基于S7200的工業(yè)洗衣機(jī)PLC課程設(shè)計(jì)(順序功能指令)

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1、目錄 一 PLC的介紹 1 1.1 PLC的簡(jiǎn)介 1 1.2 PLC的特點(diǎn) 1 二 設(shè)計(jì)任務(wù)與要求 3 2.1 設(shè)計(jì)任務(wù) 3 2.2 設(shè)計(jì)要求 3 2.3 實(shí)用價(jià)值與理論意義 3 三 硬件設(shè)計(jì) 4 3.1 控制要求 4 3.2 I/O分布表 4 3.3 I/O外部接線圖 4 四 軟件設(shè)計(jì) 5 4.1 設(shè)計(jì)方案 5 4.2 設(shè)計(jì)分析 5 4.3 自動(dòng)洗衣機(jī)功能圖與梯形圖 6 五 結(jié)束 12 參考文獻(xiàn) 13 一 PLC的介紹 1.1 PLC的簡(jiǎn)介 PLC可

2、編程控制器：PLC英文全稱Programmable Logic Controller，中文全稱為可編程控制器，它采用一類可編程的存儲(chǔ)器，用于其內(nèi)部存儲(chǔ)程序、執(zhí)行邏輯運(yùn)算、順序控制、定時(shí)、計(jì)數(shù)與算數(shù)操作等面向用戶的指令，并通過(guò)數(shù)字或模擬式輸入/輸出控制各種類型的機(jī)械或生產(chǎn)過(guò)程。PLC是基于電子計(jì)算機(jī)，且適用于工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)工作的電控制器。它源于繼電控制裝置，但它不像繼電裝置那樣，通過(guò)電路的物理過(guò)程實(shí)現(xiàn)控制，而主要靠運(yùn)行存儲(chǔ)于PLC內(nèi)存中的程序，進(jìn)行入出信息變換實(shí)現(xiàn)控制。入出信息變換、可靠物理實(shí)現(xiàn)，可以說(shuō)是PLC實(shí)現(xiàn)控制的兩個(gè)基本要點(diǎn)。入出信息變換靠運(yùn)行存儲(chǔ)于PLC內(nèi)存中的程序?qū)崿F(xiàn)。PLC的I/O電路，

3、都是專門設(shè)計(jì)的。 PLC有多個(gè)I/O用點(diǎn)，一般也就有多少個(gè)I/O用電路。 可編程控制器(PLC)以微處理器為核心，普遍采用依據(jù)繼電接觸器控制系統(tǒng)電氣原理圖編制的梯形圖語(yǔ)言進(jìn)行程序設(shè)計(jì)，編程容易，功能擴(kuò)展方便，修改靈活,而且結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，抗干擾能力強(qiáng)。S7-200系列可編程控制器指令豐富，可以接各種輸出、輸入擴(kuò)充設(shè)備，有豐富的特殊擴(kuò)展設(shè)備，其中的模擬輸入設(shè)備和通信設(shè)備更是符合全自動(dòng)洗衣機(jī)控制系統(tǒng)的要求與特點(diǎn)。通過(guò)對(duì)結(jié)構(gòu)圖的分析，可知全自動(dòng)洗衣機(jī)的I/O點(diǎn)不多，選擇小型的S7-200，可以完全滿足其要求。 本設(shè)計(jì)選擇S7-200為核心部件，著重進(jìn)行硬件接口設(shè)計(jì)，利用梯形圖進(jìn)行編程，實(shí)現(xiàn)了全自動(dòng)洗衣

4、機(jī)控制系統(tǒng)的自動(dòng)化。 1.2 PLC的特點(diǎn) (1)可靠性高，抗干擾能力強(qiáng) 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。例如S7-200PLC平均無(wú)故障時(shí)間高達(dá)數(shù)萬(wàn)小時(shí)。一些使用冗余CPU的PLC的平均無(wú)故障工作時(shí)間則更長(zhǎng)。從PLC的機(jī)外電路來(lái)說(shuō)，使用PLC構(gòu)成控制系統(tǒng)，和同等規(guī)模的繼電接觸器系統(tǒng)相比，電氣接線及開關(guān)接點(diǎn)已減少到數(shù)百甚至數(shù)千分之一，故障也就大大降低。此外，PLC帶有硬件故障自我檢測(cè)功能，出現(xiàn)故障時(shí)可及時(shí)發(fā)出警報(bào)信息。在應(yīng)用軟件中，應(yīng)用者還可以編入外圍器件的故障自診斷程序，

5、使系統(tǒng)中除PLC以外的電路及設(shè)備也獲得故障自診斷保護(hù)。這樣，整個(gè)系統(tǒng)具有極高的可靠性也就不奇怪了。 (2)配套齊全，功能完善，適用性強(qiáng) PLC發(fā)展到今天，已經(jīng)形成了大、中、小各種規(guī)模的系列化產(chǎn)品。可以用于各種規(guī)模的工業(yè)控制場(chǎng)合。除了邏輯處理功能以外，現(xiàn)代PLC大多具有完善的數(shù)據(jù)運(yùn)算能力，可用于各種數(shù)字控制領(lǐng)域。近年來(lái)PLC的功能單元大量涌現(xiàn)，使PLC滲透到了位置控制、溫度控制、CNC等各種工業(yè)控制中。加上PLC通信能力的增強(qiáng)及人機(jī)界面技術(shù)的發(fā)展，使用PLC組成各種控制系統(tǒng)變得非常容易。 (3)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(jì)算機(jī)，是面向工礦企業(yè)的工控設(shè)備。它接口

6、容易，編程語(yǔ)言易于為工程技術(shù)人員接受。梯形圖語(yǔ)言的圖形符號(hào)與表達(dá)方式和繼電器電路圖相當(dāng)接近，只用PLC的少量開關(guān)量邏輯控制指令就可以方便地實(shí)現(xiàn)繼電器電路的功能。為不熟悉電子電路、不懂計(jì)算機(jī)原理和匯編語(yǔ)言的人使用計(jì)算機(jī)從事工業(yè)控制打開了方便之門。 (4)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)、建造工作量小，維護(hù)方便，容易改造 PLC用存儲(chǔ)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(jì)及建造的周期大為縮短，同時(shí)維護(hù)也變得容易起來(lái)。更重要的是使同一設(shè)備經(jīng)過(guò)改變程序改變生產(chǎn)過(guò)程成為可能。這很適合多品種、小批量的生產(chǎn)場(chǎng)合。 (5)體積小，重量輕，能耗低 由于體積小很容易裝入機(jī)械內(nèi)部，是實(shí)現(xiàn)機(jī)電一體化的理想控

7、制設(shè)備。 二 設(shè)計(jì)任務(wù)與要求 2.1 設(shè)計(jì)任務(wù) 控制要求： 某工業(yè)用洗衣機(jī)，其工作順序如下： （1）啟動(dòng)按鈕后給水閥就開始給水； （2）當(dāng)水滿到水滿傳感器時(shí)就停止給水； （3）波輪開始正轉(zhuǎn)3S,然后反轉(zhuǎn)3S,再正轉(zhuǎn)3S…一共轉(zhuǎn)6分鐘； （4）出水閥開始出水； （5）出水8S后停止出水，同時(shí)聲光報(bào)警器報(bào)警，叫工作人員來(lái)取衣服； （6）按停止按鈕聲光報(bào)警器停止，并結(jié)束整個(gè)工作過(guò)程。 2.2 設(shè)計(jì)要求 設(shè)計(jì)要求： （1）畫出系統(tǒng)動(dòng)作流程圖。

8、 （2）設(shè)計(jì)外部輸入/輸出點(diǎn)（I/0）。 （3）畫出PLC外部接線圖。 （4）請(qǐng)?jiān)O(shè)計(jì)完整的梯形圖。 2.3 實(shí)用價(jià)值與理論意義 自從全自動(dòng)洗衣機(jī)誕生以來(lái)，其內(nèi)部的電路控制系統(tǒng)就不斷的被改進(jìn)。設(shè)計(jì)方法也開始多種多樣，從而使全自動(dòng)洗衣機(jī)顯得更加智能化。洗衣機(jī)的進(jìn)水和排水分別用進(jìn)水電磁閥和排水電磁閥來(lái)執(zhí)行，進(jìn)水時(shí)通過(guò)電控系統(tǒng)使閥打開，經(jīng)過(guò)水管將水注入到外桶。排水時(shí)，通過(guò)電控系統(tǒng)使排水閥打開，將水由外桶排出到機(jī)外，洗滌正轉(zhuǎn)和反轉(zhuǎn)由洗滌電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)波盤正反轉(zhuǎn)實(shí)現(xiàn)。水位開關(guān)用來(lái)檢測(cè)是否到達(dá)水位，啟動(dòng)按鈕用來(lái)啟動(dòng)洗衣機(jī)工作，停止按鈕用來(lái)實(shí)現(xiàn)停止聲

9、光報(bào)警。PLC編程簡(jiǎn)單易學(xué)，功能強(qiáng)大，性能穩(wěn)定，抗干擾能力強(qiáng)而且PLC的體積小巧，能耗低。所以通過(guò)實(shí)驗(yàn)證明，利用PLC完成對(duì)洗衣機(jī)的控制，控制效果良好，控制性能穩(wěn)定。 三 硬件設(shè)計(jì) 3.1 控制要求 洗衣機(jī)啟動(dòng)后，開始進(jìn)水，到達(dá)水位后立即開始正傳進(jìn)行洗滌，正轉(zhuǎn)洗滌3S后，開始反轉(zhuǎn)，反轉(zhuǎn)洗滌3S后再正轉(zhuǎn)，重復(fù)進(jìn)行，正反裝洗滿6分鐘后，然后進(jìn)行排水，排水8S后，洗衣機(jī)停止轉(zhuǎn)動(dòng)，同時(shí)洗衣機(jī)聲光報(bào)警器報(bào)警，叫工作人員來(lái)取衣服。工作人員取完衣服，按下停止按鈕，洗衣機(jī)停止工作。 3.2 I/O分布表 表3-1 I/O分布表 I/O地址

10、信號(hào)名稱 功能說(shuō)明 I0.0 啟動(dòng)按鈕 開啟洗衣機(jī)運(yùn)行 I0.1 水位限制開關(guān) 停止加水 I0.2 停止按鈕 停止洗衣機(jī) Q0.1 電機(jī)正轉(zhuǎn)開關(guān) 洗衣機(jī)正向轉(zhuǎn)動(dòng) Q0.2 電機(jī)反轉(zhuǎn)開關(guān) 洗衣機(jī)反向轉(zhuǎn)動(dòng) Q0.3 給水閥 使洗衣機(jī)進(jìn)水 Q0.4 排水閥 使洗衣機(jī)排水 Q0.5 聲光報(bào)警開關(guān) 控制發(fā)出警報(bào) 3.3 I/O外部接線圖 啟動(dòng)按鈕 水滿傳感器正轉(zhuǎn) 停止按鈕反轉(zhuǎn) 進(jìn)水 出水

11、 報(bào)警 工作電源AC220V 圖3-1 自動(dòng)洗衣機(jī)外部接線圖 四 軟件設(shè)計(jì) 4.1

12、設(shè)計(jì)方案 自動(dòng)洗衣機(jī)的過(guò)程包括啟動(dòng)、進(jìn)水、洗滌和報(bào)警等功能。在實(shí)現(xiàn)控制過(guò)程中，各種采樣信息都是通過(guò)控制中心進(jìn)行各種判斷、比較和選擇，再經(jīng)信息線路反饋給洗衣機(jī)各控制執(zhí)行機(jī)構(gòu)，決定洗衣機(jī)的工作狀態(tài)。如圖4-1所示，由PLC控制洗衣機(jī)各種動(dòng)作流程圖。 由圖可知，PLC在系統(tǒng)中是處于中心位置，水位開關(guān)是PLC的輸入信號(hào)控制開關(guān)，進(jìn)水閥、排水閥和電機(jī)是洗衣機(jī)各種狀態(tài)的執(zhí)行機(jī)構(gòu)。其中進(jìn)水閥和排水閥由PLC給定信號(hào)來(lái)決定其工作狀態(tài)；電機(jī)的工作狀態(tài)也由控制中心PLC給定信號(hào)來(lái)決定的，電機(jī)的正反轉(zhuǎn)狀態(tài)表明洗衣機(jī)處于洗滌狀態(tài)。另外由于洗衣機(jī)工作過(guò)程是順序過(guò)程，所以利用PLC機(jī)的控制系統(tǒng)是可行的。

13、 圖4-1 洗衣機(jī)動(dòng)作流程圖 4.2 設(shè)計(jì)分析 根據(jù)自動(dòng)洗衣機(jī)的PLC控制系統(tǒng)程序工藝流程圖可知，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)控制需要設(shè)置3個(gè)定時(shí)器器與1個(gè)計(jì)數(shù)器。 T37--正轉(zhuǎn)運(yùn)行3S T38--反轉(zhuǎn)遠(yuǎn)行3S T39--排水8S C0—正反轉(zhuǎn)運(yùn)行次數(shù) 4.3 自動(dòng)洗衣機(jī)功能圖與梯形圖 功能圖如圖4-2所示，當(dāng)按下啟動(dòng)按鈕I0.0時(shí)，給水閥Q0.3得電開始工作；當(dāng)達(dá)到限位開關(guān)I0.1時(shí)，給水閥停止工作，同時(shí)，洗衣機(jī)波輪正轉(zhuǎn)Q0.1與定時(shí)器T37開始工作，3秒后，定時(shí)器停止工作，洗衣機(jī)反轉(zhuǎn)Q0.2與定時(shí)

14、器T38開始工作，正轉(zhuǎn)停止工作。3S后，洗衣機(jī)正轉(zhuǎn)控制Q0.1重新工作，360S后計(jì)數(shù)器動(dòng)作，排水閥I0.2和定時(shí)器T39開始工作，同時(shí)，洗衣機(jī)洗滌狀態(tài)停止。8S后，定時(shí)器T39動(dòng)作，排水閥Q0.4停止工作，聲光報(bào)警器Q0.5開始工作，呼叫工作人員來(lái)取衣服。當(dāng)工作人員取完衣服，按下停止按鈕I0.2，聲光報(bào)警器停止工作，洗衣機(jī)結(jié)束所有工作狀態(tài)。 圖4-2 洗衣機(jī)工作順序功能圖 洗衣機(jī)工作梯形圖則如下圖4-3所示。 圖4-3 洗衣機(jī)工作梯形圖

15、五 結(jié)束 為期一周的PLC課程設(shè)計(jì)結(jié)束了，在這一星期里，我感覺(jué)自己收獲很大。首先，在完成自己課程設(shè)計(jì)的過(guò)程中，我對(duì)課本知識(shí)又有了更進(jìn)一步的掌握和認(rèn)識(shí)，在對(duì)有關(guān)PLC編程的運(yùn)用過(guò)程中，對(duì)相應(yīng)的操作也有了更深刻的掌握；最后，在把理論與實(shí)踐相結(jié)合的過(guò)程中，對(duì)于具體問(wèn)題尋求解決方法，這都要求自己能夠具體問(wèn)題具體分析。特別是在解決一個(gè)現(xiàn)實(shí)控制問(wèn)題的時(shí)候才能把書上所學(xué)的知識(shí)真正的運(yùn)用到現(xiàn)實(shí)中，從而鍛煉自己遇到問(wèn)題、思考問(wèn)題、解決問(wèn)題的能力。這次的課程設(shè)計(jì)是一次自我知識(shí)和能力的檢驗(yàn)，同時(shí)也是為以后積累的一筆財(cái)富。 總的來(lái)說(shuō)，通過(guò)本次課程設(shè)計(jì)自己對(duì)PLC指令的用法有了更深的學(xué)習(xí)和體會(huì)，了解

16、PLC控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)的全過(guò)程，熟悉PLC系統(tǒng)設(shè)計(jì)的相關(guān)內(nèi)容，掌握系統(tǒng)的方法和步驟。 參考文獻(xiàn) [1] 王鶯.工業(yè)可編程控制器的現(xiàn)狀與發(fā)展趨勢(shì)[J] .北京：航天技術(shù)與民品1999，5：30. [2] 潘元明.國(guó)內(nèi)外全自動(dòng)洗衣機(jī)現(xiàn)狀[J].家電大視野，2003，11：92. [3] 吳中俊主編.可編程控制器原理及應(yīng)用[M] .北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2004.28-29. [4] 吳存宏.淺談PLC在全自動(dòng)洗衣機(jī)中運(yùn)用[J] .家用電器科技，2000，4：52-54. [5] 蔣金周.全自動(dòng)洗衣機(jī)的PLC智能控制 [J] .北京：機(jī)電一體化，2004，5:83-85. [6] 吳中俊.可編程序控制器原理及應(yīng)用[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2004.29-34. [7] 王永華.電氣控制及PLC應(yīng)用技術(shù)[M] .北京:北京航空航天大學(xué)出版社，2003.80-96. [8] 許謬.電氣控制與PLC控制技術(shù)[M] .北京：.機(jī)械工業(yè)出版社，2005.153-154. 13