毕业设计(论文)可编程控制器PLC在全自动洗衣机中的应用 .doc
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1、可编程控制器在全自动洗衣机中的应用摘 要自从全自动洗衣机诞生以来,其内部的电路控制系统就不断的被改进。设计方法也开始多种多样,从而使全自动洗衣机显得更加智能化。可编程控制器(PLC)以微处理器为核心,普遍采用依据继电接触器控制系统电气原理图编制的梯形图语言进行程序设计,编程容易,功能扩展方便,修改灵活,而且结构简单,抗干扰能力强。西门子S7-200系列可编程控制器指令丰富,可以接各种输出、输入扩充设备,有丰富的特殊扩展设备,其中的模拟输入设备和通信设备更是符合全自动洗衣机控制系统的要求与特点。本文选择西门子S7-200为核心部件,着重进行硬件接口设计,利用梯形图和语句表进行编程,实现了全自动洗
2、衣机控制系统的自动化。关键词:可编程控制器,电气控制,全自动洗衣机控制THE DESIGN OF THE CONTROL SYSTEM OF AUTOMATIC WASHING MACHINE BASED ON PLCABSTRACTSince the inception of automatic washing machine, its internal control system on the circuit continuously be improved. Design began to diversity, so that even more intelligent automat
3、ic washing machines.Programmable Logic Controller (PLC) microprocessor core, commonly used control system based on electrical relay contactor prepared ladder diagram programming language, programming is easy, convenient features extend, modify and flexible, and simple, anti- interference ability. Si
4、emens PLC instruction rich can take a variety of output, input expending have rich special extension equipment, including analog input devices and communications equipment also complies fully automatic washing machine control system requirement and the character.This selection of Mitsubishi S7-200 c
5、ore components, hardware interface design focuses on the use of ladder and the Statement List programming, to achieve the automatic control system for automatic washing machineKEY WORDS: Programmable Logic Controller, electric control,Full-automatic washing machine control目 录前 言1第1章 可编程程序控制器(PLC)21.
6、1 PLC概述21.1.1 PLC的定义21.1.2 PLC的特点21.1.3 PLC的发展趋势31.1.4 PLC的应用41.2 PLC的硬件结构51.3 PLC的工作原理6第2章 全自动洗衣机的系统结构和基本工作原理82.1 系统结构82.2 基本工作原理8第3章 全自动洗衣机系统硬件分析10第4章 PLC机型选择和控制要求124.1 机型的选择124.2 I/O分配124.3 全自动洗衣机的PLC控制系统的要求13第5章 PLC控制系统的软件设计145.1 PLC控制系统设计原则和设计步骤145.1.1设计原则145.2 硬件结构接线图165.3 设计分析175.4 语句表175.5 梯
7、形图20结 论24谢 辞25参考文献26外文资料译文27前 言全自动洗衣机就是将洗衣的全过程(泡浸-洗涤-漂洗-脱水)预先设定好N个程序,洗衣时选择其中一个程序,打开水龙头和启动洗衣机开关后洗衣的全过程就会自动完成,洗衣完成时由蜂鸣器发出响声。发明最早的是前置式侧开门滚筒式洗衣机,这种洗衣机是欧洲发明的,擅长洗涤真丝、棉毛等面料,不缠绕无磨损,在洗涤时保证衣物不受损害,而且有良好的加温措施。但也有它不好的一面,由于不缠绕无磨损洗涤方式等因素,这种洗衣机洗涤时间长、洗净度差、用水用电量大,是其它洗衣机的几倍,尤其是采用了不锈钢内筒,产生的噪音较大。这种洗衣机适用于生活水平较高,穿着大体以真丝、纯
8、毛、棉毛之类较高档的面料为主,而且更换衣服较勤的家庭。发明最晚的洗衣机是亚洲人发明的波轮上开门洗衣机。市场上有多种品牌,如“小天鹅”、“海棠”、“荣事达”等,这种洗衣机的特点是洗涤时间短,用水量小,洗净度高,是滚筒式的很多倍,由于内筒是塑料材料制成,噪音小,而且上开盖,能使洗涤液反复利用,价格也比较经济。这种洗衣机适用于居住在绿化较差,空气尘埃量较大,平均每2至3天换一次衣服的家庭,主要以洗净度为主,服装面料以化纤、腈纶为主。另外一种是美洲人发明的“搅拌式”洗衣机,由于美洲风沙比较大,人们主要穿着牛仔服装之类粗厚面料的服装,所以他们适用搅拌式洗衣机,这种洗衣机洗净度非常高,是波轮式洗衣机的十几
9、倍,但由于洗净度和磨损率成正比,所以很损伤衣物,这种洗衣机市场上很少见。PLC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,实用术语依然是“继电器”一类术语,大部分与继电器触头的链接相对应,使电控人员一目了然。PLC控制使用简单,他的I/O已经做好,输入输出信号可直接链接,非常方便,而输出口具有一定的驱动能力,起输出出头容易达220V/2A。PLC是专门应用手工业现场自动控制装置,在系统硬件上采用抗干扰措施。当工作程序需要改变时,只需改变PLC的内部,重新编程而无需对外围进行重新改动。从这些方面突出了使用PLC控制全自动洗衣机的优越性。第1章 可编程程序控制器(PLC)1.1
10、PLC概述1.1.1 PLC的定义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、顺序控制、定时、计数和算术运算等操作命令,并通过数字式、模拟式的输入和输出,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的外部设备,都应按易于与工业控制系统联成一个整体,易于扩充其功能的原则而设计。1.1.2 PLC的特点PLC是综合继电器接触器控制的优点及计算机灵活、方便的优点而设计制造和发展的,这就使PLC具有许多其他控制器所无法相比的特点。(1)可靠性高,抗干扰能力强(2)通用性强,使用方便(3)采用模块化结构,使系统组合
11、灵活方便(4)编程语言简单、易学,便于掌握(5)系统设计周期短(6)对生产工艺改变适应性强(7)安装简单、调试方便、维护工作量小可编程序控制器(Programmable Logic Controller,缩写PLC)是以微处理器为基础,综合计算机、通信、联网以及自动控制技术而开发的新一代工业控制装置。可编程序控制器是随着技术的进步与现代社会生产方式的转变,为适应多品种.小批量生产的需要,生产.发展起来的一种新型的工业控制装置。PLC从1969年问世以来,虽然至今还不到40年,但由于其具有通用灵活的控制性能.简单方便的使用性能,可以适应各种工业环境的可靠性,因此在工业自动化各领域取得了广泛的应用
12、。有人将它与数控技术、CAD/CAM技术工业机械人技术并称为现代工业自动化技术的四大支柱。可编程序控制器在我国的发展与应用已有30多年的历史,现在它已经广泛应用于国民经济的各个工业生产领域,成为提高传统工业装备水平和技术能力的重要设备和强大支柱。随着全球一体化经济的发展,努力发展可编程序控制器在我国的大规模应用,形成具有自主知识产权的可编程序控制器技术,应该是广大技术人员努力的方向。1.1.3 PLC的发展趋势从当前产品技术性能来看,PLC发展趋势仍然主要体现在体积的缩小与性能的提高两大方面。体积小型化。电子产品体积的小型化是微电子技术发展的必然结果。现代PLC无论从内部元件组成还是硬件、软件
13、结构都已经与早期的PLC有了很大的不同,PLC体积被大幅度缩小。性能的提高。PLC的性能主要包括CPU性能与I/O性能两大方面,可编程序控制器在我国的发展状况如下: (1) 我国可编程序控制器的发展与国际上的发展有所不同,国际上可编程序控制器的发展是从研制、开发、生产到应用,而我国则是从成套设备引进、可编程序控制器引进应用、消化移植、合资生产到广泛应用。大致可划分为下述三个阶段:可编程序控制器的初级认识阶段(70年代后期到80年代初期)国际上可编程序控制器的发展,首先引起了国内工程技术界的极大兴趣,所以我国对可编程序控制器的认识始于70年代后期到80年代初期的成套设备引进中,当时的上海宝钢一期
14、工程中有多项工程引进了十几种机型约200多台可编程序控制器。这些可编程序控制器用于原料码头到高炉、轧钢、钢管等整个钢铁冶炼以及加工生产线上,取代了传统的继电器逻辑系统,并部分取代了模拟量控制和小型DDC 系统。继宝钢一期工程后,国内许多厂家陆续引进的设备和生产线大都配备了可编程序控制器,其应用范围包括电站、石油化工、汽车制造、港口和码头等各领域。正是在成套设备引进过程中,我们打开了眼界,了解认识了可编程序控制器,这也促进了可编程序控制器在我国的发展。可编程序控制器的引进应用和消化移植阶段(80年代初期到90年代初期)80年代初期开始,随着我国改革开放的不断深入,在成套设备引进的同时,国外原装的
15、可编程序控制器开始涌入国内市场。许多部门和单位相继引进可编程序控制器并自己设计组成控制系统,其应用范围也扩大到建材、轻工、煤炭、水处理、食品、制药、造纸、橡胶和精细化工等工业领域。可编程序控制器的广泛发展阶段(90年代初期到现在) 进入90年代,我国的可编程序控制器进入了广泛发展阶段,主要表现在以下几个方面:(2) 政府重视可编程序控制器的发展得到了政府的高度重视,在当时机械电子工业部的领导下,于1991年成立了可编程序控制器行业协会。可编程序控制器行业协会在政府和企事业之间起到了桥梁作用,沟通了情况,为做出决策提供了依据。同时可编程序控制器的标准化工作也受到了有关部门的重视,于1993年成立
16、了可编程序控制器标准化技术委员会,为我国可编程序控制器的进一步发展打下了基础。1.1.4 PLC的应用PLC的初期由于其价格高于继电器控制装置,使得其应用受到限制。但最近十多年来,PLC的应用面越来越广,其主要原因是:一方面由于微处理器芯片几有关元件的价格大大下降,使得PLC的成本下降;另一方面PLC的功能大大增强,它也能解决复杂的计算和通信问题。目前PLC在国内外已广泛应用于钢铁、采矿、水泥、石油、化工、电力、机械制造、汽车、装卸、造纸、纺织、环保和娱乐等行业。PLC的应用范围通常可分成以下5种类型:顺序控制:这是PLC应用最广泛的领域,也是最适合PLC使用的领域。它用来取代传统的 继电器顺
17、序控制。PLC应用于单机控制、多机群控、生产自动线控制等。例如:注塑机械、印刷机械、包装机械、切纸机械、组合机床、磨床、装配生产线、电镀流水线及电梯控制等。运动控制:PLC制造商目前已提供了拖动步进电机或伺服电机的单轴或多轴位置控制模块,在多数情况下,PLC把描述目标位置的数据送给模块,其输出移动一轴或数据到目标位置。每个轴移动时,位置控制模块保持适当的位置和加速度,确保运动平滑。过程控制:PLC还能控制大量的过程参数,例如:温度、流量、压力、液位和速度。PID模块提供了使PLC具有闭环控制的功能,即一个具有PID控制能力的PLC可用于过程控制。当过程控制中某个变量出现偏差时,PID控制算法会
18、计算出正确的输出,把变量保持在设定植上。数据处理:在机械加工中,PLC作为主要的控制和管理系统用于CNC和NC系统中,可以完成大量的数据处理工作。通信网络:PLC的通信包括主机与远程I/O之间的通信、多台PLC之间的通信、PLC和其他智能控制设备(如计算机、变频器、数控装置)之间的通信。PLC与其他智能控制设备一起,可以组成“集中管理、分散控制”的分布式控制系统。1.2 PLC的硬件结构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从结构上分,PLC分为固定式和组合式(模块式)两种。固定式PLC包括CPU板、I/O板、显示面板、内存块、电源等,这些元素组合成一个不可拆卸的
19、整体。模块式PLC包括CPU模块、I/O模块、内存、电源模块、底板或机架,这些模块可以按照一定规则组合配置。其结构如图1-1所示。编程器输出电路输入电路中央处理单元(CPU)电源系统程序储存器系统程序储存器1-1 PLC的结构图中央处理单元(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
20、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。1.3 PLC的工作原理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。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
21、装置的处理结果上就没有什么区别了。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/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
22、)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。(3)输出刷新阶段当扫描用户程序结束后,PLC就进入输出刷新阶段。在此期间,CPU按照I/O映象区内对应的状态和数据刷新所有的输出锁存电路,再经输出电路驱动相应的外设。第2章 全自动洗衣机的系统结构和基本
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