【文章內(nèi)容簡介】 PLC采用開關(guān)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(diào)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(zhuǎn)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(dāng)中的程序上傳到計算機當(dāng)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(wù)，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(xué)、功能強大、性價比高、硬件配套齊全，系統(tǒng)構(gòu)成靈活，擴展容易，以開關(guān)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(gòu)成復(fù)雜的控制系統(tǒng)用戶使用方便、適應(yīng)性強、可靠性強、抗 干擾能力強； ④ 系統(tǒng)的設(shè)計、安裝、調(diào)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(yīng)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(wù)。但是，在時間上， PLC 執(zhí)行的任務(wù)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(dāng)輸入端口關(guān)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(xué)畢業(yè)設(shè)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(nèi)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(yīng)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(fù)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(luò)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(xué)，內(nèi)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(yīng)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(luò)通訊，甚至到 S7200 通過以太網(wǎng)通訊。在網(wǎng)絡(luò)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(wù)。 本設(shè)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(dá)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(yīng)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(guān)”。故在電路中起著自動調(diào)節(jié)、安全保護、轉(zhuǎn)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(yīng)，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(dāng)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(dá)到了在電河南理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計（論文）說明書 11 路中的導(dǎo)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(yīng)用及實現(xiàn)的功能 在本次設(shè)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(yù)定程序?qū)?/關(guān)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?？煞譃椋赫D(zhuǎn)控制組，反轉(zhuǎn)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(dāng)洗衣機處在洗滌過程要求正轉(zhuǎn)時，正轉(zhuǎn)控制組閉和，反轉(zhuǎn)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(zhuǎn)且速度為預(yù)定數(shù)值；當(dāng)洗衣機處在洗滌過程要求反轉(zhuǎn)時，反轉(zhuǎn)控制組閉和，正轉(zhuǎn)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?nèi)我鈨上嚯姶帕叵喾?，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(zhuǎn)且速度為預(yù)定數(shù)值；當(dāng)洗衣機處在脫水過 程要求高速正轉(zhuǎn)時，脫水控制組閉和，正轉(zhuǎn)及反轉(zhuǎn)控制組斷開，此時，三相電源按預(yù)定順序接入，電源直接接入電動機，電動機按額定轉(zhuǎn)速正轉(zhuǎn)。 PLC 的選型 I/O 儲存器容量的估算 PLC 常用的內(nèi)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(yīng)用程序占用多少內(nèi)存與許多因素有關(guān)，如 I/O點數(shù)、控制要求、運算處理量、程序結(jié)構(gòu)等。因此在程序設(shè)計之前只能粗略地估算。 PLC 內(nèi)存容量為開關(guān)量 I/O 點數(shù)、模擬量 I/O 點數(shù)和程序編寫的質(zhì)量所增加 的內(nèi)存容量綜合。 根據(jù)經(jīng)驗，每個 I/O點及有關(guān)功能元件占用的內(nèi)存量大致如下： 開關(guān)量輸入元件： 10— 20B/點 開關(guān)量輸出元件： 5— 10B/點 定時器 /計數(shù)器： 2B/個 河南理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)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(nèi)存容量，從而選擇合適的 PLC 內(nèi)存。 該系統(tǒng)有 11 個數(shù)字輸入點 6個數(shù)字輸出點，需內(nèi)存 280B，有定時器 7個，計數(shù)器2個，需內(nèi)存 18B，考慮余量后需要內(nèi)存 370B。 CPU 的選型 PLC 的功能日益強大，一般 PLC 都具有開關(guān)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(wù)相適應(yīng)， PLC 的處理速度應(yīng)滿足實時控制的要求、 PLC 結(jié)構(gòu)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(shè)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(shè)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(shè)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(xué)畢業(yè)設(shè)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(chǔ)，程序中的地址必須與實際物理連接點一一對應(yīng)，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(guān)、中水位選擇開關(guān)、低水位選擇開關(guān)、手動排水開關(guān)、自動排水開關(guān)、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(xué)畢業(yè)設(shè)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(shè)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(shè)備。但是由于洗滌電動機有正轉(zhuǎn)和反轉(zhuǎn)兩個狀態(tài)，分別為正轉(zhuǎn)繼電器和反轉(zhuǎn)繼電器，所以輸出點應(yīng)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(nèi)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(nèi)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(nèi)部元件地址進行分配。 內(nèi)部地址分配表歸納如表 33所示。 輸入地址 對應(yīng)的外部設(shè)備 啟動按扭 停止按扭 水位選擇開關(guān)（高水位） 水位選擇開關(guān)（中水位） 水位選擇開關(guān)（低水位） 手動排水開關(guān) 手動脫水開關(guān) 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(yīng)的外部設(shè)備 進水電磁閥 排水電磁閥 洗滌電動機正轉(zhuǎn)繼電器 洗滌電動機反轉(zhuǎn)繼電器 脫水桶 報警器 河南理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計（論文）說明書 15 表 33 內(nèi)部地址分配表 定時器 /計時器 對應(yīng)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(zhuǎn)計時 T41 反轉(zhuǎn)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(xué)畢業(yè)設(shè)計（論文）說明書 16 4 軟件設(shè)計 編程軟件 編程軟件采用西門子公 司設(shè)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(yīng)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(yīng)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(diào)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(guān)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(shè)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(shè)置。 程序流程圖設(shè)計 PLC 采用計算機控制技術(shù)，其程序設(shè)計同樣可遵循軟件工程設(shè)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