plc自动洗衣机

河南工业职业技术学院 1 前前 言言 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 本课程设计是 PLC 课程课堂教学的延伸和发展 是理论知识与工程实践之间的衔接 课 程设计的主要目的是通过某一生产设备的电气控制装置的设计实践 了解一般电气控制系统 设计过程 设计要求 应完成的工作内容和具体设计方法 通过设计也有助于复习 巩固以 往所学的知识 达到灵活应用的目的 设计必须满足生产设备和生产工艺的要求 因此 设 计之前必须了解设备的用途 结构 操作要求和工艺过程 在此过程中培养从事设计工作的 整体观念 课程设计应强调能力培养为主 在独立完成设计任务的同时 还要注意其他几方面能力的培 养与提高 如独立工作能力与创造力 综合运用专业及基础知识的能力 解决实际工程技术 问题的能力 查阅图书资料 产品手册和各种工具书的能力 工程绘图的能力 书写技术报 告和编制技术资料的能力 在专业知识与研究方法方面为日后的毕业设计乃至毕业后的工作 奠定良好的基础 河南工业职业技术学院 2 目目 录录 前前 言言 1 1 总体设计思路总体设计思路 3 2 S7 200 系列系列 PLC 基本知识基本知识 4 2 1 S7 200 系列 PLC 概述 4 2 2 扩展模块 4 2 3 S7 200 的编程元件 5 2 4 S7 200 的数据长度和编址方式 6 2 5 编程注意事项 6 2 6 梯形图设计方法 7 2 6 1 经验设计法 7 2 6 2 继电器电路移植法 7 2 6 3 顺序控制设计法 8 3 硬件设计硬件设计 11 3 1 PLC 选型及 11 3 2 I O 分配图 11 3 3 接线图 12 4 软件设计软件设计 13 4 1 顺序功能图 13 4 2 梯形图 14 5 工作原理工作原理 19 6 心得体会心得体会 20 7 参考资料参考资料 21 河南工业职业技术学院 3 1 总体设计思路总体设计思路 全自动洗衣机的过程包括启动 进水 洗涤 排水和脱水等功能 在实现控制过程中 各种采样信息都是通过控制中心进行各种判断 比较和选择 再经信息线路反馈给洗衣机各 控制执行机构 决定洗衣机的工作状态 如图 1 1 所示 由 PLC 控制洗衣机各种动作流程图 图图 1 1 控制流程图控制流程图 由上图可知 PLC 在系统中是处中心位置 水位开关是 PLC 的输入信号控制开关 进水 阀 排水阀和电机是洗衣机各种动作的执行机构 其中进水阀和排水阀由 PLC 给定信号来决 定其工作状态 电机的工作状态也由控制中心 PLC 给定信号来决定的 而电机的正反转状态 直接决定了洗衣机的洗涤状态和脱水状态 另外由于洗衣机工作过程是顺序过程 所以利用 PLC 机的控制系统是可行的 河南工业职业技术学院 4 2 S7 200系列系列PLC基本知识基本知识 2 1 S7 200系列系列PLC概述概述 西门子 S7 200 系列可编程控制器有 CPU21X 系列和 CPU22X 系列 其中 CPU22X 型可 编程控制器提供了 4 个不同的基本型号 常见的有 CPU221 CPU222 CPU224 和 CPU226 四种基本型号 其主要技术规范如表 2 1 所示 表表 2 12 1 S7 200CN CPU 主要技术规范主要技术规范 2 2 扩展模块扩展模块 扩展单元没有 CPU 作为基本单元输入 输出点数的扩充 只能与基本单元连接使用 不 能单独使用 连接时 CPU 模块放在最左侧 扩展模块用扁平电缆与左侧的模块相连 S7 200 的扩展模块包括数字量扩展模块 模拟量扩展模块 热电偶 热电阻扩展模块 通信 模块 称重模块 位置控制模块等 模拟量 数字量扩展模块分别如表 2 2 表 2 3 所示 表表 2 2 模拟量扩展模块模拟量扩展模块 型号型号点数点数 EM2314 路模拟量输入 EM2322 路模拟量输出 EM2354 路模拟量输入 1 路模拟量输出 表表 2 3 数字量扩展模块数字量扩展模块 河南工业职业技术学院 5 类型型号各组输入点数各组输出点数 EM221 24V DC 输入4 4 输入扩展模块 EM221 EM221 230V AC 输入8 点相互独立 EM222 24V DC 输出 4 4 EM222 继电器输出 4 4 输出扩展模块 EM222 EM222 230V AC 双向晶闸管输出 8 点相互独立 EM223 24V DC 输入 继电器输出 44 EM223 24V DC 输入 24VDC 输出 4 44 4 EM223 24V DC 输入 24VDC 输出 8 84 4 8 输入 输出 扩展模块 EM223 EM223 24V DC 输入 继电器输出 8 84 4 4 4 2 3 S7 200的编程元件的编程元件 1 输入过程映像寄存器 输入继电器 I 编号范围 I0 0 I15 7 功能 专门用来接收从外部开关发来的信号 2 输出映像寄存器 输出继电器 Q 编号范围 Q0 0 Q15 7 功能 专门用来将输出信号传送给外部负载 3 定时器 T 定时器的分类 按分辨率来分 有 1ms 10ms 100ms 三种定时器 按工作方式来分 有通电延时定时器 TON 断电延时型定时器 TOF 和保持型通电延时定时器 TONR 三种 定时时间 定时时间定时时间 预置值预置值 时基时基 4 位存储器 中间继电器 M 位存储器用来保存中间操作状态和控制信息 其作用相当于继电器控制电路中的中间继 电器 地址编号范围为 M0 0 M31 7 共 256 点 5 计数器 C 计数器的功能 用于累计计数输入端接收到的由断开到接通的脉冲个数 河南工业职业技术学院 6 计数器的编号 C0 C255 计数器的分类 加计数器 减计数器 加 减计数器 6 累加器 AC 累加器是用来暂存数据的寄存器 它可以用来存放运算数据 中间数据和结果 CPU 提 供了 4 个 32 位的累加器 其地址编号为 AC0 AC3 累加器的可用长度为 32 位 可采用字 节 字 双字的存取方式 按字节 字只能存取累加器的低 8 位或低 16 位 双字可以存取累 加器全部的 32 位 7 几个常用的特殊存储器 SM SM0 0 运行监视继电器 当 PLC 运行时 SM0 0 自动处于接通状态 当 PLC 停止运行时 SM0 0 处于断开状态 SM0 1 初始化脉冲 开机脉冲 SM0 4 周期为 1 分钟占空比为 50 的时钟脉冲 SM0 5 周期为 1 秒钟占空比为 50 的时钟脉冲 8 顺序控制继电器 S 顺序控制继电器是专门用于编制顺序控制程序的 通常与顺序控制继电器指令一起使用 以实现顺序功能图的编程 顺序控制继电器的地址编号范围为 S0 0 S31 7 2 4 S7 200的数据长度和编址方式的数据长度和编址方式 1 S7 200 的数据长度 S7 200 的数据可以按位 字节 字和双字存取 其中 1 个二进制数为 1 位 8 个相连的 二进制位为 1 个字节 B 2 个字节组成 1 个字 W 2 个字组成 1 个双字 D 2 S7 200 的编址方式 位编址 区域标志符 字节号 位号 如 I0 0 Q2 0 M1 2 等 字节编址 区域标志符 B 字节号 如 IB0 QB2 VB20 等 字编址 区域标志符 W 起始字节号 如 VW0 表示由 VB0 和 VB1 这 2 字节组成的字 双字编址 区域标志符 D 起始字节号 如 VD0 表示由 VB0 到 VB3 这 4 字节组成的双 字 2 5 编程注意事项编程注意事项 河南工业职业技术学院 7 1 触点不能放在线圈的右边 2 梯形图中不能出现输入继电器的线圈 3 输出线圈不能串联 但可以并联 4 除含跳转和子程序调用指令的程序以外 同一操作数的线圈只能使用一次 5 线圈不能直接与左母线相连 6 地址编号中不可以出现 XX 8 和 XX 9 7 定时器和计数器必须有设定值 8 立即输出和立即置位指令只能用于输出量 立即触点指令只能用于输入量 9 跳转指令和标号指令必须成对使用 2 6 梯形图设计方法梯形图设计方法 2 6 1 经验设计法经验设计法 经验设计法就是在一些典型电路的基础上 根据被控对象对控制系统的具体要求 不断 地修改和完善梯形图 有时需要多次反复地调试和修改梯形图 增加一些中间编程元件和触 点 最后才能得到一个较为满意的结果 这种方法没有普遍的规律可以遵循 具有很大的试 探性和随意性 最后的结果不是唯一的 设计所用的时间 设计的质量与设计者的经验有很 大的关系 所以把这种方法叫做经验设计法 2 6 2 继电器电路移植法继电器电路移植法 继电器电路移植法的一般步骤如下 1 认真研究继电器控制电路及有关资料 深入理解控制要求 2 对继电器控制电路中用到的低压电器进行分析 归纳 继电器电路图中的交流接触器 电磁阀 电磁铁 信号灯等执行机构一般用 PLC 的输出 继电器来控制 它们的线圈接在 PLC 的输出端 按钮 限位开关 转换开关 速度继电器等用来提供控制命令和反馈信号 它们的触点 接在 PLC 的输入端 一般使用常开触点 继电器电路中的中间继电器和时间继电器的功能用 PLC 内部的辅助继电器和定时器来完 成 它们与 PLC 的外部接线无关 热继电器的常闭触点接在 PLC 的输出端直接通断电源更为可靠 梯形图中不再考虑 3 分配 I O 地址 作出 PLC 的外部接线图 4 用 PLC 的软继电器符号和 I O 编号取代原继电器控制电路中的电气符号 画出草图 河南工业职业技术学院 8 5 整理梯形图 2 6 3 顺序控制设计法顺序控制设计法 1 顺序控制的定义 顺序控制是按照生产工艺预先规定的顺序 在各 个输入信号作用下 根据内部状态和时间的顺序 使 生产过程中的每个执行机构自动有步骤地进行操作 2 顺序控制设计法的步骤 分析理解系统的控制要求 确定 I O 地址及中间编程元件地址 画出顺序功能图 将顺序功能图转换成梯形图 3 顺序功能图的组成要素 顺序功能图有五个组成要素 即步 动作 转换 转换条件和有向连线 如图 2 1 所示 4 步的相关概念 将系统的一个工作周期划分为若干个顺序相连的阶段 这些阶段称为步 步是根据 PLC 输出量的状态划分的 只要系统的输出量状态发生变化 系统就从原来的步进入新的步 在 每一步内 PLC 各输出量状态均保持不变 但是相邻两步输出量总的状态是不同的 用矩形方 框表示步 方框中一般用位存储器或顺序控制继电器的地址来表示该步的编号 与系统的初 始状态相对应的步称为初始步 用双线框表示 系统正处于某一步所在的阶段时 该步处于 活动状态 称该步为 活动步 5 动作的画法 如果某一步有两个或多个动作 其画法如图 2 2 所示 图图 2 2 动作的画法动作的画法 图图 2 1 顺序功能图的组成顺序功能图的组成 河南工业职业技术学院 9 6 转换与转换条件 1 转换条件的表示方法 转换条件的表示方法如图 2 3 所示 图图 2 3 转换条件的表示方法转换条件的表示方法 2 转换实现的条件 该转换所有的前级步都是活动步 相应的转换条件得到满足 3 转换实现应完成的操作 使所有的后续步变为活动步 使所有的前级步变为不活动步 7 顺序功能图的基本结构 顺序功能图的基本结构有单序列 选择序列和并行序列 a 单序列单序列 b 选择序列选择序列 c 并行序列并行序列 图图 2 42 4 顺序功能图的基本结构顺序功能图的基本结构 8 绘制顺序功能图时的注意事项 两个步绝对不能直接相连 必须用一个转换将它们分隔开 河南工业职业技术学院 10 两个转换也不能直接相连 必须用一个步将它们分隔开 不要漏掉初始步 在顺序功能图中一般应有由步和有向连线组成的闭环 9 将顺序功能图转换成梯形图的方法 利用起保停方法 模板如图 2 54 所示 图图 2 52 5 起保停模板起保停模板 利用置位和复位指令 模板如图 2 6 所示 图图 2 62 6 置位置位 复位模板复位模板 利用顺序控制继电器指令 模板如图 2 7 所示 图图 2 72 7 顺序控制继电器指令模板顺序控制继电器指令模板 河南工业职业技术学院 11 3 硬件设计硬件设计 3 1 PLC选型选型及及 PLC 是一种用作数字控制的专用电子计算机 它根据用户给的指令 通过输入接口现场 采样信息执行逻辑或数值运算 再通过输出接口去控制各种执行机构动作 它主要由 CPU 存储器 I O 接口模板三部分 它是整体模块形式 由它作为洗衣机控制系统 在硬件设计 上就想虽简单点 通过对结构图的分析 可知全自动洗衣机的 I O 点不多 又有第二章里介 绍 S7 200 系列 CPU222 型号可以完全满足其要求 CPU222 型号有 14 个 I O 端口 根据输 入 输出口的总点数 考虑有适当的余量 采用西门子 S7 200 系列 CPU222 型号 PLC 可以 满足设计要求 3 2 I O分配图分配图 输入输出 名称符号地址名称符号地址 启动按钮SB1I0 0进水电磁阀控 制继电器 KM1Q0 0 低水位开关K1I0 1排水电磁阀控 制继电器 KM2Q0 1 高水位开关K2I0 2电动机脱水 正转 继电 器 KM3Q0 3 电动机反转继 电器 KM4Q0 4停止按钮SB2I0 3 报警蜂鸣器Q0 5 河南工业职业技术学院 12 3 3 接线图接线图 河南工业职业技术学院 13 4 软件设计软件设计 4 1 顺序功能图顺序功能图 河南工业职业技术学院 14 4 2 梯形图梯形图 河南工业职业技术学院 15 河南工业职业技术学院 16 河南工业职业技术学院 17 河南工业职业技术学院 18 河南工业职业技术学院 19 5 工作原理工作原理 接通电源后在 M0 0 以下的步都要复位 I0 3 是停止按钮 按下停止按钮后所有的正在运 行的都要停止 按下启动按钮 I0 0 M0 1 得电 Q0 0 得电进水阀打开开始进水 当水位达到 一定的高度后高水位开关 I0 2 闭合停止进水同时 M0 2 得电 I0 3 得电开始正转洗涤 同时 T37 定时 5 秒 定时时间到 T37 闭合 M0 3 得电同时 T38 定时实现一个三秒的暂停时间 暂 停时间到了 T38 闭合 M0 4 得电 Q0 4 得电开始反转 同时 T39 定时五秒时间到 T39 闭合 M0 5 得电用 T40 实现一个 3 秒的暂停同时 C0 对 T40 计数 这样反复的循环计数一百次后 M0 6 得电 同时 Q0 1 得电开始排水 当排水到低水位时 I0 1 触电断开 M0 7 Q0 3 Q0 1 T41 同时得电实现正转脱水 30 秒同时排水 同时 C1 对 T41 计数 当 C1 计数满三次后 C1 闭合 T41 闭合 M1 0 Q0 5 T42 得电实现定时报警十秒钟 定时时间到 自动切断电源洗涤停止 河南工业职业技术学院 20 6 心得体会心得体会 经过一周的奋战我的课程设计终于完成了 在没有做课程设计以前觉得课程 设计只是对这几年来所学知识的单纯总结 但是通过这次做课程设计发现自己的 看法有点太片面 课程设计不仅是对前面所学知识的一种检验 而且也是对自己 能力的一种提高 通过这次课程设计使我明白了自己原来知识还比较欠缺 自己 要学习的东西还太多 以前老是觉得自己什么东西都会 什么东西都懂 有点眼 高手低 通过这次课程设计 我才明白学习是一个长期积累的过程 在以后的工 作 生活中都应该不断的学习 努力提高自己知识和综合素质 在这次课程设计中也使我们的同学关系更进一步了 同学之间互相帮助 有 什么不懂的大家在一起商量 听