基于欧姆龙PLC全自动洗衣机控制.docx
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基于欧姆龙PLC全自动洗衣机控制
课程名称:
PLC课程设计
第一章.PLC简介
1、PLC的发展历程
在工业生产过程中,大量的开关量顺序控制,它按照逻辑条件进行顺序动作,并按照逻辑关系进行连锁保护动作的控制,及大量离散量的数据采集。
传统上,这些功能是通过气动或电气控制系统来实现的。
1968年美国GM(通用汽车)公司提出取代继电气控制装置的要求,第二年,美国数字公司研制出了基于集成电路和电子技术的控制装置,首次采用程序化的手段应用于电气控制,这就是第一代可编程序控制器,称Programmable Controller(PC)。
个人计算机(简称PC)发展起来后,为了方便,也为了反映可编程控制器的功能特点,可编程序控制器定名为Programmable Logic Controller(PLC),现在,仍常常将PLC简称PC。
PLC的定义有许多种。
国际电工委员会(IEC)对PLC的定义是:
可编程控制器是一种数字运算操作的电子系统,专为在工业环境下应用而设计。
它采用可编程序的存贮器,用来在其内部存贮执行逻辑运算、顺序控制、定时、计数和算术运算等操作的指令,并通过数字的、模拟的输入和输出,控制各种类型的机械或生产过程。
可编程序控制器及其有关设备,都应按易于与工业控制系统形成一个整体,易于扩充其功能的原则设计。
上世纪80年代至90年代中期,是PLC发展最快的时期,年增长率一直保持为30-40%。
在这时期,PLC在处理模拟量能力、数字运算能力、人机接口能力和网络能力得到大幅度提高,PLC逐渐进入过程控制领域,在某些应用上取代了在过程控制领域处于统治地位的DCS系统。
PLC具有通用性强、使用方便、适应面广、可靠性高、抗干扰能力强、编程简单等特点。
PLC在工业自动化控制特别是顺序控制中的地位,在可预见的将来,是无法取代的。
2、PLC的构成
从结构上分,PLC分为固定式和组合式(模块式)两种。
固定式PLC包括CPU板、I/O板、显示面板、内存块、电源等,这些元素组合成一个不可拆卸的整体。
模块式PLC包括CPU模块、I/O模块、内存、电源模块,这些模块可以按照一定规则组合配置。
3、CPU的构成
CPU是PLC的核心,起神经中枢的作用,每套PLC至少有一个CPU,它按PLC的系统程序赋予的功能接收并存贮用户程序和数据,用扫描的方式采集由现场输入装置送来的状态或数据,并存入规定的寄存器中,同时,诊断电源和PLC内部电路的工作状态和编程过程中的语法错误等。
进入运行后,从用户程序存贮器中逐条读取指令,经分析后再按指令规定的任务产生相应的控制信号,去指挥有关的控制电路。
CPU主要由运算器、控制器、寄存器及实现它们之间联系的数据、控制及状态总线构成,CPU单元还包括外围芯片、总线接口及有关电路。
内存主要用于存储程序及数据,是PLC不可缺少的组成单元。
在使用者看来,不必要详细分析CPU的内部电路,但对各部分的工作机制还是应有足够的理解。
CPU的控制器控制CPU工作,由它读取指令、解释指令及执行指令。
但工作节奏由震荡信号控制。
运算器用于进行数字或逻辑运算,在控制器指挥下工作。
寄存器参与运算,并存储运算的中间结果,它也是在控制器指挥下工作。
CPU速度和内存容量是PLC的重要参数,它们决定着PLC的工作速度,IO数量及软件容量等,因此限制着控制规模。
4、I/O模块
PLC与电气回路的接口,是通过输入输出部分(I/O)完成的。
I/O模块集成了PLC的I/O电路,其输入暂存器反映输入信号状态,输出点反映输出锁存器状态。
输入模块将电信号变换成数字信号进入PLC系统,输出模块相反。
I/O分为开关量输入(DI),开关量输出(DO),模拟量输入(AI),模拟量输出(AO)等模块。
开关量是指只有开和关(或1和0)两种状态的信号,模拟量是指连续变化的量。
常用的I/O分类如下:
开关量:
按电压水平分,有220VAC、110VAC、24VDC,按隔离方式分,有继电器隔离和晶体管隔离。
模拟量:
按信号类型分,有电流型(4-20mA,0-20mA)、电压型(0-10V,0-5V,-10-10V)等,按精度分,有12bit,14bit,16bit等。
除了上述通用IO外,还有特殊IO模块,如热电阻、热电偶、脉冲等模块。
5、电源模块
PLC电源用于为PLC各模块的集成电路提供工作电源。
同时,有的还为输入电路提供24V的工作电源。
电源输入类型有:
交流电源(220VAC或110VAC),直流电源(常用的为24VDC)。
6.PLC的特点
(1)可靠性高,抗干扰能力强
高可靠性是电气控制设备的关键性能。
PLC由于采用现代大规模集成电路技术,采用严格的生产工艺制造,内部电路采取了先进的抗干扰技术,具有很高的可靠性。
从PLC的机外电路来说,使用PLC构成控制系统,和同等规模的继电接触器系统相比,电气接线及开关接点已减少到数百甚至数千分之一,故障也就大大降低。
此外,PLC带有硬件故障自我检测功能,出现故障时可及时发出警报信息。
在应用软件中,应用者还可以编入外围器件的故障自诊断程序,使系统中除PLC以外的电路及设备也获得故障自诊断保护。
这样,整个系统具有极高的可靠性也就不奇怪了。
(2)配套齐全,功能完善,适用性强
PLC发展到今天,已经形成了大、中、小各种规模的系列化产品。
可以用于各种规模的工业控制场合。
除了逻辑处理功能以外,现代PLC大多具有完善的数据运算能力,可用于各种数字控制领域。
近年来PLC的功能单元大量涌现,使PLC渗透到了位置控制、温度控制、CNC等各种工业控制中。
加上PLC通信能力的增强及人机界面技术的发展,使用PLC组成各种控制系统变得非常容易。
(3)易学易用,深受工程技术人员欢迎
PLC是面向工矿企业的工控设备。
它接口容易,编程语言易于为工程技术人员接受。
梯形图语言的图形符号与表达方式和继电器电路图相当接近,为不熟悉电子电路、不懂计算机原理和汇编语言的人从事工业控制打开了方便之门。
(4)系统的设计、建造工作量小,维护方便,容易改造
PLC用存储逻辑代替接线逻辑,大大减少了控制设备外部的接线,使控制系统设计及建造的周期大为缩短,同时维护也变得容易起来。
更重要的是使同一设备经过改变程序改变生产过程成为可能。
这很适合多品种、小批量的生产场合。
(5)体积小,重量轻,能耗低
以超小型PLC为例,新近出产的品种底部尺寸小于100mm,重量小于150g,功耗仅数瓦。
由于体积小很容易装入机械内部,是实现机电一体化的理想控制设备。
7.欧姆龙CPM2A的基本配置简介
类型
点数
通道范围
继电器地址
功能
输入继电器
160点
000—009CH
00000-00915
用于接受外部信号
输出继电器
160点
010-019CH
01000-01915
用于输出控制信号
内部辅助继电器IR
512点
200-231CH
20000-23115
相当于中间继电器,无输入、输出端子
保持继电器HR
320点
HR00-19CH
HR0000-HR1915
断电时能保持断电前的ON/OFF状态的继电器
特殊继电器SR
384点
232-255
23200-25507
提供特殊功能的继电器,如方波信号
辅助记忆继电器AR
256点
AR00-AR15
AR0000-AR1515
分配有特殊功能的辅助继电器
暂存继电器TR
8点
TR0-TR7
暂时记忆ON/OFF的继电器,用于编程
定时器/计数器
256个
TIM/CNT000-255
编号合用,相当于时间继电器
第二章.全自动洗衣机控制
摘要
本文介绍了采用可编程控制器(PLC)作为核心控制部件,并利用计算机进行组态监控的全自动洗衣机控制系统。
文章介绍了洗衣机的结构,对全自动洗衣机的控制系统进行了分析,在此基础上提出了基于PLC的全自动洗衣机控制方案,根据洗衣机的工作原理,设计了流程及程序,对按钮,继电器,开关等其它一些输入/输出点进行控制,实现了洗衣机洗衣过程的自动化。
由于洗涤,排水,脱水的时间均由PLC内计数器控制,所以只要改变计数器参数就可以改变时间。
具有智能化程度高、安全可靠、方便、灵活等特点。
关键词:
PLC;全自动洗衣机;继电器。
Abstract
ThisarticleusedprogrammablecontrollerPLCtorealizethewashercompletelyautomaticcontrol,explainedthePLCcontrolprinciplemethod,thecharacteristicandcontrolledthewasherthecharacteristic.Thearticleduringintroductionwasherstructure,carriesontheanalysistothecompletelyautomaticwashercontrolsystem,proposedinthisfoundationbasedonthePLCcompletelyautomaticwashercontrolplan,andhascarriedonthedesignaccordingtothewasherprincipleofworktotheprocedureandtheflow,hastheintellectualizeddegreehigh,safereliableandsoonthecharacteristics.Tothebutton,therelay,theswitchandsoonothersomeI/Ospotcarriesonthecontrol,realizedthewashertowashclothestheprocessautomation.Becausespreadseverytimelavation,drainingwater,dehydratedtimebyPLCincountercontrol,solongasthereforethechangecounterparametermaychangethetime.
Keywords:
ProgrammableLogicController;Theautomaticprocess;controlrelay.
2.1功能要求
通过PLC控制洗衣机的进水和排水电磁阀实现进水、排水,通过PLC控制洗涤电动机驱动洗衣拨盘正反转实现洗衣机的正转洗涤、反转洗涤及脱水功能。
另外,通过PLC检测各种传感器的状态并对电控系统进行控制以实现自动或手动的进水、排水、洗衣、脱水、报警等功能。
2.2设计步骤
2.2.1全自动洗衣机工作说明
全自动洗衣机外形结构示意图如图1所示。
图1全自动洗衣机外形结构示意图
全自动洗衣机的洗衣桶(外桶)和脱水桶(内桶)是以同一中心安放的。
外桶固定,作盛水用。
内桶可以旋转,作脱水(甩水)用。
内桶的四周有很多小孔,使内外桶的水流相通。
该洗衣机的进水和排水分别由进水电磁阀和排水电磁阀来执行。
进水时,通过电控系统使进水阀打开,经进水管将水注入到外桶。
排水时,通过电控系统使排水阀打开,将水由外桶排出到机外。
洗涤正转、反转由洗涤电动机驱动波盘正、反转来实现,此时脱水桶并不旋转。
脱水时,通过电控系统将离合器合上,由洗涤电动机带动内桶正转进行甩干。
高、低水位开关分别用来检测高、低水位。
启动按钮用来启动洗衣机工作。
停止按钮用来实现手动停止进水、排水、脱水及报警。
排水按钮用来实现手动排水。
2.2.2控制要求
该全自动洗衣机的控制要求可以用图2所示的流程图来表示。
图2全自动洗衣机控制流程图
PLC投入运行,系统处于初始状态,准备好启动。
洗涤时开始进水,水满(即水位达高水位)时停止进水并开始洗涤正转。
正转洗涤15s后暂停。
暂停3s后开始反转洗涤。
反转15s后暂停。
3s后若正、反转未满3次,则返回从正转洗涤开始;若正、反转满3次后,则开始排水。
水位下降到低水位时开始脱水并继续排水。
脱水10s后即完成一次从进水到脱水的大循环过程。
若未完成3次大循环,则返回从进水开始的全部动作,进行下一次大循环;若完成了3次循环,则进行洗完报警。
报警10s后结束全部过程,洗衣机自动停机。
此外,还可以按排水按钮以实现手动排水;按停止按钮以实现手动停止进水、排水、脱水及报警。
2.2.3I/O地址分配及接线
根据示意图及控制要求可知,该系统需要5个输入点和6个输出点,其地址分配如下表所示。
输入端
继电器地址
输出端
继电器地址
启动按钮
00000
进水电磁阀
01000
停止按钮
00001
电动机正转接触器
01001
排水按钮
00002
电动机反转接触器
01002
高水位开关
00003
排水电磁阀
01003
低水位开关
00004
脱水电磁离合器
01004
报警蜂鸣器
01005
确定了PLC的型号和输入/输出器件后,根据电气控制系统的要求,可以画出可编程逻辑控制器的输入/输出器件接线图,如图3所示。
图3全自动洗衣机I/O接线图
2.3.4软件系统设计
由流程图可知,实现自动控制要设置6个计时器和2个计数器:
TIM001——正洗计时。
TIM002——正洗暂停计时。
TIM003——反洗计时。
TIM004——反洗暂停计时。
TIM005——脱水计时。
TIM006——报警计时。
CNT007——正、反循环计数。
CNT008——大循环计数。
根据流程图编制的梯形图如图4所示。
指令表如下:
LD00.00
OR200.00
LDTIM005
ANDNOTCNT008
ORLD
ANDNOT00.03
ANDNOT00.01
OUT10.00
LD00.03
DIFU200.00
LD200.00
OR10.01
LDTIM004
ANDNOTCNT007
ORLD
ANDNOTTIM001
OUT10.00
LD10.01
TIM001
#0150
LDTIM001
OR200.01
ANDNOTTIM002
OUT200.01
LD200.01
TIM002
#0030
LDTIM002
OR10.02
ANDNOTTIM003
OUT10.02
LD10.02
TIM003
#0150
LDTIM003
OR200.02
ANDNOTTIM004
OUT200.02
LD200.02
TIM004
#0030
LDTIM004
LDCNT007
CNT007
#0003
LD00.02
ORCNT007
OR10.03
ANDNOT00.01
ANDNOTTIM005
OUT10.03
LD10.03
AND00.04
OUT10.04
OUT10.01
LD10.04
TIM005
#0100
LDTIM005
LDCNT008
CNT008
#0003
LDCNT008
OR10.05
ANDNOTTIM006
ANDNOT00.01
OUT10.05
LD10.05
TIM006
#0100
END
2.3.5程序运行过程
按下启动按钮,00.00接通,进水电磁阀有电,10.00接通并自保,进水。
到高水位时,00.03常闭触点断开,进水停止;00.03常开触点闭合,200.00有电扫描一个周期,200.00有电,电机正转接触器10.01有电,正转洗涤,TIM001开始计时。
TIM001计时到,TIM001常闭触点断开,10.01断开,正洗暂停;TIM001常开触点闭合,200.01有电并自保,TIM002开始计时。
TIM002计时到,200.01断开。
TIM002常开触点闭合,10.02接通,反转洗衣,TIM003开始计时。
TIM003计时到,TIM003常闭触点断开,10.02断开,反洗暂停;TIM003常开触点闭合,使得200.02有电并自保,TIM004开始计时。
TIM004计时到,TIM004常闭触点断开,200.02断电。
TIM004有电,CNT007计数一次;TIM004常开触点闭合,又使10.00接通并自保,重复进行以上从正洗开始的全部动作,直到CNT007计满3次数时,CNT007常闭触点断开,以上循环过程停止。
CNT007有电,10.03接通并自保,排水。
排水到低水位时,00.04接通,使得10.01、10.04接通,脱水,TIM005开始计时。
TIM005计时到,TIM005常闭触点断开,10.03、10.01、10.04断开,停止排水和脱水;TIM005常开触点接通,CNT008计数一次。
TIM005有电,进水电磁阀10.00又有电,并自保,重复进行从开始进水的全部动作,直到CNT008计满3次数时,CNT008有电,进水电磁阀没电,进水停止,停止洗衣;CNT008常开触点接通,10.05接通并自保,报警。
10.05常开触点接通,TIM006开始计时。
TIM006计时到,TIM006常闭触点断开,停止报警。
运行中按停止按钮时,00.01常闭触点断开,则10.00、10.03、10.04、10.05断开,停止进水、排水、脱水及报警。
按下排水按钮时,10.03接通并自保,进行手动排水。
通过以上的设计分析,可知使用PLC的定时器与计数器,可以方便的实现各种定时及计数的要求,程序设计也比较简单。
需要注意的是,CPM2A的定时器与计数器本质上是一样的,因此在使用时,不能将使用相同编号的定时器与计数器。
2.3所用指令汇总
所用指令
作用
备注
KEEP
保持指令,相当于自锁继电器
可将短信号变为长信号
TIM
定时器,当输入条件为ON时开始定时(定时时间为SV*0.1s)。
定时时间到,定时器的输出为ON且保持;到输入为OFF时,定时器复位,输出变为OFF,并停止定时,其当前值为PV恢复为SV.
当SV不是BCD数或间接寻址DM不存在时,25503为ON.
CNT
计数器,逻辑1形成脉冲,上升沿计数器对脉冲减1计数,当前值减到0,CNTNO触点输出ON;逻辑2为ON时,计数器复位,计数值当前值恢复为设定值SV(0000-9999),CNTNO触点为OFF。
具有掉电保存功能。
LD
逻辑操作的开始
动合触点与母线连接指令
LDNOT
逻辑操作的开始
动断触点与母线的连接指令
AND
串联动合触点
与
OR
并联动合触点
或
ANDNOT
串联动断触点
与非
3参考文献:
《可编程控制器及其系统》邹金慧陈乐庚韦寿祺编著重庆大学出版社
《零基础学欧姆龙CPM2PLC》李占英姚丽君梅彦平编著机械工程出版社
设计心得
通过本次课程设计,使我对PLC有了更深刻的认识,也了解了PLC在全自动洗衣机中的运用之便。
领悟到了PLC在工业控制中的重要性,它运用广泛、设计方便、简单易懂,给我们的生活带来了许多方便。
以前没做过有关PLC的课程设计,所以在这次设计中遇到了不少的问题。
比如对计数器的知识掌握不透彻,给设计带来了麻烦。
又得重新温习上学期学过的有关知识,在深刻理解了指令的用法后,联系设计所需,把它运用于控制中,使梯形图的设计能顺利完成。
在没动手画流程图、梯形图前,我就在想怎么样能又快又方便的画图呢?
后来在网上查了之后,下载了Visio软件。
使我很顺利的完成了流程图、I/O接线图的设计。
但是,梯形图却没那么好画,我尝试了运用CX-Programmer软件画,通过仿真展示设计结果,令人郁闷的是想要用的计数器、计时器找不到,而且编号似乎也不对,经过几番折腾后,我又选择了用Visio画。
最终把梯形图画出来了,遗憾的是没用成之前想用的仿真,不然设计会更完美。
虽然这次的设计不是那么顺利,但是我还是很庆幸有这个机会去学习,在设计中,使我又认识了新的画图软件,我相信在今后的画图中,我会在慢慢研究摸索,把绘图技术提高。
同时,我也意识到了PLC知识的重要性,它值得我们花时间去好好学习。
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