PLC在自動(dòng)洗衣機(jī)上的應(yīng)用課程設(shè)計(jì).doc

全自動(dòng)洗衣機(jī)在PLC上的應(yīng)用【摘要】： 描述了全自動(dòng)洗衣機(jī)控制系統(tǒng)的運(yùn)作要求。實(shí)現(xiàn)了洗衣機(jī)由進(jìn)水、洗滌、排水、脫水、報(bào)警到自動(dòng)停機(jī)的循環(huán)過程。設(shè)計(jì)了相應(yīng)的系統(tǒng)軟件，結(jié)合相應(yīng)的硬件系統(tǒng)，并通過三菱公司的F1系列的PLC仿真系統(tǒng)模擬出全自動(dòng)洗衣機(jī)的運(yùn)行過程。此項(xiàng)設(shè)計(jì)對(duì)于提高學(xué)生的動(dòng)手能力和幫助學(xué)生對(duì)一些理論知識(shí)的理解都具有積極的作用。 緒 論 可編程控制器是以計(jì)算機(jī)為核心的通用自動(dòng)控制裝置，它的功能強(qiáng)、可靠性極強(qiáng)、編程簡(jiǎn)單、使用方便、體積小?，F(xiàn)已廣泛應(yīng)用于工業(yè)控制的各個(gè)領(lǐng)域，它以微處理器為核心，用編寫的程序進(jìn)行邏輯控制、定時(shí)、記數(shù)和算術(shù)運(yùn)算等，并通過數(shù)字量和模擬量的輸入/輸出來控制機(jī)械設(shè)備或生產(chǎn)過程。 該設(shè)計(jì)主要介紹了全自動(dòng)洗衣機(jī)的工作原理、控制系統(tǒng)的PLC的造型和資源的配置、控制系統(tǒng)程序設(shè)計(jì)與調(diào)試、控制系統(tǒng)PLC程序。根據(jù)全自動(dòng)洗衣機(jī)的工作原理，利用可編程控制器PLC實(shí)現(xiàn)控制，說明了PLC控制的原理方法，特點(diǎn)及控制洗衣機(jī)的特色。通過本系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，對(duì)三菱的F1系列PLC的特點(diǎn)有了深入的理解。全自動(dòng)洗衣機(jī)控制系統(tǒng)利用了三菱的F1系列PLC的特點(diǎn)，對(duì)按鈕、電磁閥、開關(guān)等其它一些輸入/輸出點(diǎn)進(jìn)行控制，實(shí)現(xiàn)了洗衣機(jī)洗衣過程的自動(dòng)化。 充分表現(xiàn)現(xiàn)代家電用品的個(gè)性。在全自動(dòng)洗衣機(jī)中，洗衣機(jī)洗滌、脫水程序是由以單片機(jī)為中心控制系統(tǒng)工作的。首先由于單片機(jī)的指令系統(tǒng)相對(duì)復(fù)雜，編寫洗滌、脫水程序相對(duì)復(fù)雜；其次，在設(shè)計(jì)控制系統(tǒng)硬件時(shí)，要有多種電路保護(hù)裝置，如電流保護(hù)、電壓保護(hù)、過載保護(hù)、過熱保護(hù)以及欠壓保護(hù)等等。這樣增加了硬件的復(fù)雜性，隱含較高的故障率，無形的增加了維修成本費(fèi)用。在工業(yè)控制系統(tǒng)中廣泛應(yīng)用的PLC能克服單片機(jī)的缺點(diǎn)，它是整體模塊，集中了驅(qū)動(dòng)電路、檢測(cè)電路和保護(hù)電路以及通訊聯(lián)網(wǎng)功能。因此在運(yùn)用中，硬件也相對(duì)簡(jiǎn)單，提高控制系統(tǒng)的可靠性。另外它的編程語言也相對(duì)簡(jiǎn)單。因此在該設(shè)計(jì)中采用了PLC來實(shí)現(xiàn)全自動(dòng)洗衣機(jī)的工作過程。1 洗衣機(jī)類別 1.1 洗衣機(jī)的分類目前，我國洗衣機(jī)的分類方法主要有三種：按自動(dòng)化程度分類，按洗滌方式分類，按結(jié)構(gòu)方式分類。 1 按自動(dòng)化程度分類，洗衣機(jī)可分為普通型、半自動(dòng)型、全自動(dòng)型三大類。 目前大多是全自動(dòng)型洗衣機(jī)，它是指洗滌、漂洗、脫水各個(gè)功能之間的轉(zhuǎn)換全部不用手工操作而能自動(dòng)進(jìn)行的洗衣機(jī)。這種洗衣機(jī)在選定的工作程序內(nèi)由機(jī)電式程序控制器或微電腦程序控制器適時(shí)發(fā)出各種指令，自動(dòng)完成各個(gè)執(zhí)行機(jī)構(gòu)的動(dòng)作，使整個(gè)洗衣過程自動(dòng)化。 2 按結(jié)構(gòu)方式分類，洗衣機(jī)可分為單桶、雙桶、套桶三大類。（1） 單桶洗衣機(jī)。單桶洗衣機(jī)自動(dòng)化程度較低，多為簡(jiǎn)易型和普通型，少量的為半自動(dòng)型。其主要特點(diǎn)是占地面積小，價(jià)格便宜。（2） 雙桶洗衣機(jī)。雙桶洗衣機(jī)實(shí)際上就是單桶洗衣機(jī)和脫水機(jī)的組合。它的洗衣部分和甩干部分有各自的電動(dòng)機(jī)和定時(shí)器。雙桶洗衣機(jī)功能齊全，使用方便，操作簡(jiǎn)單，省水，省電，價(jià)格適宜，品種多樣。目前，我國雙桶波輪式洗衣機(jī)占主導(dǎo)地位。 雙桶洗衣機(jī)。脫水桶壁上設(shè)有許多小孔，甩干電動(dòng)機(jī)高速運(yùn)轉(zhuǎn)，在強(qiáng)大的離心力作用下，衣物水分被甩出，并順著排水管排出。（3） 套桶洗衣機(jī)。該洗衣機(jī)的特點(diǎn)是內(nèi)、外兩個(gè)立式容器套裝在同一個(gè)軸心上。波輪式套桶洗衣機(jī)多為全自動(dòng)型。因其離心桶的外徑小于盛水桶的內(nèi)徑，故將外桶和內(nèi)桶套裝在同一個(gè)軸心上，減少了占地面積。其外桶作為盛水容器，內(nèi)桶作為洗滌、漂洗、離心脫水用。常見的波輪式套桶洗衣機(jī)是單電機(jī)的，洗滌及脫水工作由離合器控制。洗滌時(shí)波輪轉(zhuǎn)動(dòng)而脫水桶不轉(zhuǎn)，脫水是波輪與脫水桶一齊旋轉(zhuǎn)。3 按洗滌方式分類，洗衣機(jī)可分為波輪式、滾筒式等（1） 波輪式洗衣機(jī)。波輪式洗衣機(jī)是將洗滌衣物浸泡在水中，靠波輪正、反方向的交替轉(zhuǎn)動(dòng)或連續(xù)單方向的轉(zhuǎn)動(dòng)使衣物在水中不斷翻滾，而達(dá)到洗凈衣物的目的。主要特點(diǎn)是：洗滌能力強(qiáng)、洗滌時(shí)間短、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、可調(diào)節(jié)水位、成本低、易維修、易操作。（2） 滾筒式洗衣機(jī)。滾筒式洗衣機(jī)自動(dòng)化程度高，洗滌性能好，容量大，質(zhì)量高。 2洗衣機(jī)主要部件 2.1 洗衣機(jī)電機(jī) 全自動(dòng)洗衣機(jī)電機(jī)XD-180W型 號(hào) XD-180W XD-180W XD-135W XD-120W額定電壓 220V 220-240V 220V 220V額定頻率 50HZ 60HZ 50HZ 50HZ 額定轉(zhuǎn)速 1370 1370 1370 1370輸出功率 180W 180W 135W 120W額定電流 1.75A 1.75A 1.25A 1.10A電 容 量 13 13 10 10噪 音 45 45 45 45性能特點(diǎn)：起動(dòng)轉(zhuǎn)矩大、起動(dòng)電流小、過載能力強(qiáng)、機(jī)械特性硬。2.2 定時(shí)器 定時(shí)器是普通型波輪式洗衣機(jī)中的關(guān)鍵部件之一。它主要起兩個(gè)作用：一是控制洗滌電機(jī)和脫水電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)間的長(zhǎng)短；二是控制電機(jī)按預(yù)定的程序自動(dòng)地實(shí)現(xiàn)正反轉(zhuǎn)、停轉(zhuǎn)的時(shí)間。 普通型波輪式洗衣機(jī)，大多采用發(fā)條式定時(shí)器。而許多大波輪新水流式洗衣機(jī)使用電動(dòng)式定時(shí)器。 2.3 進(jìn)水電磁閥 進(jìn)水電磁閥簡(jiǎn)稱進(jìn)水閥、注水閥。在全自動(dòng)洗衣機(jī)上，以內(nèi)功用進(jìn)水閥來實(shí)現(xiàn)自動(dòng)注水和停止進(jìn)水。它和水位開關(guān)互相配合，對(duì)洗衣桶的水位高低進(jìn)行自動(dòng)控制。2.3.1 工作原理進(jìn)水閥是一種電磁閥，閥中心是鐵心，鐵心外為電磁線圈，線圈不通電時(shí)，在小彈簧的作用下鐵心被壓下，封住了橡膠閥上所裝的塑料盤中間的泄壓孔，這時(shí)書從加壓針孔進(jìn)入控制腔，使進(jìn)水腔和控制腔的水壓相等。由于橡膠閥上部的受壓面積大于下部的受壓面積，所以橡膠閥被壓緊在閥座上起到了封閉作用。其封閉的可靠性是由鐵心所受的壓力決定的，貼心的下端與泄壓孔接觸，鐵心的上端受壓面積大于下端的受壓面積，顯然水的壓力越大，鐵心對(duì)泄壓孔的封閉壓力越大，封閉越可靠。早水壓力低時(shí)，閥的封閉性就差，所以對(duì)水壓有個(gè)最低要求，不能低于0.3Mpa。 當(dāng)線圈通電時(shí)，電磁力克服下彈簧的彈力將添心吸上，泄壓孔打開，由于泄壓孔大于加壓針孔，控制腔內(nèi)的水將很快流出，壓力降低，進(jìn)水腔為自來水壓，橡膠閥的下部壓力大于上部壓力，即被下部的水壓推開，閥即開啟注水。2.3.2 主要性能參數(shù)進(jìn)水電磁閥的主要性能參數(shù)見表2-2-1和表2-2-2所示 表2-2-1 進(jìn)水閥的技術(shù)參數(shù)額定電壓、 額定電流 使用水 水壓范圍 密封性能 溫升 絕緣電阻 電氣強(qiáng)度頻率 （mA） 溫（0C）（Mpa） （Mpa） （0C） （歐姆）220V、50Hz 27+/-5 080 0.020.8 0.021 75 100 2500V、1min 表2-2-2 進(jìn)水電磁閥的流量特性進(jìn)水壓力（Mpa） 0.02 0.1 0.3 0.8流量（L/min） 3 8 13 25 2.4 排水電磁閥排水電磁閥是全自動(dòng)洗衣機(jī)特有的電器部件。它是一個(gè)受程控器控制的自動(dòng)排水開關(guān)。除了排水功能外，還控制著離合器的狀態(tài)（洗滌或脫水）。排水電磁閥由電磁鐵和排水閥兩部分組成，它們是相互獨(dú)立的部件，兩者用排水閥連接起來，在連接板的右端以開口銷與電磁鐵動(dòng)鐵心連接，而左端鉤在排水閥的內(nèi)彈簧上。當(dāng)電磁鐵通電時(shí)，將動(dòng)鐵心往右拉，排水閥就呈打開狀態(tài)。此時(shí)盛水桶內(nèi)的洗滌液便能通過水道和閥門，從排水口流出機(jī)外。在連接板上還用螺栓固定著一個(gè)位置可調(diào)的定位套，在動(dòng)鐵心吸合的過程中，該定位套向右運(yùn)動(dòng)，撥動(dòng)了離合器上的制動(dòng)桿，為脫水做準(zhǔn)備。當(dāng)電磁鐵失電時(shí)，排水閥在自身彈簧作用下將鐵心拉出，排水閥關(guān)閉，洗衣機(jī)停止排水。同時(shí)，離合器上制動(dòng)桿靠制動(dòng)彈簧的作用恢復(fù)原位，為洗滌漂洗過程中波輪轉(zhuǎn)動(dòng)做好準(zhǔn)備。2.4.1電磁鐵電磁鐵有兩種交流和直流，電動(dòng)式程控式（機(jī)械式）全自動(dòng)洗衣機(jī)一般采用交流電磁鐵，而微電腦程控器式（電腦式）全自動(dòng)洗衣機(jī)一般采用直流電磁鐵。 1交流電磁鐵交流電磁鐵的鐵心和銜鐵是由硅鋼片疊壓鉚接而成的。銜鐵置于鐵心之中。在線圈通電后，鐵心和銜鐵同被磁化，相對(duì)的兩個(gè)面上產(chǎn)生了異名磁極這種吸引力使銜鐵向鐵心運(yùn)動(dòng)，從而帶動(dòng)拉桿將閥打開。雖然線圈中電流的方向不斷發(fā)生變化，但由于鐵心與銜鐵的磁極同時(shí)變化，使它們之間出現(xiàn)的總是吸引力。2 直流電磁鐵直流電磁鐵具有吸引力大、體積小、噪音低和安全性能高等優(yōu)點(diǎn)，它的線圈分成吸合線圈和保持線圈兩組，由其內(nèi)部的微動(dòng)開關(guān)控制這兩組線圈的工作。線圈和鐵心用環(huán)氧樹脂灌裝加固和密封。2.4.2排水閥排水閥裝配于排水閥體之中，為彈簧將橡膠閥壓在閥體的底部，使橡膠閥的環(huán)行密封環(huán)產(chǎn)生少量變形，保持水不從閥口泄露，橡膠閥的右端環(huán)行邊被閥蓋壓緊。排水閥桿嵌在橡膠閥上，與橡膠閥成為一體，裝于排水閥拉桿內(nèi)部的內(nèi)彈簧與排水閥連接板連接，在排水閥關(guān)閉時(shí)，連接板抵在排水拉桿上，這時(shí)內(nèi)彈簧的彈力對(duì)排水閥來說是內(nèi)力，對(duì)排水閥不起作用。排水時(shí)，電磁鐵通電，動(dòng)鐵心被吸入，牽引排水閥連接板拉動(dòng)內(nèi)彈簧，同時(shí)連接板上的定位套推動(dòng)制動(dòng)桿使 處于脫水狀態(tài)。只要連接板的左端一離開排水拉桿，內(nèi)彈簧的拉力就不再是排水閥的內(nèi)力，而變成了外力，它要與外彈簧的彈力和橡膠閥的彈力相平衡，當(dāng)內(nèi)彈力的拉力（即連接板的拉力）大于外彈簧的彈力時(shí)，外彈簧被壓縮，帶動(dòng)橡膠閥向右移動(dòng)，把閥拉離閥座，排水開始。這些動(dòng)作都是在電磁鐵得電瞬間完成的。因?yàn)閮?nèi)彈簧的剛度比外彈簧的剛度大，加上裝配排水閥連接板時(shí)，內(nèi)彈簧已有了一定的預(yù)緊力，因而在牽引排水過程中，內(nèi)彈簧并不需要產(chǎn)生很大的拉伸變形，就可以使外彈簧有較大的彈性變形，也就是可以使橡膠閥向右移動(dòng)較大的距離，從而保證足夠的排水速度。處于正常的排水閥開啟量時(shí)橡膠閥左端與閥體平面的距離應(yīng)不小于10mm。閥體多有半透明塑料制成，從外部可以看到閥的開啟量。 2.5 水位開關(guān) 水位開關(guān)也叫壓力開關(guān)，是一種氣壓式電觸點(diǎn)開關(guān)。它是利用洗衣桶內(nèi)水位高低不同所產(chǎn)生的不同壓力，來控制進(jìn)水閥的開啟和關(guān)閉。此外，它還負(fù)責(zé)進(jìn)水與洗滌之間的轉(zhuǎn)換。 2.5.1 工作原理水位開關(guān)由三部分組成：（1）壓力傳感部分由橡皮膜下部的氣室組成；（2）電氣開關(guān)部分由中間的一組觸點(diǎn)、簧片及開關(guān)小壓簧組成；（3）壓力控制部分包括上部的頂心、壓力彈簧以及調(diào)整壓力的凸輪、杠桿等。水位開關(guān)的氣室經(jīng)過軟管與洗衣機(jī)外桶連接起來。平時(shí)，橡皮膜處于平衡狀態(tài)，當(dāng)水注進(jìn)外桶后，水首先將貯氣室封閉起來，一部分的空氣來不及跑出而被封閉在貯氣室里。由于貯氣室與水位開關(guān)的氣室間用壓力軟管相連通，貯氣室的壓力也就與水位開關(guān)氣室的壓力相同，隨著外桶中水位的上升，貯氣室、壓力軟管和水位開關(guān)氣室間的空氣不斷的被壓縮，隨之壓強(qiáng)也成比例地上升，這樣就把外桶中的水壓轉(zhuǎn)換成了空氣壓力，并作用在橡皮膜上。當(dāng)注水到了預(yù)定的水位時(shí)，氣室內(nèi)的壓力也升高到一定值。當(dāng)它足以克服壓力彈簧通過頂心作用加在動(dòng)簧片上的力時(shí)，就推動(dòng)動(dòng)簧片向上移動(dòng)。當(dāng)動(dòng)簧片移動(dòng)到預(yù)定位置后，開關(guān)下壓簧將推動(dòng)動(dòng)簧片彎到另一個(gè)方向，從而使動(dòng)簧片上的公共觸點(diǎn)與常閉觸點(diǎn)分離，而與常開觸點(diǎn)接觸，這樣就向程控器發(fā)出了“水位已到”的信號(hào)，由程控器來控制進(jìn)水電磁閥關(guān)閉，隨即進(jìn)入洗滌程序。 當(dāng)完成個(gè)洗衣程序后，程控器向排水電磁鐵發(fā)出信號(hào)，排水閥開啟并排水。隨著水位的下降，氣室內(nèi)的壓力也逐漸減小，在壓力彈簧的作用下，頂心和橡皮膜逐漸下移，到了某有程度時(shí)動(dòng)簧片又彎向上方，常開與常閉觸點(diǎn)都恢復(fù)原位，等待下一個(gè)進(jìn)水程序，此時(shí)水位開關(guān)雖然復(fù)位，但并不影響洗衣機(jī)繼續(xù)排水。 旋轉(zhuǎn)凸輪使杠桿上下移動(dòng)，從而改變壓力彈簧的壓縮程度。如果壓力彈簧的壓縮長(zhǎng)度大，則壓力大氣室內(nèi)的壓力要高一些才能將動(dòng)簧片推到預(yù)定位置，以次達(dá)到控制水位的目的。 2.5.2 水位開關(guān)的主要技術(shù)參數(shù)如表2-2-5 表2-2-5 水位開關(guān)的主要技術(shù)參數(shù)配用程 額定電壓 額定電流 氣密性 接觸電阻 絕緣電阻 電氣強(qiáng)度序控制器 （V） （A） （k Pa） （歐） （兆歐） （交流）電動(dòng)式程 250 3、1.5序控制器7.6 1min =0.03 100 2500V 1 min微電腦式 6 0.01 程序控制器 2.6 離合器減速離合器就是全自動(dòng)洗衣機(jī)中完成降速并傳遞扭矩的部件。 2.6.1結(jié)構(gòu)和工作原理目前大多數(shù)洗衣機(jī)采用減速離合器。它有4根軸（1）洗滌輸入軸；（2）下半軸；（3）中半軸；（4）洗滌輸出軸。談減速離合器的工作原理。 全自動(dòng)洗衣機(jī)在洗滌、排水和脫水之間是自動(dòng)轉(zhuǎn)換的，這些轉(zhuǎn)換由排水電磁閥和制動(dòng)桿來控制。 當(dāng)排水電磁鐵吸合時(shí)，定位套就向上運(yùn)動(dòng)一段距離，使得制動(dòng)桿克服制動(dòng)彈簧的作用力被推向上方，制動(dòng)彈簧的中心軸做逆時(shí)針方向轉(zhuǎn)動(dòng)，連接在制動(dòng)桿另一端的剎車帶被迫向下移動(dòng)，與脫水軸上的剎車盤產(chǎn)生間隙，脫水軸因此失去控制，也就可以順利的進(jìn)行脫水轉(zhuǎn)動(dòng)了。同時(shí)，制動(dòng)桿將棘爪撥叉上的調(diào)節(jié)螺釘頂向上方，也就使撥叉克服彈簧的壓力，饒彈簧的中心軸做順時(shí)針方向轉(zhuǎn)動(dòng)，于是棘爪抬起，放松了對(duì)棘輪的限制，這樣被棘輪扭轉(zhuǎn)一個(gè)小角度的方絲離合簧雜自身彈力的作用下恢復(fù)原來的位置，抱緊離合套。當(dāng)大皮帶在電動(dòng)機(jī)的帶動(dòng)下順時(shí)針旋轉(zhuǎn)時(shí)，可以產(chǎn)生巨大的摩擦力，使離合套和下半軸（脫水軸）聯(lián)為一體，脫水工作就可以順利進(jìn)行了。 2.6.2 主要技術(shù)參數(shù) 減速離合器主要技術(shù)參數(shù)： 額定傳動(dòng)功率：200W； 額定洗滌力矩：12.5N.m； 洗滌傳動(dòng)比：5.2：1； 脫水傳動(dòng)比：1：1； 輸出軸啟動(dòng)力矩：0.45 N.m； 脫水軸正轉(zhuǎn)啟動(dòng)力矩：0.9 N.m； 脫水軸正轉(zhuǎn)制動(dòng)力矩：36 N.m； 脫水軸反轉(zhuǎn)制動(dòng)力矩：15 N.m； 制動(dòng)桿開啟力矩：35 N.m； 脫水制動(dòng)時(shí)間：10s2.7 熔斷器 熔斷器是低壓配電系統(tǒng)和電力拖動(dòng)系統(tǒng)中起過載和短路保護(hù)作用的電器。使用時(shí)，熔體串接于被保護(hù)的電路中，當(dāng)流過熔斷器的電流大于規(guī)定值時(shí)，以自身產(chǎn)生的熱量使熔體熔斷，從而自動(dòng)切斷電路，實(shí)現(xiàn)過載和短路保護(hù)。 熔斷器具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、體積小、重量輕、使用維護(hù)方便、價(jià)格低廉、分?jǐn)嗄芰^高、限流能力良好等優(yōu)點(diǎn)。 適用范圍 本產(chǎn)品適用于交流50HZ(60HZ),額定電壓380V，額定電流5A及以下的工業(yè)電氣裝置的配電設(shè)備中，作為線路過載或短路保護(hù)之用。型號(hào)及其含義主要技術(shù)參數(shù)型號(hào)額定電壓額定電流(A)額定分?jǐn)嗄芰?kA)熔斷體額定耗散功率(W)支持件重量(g)熔斷體重量(g)支持件熔斷體 l1 kACOSRT18-32380V322,4,6,8,10,12,16,20,25,3263 1000.10.23828RT18-63632,4,6,8,10,12,16,20,25,32,40,50,63520620RT18A-32322,4,6,8,10,12,16,20,25,3238282.8 蜂鳴器 2.9 電容 特征：1. 長(zhǎng)方形阻燃塑料外殼，焊片或引線結(jié)構(gòu)引出2. 體積小，重量輕，具有良好的自愈性。3. 應(yīng)用ZnAI邊沿加厚蒸發(fā)工藝，電性能優(yōu)良，可靠性高4. 耐沖擊電流大，抗電強(qiáng)度高。5. 適用于50Hz/60Hz交流電動(dòng)機(jī)的啟動(dòng)和運(yùn)轉(zhuǎn)，特別適用于電風(fēng)扇等具有小型電機(jī)的電器上 主要參數(shù)：容量范圍：0.4F50F電壓范圍：250VAC500VAC容量偏差：5%，10%，15%測(cè)試電壓：極間：1.75倍額定電壓，1min，50HZ，無永久擊穿或電弧產(chǎn)生； 極殼：2倍額定電壓+1000VAC，1min絕緣電阻：極間 1000MF.極殼 3000MF3可編程序控制技術(shù) 3.1 PLC的定義及特點(diǎn) 3.1.1 PLC的定義可編程序控制器是一種數(shù)字運(yùn)算操作的電子系統(tǒng)，專為在工業(yè)環(huán)境下應(yīng)用而設(shè)計(jì)，它采用可編程序的存儲(chǔ)器，用來在其內(nèi)部存儲(chǔ)執(zhí)行邏輯運(yùn)算、順序控制、定時(shí)、計(jì)數(shù)和算術(shù)運(yùn)算等操作命令，并通過數(shù)字式、模擬式的輸入和輸出，控制各種類型的機(jī)械或生產(chǎn)過程。可編程序控制器及其有關(guān)的外部設(shè)備，都應(yīng)按易于與工業(yè)控制系統(tǒng)聯(lián)成一個(gè)整體，易于擴(kuò)充其功能的原則而設(shè)計(jì)。 3.1.2 PLC的特點(diǎn)PLC是綜合繼電器接觸器控制的優(yōu)點(diǎn)及計(jì)算機(jī)靈活、方便的優(yōu)點(diǎn)而設(shè)計(jì)制造和發(fā)展的，這就使PLC具有許多其他控制器所無法相比的特點(diǎn)。（1） 可靠性高，抗干擾能力強(qiáng)（2） 通用性強(qiáng)，使用方便（3） 采用模塊化結(jié)構(gòu)，使系統(tǒng)組合靈活方便（4） 編程語言簡(jiǎn)單、易學(xué)，便于掌握（5） 系統(tǒng)設(shè)計(jì)周期短（6） 對(duì)生產(chǎn)工藝改變適應(yīng)性強(qiáng)（7） 安裝簡(jiǎn)單、調(diào)試方便、維護(hù)工作量小 3.2 PLC的應(yīng)用和發(fā)展前景 3.2.1 PLC的應(yīng)用 PLC是以微處理器為核心，綜合了計(jì)算機(jī)技術(shù)、自動(dòng)控制技術(shù)和通信技術(shù)發(fā)展起來的一種通用的工業(yè)自動(dòng)控制裝置，它具有可靠性高、體積小、功能強(qiáng)、程序設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單、靈活通用、維護(hù)方便等一系列的優(yōu)點(diǎn)，因而在冶金、能源、化工、交通、電力等領(lǐng)域中有著廣泛的應(yīng)用，成為現(xiàn)代工業(yè)控制的三大支柱（PLC、機(jī)器人和CAD/CAM）之一。 3.2.2 PLC的發(fā)展前景 為了適應(yīng)市場(chǎng)的各方面的需求，各生產(chǎn)廠家對(duì)PLC不斷進(jìn)行改進(jìn)，推出功能更強(qiáng)、結(jié)構(gòu)更完善的新產(chǎn)品。這些新產(chǎn)品總體來說，朝兩個(gè)方向發(fā)展：一個(gè)是向超小型、專用化和低價(jià)格的方向發(fā)展，以進(jìn)行單機(jī)控制；另一個(gè)是向大型、高速、多功能和分布式全自動(dòng)網(wǎng)絡(luò)化方向發(fā)展，以適應(yīng)現(xiàn)代化的大型工廠、企業(yè)自動(dòng)化的需要。3.3 PLC的基本組成及工作原理 3.3.1 PLC的基本組成CPUU輸入模塊用戶輸入設(shè)備EPROM輸出模塊用戶輸出設(shè)備 總線外圍設(shè)備 RAM I/O接口電源模塊通信接口計(jì)算機(jī)或其他PLC 主機(jī) 圖31 PLC硬件系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖在圖31中，PLC的主機(jī)由微處理器（CPU）、存儲(chǔ)器（EPROM、RAM）、輸入/輸出模塊、外設(shè)I/O接口、通信接口及電源組成。對(duì)于整體式的PLC，這些部件都在同一個(gè)機(jī)殼內(nèi)。而對(duì)于模塊式結(jié)構(gòu)的PLC，各部件獨(dú)立封裝，稱為模塊，各模塊通過機(jī)架和電纜連接在一起。 主機(jī)內(nèi)的各個(gè)部分均通過電源總線、控制總線、地址總線和數(shù)據(jù)總線連接。根據(jù)實(shí)際控制對(duì)象的需要配備一定的外部設(shè)備，可構(gòu)成不同的PLC控制系統(tǒng)。下面分別介紹PLC各組成部分及其作用：（1） 處理單元CPU） CPU是PLC的控制中樞，PLC在CPU的控制下有條不紊的工作，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)現(xiàn)場(chǎng)的各個(gè)設(shè)備進(jìn)行控制。 CPU的具體作用如下： 1、 接收、存儲(chǔ)用戶程序。 2、 以掃描方式接收來自輸入單元的數(shù)據(jù)和狀態(tài)信息，并存入相應(yīng)的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)區(qū)。 3、 執(zhí)行監(jiān)控程序和用戶程序。 4、 響應(yīng)外部設(shè)備的請(qǐng)求。 （2） 存儲(chǔ)器 可編程控制器有兩種存儲(chǔ)器，即系統(tǒng)存儲(chǔ)器（EPROM）和用戶存儲(chǔ)器（RAM）。系統(tǒng)存儲(chǔ)器用來存放系統(tǒng)管理程序，用戶不能訪問和修改這部分存儲(chǔ)器的內(nèi)容。用戶存儲(chǔ)器用來存放編制的應(yīng)用程序和工作數(shù)據(jù)狀態(tài)。存放工作數(shù)據(jù)狀態(tài)的用戶存儲(chǔ)器部分也稱為數(shù)據(jù)存儲(chǔ)區(qū)。它包括輸入、輸出數(shù)據(jù)映像區(qū)，定時(shí)器/計(jì)數(shù)器預(yù)置數(shù)和當(dāng)前的數(shù)據(jù)區(qū)，存放中間結(jié)果的緩沖區(qū)。 （3） 輸入/輸出模塊 PLC的控制對(duì)象是工業(yè)生產(chǎn)過程，實(shí)際生產(chǎn)過程中的信號(hào)電平是多種多樣的，外部執(zhí)行機(jī)構(gòu)所需的電平也是各不相同的，而可編程控制器的CPU所處理的信號(hào)只能是標(biāo)準(zhǔn)電平，這樣就需要有相應(yīng)的I/O模塊作為CPU與工業(yè)生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)的橋梁，進(jìn)行信號(hào)電平的轉(zhuǎn)換。 3.3.2 PLC的基本工作原理 PLC是一種存儲(chǔ)程序的控制器。用戶根據(jù)某一對(duì)象的具體控制要求，編制好控制程序后，用編程器將程序鍵入到PLC的用戶程序存儲(chǔ)器中寄存。PLC的控制功能就是通過運(yùn)行用戶程序來實(shí)現(xiàn)的。 PLC掃描工作方式主要分三個(gè)階段：輸入采樣、程序執(zhí)行、輸出刷新。（1） 輸入采樣 PLC在開始執(zhí)行程序之前，首先掃描輸入端子，按順序?qū)⑺休斎胄盘?hào)，讀入到寄存輸入狀態(tài)的輸入映像寄存器中，這個(gè)過程稱為輸入采樣。PLC在運(yùn)行程序時(shí)，所需的輸入信號(hào)不是現(xiàn)時(shí)取輸入端子上的信息，而是取輸入映像寄存器中的信息。在本工作周期內(nèi)這個(gè)采樣結(jié)果的內(nèi)容不會(huì)改變，只有到下一個(gè)掃描周期輸入采樣階段才被刷新。 （2） 程序執(zhí)行 PLC完成了采樣工作后，按順序從0000號(hào)地址開始的程序進(jìn)行掃描執(zhí)行，并分別從輸入映像寄存器、輸出映像寄存器以及輔助繼電器中獲得所需的數(shù)據(jù)進(jìn)行運(yùn)算處理。再將程序執(zhí)行的結(jié)果寫入寄存執(zhí)行結(jié)果的輸出映像寄存器中保存。但這個(gè)結(jié)果在全部程序未被執(zhí)行完畢之前不會(huì)送到輸出端子上。 （3）輸出刷新 在執(zhí)行到END的命令時(shí)，即執(zhí)行完用戶所有的程序后，PLC將輸出映像寄存器中的內(nèi)容送到輸出鎖存器中進(jìn)行輸出，驅(qū)動(dòng)用戶設(shè)備。3.4 PLC的編程語言 PLC的控制功能是由車工女婿實(shí)現(xiàn)的。目前PLC常用的編程語言有：梯形圖語言、助記符（指令表）語言、功能圖語言、順序功能圖語言、高級(jí)編程語言等。 3.4.1 梯形圖語言 （1）梯形圖與繼電器控制的區(qū)別梯形圖語言形象直觀，類似電氣控制系統(tǒng)中繼電器控制電路圖。邏輯關(guān)系明顯，電氣技術(shù)人員容易接受。讀同一控制電路，繼電器控制原理圖和梯形圖的輸入、輸出信號(hào)、控制過程等效。但兩者有本質(zhì)的區(qū)別：繼電器控制原理圖使用的是硬件繼電器和定時(shí)器，靠硬件連接組成控制線路。而PLC的梯形圖使用的是內(nèi)部繼電器、定時(shí)器/計(jì)數(shù)器等，靠軟件實(shí)現(xiàn)控制。 （2）梯形圖程序簡(jiǎn)介 1. 梯形圖程序按行從上至下，每一行從左到右順序編寫。PLC程序執(zhí)行順序與梯形圖的編寫一致。 2. 梯形圖左邊垂直線稱左母線，右邊稱為右母線。左母線右側(cè)放置輸入接點(diǎn)和內(nèi)部繼電器觸點(diǎn)。梯形圖觸點(diǎn)有兩種，即常開觸點(diǎn)和常閉觸點(diǎn)。 3 梯形最右側(cè)必須放置輸出器件。PLC的輸出器件用圓圈表示，圓圈可以表示內(nèi)部繼電器線圈，輸出繼電器線圈或定時(shí)/計(jì)數(shù)器的邏輯運(yùn)算結(jié)果。其邏輯動(dòng)作只有在線圈接通后，對(duì)應(yīng)的觸點(diǎn)才動(dòng)作。輸出線圈直接與右母線相連，輸出線圈與右母線之間不能連有觸點(diǎn)。 4. 梯形圖程序中的觸點(diǎn)可以任意串、并聯(lián)，而輸出線圈只能并聯(lián)不能串聯(lián)。 5. 輸出線圈只對(duì)應(yīng)輸出映像區(qū)的相應(yīng)位，不能直接驅(qū)動(dòng)現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備。 6. 梯形圖中每個(gè)編程元件應(yīng)按一定的規(guī)則加標(biāo)字母數(shù)字串。3.4.2 助記符語言 PLC的助記符語言是PLC的命令語句表達(dá)式，它與計(jì)算機(jī)匯編語言相類似。用戶可以直觀地根據(jù)梯形圖，寫出助記符語言程序，并通過編程器送到PLC中去。 3.4.3 功能圖語言功能圖語言是一種類似于數(shù)字邏輯電路圖的編程語言，熟悉數(shù)字電路的人比較容易掌握。 3.4.4順序功能圖語言 順序功能圖常用來編制順序控制類程序，可以將一個(gè)復(fù)雜的控制過程分解為一些具體的工作狀態(tài)，把這些具體的狀態(tài)依一定的順序控制要求，組合成整體的控制程序。4 三菱FX系列PLC簡(jiǎn)介 4.1 FX系列PLC的特點(diǎn) （1） 先進(jìn)美觀的外部結(jié)構(gòu) 三菱公司FX系列PLC吸收了整體式和模塊式可編程序控制器的優(yōu)點(diǎn)，它的基本單元、擴(kuò)展單元和擴(kuò)展模塊的高度和寬度相同。它們的相互連接不用基板，僅用扁平電纜連接，緊密拼裝后組成一個(gè)整齊的長(zhǎng)方體。其體積小，很適于在機(jī)電一體化產(chǎn)品中使用。 （2） 多種系列機(jī)型供用戶選擇 FX0s、FX0N 和FX2N外觀相似，其性能和價(jià)格上還是有某些差別（見表4-4-1）。 表4-4-1 FX0s、FX0N 和FX2N的性能比較型號(hào) I/O點(diǎn)數(shù) 用戶程序步數(shù) 功能指令 通信功能 模擬量模塊 基本指令條 步進(jìn)指令FX0s 10-30 800步EPROM 50 無 無 20 2FX0N 24-128 2000步EPROM 55 較強(qiáng) 有 20 2FX2N 16-256 內(nèi)附8K步RAM 298 強(qiáng) 有 27 2 FX0s的功能簡(jiǎn)單實(shí)用，價(jià)格便宜，可用于小型開關(guān)量控制系統(tǒng)；FX0N可用于要求較高的中小型控制系統(tǒng)；FX2N的功能最強(qiáng)，可用于要求很高的系統(tǒng)。由于不同的FX系列PLC可供不同的用戶系統(tǒng)選用，避免了功能的浪費(fèi)，使用戶用最少的投資來滿足系統(tǒng)的要求。 （3） 靈活多變的系統(tǒng)配置 FX系列PLC的系統(tǒng)配置靈活，用戶除了可以選用不同型號(hào)的FX系列PLC外，還可以選用各種擴(kuò)展單元和擴(kuò)展模塊，組成不同I/O點(diǎn)和不同功能的控制系統(tǒng)。 4.2 FX2N系列PLC FX2N是FX系列中功能最強(qiáng)、速度最高的微型可編程序控制器。其基本單元如表4-4-2所示，擴(kuò)展單元如表4-4-3所示。用戶存儲(chǔ)器容量可擴(kuò)展到16K步。I/O點(diǎn)最大可擴(kuò)展到256點(diǎn)。它有27條基本指令，其基本指令的執(zhí)行速度超過了很多大型PLC。有多種特殊功能模塊，使用特殊功能模塊和功能擴(kuò)展板，可實(shí)現(xiàn)模擬量控制、位置控制和聯(lián)網(wǎng)通信等功能。 FX2N有3000多點(diǎn)輔助繼電器、1000點(diǎn)狀態(tài)繼電器、200多點(diǎn)定時(shí)器、200點(diǎn)16位加計(jì)數(shù)器、35點(diǎn)32位加/減計(jì)數(shù)器、800多點(diǎn)16位數(shù)據(jù)寄存器、128點(diǎn)跳步指針、15點(diǎn)中斷指針。這為應(yīng)用程序的設(shè)計(jì)提供了豐富的資源。 表4-4-2 FX2N系列PLC基本單元 型 號(hào) 輸入 輸出 擴(kuò)展模塊繼電器輸出 可控硅輸出 晶體管輸出 點(diǎn)數(shù) 點(diǎn)數(shù) 可用點(diǎn)數(shù)FX2N-16MR-001 FX2N-16MT-001 8 8 2432FX2N-32MR-001 FX2N-32MS-001 FX2N-32MT-001 16 16 2432FX2N-48MR-001 FX2N-48MS-001 FX2N-48MT-001 24 24 4864FX2N-64MR-001 FX2N-64MS-001 FX2N-64MT-001 32 32 4864FX2N-80MR-001 FX2N-80MS-001 FX2N-80MT-001 40 40 4864FX2N-128MR-001 FX2N-128MT-001 64 64 4864 表4-4-3 FX2N系列PLC擴(kuò)展單元 型 號(hào) 輸入 輸出 擴(kuò)展模塊 繼電器輸出 可控硅輸出 晶體管輸出 點(diǎn)數(shù) 點(diǎn)數(shù) 可用點(diǎn)數(shù)FX2N-32ER FX2N-32ET 16 16 2432 FX2N-48ER FX2N-48ET 24 24 4864 4.3 FX系列PLC內(nèi)部資源 FX系列PLC內(nèi)部有CPU、存儲(chǔ)器、輸入/輸出接口單元等硬件資源，按存儲(chǔ)數(shù)據(jù)的性質(zhì)把這些數(shù)據(jù)寄存器RAM命名為輸入繼電器區(qū)，輸出繼電器區(qū)，輔助繼電器區(qū)，狀態(tài)繼電器區(qū)，定時(shí)器、計(jì)數(shù)器區(qū)，數(shù)據(jù)寄存器區(qū)，變址寄存器區(qū)等。4.3.1 輸入繼電器（X）與輸出繼電器（Y） 輸入繼電器（X）是PLC接收外部輸入的開關(guān)量信號(hào)的窗口。PLC將外部信號(hào)的狀態(tài)讀入并存儲(chǔ)在輸入映像寄存器內(nèi)，即輸入繼電器中。外部輸入電路接通時(shí)對(duì)應(yīng)的映像寄存器為ON（“1”狀態(tài)）。表示該輸入繼電器常開觸點(diǎn)閉合，常閉觸點(diǎn)斷開。輸入繼電器的狀態(tài)惟一地取決于外部輸入信號(hào)，不可能受用戶程序的控制，因此在梯形圖中絕對(duì)不能出現(xiàn)輸入繼電器線圈。 輸出繼電器（Y）PLC向外部負(fù)載發(fā)送信號(hào)的窗口。輸出繼電器用來將可編程序控制器的輸出信號(hào)傳送給輸出模塊，再向后者驅(qū)動(dòng)外部負(fù)載。4.3.2輔助繼電器區(qū) PLC內(nèi)部有很多輔助繼電器（M），輔助繼電器和PLC外部無任何直接聯(lián)系，它的線圈只能由PLC內(nèi)部程序控制。它的常開常閉觸點(diǎn)只能在PLC內(nèi)部編程時(shí)使用，且可以無限次自由使用，但不能直接驅(qū)動(dòng)外部負(fù)載。外部負(fù)載只能由輸出繼電器觸點(diǎn)驅(qū)動(dòng)。FX2N系列PLC的輔助繼電器有通用輔助繼電器、斷電保持輔助繼電器和特殊輔助繼電器。5 PLC控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)與應(yīng)用 5.1 PLC控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)的基本原則 任何一種電氣控制系統(tǒng)都是為了實(shí)現(xiàn)被控制對(duì)象（生產(chǎn)設(shè)備或生產(chǎn)過程）的工藝要求，以提高生產(chǎn)效率和產(chǎn)品質(zhì)量。因此，在設(shè)計(jì)PLC控制系統(tǒng)時(shí)，應(yīng)遵循以下基本原則： （1）最大限度的滿足被控對(duì)象的控制要求 （2）在滿足控制要求的前提下，力求使控制系統(tǒng)簡(jiǎn)單、經(jīng)濟(jì)、實(shí)用、維修方便。 （3）保證控制系統(tǒng)的安全、可靠。 （4）考慮到生產(chǎn)發(fā)展和工藝的改進(jìn)，在選擇PLC容量時(shí)，應(yīng)適當(dāng)留有余地。5.2 PLC控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)的基本內(nèi)容 PLC控制系統(tǒng)是由PLC與用戶輸入、輸出設(shè)備連接而成的。因此，PLC控制系統(tǒng)的基本內(nèi)容包括如下幾點(diǎn)： （1）選擇用戶輸入設(shè)備（按鈕、操作開關(guān)、限位開關(guān)和傳感器等）、輸出設(shè)備（繼電器、接觸器和信號(hào)燈等執(zhí)行元件）以及由輸出設(shè)備驅(qū)動(dòng)的控制對(duì)象（電動(dòng)機(jī)、電磁閥等）。 （2）PLC的選擇。PLC是PLC控制系統(tǒng)的核心部件，正確選擇PLC，對(duì)于保證整個(gè)控制系統(tǒng)的技術(shù)經(jīng)濟(jì)性能指標(biāo)起重要作用。 （3）分配I/O點(diǎn)，繪制電氣連接接口圖，考慮必要的安全保護(hù)措施。 （4）設(shè)計(jì)控制程序。包括設(shè)計(jì)梯形圖、程序清單或控制系統(tǒng)流程圖。 （5）必要時(shí)還需設(shè)計(jì)控制臺(tái)。 （6）編制系統(tǒng)的技術(shù)文件，包括說明書、電氣圖及電氣元件明細(xì)表等。5.3 PLC控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)的一般步驟設(shè)計(jì)PLC控制系統(tǒng)的一般設(shè)計(jì)步驟如圖5-1所示。分析控制要求 確定用戶I/O設(shè)備選擇PLC 分配I/O，設(shè)計(jì)I/O接線圖 PLC程序設(shè)計(jì)繪制流程圖 控制臺(tái)設(shè)計(jì)及現(xiàn)場(chǎng)施工設(shè)計(jì)梯形圖 設(shè)計(jì)控制臺(tái) 編制程序清單修改輸入程序并修改現(xiàn)場(chǎng)連接 調(diào)試 N 滿足要求？ Y 聯(lián)機(jī)調(diào)試 N 滿足要求？ N 編制技術(shù)文件交付使用 圖5-1 PLC控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)步驟6 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì) 6.1 系統(tǒng)硬件分析 全自動(dòng)洗衣機(jī)的工作過程包括啟動(dòng)、進(jìn)水、洗滌、排水和脫水等功能。在實(shí)現(xiàn)控制過程中，各種采樣信息都是通過控制中心進(jìn)行各種判斷、比較和選擇，再經(jīng)信息線路反饋給洗衣機(jī)各控制執(zhí)行機(jī)構(gòu)，決定洗衣機(jī)的工作狀態(tài)。如圖41所示，由PLC控制洗衣機(jī)各種動(dòng)作典型的系統(tǒng)控制圖： 進(jìn)水閥 水位開關(guān) PLC 電機(jī)正反轉(zhuǎn)排水閥圖61 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖 由圖1可知，PLC在系統(tǒng)中是處中心位置，水位開關(guān)是PLC的輸入信號(hào)控制開關(guān)、進(jìn)水閥、排水閥和電機(jī)是洗衣機(jī)各種動(dòng)作的執(zhí)行機(jī)構(gòu)。其中進(jìn)水閥和排水閥由PLC給定信號(hào)來決定其工作狀態(tài)；電機(jī)的工作狀態(tài)也由控制中心PLC給定信號(hào)來決定，而惦記的正反轉(zhuǎn)狀態(tài)直接決定了洗衣機(jī)的洗滌狀態(tài)和脫水狀態(tài)。另外由于洗衣機(jī)工作過程是順序過程，所以利用PLC作為洗衣機(jī)的控制系統(tǒng)是可行的。 6.2 全自動(dòng)洗衣機(jī)的控制系統(tǒng)的運(yùn)作要求：波輪式全自動(dòng)洗衣機(jī)的洗衣桶（外桶）和脫水桶（內(nèi)桶）上以同一個(gè)中心安裝的。外桶固定作為盛水桶，內(nèi)桶可以旋轉(zhuǎn)，作為脫水桶。內(nèi)桶的四周有許多小孔，使內(nèi)外桶的水流相通。洗衣機(jī)的進(jìn)水和排水分別由進(jìn)水電磁閥和排水電磁閥控制。進(jìn)水時(shí)，控制系統(tǒng)使進(jìn)水閥打開，將水注入外桶，排水時(shí)，使排水電磁閥打開，將水由外桶排到機(jī)外。洗滌和脫水由同一臺(tái)電機(jī)拖動(dòng)，通過電磁離合器來控制，將動(dòng)力傳遞給洗滌波輪或甩干桶（內(nèi)桶）。電磁離合器失電，電動(dòng)機(jī)帶動(dòng)洗滌波輪實(shí)現(xiàn)正、反轉(zhuǎn)進(jìn)行洗滌；電磁離合器得電，電動(dòng)機(jī)帶動(dòng)內(nèi)桶單向旋轉(zhuǎn)，進(jìn)行甩干（此時(shí)波輪不轉(zhuǎn)）。水位高低分別由高低水位開關(guān)進(jìn)行檢測(cè)。啟動(dòng)按鈕用來啟動(dòng)洗衣機(jī)工作。6.3 控制要求：?jiǎn)?dòng)時(shí)