全自动洗衣机的PLC控制

安徽矿业职业技术学院毕业设计（论文）（2013届）题目：全自动洗衣机的PLC控制指导教师：院系：机电工程系班级：学号：姓名：Page2目录选题的意义研究的主要内容第一章可编程序控制器1.1PLC的概述1.2PLC的特点和可靠性1.3PLC的分类1.4PLC的发展及应用第二章三菱公司的FX2N系列2.1FX2N系列的机械硬件2.2FX2N系列PLC的面板2.3FX2N系列PLC的I/O点2.4FX系列PLC的基本逻辑指令第三章全自动洗衣机3.1全自动洗衣机基本工作原理3.2全自动洗衣机的硬件设计第四章全自动洗衣机的软件设计4.1PLC的I/O分配表4.2软件设计顺序功能图4.3中间继电器的设计分析第五章梯形图和指令表5.1梯形图5.2指令表第六章总结参考文献致谢Page3选题的意义随着社会经济的发展和科学技术水平的提高，许多领域实现全自动化成为必然的发展趋势。洗衣机也不列外，它的生产极大的方便了人们的生活。全自动洗衣机综合运用了大量力学、电学、光学等知识。自从全自动洗衣机诞生以来，其内部的电路控制系统就不断的被改进。随着PLC技术的迅速发展与普及，在多种多样的控制技术中，采用PLC控制系统的全自动洗衣机显得更加智能化。Page4研究的主要内容该课程设计主要介绍可编程序控制器（PLC）、三菱公司的FX2N系列的PLC、全自动洗衣机、以及PLC控制全自动洗衣机系统。本次课程设计仅采用三菱公司的FX2N系列的PLC，通过顺序功能图采用步进指令设计梯形图，设计了一个简单的全自动洗衣机控制系统。关键词：PLC；FX2N；顺序功能图；梯形图；Page5第一章可编程程序控制器1.1PLC的概述可编程序控制器（ProgrammabieLogicContrgicoller,缩写PLC）是以微处理器为基础，综合计算机、通信、联网以及自动控制技术而开发的新一代工业控制装置。可编程序控制器是随着技术的进步与现代社会生产方式的转变，为适应多品种.小批量生产的需要，生产.发展起来的一种新型的工业控制装置。PLC从问世以来，虽然至今还不到40年，但由于其具有通用灵活的控制性能,简单方便的使用性能，可以适应各种工业环境的可靠性，因此在工业自动化各领域取得了广泛的应用。有人将它与数控技术、CAD/CAM技术工业机械人技术并称为现代工业自动化技术的四大支柱。可编程序控制器在我国的发展与应用已有30多年的历史，现在它已经广泛应用于国民经济的各个工业生产领域，成为提高传统工业装备水平和技术能力的重要设备和强大支柱。Page61．2PLC的特点和可靠性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。（1）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。（2）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。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。Page71．3PLC的分类（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、算术运算等。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。（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。（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。Page81.4PLC的发展及应用20世纪80年代以后，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（2）运动控制（3）过程控制（4）数据处理（5）通信网络Page9第二章三菱公司的FX2N系列2.1FX2N系列的机械硬件机器的外部特征，PLC按结构形式不同，可分为整体式和模块式两类。整体式PLC是将电源、CPU、存储器、输入/输出单元等各个功能部件集中在一个机壳内，具有结构紧凑、体积小、价格低的特点；模块式PLC将各个功能部件做成独立模块，如电源模块、CPU模块、I/O模块等，然后按需要进行组合。小型PLC的I/O点数在256点以下，存储容量在8K步以内，具有逻辑运算、定时、计数、移位、自诊断和监控等基本功能。FX2N系列PLC是FX系列中最高级的模块，它拥有极高的速度、高级的功能、逻辑选件以及定位控制等特点，能满足从16到256路输入／输出多种应用的要求。一套PLC系统的硬件一般由基本单元（包括CPU、存储器、输入/输出接口及内部电源等）、I/O扩展模块、扩展单元、转换电缆接口、特殊适配器和特殊功能模块等外部设备组成。Page102.2FX2N系列PLC的面板FX2N系列PLC的面板由三部分组成，即外部接线端子、指示部分和接口部分，各部分的组成及功能如下。（1）FX2N外部接线端子外部接线端子包括PLC电源（L、N）、输入用直流电源（24+、COM）、输入端子（X）、输出端子（Y）和机器接地等。它们位于机器两侧可拆卸的端子板上，每个端子均有对应的编号，主要用于电源、输入信号和输出信号的连接。（2）FX2N指示部分指示部分包括各输入输出点的状态指示、机器电源指示（POWER）、机器运行状态指示（RUN）、用户程序存储器后备电池指示（BATT.V）和程序错误或CPU错误指示（PROG-E、CPU-E）等，用于反映I/O点和机器的状态。（3）FX2N接口部分主要包括编程器接口、存储器接口、扩展接口和特殊功能模块接口等。在机器面板上，还设置了一个PLC运行模式转换开关SW（RUN／STOP），RUN使机器处于运行状态（RUN指示灯亮）；STOP使机器处于停止运行状态（RUN指示灯灭）。当机器处于STOP状态时，可进行用户程序的录入、编辑和修改。接口的作用是完成基本单元同编程器、外部存储器、扩展单元和特殊功能模块的连接。在PLC技术应用中会经常用到。Page112．3FX2N系列的I/O点FX2N的I/O点端子是PLC与外部输入、输出设备连接的通道。输入端子（X）位于机器的一侧，而输出端子（Y）位于机器的另一侧。I/O点的数量、类别随机器的型号不同而不同，但I/O点数量相等及编号规则完全相同。FX2N系列PLC的I/O点编号采用8进制，即000～0007、010～017、020～027……，输入点前面加“X”，输出点前面加“Y”。扩展单元和I/O扩展模块，其I/O点编号应紧接基本单元的I/O编号之后，依次分配编号。I/O点的作用是将I/O设备与PLC进行连接，使PLC与现场设备构成控制系统，以便从现场通过输入设备（元件）得到信息（输入），或将经过处理后的控制命令通过输出设备（元件）送到现场（输出），从而实现自动控制的目的。输入回路的连接如图2—1所示。输入回路的实现是将COM通过输入元件（如按钮、转换开关、行程开关、继电器的触点、传感器等）连接到对应的输入点上，再通过输入点X将信息送到PLC内部。一旦某个输入元件状态发生变化，对应输入继电器X的状态也就随之变化，PLC在输入采样阶段即可获取这些信息。Page12图2—1输入回路的连接Page13输出回路就是PLC的负载驱动回路，输出回路的连接如图2-2所示。通过输出点，将负载和负载电源连接成一个回路，这样负载就由PLC输出点的ON/OFF进行控制，输出点动作负载得到驱动。负载电源规格根据负载的需要和输出点的技术规格进行选择。图2—2输出回路的连接Page14在实现输入/输出回路时，应注意的事项如下：（1）I/O点的共COM问题一般情况下，每个I/O点应有两个端子，为了减少I/O端子的个数，PLC内部已将其中一个I/O继电器的端子与公共端COM连接。输出端子一般采用每4个点共COM连接，如图2—2所示。（2）输出点的技术规格不同的输出类别，有不同的技术规格。应根据负载的类别、大、负载电源的等级、响应时间等选择不同类别的输出形式。（3）多种负载和不同负载电源共存的处理在输出共用一个公共端子的范围内，必须用同一电压类型和同一电压等级；而不同公共点组可使用不同电压类型和电压等级的负载，如图2—2所示。PLC控制系统由硬件和软件两个部分组成，硬件部分：将输入元件通过输入点与PLC连接，将输出元件通过输出点与PLC连接，构成PLC控制系统的硬件系统。软件部分：即控制思想，用PLC指令将控制思想转变为PLC可接受的程序。为适应控制的需要，PLCI/0具有不同的类别。其输入分直流输入和交流输入两种形式；输出分继电器输出、可控硅输出和晶体管输出三种形式。继电器输出和可控硅输出适用于大电流输出场合；晶体管输出、可控硅输出适用于快速、频繁动作的场合。相同驱动能力，继电器输出形式价格较低。Page152.4FX系列PLC的基本逻辑指令（1）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.（2）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.（3）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.（4）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.（5)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“