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1、目錄 一 PLC 的介紹 ..............................................................................................................................1 1.1PLC 的簡介 ............................................................................................................................1 1.2 PLC 的特點(diǎn) ..........
2、..............................................................................................................2 二 設(shè)計(jì)任務(wù)與要求 .................................................................................................................3 2.1 設(shè)計(jì)任務(wù) ......................................................
3、......................................................................3 2.2 設(shè)計(jì)要求 ............................................................................................................................3 2.3 實(shí)用價(jià)值與理論意義 ...............................................................................
4、.................3 三 硬件設(shè)計(jì) .....................................................................................................................................4 3.1 控制要求 ............................................................................................................................4 3.2
5、I/O 分布表 ........................................................................................................................4 3.3 I/O 分配及電氣原理 .................................................................................................5 四 軟件設(shè)計(jì) ................................................
6、.....................................................................................6 4.1 設(shè)計(jì)方案 ............................................................................................................................6 4.2 設(shè)計(jì)分析 .....................................................................
7、.......................................................7 4.3 自動(dòng)洗衣機(jī)功能圖與梯形圖 ...............................................................................7 4.4 控制系統(tǒng)的模擬調(diào)試 .................................................................................................14 五 結(jié)束 ..........................
8、....................................................................................................................15 參考文獻(xiàn) ........................................................................................................................................16 一 PLC 的介紹 1.1PLC 的簡介 PLC 可編程控制器： PLC
9、英文全稱 Programmable Logic Controller，中文全稱為 可編程控制器，它采用一類可編程的存儲(chǔ)器，用于其內(nèi)部存儲(chǔ)程序、執(zhí)行邏輯 運(yùn)算、順序控制、定時(shí)、計(jì)數(shù)與算數(shù)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(jī)械或生產(chǎn)過程。PLC 是基于電子計(jì)算機(jī)，且適 用于工業(yè)現(xiàn)場工作的電控制器。它源于繼電控制裝置，但它不像繼電裝置那樣， 通過電路的物理過程實(shí)現(xiàn)控制，而主要靠運(yùn)行存儲(chǔ)于 PLC 內(nèi)存中的程序，進(jìn)行 入出信息變換實(shí)現(xiàn)控制。入出信息變換、可靠物理實(shí)現(xiàn)，可以說是 PLC 實(shí)現(xiàn)控 制的兩個(gè)基本要點(diǎn)。入出信息變換靠運(yùn)行存儲(chǔ)于 PLC 內(nèi)存中的程序?qū)崿F(xiàn)。PLC
10、的 I/O 電路，都是專門設(shè)計(jì)的。 PLC 有多個(gè) I/O 用點(diǎn)，一般也就有多少個(gè) I/O 用電路。 可編程控制器(PLC)以微處理器為核心，普遍采用依據(jù)繼電接觸器控制系統(tǒng)電氣 原理圖編制的梯形圖語言進(jìn)行程序設(shè)計(jì)，編程容易，功能擴(kuò)展方便，修改靈活, 而且結(jié)構(gòu)簡單，抗干擾能力強(qiáng)。S7-200 系列可編程控制器指令豐富，可以接各 種輸出、輸入擴(kuò)充設(shè)備，有豐富的特殊擴(kuò)展設(shè)備，其中的模擬輸入設(shè)備和通信 設(shè)備更是符合全自動(dòng)洗衣機(jī)控制系統(tǒng)的要求與特點(diǎn)。通過對結(jié)構(gòu)圖的分析，可 知全自動(dòng)洗衣機(jī)的 I/O 點(diǎn)不多，選擇小型的 S7-200，可以完全滿足其要求。 本設(shè)計(jì)選擇 S7-200 為核心部件，著重進(jìn)行硬件
11、接口設(shè)計(jì)，利用梯形圖進(jìn)行編程， 實(shí)現(xiàn)了全自動(dòng)洗衣機(jī)控制系統(tǒng)的自動(dòng)化。 1.2 PLC 的特點(diǎn) (1)可靠性高，抗干擾能力強(qiáng) 高可靠性是電氣控制設(shè)備的關(guān)鍵性能。PLC 由于采用現(xiàn)代大規(guī)模集成電路技術(shù)， 采用嚴(yán)格的生產(chǎn)工藝制造，內(nèi)部電路采取了先進(jìn)的抗干擾技術(shù)，具有很高的可 靠性。例如 S7-200PLC 平均無故障時(shí)間高達(dá)數(shù)萬小時(shí)。一些使用冗余 CPU 的 PLC 的平均無故障工作時(shí)間則更長。從 PLC 的機(jī)外電路來說，使用 PLC 構(gòu)成 控制系統(tǒng)，和同等規(guī)模的繼電接觸器系統(tǒng)相比，電氣接線及開關(guān)接點(diǎn)已減少到 數(shù)百甚至數(shù)千分之一，故障也就大大降低。此外，PLC 帶有硬件故障自我檢測 功能，出現(xiàn)故障時(shí)
12、可及時(shí)發(fā)出警報(bào)信息。在應(yīng)用軟件中，應(yīng)用者還可以編入外 圍器件的故障自診斷程序，使系統(tǒng)中除 PLC 以外的電路及設(shè)備也獲得故障自診 斷保護(hù)。這樣，整個(gè)系統(tǒng)具有極高的可靠性也就不奇怪了。 (2)配套齊全，功能完善，適用性強(qiáng) PLC 發(fā)展到今天，已經(jīng)形成了大、中、小各種規(guī)模的系列化產(chǎn)品。可以用于各 種規(guī)模的工業(yè)控制場合。除了邏輯處理功能以外，現(xiàn)代 PLC 大多具有完善的數(shù) 據(jù)運(yùn)算能力，可用于各種數(shù)字控制領(lǐng)域。近年來 PLC 的功能單元大量涌現(xiàn)，使 PLC 滲透到了位置控制、溫度控制、CNC 等各種工業(yè)控制中。加上 PLC 通信 能力的增強(qiáng)及人機(jī)界面技術(shù)的發(fā)展，使用 PLC 組成各種控制系統(tǒng)變得非常容
13、易。 (3)易學(xué)易用，深受工程技術(shù)人員歡迎 PLC 作為通用工業(yè)控制計(jì)算機(jī)，是面向工礦企業(yè)的工控設(shè)備。它接口容易，編 程語言易于為工程技術(shù)人員接受。梯形圖語言的圖形符號(hào)與表達(dá)方式和繼電器 電路圖相當(dāng)接近，只用 PLC 的少量開關(guān)量邏輯控制指令就可以方便地實(shí)現(xiàn)繼電 器電路的功能。為不熟悉電子電路、不懂計(jì)算機(jī)原理和匯編語言的人使用計(jì)算 機(jī)從事工業(yè)控制打開了方便之門。 (4)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)、建造工作量小，維護(hù)方便，容易改造 PLC 用存儲(chǔ)邏輯代替接線邏輯，大大減少了控制設(shè)備外部的接線，使控制系統(tǒng) 設(shè)計(jì)及建造的周期大為縮短，同時(shí)維護(hù)也變得容易起來。更重要的是使同一設(shè) 備經(jīng)過改變程序改變生產(chǎn)過程成為可能。這
14、很適合多品種、小批量的生產(chǎn)場合。 (5)體積小，重量輕，能耗低 由于體積小很容易裝入機(jī)械內(nèi)部，是實(shí)現(xiàn)機(jī)電一體化的理想控制設(shè)備。 二 設(shè)計(jì)任務(wù)與要求 2.1 設(shè)計(jì)任務(wù) 控制要求： 某工業(yè)用洗衣機(jī)，其工作順序如下： （1）啟動(dòng)按鈕后進(jìn)水閥就開始進(jìn)水； （2）當(dāng)水滿時(shí)傳感器就停止進(jìn)水； （3）波輪開始正轉(zhuǎn) 3S,然后反轉(zhuǎn) 3S,再正轉(zhuǎn) 3S一共轉(zhuǎn) 6 分鐘； （4）出水閥開始出水； （5）出水 8S 后停止出水，同時(shí)報(bào)警器報(bào)警，叫工作人員來取衣服； （6）按停止按鈕報(bào)警器停止，并結(jié)束整個(gè)工作過程。 2.2 設(shè)計(jì)要求 設(shè)計(jì)要求： （1）畫出系統(tǒng)動(dòng)作流程圖。 （2）設(shè)計(jì)外部輸入/輸出
15、點(diǎn)（I/0） 。 （3）畫出 PLC 外部接線圖。 （4）請?jiān)O(shè)計(jì)完整的梯形圖。 2.3 實(shí)用價(jià)值與理論意義 自從全自動(dòng)洗衣機(jī)誕生以來，其內(nèi)部的電路控制系統(tǒng)就不斷的被改進(jìn)。設(shè)計(jì)方 法也開始多種多樣，從而使全自動(dòng)洗衣機(jī)顯得更加智能化。洗衣機(jī)的進(jìn)水和排 水分別用進(jìn)水電磁閥和排水電磁閥來執(zhí)行，進(jìn)水時(shí)通過電控系統(tǒng)使閥打開，經(jīng) 過水管將水注入到外桶。排水時(shí)，通過電控系統(tǒng)使排水閥打開，將水由外桶排 出到機(jī)外，洗滌正轉(zhuǎn)和反轉(zhuǎn)由洗滌電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)波盤正反轉(zhuǎn)實(shí)現(xiàn)。水位開關(guān)用來 檢測是否到達(dá)水位，啟動(dòng)按鈕用來啟動(dòng)洗衣機(jī)工作，停止按鈕用來實(shí)現(xiàn)停止聲 光報(bào)警。PLC 編程簡單易學(xué)，功能強(qiáng)大，性能穩(wěn)定，抗干擾能
16、力強(qiáng)而且 PLC 的 體積小巧，能耗低。所以通過實(shí)驗(yàn)證明，利用 PLC 完成對洗衣機(jī)的控制，控制 效果良好，控制性能穩(wěn)定。 三 硬件設(shè)計(jì) 3.1 控制要求 洗衣機(jī)啟動(dòng)后，開始進(jìn)水，到達(dá)水位后立即開始正傳進(jìn)行洗滌，正轉(zhuǎn)洗滌 3S 后， 開始反轉(zhuǎn)，反轉(zhuǎn)洗滌 3S 后再正轉(zhuǎn)，重復(fù)進(jìn)行，正反轉(zhuǎn)洗滿 6 分鐘后，然后進(jìn)行 排水，排水 8S 后，洗衣機(jī)停止轉(zhuǎn)動(dòng)，同時(shí)洗衣機(jī)聲警器報(bào)警，叫工作人員來取 衣服。工作人員取完衣服，按下停止按鈕，洗衣機(jī)停止工作。 3.2 I/O 分布表 表 3-1 I/O 分布表 I/O 地址 信號(hào)名稱 功能說明 I0.0 啟動(dòng)按鈕 開啟洗衣機(jī)運(yùn)行 I0.1 水位限制開關(guān) 停止加
17、水 I0.2 停止按鈕 停止洗衣機(jī) Q0.1 電機(jī)正轉(zhuǎn)開關(guān) 洗衣機(jī)正向轉(zhuǎn)動(dòng) Q0.2 電機(jī)反轉(zhuǎn)開關(guān) 洗衣機(jī)反向轉(zhuǎn)動(dòng) Q0.3 進(jìn)水閥 使洗衣機(jī)進(jìn)水 Q0.4 排水閥 使洗衣機(jī)排水 Q0.5 報(bào)警開關(guān) 控制發(fā)出警報(bào) 3.3 I/O 分配及電氣原理 圖 3-1 自動(dòng)洗衣機(jī) I/O 分配及電氣原理 四 軟件設(shè)計(jì) 4.1 設(shè)計(jì)方案 自動(dòng)洗衣機(jī)的過程包括啟動(dòng)、進(jìn)水、洗滌和報(bào)警等功能。在實(shí)現(xiàn)控制過程中， 各種采樣信息都是通過控制中心進(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)作流程圖。 由圖可知，PLC 在系統(tǒng)中
18、是處于中心位置，水位開關(guān)是 PLC 的輸入信號(hào)控制開 關(guān)，進(jìn)水閥、排水閥和電機(jī)是洗衣機(jī)各種狀態(tài)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)來決定其工作狀態(tài)；電機(jī)的工作狀態(tài)也由控制中心 PLC 給 定信號(hào)來決定的，電機(jī)的正反轉(zhuǎn)狀態(tài)表明洗衣機(jī)處于洗滌狀態(tài)。另外由于洗衣 機(jī)工作過程是順序過程，所以利用 PLC 機(jī)的控制系統(tǒng)是可行的。 圖 4-1 洗衣機(jī)動(dòng)作流程圖 達(dá)到預(yù)定水位 正轉(zhuǎn) 3 s 反轉(zhuǎn) 3 s 排水 8 s 聲光報(bào)警 結(jié)束 啟動(dòng)進(jìn)水 開始 達(dá)到 6 分鐘 Y N 4.2 設(shè)計(jì)分析 根據(jù)自動(dòng)洗衣機(jī)的 PLC 控制系統(tǒng)程序工藝流程圖可知，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)控制需要 設(shè)置 3 個(gè)定時(shí)器器與 1
19、 個(gè)計(jì)數(shù)器。 T37--正轉(zhuǎn)運(yùn)行 3S T38--反轉(zhuǎn)遠(yuǎn)行 3S T39--排水 8S C0正反轉(zhuǎn)運(yùn)行次數(shù) 4.3 自動(dòng)洗衣機(jī)功能圖與梯形圖 功能圖如圖 4-2 所示，當(dāng)按下啟動(dòng)按鈕 I0.0 時(shí)，給水閥 Q0.3 得電開始工作；當(dāng) 達(dá)到限位開關(guān) I0.1 時(shí)，給水閥停止工作，同時(shí)，洗衣機(jī)波輪正轉(zhuǎn) Q0.1 與定時(shí)器 T37 開始工作，3 秒后，定時(shí)器停止工作，洗衣機(jī)反轉(zhuǎn) Q0.2 與定時(shí)器 T38 開始 工作，正轉(zhuǎn)停止工作。3S 后，洗衣機(jī)正轉(zhuǎn)控制 Q0.1 重新工作，360S 后計(jì)數(shù)器 動(dòng)作，排水閥 I0.2 和定時(shí)器 T39 開始工作，同時(shí)，洗衣機(jī)
20、洗滌狀態(tài)停止。8S 后， 定時(shí)器 T39 動(dòng)作，排水閥 Q0.4 停止工作，聲光報(bào)警器 Q0.5 開始工作，呼叫工 作人員來取衣服。當(dāng)工作人員取完衣服，按下停止按鈕 I0.2，聲光報(bào)警器停止 工作，洗衣機(jī)結(jié)束所有工作狀態(tài)。 S 0 . 1 S 0 . 2 S 0 . 3 S 0 . 4 S 0 . 5 S 0 . 0 S M 0 . 1 T 3 7 3 s T 3 8 3 s T 3 9 8 s I 0 . 0 I 0 . 1 Q 0 . 0 ( ) Q 0 . 1 ( ) T 3 7 Q 0 . 5 ( ) Q 0 . 2 ( ) Q 0 . 4 ( ) T 3
21、8 T 3 9 I 0 . 2 C 0 C U C T U R P V 6 0 S M 0 . 1 S 0 . 0 S 0 . 3 C 0 C 0 / C 0 圖 4-2 洗衣機(jī)工作順序功能圖 洗衣機(jī)工作梯形圖如下圖 4-3 圖 4-3 洗衣機(jī)工作梯形 4.4 控制系統(tǒng)的模擬調(diào)試 五 結(jié)束 為期一周的 PLC 課程設(shè)計(jì)結(jié)束了，在這一星期里，我感覺自己收獲很大。 首先，在完成自己課程設(shè)計(jì)的過程中，我對課本知識(shí)又有了更進(jìn)一步的掌握和 認(rèn)識(shí)，在對有關(guān) PLC 編程的運(yùn)用過程中，對相應(yīng)的操作也有了更深刻的掌握； 最后，在把理論與實(shí)踐相結(jié)合的過程中，對于具體
22、問題尋求解決方法，這都要 求自己能夠具體問題具體分析。特別是在解決一個(gè)現(xiàn)實(shí)控制問題的時(shí)候才能把 書上所學(xué)的知識(shí)真正的運(yùn)用到現(xiàn)實(shí)中，從而鍛煉自己遇到問題、思考問題、解 決問題的能力。這次的課程設(shè)計(jì)是一次自我知識(shí)和能力的檢驗(yàn)，同時(shí)也是為以 后積累的一筆財(cái)富。 總的來說，通過本次課程設(shè)計(jì)自己對 PLC 指令的用法有了更深的學(xué)習(xí)和 體會(huì)，了解 PLC 控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)的全過程，熟悉 PLC 系統(tǒng)設(shè)計(jì)的相關(guān)內(nèi)容，掌 握系統(tǒng)的方法和步驟。 參考文獻(xiàn) 1 王鶯.工業(yè)可編程控制器的現(xiàn)狀與發(fā)展趨勢J .北京：航天技術(shù)與民品 1999，5：30. 2 潘元明. 國內(nèi)外全自動(dòng)洗衣機(jī)現(xiàn)狀J.家電大視野，2003，11：92. 3 吳中俊主編.可編程控制器原理及應(yīng)用M .北京：機(jī)械工業(yè)出版社， 2004.28-29. 4 吳存宏.淺談 PLC 在全自動(dòng)洗衣機(jī)中運(yùn)用 J .家用電器科技，2000，4：52- 54. 5 蔣金周.全自動(dòng)洗衣機(jī)的 PLC 智能控制 J .北京：機(jī)電一體化， 2004，5:83-85. 6 吳中俊.可編程序控制器原理及應(yīng)用M.北京：機(jī)械工業(yè)出版社， 2004.29- 34. 7 王永華.電氣控制及 PLC 應(yīng)用技術(shù)M .北京:北京航空航天大學(xué)出版社， 2003.80-96. 8 許謬.電氣控制與 PLC 控制技術(shù)M .北京：.機(jī)械工業(yè)出版社，2005.153- 154.
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