基于plc控制的全自动洗衣机的设计

基于plc控制的全自动洗衣机的设计内容摘要：

计数等顺序控 制功能，只是用来取代传统的继电器控制 ,通常称为可编程逻辑控制器（ Programmable Logic Controller ）。 随着 微电子 技术和计算机技术的发展， 20 世纪 70 年代中期微处理器技术应用到 PLC 中，使 PLC 不仅具有逻辑控制功能，还增加了算术运算、数据传送和数据处理等功能。 20 世纪 80 年代以后，随着大规模、超大规模集成电路等微电子技术的迅速发展， 16 位和 32 位微处理器应用于 PLC 中，使 PLC 得到 迅速发展。 PLC 不仅控制功能增强，同时可靠性提高，功耗、体积减小，成本降低，编程和故障检测更加灵活方便，而且具有通信和联网、数据处理和图象显示等功能，使 PLC 真正成为具有逻辑控制、过程控制、运动控制、数据处理、联网通信等功能的名符其实的多功能控制器。 PLC 的发展过程大致可以分为如下几个阶段： 1970— 1980 年： PLC 的结构定型阶段。 在这一阶段，由于 PLC 刚诞生，各种类型的顺序控制器不断出现（如逻辑电路型、 1位机型、通用计算机型、单板机型等），但迅速被淘汰。 最终以微处理器为核心的现有 PLC结构形成，取得 了市场的认可，得以迅速发展 .推广。 PLC 的原理、结构、软件、硬件趋向统一与成熟， PLC 的应用领域由最初的小范围、有选择使用、逐步向机床、生产线扩展。 1980— 1990 年： PLC 的普及阶段。 在这一阶段， PLC 的生产规模日益扩大，价格不断下降， PLC 被迅速普及。 各 PLC生产厂家产品的价格 .品种开始系列化，并且形成了固定 I/O 点型、基本单元加扩展块型、模块化结构型这三种延续至今的基本结构模型。 PLC 的应用范围开始向顺序控制的全部领域扩展。 比如三菱公司本阶段的主要产品有 小型 PLC 系列产品 ,K/A 系列 中、大型 PLC 产品等。 1990— 2020 年， PLC 的高性能与小型化阶段。 在这一阶段，随着微电子技术的进步， PLC的功能日益增强， PLC 的 CPU 运算速度大幅度上升、位数不断增加，使得适用于各种特殊控制的功能模块不断被开发， PLC的应用范围由单一的顺序控制向现场控制拓展。 此外， PLC 的体积大幅度缩小，出现了各类微型化 PLC。 三菱公司本阶段的主要产品有 FX 小型 PLC 系列产品， AIS/A2US/Q2A 系列中，大太原科技大学毕业设计（论文） 8 型 PLC 系列产品等。 2020 年至今： PLC 的高性能与网络化阶段。 在本阶段，为了适应信息技术的发展与工厂 自动化的需要， PLC 的各种功能不断进步。 一方面， PLC 在继续提高CPU 运算速度，位数的同时，开发了适用于过程控制，运动控制的特殊功能与模块，使 PLC 的应用范围开始涉及工业自动化的全部领域。 与此同时， PLC的网络与通信功能得到迅速发展， PLC 不仅可以连接传统的编程与通入 /输出设备，还可以通过各种总线构成网络，为工厂自动化奠定了基础。 三菱公司本阶段的主要产品有 FX 小型 PLC 系列产品（包括最新的 FX3u 系列产品）， Qn,QnPH 系列中，大型 PLC 系列产品等。 PLC 的发展趋势 从当前产品技术性能来看， PLC发展趋势仍然主要体现在体积的缩小与性能的提高两大方面。 (1)体积小型化。 电子产品体积的小型化是微电子技术发展的必然结果。 现代 PLC无论从内部元件组成还是硬件、软件结构都已经与早期的 PLC 有了很大的不同， PLC体积被大幅度缩小。 (2)性能的提高。 PLC 的性能主要包括 CPU 性能与 I/O 性能两大方面。 可编程序控制器在我国的发展 状况如下： ○ 1 我国可编程序控制器的发展与国际上的发展有所不同，国际上可编程序控制器的发展是从研制、开发、生产到应用，而我国则是从成套设备引进、可 编程序控制器引进应用、消化移植、合资生产到广泛应用。 大致可划分为下述三个阶段： A． 可编程序控制器的初级认识阶段（ 70 年代后期到 80 年代初期）国际上可编程序控制器的发展，首先引起了国内工程技术界的极大兴趣，所以我国对可编程序控制器的认识始于 70 年代后期到 80 年代初期的成套设备引进中，当时的上海宝钢一期工程中有多项工程引进了十几种机型约 200 多台可编程序控制器。 这些可编程序控制器用于原料码头到高炉、轧钢、钢管等整个钢铁冶炼以及加工生产线上，取代了传统的继电器逻辑系统，并部分取代了模拟量控制 和小型 太原科技大学毕业设计（论文） 9 DDC 系统。 继宝钢一期工程后，国内许多厂家陆续引进的设备和生产线大都配备了可编程序控制器，其应用范围包括电站、石油化工、汽车制造、港口和码头等各领域。 正是在成套设备引进过程中，我们打开了眼界，了解认识了可编程序控制器，这也促进了可编程序控制器在我国的发展。 B． 可编程序控制器的引进应用和消化移植阶段（ 80 年代初期到 90 年代初期） 80年代初期开始，随着我国改革开放的不断深入，在成套设备引进的同时，国外原装的可编程序控制器开始涌入国内市场。 许多部门和单位相继引进可编程序控制器并自己设计组成控制系统， 其应用范围也扩大到建材、轻工、煤炭、水处理、食品、制药、造纸、橡胶和精细化工等工业领域。 （ 90 年代初期到现在） 进入 90 年代，我国的可编程序控制器进入了广泛发展阶段，主要表现在以下几个方面： ○ 2 政府重视 可编程序控制器的发展得到了政府的高度重视，在当时机械电子工业部的领导下，于 1991 年成立了可编程序控制器行业协会。 可编程序控制器行业协会在政府和企事业之间起到了桥梁作用，沟通了情况，为做出决策提供了依据。 同时可编程序控制器的标准化工作也受 到了有关部门的重视，于 1993 年成立了可编程序控制器标准化技术委员会，为我国可编程序控制器的进一步发展打下了基础。 PLC 的应用 (1)PLC 的应用领域 PLC 的初期由于其价格高于继电器控制装置，使得其应用受到限制。 但最近十多年来， PLC 的应用面越来越广，其主要原因是：一方面由于微处理器芯片几有关元件的价格大大下降，使得 PLC的成本下降；另一方面 PLC 的功能大大增强，它也能解决复杂的计算和通信问题。 目前 PLC在国内外已广泛应用于钢铁、采矿、水泥、 石油 、化工、 电力 、 机械制造 、汽车、装卸、造纸、纺织、环保和娱乐等行业。 PLC 的应用范围通常可分成以下 5 种类型： ○1顺序控制 这是 PLC 应用最广泛的领域，也是最适合 PLC 使用的领域。 它用来取代传统的 继电器顺序控制。 PLC 应 用于单机控制、多机群控、生产自动线控制等。 例如：注塑机械、印刷机械、包装机械、切纸机械、组合机床、磨太原科技大学毕业设计（论文） 10 床、装配生产线、电镀流水线及电梯控制等。 ○2运动控制 PLC 制造商目前已提供了拖动步进电机或伺服电机的单轴或多轴位置控制模块，在多数情况下， PLC 把描述目标位置的数据送给模块，其输出移动一轴或数据到目标位置。 每个轴移动时，位置控制模块保持适当的位置和加速度，确保运动平滑。 ○3过程控制 PLC 还能控制大量的过程参数，例如：温度、流量、压力、液位和速度。 PID 模块提供了使 PLC 具有闭环控制的功能，即一个具有 PID控制能力的 PLC 可用于过程控制。 当过程控制中某个变量出现偏差时， PID控制算法会计算出正确的输出，把变量保持在设定植上。 ○4数据处理 在机械加工中， PLC 作为主要的控制和管理系统用于 CNC 和 NC系统中，可以完成大量的数据处理工作。 ○5通信网络 PLC 的通信包括主机与远程 I/O 之间的通信、多台 PLC 之间的通信、 PLC 和其他智能控制设备（如计算机、变频器、数控装置）之间的通信。 PLC 与其他智 能控制设备一起，可以组成 “ 集中管理、分散控制 ” 的分布式控制系统。 (2) PLC 在我国的应用 虽然我国在 PLC 生产方面比较弱，但在 PLC 应用方面，我国是很活跃的，近年来每年约新投入 10 万台套 PLC产品，年销售额 30 多亿人民币，应用的行业也很广。 在我国，一般按 I/O 点数将 PLC 分为以下级别（但不绝对，国外分类有些区别）： 微型： 32 I/O 小型： 256 I/O 中型： 1024 I/O 大型： 4096 I/O 巨型： 8192 I/O 在我国应用的 PLC 系统中， I/O64 点以下 PLC销售额占整个 PLC 的 47%， 64点 ~256 点的占 31%，合计占整个 PLC 销售额的 78%。 太原科技大学毕业设计（论文） 11 PLC的硬件结构 PLC 实质是一种专用于工业控制的计算机其硬件结构基本上与微型计算机从结构上分， PLC分为固定式和组合式（模块式）两种。 固定式 PLC 包括 CPU 板、I/O 板、显示面板、内存块、电源等，这些元素组合成一个不可拆卸的整体。 模块式 PLC 包括 CPU 模块、 I/O 模块、内存、电源模块、底板或机架，这些模块可以按照一定规则组合配置。 其结构如图。 图 PLC的结构图 中央处理单元 (CPU)是 PLC 的控制中枢，它按 照 PLC 系统程序赋予的功能接收并存储从编程器键入的用户程序和数据、检查电源、存储器 I/O 以及警戒定时器的状态；并能诊断用户程序中的语法错误。 当 PLC 投入运行时，首先它以扫描的方式接收现场各输入装置的状态和数据，并分别存入 I/O 映象区，然后从用户程序存储器中逐条读取用户程序，经过命令解释后，按指令的规定执行逻辑或算数运算的结果送入 I/O 映象区或数据寄存器内，等所有的用户程序执行完毕之后，最后将 I/O 映象区的各输出状态或输出寄存器内的数据传送到相应的输出装置，如此循环运行直到停止运行。 太原科技大学毕业设计（论文） 12 PLC的工作原理 PLC 的 CPU 则采用顺序逻辑扫描用户程序的运行方式，即如果一个输出线圈或逻辑线圈被接通或断开，该线圈的所有触点 (包括其常开或常闭触点 )不会立即动作，必须等扫描到该触点时才会动作。 考虑到继电器控制装置各类触点的动作时间一般在 100ms 以上，而 PLC 扫描用户程序的时间一般均小于 100ms，因此， PLC 采用了一种不同于一般微型计算机的运行方式 扫描技术。 这样在对于 I/O 响应要求不高的场合， PLC 与继电器控制装置的处理结果上就没有什么区别了。 当 PLC 投入运行后，其工作过程一般分为三个阶段，即输入 采样、用户程序执行和输出刷新三个阶段。 完成上述三个阶段称作一个扫描周期。 在整个运行期间， PLC 的 CPU 以一定的扫描速度重复执行上述三个阶段。 输入采样阶段 在输入采样阶段， PLC 以扫描方式依次地读入所有输入状态和数据，并将它们存入 I/O 映象区中的相应得单元内。 输入采样结束后，转入用户程序执行和输出刷新阶段。 在这两个阶段中，即使输入状态和数据发生变化， I/O映象区中的相应单元的状态和数据也不会改变。 因此，如果输入是脉冲信号，则该脉冲信号的宽度必须大于一个扫描周期，才能保证在任何情况下，该输入均能被读 入。 用户程序执行阶段 在用户程序执行阶段， PLC 总是按由上而下的顺序依次地扫描用户程序 (梯形图 )。 在扫描每一条梯形图时，又总是先扫描梯形图左边的由各触点构成的控制线路，并按先左后右、先上后下的顺序对由触点构成的控制线路进行逻辑运算，然后根据逻辑运算的结果，刷新该逻辑线圈在系统 RAM 存储区中对应位的状态；或者刷新该输出线圈在 I/O 映象区中对应位的状态；或者确定是否要执行该梯形图所规定的特殊功能指令。 输出刷新阶段 当扫描用户程序结束后， PLC 就进入输出刷新阶段。 在此期间， CPU 按照 I/O映象区内对应的状态和数据刷新所有的输出锁存电路，再经输出电路驱动相应的外设。 太原科技大学毕业设计（论文） 13 PLC 的扫描工作过程如图 、图 图 PLC 的扫描工作过程图 图 PLC的扫描周期图 PLC的特点 可靠性高，抗干扰能力强 高可靠性是电气控制设备的关键性能。 PLC 由 于采用现代大规模集成电路技术，采用严格的生产工艺制造，内部电路采取了先进的抗干扰技术，具有很高的可靠性。 例如三菱公司生产的 F 系列 PLC 平均无故障时间高达 30 万小时。 一些使用冗余 CPU 的 PLC 的平均无故障工作时间则更长。 从 PLC 的机外电路来说，使用 PLC 构成控制系统，和同等规模的继电接触器系统相比，电气接线及开关接点已减少到数百甚至数千分之一，故障也就大大降低。 此外， PLC带有硬件故障自我检测功能，出现故障时可及时发出警报信息。 在应用软件中，应用者还可以编入外围器件的故障自诊断程序，使系统中除 PLC 以外的电路及设备也获得故障自诊断保护。 这样，整个系统具有极高的可靠性也就不奇怪了。 输入刷新 程序执行 输出刷新 一 个扫描周期 输入刷新 读 用 户 输 出 设 备 输 入 端 子 输 入 锁。