【正文】 義 PLC 自問世以來，盡管時間不長，但發(fā)展迅速。由于在設(shè)計過程中存在許多不足，希望老師同學(xué)指正。我們在這里有必要詳細(xì)介紹三菱的 FX 系列可編程控制器的性能指標(biāo)，硬件組成和指令。 關(guān)鍵詞：全自動洗衣機(jī) PLC FX0N系列 河北能源職業(yè)技術(shù)學(xué)院 2 前言 可編程控制器是以計算機(jī)為核心的通用 自動控制裝置，它的功能強(qiáng)、可靠性極強(qiáng)、編程簡單、使用方便、體積小。河北能源職業(yè)技術(shù)學(xué)院 1 摘要 該畢業(yè)設(shè)計介紹了可編程序控制器（ PLC）和 PLC 控制系統(tǒng)的基本知識，包括 PLC 的定義、特點(diǎn)、分類、技術(shù)指標(biāo)、基本結(jié)構(gòu)、工作原理、硬件知識及 PLC 控制系統(tǒng)等相關(guān)知識?，F(xiàn)已廣泛應(yīng)用于工業(yè)控制的各個領(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、 計 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。 PLC 的學(xué)習(xí)比一般編程學(xué)習(xí)困難在于，要完成一個控制系統(tǒng)不僅需要掌握一定的編程技術(shù)，更為重要的是要知 道如何針對實際應(yīng)用的需要選擇合適的 PLC 型號，然后進(jìn)行資源配置，設(shè)計控制系統(tǒng)。 河北能源職業(yè)技術(shù)學(xué)院 3 目錄 摘要 ??? ???? ????????? ???? ??? 1 前言 ? ?? ??????????????? ????? 2 第 一章 緒論 ?? ???? ??????? ????? 5 概論 ??????? ?? ????? ??????? 5 PLC 的定義 ? ??? ??????? ?????? 5 PLC 的特點(diǎn) ? ?? ????????? ? ????? 5 可靠性高 ?? ????????? ??????? 6 易操作性 ?? ? ???????? ?????? 7 靈活性 ? ?? ???????? ? ??????? 8 機(jī)電一體化 ? ???????? ?? ?????? 9 PLC 的分類 ? ????????? ??? ? ???? 9 按結(jié)構(gòu)分類 ? ??????? ???? ???? 9 按輸入 /輸出點(diǎn)數(shù)分類 ?? ???? ?? ??? 10 按功能分類 ??????? ???? ????? 11 按編程語言分類 ? ???????? ????? 11 PLC 的主要技術(shù)指標(biāo) ? ????????? ? ??? 11 編程語言 ??????? ????????? ? 11 存儲器容量 ? ????????? ????? ? 12 輸入 /輸出點(diǎn)數(shù) ???? ??????????? 13 掃描速度 ????????? ???????? 13 指令種類和數(shù)量 ???????? ?????? 14 內(nèi)部寄存的種類和數(shù)量 ???????? ??? 14 智能模塊的種類和數(shù)量 ???????? ??? 14 環(huán)境條件 ??????????????? ?? 14 可擴(kuò)展性 ?????????? ?????? ? 14 河北能源職業(yè)技術(shù)學(xué)院 4 可靠性 ?????? ???????? ??? ? 15 易操作性 ????????? ???? ???? 16 經(jīng)濟(jì) 性 ????? ???? ???? ????? 16 第二章 PLC 的結(jié)構(gòu) ???? ????????? ?? 17 PLC 的基本結(jié)構(gòu) ? ???????? ??????? 17 整體式的結(jié)構(gòu) PLC???????? ?????? ? 17 模塊式結(jié)構(gòu)的 PLC???????? ??????? 17 PLC 各組成部分介紹 ???????? ?????? 18 基本指令 ??????????? ???????? 19 第三章 PLC 的工作原理 ??????? ??? ? ?? 21 循環(huán)掃描技術(shù) ????????? ?????? ? ? 21 PLC 的輸入 /輸出的響應(yīng)時間 ???????? ?? 22 第四章 PLC 的控制系統(tǒng)設(shè)計原則和設(shè)計步驟 ?? ? 25 設(shè)計原 則 ?????????????? ??? ? 25 設(shè)計步 驟 ?????????????? ??? ? 25 第五章 PLC 的硬件知識 … ?????????? ?? 25 PLC 的模塊介紹 ? ??????????? ???? 25 FX2N PLC 的硬件系統(tǒng)構(gòu)成 ? ??????? ?? ? ? 34 第六章 課程設(shè)計 PLC 全自動洗衣機(jī)控制系統(tǒng)設(shè) ? 36 全自動 洗衣機(jī)控制系統(tǒng)的設(shè) 計要 求 ?????? ? 36 全自動洗衣機(jī)控制系統(tǒng)的 PLC 選型和資源配置 ? ? 36 全自動 洗衣機(jī)控制系統(tǒng)程序設(shè)計 和調(diào)試 ????? 39 全自動洗衣機(jī)控制 PLC 程序 ???????? ?? 41 設(shè)計小 結(jié) ????????????? ????? 48 第七章 結(jié)束語 … … ?????????? ????? 49 第 八 章 參考文獻(xiàn) … ????????? ????? ? 50 河北能源職業(yè)技術(shù)學(xué)院 5 第一章 緒論 首先介紹一下可編程控制器（ PLC）和 PLC 控制系統(tǒng)的基本知識，包括 PLC 的產(chǎn)生和發(fā)展、特點(diǎn)、技術(shù)指標(biāo)、基 本結(jié)構(gòu)、工作原理及 PLC 控制系統(tǒng)等相關(guān)知識。為了使其生產(chǎn)和發(fā)展標(biāo)準(zhǔn)化，國際電工委員會（ IEC）先后頒布了 PLC 標(biāo)準(zhǔn)的草案第一、二、三稿，并在 1987年作了如下的定義：“可編程控制器是一種數(shù)字 運(yùn)算操作的電子系統(tǒng)，專為在工業(yè)環(huán)境應(yīng)用而設(shè)計的。在具體的國內(nèi)工業(yè)應(yīng)用中，由于它不是針對某一具體的工業(yè)應(yīng)用，因此它的 硬件應(yīng)根據(jù)實際需要來進(jìn)行配置，其軟件則根據(jù)控制要求進(jìn)行編寫。 ⑴ 與繼電器邏輯控制系統(tǒng)比較，可編程控制器可靠性提高的主要原因如下： ① 可編程控制器不需要大量的活動部件和電子元件，它接線大大減少，與此同時，系統(tǒng)的維修簡單，維修時間短，因此，可靠性得到提高。 ⑵ 與通用計算機(jī)控制系統(tǒng)比較，可編程控制器可靠性提高的主要原因如下： ① 可編程控制器是為工業(yè)生產(chǎn)過程控制而專 門設(shè)計的控制裝置，它具有比通用計算機(jī)控制系統(tǒng)更簡單的編程語言和更可靠的硬件。 在硬件方面，由于采用性能優(yōu)良的開關(guān)電源，并且 對選用的器件進(jìn)行嚴(yán)格的篩選，加上合理的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，最后加固、簡化安裝，因此 PLC 具有很強(qiáng)硬的抗振動沖擊性能；無觸點(diǎn)的半導(dǎo)體電路來完成大量的開關(guān)動作，就不會出現(xiàn)繼電器系統(tǒng)中的器件老化、脫焊、觸點(diǎn)電弧等問題；所有的輸入 /輸出接口都采用光電隔離措施，使外部電路和 PLC 內(nèi)部電路能有效的進(jìn)行隔離； PLC 模塊式的結(jié)構(gòu)，可以在其中一個模塊出現(xiàn)故障時迅速地判斷出故障的模塊并進(jìn)行更換，這樣就能盡量的縮短系統(tǒng)的維修時間。 一份用戶選用可編程控制器原因的調(diào)查報告指出，在各種選用可編程控制器的原因中，有 93%的用戶是因為可編程控制器的可靠性高而選用的，因此可靠性高是首要原因 。 ⑴操作方便。更改程序的操作也可根據(jù)所需地址編號、變量或接點(diǎn)號等直接進(jìn)行搜索或順序?qū)ふ?，然后可在線或離線更改，更改的信息可在液晶或CRT 屏幕顯 示。對電氣技術(shù)人員來說，由于梯形圖編程語言與電氣原理圖相似，因此，更容易掌握和理解。 ⑶維修方便。 可編程控制器的面板和結(jié)構(gòu)設(shè)計也考慮了維修的方便性。可編程控制器采用的標(biāo)準(zhǔn)編程語言有梯形圖、語句表、功能表圖、功能模塊圖和結(jié)構(gòu)化文本編程語言等。這種編程的靈活性是繼電器順序控制系統(tǒng)所不能比擬的?？删幊炭刂破鞯臄U(kuò)展靈活性是它的一個重要特點(diǎn)。 ⑶操作的靈活性。 為使工業(yè)生產(chǎn)過程的控制更平穩(wěn)、更可靠，實現(xiàn)優(yōu)質(zhì)、高產(chǎn)、低耗，對過程控制設(shè)備和裝置提出了機(jī)電一體化 —— 儀表、電子、計算機(jī)綜合的要求。主要有整體式和模塊使兩種結(jié)構(gòu)形式。整體結(jié)構(gòu)的可編程控制器具有輸入 /輸出點(diǎn)數(shù)少、體積小等優(yōu)點(diǎn)，適用于單體設(shè)備的開關(guān)量控制和機(jī)電一體化產(chǎn)品的開發(fā)應(yīng)用等場合。一些產(chǎn)品的機(jī)架或背板上還安裝了與輸入 /輸出擴(kuò)展機(jī)河北能源職業(yè)技術(shù)學(xué)院 10 連接的接口插座等。按其處理的輸入 /輸出點(diǎn)數(shù)的多少，可分為超小型、小型、中型 、大型、超大型五種類型。 ⑵中型 PLC 輸入 /輸出點(diǎn)數(shù)在 128512 點(diǎn)之間的 PLC 稱為中型 PLC。另外大型 PLC 還可以采用三 CPU 構(gòu)成表決式系統(tǒng)，使機(jī)器具有更高的可靠性。 1． 4 PLC的主要技術(shù)指標(biāo) 編程語言是可編程控制器標(biāo)準(zhǔn)化和易操作性的重要指標(biāo)。為此， IEC 611313 指定了標(biāo)準(zhǔn)編程語言，為便于制造商產(chǎn)品與標(biāo)準(zhǔn)的一致， PLCopen制定了三個一致性等級。 指令表編程語言是一種用與匯編語言類似的助記符號進(jìn)行編程的編程語言，它用一系列可編程控制器操作指令組成的助記符號來描述控制邏輯關(guān)系。 順序功能表圖編程語言是近 30年來才開發(fā)的編程語言，它采用步描述控制系統(tǒng)的各個操作狀態(tài)，對應(yīng)于每個活動步，相連接的命令或動作被執(zhí)行。程序存儲器容量大小決定了用戶所能編寫程序的長度。 用戶程序是用戶根據(jù)實際生產(chǎn)過程控制的應(yīng)用要求而編寫的，因此，用戶程序存儲器的容量和數(shù)據(jù)存儲器的容量與實際過程控制的要求有關(guān)，其容量是不固定河北能源職業(yè)技術(shù)學(xué)院 13 的。 /輸出點(diǎn)數(shù) 輸入 /輸出點(diǎn)數(shù)是指根據(jù)工業(yè)系統(tǒng)控制要求所得到的對應(yīng)于 PLC 的輸入 /輸出端的個數(shù)。用戶應(yīng)根據(jù)實際生產(chǎn)過程中輸入 /輸出信號點(diǎn)數(shù)和信號類型等選擇不同種類的可編程控制器或相應(yīng)的輸入 /輸出單元模塊。在系統(tǒng)程序支持下，可編程控制器主要任務(wù)是循環(huán)掃描六大任務(wù)，保證系統(tǒng)正常運(yùn)行 的公共操作、系統(tǒng)與外界的信息交換和用戶程序執(zhí)行等任務(wù)。第三部分任務(wù)是用戶程序執(zhí)行，它執(zhí)行的時間隨用戶編制應(yīng)用程序的不同而變化。 內(nèi)部寄存器主要包括定時器、計數(shù)器、中間繼電器、數(shù)據(jù)寄存器和特殊寄存器等。智能模塊種類和數(shù)量越多，說明 PLC 功能越強(qiáng)大。 ⑵電源要求。 可編程控制器產(chǎn)品本身的發(fā)展建立在可擴(kuò)展性基礎(chǔ)上?？删幊炭刂破鞯目刂迫萘看笮≈饕憩F(xiàn)在它能處理多少輸入 /輸出點(diǎn)數(shù)，而影響輸入 /輸出點(diǎn)數(shù)增加的因素是機(jī)器的結(jié)構(gòu)和程序的掃描速度等，用戶在選擇機(jī)型時應(yīng)充分考慮輸入 /輸出點(diǎn)數(shù)的可擴(kuò)展性。因此，用戶選擇 機(jī)型時要考慮存儲器容量的可擴(kuò)展性?？删幊炭刂破鞯墓δ茉谟嗀洉r已經(jīng)確定，但一些制造廠商也可通過提供不同的系統(tǒng)軟件使用戶得到不同的軟功能。包括電源冗余、 CPU 冗余、輸入 /輸出冗余和通信系統(tǒng)冗余等。 可靠性是可編程控制器能夠長盛不衰的主要原因。對于可維修的系統(tǒng)或設(shè)備，除了可靠性指標(biāo)外，還有可維修性指標(biāo)，通常用平均維修時間等指標(biāo)來表示可維修性。 可編程控制器的易操作性表現(xiàn)為易操作、易編程和易維修。例如，提供多種編程語言，供用戶使用；編程語言與計算機(jī)匯編語言比較，更易學(xué)習(xí)、掌握和理解；不少制造廠商提供的產(chǎn)品可以進(jìn)行在線編程，便于程序更改；為了對運(yùn)行過程進(jìn)行監(jiān)視和進(jìn)行模擬操作，還提供各種指令和監(jiān)視顯示；為了使操作人員能及時了解故障部位，各個模 塊設(shè)置相應(yīng)的故障信號燈；此外，標(biāo)準(zhǔn)化機(jī)架、方便的通信功能等也使可編程控制器的易操作性得到提高。當(dāng)然，經(jīng)濟(jì)性還與初期投資和今后的維修費(fèi)用有關(guān)。 河北能源職業(yè)技術(shù)學(xué)院 17 第二章 PLC的結(jié)構(gòu)和工作原理 PLC的基本結(jié)構(gòu) PLC 實質(zhì)是一種用于工業(yè)控制的計算機(jī)，其硬件結(jié)構(gòu)基本上與微型計算機(jī)相同。 中央處理器 系統(tǒng)總線 圖 21 整體式結(jié)構(gòu) 模塊式結(jié)構(gòu)的 PLC 模塊式結(jié)構(gòu)的 PLC 是將中央處理器（ CPU）、存儲器、輸入 /輸出單元、電源電路和通信端口等分別做成相應(yīng)的模塊，應(yīng)用時將這些模塊根據(jù)要求插在機(jī)架上，各模塊間通過機(jī)架上的總線想到聯(lián)系。其主要功能是由編程器寫入控制程序和數(shù)據(jù)到存儲器、檢驗用戶程序、從存儲器上讀取和執(zhí)行程序，還可以進(jìn)行 PLC 內(nèi)部故障的診斷等。 用戶程序存儲器：用來存放用戶根據(jù)控制要求編制的程序。 ⑶輸入 /輸出單元 輸入 /輸出單元是 PLC 與外部設(shè)備連接的紐帶。 ⑸編程器 幾乎每個 PLC 廠家都有自己的編程器，用戶通過編程器來編寫控制程序，并通過編程器接口將自己的控制程序輸入到 PLC。隨著 PLC 的進(jìn)一步發(fā)展，特殊功能單元的應(yīng)用也越來越多。 PLC 的工作原理與繼電器構(gòu)成的控制裝置一樣，但是工作方式不太一樣。 循環(huán)掃描技術(shù) PLC 采用循環(huán)掃描技術(shù)可以分為 3 個階段，輸入階段（將外部輸入信號的狀態(tài)傳送到 PLC）、 執(zhí)行程序階段和輸出階段（將輸出信號傳送到外部設(shè)備）。從相應(yīng)的輸入存儲單元讀入信號的狀態(tài)和數(shù)據(jù)，然后根據(jù)程序內(nèi)部繼電器、定時器、計數(shù)器數(shù)據(jù)存儲器的狀態(tài)和數(shù)