机电一体化毕业设计(论文)全自动洗衣机的PLC控制.doc
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1、中文摘要根据全自动洗衣机的工作原理,利用可编程控制器PLC现实控制,说明了PLC控制的原理方法、特点及其控制洗衣机的特色!可编程控制器是以计算机为核心的通用自动控制装置,它的功能强、可靠性极强、编程简单、使用方便、体积小。现已广泛应用于工业控制的各个领域,它以微处理器为核心,用编写的程序进行逻辑控制、定时、记数和算术运算等,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。该设计采用西门子公司的S7-200系列可编程控制器。我们在这里有必要详细介绍西门子的S7-200系列可编程控制器的性能指标,硬件组成和指令。PLC的学习比一般编程学习困难在于,要完成一个控制系统不仅需要掌握一定的编程
2、技术,更为重要的是要知道如何针对实际应用的需要选择合适的PLC型号,设计控制系统。 该设计为全自动洗衣机的PLC控制,主要介绍了全自动洗衣机的工作原理,控制系统的PLC的选型和资源的配置,控制系统程序设计与调试,控制系统PLC程序。最后,在该设计过程中给予极大鼓励和帮助的老师、同学,在此表示衷心的感谢。由于在设计过程中存在许多不足,希望老师同学指正。关键词:全自动洗衣机 PLC控制 软件设计目录1绪论11.1概论11.1.1 PLC的产生和定义11.2 PLC的特点21.3 PLC的分类31.4 PLC的主要技术指标3 1.4.1存储器容量3 1.4.2输入/输出点数3 1.4.3扫描时间4
3、1.4.4指令种类和数量4 1.4.5内部寄存的种类和数量4 1.4.6扩展能力4 1.4.7智能模块的种类和数量42 PLC的结构和工作原理52.1 PLC的基本结构52.1.1整体式的结构PLC52.1.2模块式结构的PLC52.2 PLC的工作原理62.3 PLC各组成部分介绍62.4基本指令72.5循环扫描技术83 PLC的控制系统设计原则和设计步骤93.1 设计原则93.2 设计步骤94 PLC的种类与选择11 4.1 PLC的种类12 4.2 PLC的选择124.2.1 S7-200的结构及其主要指标124.2.2 CPU224型PLC的外部端子图135 课程设计PLC全自动洗衣机
4、控制系统设计155.1 全自动洗衣机控制系统的设计要求155.1.1 设备控制要求155.2 全自动洗衣机控制系统的PLC选型和资源配置155.2.1控制系统构成图155.2.2模块功能概述165.3 全自动洗衣机控制系统程序设计和调试165.3.1 程序的流程图165.4全自动洗衣机控制系统PLC程序195.4.1系统资源分配195.4.2系统PLC程序205.4.3系统PLC指令表256.4.4 软件仿真模拟285.4.5 PLC硬件接线图326课程设计总结与结束语336.1课程设计总结336.2结束语33参考文献35致谢361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
5、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概论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。1.1.1 PLC的产生定义自20世纪60年代起,工业产品生产呈现多品种、小批量的趋势,而当时各种生产流水线的电气控制系统基本上都是有继电器-接触器控制系统构成的,产品的每次变更都直接导致电气控制系统的重新设计和安装。为了尽可能减少重新设计和安装电气控制系统的工作量
6、,人们设想利用计算机的控制功能制造一种新型的工业控制装置。1969年,美国数字设备公司(DEC)研究出第一台可编程控制器(Programmable Logic Controllor,简称PLC)1,在美国通用汽车公司的自动装配线上使用,取得了巨大成功。之后PLC很快在各国的工业领域推广应用。国际电工委员会(IEC)对PLC的定义是:“可编程序控制器是一种数字运算操作的电子系统,专为在工业环境下应用而设计。它采用可编程序的存储器,用来在其内部存储执行逻辑运算、顺序运算、定时、计算和算术运算等操作的指令,并通过数字式或模拟式的输出,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外围设备,都应
7、该按易于与工业控制系统连成一个整体、易于扩充其功能的原则设计。总之,PLC是一台专为工业环境应用而设计制造的计算机。它具有多种类型的输出/输入接口,并且具有较强的驱动能力。PLC产品并不针对某一具体工业应用,在实际应用时,其硬件要根据实际需要进行选用装置,其软件要根据用户的控制要求进行设计。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
8、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;
9、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 小
10、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PLC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。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。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
11、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
12、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。1.4.6扩展能力PLC扩展能力是指PLC是否能具有I/O点数扩展、功能扩展、联网等一些功能。1.4.7智能模块的种类和数量智能模块是指能完成模拟量控制、远程控制以及通信等功能模块。智能模块种类和数量越多,说明PLC功能越强大。2 PLC的结构和工作原理2.1 PLC的基本结构PLC实质是一种用于工业控制的计算
13、机,其硬件结构基本上与微型计算机相同。根据结构形式的不同,PLC的基本结构分为整体式和模块式结构两类。2.1.1整体式结构的PLC整体式结构的PLC由中央处理器(CPU)、存储器、I/O单元、电源电路和通信端口等组成,并将这些组装在一起。基本结构框图如图2-1所示。 图2-1 整体式结构2.1.2模块式结构的PLC模块式结构的PLC是将中央处理器(CPU)、存储器、输入/输出单元、电源电路和通信端口等分别做成相应的模块,应用时将这些模块根据要求插在机架上,各模块间通过机架上的总线想到联系。2.2PLC的工作原理PLC的工作原理与继电器构成的控制装置一样,但是工作方式不太一样。继电器控制是并行运
14、行方式,即如果输出线圈通电或断电,该线圈的触点立即动作。而PLC则不同,它采用循环扫描技术,只有该线圈通电或断电,并且必须当程序扫描到该线圈时,该线圈触点才会动作。也可以说继电器控制装置是根据输入和逻辑控制结构就可以直接得到输出,而PLC控制则需要输入传送、执行程序指令、输出3个阶段才能完成控制过程2。2.3 PLC各组成部分介绍 (1)中央处理器中央处理器(CPU)是PLC的核心部分,相当于PLC的“大脑”。它通过系统总线与用户存储器、输入/输出(I/O)、通信端口等单元相连。通过制造厂家预制在系统存储器内部的系统程序完成各项任务。其主要功能是由编程器写入控制程序和数据到存储器、检验用户程序
15、、从存储器上读取和执行程序,还可以进行PLC内部故障的诊断等。(2)存储器根据存储器存储内容的不同,我们把存储器分为系统程序存储器、用户程序存储器和数据存储器。系统程序存储器:用来存入软件的存储器。系统程序相当于计算机操作系统,是PLC厂家根据选用的CPU的指令系统编写的,并固化到ROM里,用户不能修改其内容。用户程序存储器:用来存放用户根据控制要求编制的程序。不同类型的PLC,其存储容量也不一样。数据存储器:用以存放PLC运行中的各种数据的存储器。因为运行中数据不断变化,所以这种存储器必须可读写。(3)输入/输出单元输入/输出单元是PLC与外部设备连接的纽带。输入单元接收现场设备向PLC提供
16、的开关量信号,经过处理后,变成CPU能够识别的信号。输出单元将CPU的信号经处理后来控制外部设备的。(4)电源部分不同型号的PLC有不同的供电方式,所以PLC电源的输入电压既有12V和24V直流,又有110V和220V交流。(5)编程器几乎每个PLC厂家都有自己的编程器,用户通过编程器来编写控制程序,并通过编程器接口将自己的控制程序输入到PLC。它还可以在线检测程序的运行情况。在出现故障时,通过编程器可能很方便的找出错误。(6)特殊功能单元主要包括模拟量输入/输出单元、远程I/O模块、通信模块、高速计数模块、中断输入模块和PID调解模块等。随着PLC的进一步发展,特殊功能单元的应用也越来越多。
17、2.4基本指令LD/LDI指令:LD和LDI指令是连接在母线连接的触点.表示操作开始.LD是常开触点,LDI是常闭触点.AND/ANI指令:AND和ANI指令是串联连接的触点,AND是常开触点, ANI是常闭触点.OR/ORI指令:OR和ORI指令是并联连接的触点,执行逻辑 “或” 的功能.OR是常开触点,ORI是常闭触点.OUT指令:OUT指令执行逻辑输出的功能,条件成立时为ON,条件不成立时为OFF.ANB/ORB指令:ANB完成支路间的串联的功能,用于执行支路之间 “于”操作;ORB完成支路间的并联的功能,用于执行支路之间 “或”操作.比较指令: CMP(Compare)的功能指令编号为
18、FNC10,16位运算占7个程序步,32位运算占13个程序步.传送指令:MOV的功能号为FNC12,它是将源操作数的内容传送目标操作数.四则逻辑运算指令 (1)二进制加法指令ADDADD的功能号为FNC20,它是将源操作数S1和S2中的16位二进制数相加,然后运算结果传送到指定的目标操作数中.(2) 二进制减指令SUBSUB的功能号为FNC21.它是将源操作数S1和S2中的16位二进制数相减,然后运算结果传送到指定的目标操作数中.(3) 二进制乘法指令MULMUL的功能号为FNC22.它是将源操作数S1和S2中的16位二进制数相乘,然后运算结果传送到指定的目标操作数为首地址的软元件中.(4)
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