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四川交通大学plc全自动洗衣机控制系统设计,毕业设计
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四川交通 大学毕业设计 （论文） 第 1 页 摘 要 中文摘要： 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。 英文摘要 ： Abstract The graduation design introduces the programmable logic controller( PLC) and PLC to control the basic knowledge of the system, include PLC definition ,characteristics, arrange ,the technique target, basic structure, the work principle, the hardware knowledge and control of PLC the system related knowledge. The design adopt the PLC of the series of FX2N of the San Ling company, design an in brief control system of full-automatic washing machine .The full-automatic washing machine passes the programmable logic controller to carry out the wash process, save time labor-saving. nts四川交通 大学毕业设计 （论文） 第 2 页 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。 nts四川交通 大学毕业设计 （论文） 第 3 页 目录 摘要 1 目录 3第一章 绪论 4 1.1 概 论 4 1.1.1 PLC 的定义 4 1.2 PLC 的特点 4 1.2.1 高可靠性 5 1.2.2 应用灵活，使用方便 5 1.2.3 面向控制过程的编程语言，容易掌握 5 1.3 PLC 的分类 5 1.3.1 小型 PLC 5 1.3.2 中型 PLC 6 1.3.3 大型 PLC 6 1.4 PLC 的主要技术指标 6 1.4.1 存储器容量 6 1.4.2 输入 /输出点数 6 1.4.3 扫描时间 6 1.4.4 指令种类和数量 6 1.4.5 内部寄存的种类和数量 7 1.4.6 扩展能力 7 1.4.7 智能模块的种类和数量 7 第二章 PLC 的结构 8 2.1 PLC 的基本结构 8 2.2 整体式的结构 PLC 8 2.3 模块式结构的 PLC 8 2.4 PLC 各组成部分介绍 9 2.5 基本指令 10 第三章 PLC 的工作原理 11 3.1 循环扫描技术 11 3.2 PLC 的输入 /输出的响应时间 12 第四章 PLC 的控制系统设计原则和设计步骤 14 4.1 设计原则 14 4.2 设计步骤 14 第五章 PLC 的硬件知识 16 5.1 PLC 的模块介绍 16 5.2 FX2N PLC 的硬件系统构成 18 第六章 课程设计 PLC 全自动洗衣机控制系统设计 20 6.1 全自动洗衣机控制系统的设计要求 20 6.2 全自动洗衣机控制系统的 PLC 选型和资源配置 21 6.3 全自动洗衣机控制系统程序设计和调试 22 nts四川交通 大学毕业设计 （论文） 第 4 页 6.4 全自动洗衣机控制 PLC 程序 24 6.5 设计小结 32 第七章 参考文献 33 第一章 绪论 首先介绍一下可编程控制器（ PLC）和 PLC控制系统的基本知识，包括 PLC的产生和发展、特点、技术指标、基本结构、工作原理及 PLC 控制系统等相关知识。 1.1 概述 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。 1.1.1PLC 的定义 PLC自问世以来，尽管时间不长，但发展迅速。为了使其生产和发展标准化，国际电工委员会（ IEC）先后颁布了 PLC标准的草案第一、二、三稿，并在 1987年作了如下的定义：“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。它采用一类可编程控制器，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。可编程控制器及基有关外部设备，都应按易于与工业控制系统联成一个整体，易于扩充基其功能的原则设计的。”总之，可编程控制器是一台专为工业环境而设计的计算机，它是将传统的计算机技术、继电器技术和通信技术相融合而发展起来的一种新型的控制装置。在具体的国内工业应用中，由于它不是针对某一具体的工业应用，因此它的硬件应根据实际需要来进行配置，其软件则根据控制要求进行编写。 1 2 PLC的特点 PLC 是传统的继电器技术和计算机技术相结合 的产物，所以要工业控制方面，它具有继电器或通用计算机所无法比拟的特点。 nts四川交通 大学毕业设计 （论文） 第 5 页 1.2.1高可靠性 PLC 的高可靠性主要表现在硬件和软件两个方面：（ 1） 在硬件方面，由于采用性能优良的开关电源，并且对选用的器件进行严格的筛选，加上合理的系统结构，最后加固、简化安装，因此 PLC具有很强硬的抗振动冲击性能；无触点的半导体电路来完成大量的开关动作，就不会出现继电器系统中的器件老化、脱焊、触点电弧等问题；所有的输入 /输出接口都采用光电隔离措施，使外部电路和 PLC 内部电路能有效的进行隔离； PLC 模块式的结构，可以在其中一个模块 出现故障时迅速地判断出故障的模块并进行更换，这样就能尽量的缩短系统的维修时间。 （ 2） 在软件方面， PLC的监控定时器可用于监视执行用户程序的专用运行处理器的延迟，保证在程序出现错误和程序调试时，避免因程序错误而出现死循环；当 CPU、电池、 I/O口、通信等出现异常时， PLC的自诊断功能可以检测到这些错误，并采取相应的措施，以防止故障扩大；停电时，后电池和正常工作时一样，进行对用户程序及动态数据的保护，确保信息不丢失。 1.2.2应用灵活、使用方便 模块化的 PLC 设计，使用户能根据自己系统的大小、工艺流程 和控制要求等来选择自己所需要的 PLC模块并进行资源配置和 PLC 编程。这样，控制系统就不需要大量的硬件装置，用户只需根据控制需要设计 PLC 的硬件配置和 I/O的外部接线即可。 1.2.3面向控制过程的编程语言，容易掌握 PLC 的编程语言采用继电器控制电路的梯形图语言，清晰直观。虽然 PLC 是以微处理器为核心的控制装置，但是它不需要用户有很强的程序设计能力，只在用户具备一定的计算机软、硬件知识和电器控制方面的知识即可。 1 3 PLC 的分类 1.3.1小型 PLC 连接开关量 I/O模块、模拟量 I/O模块以及其它 各种特殊功能模块，能执行包括逻辑运算、计时、计数、算术运算、数 输入 /输出点数在 128点以下的 PLC称为小型 PLC。其特点是体积小、结构紧凑，它可以 据处理和传送、通信联网以及各种应用指令。 nts四川交通 大学毕业设计 （论文） 第 6 页 1.3.2中型 PLC 输入 /输出点数在 128-512 点之间的 PLC 称为中型 PLC。它除了具有小型机所能实现在功能外，还具有强在的网络通信功能、更丰富的指令系统、更大的内存容量和更快的扫描速度。 1.3.3大型 PLC 输入 /输出点数大于 512的 PLC 称为大型 PLC。它具有强大的软件硬件功能、自诊断功能、通信联网功能， 它可以构成三级通信网，实现工厂生产管理自动化。另外大型 PLC 还可以采用三 CPU构成表决式系统，使机器具有更高的可靠性。 1 4 PLC的主要技术指标 1.4.1存储器容量 存储器用来存储程序和系统参数等，其容量是由用户程序存储器和数据存储器组成的。程序存储器容量大小决定了用户所能编写程序的长度。一般中小型 PLC 的存储器容量在 16KB以下，大型的 PLC可达到 2MB 左右。 1.4.2输入 /输出点数 输入 /输出点数是指根据工业系统控制要求所得到的对应于 PLC 的输入 /输出端的个数。I/O 点数越多，说明需要控制的器 件和设备就越多。 1.4.3扫描时间 扫描时间是指 CPU内部根据用户程序，按逻辑顺序，从开始到结束扫描一次所需的时间。PLC 用户手册一般给出执行指令所用的时间。 1.4.4指令种类和数量 指令的种类和数量决定了用户编制程序的方式和 PLC的处理能力和控制能力。 nts四川交通 大学毕业设计 （论文） 第 7 页 1.4.5内部寄存的种类和数量 内部寄存器主要包括定时器、计数器、中间继电器、数据寄存器和特殊寄存器等。它们主要用来完成计时、技术、中间数据存储、数据存储还有其他一些功能。种类和数量越多， PLC的功能就越强大。 1.4.6扩展能力 PLC 扩展能力是指 PLC是否能具有 I/O 点数扩展、功能扩展、联网等一些功能。 1.4.7智能模块的种类和数量 智能模块是指能完成模拟量控制、远程控制以及通信等功能模块。智能模块种类和数量越多，说明 PLC 功能越强大。 nts四川交通 大学毕业设计 （论文） 第 8 页 第二章 PLC的结构和工作原理 2.1 PLC的基本结构 PLC 实质是一种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。根据结构形式的不同， PLC的基本结构分为整体式和模块式结构两类。 2.2 整体式结构的 PLC 整体式结构的 PLC由中央处理器（ CPU）、存储器、 I/O单元 、电源电路和通信端口等组成，并将这些组装在一起。基本结构框图如图 2-1所示。 中央处理器 系统总线 图 2-1 整体式结构 2.3 模块式结构的 PLC 模块式结构的 PLC 是将中央处理器（ CPU）、存储器、输入 /输出单元、电源电路和通信端口等分别做成相应的模块，应用时将这些模块根据要求插在机架上，各模块间通过机架上的总线想到联系。基本结构框图如 2-2所示 电源 输入 /输出单元 存储器 编程器 nts四川交通 大学毕业设计 （论文） 第 9 页 编程器 其他 PLC或上位机 现场设备 电源模块 CPU 模块 通信 模块 输入模块 输出模块 殊功功能模块 机 架 图 2-2 模块式结构 2.4 PLC各组成部分介绍 （ 1） 中央处理器 中央处理器（ CPU）是 PLC的核心部分，相当于 PLC的“大脑”。它通过系统总线与用户存储器、输入 /输出（ I/O）、通信端口等单元相连。通过制造厂家预制在系统存储器内部的系统程序完成各项任务。其主要功能是由编程器写入控制程序和数据到存储器、检验用户程序、从存储器上读取和执行程序，还可以进行 PLC 内部故障的诊断等 。 （ 2） 存储器 根据存储器存储内容的不同，我们把存储器分为系统程序存储器、用户程序存储器和数据存储器。 系统程序存储器：用来存入软件的存储器。系统程序相当于计算机操作系统，是 PLC 厂家根据选用的 CPU的指令系统编写的，并固化到 ROM里，用户不能修改其内容。 用户程序存储器：用来存放用户根据控制要求编制的程序。不同类型的 PLC，其存储容量也不一样。 数据存储器：用以存放 PLC运行中的各种数据的存储器。因为运行中数据不断变化，所以这种存储器必须可读写。 （ 3） 输入 /输出单元 输入 /输出单元是 PLC 与外部设备连 接的纽带。输入单元接收现场设备向 PLC 提供的开关量信号，经过处理后，变成 CPU 能够识别的信号。输出单元将 CPU的信号经处理后来控制外部设备的。 （ 4） 电源部分 不同型号的 PLC有不同的供电方式，所以 PLC电源的输入电压既有 12V 和 24V直流，又有nts四川交通 大学毕业设计 （论文） 第 10 页 110V 和 220V交流。 （ 5） 编程器 几乎每个 PLC 厂家都有自己的编程器，用户通过编程器来编写控制程序，并通过编程器接口将自己的控制程序输入到 PLC。它还可以在线检测程序的运行情况。在出现故障时，通过编程器可能很方便的找出错误。 （ 6） 特殊功能单元 主要包括模拟量 输入 /输出单元、远程 I/O 模块、通信模块、高速计数模块、中断输入模块和 PID调解模块等。随着 PLC 的进一步发展，特殊功能单元的应用也越来越多。 2.5 基本指令 2.5.1 LD/LDI 指令 ： LD 和 LDI 指令是连接在母线连接的触点 .表示操作开始 .LD 是常开触点 ,LDI 是常闭触点 . 2.5.2 AND/ANI指令 ： AND和 ANI指令是串联连接的触点 ,AND是常开触点 , ANI是常闭触点 . 2.5.3 OR/ORI指令 ： OR和 ORI 指令是并联连接的触点 ,执行逻辑 “ 或 ” 的功能 .OR是常开触点 ,ORI是常闭触点 . 2.5.4 OUT指令 ： OUT 指令执行逻辑输出的功能 ,条件成立时为 ON,条件不成立时为 OFF. 2.5.5 ANB/ORB 指令 ： ANB 完成支路间的串联的功能 ,用于执行支路之间 “ 于 ” 操作 ； ORB完成支路间的并联的功能 ,用于执行支路之间 “ 或 ” 操作 . 2.5.6 比较指令： CMP（ Compare）的功能指令编号为 FNC10， 16 位运算占 7 个程序步， 32位运算占 13 个程序步 . 2.5.7 传送指令 ： MOV 的功能号为 FNC12,它是将源操作数的内容传送目标操作数 . 2.5.8 四则逻辑运算指令 (1)二进制加法 指令 ADD ADD的功能号为 FNC20,它是将源操作数 S1和 S2中的 16位二进制数相加 ,然后运算结果传送到指定的目标操作数中 . (2) 二进制减指令 SUB SUB的功能号为 FNC21.它是将源操作数 S1和 S2中的 16位二进制数相减 ,然后运算结果传送到指定的目标操作数中 . (3) 二进制乘法指令 MUL MUL的功能号为 FNC22.它是将源操作数 S1和 S2中的 16位二进制数相乘 ,然后运算结果传送到指定的目标操作数为首地址的软元件中 . (4) 二进制除法指令 DIV nts四川交通 大学毕业设计 （论文） 第 11 页 DIV的功能号为 FNC22.它是将源操作数 S1和 S2中的 16位二进制数相除 ,然后运算结果传送到指定的目标操作数 D中 ,余数传送到 D+1中 . 第三章 PLC 的工作原理 PLC 的工作原理与继电器构成的控制装置一样，但是工作方式不太一样。继电器控制是并行运行方式，即如果输出线圈通电或断电，该线圈的触点立即动作。而 PLC则不同，它采用循环扫描技术，只有该线圈通电或断电，并且必须当程序扫描到该线圈时，该线圈触点才会动作。也可以说继电器控制装置是根据输入和逻辑控制结构就可以直接得到输出，而 PLC控制则需要输入传送、执行程序指令、输出 3个阶段才能完成控制过程 。 3.1 循环 扫描技术 PLC 采用循环扫描技术可以分为 3个阶段，输入阶段（将外部输入信号的状态传送到 PLC）、执行程序阶段和输出阶段（将输出信号传送到外部设备）。扫描过程如下图所示。 一个扫描周期 3.1.1输入阶段 在这个阶段中， PLC读取输入信号的状态和数据，并把它们存入相应的输入存储单元。 3.1.2执行程序阶段 在这个阶段中， PLC按照由上到下的次序逐步执行程序指令。从相应的输入存储单元读入信号的状态和数据，然后根据程序内部继电器、定时器、计数器数据存储器的状态和数据进行逻辑运算， 得到运算结果，并将这些结果存入相应的输出存储器单元。这一阶段执行完后，进入输出阶段。在这个程序执行中，输入信号的状态和数据保持不变。 输入阶段 程序执行阶段 程序执行阶段 输出阶段 程序执行阶段 输出阶段 输入阶段 nts四川交通 大学毕业设计 （论文） 第 12 页 3.1.3输出阶段 在这个阶段中， PLC将相应的输出存储单元的运算结果传送到输出模块上，并通过输出模块向外部设备传送输出信号，开始控制外部设备。 3.2PLC 的输入 /输出响应时间 I/O响应时间是指某一输入信号从变化开始到系统相关输出端信号的改变所需要的时间因为 PLC 的循环扫描工作方式，所以收到输入信号的时刻不同，响应时间的长短也不同。下面就给出了最短和最长响应时间。 最短响应时间：一个扫描周期刚结束就收到输入信号，即收到这个输入信号与开始下一个扫描周期同时，这样的响应时间最短。考虑到输入电路和输出电路的延时，所以最短响应时间应大于一个扫描周期。最短响应时间如下图所示。 输入 输出 一个扫描周期 | 最短响应时间 | 最长响应时间：在一个扫描更完成输入读取后才接到输入信号，这样这个输入 信号在该扫描周期将不会发生变化，要等到下个扫描周期才能得到响应。 这时响应时间最长如下图所示。 程序执行阶段 输入阶段 输入阶段 程序执行阶段 输出阶段 输出阶段 程序执行阶段 程序执行阶段 输入阶段 输出阶段 程序执行阶段 输入阶段 输出阶段 程序执行阶段 输入阶段 输出阶段 程序执行阶段 nts四川交通 大学毕业设计 （论文） 第 13 页 一个扫描周期 输入 输出 | 最 长 响 应 时 间 | nts四川交通 大学毕业设计 （论文） 第 14 页 第 四 章 PLC 控制系统设计原则和设计步骤 4.1 设计原则 PLC 控制系统是为工艺流程服务的，所以它首先要能很好的实现工艺提出的控制要求。 PLC控制系统的设计应遵循以下原则： （ 1） 根据工艺流程进行设计，力求设计出来的控制系统能最大限度满足控制要求。 （ 2） 在满足控制要求的前题下，尽量减少 PLC系统硬件费用。 （ 3） 考虑到以后控制要求的变化，所以控制系统 设计时应考虑到 PLC 的可扩展性。 （ 4） 控制系统使用和维护方便、安全可靠。 4.2 设计步骤 一般 PLC控制系统的设计步骤如图 1-3所示，具体操作如下： （ 1）控制要求分析 在设计 PLC 控制系统之前，必须对工艺流程进行细致的分析，详细了解控制对象和控制要求，这样才能真正明白自己要完成的任务，设计出令人满意的控制系统。 （ 2）确定 I/O设备 根据控制要求选择合理的输入设备（控制按钮、开关、传感器等）和输出设备（接触器、继电器等）。并根据选用的输入 /输出设备的类型和数量，确定 PLC的 I/O点数。 （ 3）选择合适的 PLC 确定 PLC 的点数后，就根据 I/O 点数、控制要求等来进行 PLC 的选择。选择包括机型、存储器容量、输入 /输出模块、电源模块和智能模块等。 （ 4） PLC程序设计 本阶段就是根据控制对象和控制要求对 PLC进行编程。首先把工艺流程分为若干阶段，确定每一阶段的输入信号和输出要控制的设备，还有不同阶段之间的关系，然后画出程序流程图，最后再进行程序编制。 （ 5） I/O 点数分配 点数分配就是 PLC的 I/O端子和输入 /输出设备的对应关系，画出 I/O 接线原理图。 （ 6）模拟调试 程序编制好后，可以 用按钮和开关模拟数字量，电压源和电流源代替模拟量，进行模拟调试，使控制程序基本满足控制要求。 nts四川交通 大学毕业设计 （论文） 第 15 页 （ 7）现场联机调试 现场联机调试就是将 PLC 与现场设备进行调试。在这一步中可以发现程序存在的实际问题，然后经过修正后使其满足控制要求。 （ 8）整理技术文件 这一步主要包括整理与设计有关的文档，包括设计说明书、 I/O 接线原理图、程序清单和使用说明书等 。 开始设计 控制要求分析 确定 I/O设备 选择合适的 PLC I/O 点数分配 PLC 程序设计 模拟调试 现场联机调 试 整理技术文件 设计结束 图 4-1 设计步骤示意图 nts四川交通 大学毕业设计 （论文） 第 16 页 第五章 PLC的硬件知识 本章主要介绍 PLC的各种硬件模块，以及 PLC硬件系统配置的相关知识。通过本章的介绍，可以了解 PLC 的硬件知识，并知道如何在实际中应用这些模块。由于本次毕业设计应用的是三菱系统，因此，只介绍三菱 FX2N的相关知识。 5 1 PLC的模块介绍 5.1.1 CPU模块 CPU 模块是 PLC控制系统的核心，它控制着整个 PLC控制系统的有序运行。 PLC 控制系统中， PLC程序的输入和 执行、 PLC之间或 PLC与上机之间的通信、接收现场设备的状态和数据都离不开该模块。 CPU模块还可以进行自我诊断，即当电源、存储器、输入 /输出端子、通信等出故障时，它可以给出相应的指示或做出相应的动作。 图 5-1 三菱 FX2N CPU的模块面板示意图 三菱 FX2N 包括多种型号的 CPU，它们的主要性能指标除了在外形尺寸和本机自带 I/O 点数有些不同外，其它性能基本相同，如表 5-1所示。 表 5-1 三菱 FX2N CPU主要性能指标 项目 性能指标 程序存储器容量 8000步内置，使用附加存储器盒可扩展到 16000步 I/O点数 256点 nts四川交通 大学毕业设计 （论文） 第 17 页 内部继电器 3072点 定时器 256点 一般计数器 235点 指令数目 基本顺序指令： 27 种 步进梯形指令： 2种 应用指令： 28种 指令处理速度 基本指令： 0.08us/指令 应用指令： 1.52至几百 us/指令 5.1.2切换开关 PLC 的方式开关有两种，一各是 RUN/STOP开关，它只有 RUN和 STOP两种方式， 示意图如图 5-2所示。三菱 FX2N CPU 的方 式切换开关属于这一种。 图 5-2 RUN/STOP 开关 （ 1） RUN 方式 将 CPU 面板上的钥匙开关转到 RUN位置，则强制性地实行 RUN，进行 I/O 扫描并将程序的执行结果输出。如果程序上有错误，则不实行 RUN。在该方式，通过编程器或通信上的程序指令无效。 （ 2） STOP 方式 将 CPU 面板上的钥匙开关转到 STOP位置，则强制性地进入 STOP 方式，全部 OFF。在该方式时，通过编程器或通信的程序指令无效。 5.1.3指示灯 CPU模块面板有一些 指示灯 ,其作用分别如下： PWR PLC电源指示 RUN PLC运行指示 BATT 电池电量不足时灯亮 nts四川交通 大学毕业设计 （论文） 第 18 页 COMM PLC之间通信、与上位机之间通信，以及与编程器通信时灯亮 I/O I/O模块发生异常时灯亮 ERROR CPU出错时灯亮 不同的可编程控制器 CPU模块的指示灯的数量不同，指示功能也不同，以上只是对一些常用的指示灯做简单的介绍。 5.1.4存储器 存储器用来存放程序、工作状态数据等。存储器种类通常有 RAM、 EPROM和 EPROM，其中EPROM 最为常用。三种类型的存储器的特点分 别如下： RAM 可以读写， PLC断电后，需要用专用电池保持 RAM 中的信息 EPROM 采用 EPROM，程序需要用写入器写入 EPROM 和 RAM 一样，可以读写两用，并且 PLC 断电后不需要电池也可以保持存储器内的信息。 三菱公司 FX2N 存储器如表 5-3所示： 表 5-3 三菱公司 FX2N存储器产品 型号 容量 存储器类型 FX-RAM-8 可扩展到 16000步 RAM FX- EPROM-4 可扩展到 4000步 EPROM FX- EPROM-8 可扩展到 8000步 EPROM FX- EPROM-16 可扩展到 16000步 EPROM FX-EPROM-4 可扩展到 16000步 EPROM 5.2 FX2N PLC的硬件系统构成 5.2.1 FX2N PLC的硬件系统构成 FX2N 是模块化的 PLC，它主要由 CPU模块、特殊适配器、扩展 I/O模块和特殊功能扩展模块构成。 （ 1） CPU模块 该模块主要包括 CPU、电源和 I/O 点三部分。 CPU 主要负责程序的运行等工作；模块的电源不仅向 CPU 供电，还要满足与 CPU模块相连的其他模块的用电需求；该模块本身自带一定数量的开关量 I/O点 ，如果能够满足控制要求，则可以不再需要开关量模块。 nts四川交通 大学毕业设计 （论文） 第 19 页 （ 2）特殊适配器 特殊适配器用来将 FX 系列的扩展设备连接到 FX2N系列上的 PLC上。 （ 3）扩展模块 由于 CPU模块本身的 I/O点非常有限、而且先模拟量 I/O 点，所以有时需要数字量 I/O模块、模拟量 I/O模块等一些特殊功能模块。 5.2.2 FX2N PLC 的硬件系统配置 FX2N PLC 不需要专用的基架，可以直接安装在导轨上。模块之间通过专用的扩展电缆进行连接。硬件系统配置方式如图 5-4所示。 图 5-4 FX2N 硬件系统配置图 nts四川交通 大学毕业设计 （论文） 第 20 页 第 六 章课题设计 PLC 全自动洗衣机控制系统设计 6.1全自动洗衣机 控制系统 的控制要求 6.1.1全自动洗衣机的工作原理 普通 洗衣机的工作流程示意图如图 6-1所示 开始 进水 洗衣 排水 脱水 结束 图 6-1 普通洗衣机工作流程图 洗衣机的工作流程由进水、洗衣、排水和脱水 4个过程组成。在半自动洗衣机中，着四个过程分别用相应的按钮开关来控制。全自动洗衣机中，这 4个过程可做到 全自动依次运行，直至洗衣结束。 自动洗衣机的进水、洗衣、排水和脱水是通过水位开关、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。水位开关用来控制进水到洗衣机内高、中、低水位；电磁进水阀起着通 /断水源的作用。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；洗衣时，洗涤电动机启动；脱水时，脱水桶启动。 6.1.2设备控制要求 全自动洗衣机控制系统的要求是能实现“正常运行”和“强制停止”两种控制方式。 1.正常运行 nts四川交通 大学毕业设计 （论文） 第 21 页 “正常运行”方式具体控制要求如下： （ 1）将水位通过水位选择开关设在 合适的位置（高、中、低），按下“启动”按扭，开始进水，达到设定的水位（高、中、低）后，停止进水； （ 2） 进水停止 2s 后开始洗衣； （ 3）洗衣时，正转 20s，停 2s，然后反转 20s，停 2s； （ 4）如此循环共 5次，总共 220s后开始排水，排空后脱水 30s； （ 5）然后再进水，重复（ 1）（ 4）步，如此循环共三次； （ 6）洗衣过程完成，报警 3s 并自动停机。 2.强制停止 “强制停止”方式具体控制要求如下： （ 1）若按下“停止”按扭，洗衣过程停止，即洗涤电机和脱水桶转、进水电磁阀和排水电磁阀全部闭合； （ 2）可用 手动排水开关和手动脱水开关进行手动排水和脱水。 6.2全自动洗衣机 控制系统的 PLC 选型和资源配置 6.2.1 控制系统构成图 1.控制系统图 展开系统图如图 6-2所 脱水桶洗涤电动机电磁排水阀电磁进水阀水 位 检 测 设 备 （ 高 中 低 ）水 位 选 择 （ 高 中 低 ）手动脱水开关手动排水开水停止按扭启动按扭nts四川交通 大学毕业设计 （论文） 第 22 页 图 6-2全自动洗衣机控制系统图 2.PLC 框架配置图 全自动洗衣机控制采用三菱公司 FX2N系列 PLC。 PLC框架配置如图 6-3所示。 FX2N- E2PROM-16C P U 模 块3.I/O 地址分配 由 于 CPU模块有 16 点数字量输入，有 16 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是 X0 X15， 输出端子对应的输出地址是 Y0 Y11。 6.2.2模块功能概述 CPU 模块采用三菱公司的 FX2N-32MR-001模块，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 16 个数字量输入点和 16 个数字量输出点，完全能满足全自动洗衣机控制系统的要求，所 以不再需要另外的电源模块、数字量输入和输出模块。 6.3 全自动洗衣机控制系统程序设计和调试 6.3.1 编程软件 编程软件采用三菱公司为其生产的 PLC而设计的编程软件 GX-Developer。 6.3.2 程序的流程图、构成 和相关设置 1.流程图 （ 1） 正常运行流程图 正常运行流程图 如图 6-4所示。nts四川交通 大学毕业设计 （论文） 第 23 页 结 束记 时 3 秒否洗衣报警是否洗 衣 过 程 运 行 3 次是记 时 3 0 秒否脱 水是水是否排完否排 水是否洗 衣 5 次是否记 时 2 0 秒反转洗衣是记 时 2 0 秒否正转洗衣是否记 时 2 秒停止进水是水位到设定水位否进 水是按启动按扭 是 设定水位开 始 图 6-4 正常运行流程图 （ 2）强制停止 流程图 nts四川交通 大学毕业设计 （论文） 第 24 页 强制停止 流程图 如图 6-5所示。排 水是打开手动排水开关否脱 水是打开受动脱水开关否洗涤电机和脱水桶停止转动进 水 和 排 水 电 磁 阀 闭 和是否按停止按扭正常运行结 束开 始 图 6-5 强制停止 流程图 3.程序的下载、安装和调试 将 各个输入 /输出端子和实际控制系统中的按扭、所需控制设备正确连接，完成硬件的安装。全自动洗衣机程序是有 GX-Developer 软件的指令完成，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 GX-Developer编程软件，打开全自动洗衣机程序，即可在线调试，也可用编程器进行调试。 6.4全自动洗衣机控制 系统 PLC 程序 6.4.1系统资源分配 1.数字量输入部分 这个控制系统的输入有启动按扭、停止按扭、水位选择开关（高水位、中水位、低水位）、手动排水开关、自动排水开关、高水位浮球开关、低水位浮球开关、水排空浮球开关共 11个输入 点。具体的输入分配如表 6-6所示。 nts四川交通 大学毕业设计 （论文） 第 25
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