毕业设计(论文)PLC全自动洗衣机控制系统.doc
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1、目 录摘 要2第一章前言31.1、PLC控制全自动洗衣机的研究意义3第二章可编程程序控制器(PLC)42.1、PLC的基本概念42.2、PLC的定义42.3、PLC的特点42.4、PLC的基本结构42.5、 PLC的工作原理5第三章 传感器分析及应用63.1、传感器的定义63.2、传感器原理结构63.3、传感器的分类6第四章 三相异步电动机的工作原理及结构4.1、概述74.2、三相异步电动机的结构74.3、三相异步电动机的工作原理8第五章 变频器的基本原理与种类105.1、变频器内部电路的基本功能105.2、逆变电路基本工作原理115.3、变频器的控制方式11第六章全自动洗衣机PLC控制6.1
2、 自动洗衣机构造及原理126.2 洗涤与脱水系统136.3 进水和排水系统136.4 传动系统、箱体与支承系统146.5 梯形图15第七章 系统检测与调试7.1、检测与调试207.2、本章小结21致谢参考文献摘要该毕业设计介绍了可编程序控制器(PLC)和PLC控制系统的基本知识,包括PLC的定义、特点、分类、技术指标、基本结构、工作原理、硬件知识及PLC控制系统等相关知识。采用三菱公司的FX2N系列的PLC,设计了一个简单的全自动洗衣机控制系统。全自动洗衣机通过了可编程序控制器来实现洗涤过程,省时省力。第一章 前言 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
3、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。 该设计采用三菱公司的F1系列可编程控制器。F1系列有被已在国内广泛使用的FX系列代替的趋势。我们在这里有必要详细介绍三菱的FX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,然后进行资源配置,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
4、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。1.1控制全自动洗衣机的研究意义控制全自动洗衣机的编程语言容易掌握,是电控人员熟悉的梯形语言,使用术语依然是继电器一类术语,大部分与继电器触头的连接相对应,使电控人员一目了然控制使用简单,他的已经做好,输入输出信号可直接连接,非常方便,而输出口具有一定驱动能力,其输出触头容易达是专门应用手工业现场自动控制装置,再系统软硬件上采用抗干扰措施当工作程序需要改变时,只需改变的内部,惊醒重新编程而无需
5、对外围进行重新改动从这些方面突出了使用控制全自动洗衣机的优越性第二章可编程序控制的概述2.1、 PLC的基本概念可编程控制器(Programmable Controller)是计算机家族中的一员,是为工业控制应用而设计制造的。早期的可编程控制器称作可编程逻辑控制器(Programmable Logic Controller),简称PLC,它主要用来代替继电器实现逻辑控制。随着技术的发展,这种装置的功能已经大大超过了逻辑控制的范围,因此,今天这种装置称作可编程控制器,简称PC。但是为了避免与个人计算机(Personal Computer)的简称混淆,所以将可编程控制器简称PLC。2.2、PLC的
6、定义PC是一个数字式的电子装置,它使用了可编程序的记忆体储存指令。用来执行诸如逻辑,顺序,计时,计数与演算等功能,并通过数字或类似的输入/输出模块,以控制各种机械或工作程序。一部数字电子计算机若是从事执行PC之功能着,亦被视为PC,但不包括鼓式或类似的机械式顺序控制器。2.3、PLC的特点PLC的主要特点1、高可靠性2、丰富的I/O接口模块3、采用模块化结构4、编程简单易学5、安装简单,维修方便2.4、PLC的基本结构PLC实质是一种专用于工业控制的计算机,其硬件结构基本上与微型计算机相同1、中央处理单元(CPU)中央处理单元(CPU)是PLC的控制中枢。它按照PLC系统程序赋予的功能接收并存
7、储从编程器键入的用户程序和数据;检查电源、存储器、I/O以及警戒定时器的状态,并能诊断用户程序中的语法错误。当PLC投入运行时,首先它以扫描的方式接收现场各输入装置的状态和数据,并分别存入I/O映象区,然后从用户程序存储器中逐条读取用户程序,经过命令解释后按指令的规定执行逻辑或算数运算的结果送入I/O映象区或数据寄存器内。等所有的用户程序执行完毕之后,最后将I/O映象区的各输出状态或输出寄存器内的数据传送到相应的输出装置,如此循环运行,直到停止运行。 为了进一步提高PLC的可靠性,近年来对大型PLC还采用双CPU构成冗余系统,或采用三CPU的表决式系统。这样,即使某个CPU出现故障,整个系统仍
8、能正常运行。2、存储器存放系统软件的存储器称为系统程序存储器。存放应用软件的存储器称为用户程序存储器。2.5、 PLC的工作原理最初研制生产的PLC主要用于代替传统的由继电器接触器构成的控制装置,但这两者的运行方式是不相同的: (1)继电器控制装置采用硬逻辑并行运行的方式,即如果这个继电器的线圈通电或断电,该继电器所有的触点(包括其常开或常闭触点)在继电器控制线路的哪个位置上都会立即同时动作。 (2)PLC的CPU则采用顺序逻辑扫描用户程序的运行方式,即如果一个输出线圈或逻辑线圈被接通或断开,该线圈的所有触点(包括其常开或常闭触点)不会立即动作,必须等扫描到该触点时才会动作。 为了消除二者之间
9、由于运行方式不同而造成的差异,考虑到继电器控制装置各类触点的动作时间一般在100ms以上,而PLC扫描用户程序的时间一般均小于100ms,因此,PLC采用了一种不同于一般微型计算机的运行方式-扫描技术。这样在对于I/O响应要求不高的场合,PLC与继电器控制装置的处理结果上就没有什么区别了。 1、扫描技术 当PLC投入运行后,其工作过程一般分为三个阶段,即输入采样、用户程序执行和输出刷新三个阶段。完成上述三个阶段称作一个扫描周期。在整个运行期间,PLC的CPU以一定的扫描速度重复执行上述三个阶段。 (1)输入采样阶段 在输入采样阶段,PLC以扫描方式依次地读入所有输入状态和数据,并将它们存入I/
10、O映象区中的相应得单元内。输入采样结束后,转入用户程序执行和输出刷新阶段。在这两个阶段中,即使输入状态和数据发生变化,I/O映象区中的相应单元的状态和数据也不会改变。因此,如果输入是脉冲信号,则该脉冲信号的宽度必须大于一个扫描周期,才能保证在任何情况下,该输入均能被读入。 (2)用户程序执行阶段 在用户程序执行阶段,PLC总是按由上而下的顺序依次地扫描用户程序(梯形图)。在扫描每一条梯形图时,又总是先扫描梯形图左边的由各触点构成的控制线路,并按先左后右、先上后下的顺序对由触点构成的控制线路进行逻辑运算,然后根据逻辑运算的结果,刷新该逻辑线圈在系统RAM存储区中对应位的状态;或者刷新该输出线圈在
11、I/O映象区中对应位的状态;或者确定是否要执行该梯形图所规定的特殊功能指令。即,在用户程序执行过程中,只有输入点在I/O映象区内的状态和数据不会发生变化,而其他输出点和软设备在I/O映象区或系统RAM存储区内的状态和数据都有可能发生变化,而且排在上面的梯形图,其程序执行结果会对排在下面的凡是用到这些线圈或数据的梯形图起作用;相反,排在下面的梯形图,其被刷新的逻辑线圈的状态或数据只能到下一个扫描周期才能对排在其上面的程序起作用。第三章 传感器分析及应用2.1、传感器的定义传感器是一种能把物理量或化学量转变成便于利用的电信号的器件。定义为:“传感器是测量系统中的一种前置部件,它将输入变量转换成可供
12、测量的信号”。按照Gopel等的说法是:“传感器是包括承载体和电路连接的敏感元件”,而“传感器系统则是组合有某种信息处理(模拟或数字)能力的系统”。传感器是传感系统的一个组成部分,它是被测量信号输入的第一道关口。 传感器把某种形式的能量转换成另一种形式的能量。有两类:有源的和无源的。有源传感器能将一种能量形式直接转变成另一种,不需要外接的能源或激励源。 无源传感器不能直接转换能量形式,但它能控制从另一输入端输入的能量或激励能,传感器承担将某个对象或过程的特定特性转换成数量的工作。其“对象”可以是固体、液体或气体,而它们的状态可以是静态的,也可以是动态(即过程)的。对象特性被转换量化后可以通过多
13、种方式检测。对象的特性可以是物理性质的,也可以是化学性质的。按照其工作原理,它将对象特性或状态参数转换成可测定的电学量,然后将此电信号分离出来,送入传感器系统加以评测或标示。 3.2、传感器原理结构在一段特制的弹性轴上粘贴上专用的测扭应片并组成变桥,即为基础扭矩传感器;在轴上固定着:(1)能源环形变压器的次级线圈 (2)信号环形变压器初级线圈(3)轴上印刷电路板,电路板上包含整流稳定电源、仪表放大电路、V/F变换电路及信号输出电路。在传感器的外壳上固定着: (1)激磁电路(2)能源环形变压器的初级线圈(输入)(3) 信号环形变压器次级线圈(输出)(4)信号处理电路 3.3、传感器的分类可以用不
14、同的观点对传感器进行分类:它们的转换原理(传感器工作的基本物理或化学效应);它们的用途;它们的输出信号类型以及制作它们的材料和工艺等。 根据传感器工作原理,可分为物理传感器和化学传感器二大类 : 传感器工作原理的分类物理传感器应用的是物理效应,诸如压电效应,磁致伸缩现象,离化、极化、热电、光电、磁电等效应。被测信号量的微小变化都将转换成电信号。 化学传感器包括那些以化学吸附、电化学反应等现象为因果关系的传感器,被测信号量的微小变化也将转换成电信号。 有些传感器既不能划分到物理类,也不能划分为化学类。大多数传感器是以物理原理为基础运作的。化学传感器技术问题较多,例如可靠性问题,规模生产的可能性,
15、价格问题等,解决了这类难题,化学传感器的应用将会有巨大增长。 第四章 三相异步电动机的工作原理及结构4.1、概述交流电机分为:同步电机多为发电机,电机的转速与频率之间有严格关系;异步电机多为电动机,转速与频率间没有严格关系。均有单、三相之分,我们将主要讨论三相异步电动机。定子绕组接上电源,转子电流是靠定子绕组感应而来,也称感应电机。定、转子绕组无电的联系。可以将定子绕组看成变压器原方,转子绕组看成付方。从广义上讲,异步电机是变压器的一个特殊形式,其基本原理、分析方法均和变压器类似。我们主要讨论他们的不同之处。用途:大多数负载调速要求不高, 低可用其它方法补偿,在拖动系统中广泛使用。4.2、三相
16、异步电动机的结构与直流电机一样,静止部分-定子,转动部分-转子,不同的是定子上无明显的磁极,极数是由旋转磁场在气隙中形成的。(一)定子1)铁心:硅钢片0.5mm 冲片,迭装,压紧,环状,内圆均匀开槽,2)绕组:铜铝线,漆包线。绕好的成型线圈,下线,入槽内。槽绝缘3)机座:铸铁,支撑转子。端盖(二)转子1)铁心:硅钢片0.5mm,外圆均匀开槽,冲、迭压;2)轴:中碳钢,两边由轴承支撑3)绕组:鼠笼式,绕线式(三)气隙异步电机定转子之间有气隙,气隙大小对电机有影响 定子铁心 叠片结构,定子冲片(圆形冲片,扇形冲片),径向通风沟(风道),槽,槽型。 定子绕组:成型线圈(2),散嵌线圈,单层,双层,绕
17、组联结方法。 其他部件:机座,端盖,风罩,铭牌等。 转子铁心(1,2):转子冲片。 转子绕组:1. 鼠笼式绕组2. 绕线式绕组 其他部件:轴,轴承,风扇等4.3、三相异步电动机的工作原理已知定子能产生一个极性、大小、转速均不变的旋转磁场,以n0旋转相当于模型中的大磁铁。当转子导条受磁场切割,右手定则(相对运动)可知,导条中感应电势的方向,又转子是闭合的产生电流i2受力使转子顺磁场方向旋转(以n 转速)。三)异步电机的转速与运行状态已知异步电动机转子是顺磁场转向,且有 n0n,由于i2 是n0 切割导条而来,n0 与n 要有相对运动(n0n),即存在转差。所以异步电动机nn0;2)用外力迫使转子
18、反转;那么电机内转子电流、转矩性质如何呢? 下面我们通过转差率的值来说明电机的运行状态:1)电动状态: ,0s1,s为正、同方向,为驱动性电能机械能2)发电状态: ,0s,s为负外力拖转子加速,、同方向,与n反方向,制动性,反方向输入机械能输出电能3)制动状态:外力拖转子反转,输入机械能+电能内部损耗,消耗能量较大,如电梯起重下放重物0,1s,s为正、反方向,与n反方向,为制动性磁场与转子相对运动更大,+:第五章 变频器的基本原理与种类变频器的发展已有数十年的历史,在变频器的发展过程中也曾出现过多种类型的变频器,但是目前成为市场主流的变频器基本上有着图2-1示的基本结构。图2-1 变频器的基本
19、结构图2-2给出了一个典型的电压控制型通用变频器的硬件结构框图。而对于采用了矢量控制方式的变频器来说,由于进行矢量控制时需要进行大量的运算,其运算电路中有时还有一个以DSP(数字信号处理器)为主的转矩计算用CPU以及相应的磁通检测和调节电路。5.1、变频器内部电路的基本功能虽然变频器的种类很多,其内部结构也各有不同,但大多数变频器都具有图2-1给出的基本结构,它们的区别仅仅是控制电路和检测电路实现的不同以及控制算法的不同而己。下面我们将结合图2-1简单介绍变频器各部分电路的基本作用。一般的三相变频器的整流电路由三相全波整流桥组成。它的主要作用是对工频的外部电源进行整流,并给逆变电路和控制电路提
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