【文章內容簡介】 PLC采用開關式穩(wěn)壓電源供電。 ⑤ 通信端口 PLC 的 CPU 模塊上至少有一個通信端口。通過這個通信端口， PLC 可以直接和編程器或上位機相連。 ⑥ 編程器 編程器用來生成用戶程序，并用它進行編輯、檢查、修改和監(jiān)控用戶程序的執(zhí)行情況。手持式編程器不能直接輸入和編輯梯形圖，只能輸入和編輯指令表程序。一般用于小型機或用于現(xiàn)場調試和維護。 使用編程軟件可以在計算機上直 接生成梯形圖或指令表程序，并且可以實現(xiàn)不同編程語言之間的相互轉換。程序被編譯后通過 PC/PPI 電纜可以下載到 PLC 中去，也可以將 PLC當中的程序上傳到計算機當中來。 ⑦ 特殊功能單元 PLC 的特殊功能模塊用來完成某些特殊的任務，如定時、計數(shù)等。 （ 3）可編程控制器的基本特點 可編程邏輯控制器具有以下鮮明的特點： ① 編程方法簡單易學、功能強大、性價比高、硬件配套齊全，系統(tǒng)構成靈活，擴展容易，以開關量控制為其特長； ② 也能進行連續(xù)過程的 PID 回路控制； ③ 并能與上位機構成復雜的控制系統(tǒng)用戶使用方便、適應性強、可靠性強、抗 干擾能力強； ④ 系統(tǒng)的設計、安裝、調試工作量少、維護工作量小、維護方便、體積小、能耗低等特點。 （ 4） PLC 的工作原理 PLC 的工作原理可以簡單的表述為在系統(tǒng)程序的管理下，通過運行應用程序，對控制要求進行處理判斷，并通過執(zhí)行用戶程序來實現(xiàn)控制任務。但是，在時間上， PLC 執(zhí)行的任務是按串行方式進行的，其具體的運行方式與繼電器 接觸器控制系統(tǒng)及計算機控制系統(tǒng)都有著一定的差異與不同。 PLC 的基本工作原理： PLC 采用“順序掃描，不斷循環(huán)”的工作方式。 ① 每次掃描過程，集中采集輸入信號，集中對輸出信號進行刷新； ② 輸入刷新過程，當輸入端口關閉時，程序在進行執(zhí)行階段時，輸入端有新狀態(tài)，新狀態(tài)不能被讀入。只有程序進行下一次掃描時，新狀態(tài)才被讀入； 河南理工大學畢業(yè)設計（論文）說明書 10 ③ 一個掃描周期分為輸入采樣，程序執(zhí)行，輸出刷新； ④ 元件映象寄存器的內容是隨著程序的執(zhí)行變化而變化的； ⑤ 掃描周期的長短由三條決定： CPU 執(zhí)行指令的速度；指令本身占有的時間；指令條數(shù)，現(xiàn)在的 PLC掃描速度都是非常快的； ⑥ 由于采用集中采樣，集中輸出的方式，存在輸入 /輸出滯后的現(xiàn)象，即輸入 /輸出響應延遲。 （ 5） S7200 系列 PLC 西門子公司的 SIMATIC S7200系列屬于小型 PLC，可以用于代替繼電器的簡單控制場合，也可以用于復雜的自動化控制系統(tǒng)。由于它有極強的通信功能，在大型網(wǎng)絡控制系統(tǒng)中也能充分發(fā)揮其作用。 S7200 的可靠性非常高，可以用語句表、梯形圖和功能塊圖編程。它的指令豐富，簡單易學，內置有高速計數(shù)器、高速脈沖輸出和 PID 控制器等特殊功能，最大可以擴展到 248點數(shù)字量 I/O或 35 路模擬量 I/O，最多有 30多 KB的程序和數(shù)據(jù)存儲空間。 S7200 提供了近 10種通訊方式以滿足不同的應用需求，從 RS485通信 /編程接口通訊到自由口模式通訊，從 PPI 協(xié)議通訊到 MPI 協(xié) 議通訊，從簡單的 S7200 之間的通訊到 S7200 通過 ProfibusDP 網(wǎng)絡通訊，甚至到 S7200 通過以太網(wǎng)通訊。在網(wǎng)絡需求已日益成為必要的今天，強大的通訊無疑會使 S7200 為更多用戶服務。 本設計采用 PLC S7200 為控制核心，實現(xiàn)自動控制和手動控制，硬件接線簡單，軟件開發(fā)周期短，具有工作可靠性高，操作方便，體積小、功耗低等特點，達到良好的經(jīng)濟效果。 繼電器 （ 1） 繼電器簡介 繼電器是一種電子控制器件，它具有控制系統(tǒng)（又稱輸入回路）和被控制系統(tǒng)（又稱輸出回路），通常應用于自動控制電 路中，它實際上是用較小的電流去控制較大電流的一種“自動開關”。故在電路中起著自動調節(jié)、安全保護、轉換電路等作用。 電磁式繼電器一般由鐵芯、線圈、銜鐵、觸點簧片等組成的。只要在線圈兩端加上一定的電壓，線圈中就會流過一定的電流，從而產(chǎn)生電磁效應，銜鐵就會在電磁力吸引的作用下克服返回彈簧的拉力吸向鐵芯，從而帶動銜鐵的動觸點與靜觸點（常開觸點）吸合。當線圈斷電后，電磁的吸力也隨之消失，銜鐵就會在彈簧的反作用力返回原來的位置，使動觸點與原來的靜觸點（常閉觸點）吸合。這樣吸合、釋放，從而達到了在電河南理工大學畢業(yè)設計（論文）說明書 11 路中的導通、切斷的目的 。對于繼電器的“常開、常閉”觸點，可以這樣來區(qū)分：繼電器線圈未通電時處于斷開狀態(tài)的靜觸點，稱為“常開觸點”；處于接通狀態(tài)的靜觸點稱為“常閉觸點”。 （ 2） 繼電器組的應用及實現(xiàn)的功能 在本次設計中，對繼電器的使用較為突出，原理是利用可編程序控制器的 24V 直流信號來控制繼電器線圈，實現(xiàn)由可控制的按預定程序導通 /關斷的 380V 三相電源給電動機供電。 本次使用的繼電器模塊由三組三聯(lián)裝共九個繼電器組成，每組繼電器完成一個功能。可分為：正轉控制組，反轉控制組及脫水控制組。 控制線圈與 PLC的輸出口相連，電動機高壓電源 通過變頻器以后與繼電器“常開引腳”相連，公共端接地。它們的開合直接由可編程序控制器輸出的離散信號控制。即當洗衣機處在洗滌過程要求正轉時，正轉控制組閉和，反轉及脫水控制組斷開，三相電源按照原始順序接入，電源由變頻器控制頻率后給電動機供電，此時電動機正轉且速度為預定數(shù)值；當洗衣機處在洗滌過程要求反轉時，反轉控制組閉和，正轉及脫水控制組斷開，此時，三相電源中的兩相已被繼電器互換相接，由于三相異步電動機改變任意兩相電磁力矩相反，電源再由變頻器控制頻率后給電動機供電，此時電動機反轉且速度為預定數(shù)值；當洗衣機處在脫水過 程要求高速正轉時，脫水控制組閉和，正轉及反轉控制組斷開，此時，三相電源按預定順序接入，電源直接接入電動機，電動機按額定轉速正轉。 PLC 的選型 I/O 儲存器容量的估算 PLC 常用的內存有 EPROM、 EEPROM 和帶鋰電池供電的 RAM。一般微型和小型 PLC 的存儲容量是固定的，介于 1— 2KB 之間。用戶應用程序占用多少內存與許多因素有關，如 I/O點數(shù)、控制要求、運算處理量、程序結構等。因此在程序設計之前只能粗略地估算。 PLC 內存容量為開關量 I/O 點數(shù)、模擬量 I/O 點數(shù)和程序編寫的質量所增加 的內存容量綜合。 根據(jù)經(jīng)驗，每個 I/O點及有關功能元件占用的內存量大致如下： 開關量輸入元件： 10— 20B/點 開關量輸出元件： 5— 10B/點 定時器 /計數(shù)器： 2B/個 河南理工大學畢業(yè)設計（論文）說明書 12 模擬量： 100— 150B/個 通信接口：一個接口一般需要 300B 以上 根據(jù)上面算出的總字節(jié)數(shù)再考慮增加 25%左右的備用量，就可估算出用戶程序所需的內存容量，從而選擇合適的 PLC 內存。 該系統(tǒng)有 11 個數(shù)字輸入點 6個數(shù)字輸出點，需內存 280B，有定時器 7個，計數(shù)器2個，需內存 18B，考慮余量后需要內存 370B。 CPU 的選型 PLC 的功能日益強大，一般 PLC 都具有開關量邏輯運算、定時、計數(shù)、數(shù)據(jù)處理等基本功能，有些 PLC還可擴展各種特殊功能模塊，如通信模塊、位置控制模塊等 . 選型時可考慮以下幾點：功能與任務相適應， PLC 的處理速度應滿足實時控制的要求、 PLC 結構合理、機型統(tǒng)一、在線編程和離線編程的選擇。全自動洗衣機控制所要求的控制功能簡單，小型 PLC 就能滿足要求了。 該控制系統(tǒng) CPU模塊可采用 CPU224（ AC/DC/繼電器）模塊，它可控制整個系統(tǒng)按照控制要求有條不紊地進行。同時由于該模塊采用交流 220V 供電，并且自帶 14個數(shù)字量 輸入點和 10 個數(shù)字量輸出點，完全能滿足全自動洗衣機控制系統(tǒng)的要求，所以不再需要另外的電源模塊、數(shù)字量和輸出模塊。 綜上所述此次設計選用西門子 S7200 系列整體式 PLC， CPU 模塊為 CPU224（ AC/DC/繼電器）模塊。 PLC 的框架配置圖如 34所示。 C P U 模 塊C P U 2 2 4 （ A C / D C /繼 電 器 ） 圖 34 PLC 框架配置圖 PLC 的外圍接線圖設計 根據(jù)全自動洗衣機的控制要求，對系統(tǒng)控制的 I/O 點數(shù)進行了統(tǒng)計和 PLC 型號進行了選擇，現(xiàn)根據(jù)以上的統(tǒng)計和選擇對控制系統(tǒng) PLC 的外部接線進行設計。 PLC 的外圍接線圖如圖 35 所示。 在圖 35中， PLC 的各個 I/O 地址分別與全自動洗衣機控制系統(tǒng)所有的輸入信號和輸出信號連接起來，注意電源和接地的連接。 河南理工大學畢業(yè)設計（論文）說明書 13 圖 35 PLC 外部接線圖 系統(tǒng)資源分配 輸入地址分配 根據(jù)不同的 PLC配置情況確定 I/O 地址是 PLC 編程的前提與基礎，程序中的地址必須與實際物理連接點一一對應，才能確保動作的正確執(zhí)行。 這個控制系統(tǒng)的輸入有啟動按鈕、停止按鈕、高水位選擇開關、中水位選擇開關、低水位選擇開關、手動排水開關、自動排水開關、高水位傳感器、中水位傳感器、低水位傳感器、水排空傳感器共 11 個輸入 點。 現(xiàn)在根據(jù)全自動洗衣機的實際工作狀態(tài)對 PLC 控制系統(tǒng)的輸入地址進行分配。 具體的輸入地址分配如表 31所示。 河南理工大學畢業(yè)設計（論文）說明書 14 表 31輸入地址分配表 輸出地址分配 這個控制系統(tǒng)需要控制的外部設備有進水電磁閥、排水電磁閥、洗滌電動機、脫水桶、報警器共 5 個設備。但是由于洗滌電動機有正轉和反轉兩個狀態(tài)，分別為正轉繼電器和反轉繼電器，所以輸出點應該有 6 個。 具體的輸出分配如表 32 所示。 表 32 輸出地址分配表 內部元件地址分配 全自動洗衣機的工作過程中 ，需要用到 PLC 內部的計時器和計數(shù)器對其進行過程控制，現(xiàn)對控制中要用到的內部元件地址進行分配。 內部地址分配表歸納如表 33所示。 輸入地址 對應的外部設備 啟動按扭 停止按扭 水位選擇開關（高水位） 水位選擇開關（中水位） 水位選擇開關（低水位） 手動排水開關 手動脫水開關 高水位傳感器 中水位傳感器 低水位傳感器 水排空傳感器 輸出地址 對應的外部設備 進水電磁閥 排水電磁閥 洗滌電動機正轉繼電器 洗滌電動機反轉繼電器 脫水桶 報警器 河南理工大學畢業(yè)設計（論文）說明書 15 表 33 內部地址分配表 定時器 /計時器 對應的功能 T37 進水暫停計時 T38 正洗計時 T39 正洗暫停計時 T40 反轉計時 T41 反轉暫停計時 T42 脫水計時 T43 報警計時 C50 正反洗循環(huán)計數(shù) C51 大循環(huán)計數(shù) 河南理工大學畢業(yè)設計（論文）說明書 16 4 軟件設計 編程軟件 編程軟件采用西門子公 司設計的編程軟件 STEPMicro/Win32。 STEP7Micro/WIN32是西門子公司專為 SIMATIC S7200系列可編程序控制器研制開發(fā)的編程軟件，它是基于 Windows 的應用軟件，功能強大，既可用于開發(fā)用戶程序，又可實時監(jiān)控用戶程序的執(zhí)行狀態(tài)。 STEP7Micro/WIN32 編程軟件的基本功能是協(xié)助用戶完成應用軟件的開發(fā)，其主要實現(xiàn)以下功能： （ 1）在脫機（離線）方式下創(chuàng)建用戶程序，修改和編輯原有的用戶程序。在脫機方式時，計算機與 PLC 斷開連接，此時能完成大部分的基本功能，如編程、 編譯、調試和系統(tǒng)組態(tài)等，但所有的程序和參數(shù)都只能存放在計算機的磁盤上。 （ 2）在聯(lián)機（在線）方式下可以對與計算機建立通信關系的 PLC 直接進行各種操作，如上載、下載用戶程序和組態(tài)數(shù)據(jù)等。 （ 3）在編輯程序的過程中進行語法檢查，可以避免一些語法錯誤和數(shù)據(jù)類型方面的錯誤。經(jīng)語法檢查后，梯形圖中錯誤處的下方自動加紅色波浪線，語句表的錯誤行前自動畫上紅色叉，且在錯誤處加上紅色波浪線。 （ 4）對用戶程序進行文檔管理，加密處理等。 （ 5）設置 PLC 的工作方式、參數(shù)和運行監(jiān)控等。 軟件主界面一般可分為以下 6 個區(qū)域：菜單欄（ 包含 8 個主菜單項）、工具欄（快捷按鈕）、瀏覽欄（快捷操作窗口）、指令樹 (快捷操作窗口 )、輸出窗口和用戶窗口（可同時或分別打開圖中的 5個用戶窗口）。 除菜單欄外，用戶可根據(jù)需要決定其他窗口的取舍和樣式的設置。 程序流程圖設計 PLC 采用計算機控制技術，其程序設計同樣可遵循軟件工程設計方法，程序工作過程可用流程 圖表示。由于 PLC 的程序執(zhí)行為循環(huán)掃描工作方式，因而與計算機程序框圖不同點是， PLC 程序框圖在進行輸出刷新后，再