机电传动控制技术说明书-全自动洗衣机PLC设计.doc

机电传动控制技术说明书前 言1 PLC的概述41.1起源41.2发展51.3 PLC的基本结构51.3.6通信模块71.4 PLC的工作原理71.5 PLC的特点82课程设计任务书92.1 课程设计题目：92.2 控制要求：102.3 工作原理113题目：全自动洗衣机控制设计113.1设计内容:113.2设计要求123.3进度安排123.4全自动洗衣机元器件选择123.6 I/O接线分布表133.7顺序功能图143.8主程序梯形图153.9子程序梯形图174 PLC的语句表18 设计思想21 结束语22 参考文献230前 言随着科学不断进步，人类已经满足不了现状。为了追求更高的生活质量人们不断研究高科技产品而且PLC的技术也随之增长。本次实训重点掌握了编程软件的使用和操作、联系课本，结合实际将理论知识转变为实际的编程设计，从而加深了知识的印象。可编程序控制器（）是应用十分广泛的微机控制装置，是自动控制系统的关键设备。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的指令，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设备，都应按易于使工业控制系统形成一个整体，易于扩充其功能的原则设计。从上述定义可以看出，是一种用程序开改变控制功能的工业控制计算机，除了能完成各种控制功能外，还有与其他计算机通信联网的功能。 可编程序控制器的应用面广、功能强大、使用方便，已经成为当代工业自动化的主要支柱之一。广泛地应用在各种机械设备和生产过程的自动控制系统中，在其它领域，例如在民用和家庭自动化中的应用也得到了迅速的发展。 1 PLC的概述 1.1起源 1968年美国通用汽车公司提出取代继电器控制装置的要求；1969 年，美国数字设备公司研制出了第一台可编程逻辑控制器PDP14 ，在美国通用汽车公司的生产线上试用成功，首次采用程序化的手段应用于电气控制，这是第一代可编程逻辑控制器，称Programmable Logic Controller，简称PLC，是世界上公认的第一台PLC。1969年，美国研制出世界第一台PDP-14；1971年，日本研制出第一台DCS-8；1973年，德国西门子公司（SIEMENS）研制出欧洲第一台PLC，型号为SIMATIC S4；1974年，中国研制出第一台PLC，1977年开始工业应用。1.2发展20世纪70年代初出现了微处理器。人们很快将其引入可编程逻辑控制器，使可编程逻辑控制器增加了运算、数据传送及处理等功能，完成了真正具有计算机特征的工业控制装置。此时的可编程逻辑控制器为微机技术和继电器常规控制概念相结合的产物。个人计算机发展起来后，为了方便和反映可编程控制器的功能特点，可编程逻辑控制器定名为Programmable Logic Controller（PLC）。20世纪70年代中末期，可编程逻辑控制器进入实用化发展阶段，计算机技术已全面引入可编程控制器中，使其功能发生了飞跃。更高的运算速度、超小型体积、更可靠的工业抗干扰设计、模拟量运算、PID功能及极高的性价比奠定了它在现代工业中的地位。20世纪80年代初，可编程逻辑控制器在先进工业国家中已获得广泛应用。世界上生产可编程控制器的国家日益增多，产量日益上升。这标志着可编程控制器已步入成熟阶段。20世纪80年代至90年代中期，是可编程逻辑控制器发展最快的时期，年增长率一直保持为3040%。在这时期，PLC在处理模拟量能力、数字运算能力、人机接口能力和网络能力得到大幅度提高，可编程逻辑控制器逐渐进入过程控制领域，在某些应用上取代了在过程控制领域处于统治地位的DCS系统。20世纪末期，可编程逻辑控制器的发展特点是更加适应于现代工业的需要。这个时期发展了大型机和超小型机、诞生了各种各样的特殊功能单元、生产了各种人机界面单元、通信单元，使应用可编程逻辑控制器的工业控制设备的配套更加容易。1.3 PLC的基本结构 可编程逻辑控制器实质是一种专用于工业控制的计算机， 可编程逻辑控制器其硬件结构基本上与微型计算机相同，基本构成为：1.3.1电源 可编程逻辑控制器的电源在整个系统中起着十分重要的作用。如果没有一个良好的、可靠的电源系统是无法正常工作的，因此，可编程逻辑控制器的制造商对电源的设计和制造也十分重视。一般交流电压波动在+10%(+15%)范围内，可以不采取其它措施而将PLC直接连接到交流电网上去1.3.2中央处理单元(CPU)中央处理单元(CPU)是可编程逻辑控制器的控制中枢。它按照可编程逻辑控制器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。当可编程逻辑控制器投入运行时，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。为了进一步提高可编程逻辑控制器的可靠性，近年来对大型可编程逻辑控制器还采用双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，整个系统仍能正常运行。1.3.3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。1.3.4输入输出接口电路 1现场输入接口电路由光耦合电路和微机的输入接口电路，作用是可编程逻辑控制器与现场控制的接口界面的输入通道。2现场输出接口电路由输出数据寄存器、选通电路和中断请求电路集成，作用可编程逻辑控制器通过现场输出接口电路向现场的执行部件输出相应的控制信号。1.3.5功能模块如计数、定位等功能模块。1.3.6通信模块1.4 PLC的工作原理 当可编程逻辑控制器投入运行后，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，可编程逻辑控制器的CPU以一定的扫描速度重复执行上述三个阶段。 一 、输入采样阶段在输入采样阶段，可编程逻辑控制器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映象区中的相应的单元内。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。 二、用户程序执行阶段在用户程序执行阶段，可编程逻辑控制器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。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。在程序执行的过程中如果使用立即I/O指令则可以直接存取I/O点。即使用I/O指令的话，输入过程影像寄存器的值不会被更新，程序直接从I/O模块取值，输出过程影像寄存器会被立即更新，这跟立即输入有些区别。3、 输出刷新阶段当扫描用户程序结束后，可编程逻辑控制器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。这时，才是可编程逻辑控制器的真正输出。 1.5PLC的特点 1、使用方便，编程简单采用简明的梯形图、逻辑图或语句表等编程语言，而无需计算机知识，因此系统开发周期短，现场调试容易。另外，可在线修改程序，改变控制方案而不拆动硬件。 2、功能强，性能价格比高一台小型PLC内有成百上千个可供用户使用的编程元件，有很强的功能，可以实现非常复杂的控制功能。它与相同功能的继电器系统相比，具有很高的性能价格比。PLC可以通过通信联网，实现分散控制，集中管理。 3、硬件配套齐全，用户使用方便，适应性强PLC产品已经标准化、系列化、模块化，配备有品种齐全的各种硬件装置供用户选用，用户能灵活方便地进行系统配置，组成不同功能、不同规模的系统。PLC的安装接线也很方便，一般用接线端子连接外部接线。PLC有较强的带负载能力，可以直接驱动一般的电磁阀和小型交流接触器。硬件配置确定后，可以通过修改用户程序，方便快速地适应工艺条件的变化。 4、可靠性高，抗干扰能力强传统的继电器控制系统使用了大量的中间继电器、时间继电器，由于触点接触不良，容易出现故障。PLC用软件代替大量的中间继电器和时间继电器，仅剩下与输入和输出有关的少量硬件元件，接线可减少到继电器控制系统的1/10-1/100，因触点接触不良造成的故障大为减少。PLC采取了一系列硬件和软件抗干扰措施，具有很强的抗干扰能力，平均无故障时间达到数万小时以上，可以直接用于有强烈干扰的工业生产现场，PLC已被广大用户公认为最可靠的工业控制设备之一。 5、系统的设计、安装、调试工作量少PLC用软件功能取代了继电器控制系统中大量的中间继电器、时间继电器、计数器等器件，使控制柜的设计、安装、接线工作量大大减少。PLC的梯形图程序一般采用顺序控制设计法来设计。这种编程方法很有规律，很容易掌握。对于复杂的控制系统，设计梯形图的时间比设计相同功能的继电器系统电路图的时间要少得多。PLC的用户程序可以在实验室模拟调试，输入信号用小开关来模拟，通过PLC上的发光二极管可观察输出信号的状态。完成了系统的安装和接线后，在现场的统调过程中发现的问题一般通过修改程序就可以解决，系统的调试时间比继电器系统少得多。 6、维修工作量小，维修方便PLC的故障率很低，且有完善的自诊断和显示功能。PLC或外部的输入装置和执行机构发生故障时，可以根据PLC上的发光二极管或编程器提供的信息迅速地查明故障的原因，用更换模块的方法可以迅速地排除故2课程设计任务书2.1 课程设计题目： 全自动洗衣机的控制设计2.2 控制要求：全自动洗衣机示意图如上： 水位选择：高、中、低三档，另有三个水位检测传感器。 注水状态：进水阀打开，水位至所选水位。 洗涤状态：洗涤电磁离合器接通，电动机正传30秒，停3秒， 反转30秒，停3秒，循环5 次。 漂洗状态：进水阀打开，同时完成洗涤过程，循环3次。 排水状态：排水阀打开，水位至排空水位检测传感器。 脱水状态：脱水电磁离合器接通，电机正传。 程序选择：正常洗涤、脱水。 正常洗涤过程：选择水位，启动，注水-洗涤-排水- 脱水150秒-(注水-漂洗-排水-脱水120秒）3次- 脱水90秒，蜂鸣器间断报警10秒。 脱水过程：启动，脱水210秒。2.3 工作原理 选择洗涤： 按下启动按钮SB1，全自动洗衣机自行工作，洗衣结束后会发出报警； 按下停止按钮SB2，会记录当前是洗涤还是漂洗状态，在下次按启动 按钮时会启动当前状态，连续执行；选择脱水： 按下启动按钮SB1，全自动洗衣机进入脱水状态，完成后发出报警；如果超重会导致无法启动，发出报警3 题目：全自动洗衣机控制设计3.1设计内容:1）可以按照指导书要求选择水位和程序。2）根据选择完成相应的正常洗涤或脱水过程。3）可以根据平时积累，增加控制要求。3.2设计要求1）画出端子分配图和顺序功能图2）设计并调试PLC控制梯形图3）设计说明书3.3进度安排1）理解题目要求，查阅资料，确定设计方案 1天2）PLC顺序功能图与梯形图设计 2.5天3）说明书撰写 1天4）答辩 0.5天3.4全自动洗衣机元器件选择 1、PLC主机：选西门子S7-200系列PLC作为全自动洗衣机控制系 统的控制主机。 2、液位传感器：（高、中、低）用来检测水位，准备下一步动作。 3、按启动按钮SB1：进入初始上电工作。 按停止按钮SB2：停止当前工作，并记录当前状态。 4、进水阀：用于控制水的进入。 排水阀：用于控制脏水排出。 5、两个电磁离合器：分别用于洗涤和脱水的状态选择。 6、行星齿和传送带：将电动机的动了传递给液轮。 7、液轮：用于完成洗涤和漂洗工作。3.5控制方案及控制过程 图3.13.6 I/O接线分布表图3.23.7顺序功能图SM0.1M0.1T3810s90s120sT39I1.3T37I1.3150sT40T38Q0.4Q0.1C2M0.4子程序ENM0.2Q0.1T37Q0.4M0.3子程序ENM0.1M0.0Q0.5T40M0.6T39Q0.4Q0.1M0.5C2复位C1复位I0.0I2.4I0.0I2.3 33(C2T38)+(T38I2.4)图3.33.8主程序梯形图图3.5 3.9子程序梯形图图3.64 PLC的语句表 表4.1 4.1主程序语句表。LD M0.6A T40O SM0.1O M0.0AN M0.1AN M0.4= M0.0LD M0.0A IO.0A I2.3O M0.1AN M0.2LPS = M0.1LPP= ENLD M0.1A I1.3O M0.2AN M0.3= M0.2TON T42,1500LD M0.2A T42LD M0.4A T43AN C2OLDO M0.3AN M0.4LPS=M0.3LPP=ENLD M0.3A I1.3LD M0.0A I0.0A I2.4OLDO M0.4AN M0.3AN M0.5= M0.4TON T43,1200LD M0.4LD M0.0CTU C2,3LD M0.4LD C2O I2.4ALDA T43O M0.5AN M0.6= M0.5TON T44,900LD M0.5TON T44,900LD M0.5A T44O M0.6AN M0.6LPS=M0.6LRDLPPTON T45,100LD M0.2O M0.4O M0.5LPS= Q0.1LPP= Q0.44.2子程序语句表：LD M0.0A I0.0LD M0.0A I2.0 OLDO M0.7AN M1.0 =M0.7LD M1.4AN C2LD M1.0A T37 OLDO M1.0AN M1.1= M1.0TON T37,300LD M1.0LD M0.0CTU C2,5LD M1.0A T37O M1.1AN M1.2= M1.1TON T38,30LD M1.1A T38O M1.2AN M1.3= M1.2TON T39,300LD M1.2A T39O M1.3AN M1.4= M1.3TON T40,30LD M1.3A T40O M1.4AN M1.5AN M1.0= M1.4LD M1.4LD M0.0CTU C2,5LD M1.4A C2O M1.5AN M0.2= M1.5= Q0.3表4.2总 结这一周的PLC实训很快结束了，在这短暂的一周实训时间里，经过老师、的指导，同学们的相互交流我获益非浅，学习了不少关于全自动洗衣专业方面的知识。 有很大的区别，这门课程的灵活性很强，充分发挥自己的潜力；其实学习的过程当中并不一定要学到多少东西，个人觉得开散思维怎样去学习，这才是最重要的，而这门课程恰好体现了这一点。此次的实训以班级为主体，以小组为单位而开展的一次综合的实践，老师也给予我们足够的空间让我们完成此次的实这个学期开设了PLC停课实训的课程，跟以前所有开设的课程训，这让我觉得压力减轻不少。这次的实训从程序上面看起来很复杂，我们组进行了任务的分工，一下子就变得简单化了。自己选择了画图，在老师的指导下，自己慢慢开始学会了如何用相应的软件去画图，感觉自己花的不错，就慢慢的熟练起来。这次实训给予我们的时间是一个星期，有几个目标及任务，老师一一给我们列出来了，但我们大通过自己的努力都完成了任务及目标，所以有足够的时间多出来整理整理好好写报告。真正让自己参与本次实训的话就会发现本次实训乐趣无穷，收获多。通过这次的实训，让我受益匪浅。第一，认识了团队合作的力量，要完成一个项目不是一