基于PLC控制的全自动洗衣机设计毕业设计（论文）word格式.doc

目录文摘第一章 可编程序控制的概述1.1 plc的产生和定义11.2 plc的发展和应用领域.11.3 plc的特点和其它典型的控制系统的区别.21.4 plc的分类及系统的组成和工作原理.3第二章 全自动洗衣机的概述 2.1 全自动洗衣机的应用现状.10 2.2 设计全自动洗衣机的意义.10第三章 全自动洗衣机的设计要求和功能实现 3.1 全自动洗衣机的设计要求.11 3.2 全自动洗衣机的功能实现.11第四章 全自动洗衣机的设计 4.1 全自动洗衣机的功能图12 4.2 I/O地址分配及接线124.3 全自动洗衣机选用的plc 135、PLC控制系统的软件设计5.1、硬件结构接线图.175.2、梯形图.175.3、指令表.196、PLC控制系统工作原理及调试过程结束语致谢参考文献第一章 可编程序控制的概述1.1 plc的产生和定义1.1.1PLC的产生20世纪60年代末期，美国的汽车制造业竞争激烈，为了适应白热化的市场竞争要求，1968年美国通用汽车公司（GM）公开招标，对汽车流水线控制系统提出具体要求，归纳起来是：（1）编程方便，可现场修改程序；（2）维修方便，采用插件式结构；（3）可靠性高于继电器控制装置；（4）体积小于继电器控制盘；（5）数据可直接送入管理计算机；（6）成本可与继电器控制盘竞争；（7）输入可以是交流市电（115V）（美国电压标准）（8）输出为交流115V，容量要求在2A以上，可直接驱动接触器、电磁阀等；（9）扩展时原系统改变小；（10）用户程序存储器至少能扩展到4KB。这就是著名的“GM十条”。1969年美国数字设备公司（DEC）中标后，制造出世界上第一台可编程序控制器。（Programmable Logic Controller, 简称PLC）。16位和32位微处理器的应用，使PLC得到了惊人的发展，现在已经成为自动化技术的三大支柱之一。1.1.2 PLC的定义PLC一直在飞速发展中，很长时间后才有了一个比较明确的定义。1987年，国际电工委员会（IEC）对PLC作出的定义如下：“可编程序控制器是一种数字运算操作的电子系统，专为工业环境而设计。它采用了可编程序的存储器，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的指令，并通过数字式和模拟式的输入和输出，控制各种机械和生产过程。而有关的外围设备，都应按易于与工业系统联成一个整体，易于扩充其功能的原则设计。”定义强调了PLC直接应用于工业环境。定义强调了PLC是“数字运算操作的电子系统”，即计算机。定义强调了PLC是用软件方式来实现“可编程”的。1.2 plc的发展和应用领域1.2.1 PLC的发展状况现在的PLC产品已经使用了16位、32位高性能微处理器，而且实现了多处理器的多通道处理，通信技术使PLC的应用得到进一步发展。PLC的技术已经非常成熟。目前，世界上有200多个厂家生产PLC产品。比较著名的有美国的AB、通用（GE）、莫迪康（MODICON）、日本的三菱（MITSUBISHI）、欧姆龙（OMRON）、富士电机（FUJI）、松下电工、德国的西门子（SIEMENS）、法国的TE、施耐德（SCHNEIDER）、韩国的三星（SAMSUNG）、LG等。 1.2.2 PLC的发展趋势PLC总的发展趋势是向高集成度、小体积、大容量、高速度、易使用、高性能方向发展。具体表现在以下几方面。1. 向小型化、专用化、低成本方向发展2. 向大容量、高速度方向发展3. 智能型I/O模块的发展4. 基于PC的编程软件取代编程器5. PLC编程语言的标准化6. PLC通信的易用化7. 组态软件与PLC的软件化8. PLC与现场总线相结合 1.2.3 PLC的应用领域目前PLC在国内外广泛应用于钢铁、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。（1）顺序控制例如：注塑机械、印刷机械、订书机械、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等。（2）运动控制（3）过程控制PLC能控制大量的过程参数，例如：温度、流量、压力、液位和速度。（4）数据处理（5）通信联网在网站上有各种流行的PLC的讲座和问题交流。1.3 plc的特点和其它典型的控制系统的区别1.3.1PLC的特点1. 抗干扰能力强，可靠性高。2. 控制系统结构简单，通用性强。3. 编程方便，易于使用。4. 功能完善。5. 设计、施工、调试的周期短。6. 体积小、维护操作方便。1.3.2PLC与继电器控制系统的区别1. 控制逻辑继电器控制逻辑采用硬连线逻辑；PLC采用存储器逻辑，也称“软连线”逻辑。2. 工作方式继电器控制线路属并行工作方式；PLC属串行工作方式。3. 可靠性和可维护性继电器控制线路使用了大量的机械触点，连线也多，可靠性和可维护性差；PLC控制逻辑，大量的开关动作由无触点的半导体电路来完成，体积小、寿命长、可靠性高。4. 控制速度继电器控制线路控制速度低；PLC控制速度高。5. 定时控制继电器控制逻辑利用时间继电器进行时间控制，精度低；PLC利用定时器进行时间控制，精度高，定时范围大。6. 设计和施工继电器控制逻辑周期长；PLC周期短。1.4 plc的分类及系统的组成和工作原理1.4.1PLC的分类1. 按I/O点数容量分类（1）小型机小型机的功能一般以开关量控制为主，小型PLC输入、输出总点数一般在256点以下，用户程序存储器容量在4K字左右。例如：SIEMENS的S7-200系列；OMRON的CPM2A系列；MITSUBISHI的FX系列；AB的SCL500系列等。（2）中型机中型机的输入、输出总点数在2562048点之间。，用户程序存储器容量在8K字左右。例如： SIEMENS的S7-300系列；OMRON的C200系列；AB的SCL500系列等模块式PLC产品。（3）大型机大型PLC的输入、输出总点数在2048点以上，用户程序存储器容量达到16K字以上。典型的大型PLC有SIEMENS的S7-400、OMRON的CVM1和CS1系列、AB的SLC5/05等系列产品。 2. 按结构形式分根据PLC的结构形式的不同，PLC主要分为整体式和模块式两种。（1）整体式结构其特点是将PLC的基本部件，如CPU板，输入板、输出板、电源板等紧凑地安装在一个标准机壳内，构成一个整体，组成PLC的一个基本单元（主机）或扩展单元。小型PLC一般为整体式结构。（2）模块式结构PLC由一些模块单元组成，如CPU模块、输入模块、输出模块、电源模块、通信模块和各种功能模块等。目前，大中型PLC均采用模块式结构。PLC的系统组成主要由CPU、电源、存储器和专门设计的输入/输出接口电路等组成。如下图所示：1. 中央处理单元（CPU）2. 存储器PLC的存储器包括系统存储器和用户存储器两部分。系统存储器用来存放由PLC厂家编写的系统程序，并固化在ROM内，用户不能更改。系统程序包括三部分：系统管理程序、用户指令解释程序以及标准程序模块与系统调用。用户存储器包括用户程序存储器（程序区）和数据存储器（数据区）两部分。用户程序存储器用来存放用户针对具体控制任务用规定的PLC编程语言编写的各种用户程序。用户数据存储器可以用来存放用户程序中所使用器件的ON/OFF状态和数值、数等。PLC使用的存储器类型有三种：（1）随机存取存储器（RAM）（2）只读存储器（ROM）（3）可电擦除可编程的只读存储器（EEPROM）3. 输入/输出PLC的输入/输出信号类型可以是开关量、模拟量和数字量。输入/输出单元包括两部分：一是与被控设备相连接的接口电路，另一部分是输入和输出的映像寄存器。（1）输入接口电路通常PLC的输入接口电路的类型可以是直流、交流和交直流。输入电路的电源（+24V）可由外部供给，有的也可以由PLC内部提供。（2）输出接口电路输出接口电路通常有三种类型：继电器输出型、晶体管输出型和晶闸管输出型。电源由外部提供，输出电流一般为0.52A，输出电流的额定值与负载的性质有关。4. 电源PLC一般使用220V的交流电源，内部的开关电源为PLC的中央处理器、存储器等电路提供5V、12V、24V等直流电源，使PLC能正常工作。5. 扩展接口6. 通信接口7. 编程器编程器的作用是供用户进行程序的编制、编辑、调试和监视。分简易型和智能型。8. 其他PLC的工作原理PLC的工作方式与运行框图继电器控制系统是“硬连线逻辑系统”，采用的是并行工作方式；而PLC是一种工业控制计算机系统，采用的是串行工作方式。概括而言，PLC是按集中输入、集中输出，周期性循环扫描的方式进行工作的。每一次扫描所用的时间称为扫描周期或工作周期。PLC工作的全过程可分为三部分：（1）上电处理（上电初始化）（2）扫描过程（3）出错处PLC工作过程的中心内容当PLC正常工作时，它将不断重复上图中的扫描过程。如果暂不考虑对远程I/O特殊模块和通信服务，扫描过程就只剩下“输入采样”、“程序执行”和“输出刷新”了。这三个阶段是PLC工作过程的中心内容。（1）输入采样阶段PLC在输入采样阶段，首先扫描所有输入端子，并将各输入状态存入相对应的输入映像寄存器中。此时，输入映像寄存器被刷新。接着，进入程序执行阶段，在此阶段和输出刷新阶段，输入映像寄存器与外界隔离，无论输入信号怎样变化，其内容保持不变，直到下一个扫描周期的输入采样阶段，才重新写入输入端的新内容。（2）程序执行阶段根据PLC梯形图程序扫描原则，PLC按从左到右、从上到下的顺序执行用户程序。当指令中涉及输入、输出状态时，PLC就从输入映像寄存器中“读入”对应的状态，从元件映像寄存器“读入”对应元件（“软继电器”）的当前状态。然后，进行相应的运算，运算结果再存入元件映像寄存器中。因此，每一个元件（不包括输入继电器）的状态会随着程序执行过程而变化的。(3)输出刷新阶段在所有用户程序的指令执行完毕后,元件映像寄存器中所有输出继电器的状态(接通/断开)在输出刷新阶段转存到输出锁存器中,最后经过输出端子驱动外部负载,实现控制命令的输出. PLC对输入/输出的处理原则(1)输入映像寄存器的数据取决于输入端子板上各输入点在上一扫描周期的输入刷新期间的接通和断开状态.(2)程序执行结果取决于用户所编程序和输入/输出映像寄存器的内容及其他个各元件映像寄存器的内容.(3)输出映像寄存器的数据取决于输出指令的执行结果.(4)输出锁存器中的数据,由上一次输出刷新期间输出映像寄存器中的数据决定.(5)输出端子的接通和断开状态,由输出锁存器决定.1.5PLC的编程语言和程序结构 PLC的编程语言PLC提供的编程语言通常有:梯形图(LAD)、语句表（STL）、功能图（SFC）和功能块图（FBD）。1. 梯形图梯形图（Ladder)编程语言是从继电器控制系统原理图的基础上演变而来的。两者基本思想一致，只是在使用符号和表达式上有一定区别。梯形图中一个关键概念是“能流”（Power Flow），这只是概念上的“能流”。如果有“能流”从左至右流向线圈，则线圈被激励。如没有“能流”，则线圈未被激励。梯形图语言简单明了，易于理解，是所有编程语言的首选。2. 语句表语句表(Statements List)类似于计算机中的助记符语言，它是用一个或几个容易记忆的字符来代表PLC的某种操作功能3. 顺序功能流程图（SFC）顺序功能流程图(Sequence Function Chart)编程是一种图形化的编程方法，亦称功图。使用它可以对具有并行发生、多种选择等复杂结构的系统进行编程。许多PLC提供了用于SFC编程的指令。第六章详述。4. 功能块图（FBD）S7-200的PLC专门提供了功能块图（Function Block Diagram)编程语言，利用FBD可以查看到像普通逻辑门图形的逻辑框指令。它没有梯形图编程器中的触点和线圈，但有与之等价的指令，这些指令是作为逻辑框指令出现的，程序逻辑由这些逻辑框指令之间的连接决定。 PLC的程序结构控制一个任务或过程，是通过在RUN方式下，使PLC循环扫描并连续执行用户程序来实现的，用户程序决定了一个控制系统的功能。广义上的用户程序由三部分组成：用户程序、数据块和参数块。1. 用户程序也称组织块，一般包括一个主程序，若干子程序和若干中断程序。2. 数据块（可选）主要存放控制程序运行所需的数据。3. 参数块（可选）存放CPU的组态数据，用户若未进行CPU的组态，则系统以默认值进行自动配置。第二章 全自动洗衣机的概述2.1 全自动洗衣机的应用现状 目前洗衣机是一种耳熟能详的家用电器，随着科技的进步和人们生活质量的提高，以及人们对精神文明的高度追求，那么全自动洗衣机也揭开了面纱，现在做的比较好的，国内有小天鹅、海尔、荣事达等等，国外有西门子，博世等等。这些厂家所生产的全自动洗衣机还是比较好的，但所谓物以稀为贵，所以相对来说价格还存在很大的异议。而人们追求的高质量生活，也就对这些不是很过问了，只要买来好用就可以了，所以目前市场上还是有很大的发展空间。2.2 设计全自动洗衣机的意义 全自动洗衣机以其固有的优点还是赢得了很多的消费者的信赖，应用而生，它将是现在到未来的星星产品，所以有必要开发和改善现有的全自动洗衣机。应用最先进的科技技术 ，投入最少的资金，你便拥有了更广阔的市场竞争力，而现在plc价格也在下降，所以可以应用该产品进行研发，从而达到自动化控制，更多的赢得消费者的青睐。第三章 全自动洗衣机的设计要求和功能实现3.1 全自动洗衣机的设计要求 全自动洗衣机的洗衣桶（外桶）和脱水桶（内桶）是以同一中心安放的。外桶固定，作盛水用。内桶可以旋转，作脱水（甩干）用。内桶的四周有很多小孔，使内、外桶的水流相通。该洗衣机的进水和排水分别由进水电磁阀和排水电磁阀来执行。进水时，通过电控系统使进水阀打开，经进水管将水注入到外桶。排水时，通过电控系统使排水阀打开，将水由外桶排到机外。洗涤正转、反转由洗涤电机驱动波盘正、反转来实现，此时脱水同并不旋转。脱水时，通过电控系统将离合器合上，由洗涤电机带动内桶正转进行甩干。高、低水位开关分别用来检测高、低水位。启动按钮用来启动洗衣机工作。停止按钮用来实现手动停止进水、排水、脱水及报警。排水按钮用来实现手动排水。（1）控制要求：PLC投入运行，系统处于初始状态，准备好启动。启动时开始进水。水满（即水位到达高水位）时停止进水并开始洗涤正转。正洗15S后暂停。暂停3S后开始洗涤反转。反洗15S后暂停。暂停3S后，若正、反洗未满3次，则返回从正洗开始的动作；若正、反满3次时，则开始排水。水位下降到低水位时开始脱水并继续排水。脱水10S即完成一次从进水到脱水的大循环过程。若未完成3次大循环，则返回从进水开始的全部动作，进行下一次大循环；若完成了3次大循环，则进行洗完报警。报警10S后结束全部过程，自动停机。此外，还要求可以按排水按钮实现手动排水；按停止按钮以实现手动停止进水、排水、脱水及报警。3.2 全自动洗衣机的功能实现 PLC投入运行，系统处于初始状态，准备好启动。启动时开始进水。水满（即水位到达高水位）时停止进水并开始洗涤正转。正洗15S后暂停。暂停3S后开始洗涤反转。反洗15S后暂停。暂停3S后，若正、反洗未满3次，则返回从正洗开始的动作；若正、反满3次时，则开始排水。水位下降到低水位时开始脱水并继续排水。脱水10S即完成一次从进水到脱水的大循环过程。若未完成3次大循环，则返回从进水开始的全部动作，进行下一次大循环；若完成了3次大循环，则进行洗完报警。报警10S后结束全部过程，自动停机。第四章 全自动洗衣机的设计4.1 全自动洗衣机的功能图4.2 I/O地址分配及接线输入设备输入点编号输出设备输出点编号启动按钮I0.0进水电磁阀Q0.0停止按钮I0.1电动机正转接触器Q0.1排水按钮I0.2电动机反转接触器Q0.2高水位开关I0.3排水电磁阀Q0.3低水位开关I0.4脱水电磁阀Q0.4报警蜂鸣器Q0.5 4.3全自动洗衣机选用的plc 由于输入输出总共十一点，输入五点，输出六点，应该选用十二点的PLC，所以可以参考选用西门子的CPU222,总共有8输入，六输出，参数做简要阐述，可以参考西门子详细的说明书硬件：CPU222主要特点和技术规范S7-200222PLC的电源电压有(20.428.8)VDC和(85264)VAC两种,主机上还集成了24V直流电源,可以直接用于传感器和执行机构.它的输出类型有晶体管(DC)、继电器（DC/AC）两种输出方式。它可以用普通端子捕捉比CPU扫描周期更快的脉冲信号，实现高速计数。2路最大可达20kHz的高频脉冲输出，可用以驱动步进电机和伺服电机以实现准确定位任务。可以用主机上的电位器来改变它对应的特殊寄存器中的数值，可以实时更改程序运行中的一些参数，如定时器/计数器的设定值、过程量的控制参数等。实时时钟可用于对信息加注时间标记，记录机器运行时间或对过程进行时间控制。5、PLC控制系统的软件设计5.1、硬件结构接线图 5.2、梯形图 5.3、指令表0 LD M80021 SET S23 STL S24 LD X15 ANI X26 SET S208 STL S209 OUT Y110 LD X311 OR X412 OR X513 SET S2115 STL S2116 OUT Y217 LD X718 OR X1019 OR X1120 SET S2222 STL S2223 OUT T0 K2026 LD T027 SET S2329 STL S2330 OUT Y331 OUT T1 K30034 LD T135 SET S2437 STL S2438 OUT T2 K2041 LD T242 SET S2544 STL S2545 OUT Y446 OUT T3 K30049 LD T350 SET S2652 STL S2653 OUT T4 K2056 OUT C0 K559 LD T460 MPS61 ANI C062 SET S2364 MPP65 AND C066 SET S2768 STL S2769 OUT Y570 LD X671 SET S2873 STL S2874 OUT Y675 OUT T5 K30078 OUT C1 K281 LD T581 MPS83 ANI C184 SET S2086 MPP87 AND C188 SET S2990 STL S2991 OUT Y692 OUT T6 K3095 LD T696 SET S298 RET99 END6、PLC控制系统工作原理及调试过程（1）初始脉冲M8002使初始状态S2置1，按下启动按扭X1，状态转入S20，Y1得电启动洗衣机，选择水位（高、中、低）状态转入S21，Y2得电开始进水，达到选定水位后相应的水位检测触点接通，状态转入S22.（2）状态转入S22，T0定时2S，2S后T0的触点接通，状态转入S23，Y3得电，