC 与外部输入信号进 行隔离 并设有 RC 滤波器 用以消除输入触点的抖动和外部噪声干扰 通常有三种类型 直流 12 24 V 输入 交流 100 120 V 输入与交流 200 240 V 输入 和交直流 12 24 V 输入 直流输入模块的电
14、源一般由机内 24v 电源提供 输入信号接通 时输入电流一般小于 10mA 交流输入模块的电源一般由用户提供 如图 1 2 所示为直流 输入接口 图 1 2 直流输入接口 2 开关量输出接口电路 有三种形式 即继电器输出 晶体管输出和晶闸管输出 开关量输出端的负载电源 一般由用户提供 输出电流一般不超过 2A 开关量输出端的负载电源一般由用户提供 输出电流一般不超过 2A 如图 1 3 所示 为交直流输入接口 继电器输出型 图 1 3 交直流输出接口 继电器输出型 4 电源 PLC 的供电电源一般是市电 也有用直流 24V 电源供电的 5 外围设备 编程器 打印机 演示板等 利用编程器可将用户
15、程序输入 PLC 的存储器 还可以用编程器检查程序 修改程序 利用编程器还可以监视 PLC 的工作状态 6 用户输入输出设备 用户输入器件有控制开关和检测元件 即各种开关 按钮 传感器等 用户输出设 备主要有接触器 电磁阀 指示灯等 5 1 3 2 PLC 的软件系统 PLC 的软件系统由系统程序和用户程序组成 1 系统程序 用于控制可编程控制器本身的运行 有系统管理程序 用户程序编辑和指令解释程 序 标准子程序与调用管理程序 3 种类型 1 系统管理程序 由它决定系统工作节拍 包括 PLC 运行管理 各种操作的时间分 配安排 存储空间管理 生成用户数据区 和系统自诊断管理 如电源 系统出错
16、程 序语法 句法检验等 2 用户程序编辑和指令解释程序 编辑程序能将用户程序变为内码形式以便程序的 修改 调试 解释程序能将编程语言变为机器语言以便 CPU 操作运行 3 标准子程序与调用管理程序 为提高运行速度 在程序执行中某些信息处理 如 I O 处理 或特殊运算等是通过调试标准子程序来完成的 2 用户程序 它是由可编程控制器的使用者编制的 用于控制被控装置的运行 根据系统配置和控制要求编辑用户程序 是 PLC 应用与工业控制的一个重要环节 PLC 的语言编辑多种多样 不同 PLC 厂家 不同系列 PLC 采用的编程语言不尽相同 3 在 PLC 中有多种程序设计语言 如梯形图语言 布尔助记符语言 功能表图语言 功 能模块图语言及结构化语句描述语言等 1 梯形图 Ladder Diagram 梯形图 Ladder Programming 是应用最广的 梯形图编程有时称为继电器梯形图逻 辑图编程 它使用的最广是因为它和以往的继电器控制线路很接近 梯形图是在原电器 控制系统中常用的接触器 继电器梯形图基础上演变而来的 它与电气操作原理相呼应 它的最大优点是形象 直观和实用 为广大电气技术
