基于PLC的全自動洗衣機(jī)

1、1. 引言 11 PLC的基本概念PLC(Programmable logic Controller)，可編程邏輯控制器，一種數(shù)字運(yùn)算操作的電子系統(tǒng)，專為在工業(yè)環(huán)境應(yīng)用而設(shè)計(jì)的。它采用一類可編程的存儲器，用于其內(nèi)部存儲程序，執(zhí)行邏輯運(yùn)算，順序控制，定時，計(jì)數(shù)與算術(shù)操作等面向用戶的指令，并通過數(shù)字或模擬式輸入/輸出控制各種類型的機(jī)械或生產(chǎn)過程。可編程控制器(Programmable Controller)是計(jì)算機(jī)家族中的一員，是為工業(yè)控制應(yīng)用而設(shè)計(jì)制造的。早期的可編程控制器稱作可編程邏輯控制器(Programmable Logic Controller)，簡稱PLC，它主要用來代替繼電器實(shí)現(xiàn)邏輯

2、控制。隨著技術(shù)的發(fā)展，這種裝置的功能已經(jīng)大大超過了邏輯控制的范圍，因此，今天這種裝置稱作可編程控制器，簡稱PC。但是為了避免與個人計(jì)算機(jī)(Personal Computer)的簡稱混淆，所以將可編程控制器簡稱PLC 12 PLC的基本結(jié)構(gòu) 1.2.1 中央處理單元(CPU) 中央處理單元(CPU)是PLC的控制中樞。它按照PLC系統(tǒng)程序賦予的功能接收并存儲從編程器鍵入的用戶程序和數(shù)據(jù)；檢查電源、存儲器、I/O以及警戒定時器的狀態(tài)，并能診斷用戶程序中的語法錯誤。當(dāng)PLC投入運(yùn)行時，首先它以掃描的方式接收現(xiàn)場各輸入裝置的狀態(tài)和數(shù)據(jù)，并分別存入I/O映象區(qū)，然后從用戶程序存儲器中逐條讀取用戶程序，經(jīng)

3、過命令解釋后按指令的規(guī)定執(zhí)行邏輯或算數(shù)運(yùn)算的結(jié)果送入I/O映象區(qū)或數(shù)據(jù)寄存器內(nèi)。等所有的用戶程序執(zhí)行完畢之后，最后將I/O映象區(qū)的各輸出狀態(tài)或輸出寄存器內(nèi)的數(shù)據(jù)傳送到相應(yīng)的輸出裝置，如此循環(huán)運(yùn)行，直到停止運(yùn)行。 1.2.2 存儲器 存放系統(tǒng)軟件的存儲器稱為系統(tǒng)程序存儲器。 存放應(yīng)用軟件的存儲器稱為用戶程序存儲器。 1.2.3 電源 PLC的電源在整個系統(tǒng)中起著十分重要得作用。如果沒有一個良好的、可*得電源系統(tǒng)是無法正常工作的，因此PLC的制造商對電源的設(shè)計(jì)和制造也十分重視。一般交流電壓波動在+10%(+15%)范圍內(nèi)，可以不采取其它措施而將PLC直接連接到交流電網(wǎng)上去 13 PLC的工作原理當(dāng)

4、PLC投入運(yùn)行后，其工作過程一般分為三個階段，即輸入采樣、用戶程序執(zhí)行和輸出刷新三個階段。完成上述三個階段稱作一個掃描周期。在整個運(yùn)行期間，PLC的CPU以一定的掃描速度重復(fù)執(zhí)行上述三個階段。 輸入采樣階段： 在輸入采樣階段，PLC以掃描方式依次地讀入所有輸入狀態(tài)和數(shù)據(jù)，并將它們存入I/O映象區(qū)中的相應(yīng)得單元內(nèi)。輸入采樣結(jié)束后，轉(zhuǎn)入用戶程序執(zhí)行和輸出刷新階段。在這兩個階段中，即使輸入狀態(tài)和數(shù)據(jù)發(fā)生變化，I/O映象區(qū)中的相應(yīng)單元的狀態(tài)和數(shù)據(jù)也不會改變。因此，如果輸入是脈沖信號，則該脈沖信號的寬度必須大于一個掃描周期，才能保證在任何情況下，該輸入均能被讀入。 用戶程序執(zhí)行階段 ：在用戶程序執(zhí)行階段

5、，PLC總是按由上而下的順序依次地掃描用戶程序(梯形圖)。在掃描每一條梯形圖時，又總是先掃描梯形圖左邊的由各觸點(diǎn)構(gòu)成的控制線路，并按先左后右、先上后下的順序?qū)τ捎|點(diǎn)構(gòu)成的控制線路進(jìn)行邏輯運(yùn)算，然后根據(jù)邏輯運(yùn)算的結(jié)果，刷新該邏輯線圈在系統(tǒng)RAM存儲區(qū)中對應(yīng)位的狀態(tài)；或者刷新該輸出線圈在I/O映象區(qū)中對應(yīng)位的狀態(tài)；或者確定是否要執(zhí)行該梯形圖所規(guī)定的特殊功能指令。 輸出刷新階段 ：當(dāng)掃描用戶程序結(jié)束后，PLC就進(jìn)入輸出刷新階段。在此期間，CPU按照I/O映象區(qū)內(nèi)對應(yīng)的狀態(tài)和數(shù)據(jù)刷新所有的輸出鎖存電路，再經(jīng)輸出電路驅(qū)動相應(yīng)的外設(shè)。這時，才是PLC的真正輸出。1.4 PLC的未來展望 21世紀(jì)，PLC會

6、有更大的發(fā)展。從技術(shù)上看，計(jì)算機(jī)技術(shù)的新成果會更多地應(yīng)用于可編程控制器的設(shè)計(jì)和制造上，會有運(yùn)算速度更快、存儲容量更大、智能更強(qiáng)的品種出現(xiàn)；從產(chǎn)品規(guī)模上看，會進(jìn)一步向超小型及超大型方向發(fā)展；從產(chǎn)品的配套性上看，產(chǎn)品的品種會更豐富、規(guī)格更齊全，完美的人機(jī)界面、完備的通信設(shè)備會更好地適應(yīng)各種工業(yè)控制場合的需求；從市場上看，各國各自生產(chǎn)多品種產(chǎn)品的情況會隨著國際競爭的加劇而打破，會出現(xiàn)少數(shù)幾個品牌壟斷國際市場的局面，會出現(xiàn)國際通用的編程語言；從網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展情況來看，可編程控制器和其它工業(yè)控制計(jì)算機(jī)組網(wǎng)構(gòu)成大型的控制系統(tǒng)是可編程控制器技術(shù)的發(fā)展方向。目前的計(jì)算機(jī)集散控制系統(tǒng)DCS（Distributed

7、Control System）中已有大量的可編程控制器應(yīng)用。伴隨著計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展，可編程控制器作為自動化控制網(wǎng)絡(luò)和國際通用網(wǎng)絡(luò)的重要組成部分，將在工業(yè)及工業(yè)以外的眾多領(lǐng)域發(fā)揮越來越大的作用。1.5 松下FP1介紹FP1是日本松下電工公司生產(chǎn)的小型PLC產(chǎn)品。有C14、C16、C24、C40、C56。C后阿拉伯?dāng)?shù)字是輸入、輸出點(diǎn)之和。FP1是近代功能非常強(qiáng)的小型機(jī)。主機(jī)控制單元內(nèi)有高速計(jì)數(shù)器?？奢斎腩l率高達(dá)10KHZ的脈沖。并可同時輸入兩路脈沖。另外輸出頻率可調(diào)的脈沖信號。該機(jī)有8個中斷源的中斷優(yōu)先權(quán)管理。主機(jī)控制單元還配有RS232口，可實(shí)現(xiàn)PLC與PC機(jī)之間的通訊。除了主機(jī)控制單元以外，與

8、之配套的還有擴(kuò)展單元、智能單元和鏈接單元。擴(kuò)展單元為I/O擴(kuò)展點(diǎn)數(shù)的模塊，由E8E40系列組成。利用此模塊可以將I/O點(diǎn)數(shù)擴(kuò)展至152點(diǎn)。智能單元主要為A/D，D/A模塊。當(dāng)需要對模擬量進(jìn)行測量和控制時，可以連接智能單元。鏈接單元，通過遠(yuǎn)程I/O可實(shí)現(xiàn)主FP系統(tǒng)進(jìn)行I/O數(shù)據(jù)通訊，從而實(shí)現(xiàn)一臺主控制單元的控制。1RS232口。通過該口與PC機(jī)通訊編程。2運(yùn)行監(jiān)視指示燈當(dāng)運(yùn)行程序“RUN”的LED亮。當(dāng)控制單元中止執(zhí)行程序時，“PROG”的LED亮。當(dāng)發(fā)生自診斷錯誤時，“ERR”的LED亮。當(dāng)檢測到異常的情況時或出現(xiàn)“WATCHDOG”定時故障?！癆LARM”的LED亮。3電池座為了使控制單元斷

9、電時，仍能保持有用的信息。在控制單元，設(shè)有蓄電池，電池的壽命一般為36年。4存儲器和主存儲器插座5方式選擇開關(guān)RUN：運(yùn)行REMOTE：兩者之間PROG：編程6輸出端子：C24有8點(diǎn)7輸入端子：C24有16點(diǎn)8電位器：V0、V1電位器可從外部調(diào)節(jié)PLC的手動撥盤寄存器的數(shù)值。輸入0255的模擬量。V0：DT9040，V1：KT9041上機(jī)檢查：一輸入信號：1開關(guān)（SB0SB15）SB0SB3，SB8SB11不帶自鎖：紅色開關(guān)SB4SB7，SB12SB15帶自鎖：黃色開關(guān)24個撥碼器（A1A4）二輸出信號：1輸出信號（Y0Y7）2蜂鳴器檢查：電源：電源開關(guān)合上后，DC24V批示燈亮，且用電壓表檢

10、查DC24V。若電壓大于22V則合格。一輸入單元檢查：工作方式打到PROG檔。所有COM端與DC24V電源正極相連。1.對開關(guān)檢查撥碼器的開關(guān)撥向OFF。導(dǎo)線一端插入X7，另一端插入每個開關(guān)插孔，按下對應(yīng)開關(guān)，指示燈INPUT7是否亮，如果亮則合格。導(dǎo)線一端聯(lián)自鎖開關(guān)，導(dǎo)線另一端X0XF，按下自鎖開關(guān)，INPUT0INPUTF是否全亮。如果亮則合格。2.對撥碼器檢查撥碼器的開關(guān)撥向ON每個撥碼器從09看相應(yīng)的指示燈是否全亮。二輸出單元檢查：對輸出指示燈檢查：導(dǎo)線一端插入DC24V正極，另一端依次插到發(fā)光二極管插孔，看是否亮。對蜂鳴器檢查：導(dǎo)線一端與DC24V，另一端與蜂鳴器插孔，則蜂鳴器響。F

11、P1中，X、WX均為I/O區(qū)的輸入繼電器，X以位尋址，WX以字尋址。FP1的C40最大可擴(kuò)展為120點(diǎn)。C40+初級擴(kuò)展數(shù)+次級擴(kuò)展數(shù)=40+40+40=120。特殊功能繼電器，內(nèi)部繼電器（R），不能外部輸出，只能內(nèi)部使用。其地址R0R62共達(dá)1008個。特殊內(nèi)部繼電器（R），有特殊用途的專門內(nèi)部繼電器。其地址R9000R903F。1）標(biāo)志繼電器：數(shù)據(jù)比較標(biāo)志、強(qiáng)制性標(biāo)志等等。2）特殊控制繼電器：不受編程控制的特殊繼電器。R9013初始閉合繼電器：當(dāng)運(yùn)行時第一次掃描時閉合，從第二次掃描斷開并保持?jǐn)嚅_狀態(tài)。R9010始終閉合繼電器。3）信號源繼電器R9018R901E這7個繼電器都是不用編程自動

12、產(chǎn)生脈沖信號的繼電器。R901A：以0.1s為周期重復(fù)通/斷狀態(tài)的時鐘脈沖繼電器。R901B：以0.2s為周期重復(fù)通/斷狀態(tài)的時鐘脈沖繼電器。R901C：以1s為周期重復(fù)通/斷狀態(tài)的時鐘脈沖繼電器。定時器（T）定時器的觸點(diǎn)是定時器指令（TM）的輸出。如果定時器指令的定時時間到，與共同標(biāo)號的觸點(diǎn)動作。（編號T0T99）。計(jì)數(shù)器（C）計(jì)數(shù)器的觸點(diǎn)是計(jì)數(shù)器指令（CT）的輸出。當(dāng)計(jì)數(shù)器指令計(jì)數(shù)功能完畢。與其同標(biāo)號的觸點(diǎn)動作。（編號T100T143）。可以看出計(jì)數(shù)器編號和定時器編號相連的?？偤凸?44個不變。定時器/計(jì)數(shù)器設(shè)定值寄存器（SV）SV是存放最初的預(yù)置值。其標(biāo)號與定時器/計(jì)數(shù)器相對應(yīng)（SV0S

13、V143）。定時器/計(jì)數(shù)器經(jīng)過值寄存器（EV）EV是存放經(jīng)過值，隨著程序變化而變化。當(dāng)它的內(nèi)容為0時，定時器/計(jì)數(shù)器的觸點(diǎn)動作。通用數(shù)據(jù)寄存器（DT）用來存儲內(nèi)部處理的數(shù)據(jù)。同R繼電器不同，它不帶任何觸點(diǎn)。特殊數(shù)據(jù)寄存器（DT），有特殊用途的寄存器。編號為（DT9000DT9069），常數(shù)（K、H），K是十進(jìn)制數(shù) ，H是十六進(jìn)制數(shù)，索引寄存器（IX、IY），作寄存器用，其它操作數(shù)的修正值（地址修正、常數(shù)修正）。2. 設(shè)計(jì)要求、目的全自動洗衣機(jī)，按下SB1按鈕啟動時開始進(jìn)水。水滿（即水位到達(dá)高水位）時停止進(jìn)水并開始洗滌正轉(zhuǎn)，正洗15秒后暫停。暫停3秒后開始洗滌反轉(zhuǎn)，反轉(zhuǎn)15秒后暫停。暫停3秒后，

14、若正、反轉(zhuǎn)未滿3次，則返回從正洗開始的動作，若正、反洗滿3次時開始排水。水位下降到低水位時開始脫水并繼續(xù)排水。脫水10秒即完成一次從進(jìn)水到排水的大循環(huán)過程。若未完成3次大循環(huán)，則返回從進(jìn)水開始的全部動作，進(jìn)行下一次大循環(huán)；若完成3次大循環(huán)，則進(jìn)行洗完報(bào)警。報(bào)警10秒后結(jié)束全部過程，自動停機(jī)。3. 設(shè)計(jì)的具體實(shí)現(xiàn) 1) PLC投入運(yùn)行，系統(tǒng)處于初始狀態(tài)準(zhǔn)備好啟動;2) 啟動時開始進(jìn)水；3）水滿（上限位）時停止進(jìn)水并開始洗滌正轉(zhuǎn)；4）正轉(zhuǎn)15S后暫停；5）暫停3S后開始洗滌反轉(zhuǎn)；6）反轉(zhuǎn)15S后暫停；7）暫停3S后，若正、反轉(zhuǎn)未滿3次時，返回頭從正洗開始的動作；8）正、反洗滌滿3次時則開始排水；9

15、) 水位下降到低水位是開始脫水并繼續(xù)排水；10）脫水10S即完成一次從進(jìn)水到排水的大循環(huán)過程；11）若完成3次大循環(huán)，洗完報(bào)警10S后自動停機(jī)。4. 系統(tǒng)程序流程圖圖4.1 系統(tǒng)程序流程圖5. 系統(tǒng)動作流程圖 圖5.1 系統(tǒng)動作流程圖6. 外部輸入/輸出點(diǎn)（I/O）設(shè)計(jì) 輸入點(diǎn)： 輸出點(diǎn)：啟 動-X0 報(bào) 警-Y0高水位-X1 進(jìn)水閥門-Y1低水位-X2 正 轉(zhuǎn)-Y2停 止-X3 反 轉(zhuǎn)-Y3 排水閥門-Y4 脫 水-Y5 啟動洗衣機(jī)-Y67. PLC電機(jī)控制外部接線圖圖7.1 PLC電機(jī)控制外部接線圖8. FP1型全自動洗衣機(jī)控制梯形圖圖8.1 FP1型全自動洗衣機(jī)控制梯形圖按下啟動按鈕SB

16、1，X0 常開觸點(diǎn)閉合，輸出繼電器Y6得電為“1”，同時Y6常開觸點(diǎn)閉合自鎖；Y6常開觸點(diǎn)閉合使輸出及電氣Y1得電為“1”，進(jìn)水閥門打開，開始注水。到高水位時，X1常閉觸點(diǎn)斷開，進(jìn)水閥門關(guān)閉；同時X1常開觸點(diǎn)閉合，內(nèi)部輔助繼電器R20得電為“1”，R20常開觸點(diǎn)閉合，輸出繼電器Y2得電為“1”，洗衣機(jī)開始正轉(zhuǎn)洗滌；同時計(jì)時器T1得電，15s后T1常閉觸點(diǎn)斷開，Y2斷電，正轉(zhuǎn)洗滌停止。同時，T1常開觸點(diǎn)閉合，計(jì)時器T2得電，3s后T2常開觸點(diǎn)閉合，輸出繼電器Y3得電為“1”，洗衣機(jī)開始反轉(zhuǎn)洗滌，同時T3得電，15s后T3常開觸點(diǎn)閉合，T4得電，3s后T4常開觸點(diǎn)閉合，計(jì)數(shù)器CT100計(jì)數(shù)1次；T

17、4常閉觸點(diǎn)斷開，計(jì)時器T1、T2、T3、T4失電復(fù)位，T4失電后常開觸點(diǎn)恢復(fù)閉合，R20得電后，Y2得電，開始正轉(zhuǎn)洗滌，如此循環(huán)3次，計(jì)數(shù)器CT100計(jì)數(shù)3次后，C100常開觸點(diǎn)閉合，輸出繼電器Y4得電為“1”，排水閥門打開排水，待排水降至低水位時，輸入繼電器X2常閉觸點(diǎn)斷開，Y4失電為“0”，停止排水，同時X2常開觸點(diǎn)閉合，輸出繼電器Y5得電為“1”，開始脫水，同時Y5常開觸點(diǎn)閉合，Y4得電，繼續(xù)排水，同時計(jì)時器T5得電，10s后T5常閉觸點(diǎn)斷開，Y5失電為“0”，脫水停止；同時T5常開觸點(diǎn)閉合，計(jì)數(shù)器CT101計(jì)數(shù)1次。同時T5常開觸點(diǎn)閉合，高水位進(jìn)水閥開始注水，開始第2次大循環(huán)，如此循環(huán)

18、3次，計(jì)數(shù)器CT101常開觸點(diǎn)閉合，輸出繼電器Y0得電為“1”，報(bào)警器報(bào)警，同時計(jì)數(shù)器T6得電，10s后T6常閉觸點(diǎn)斷開，Y0失電為“1”，停止報(bào)警，自動洗衣過程完成。9.程序語句10. 總結(jié)通過這次課程設(shè)計(jì)，使我更深刻的了解了PLC的原理及廣泛應(yīng)用，更加明白了科技的日新月異，在這學(xué)期中對這門課的學(xué)習(xí)讓我明白可編程控制器在生活中的使用是非常的普及。科技是第一生產(chǎn)力，強(qiáng)大的科技力量都是由許多的復(fù)雜的知識等作為基礎(chǔ)的。通過這次課程設(shè)計(jì)使我懂得了理論與實(shí)際相結(jié)合是很重要的，只有理論知識是遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠的，只有把所學(xué)的理論知識與實(shí)踐相結(jié)合起來，從理論中得出結(jié)論，才能真正為社會服務(wù)，從而提高自己的實(shí)際動手能力和獨(dú)立思考的能力。自己實(shí)踐才能明白許多道理，本次課程設(shè)計(jì)不僅鍛煉了我們的動手動腦能力，而且讓我們明白團(tuán)隊(duì)合作的重要性。分工到位，大家一起動腦思考，即可學(xué)知識，又能溫習(xí)知識，何樂而不為。課程實(shí)際是培養(yǎng)學(xué)生綜合運(yùn)用所學(xué)知識，發(fā)現(xiàn)，提出，分析和解決實(shí)際問題，鍛煉實(shí)踐