電氣控制與可編程控制器課程設(shè)計--全自動洗衣機

1、<p><b>　　1.任務(wù)描述</b></p><p>　　全自動洗衣機的洗衣桶和脫水桶是以同一中心安放的。外桶固定，作盛水用。內(nèi)桶可以旋轉(zhuǎn)，作脫水（甩干）用。內(nèi)桶的四周有很多小孔，使內(nèi)/外桶的水流相通。</p><p>　　該種洗衣機的進(jìn)水和排水分別由進(jìn)水電磁閥和排水電子閥來執(zhí)行。進(jìn)水時，通過電控系統(tǒng)時進(jìn)水閥打開，將水由外桶排到機外。洗滌正轉(zhuǎn)，反轉(zhuǎn)由洗滌

2、電動機驅(qū)動波盤正，反轉(zhuǎn)來實現(xiàn)，此時脫水桶并不旋轉(zhuǎn)。脫水時，通過電控系統(tǒng)將離合器合上，由洗滌電動機帶動內(nèi)桶正轉(zhuǎn)進(jìn)行甩干。高，低，中水位開關(guān)分別用來檢測高，低，中水位。啟動按鈕用來啟動洗衣機工作。停止按鈕用來實現(xiàn)手動排水（不脫水）和手動脫水（不計數(shù)）。</p><p>　　2.控制順序要求： </p><p>　　按下啟動按鈕及水位選擇開關(guān)，開始進(jìn)水直到高（中，低）水位開

3、關(guān)，關(guān)水。</p><p><b>　　2秒后開始洗滌</b></p><p>　　洗滌時，正轉(zhuǎn)30秒，停2秒，然后反轉(zhuǎn)30秒，停2秒</p><p>　　如此循環(huán)5次，總共320秒后開始排水，排空后30脫水30秒</p><p>　　開始清洗，重復(fù)（1）~（4），清洗兩遍</p><p>　　清

4、洗完成，報警3秒并自動停機</p><p>　　若按下停車按鈕，可手動排水（不脫水）和手動脫水（不計數(shù)）</p><p><b>　　摘 要</b></p><p>　　可編程控制器(PLC)是以計算機技術(shù)為核心的通用自動化控制裝置,它的功能性強,可靠性高,編程簡單,使用方便,體積小巧,近年來在工業(yè)生產(chǎn)中得到廣泛的應(yīng)用,被譽為當(dāng)代工業(yè)自動化主要

5、支柱之一。</p><p>　　在現(xiàn)代的社會，全自動洗衣機進(jìn)入各個家庭，本文介紹了PLC用于全自動洗衣機的控制系統(tǒng)，其可改進(jìn)現(xiàn)有技術(shù)的不足，簡化結(jié)構(gòu)，有利于降低成本和提高可靠性。</p><p>　　關(guān)鍵詞：全自動洗衣機；PLC；可編程控制器；</p><p><b>　　目 錄</b></p><p><b&g

6、t;　　第一章 概述1</b></p><p>　　1.1課題研究的背景3</p><p>　　1.2課題研究的意義3</p><p>　　第二章 PCL的系統(tǒng)設(shè)計5</p><p>　　2.1PLC的發(fā)展概況和方向5</p><p>　　2.2PLC的選型6</p><p&

7、gt;　　2.2.1 FX2N的功能介紹14</p><p>　　2.2.2 FX2N的規(guī)格型號14</p><p>　　2.2.3 FX2N的硬件系統(tǒng)構(gòu)成17</p><p>　　2.3 I/O分配表17</p><p>　　2.4 PCL的接線圖18</p><p>　　2.5控制流程圖19</p

8、><p><b>　　2.6梯形圖21</b></p><p>　　2.7 仿真圖24</p><p>　　2.7.1仿真結(jié)果25</p><p><b>　　主電路圖：28</b></p><p><b>　　設(shè)計小結(jié)29</b></p&g

9、t;<p><b>　　第一章 概述</b></p><p>　　從古到今，洗衣服都是一項難于逃避的家務(wù)勞動，在洗衣機出現(xiàn)以前，這項勞動并不像田園詩描繪的那樣充滿樂趣、手搓、腳踩、棒擊、沖刷、摔打。這些不斷重復(fù)的簡單的體力勞動，留給人的感受常常是辛苦勞累。</p><p>　　1874年，“手洗時代”受到了前所未有的挑戰(zhàn)——美國人比爾·布萊克斯

10、發(fā)明了木制手搖洗衣機。</p><p>　　1880年，美國又出現(xiàn)了蒸汽洗衣機，蒸汽動力開始取代人力。之后，水力洗衣機，內(nèi)燃機洗衣機也相繼出現(xiàn)。</p><p>　　1911年，美國試制成功世界上第一臺電動洗衣機，標(biāo)志著人類家務(wù)勞動自動化的開端。</p><p>　　1922年，電動洗衣機迎來一種嶄新的洗衣方式——攪拌式。攪拌式洗衣機由美國瑪依塔格公司研制成功。&l

11、t;/p><p>　　70年代后期，微電腦控制的全自動洗衣機出現(xiàn)引領(lǐng)新的發(fā)展方向，讓人耳目一新。</p><p>　　90年代，由于電動機調(diào)速技術(shù)的提高，洗衣機實現(xiàn)了較寬范圍的轉(zhuǎn)速變換與調(diào)節(jié)，誕生了許多新水流洗衣機。</p><p>　　全自動洗衣機其特點是能自動完成洗滌，漂洗和脫水的轉(zhuǎn)換，整個過程不需要人工操作。這類洗衣機均采用套筒式結(jié)構(gòu)，其進(jìn)水，排水都采用電磁閥，由

12、程序控制器按人們預(yù)先設(shè)計好的程序不斷發(fā)出指令，驅(qū)動各執(zhí)行器件動作，整個洗衣過程自動完成。所用的程序控制器可分為電動機驅(qū)動式和單片機式。從控制方式的發(fā)展階段上分：</p><p>　　全自動洗衣機可分為兩大類：</p><p>　　第一類電動控制洗衣機，它的程序控制器由電動元件組成。</p><p>　　第二類是電腦控制洗衣機，它的程序控制器由微型計算機組成。電動控制

13、全自動洗衣機是較早出現(xiàn)的自動控制類家用電器，其產(chǎn)品類型還屬于傳統(tǒng)的機械產(chǎn)品，是自動控制的初級階段。隨著計算機的及微電子技術(shù)的發(fā)展，自動控制系統(tǒng)正在逐步實現(xiàn)硬件化。因此，電動控制洗衣機將逐步退出家電舞臺。</p><p>　　可編程控制器是一種數(shù)字運算操作的電子系統(tǒng), 專為在工業(yè)環(huán)境下應(yīng)用而設(shè)計。它采用可編程序的存貯器, 用來在其內(nèi)部存貯執(zhí)行邏輯運算、順序控制、定時、計數(shù)和算術(shù)運算等操作的指令, 并通過數(shù)字的、模擬

14、的輸入和輸出, 控制各種類型的機械或生產(chǎn)過程. 可編程序控制器及其有關(guān)設(shè)備, 都應(yīng)按易于與各種控制系統(tǒng)形成一個整體,易于擴充其功能的原則設(shè)計。</p><p>　　本設(shè)計基于 PLC 的全自動洗衣機控制，本文的課題源于市場上洗衣機產(chǎn)品。 采用 PLC 控制開發(fā)的周期短，開發(fā)成本低，可以直接用于工業(yè)現(xiàn)場控制。PLC 控制具有實時性、信號處理時間短、速度快、更能滿足各個領(lǐng)域大、中、小型工業(yè)控制項目，可靠性高，豐富的

15、I/O 卡件，質(zhì)優(yōu)價廉，性價比高，安裝簡單，維修方便，PLC 控制能在高粉塵、高噪聲、強電磁干擾和溫度變化劇烈的環(huán)境下正常工作。 因為它是整體模塊，集中了驅(qū)動電路、檢測電路和保護(hù)電路以及通訊聯(lián)網(wǎng)功能，所以在使用中，硬件相對簡單，編程語言也相對簡單，并且測試容易，維修方便，更可以提高控制系統(tǒng)設(shè)計的靈活性及控制系統(tǒng)的可靠性。本設(shè)計以操作簡單、使用可靠、維護(hù)修理方便作為主要設(shè)計方向。</p><p>　　1.1課題研究

16、的背景</p><p>　　從古至今洗衣服都是一項難于逃避的家務(wù)勞動。隨著時代的進(jìn)步手搖洗衣機、蒸汽洗衣機、內(nèi)燃機洗衣機相繼出現(xiàn)到了20世紀(jì)末電動洗衣機已走進(jìn)千家萬戶解放了人們的雙手。隨著科技的迅速發(fā)展微電腦控制的全自動洗衣機的出現(xiàn)引領(lǐng)了新的發(fā)展方向使洗衣更加智能化。全自動洗衣機的特點是能自動完成洗滌漂洗和脫水的轉(zhuǎn)換整個過程不需要人工操作。這類洗衣機均采用套筒式結(jié)構(gòu)其進(jìn)水排水都采用電磁閥由程序控制器按人們預(yù)先設(shè)計

17、好的程序不斷發(fā)出指令驅(qū)動各執(zhí)行器件動作整個洗衣過程自動完成。 </p><p>　　1.2課題研究的意義</p><p>　　本設(shè)計主要著重于全自動洗衣機的控制，要求洗衣機能實現(xiàn)進(jìn)水、洗滌、排水、脫水、報警，所采用的控制方法操作簡單、穩(wěn)定可靠、維護(hù)與維修方便。控制方法確定后投入生產(chǎn)要縮短控制系統(tǒng)的設(shè)計的時間、調(diào)試周期，且要降低成本。傳統(tǒng)的洗衣機采用繼電器控制的優(yōu)點是裝置結(jié)構(gòu)簡單、價格便宜、

18、抗干擾能力強。但是，這也是隨之帶來的一些問題，如絕大多數(shù)控制繼電器都是長期磨損和疲勞工作條件下進(jìn)行的，容易損壞，而且繼電器的觸點容易產(chǎn)生電弧，甚至?xí)墼谝黄甬a(chǎn)生誤操作，引起嚴(yán)重的后果。在全負(fù)荷運載的情況下，大的繼電器將產(chǎn)生大量的熱及噪聲，同時也消耗了大量的電能。并且繼電器控制系統(tǒng)必須是手工接線、安裝，如果有簡單的改動，也需要花費大量時間及人力和物力去改制、安裝和調(diào)試。這種電路接線多，只適用于小型的控制電路。</p><

19、;p>　　采用 PLC 控制比繼電器控制好的多，我們采用 PLC 來控制。 </p><p>　?。?） 可靠性高，抗干擾能力強，高可靠性是電氣控制設(shè)備的關(guān)鍵性能。PLC 由于采用現(xiàn)代大規(guī)模集成電路技術(shù)，采用嚴(yán)格的生產(chǎn)工藝制造，內(nèi)部電路采取了先進(jìn)的抗干擾技術(shù)，具有很高的可靠性。</p><p>　?。?） 配套齊全，功能完善，適用性強 PLC 發(fā)展到今天，已經(jīng)形成了大、中、小各種規(guī)模

20、的系列化產(chǎn)品?？梢杂糜诟鞣N規(guī)模的工業(yè)控制場合。</p><p>　?。?） 易學(xué)易用，深受工程技術(shù)人員歡迎 PLC 作為通用工業(yè)控制計算機，是面向工礦企業(yè)的工控設(shè)備。</p><p>　?。?） 系統(tǒng)的設(shè)計、建造工作量小，維護(hù)方便，容易改造，PLC 用存儲邏輯代替接線邏輯，大大減少了控制設(shè)備外部的接線，使控制系統(tǒng)設(shè)計及建造的周期大為縮短，同時維護(hù)也變得容易起來。更重要的是使同一設(shè)備經(jīng)過改

21、變程序改變生產(chǎn)過程成為可能。這很適合多品種、小批量的生產(chǎn)場合。</p><p>　?。?） 體積小，重量輕，能耗低，由于體積小很容易裝入機械內(nèi)部，是實現(xiàn)機電一體化的理想控制設(shè)備。</p><p>　　第二章 PCL的系統(tǒng)設(shè)計</p><p>　　2.1PLC的發(fā)展概況和方向</p><p>　　1） PLC 的發(fā)展概況</p>

22、<p>　　PLC 自 1969 年問世以來，經(jīng)過 40 多年的發(fā)展，在美、德、日等工業(yè)發(fā)達(dá)國家已成為重要的產(chǎn)業(yè)之一。世界總銷售額不斷上升、生產(chǎn)廠家不斷涌現(xiàn)、品種不斷翻新。產(chǎn)量產(chǎn)值大幅度上升而價格則不斷下降。世界上 PLC 產(chǎn)品可按地域分成三大流派：一個流派是美國產(chǎn)品，一個流派是歐洲產(chǎn)品，一個流派是日本產(chǎn)品。美國和歐洲的 PLC 技術(shù)是在相互隔離情況下獨立研究開發(fā)的，因此美國和歐洲的 PLC 產(chǎn)品有明顯的差異性。而日本的 PL

23、C 技術(shù)是由美國引進(jìn)的，對美國的 PLC 產(chǎn)品有一定的繼承性，但日本的主推產(chǎn)品定位在小型 PLC 上。美國和歐洲以大中型 PLC 而聞名，而日本則以小型</p><p>　　PLC 著稱[5]。目前，世界上有 200 多個廠家生產(chǎn) PLC，較有名的：</p><p>　　美國：通用電氣、莫迪康公司；</p><p>　　日本：三菱、富士、歐姆龍、松下電工等；<

24、/p><p><b>　　德國：西門子公司；</b></p><p><b>　　法國：施耐德公司；</b></p><p>　　韓國：三星、LG 公司等。</p><p>　?。?） PLC 的發(fā)展方向</p><p>　　目前，國外 PLC 制造商不斷推出新產(chǎn)品。西門子最初推

25、出 S5 系列，然后推出 S7 系列；三菱開始是 F 系列，F(xiàn)X 系列，現(xiàn)在是 A 系列（A1、A2、A2X）。大趨勢是功能越來越多，集成度越來越高，網(wǎng)絡(luò)功能越來越強。特別是網(wǎng)絡(luò)，因為聯(lián)網(wǎng)是一個大潮流。</p><p>　?、?產(chǎn)品規(guī)模向大、小兩個方向發(fā)展。 </p><p>　　大：I/O 點數(shù)達(dá) 14336 點、32 位為微處理器、多 CPU 并行工作、大容量存儲器、掃描速度高速化。

26、</p><p>　　小：由整體結(jié)構(gòu)向小型模塊化結(jié)構(gòu)發(fā)展，增加了配置的靈活性，降低了成本。</p><p>　　② PLC 在閉環(huán)過程控制中應(yīng)用日益廣泛。</p><p>　　③ 不斷加強通訊功能。</p><p>　?、?新器件和模塊不斷推出。</p><p>　　高檔的 PLC 除了主要采用 CPU 以提高處

27、理速度外，還有帶處理器的 EPROM 或 RAM 的智能 I/O模塊、高速計數(shù)模塊、遠(yuǎn)程 I/O 模塊等專用化模塊。</p><p>　?、?編程工具豐富多樣，功能不斷提高，編程語言趨向標(biāo)準(zhǔn)化。有各種簡單或復(fù)雜的編程器及編程軟件，采用梯形圖、功能圖、語句表等編程語言，亦有高檔的 PLC 指令系統(tǒng)。</p><p>　?、?發(fā)展容錯技術(shù)。</p><p>　　采用

28、熱備用或并行工作、多數(shù)表決的工作方式。</p><p>　?、?追求軟硬件的標(biāo)準(zhǔn)化。</p><p><b>　　2.2PLC的選型</b></p><p>　　輸入輸出(I/O)點數(shù)的估算</p><p>　　I/O 點數(shù)估算時應(yīng)考慮適當(dāng)?shù)挠嗔?，通常根?jù)統(tǒng)計的輸入輸出點數(shù)，再增加 10%～20%的可擴展。</p

29、><p>　　（2） 存儲器容量的估算</p><p>　　存儲器容量是可編程序控制器本身能提供的硬件存儲單元大小，程序容量是存儲器中用戶應(yīng)用項目使用的存儲單元的大小，因此程序容量小于存儲器容量。設(shè)計階段，由于用戶應(yīng)用程序還未編制，因此，程序容量在設(shè)計階段是未知的，需在程序調(diào)試之后才知道。為了設(shè)計選型時能對程序容量有一定估算，通常采用存儲器容量的估算來替代。存儲器內(nèi)存容量的估算沒有固定的公式，

30、許多文獻(xiàn)資料中給出了不同公式，大體上都是按數(shù)字量 I/O 點數(shù)的 10～15 倍，加上模擬 I/O 點數(shù)的 100 倍，以此數(shù)為內(nèi)存的總字?jǐn)?shù)（16 位為一個字），另外再按此數(shù)的 25%考慮余量。</p><p>　?。?） 控制功能的選擇</p><p>　　該選擇包括運算功能、控制功能、通信功能、編程功能、診斷功能和處理速度等特性的選擇。</p><p><

31、b>　?、?運算功能</b></p><p>　　簡單 PLC 的運算功能包括邏輯運算、計時和計數(shù)功能；普通 PLC 的運算功能還包括數(shù)據(jù)移位、比較等運算功能；較復(fù)雜運算功能有代數(shù)運算、數(shù)據(jù)傳送等；大型 PLC 中還有模擬量的 PID 運算和其他高級運算功能。隨著開放系統(tǒng)的出現(xiàn)，目前在 PLC 中都已具有通信功能，有些產(chǎn)品具有與下位機的通信，有些產(chǎn)品具有與同位機或上位機的通信，有些產(chǎn)品還具有與

32、工廠或企業(yè)網(wǎng)進(jìn)行數(shù)</p><p>　　據(jù)通信的功能。設(shè)計選型時應(yīng)從實際應(yīng)用的要求出發(fā)，合理選用所需的運算功能。大多數(shù)應(yīng)用場合，只需要邏輯運算和計時計數(shù)功能，有些應(yīng)用需要數(shù)據(jù)傳送和比較，當(dāng)用于模擬量檢測和控制時，才使用代數(shù)運算，數(shù)值轉(zhuǎn)換和 PID 運算等。要顯示數(shù)據(jù)時需要譯碼和編碼等運算。</p><p><b>　?、?控制功能</b></p>&l

33、t;p>　　控制功能包括 PID 控制運算、前饋補償控制運算、比值控制運算等，應(yīng)根據(jù)控制要求確定。PLC 主要用于順序邏輯控制，因此，大多數(shù)場合常采用單回路或多回路控制器解決模擬量的控制，有時也采用專用的智能輸入輸出單元完成所需的控制功能，提高 PLC 的處理速度和節(jié)省存儲器容量。例如采用 PID 控制單元、高速計數(shù)器、帶速度補償?shù)哪M單元、ASC 碼轉(zhuǎn)換單元等。</p><p><b>　?、?

34、 通信功能</b></p><p>　　大中型 PLC 系統(tǒng)應(yīng)支持多種現(xiàn)場總線和標(biāo)準(zhǔn)通信協(xié)議（如 TCP/IP），需要時應(yīng)能與工廠管理網(wǎng)（TCP/IP）相連接。通信協(xié)議應(yīng)符合 ISO/IEEE 通信標(biāo)準(zhǔn)，應(yīng)是開放的通信網(wǎng)絡(luò)。 PLC 系統(tǒng)的通信接口應(yīng)包括串行和并行通信接口（RS232C/422A/423/485）、RIO 通信口、工業(yè)以太網(wǎng)、常用 DCS 接口等；大中型 PLC 通信總線（含接口設(shè)備和

35、電纜）應(yīng) 1：1 冗余配置，通信總線應(yīng)符合國際標(biāo)準(zhǔn)，通信距離應(yīng)滿足裝置實際要求。 PLC 系統(tǒng)的通信網(wǎng)絡(luò)中，上級的網(wǎng)絡(luò)通信速率應(yīng)大于 1Mbps，通信負(fù)荷不大于 60%。 PLC 系統(tǒng)的通信網(wǎng)絡(luò)主要形式有下列幾種形式：PC 為主站，多臺同型號 PLC 為從站，組成簡易 PLC 網(wǎng)絡(luò)；1 臺 PLC 為主站，其他同型號 PLC 為從站，構(gòu)成主從式 PLC 網(wǎng)絡(luò)；PLC 網(wǎng)絡(luò)通過特定網(wǎng)絡(luò)接口連接到大型 DCS 中作為 DCS 的子網(wǎng)；專用

36、PLC 網(wǎng)絡(luò)（各廠商的專用 PLC 通信網(wǎng)絡(luò)）。 為減輕 CPU 通信任務(wù)，根據(jù)網(wǎng)絡(luò)組成的實際需要，應(yīng)選擇具有不同通信功能的（如點對點、現(xiàn)場總線、工業(yè)以太網(wǎng)）通信處理器。 </p><p><b>　?、?編程功能 </b></p><p>　　離線編程方式：PLC 和編程器共用一個 CPU，編程器在編程模式時，CPU 只為編程器提供服務(wù)，不對現(xiàn)場設(shè)備進(jìn)行控制。完成

37、編程后，編程器切換到運行模式，CPU 對現(xiàn)場設(shè)備進(jìn)行控制，不能進(jìn)行編程。離線編程方式可降低系統(tǒng)成本，但使用和調(diào)試不方便。在線編程方式：CPU 和編程器有各自的 CPU，主機 CPU 負(fù)責(zé)現(xiàn)場控制，并在一個掃描周期內(nèi)與編程器進(jìn)行數(shù)據(jù)交換，編程器把在線編制的程序或數(shù)據(jù)發(fā)送到主機，下一掃描周期，主機就根據(jù)新收到的程序運行。這種方式成本較高，但系統(tǒng)調(diào)試和操作方便，在大中型 PLC 中常采用。 </p><p>　　五種標(biāo)

38、準(zhǔn)化編程語言：</p><p>　　順序功能圖（SFC）、梯形圖（LD）、功能模塊圖（FBD）三種圖形化語言和語句表（IL）、結(jié)構(gòu)文本（ST）兩種文本語言。選用的編程語言應(yīng)遵守其標(biāo)準(zhǔn)，同時，還應(yīng)支持多種語言編程形式，如 C，Basic 等，以滿足特殊控制場合的控制要求。 </p><p><b>　　⑤ 診斷功能 </b></p><p>

39、　　PLC 的診斷功能包括硬件和軟件的診斷。硬件診斷通過硬件的邏輯判斷確定硬件的故障位置，軟件診斷分內(nèi)診斷和外診斷。通過軟件對 PLC 內(nèi)部的性能和功能進(jìn)行診斷是內(nèi)診斷，通過軟件對 PLC 的 CPU 與外部輸入輸出等部件信息交換功能進(jìn)行診斷是外診斷。</p><p>　　PLC 的診斷功能的強弱，直接影響對操作和維護(hù)人員技術(shù)能力的要求，并影響平均維修時間。 </p><p><b

40、>　?、?處理速度</b></p><p>　　PLC 采用掃描方式工作。從實時性要求來看，處理速度應(yīng)越快越好，如果信號持續(xù)時間小于掃描時間，則 PLC 將掃描不到該信號，造成信號數(shù)據(jù)的丟失。 處理速度與用戶程序的長度、CPU 處理速度、軟件質(zhì)量等有關(guān)。目前，PLC 接點的響應(yīng)快、速度高，每條二進(jìn)制指令執(zhí)行時間約 0.2～0.4μs，因此能適應(yīng)控制要求高、相應(yīng)要求快的應(yīng)用需要。掃描周期（處理器

41、掃描周期）應(yīng)滿足：小型 PLC 的掃描時間不大于 0.5ms/K；大中型 PLC的掃描時間不大于 0.2ms/K。</p><p><b>　?。?） 機型的選擇</b></p><p>　?、?PLC 的類型。</p><p>　　PLC 產(chǎn)品種類繁多，其規(guī)格和性能也各不相同。對 PLC 的分類，通常根據(jù)其結(jié)構(gòu)形式的不同、功能的差異和 I/

42、O 點數(shù)的多少等進(jìn)行大致分類。根據(jù) PLC 的結(jié)構(gòu)形式，可將 PLC 分為整體式和模塊式兩類。整體式 PLC 是將電源、CPU、I/O 接口等部件都集中裝在一個機箱內(nèi)，具有結(jié)構(gòu)緊湊、體積小、價格低的特點。小型 PLC 一般采用這種整體式結(jié)構(gòu)。整體式 PLC 由不同 I/O 點數(shù)的基本單元（又稱主機）和擴展單元組成?；締卧獌?nèi)有 CPU、I/O 接口、與 I/O 擴展單元相連的擴展口，以及與編程器或 EPROM 寫入器相連的接口等。擴展單

43、元內(nèi)只有 I/O 和電源等，沒有 CPU。基本單元和擴展單元之間一般用扁平電纜連接。整體式 PLC 一般還可配備特殊功能單元，如模擬量單元、位置控制單元等，使其功能得以擴展。模塊式 PLC 是將 PLC 各組成部分，分別作成若干個單獨的模塊，如 CPU 模塊、I/O 模塊、電源模塊（有的含在 CPU 模塊中）以及各種功能模塊。模塊式 PLC 由框架或基板和各種模塊組成。模塊裝在框架或基板的插座上。這種模塊式 PLC 的特點是配置靈活，可

44、根據(jù)需要選</p><p><b>　?、?按功能分類。</b></p><p>　　根據(jù) PLC 所具有的功能不同，可將 PLC 分為低檔、中檔、高檔三類。低檔 PLC 具有邏輯運算、定時、計數(shù)、移位以及自診斷、監(jiān)控等基本功能，還可有少量模擬量輸入/輸出、算術(shù)運算、數(shù)據(jù)傳送和比較、通信等功能。主要用于邏輯控制、順序控制或少量模擬量控制的單機控制系統(tǒng)。 中檔 PLC

45、 除具有低檔 PLC 的功能外，還具有較強的模擬量輸入/輸出、算術(shù)運算、數(shù)據(jù)傳送和比較、數(shù)制轉(zhuǎn)換、遠(yuǎn)程 I/O、子程序、通信聯(lián)網(wǎng)等功能。有些還可增設(shè)中斷控制、PID 控制等功能，適用于復(fù)雜控制系統(tǒng)。高檔 PLC 除具有中檔機的功能外，還增加了帶符號算術(shù)運算、矩陣運算、位邏輯運算、平方根運算及其它特殊功能函數(shù)的運算、制表及表格傳送功能等。高檔 PLC 機具有更強的通信聯(lián)網(wǎng)功能，可用于大規(guī)模過程控制或構(gòu)成分布式網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)，實現(xiàn)工廠自動化。

46、</p><p>　?、?按 I/O 點數(shù)分類。</p><p>　　根據(jù) PLC 的 I/O 點數(shù)的多少，可將 PLC 分為小型、中型和大型三類。小型 PLC 的 I/O 點數(shù)在 256 點以內(nèi)；單 CPU、8 位或 16 位處理器、用戶存儲器容量 4K 字以下。</p><p>　　如：GE-I 型 美國通用電氣（GE）公司</p><p

47、>　　TI100 美國德洲儀器公司</p><p>　　F、F1、F2 日本三菱電氣公司</p><p>　　C20 C40 日本立石公司（歐姆龍）</p><p>　　S7-200 德國西門子公司</p><p>　　EX20 EX40 日本東芝公司</p><p>　　SR-20/21 中外合

48、資無錫華光電子工業(yè)有限公司</p><p>　　中型 PLC 的 I/O 點數(shù) 256~2048 點；雙 CPU，用戶存儲器容量 2~8K。</p><p>　　如：S7-300 德國西門子公司</p><p>　　SR-400 中外合資無錫華光電子工業(yè)有限公司</p><p>　　SU-5、SU-6 德國西門子公司</p>

49、<p>　　C-500 日本立石公司</p><p>　　GE-Ⅲ GE 公司</p><p>　　大型 PLC 的 I/O 點數(shù)在 2048 點以內(nèi)；多 CPU， 16 位、 32 位處理器，用戶存儲器容量 8～16K。</p><p>　　如：S7-400 德國西門子公司</p><p>　　GE-Ⅳ GE 公司&l

50、t;/p><p>　　C-2000 立石公司</p><p><b>　　K3 三菱公司</b></p><p>　　④ 按輸出形式分類。</p><p>　　按輸出形式分可分為:</p><p>　　R-繼電器輸出(有觸點，可帶交直流負(fù)載)；</p><p>　　S-雙

51、向晶閘管輸出（無觸點，帶交流負(fù)載）；</p><p>　　T-晶體管輸出（無觸點，帶直流負(fù)載）。</p><p>　　⑤ 經(jīng)濟(jì)性的考慮。 </p><p>　　選擇 PLC 時，應(yīng)考慮性能價格比?？紤]經(jīng)濟(jì)性時，應(yīng)同時考慮應(yīng)用的可擴展性、可操作性、投入產(chǎn)出比等因素，進(jìn)行比較和兼顧，最終選出較滿意的產(chǎn)品。 輸入輸出點數(shù)對價格有直接影響。每增加一塊輸入輸出卡件就需增加一

52、定的費用。當(dāng)點數(shù)增加到某一數(shù)值后，相應(yīng)的存儲器容量、機架、母板等也要相應(yīng)增加，因此，點數(shù)的增加對 CPU選用、存儲器容量、控制功能范圍等選擇都有影響。在估算和選用時應(yīng)充分考慮，使整個控制系統(tǒng)有較合理的性能價格比。由于三菱 FX2N 系列的 PLC 在小型控制系統(tǒng)中比較占有優(yōu)勢和市場， 本設(shè)計也是小型的控制系統(tǒng)，并且我們學(xué)習(xí)的也是三菱 FX2N 系列的 PLC，所以我們采用我們熟悉的三菱 FX2N 系列的PLC 來控制該系統(tǒng)。<

53、;/p><p>　　2.2.1 FX2N的功能介紹</p><p>　　FX2N 系列是 FX 系列 PLC 家族中最先進(jìn)的系列。</p><p>　　控制規(guī)模：16~256 點（基本單元：16/32/48/64/80/128 點）。</p><p>　　特點：（1） 集成型高性能。</p><p>　　CPU、電源、輸入

54、輸出三位一體。對 6 種基本單元，可以以最小 8 點為單元連接輸入輸出擴展設(shè)備，最大可以擴展輸入輸出 256 點。</p><p><b>　?。?） 高速運算。</b></p><p>　　基本指令：0.08μs/指令。</p><p>　　應(yīng)用指令:1.52μs~數(shù) 100μs/指令。</p><p>　　（3） 寬

55、裕的存儲器。</p><p>　　內(nèi)置 8000 步 RAM 存貯器，安裝存儲盒后，最大可以擴展到 16000 步。</p><p>　　（4） 豐富的軟元件。</p><p>　　輔助繼電器：3072 點。</p><p>　　定時器：256 點。 </p><p>　　計數(shù)器：235 點。</p>&

56、lt;p>　　數(shù)據(jù)寄存器：8000 點。</p><p>　?。?） 除了具有輸入輸出 16~256 點的一般用途，還有模擬量控制、定位控制等特殊控制。</p><p>　　2.2.2 FX2N的規(guī)格型號</p><p>　　FX2N 系列 PLC 的技術(shù)指標(biāo)包括一般技術(shù)指標(biāo)、電源技術(shù)指標(biāo)、輸入技術(shù)指標(biāo)、輸出技術(shù)指標(biāo)和性能技術(shù)指標(biāo)。</p>&l

57、t;p>　　運算控制方式：存儲程序反復(fù)運算方法（專用 LSI），中斷命令</p><p>　　輸入輸出控制方式：批處理方式（在執(zhí)行 END 指令時），但有輸入輸出刷新指令</p><p>　　基本指令：0.08μs/指令</p><p>　　應(yīng)用指令：（1.52μs~數(shù)百μs）/指令</p><p>　　程序語言：繼電器符號+步進(jìn)梯形圖

58、方式（可用 SFC 表示）</p><p>　　程序容量存儲器形式：內(nèi)附8K步RAM，最大為16K步（可選 RAM，EPROM ，EEPROM 存儲卡盒）</p><p>　　基本、步進(jìn)指令：基本（順控）指令 27 個，步進(jìn)指令 2 個</p><p>　　應(yīng)用指令：128 種 298 個</p><p>　　輸入繼電器：X000～X267（

59、8 進(jìn)制編號）184 點，輸出繼電器 X000～X267（8 進(jìn)制編號）184 點，合計 256 點。</p><p>　　輔助繼電器：一般用 M000～M499 500 點，鎖存用M500～M1023 524 點，M1024～M3071 2048 點，特殊用 M8000～M8255 256 點，合計 2572 點。</p><p>　　狀態(tài)寄存器：初始化用 S0～S9 10 點

60、，一般用 S10～S499 490 點，鎖存用 S500～S899 400 點，報警用 S900～S999 100 點。</p><p>　　定時器：100ms T0～T199（0.1～3276.7s） 200 點，10ms T200～T245（0.01～327.67s） 46 點，1ms（積算型） T246～T249（0.001～32.767s） 4 點，100ms（積算型） T250～T2

61、55（0.1～32.767s） 6 點。</p><p>　　增計數(shù)：一般用 C0～C99 （0～32767）（16 位） 100 點，鎖存用 C100～C199 （0～32767）（16 位） 100 點</p><p>　　增/減 ：一般用 C220～C234 （32 位） 20 點</p><p>　　計數(shù)用：鎖存用 C220～C234 （

62、32 位） 15 點</p><p>　　高速用：C235～C255 中有： 1 相 60kHz 2 點， 10kHz 4 點或 2 相 30kHzl點，5kHz l 點</p><p>　　通用數(shù)據(jù)：一般用 D0～D199 （16 位） 200 點</p><p>　　寄存器；鎖存用：D200～D511（16 位） 312 點，D512～D7999（16 位

63、） 7488 點</p><p>　　特殊用：D8000～D8195（16 位） 106 點</p><p>　　變址用：V0～V7，Z0～Z7（16 位） 16 點</p><p>　　文件寄存器：通用寄存器的 D1000 以后可每 500 點為單位設(shè)定文件寄存器（MAX7000 點）</p><p>　　跳轉(zhuǎn)、調(diào)用：P0～P127 12

64、8 點</p><p>　　輸人中斷、計時中斷：I0 口～I(xiàn)8 口 9 點</p><p>　　計數(shù)中斷：I010～I(xiàn)060 6 點</p><p>　　嵌套（主控）：N0～N7 8 點</p><p>　　十進(jìn)制 K：16 位：-32768～+32767；32 位：-2147483648～+2147483647。</p>&

65、lt;p>　　十六進(jìn)制 H：16 位，0～FFFF（H），32 位：0～FFFFFFFF（H）。</p><p>　　2.2.3 FX2N的硬件系統(tǒng)構(gòu)成</p><p>　　FX2N是模塊化的PLC，它主要由CPU模塊、特殊適配器、擴展I/O模塊和特殊功能擴展模塊構(gòu)成。</p><p><b>　?。?）CPU模塊</b></p&g

66、t;<p>　　該模塊主要包括CPU、電源和I/O點三部分。CPU主要負(fù)責(zé)程序的運行等工作；模塊的電源不僅向CPU供電，還要滿足與CPU模塊相連的其他模塊的用電需求；該模塊本身自帶一定數(shù)量的開關(guān)量I/O點，如果能夠滿足控制要求，則可以不再需要開關(guān)量模塊。</p><p><b>　?。?）特殊適配器</b></p><p>　　特殊適配器用來將FX系列的

67、擴展設(shè)備連接到FX2N系列上的PLC上。</p><p><b>　?。?）擴展模塊</b></p><p>　　由于CPU模塊本身的I/O點非常有限、而且先模擬量I/O點，所以有時需要數(shù)字量I/O模塊、模擬量I/O模塊等一些特殊功能模塊。</p><p>　　2.3 I/O分配表</p><p>　　洗衣機 I/O 分

68、配表如表 2.2 所示。</p><p>　　2.4 PCL的接線圖</p><p><b>　　2.5控制流程圖</b></p><p>　　全自動洗衣機 PLC 控制程序流程圖如圖2-1所示</p><p><b>　　圖2-1控制流程圖</b></p><p><

69、b>　　2.6梯形圖</b></p><p>　　步進(jìn)指令允許使用雙線圈，當(dāng)步進(jìn)節(jié)點條件滿足時，某一狀態(tài)被置位，當(dāng)下一步的步進(jìn)節(jié)點接通時，轉(zhuǎn)移到下一步狀態(tài)，同時自動復(fù)位上一狀態(tài)，其中 STL 是步進(jìn)節(jié)點指令，RET 是步進(jìn)返回指令。</p><p>　　系統(tǒng)處于初始狀態(tài)，準(zhǔn)備好啟動， M8002 是初始化脈沖，上電運行后產(chǎn)生，按下啟動按鈕 X0，系統(tǒng)運行，打開進(jìn)水電磁閥

70、Y0，當(dāng)系統(tǒng)的高水位限位開關(guān) X3 檢測到水滿時，關(guān)閉進(jìn)水電磁閥 Y0并停止運行 2 秒。如圖 2-2程序梯形圖所示。</p><p><b>　　圖2-2程序梯形圖</b></p><p>　　當(dāng)狀態(tài)位 S22 置位時，定時器 T1 工作，接觸器線圈 Y3 接通，洗衣機正轉(zhuǎn)洗滌，定時器 T1定時 15 秒到，S22 狀態(tài)自動復(fù)位的同時置位 S23，洗衣機停止運行，定

71、時器 T2 開始定時，定時器 T2 定時 3 秒到，自動復(fù)位狀態(tài) S23 的同時置位 S24，,接觸器 Y4 接通，定時器 T3 開始定時，洗衣機反轉(zhuǎn)洗滌，反轉(zhuǎn)洗滌 15 秒到，復(fù)位 S24 同時置位 S25，洗衣機停止運行 3 秒。如圖 2-3程序梯形圖所示。</p><p><b>　　圖2-3程序梯形圖</b></p><p>　　狀態(tài)位 S26 置位時，計數(shù)器

72、 C0 開始計數(shù)的同時與計數(shù)器 C0 當(dāng)前值做比較，當(dāng) C0 的值不等于 3 時，狀態(tài)位 S22 置位,循環(huán)洗滌；當(dāng) C0 的值等于 3 時，計數(shù)器 C0 清零，狀態(tài)位 S26 復(fù)位同時 S27 置位，排水電磁閥 Y1 打開并復(fù)位計數(shù)器 C0,當(dāng)?shù)退幌尬婚_關(guān) X2 檢測到水排空后，置位S28 的同時復(fù)位 S27。如圖 2-4 程序梯形圖所示。</p><p><b>　　圖2-4程序梯形圖</b

73、></p><p>　　狀態(tài)位S28置位時，排水電磁閥Y1打開，離合器Y2合上，接觸器Y3線圈得電，抱閘將洗滌電機軸和內(nèi)桶抱緊，帶動其內(nèi)桶正轉(zhuǎn)進(jìn)行甩干，定時器T5定時10秒到，自動復(fù)位S28的同時置位S29，計數(shù)器C1開始計數(shù)的同時與計數(shù)器C1當(dāng)前值做比較，當(dāng)C1的值不等于3時，狀態(tài)位S20置位,循環(huán)從進(jìn)水開始的全部動作；當(dāng)C0的值等于3時，狀態(tài)位S29復(fù)位。如圖2-5程序梯形圖所</p>&

74、lt;p><b>　　圖2-5程序梯形圖</b></p><p>　　狀態(tài)位 S30 置位時，蜂鳴器 Y5 進(jìn)行洗完報警，計數(shù)器 C1 清零，為下次洗滌工作做好準(zhǔn)備，計數(shù)器有記憶功能，所以每次比較完后要記得清零，蜂鳴器 Y5 報警 10 秒后結(jié)束全部過程，自動停機并返回初始狀態(tài)。如圖 2-6 程序梯形圖所示。</p><p><b>　　圖2-6程序梯

75、形圖</b></p><p>　　當(dāng)按下手動排水按鈕 X4，排水電磁閥 Y1 閉合，實現(xiàn)手動排水；當(dāng)按下停止按鈕 X1, 實現(xiàn)停止進(jìn)水、排水、脫水及報警。如圖 2-7程序梯形圖所示。</p><p><b>　　圖2-7程序梯形圖</b></p><p><b>　　2.7 仿真圖</b></p>

76、<p>　　采用三菱公司的 FXGPWIN 編程軟件進(jìn)行編程，該軟件使用方便，梯形圖與指令表互換。打開 FXGPWIN 編程軟件，新建時要根據(jù) PLC 型號來選擇，這樣才能把你編的程序下載到 PLC中調(diào)試時不會出錯。我選擇的PLC型號為 FX2N。</p><p><b>　　2.7.1仿真結(jié)果</b></p><p>　　程序編好后，把 PLC 教學(xué)實驗

77、箱的電源打開，點擊菜單欄中的轉(zhuǎn)換，轉(zhuǎn)換后點擊菜單欄中的“PLC” →“傳送”→“寫出”，下載完后點擊菜單欄中遙控運行，開始監(jiān)控。這時根據(jù) PLC 的 I/O 接線圖、I/O 分配表，在 PLC 教學(xué)實驗箱接好外部器件，PLC 投入運行，系統(tǒng)處于初始狀態(tài)，準(zhǔn)備好啟動。如圖2-8所示：</p><p>　　圖2-8系統(tǒng)初始狀態(tài)</p><p>　　按下啟動按扭 X0, 開始進(jìn)水，進(jìn)水電磁閥 Y

78、0 打開，如圖2-9 所示。水滿時，高水位限位開關(guān) X3 采集到信號后，停止進(jìn)水，如圖 2-10 所示：</p><p><b>　　圖2-9進(jìn)水</b></p><p>　　圖2-10水滿停止進(jìn)水</p><p>　　當(dāng)洗衣機正轉(zhuǎn)洗滌時，15 秒后暫停，如圖3-1所示：</p><p><b>　　圖3-1洗

79、滌</b></p><p>　　洗滌循環(huán) 3 次，總共 180 秒后開始排水，排空后（水位下降到低位）開始脫水并繼續(xù)排水。如圖 3-2所示。</p><p><b>　　圖3-2脫水</b></p><p>　　循環(huán)洗滌 3 次后，蜂鳴器 Y5 進(jìn)行洗完報警，如圖 3-3所示：</p><p><b&g

80、t;　　圖3-3蜂鳴器報警</b></p><p><b>　　主電路圖：</b></p><p><b>　　設(shè)計小結(jié)</b></p><p>　　，在這段時間之中，我也學(xué)習(xí)到了許多課本上學(xué)不到的知識。了解了三菱公司PLC的基本概念、特點以及系統(tǒng)的各種組成結(jié)構(gòu)；詳細(xì)介紹PLC的選型。對全自動洗衣機的工作原理有