全自动洗衣机的plc控制系统设计毕业论文(编辑修改稿)

全自动洗衣机的plc控制系统设计毕业论文(编辑修改稿)内容摘要：

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 图 4 所示 编程器 其他 PLC 或上位机 现场设备 图 4 模块式结构 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。 电源 输入 /输出单元 存储器 编程器 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 8 （ 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 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。 基本指令 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 . 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 . 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 . 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. 9 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 . 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 . 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 . 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 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 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 DIV的功能号为 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 . 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。 . 循环扫描技术 10 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）。 扫描过程如图 5 所示。 一 图 5一 个扫描周期 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。 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。 PLC 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。 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 11 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。 最短响应时间如图 6所示。 输入 输出 一个扫描周期 |← 最短响应时间 → | 图 6 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图 7所示。 一个扫描周期 输入 输出 |←最 长 响 应 时 间→ | 图 7 最长响应时间 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 12 3 硬件电路的设计 I/O 点数 I/O 点数统计 I/O 点数是 PLC 的一项重要指标。 合理选择 I/O 点数既可使系统满足控制要求，又可使系统总投资最低。 PLC 的输入输出总点数和种类应根据被控对象所需控制的模拟量、开关量、输入输出设备情况来确定，一般一个输入输出元件要占用一个输入输出点。 考虑到今后的调整和扩充，一般应在估计的总点数上再加上 20%— 30%的备用量。 [该系统有 11 个数字输入点 6 个数字输出点， 具体的输入输出见表 2. 表 2 I/O 点数统计表 输入点 输出点 启动按扭 进水电磁阀 停止按扭 排水电磁阀 水位选择开关（高水位） 洗涤电动机正转继电器 水位选择开关（中水位） 洗涤电动机反转继电器 水位选择开关（低水位） 脱水桶 手动排水开关 报警器 手动脱水开关 高水位传感器 中水位传感器 低水位传感器 水排空传感器 I/O 储存器容量的估算 PLC 常用的内存有 EPROM、 EEPROM 和带锂电池供电的 RAM。 一般微型和小型PLC 的存储容量是固定的，介于 1— 2KB 之间。 用户应用程序占用多少内存与许多因素有关，如 I/O 点数、控制要求、运算处理量、程序结构等。 因此在程序设计之前只能粗略地估算。 根据经验，每个 I/O 点及有关功能元件占用的内存量大致如下： 开关量输入元件： 10— 20B/点 13 开关量输出元件： 5— 10B/点 定时器 /计数器： 2B/个 模拟量： 100— 150B/个 通信接口：一个接口一般需要 300B 以上 根据上面算出的总字节数再考虑增加 25%左右的备用量，就可估算出用户程序所需的内存容量，从而选择合适的 PLC 内存。 该系统有 11 个数字输入点 6 个数字输出点，需内存 280B，有定时器 6 个，计时器 2 个，需内存 16B，考虑余量后需要内存 370B。 CPU 功能与结构的选择 PLC 的功能日益强大，一般 PLC 都具有开关量逻辑运算、定时、计数、数据处理等基本功能，有些 PLC 还可扩展各种特殊功能模块，如通信模块、位置控制模块等，选型时可考虑以下几点：功能与任务相适应， PLC 的处理速度应满足实时控制的要求、PLC 结构合理、机型统一、在线编程和离线编程的选择。 全自动洗衣机控制所要求的控制功能简单，小型 PLC 就能满足要求了。 该控制系统 CPU 模块可采用 CPU224（ AC/DC/继电器）模块，它可控制整个系统按照控制要求有条不紊地进行。 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、数字量和输出模块。 综上所述此次设计选用西门子 S7200 型 PLC。 PLC 外部接线图 根据全自动洗衣机的控制要求，对系统控制的 I/O 点数进行了统计和 PLC 型号进行了选择，现根据以上的统计和选择对控制系统 PLC 的外部接线设计如 图 8 所示。 14 图 8 控制系统 PLC 外部接线图 如图 9 所示为洗衣机示意图，在图中 ST4 为高水位传感器， ST5 为中水位传感器， 图 8 PLC 控制系统 PLC 的外部接线设计 图 如图 9 所示为洗衣机示意图，在图中 ST4 为高水位传感器 ， ST5 为中水位传感器，ST6 为低水位传感器， ST7 位水排尽传感器，当选择好水位后， YV1 打开开始进水，当水位到达相应水位时，相应的传感器送出 ON 信号否则为 OFF,只有当水上升到与选择水位相开关一致时， YV1 关闭停止进水，开始洗衣 15 图 9 洗衣机示意图 16 4 软件的设计 编程软件选择 编程软件用西门子公司为其生产的。