【文章內(nèi)容簡介】 （ 3） 對編寫好的編譯程序進行實際調(diào)試。 江蘇科技大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計（論文） 3 第二章 概述 PLC 的控制特點 PLC 系統(tǒng)的特點： 1）可靠性高， PLC 作為一種通用的工業(yè)控制器，它必須能夠在各種不同的工作環(huán)境中正常工作。對工作的環(huán)境要求較低，抗外部干擾能力強，平均無故障時間長。 2）使用方便靈活， PLC 采用了基本單元擴展或者是模塊化的結(jié)構(gòu)形式，因此，輸入 /輸出信號的數(shù)量，形式，驅(qū)動能力等都可以根據(jù)實際控制要求進行選擇與確定，而且在需要時可以隨時更換，近年來， PLC 的特殊模塊增多這些可以滿足不同的控制要求，使 PLC 的使用更加靈活與多變。 3）編程簡單， PLC 的優(yōu)越性主要體現(xiàn)在它采用了獨特的，多種面 向廣大工程設(shè)計人員的編程語言，如指令表，梯形圖，邏輯功能圖，順序功能圖等，程序簡潔，明了適合各類技術(shù)人員的傳統(tǒng)習(xí)慣，即使是沒有計算機知識的人員也很統(tǒng)一掌握，特別是梯形圖與邏輯功能圖，形象直觀，動態(tài)監(jiān)測效果逼真，且與計算機控制容易。 單片機系統(tǒng)的特點： 1）要求環(huán)境，單片機對環(huán)境的適應(yīng)能力較低，可靠性差。 2）編程和 PLC 相比難以學(xué)習(xí)，主要是單片機采用匯編語言或者是 C 語言，這些高級語言和 PLC 語言相比，難以學(xué)習(xí)。 3）功能單一只具有使用中所需要的功能。但是，它結(jié)構(gòu)簡單，處理速度快。 典型的 PLC 控制系統(tǒng)的硬件 組成框圖如圖 1 所示： 圖 1 PLC 控制系統(tǒng)的硬件組成框圖 江蘇科技大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計（論文） 4 控制系統(tǒng)框圖 此次設(shè)計根據(jù)全自動洗衣機的工作原理 , 洗衣機的工作流程由進水，洗衣，排水，和脫水四個過程組成。在半自動洗衣機中，這四個過程分別用相應(yīng)的按扭開關(guān)來控制。利用可編程控制器 PLC 實現(xiàn)控制 ,用于說明 PLC 控制的原理方法 ,特點及工作特色 。 此次全自動洗衣機控制系統(tǒng)設(shè)計利用了西門子 S7200系列 PLC的特點 ,對 按鈕 ,電磁閥 ,開關(guān)等其他一些輸入 /輸出點進行控制 ,實現(xiàn)了洗衣機洗衣過程的自動化 。 根據(jù)以上要求 PLC 的控制系統(tǒng)框圖如下圖 2。 圖 2 控制系統(tǒng)框圖 控制系統(tǒng)對應(yīng)設(shè)備及功能 根據(jù)控制過程中的進水、洗滌、脫水、報警等控制要求，對控制所需的外部設(shè)備初步設(shè)計如表 11 江蘇科技大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計（論文） 5 表 21 對應(yīng)設(shè)備及功能表 對應(yīng)的外部設(shè)備 對應(yīng)的輸出設(shè)備 啟動按扭 進水電磁閥 停止按扭 排水電磁閥 水位選擇開關(guān)（高水位） 洗滌電動機正轉(zhuǎn)繼電器 水位選擇開關(guān)（中水位） 洗滌電動機反轉(zhuǎn)繼電器 水位選擇開關(guān)（低水位） 脫水桶 手動排水開關(guān) 報警器 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 自動洗衣機的進水，洗衣，排水，脫水是通過水位開關(guān)，電磁進水閥和電磁排水閥配合進行控制，從而實現(xiàn)自動控制的，水位開關(guān)用來控制進水到洗衣機內(nèi)高中低水位，電磁進水閥起著通斷水源的作用。進水時，電磁進水閥打開，將水注入，排水時，電磁排水閥打開，將水排出，洗衣時，洗滌電動機啟動，脫水時，脫水桶啟動。 江蘇科技大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計（論文） 6 第三章 硬件電路的設(shè)計 PLC的選擇 I/O 點數(shù)統(tǒng)計 I/O 點數(shù)是 PLC 的一項重要指標。合理選擇 I/O 點數(shù)既可使系統(tǒng)滿 足控制要求，又可使系統(tǒng)總投資最低。 PLC 的輸入輸出總點數(shù)和種類應(yīng)根據(jù)被控對象所需控制的模擬量、開關(guān)量、輸入輸出設(shè)備情況來確定，一般一個輸入輸出元件要占用一個輸入輸出點?？紤]到今后的調(diào)整和擴充，一般應(yīng)在估計的總點數(shù)上再加上 20%— 30%的備用量。 [該系統(tǒng)有 11 個數(shù)字輸入點 6 個數(shù)字輸出點，具體的輸入輸出見表 31. [7] 表 31 I/O點數(shù)統(tǒng)計表 輸入點 輸出點 啟動按扭 進水電磁閥 停止按扭 排水電磁閥 水位選擇開關(guān)（高水位） 洗滌電動機正轉(zhuǎn)繼電器 水位選擇開關(guān)（中水位） 洗滌電動機反轉(zhuǎn)繼電器 水位選擇開關(guān)（低水位） 脫水桶 手動排水開關(guān) 報警器 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 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。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 模擬量： 100— 150B/個 江蘇科技大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計（論文） 7 通信接口：一個接口一般需要 300B 以上 [8] 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 6 個，計時器 2 個，需內(nèi)存 16B，考慮余量后需要內(nèi)存370B。 CPU 功能與結(jié)構(gòu)的選擇 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。 [9] 綜上所述此次設(shè)計選用西門子 S7200 型 PLC。 PLC外部接線圖 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 的外部接線設(shè)計如下圖 3。 江蘇科技大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計（論文） 8 圖 3 PLC 外部接線圖 PLC 外部接線圖 如圖 22 所示為洗衣機示意圖，在圖中 ST4 為高水位傳感器， ST5 為中水位傳感器， ST6 為低水位傳感器， ST7 位水排盡傳感器，當選擇好水位后， YV1 打開開始進水，當水位到達相應(yīng)水位時，相應(yīng)的傳感器送出 ON 信號否則為 OFF,只有當水上升到與選擇水位相開關(guān)一致時， YV1 關(guān)閉停止進水，開始洗衣。 [10] 江蘇科技大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計（論文） 9 圖 4洗衣機示意圖 江蘇科技大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計（論文） 10 第四章 軟件的設(shè)計 I/O分配表 輸入地址分配表 列出全自動洗衣機的輸入分配表，見表 41。 表 41 輸入地址分配表 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 輸出地址分配表 列出全自動洗衣機的輸出分配表，見表 42。 表 42 輸出地址分配表 輸出地址 對應(yīng)的輸出設(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 報警器 內(nèi)部元件地址分配表 全制動洗衣機控制時，需用到 PLC 內(nèi)部的計時器和計數(shù)器對其進行過程控制，江蘇科技大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計（論文） 11 現(xiàn)對控制中要用到的內(nèi)部位元件地址分配表歸納如表 43。 表 43內(nèi)部地址分配表 定時器 /計時器 對應(yīng)的作用 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) 系統(tǒng)流程圖 強制停 止流程圖 江蘇科技大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計（論文） 12 圖 4 強制停止流程圖 正常運行流程圖 全自動洗衣機正常運行時即洗衣機按照程序設(shè)定依次完成依次洗衣過程，從選擇水位， 按下啟動按扭，開始進水直到水滿（即水位達到高水位）時停止進水開始洗滌正轉(zhuǎn)，洗滌時，正轉(zhuǎn) 30 秒，停兩秒，然后反轉(zhuǎn) 30 秒，停 2 秒，如此循環(huán) 5 次，總共320 秒開始排水，水位下降到低水位時開始脫水并繼續(xù)排水，脫水 30 秒，開始清洗，重復(fù)以上過程，清洗兩遍，清洗完成，報警 3 秒并自動停機。按照以上的工作流程，作出全自動洗衣機的正常運行工作流程圖見圖 5。 江蘇科技大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計（論文） 13 圖 5 正常運行流程圖 江蘇科技大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計（論文） 14 程序設(shè)計 PLC控制順序功能圖 順序功能圖，它是描述控制系統(tǒng)的控制過程、功能和特性的一種圖形，順序功能圖并不涉及所描述的控制功能的具體技術(shù)，他是一種通用的技術(shù)語言。全自動洗衣機控制系統(tǒng) PLC 控制狀態(tài)流程圖見圖 6。 [11] 江蘇科技大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計（論文） 15 圖 6 PLC控制狀態(tài)流程圖 系統(tǒng)梯形圖 一、梯形圖的特點 梯形圖是 PLC 模擬繼電器控制系統(tǒng)的編程方法。它由觸點、線圈或功能方框等構(gòu)成，梯形圖左、右的 垂直線稱為左、右母線。畫梯形圖時，從左母線開始，經(jīng)過觸點和線圈（或功能方框），終止于右母線。在梯形圖中，可以把左母線看作是提供能量的母線。觸點閉合可以使能量流過，直到下一個元件；觸點斷開將阻止能量流過。這種能量流，我們稱之為“能流”。實際上，梯形圖是 CPU 仿真繼電器控制電路圖，使來自“電源”的“電流”通過一系列的邏輯控制條件，根據(jù)運算結(jié)果決定邏輯輸出的模擬過程。 梯形圖中的基本編程元素有觸點