PLC全自动洗衣机控制系统设计

四川交通大学毕业设计（论文）第1页摘要中文摘要：该毕业设计介绍了可编程序控制器（PLC）和PLC控制系统的基本知识，包括PLC的定义、特点、分类、技术指标、基本结构、工作原理、硬件知识及PLC控制系统等相关知识。采用三菱公司的FX2N系列的PLC，设计了一个简单的全自动洗衣机控制系统。全自动洗衣机通过了可编程序控制器来实现洗涤过程，省时省力。英文摘要：AbstractThegraduationdesignintroducestheprogrammablelogiccontroller(PLC)andPLCtocontrolthebasicknowledgeofthesystem,includePLCdefinition,characteristics,arrange,thetechniquetarget,basicstructure,theworkprinciple,thehardwareknowledgeandcontrolofPLCthesystemrelatedknowledge.ThedesignadoptthePLCoftheseriesofFX2NoftheSanLingcompany,designaninbriefcontrolsystemoffull-automaticwashingmachine.Thefull-automaticwashingmachinepassestheprogrammablelogiccontrollertocarryoutthewashprocess,savetimelabor-saving.四川交通大学毕业设计（论文）第2页前言可编程控制器是以计算机为核心的通用自动控制装置，它的功能强、可靠性极强、编程简单、使用方便、体积小。现已广泛应用于工业控制的各个领域，它以微处理器为核心，用编写的程序进行逻辑控制、定时、记数和算术运算等，并通过数字量和模拟量的输入/输出来控制机械设备或生产过程。该设计采用三菱公司的F1系列可编程控制器。F1系列有被已在国内广泛使用的FX系列代替的趋势。我们在这里有必要详细介绍三菱的FX系列可编程控制器的性能指标，硬件组成和指令。PLC的学习比一般编程学习困难在于，要完成一个控制系统不仅需要掌握一定的编程技术，更为重要的是要知道如何针对实际应用的需要选择合适的PLC型号，然后进行资源配置，设计控制系统。该设计为全自动洗衣机的PLC控制，主要介绍了全自动洗衣机的工作原理，控制系统的PLC的选型和资源的配置，控制系统程序设计与调试，控制系统PLC程序。最后，在该设计过程中给予极大鼓励和帮助的老师、同学，在此表示衷心的感谢。由于在设计过程中存在许多不足，希望老师同学指正。四川交通大学毕业设计（论文）第3页目录摘要…………………………………………………………………1目录…………………………………………………………………3第一章绪论……………………………………………………………41.1概论………………………………………………………………41.1.1PLC的定义……………………………………………………41.2PLC的特点…………………………………………………………41.2.1高可靠性………………………………………………………51.2.2应用灵活，使用方便…………………………………………51.2.3面向控制过程的编程语言，容易掌握………………………51.3PLC的分类…………………………………………………………51.3.1小型PLC………………………………………………………51.3.2中型PLC………………………………………………………61.3.3大型PLC………………………………………………………61.4PLC的主要技术指标………………………………………………61.4.1存储器容量……………………………………………………61.4.2输入/输出点数…………………………………………………61.4.3扫描时间………………………………………………………61.4.4指令种类和数量………………………………………………61.4.5内部寄存的种类和数量………………………………………71.4.6扩展能力………………………………………………………71.4.7智能模块的种类和数量………………………………………7第二章PLC的结构……………………………………………………82.1PLC的基本结构…………………………………………………82.2整体式的结构PLC………………………………………………82.3模块式结构的PLC………………………………………………82.4PLC各组成部分介绍……………………………………………92.5基本指令…………………………………………………………10第三章PLC的工作原理………………………………………………113.1循环扫描技术……………………………………………………113.2PLC的输入/输出的响应时间……………………………………12第四章PLC的控制系统设计原则和设计步骤………………………144.1设计原则…………………………………………………………144.2设计步骤…………………………………………………………14第五章PLC的硬件知识………………………………………………165.1PLC的模块介绍…………………………………………………165.2FX2NPLC的硬件系统构成………………………………………18第六章课程设计PLC全自动洗衣机控制系统设计…………………206.1全自动洗衣机控制系统的设计要求……………………………206.2全自动洗衣机控制系统的PLC选型和资源配置………………216.3全自动洗衣机控制系统程序设计和调试………………………22四川交通大学毕业设计（论文）第4页6.4全自动洗衣机控制PLC程序……………………………………246.5设计小结…………………………………………………………32第七章参考文献………………………………………………………33第一章绪论首先介绍一下可编程控制器（PLC）和PLC控制系统的基本知识，包括PLC的产生和发展、特点、技术指标、基本结构、工作原理及PLC控制系统等相关知识。1.1概述可编程控制器是在计算机技术、通信技术和继电器控制技术的发展基础上开发起来的，现已广泛应用于控制的各个领域。它以微处理器为核心，用编写的程序进行逻辑控制、定时、计数和算术运算等，并通过数字量和模拟量的输入/输出来控制机械设备或生产过程。1.1.1PLC的定义PLC自问世以来，尽管时间不长，但发展迅速。为了使其生产和发展标准化，国际电工委员会（IEC）先后颁布了PLC标准的草案第一、二、三稿，并在1987年作了如下的定义：“可编程控制器是一种数字运算操作的电子系统，专为在工业环境应用而设计的。它采用一类可编程控制器，用于其内部存储程序、执行逻辑运算、顺序控制、定时、计数与算术操作等面向用户的指令，并通过数字或模拟式输入/输出控制各种类型的机械或生产过程。可编程控制器及基有关外部设备，都应按易于与工业控制系统联成一个整体，易于扩充基其功能的原则设计的。”总之，可编程控制器是一台专为工业环境而设计的计算机，它是将传统的计算机技术、继电器技术和通信技术相融合而发展起来的一种新型的控制装置。在具体的国内工业应用中，由于它不是针对某一具体的工业应用，因此它的硬件应根据实际需要来进行配置，其软件则根据控制要求进行编写。1．2PLC的特点PLC是传统的继电器技术和计算机技术相结合的产物，所以要工业控制方面，它具有继电器或通用计算机所无法比拟的特点。四川交通大学毕业设计（论文）第5页1.2.1高可靠性PLC的高可靠性主要表现在硬件和软件两个方面：（1）在硬件方面，由于采用性能优良的开关电源，并且对选用的器件进行严格的筛选，加上合理的系统结构，最后加固、简化安装，因此PLC具有很强硬的抗振动冲击性能；无触点的半导体电路来完成大量的开关动作，就不会出现继电器系统中的器件老化、脱焊、触点电弧等问题；所有的输入/输出接口都采用光电隔离措施，使外部电路和PLC内部电路能有效的进行隔离；PLC模块式的结构，可以在其中一个模块出现故障时迅速地判断出故障的模块并进行更换，这样就能尽量的缩短系统的维修时间。（2）在软件方面，PLC的监控定时器可用于监视执行用户程序的专用运行处理器的延迟，保证在程序出现错误和程序调试时，避免因程序错误而出现死循环；当CPU、电池、I/O口、通信等出现异常时，PLC的自诊断功能可以检测到这些错误，并采取相应的措施，以防止故障扩大；停电时，后电池和正常工作时一样，进行对用户程序及动态数据的保护，确保信息不丢失。1.2.2应用灵活、使用方便模块化的PLC设计，使用户能根据自己系统的大小、工艺流程和控制要求等来选择自己所需要的PLC模块并进行资源配置和PLC编程。这样，控制系统就不需要大量的硬件装置，用户只需根据控制需要设计PLC的硬件配置和I/O的外部接线即可。1.2.3面向控制过程的编程语言，容易掌握PLC的编程语言采用继电器控制电路的梯形图语言，清晰直观。虽然PLC是以微处理器为核心的控制装置，但是它不需要用户有很强的程序设计能力，只在用户具备一定的计算机软、硬件知识和电器控制方面的知识即可。1．3PLC的分类1.3.1小型PLC连接开关量I/O模块、模拟量I/O模块以及其它各种特殊功能模块，能执行包括逻辑运算、计时、计数、算术运算、数输入/输出点数在128点以下的PLC称为小型PLC。其特点是体积小、结构紧凑，它可以据处理和传送、通信联网以及各种应用指令。四川交通大学毕业设计（论文）第6页1.3.2中型PLC输入/输出点数在128-512点之间的PLC称为中型PLC。它除了具有小型机所能实现在功能外，还具有强在的网络通信功能、更丰富的指令系统、更大的内存容量和更快的扫描速度。1.3.3大型PLC输入/输出点数大于512的PLC称为大型PLC。它具有强大的软件硬件功能、自诊断功能、通信联网功能，它可以构成三级通信网，实现工厂生产管理自动化。另外大型PLC还可以采用三CPU构成表决式系统，使机器具有更高的可靠性。1．4PLC的主要技术指标1.4.1存储器容量存储器用来存储程序和系统参数等，其容量是由用户程序存储器和数据存储器组成的。程序存储器容量大小决定了用户所能编写程序的长度。一般中小型PLC的存储器容量在16KB以下，大型的PLC可达到2MB左右。1.4.2输入/输出点数输入/输出点数是指根据工业系统控制要求所得到的对应于PLC的输入/输出端的个数。I/O点数越多，说明需要控制的器件和设备就越多。1.4.3扫描时间扫描时间是指CPU内部根据用户程序，按逻辑顺序，从开始到结束扫描一次所需的时间。PLC用户手册一般给出执行指令所用的时间。1.4.4指令种类和数量指令的种类和数量决定了用户编制程序的方式和PLC的处理能力和控制能力。四川交通大学毕业设计（论文）第7页1.4.5内部寄存的种类和数量内部寄存器主要包括定时器、计数器、中间继电器、数据寄存器和特殊寄存器等。它们主要用来完成计时、技术、中间数据存储、数据存储还有其他一些功能。种类和数量越多，PLC的功能就越强大。1.4.6扩展能力PLC扩展能力是指PLC是否能具有I/O点数扩展、功能扩展、联网等一些功能。1.4.7智能模块的种类和数量智能模块是指能完成模拟量控制、远程控制以及通信等功能模块。智能模块种类和数量越多，说明PLC功能越强大。四川交通大学毕业设计（论文）第8页第二章PLC的结构和工作原理2.1PLC的基本结构PLC实质是一种用于工业控制的计算机，其硬件结构基本上与微型计算机相同。根据结构形式的不同，PLC的基本结构分为整体式和模块式结构两类。2.2整体式结构的PLC整体式结构的PLC由中央处理器（CPU）、存储器、I/O单元、电源电路和通信端口等组成，并将这些组装在一起。基本结构框图如图2-1所示。中央处理器系统总线图2-1整体式结构2.3模块式结构的PLC模块式结构