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攀枝花学院全自动煮饭机的plc设计,毕业设计
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本科毕业设计（论文） 全自动煮饭机的 PLC 设计 学生姓名： 学生学号： 院（系）： 年级专业： 指导教师： 助理指导教师： 二六年 五 月 nts攀枝花学院本科毕业设计（论文） 摘 要 I 摘 要 全自动煮饭机的控制系统是由 PLC 设计的，它能根据使用者需求设定控制量。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、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。 如今， PLC 在我国各个工业控制领域中的应用越俩越来越广泛。在就业竞争日趋激烈的今天，掌握 PLC 设计和应用是从事工业控制研究技术人员必须掌握的一门专业技术。本文主要应用 PLC 技术设计出一套全自动煮饭机。它轻松的解决了人们在日常生活中遇到的诸如加工米饭时间长，不能离开人等等难题。本论文共分五章。第一章是绪论，简要介绍可编程控制器的和 PLC的控制系统的基础知识。第二章介绍 全自动煮饭机控制系统的 plc 选型和资源配置。第三章介绍全自动煮饭机控制系统程序设计和调试。第四章介绍全自动煮饭机控制系统 PLC 程序。第五章是设计小结。 关键词 自动煮饭机 ,可编程控制器 ， s7-200， step7-micro nts攀枝花学院本科毕业设计 (论文 ) ABSTRACT II ABSTRACT The control system of the full-automatic cooking machine is designed by PLC, it can follow users demand and establish the controlling amount . The programmable controller is developed on the development foundations of computer technology , communication and relay control technology, have already applied to each field of industrial control extensively now. It regards microprocessor as the core, carries on logic control , timing , counting and arithmetic operation ,etc. with the procedure written, and it is through figure amount and inputs of analog quantity /fail it if coming out , for mechanical equipment or production process. Nowadays, PLC two more and more extensive in our country each industry application of the controlled field. Today, employment is fierce day by day in competition , grasp PLC design and application to engaged in industrial control research a professional technique that technical staff must know. This text mainly employs PLC technology to design a set of full-automatic cooking machines. For example what its relaxed settlement people met in daily life processes the time of rice long, can leave difficult problems such as people ,etc. . This thesis is divided into chapter five together. Chapter one is introduction, the rudimentary knowledges of the control systems of ones that introduce the programmable controller briefly and PLC. Chapter two introduces plc selecting type of the control system of the full-automatic cooking machine and resource distribution. Chapter three recommends the control system of the full-automatic cooking machine to design program and debug. Chapter four introduces the control system PLC procedure of the full-automatic cooking machine. Design the brief summary in chapter five. Keywords Automatically cooking machine， plc， s7-200， step7-micro nts攀枝花学院本科毕业设计 (论文 ) 目 录 1 目 录 摘 要 I ABSTRACT II 1 绪 论 1 1.1 课题的提出 1 1.2 设计要求 1 1.2.1 全自动煮饭机的工作原理 1 1.2.2 设备控制要求 2 1.2.3 控制系统的选择 3 1.3 PLC 概述 3 1.3.1 PLC 的定义 4 1.3.2 PLC 的特点 4 1.3.2 常用 PLC 介绍 5 2 全自动煮饭机控制系统的 PLC 选型和资源配置 8 2.1 控制系统构成图 8 2.1.1 控制系统图 8 2.1.2 PLC 框架配置图 9 2.1.3 I/O 接口 9 2.2 模块功能概述 10 3 全自动煮饭机控制系统程序设计和调试 11 3.1 编程软件 11 3.2 程序的流程图、构成和相关设置 12 3.2.1 流程图 12 3.2.2 程序的构成 13 3.2.3 程序的下载，安装和调试 15 4 全自动煮饭机控制系统 PLC 程序 16 4.1 系统资源分配 16 4.1.1 数字量输入部分 16 4.1.2 数字量输出部分 16 4.1.3 外围 设备选型 16 4.1.4 PLC 接线图 17 nts攀枝花学院本科毕业设计 (论文 ) 目 录 2 4.2 源程序 18 4.2.1 主程序 18 4.2.2 人数子程序 ONE 19 4.2.3 人数子程序 TWO 22 5 设计小结 25 参考文献 26 附录 27 致谢 2 9 nts攀枝花学院本科毕业设计 (论文 ) 1 绪论 1 1 绪论 本章主要介绍可编程控制器（ PLC）和 PLC 控制系统的基础知识，粗略介绍现在工业生产中常用的西门子公司的 S7-200 型， OMRON C200H 型，松下 FPO，FP1， FP2， FP3， FPe， FP-X 等 型 PLC。以及我的毕业设计 全自动煮饭机设计背景，包括它的功能介绍。在后面几章将详细介绍全自动煮饭机的工作原理和设计内容。 1.1 课题的提出 随着生活水平的提高和生活节奏的加快，人们已经很难每天再待在厨房里烹饪饭食。许多人选择了时尚，方便的西方快餐，但当西 方快餐越来越被人们认为是垃圾食品，有害我们的身体健康时，人们又重新关注起营养附加值高的东方食品来。但是中餐有着诸如加工时间长，很难工业化等等弊端。人们很难接受它作为快节奏的主食。这就和人们对中餐的喜爱形成强烈的矛盾。比如你想在中午12:00 吃上午饭，那么你就必须在上午 11:30 前到达家中开始煮饭，显然在这个时间我们大多数上班族还没有下班。那有什么方法可以解决这样的问题呢？随着科技的进步，人们已经生产出电饭煲来烹饪米饭，可其给人们带来的便利是有限的。因为人们始终要在电饭煲加工大米前守在其身边做类似洗米的工作， 这就与用火加热没什么本质区别。那我们是否可以生产出一套比电饭煲更加聪敏的机器为我们做出美味的米饭而人们又不必守在其身边呢？当我学过 PLC 这门课程后，并在做设计期间反复思考下我的答案是肯定的。而我就是将设计一台这样的机器，我将它叫做全自动煮饭机，它在我的设计下能够充分解决之前提出的中餐加工难问题，使我们不用待在家中做饭，工作完回家后就能够立刻品尝到可口的米饭。后面几章将重点介绍这套全自动煮饭机的工作原理和流程。 1.2 设计要求 根据上面提到的问题，我们要解决的问题就是怎样做到无人参与的情况下将大米做成米饭 。根据日常生活中做饭的步骤可以对本设计提出如下设计要求： 定时进行加工； 无人参与下进行大米的清洗； 无人参与由洗净到煮饭的传输； 无人参与下进行大米加工为米饭的过程。 1.2.1 全自动煮饭机的工作原理 nts攀枝花学院本科毕业设计 (论文 ) 1 绪论 2 在以前我们做饭时往往要经历这样几个过程 : 从储米桶将米取出放入洗米的容器 ; 反复的将米洗上几次 ; 将米放入电饭煲或其他加工工具进行加工。 这些过程在以前都是不能离开人的参与的。而我设计的这套全自动煮饭机就是要做到将前述几个步骤在编译的程序下自动依次运行，并做到能定时定量，而不需要人的参与。其工作流程示意图如图 1.1 所示： 图 1.1 全自动煮饭机 流程示意图 全自动煮饭机进米、进水、搅拌和排水是通过水位开关、电磁进米阀、电磁进水阀和电磁排水阀，配合进行控制，从而实现自动控制的。水位判断开关控制水进入洗米仓的水位；电磁进米阀起着通 /断大米进入的作用。电磁进 水阀起着通/断水源的作用。进米时，电磁进米阀打开，将米注入；进水时，电磁进水阀打开，将水注入；排水时，电磁排水阀打开，将水排出；洗米时，搅拌电动机启动；煮饭时，煮米仓电源启动。 1.2.2 设备控制要求 全自动煮饭机不是机械的将 1 千克的大米加工为 3 千克的米饭。而是能够通过设置实现大米的定时清洗，加工，并能判断大米某一天的加工量。根据其设计要求，我们设计的控制系统在正常运行下是能根据程序一步一步地完成控制要求，但俗话说计划赶不上变化，所以我在正常运行情况下考虑到了非正常状况，我在设计中添加了强制运行程序用来完 成用户做非正常动作。下面就是自动煮饭机的正常运行和强制停止的控制要求。 正常运行 “正常运行”方式具体控制要求如下： nts攀枝花学院本科毕业设计 (论文 ) 1 绪论 3 1）定时将大米从储米仓输送到洗米仓，同时要通过人数选择开关判断进米量。按下“启动”按钮后就开始进米，进米量达到设定量是就要停止进米； 2）进米停止 2 秒后洗米仓开始进水，当进水达到设定高度时停止进水 ; 3）进水停止 2 秒后就要启动一台搅拌机开始搅拌大米即洗净 ; 4）搅拌机搅拌达到 60 秒后停止搅拌 ,停止 2 秒后开始排水； 5）然后再进水，重复 2) 4)步，如此循环 3 次； 6）当完成搅拌大循环后大米就通过洗米仓与煮米仓的通道将大米送入煮米仓，随后煮米仓开始进水，当水位达到设定高度时停止进水； 7）当进水停止 2 秒后煮米仓的电源变开通 ,开始煮饭。 强制停止 强制停止过程是在全自动煮饭机已经开始启动情况下要求停止即将要进行操作而设计的，因为我们经常会遇到比如人数设定错误，突然不用做饭等等情况。此时自动煮饭机就要执行特殊的操作。 “强制停止”方式具体控制要求如下： 1）若按下“停止”按钮烹饪的全过程都要停止，储米仓往洗米仓的输送通道要关闭，进 水，排水，搅拌机电源要关上，煮饭仓电源要关上。 2）若按下“停止”按钮，洗米仓到煮饭仓的输米通道要打开。因为全自动煮饭机无法判断当人们做出停止行为时正处于什么状态，有可能此时正处于洗米状态，大米还留在洗米仓中。如果不将大米排走将会影响下一次的操作。所以打开洗米仓到煮饭仓的输米通道便于大米的取出。 1.2.3 控制系统的选择 在提出以上控制要求后我们需要选择出合适的控制设备来实现。如果我们采用早期的将接触器、各种继电器、定时器、其它电器及其触头按一定逻辑关系连接的继电接触器控制系统。虽然它机构简单、价格便宜、 便于掌握，在一定范围内能满足控制要求。但也存在着设备体积大，动作速度慢，功能少而固定，可靠性差，难于实现较复杂的控制的特点。特别是由于它是靠硬连线逻辑构成的系统，接线复杂，当全自动煮饭机的控制要求有什么改变时，原有的接线盒控制盘就要更换，缺乏通用性和灵活性。 再者如果我们采用小型计算机来实现，虽说通用性和灵活性较前者有很大提高，但由于价格高，输入、输出电路不匹配和编程技术复杂等原因，也不适合在本设计中使用。 而现在广泛应用于工业控制系统的 PLC正是我对控制系统的实现的最佳选择。PLC 的介绍请见下一节。 nts攀枝花学院本科毕业设计 (论文 ) 1 绪论 4 1.3 PLC 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、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. 3.1 PLC 的定义 PLC 问世以来，尽管时间不长，但发展迅速。为了使其生产和发展标准化，美国电气制造商协会 NEMA（ National Electrical Manufactory Association）经过四年的调查工作，于 1984 年首先将其正 式命名为 PC（ Programmable Controller） ，并给PC 作了如下定义： “ 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 。” 以后国际电工委员会 (IEC)又先后颁布了 PLC 标准的草案第一稿，第二稿 ,并在1987 年 2 月通过了对它的定义： “ 可编程控制器是一种数字运算操 作的电子系统，专为在工业环境应用而设计的。它采用一类可编程的存储器，用于其内部存储程序，执行逻辑运算 ,顺序控制，定时，计数与算术操作等面向用户的指令，并通过数字或模拟式输入 /输出控制各种类型的机械或生产过程。可编程控制器及其有关外部设备，都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设计。” 总之，可编程控制器是一台计算机，它是专为工业环境应用而设计制造的计算机。它具有丰富的输入 /输出接口，并且具有较强的驱动能力。但可编程控制器产品并不针对某一具体工业应用，在实际应用时，其硬件需根据实际需要进 行选用配置，其软件需根据控制要求进行设计编制。 1.3.2 PLC 的特点 高可靠性 1） 所有的 I/O 接口电路均采用光电隔离，使工业现场的外电路与 PLC 内部电路之间电气上隔离。 2） 各输入端均采用 R-C 滤波器，其滤波时间常数一般为 1020ms。 3） 各模块均采用屏蔽措施，以防止辐射干扰。 4） 采用性能优良的开关电源。 5） 对采用的器件进行严格的筛选。 6） 良好的自诊断功能，一旦电源或其他软，硬件发生异常情况， CPU 立即采nts攀枝花学院本科毕业设计 (论文 ) 1 绪论 5 用有效措施，以防止故障扩大。 7） 大型 PLC 还可以采用由双 CPU 构成冗余系统或有三 CPU 构成表决系统 ,使可靠性更进一步提高。 丰富的 I/O 接口模块 PLC 针对不同的工业现场信号，如：交流或直流；开关量或模拟量；电压或电流；脉冲或电位； 强电或弱电等。有相应的 I/O 模块与工业现场的器件或设备，如：按钮；行程开关；接近开关；传感器及变送器；电磁线圈；控制阀等直接连接。 另外为了提高操作性能，它还有多种人 -机对话的接口模块 ; 为了组成工业局部网络，它还有多种通讯联网的接口模块，等等。 采用模块化结构 为了适应各种工业控制需要，除了单元式的小型 PLC 以外，绝大多数 PLC 均采用模块化结构。 PLC 的各个部件，包括 CPU，电源， I/O 等均采用模块化设计，由机架及电缆将各模块连接起来，系统的规模和功能可根据用户的需要自行组合 。 编程简单易学 PLC 的编程大多采用类似于继电器控制线路的梯形图形式，对使用者来说，不需要具备计算机的专门知识，因此很容易被一般工程技术人员所理解和掌握 。 安装简单，维修方便 PLC 不需要专门的机房，可以在各种工业环境下直接运行。使用时只需将现场的各种设备与 PLC 相应的 I/O 端相连接，即可投入运行。各种模块上均有运行和故障指示装置，便于用户了解运行情况和查找故障 。 由于采用模块化结构，因此一旦某模块发生故障，用户可以通过更换模块的方法，使系统迅速恢复运行 。 1.3.3 常用 PLC 介绍 西门子 S7-200 系列 可编程控制器介绍 ： SIMATIC S7-200 系列 PLC 适用于各行各业，各种场合的检测、监测及控制的自动 化。强大功能使其无论在独立运行中，或相连成网络皆能实现复杂控制功能。因此 S7-200 系列产品具有极高的性能 /价格比。在以下几方面均有出色的表现：极高的可靠性；极丰富的指令集；易于掌握；便捷的操作；丰富的内置集成功能；实时特性；强劲的通讯能力；丰富的扩展模块。 S7-200 系列 PLC 在集散自动化系统中充分发挥其强大功能。使用范围可覆盖从替代继电器的简单控制到更复杂的自动化控制。 S7-200 产品凭借其先进性、成熟性和广泛的适用性在自动化产品中受到广泛的重视，相信此次发布的新产品一定能够满足部分用户的需 求，同时在自动化领域中获得更广泛的应用。 nts攀枝花学院本科毕业设计 (论文 ) 1 绪论 6 OMRON C200H 可编程控制器介绍 ： 先进的、小型化的可编程序控制器 .OMRON 的可编程序控制器更加小型化。SYSMAC CPM1A 的大小仅相当于一个 PC 卡 (对于 10 点的机型来说 )，从而使安装体积大幅度减小，同时也进一步节省了控制柜的空间。它不仅具备了以往小型 PLC所具备的功能，而且还可连接可编程序终端，为生产现场创造了新的环境。 可连接可编程终端，选用通讯适配器以相应的上位 Link 或高速 NT Link 与 PT之间进行高速通讯。 有 10 点至 40 点多种 CPU 单元。 CPU 单元与扩展 I/O 并用，可完成 10 点到 100点的输入输出要求。并有 AC 和 DC 两种电源型号可选择。 汇集了各种先进的功能，如高速响应功能、高速计数功能、中断功能，还备有 2 个模拟量设定。 充足的程序容量，具有 2048 字的用户程序存储器和 1024 字的数据存储器。 编程环境与 CQM1 及 SYSMAC A 等机种相同。由于原有 SYSMAC 支持软件及编程器都可继续使用，故而系统的扩展及维护都可简单进行。 松下可编程控制器介绍 ： 包括 FPO， FP1， FP2， FP3， FPe， FP-X 等系列 FP-X 特点：超高速处理，浮点数 PID 运算只有 32s，基本指令只需 0。 32s， 可快速扫描充裕的程序容量达到 32K 步，注释区域也可以保证； I/O 最多 300 点；通过 8 位密码和禁止上传功能，有效保护程序：配备 USB 端口，可与计算机实现简单连接。 FPe（晶体管输出，继电器输出）特点：面板式安装型控制器，电源电压 24VDC， 程序容量 2.7K 步，运算速度 0.9s 。 FP2、 FP3、 FP10sh 系列（输出类型同上）：最多可控制 2048 点（使用远程I/O）， 程序容量大 16K， 30K 步，可扩展到 120K 步， CUP 运行世界最快（ 1ms/20步，快速起运 0.1ms 以下） 。 FPO 系列（输出同上）：世界产品体积最小，扫描周期 1ms，选择点从 10到 128 点。 各种 常用 PLC 详述 请参阅由于庆广编著清华大学出版社出版的可编程控制器原理及系统设计。 三菱 FX 系列可编程控制器介绍 ： FX 系列可编程控制器是当今国内外最新，最具特色、最具代表性的微型 PLC。特与日本三菱电机公司研发的。在 FX 中 ，除基本的指令表编程方式外，还可以采用梯形土编程及对应机械动作流程进行顺序设计的 SFC 顺序功能图编程，而且这些程序可互相转换。在 FX 系列 PLC 中设置了高数计数器，对来自特定的输入继nts攀枝花学院本科毕业设计 (论文 ) 1 绪论 7 电器的高频脉冲进行中断处理，扩大了 PLC 的应用领域。其 FX2N PLC 还可以采用作为扩展设备的硬件计数器，可获取最高 50kHz 的高速脉冲。 FX 系列 PLC 基于“基本功能、高速处理、便于使用”的研发理念，使其具有数据传送与比较，四则运算与逻辑运算、数据循环与移动等应用指令系统。除此之外，还具有输入输出刷新、中断、高速计数器比 较指令、高速脉冲输出等告诉处理指令，以及在 SFS 控制方面，将机械控制的标准动作封装化的状态初始化指令等，使功能大大增加。 FX 系列 PLC 在特殊控制方面不但具备模拟量输入输出控制，而且具有定位控制几 PID 系统控制。在通信方面，能够方便地与 PC 计算机链接实现数据交换与管理。 nts攀枝花学院本科毕业设计 (论文 ) 2 全自动煮饭机控制系统的 plc 选型和资源配置 8 2 全自动煮饭机控制系统的 PLC 选型和资源配置 本章主要介绍 全自动煮饭机控制系统的 PLC选型和资源配置 .首先根据控制要求判断出所需的外围设备 ,并判断出最佳的 PLC 及 CPU 型号。最后是要做好资源配置工作 ,并简单的介绍了一下 I/O 接口。 为下一章的系统设计做好基础工作。 2.1 控制系统构成 根据上一节提出的控制要求 ,能够基本判断出全自动煮饭机所需的外围设备。在这个设计中我们的最终想法实在无人参与的情况下完成变大米为米饭的课程，所以我们能够提前想象到设计中应该用到的元器件等等。首先我觉得必须要有一个储米的容器 ,因为只有这样才能适时地保证大米供应，为了在以后设计中便于理解我将之取名为储米仓，有了储米仓当然一定要有一个通道 ,用来完成从储米仓取米。这样才能保证大米的有序进入 ,而这个通道要完成自动控制就必然设定一个电磁阀。这是其功能及控制要求决定的。又因为我们在日常生活中买的大米都是必须经过清洗才能加工进食的 ,所以在本设计中也必须有一个能进行清洗的装置 ,在这个装置中应该包括一个进水通道 ,一个排水通道和一个搅拌机。为了在以后设计中便于理解我将之取名叫作洗米仓。当大米在搅拌仓完成清洗工作后 ,就是要完成大米的烹饪过程。因为现在市面上已经具有了包括模糊控制理论在内的米加工工具 ,如电饭煲（其工作原理在这儿暂不介绍，如须进一步了解请参阅 yaochenglong在百度网上发表的电饭煲的工作 原理一文，所以本设计只需在设计中镶嵌一个类似装置即可。当然在设计中必须涉及到对其的控制。 根据控制要求这套全自动煮饭机的外围设备大概包括 :启动按钮 ,停止按钮 ,人数选择按钮 ,水位判断开关，水位检测设备 ,电磁进米阀 ,电磁进 /排水阀 ,搅拌电动机 ,煮饭仓开关。 2.1.1 控制系统图 控制系统图是在控制要求既定的情况下最直观的观看 PLC对外围设备的控制 .因为所用的外围设备都要与 PLC 的 I/O 接口相连 ,所以在完成外围设备的选择后 ,决定 PLC 就成为最主要的工作了。因为只有在 PLC 确定的情况下 ,才有办法完成控制系统的设置 。 针对不同的 PLC 有着不同的设计思维方法，由于 I/O 接口不同有可能还涉及都增添各种模块等。现在市面上 PLC 品种齐全，各个生产厂家更是为自己的产品设计了独特的编成软件。现在市面上比较普便的 PLC 产品有西门子公司的 S7-200 系列， OMRON 公司的 C200H 系列，松下 FP 系列等。详细介绍请参阅由汪晓平等编著的可编成控制器系统开发实例导航。由于作者本人比较早接触nts攀枝花学院本科毕业设计 (论文 ) 2 全自动煮饭机控制系统的 plc 选型和资源配置 9 西门子公司生产的 S7-200 系列 PLC，而且因其具有体积下、运行速度高、功能强等特点，所以我在本设计中采用了西门子公司的 S7-200 系列 PLC，再 根据设计中可能用到的 I/O 数等参数分析在本设计中最适合的 CPU 为 CPU224。 S7-200 CPU224 的主要技术指标见附录。 全自动煮饭机的 控制系统图如图 2.1 所示。 图 2.1 全自动煮饭机控制系统图 2.1.2 PLC 框架配置图 根据大概的全自动煮饭机的外围设备数及控制要求 ,再结合经济性来综合考虑 ,我认为此套设计采用散西门子公司的 S7-200 系列整体式 PLC 性价比优势最高 .首先 , S7-200I/O 设备齐全并丰富 ,无须再单独增加 另外的电源模块、数字量输入和输出模块。 PLC 框架配置图如图 2.2 所示。 图 2.2 PLC 框架配置图 2.1.3 I/O 接口 由于 CPU 模块有 14 点数字量输入，有 10 点数字量输出，所以不再需要输入 /输出模块。采用 I/O 分配采用自动分配方式，模块上的输入端子对应的输入地址nts攀枝花学院本科毕业设计 (论文 ) 2 全自动煮饭机控制系统的 plc 选型和资源配置 10 是 I0.0 I1.5,输出端子对应的输出地址是 Q0.0 Q1.1。 主要 I/O 接口有 ： I/O 扩展接口。用于扩展 PLC 的输入输出点数，它可将主机与 I/O 扩展单元连接起来。 智能 I/O 接口。这种接口具有独接口是 PLC 主机与 外部设备之间的连接电路，为提高抗干扰能力，一般输出接口均有光电隔离电路。 来自现场的检测元件信号及指令元件信号经输入接口近入 PLC，检测元件指传感器、按钮、寄存器的触点、行程开关等，由这些元件检测工业现场的压力、位置、电流、电压、温度等物理量即为检测元件信号，而指令信号是指操作者在控制台或键盘上发出的信号，如启动、停止等。这些信号有的是开关量，有的是模拟量，有的是直流信号，有的是交流信号，所以要根据输入信号的类型选择合适的输入接口。 由 PLC 发出的各种控制信号经输出接口去控制和驱动负载，如控制电动机的启动、 停止和正反转，控制指示灯的亮和灭，控制电磁阀的开闭、继电器线圈的通断电等。控制负载的输出信号形式不同，所以也要根据具体情况选择和合适的输出接口。 为了扩展 PLC 的功能，除了 I/O 接口外， PLC 还配置了其他一些接口立的微处理和控制软件，用于适应和满足复杂控制功能的要求，如：位置闭环控制模块、PID 调节器的闭环控制模块、高速计数模块（其计数品率可达计时千赫以上）等。 通信接口。用于将 PLC 与计算机、打印机等外部设备相连，也可以构成集散型控制系统或局域网。 A/D 和 D/A 接口。由于 CPU 只能处理数字信号，当输入输出信号为模拟量时，则需要 A/D 和 D/A 接口进行信号转换。 PLC 各功能模块的选用，应根据系统控制的需要进行合理的配置。 2.2 模块功能概述 CPU 模块采用西门子的 CPU-224（ AC/DC/继电器）模块，本来 224 型 CPU 最大可连接的扩展模块数量是 7 个，它控制着整个系统按照控制要求有条不紊地运行，同时由于该模块采用交流 220V 供电，并且自带 14 个数字量输入点和 10 个数字量输出点，完全能满足全自动煮饭机控制系统的要求，所以不要需要另外的电 源模块、数字量输入和输出模块，但由于本设计中涉及到时间的定时开机。而编程软件不能大度实现控制要求，所以我在控制系统中加入了一个时钟模块。 nts攀枝花学院本科毕业设计 (论文 ) 3 全自动煮饭机控制系统程序设计和调试 11 3 全自动煮饭机控制系统程序设计和调试 在本章中主要介绍全自动煮饭机的工作流程 ,这是下一节软件实现的基础 .并介绍了西门子公司专为 S7-200 设计的编程软件 STEP7-MICRO/WIN32。 3.1 编程软件 编程软件采用西门子公司为其生产的 PLC 而 设 计 的 编 程 软 件STEP7-MICRO/WIN32， 它是基于 Windows 的应用软件， 它功能强大，主要为用户开发控制程序使用，同时也可实时监控用户程序的执行状态。现在加上全中文化程序后，可在去中文的界面下进行操作，用户使用起来更加方便。其操作界面见图3.1。 图 3.1 STEP7-Micro/WIN32 编程软件界面 STEP7-Micro/WIN32 编程软件的基本功能是协助用户完成应用软件的开发 ， 其主要实现以下功能。 在脱机（离线）方式下创建用户程序，修改和编辑原有的用户程序。在脱机方式时，计算机与 PLC 断开连接，此时能完成大部分的基本功能，如编程、编nts攀枝花学院本科毕业设计 (论文 ) 3 全自动煮饭机控制系统程序设计和调试 12 译、 调试和系统组态等，但所有的程序和参数都只能存放在计算机的磁盘上。 在联机（在线）方式下可以对与计算机建立通信关系的 PLC 直接进行各种操作，如上载、下载用户程序和组态数据等。 在编辑程序的过程中进行语法检查，可以避免一些语法错误和数据类型方面的错误。经语法检查后，梯形图中错误处的下方自动加红色波浪线，语句表的错误行前自动画上红色叉，且在错误处加上红色波浪线。 对用户程序进行文档管理，加密处理等。 设置 PLC 的工作方式、参数和运行监控等。 PLC 与计算机间的连接见图 3.2 图 3.2 PLC 与计算机间的连接 有关 STEP7-MICRO/WIN32 的详细介绍请参照 由于庆广编著清华大学出版社出版的可编程控制器原理及系统设计。第六章编程软件部分。 3.2 程序的流程图、构成和相关设置 3.2.1 流程图 流程图通常被称为逻辑流程图，这是种用逻辑框图表示 PLC 程序的执行过程，反映输入与输出的关系。逻辑流程图会使整个程序脉络清楚，便于分析控制程序，查找故障点及调 试程序和维修程序。有时对一个复杂的程序，直接用语句表和梯形图编程可能觉得难以下手，则可以先画出逻辑流程图，再为逻辑流程图的各个部分用语句表和梯形图编制 PLC 程序。 在这个控制系统中我主要做了正常运行，和强制停止两个运行过程，所以在这之前就要画出这两个运行状况的工作流程图，以便下一章的软件设计。 正常运行流程图 正常运行过程： nts攀枝花学院本科毕业设计 (论文 ) 3 全自动煮饭机控制系统程序设计和调试 13 1) 将进米量通过人数选择按钮设定 储米仓进米电磁阀开通时间 ，按下“启动”按钮，开始进米，达到设定时间，停止进米； 2) 进米停止两 s 后开始进水；当进 水达到设定高度时停止进水 ; 3) 进水停止两 s 后开始搅拌大米洗净； 4) 搅拌达到 60s 后停止搅拌 ,停止 2s 后开始排水； 5) 排水计时 60s 后停止排水，停止 2s； 6) 然后再进水，重复 (2) (4)步，如此循环 3 次； 7) 当完成搅拌过程后大米就通过洗米仓的排米电磁阀将大米送入煮米仓，等待 10s 后煮米仓开始进水 ; 8) 当水位达到设定高度时停止进水； 9) 当进水停止 2s 后煮米仓的电源开 ,开始煮饭。 正常运行流程图如图 3.1 所示。 强制停止流程图 强制运行过程： 1) 若按下“停止”按钮，洗米过程停止，即煮米仓电源，储米仓进米电磁阀，搅拌机，洗米仓进水电磁阀，煮米仓进水电磁阀全部闭合； 2) 前述过程完成后洗米仓排水阀打开，以便有可能的积水排除设备； 2) 若按下“停止”按钮，洗米仓进米电磁阀打开，以便大米进入煮米仓，利于将未加工大米取出。 强制停止流程图如图 3.2 所示。 3.2.2 程序的构成 此套控制系统的程序由一个主程序和两个子程序组成，主程序要完成正常运行，强制停止情况的判断，人数按钮设置的判断并决定执行下一步哪个程序。两个子程序分别执行全自动煮饭机在不同人数进餐的 情况下完成控制要求，他们控制流程完全一样，不同的只是参数设定不同。从而完成不同量的加工工作。在这个程序中带有中断程序，在正常情况下 PLC 将运行已经设置好的程序和参数（使用于机械一切都工作正常的情况下）。在强制停止情况下 PLC 将运行强制程序。 在这里要指出的是因为这个设计只是做理论上的毕业设计，加上现实中有些多限制条件，为了简便起见我在设计中只做了能设置两种进餐的情况的控制系统。 也就说如果按照现在的设计生产出产品来它只能选择两种大米加工量。而针对多种加工的选择情况我们是要在产品生产是通过软件来实现。这就是说 这套全自动煮饭机能根据用户需要设计出不同饭量加工选择，而用户需要多少种大米加工量的选择，只需添加多少个子程序即可。因为 STEP7-MICRO/WIN32 编程软件在一个一个设计好的应用软件当中是最多可以镶嵌 24 个子程序的，所以通过设置子程序nts攀枝花学院本科毕业设计 (论文 ) 3 全自动煮饭机控制系统程序设计和调试 14 的个数是基本能满足不同用户需要的。 图 3.1 正常运行流程图 nts攀枝花学院本科毕业设计 (论文 ) 3 全自动煮饭机控制系统程序设计和调试 15 图 3.2 强制停止流程图 3.2.3 程序的下载，安装和调试 将各输入 /输出端子和实际控制系统中的各种按钮、所需控制的外围设配正确连接，完成硬件的安装。 实际接线图可以参阅下章图 4.1。 在完成全自动煮饭机的硬件安装后就要进行它的软件设计。这也是这套控制系统设计的关键部分。在选择用西门子 S7-200 型 PLC 情况下，我们自然是选择西门子公司 为其生产的 PLC 而设计的编程软件 STEP7-MICRO/WIN32。应用软件编写后正常工作时程序存放在存储卡中，若要修改程序，先将 PLC 设定在 STOP 状态下，运行 STEP7-MICRO/WIN32 编程软件，打 开全自动煮饭机程序，即可在线调试，也可以用编辑器进行调试。nts攀枝花学院本科毕业设计 (论文 ) 4 全自动煮饭机控制系统 PLC 程序 16 4 全自动煮饭机控制系统 PLC 程序 本章主要介绍全自动煮饭机控制系统资源分配及程序设计。其中涉及到外围设备的选型，外围设备与 PLC 的连接等。这章是我这篇毕业设计一文中的关键章节，是我整个毕业设计的灵魂。 4.1 系统资源分配 4.1.1 数字量输入部分 在充分完成控制要求的情况下，这套全自动煮饭机的控制系统的输入有启动按钮完成系统的启动动作，停止按钮完成系统进入强制停止状态，人数选择按钮 1，人数选择按钮 2 即饭量的选择， 也是程序子程序的选择，搅拌仓水位浮球开关，煮饭仓水位浮球开关判断进水量。加起来共有 7 个输入点。 具体的输入分配如表 4.1 所示。 4.1.2 数字量输出部分 在充分完成控制要求的情况下，这套全自动煮饭机的控制系统需要控制的外部设备有储米仓进米电磁阀即储米仓道搅拌仓的通道，搅拌仓进米电磁阀即搅拌仓到煮饭仓的通道，搅拌仓进水电磁阀、搅拌仓排水电磁阀、搅拌机电源开关完成搅拌机的启停，煮饭仓进水电磁阀、煮饭仓电源开关完成主饭仓的开启。此外由于系统中要完成定时的开启功能，所以在外围设备中我加入了一个时钟模块。综上所述这 套控制系统就占用 8 个输出接口。 具体的输出分配如表 4.2 所示。 4.1.3 外围 设备选型 在 PLC 工程设计中，我们要实现控制要求，我们往往要选择许多具有特殊功能的外围设备。在当今工业相当发达的情况下，随着 PLC 的大量使用，针对 PLC控制系统的外围设备也越来越先进使用。当今外围设备十分丰富，为我们完成各种控制系统提供了一个十分便利的条件。在我这套全自动煮饭机的控制系统中涉及到的外围设备都是市面上十分普通和运用广泛的工业产品。如本设计中用到的电磁阀就有我国的 上海澳澎自控阀门 厂，余姚市欣盛阀门厂，温州市康赛特 自动控制阀门有限公司等多家生产和销售企业。因为在这之前我较少接触外围设备的选型，对不同的产品价格，性能及各种指标都不胜了解，而且本设计暂时还未涉及到实体的生产，所以不能准确定出设计中所选品种的型号，我只是通过网络根据大概产品的指标做出了初步选型。 设计中所需外围设备大略选型请见附录。 nts攀枝花学院本科毕业设计 (论文 ) 4 全自动煮饭机控制系统 PLC 程序 17 表 4.1 输入地址分配 表 4.2 输出地址分配 4.1.4 PLC 接线图 在工业生产中我们大多数的自动化工作者都是在做外围设备与 PLC 的连接工作，所以这是一个非常重要的环节。面对工厂艰苦复杂的工作环境，我们自动化工作者应具备 PLC 的基本知识， 了解控制系统的构成，更应具有胆大心细的工作作风和吃苦耐劳的精神。 这套全自动煮饭机因为控制系统的复杂程度不高，并没有过多外围设备需要与 PLC 相连，所以并不是很复杂。但要做到快速，正确相接还是需要自动化工作者具有一定的经验才能完成。 根据上述 I/O 划分我们可以按部就班的将外围设备与各种按钮与 PLC 的 I/O接口连接起来。需要注意的是 I/O 接口除了要连接外围设备
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