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三菱FX2N PLC在全自動(dòng)洗衣機(jī)控制中的應(yīng)用
第1章緒論
1.1 課題背景
隨著社會(huì)的發(fā)展工業(yè)化的加速，出現(xiàn)了洗衣機(jī)，再就是自動(dòng)化洗衣機(jī)。無論是波輪式洗衣機(jī)也好，還是滾筒式洗衣機(jī)也好，都朝著智能化、水流方式多樣化、洗衣方式創(chuàng)新化、設(shè)計(jì)更趨人性化四大特征方向發(fā)展。傳統(tǒng)的電氣控制已經(jīng)不能滿足現(xiàn)狀的要求了。使智能化的控制取代了傳統(tǒng)的工業(yè)控制，
洗衣機(jī)的工作原理：全自洗衣機(jī)的洗衣桶（外桶）和脫水桶（內(nèi)桶）是以同一心安放的，內(nèi)桶可以旋轉(zhuǎn)，作為脫水用。內(nèi)桶的周圍有許多小孔，使內(nèi)桶和外桶的水流相通，洗衣機(jī)的進(jìn)水和排水分別由進(jìn)水電磁閥和排水電磁閥來執(zhí)行。進(jìn)水時(shí)通過控制系統(tǒng)將進(jìn)水電磁閥打開，經(jīng)進(jìn)水管將水注入到外桶。排水時(shí)，通過控制系統(tǒng)將排水電磁閥打開，將水由外桶排到機(jī)外。洗滌正轉(zhuǎn)、反轉(zhuǎn)由洗滌電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)波盤的正、反轉(zhuǎn)來實(shí)現(xiàn)，此時(shí)脫水桶并不旋轉(zhuǎn)。脫水時(shí)，控制系統(tǒng)將離合器合上，由洗滌電動(dòng)機(jī)帶動(dòng)內(nèi)桶正轉(zhuǎn)進(jìn)行甩干。高、低水位控制開關(guān)分別用來檢測(cè)高、低水位。啟動(dòng)按鈕用來啟動(dòng)洗衣機(jī)工作，停止按鈕用來實(shí)現(xiàn)手動(dòng)停止進(jìn)水、排水、脫水及報(bào)警。排水按鈕用來實(shí)現(xiàn)手動(dòng)排水。
隨著先進(jìn)科學(xué)技術(shù)發(fā)展.應(yīng)用于洗衣機(jī)上的技術(shù)越來越成熟，洗衣機(jī)的發(fā)展也越來越快，將來的洗衣機(jī)主要主要朝以下幾個(gè)方面發(fā)展：
（1）高度智能化；
（2）健康化
（3）節(jié)水節(jié)能；
（4）大容量和微型化；
本次設(shè)計(jì)主要采用PLC控制技術(shù)來設(shè)計(jì)全自動(dòng)洗衣機(jī)控制系統(tǒng)，跟傳統(tǒng)的洗衣機(jī)相比更具有智能，實(shí)時(shí)監(jiān)控，人性化的功能。本系統(tǒng)最大的優(yōu)點(diǎn)集中體現(xiàn)在：實(shí)現(xiàn)功能齊全、外圍電路簡(jiǎn)單、時(shí)間計(jì)算精確以及可維護(hù)方便等。具有可靠性高、安全性好、開發(fā)價(jià)值高等一系列優(yōu)點(diǎn)。
1.2ＰＬＣ控制全自動(dòng)洗衣機(jī)的研究意義
ＰＬＣ控制全自動(dòng)洗衣機(jī)的編程語言容易掌握，是電控人員熟悉的梯形語言，使用術(shù)語依然是＂繼電器＂一類術(shù)語，大部分與繼電器觸頭的連接相對(duì)應(yīng)，使電控人員一目了然。
ＰＬＣ控制使用簡(jiǎn)單，他的Ｉ／Ｏ已經(jīng)做好，輸入輸出信號(hào)可直接連接，非常方便，而輸出口具有一定驅(qū)動(dòng)能力，其輸出觸頭容易達(dá)２２０Ｖ．２Ａ。
ＰＬＣ是專門應(yīng)用手工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)自動(dòng)控制裝置，再系統(tǒng)軟硬件上采用抗干擾措施。
當(dāng)工作程序需要改變時(shí)，只需改變ＰＬＣ的內(nèi)部，驚醒重新編程而無需對(duì)外圍進(jìn)行重新改動(dòng)。
從這些方面突出了使用ＰＬＣ控制全自動(dòng)洗衣機(jī)的優(yōu)越性。
1.3本文的主要工作
第一章，回顧全自動(dòng)洗衣機(jī)的歷史，隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，采用可編程程序控制器來代替中間繼電器和過程控制的微型機(jī)，設(shè)計(jì)開發(fā)全自動(dòng)洗衣機(jī)系統(tǒng)，才會(huì)滿足穩(wěn)定可靠的洗衣機(jī)控制系統(tǒng)需求。
第二章，敘述了可編程程序控制器的產(chǎn)生、發(fā)展、應(yīng)用的歷程，通過論述可編程程序控制器的各種優(yōu)點(diǎn)、 卓越性能、結(jié)構(gòu)、原理，有一個(gè)感性的總體認(rèn)識(shí)。
第三章，結(jié)合全自動(dòng)洗衣機(jī)控制系統(tǒng)的要求，進(jìn)行硬件、程序設(shè)計(jì)，從主要部件的選擇、流程的分析、程序思路的產(chǎn)生來完成本次設(shè)計(jì)任務(wù)。
第四章，通過對(duì)系統(tǒng)的調(diào)試和檢測(cè)，再進(jìn)行系統(tǒng)性梳理，將隱藏的不足之處加以修正和完善，確保系統(tǒng)能順利運(yùn)行。
第2章可編程序控制器（PLC)
2.1 PLC概述
可編程序控制器（Programmabie Logic Controller,縮寫PLC）是以微處理器為基礎(chǔ)，綜合計(jì)算機(jī)、通信、聯(lián)網(wǎng)以及自動(dòng)控制技術(shù)而開發(fā)的新一代工業(yè)控制裝置?？删幊绦蚩刂破魇请S著技術(shù)的進(jìn)步與現(xiàn)代社會(huì)生產(chǎn)方式的轉(zhuǎn)變，為適應(yīng)多品種。小批量生產(chǎn)的需要，生產(chǎn).發(fā)展起來的一種新型的工業(yè)控制裝置。PLC從1969年問世以來，雖然至今還不到40年，但由于其具有通用靈活的控制性能。簡(jiǎn)單方便的使用性能，可以適應(yīng)各種工業(yè)環(huán)境的可靠性，因此在工業(yè)自動(dòng)化各領(lǐng)域取得了廣泛的應(yīng)用。有人將它與數(shù)控技術(shù)、CAD/CAM技術(shù)工業(yè)機(jī)械人技術(shù)并稱為現(xiàn)代工業(yè)自動(dòng)化技術(shù)的四大支柱?？删幊绦蚩刂破髟谖覈?guó)的發(fā)展與應(yīng)用已有30多年的歷史，現(xiàn)在它已經(jīng)廣泛應(yīng)用于國(guó)民經(jīng)濟(jì)的各個(gè)工業(yè)生產(chǎn)領(lǐng)域，成為提高傳統(tǒng)工業(yè)裝備水平和技術(shù)能力的重要設(shè)備和強(qiáng)大支柱。隨著全球一體化經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，努力發(fā)展可編程序控制器在我國(guó)的大規(guī)模應(yīng)用，形成具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的可編程序控制器技術(shù)，應(yīng)該是廣大技術(shù)人員努力的方向。
2.1.1 PLC的發(fā)展歷程
在可編程控制器出現(xiàn)前，在工業(yè)電氣控制領(lǐng)域中，繼電器控制占主導(dǎo)地位，應(yīng)用廣泛。但是電器控制系統(tǒng)存在體積大、可靠性低、查找和排除故障困難等缺點(diǎn)，特別是其接線復(fù)雜、不易更改，對(duì)生產(chǎn)工藝變化的適應(yīng)性差。
1968年美國(guó)通用汽車公司（G.M）為了適應(yīng)汽車型號(hào)的不斷更新，生產(chǎn)工藝不斷變化的需要，實(shí)現(xiàn)小批量、多品種生產(chǎn)，希望能有一種新型工業(yè)控制器，它能做到盡可能減少重新設(shè)計(jì)和更換電器控制系統(tǒng)及接線，以降低成本，縮短周期。于是就設(shè)想將計(jì)算機(jī)功能強(qiáng)大、靈活、通用性好等優(yōu)點(diǎn)與電器控制系統(tǒng)簡(jiǎn)單易懂、價(jià)格便宜等優(yōu)點(diǎn)結(jié)合起來，制成一種通用控制裝置，而且這種裝置采用面向控制過程、面向問題的“自然語言”進(jìn)行編程，使不熟悉計(jì)算機(jī)的人也能很快掌握使用。
1969年美國(guó)數(shù)字設(shè)備公司（DEC）根據(jù)美國(guó)通用汽車公司的這種要求，研制成功了世界上第一臺(tái)可編程控制器，并在通用汽車公司的自動(dòng)裝配線上試用，取得很好的效果。從此這項(xiàng)技術(shù)迅速發(fā)展起來。
早期的可編程控制器僅有邏輯運(yùn)算、定時(shí)、計(jì)數(shù)等順序控制功能，只是用來取代傳統(tǒng)的繼電器控制,通常稱為可編程邏輯控制器（Programmable Logic Controller ）。隨著微電子技術(shù)和計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展，20世紀(jì)70年代中期微處理器技術(shù)應(yīng)用到PLC中，使PLC不僅具有邏輯控制功能，還增加了算術(shù)運(yùn)算、數(shù)據(jù)傳送和數(shù)據(jù)處理等功能。
20世紀(jì)80年代以后，隨著大規(guī)模、超大規(guī)模集成電路等微電子技術(shù)的迅速發(fā)展，16位和32位微處理器應(yīng)用于PLC中，使PLC得到迅速發(fā)展。PLC不僅控制功能增強(qiáng)，同時(shí)可靠性提高，功耗、體積減小，成本降低，編程和故障檢測(cè)更加靈活方便，而且具有通信和聯(lián)網(wǎng)、數(shù)據(jù)處理和圖象顯示等功能，使PLC真正成為具有邏輯控制、過程控制、運(yùn)動(dòng)控制、數(shù)據(jù)處理、聯(lián)網(wǎng)通信等功能的名符其實(shí)的多功能控制器。
PLC的發(fā)展過程大致可以分為如下幾個(gè)階段：
1970—1980年：PLC的結(jié)構(gòu)定型階段。在這一階段，由于PLC剛誕生，各種類型的順序控制器不斷出現(xiàn)（如邏輯電路型、1位機(jī)型、通用計(jì)算機(jī)型、單板機(jī)型等），但迅速被淘汰。最終以微處理器為核心的現(xiàn)有PLC結(jié)構(gòu)形成，取得了市場(chǎng)的認(rèn)可，得以迅速發(fā)展推廣。PLC的原理、結(jié)構(gòu)、軟件、硬件趨向統(tǒng)一與成熟，PLC的應(yīng)用領(lǐng)域由最初的小范圍、有選擇使用、逐步向機(jī)床、生產(chǎn)線擴(kuò)展。
1980—1990年：PLC的普及階段。在這一階段，PLC的生產(chǎn)規(guī)模日益擴(kuò)大，價(jià)格不斷下降，PLC被迅速普及。各PLC生產(chǎn)廠家產(chǎn)品的價(jià)格、品種開始系列化，并且形成了固定I/O點(diǎn)型、基本單元加擴(kuò)展塊型、模塊化結(jié)構(gòu)型這三種延續(xù)至今的基本結(jié)構(gòu)模型。PLC的應(yīng)用范圍開始向順序控制的全部領(lǐng)域擴(kuò)展。比如三菱公司本階段的主要產(chǎn)品有F.F1.F2小型PLC系列產(chǎn)品,K/A系列中、大型PLC產(chǎn)品等。
1990—2000年，PLC的高性能與小型化階段。在這一階段，隨著微電子技術(shù)的進(jìn)步，PLC的功能日益增強(qiáng)，PLC的CPU運(yùn)算速度大幅度上升、位數(shù)不斷增加，使得適用于各種特殊控制的功能模塊不斷被開發(fā)，PLC的應(yīng)用范圍由單一的順序控制向現(xiàn)場(chǎng)控制拓展。此外，PLC的體積大幅度縮小，出現(xiàn)了各類微型化PLC。三菱公司本階段的主要產(chǎn)品有FX小型PLC系列產(chǎn)品，AIS/A2US/Q2A系列中，大型PLC系列產(chǎn)品等。
2000年至今：PLC的高性能與網(wǎng)絡(luò)化階段。在本階段，為了適應(yīng)信息技術(shù)的發(fā)展與工廠自動(dòng)化的需要，PLC的各種功能不斷進(jìn)步。一方面，PLC在繼續(xù)提高CPU運(yùn)算速度，位數(shù)的同時(shí)，開發(fā)了適用于過程控制，運(yùn)動(dòng)控制的特殊功能與模塊，使PLC的應(yīng)用范圍開始涉及工業(yè)自動(dòng)化的全部領(lǐng)域。與此同時(shí)，PLC的網(wǎng)絡(luò)與通信功能得到迅速發(fā)展，PLC不僅可以連接傳統(tǒng)的編程與通入/輸出設(shè)備，還可以通過各種總線構(gòu)成網(wǎng)絡(luò)，為工廠自動(dòng)化奠定了基礎(chǔ)。三菱公司本階段的主要產(chǎn)品有FX小型PLC系列產(chǎn)品（包括最新的FX3u系列產(chǎn)品），Qn,QnPH系列中，大型PLC系列產(chǎn)品等。
2.1.2 PLC的發(fā)展趨勢(shì)
從當(dāng)前產(chǎn)品技術(shù)性能來看，PLC發(fā)展趨勢(shì)仍然主要體現(xiàn)在體積的縮小與性能的提高兩大方面。
①體積小型化。電子產(chǎn)品體積的小型化是微電子技術(shù)發(fā)展的必然結(jié)果。現(xiàn)代PLC無論從內(nèi)部元件組成還是硬件、軟件結(jié)構(gòu)都已經(jīng)與早期的PLC有了很大的不同，PLC體積被大幅度縮小。
②性能的提高。PLC的性能主要包括CPU性能與I/O性能兩大方面。
可編程序控制器在我國(guó)的發(fā)展?fàn)顩r如下：
(1) 我國(guó)可編程序控制器的發(fā)展與國(guó)際上的發(fā)展有所不同，國(guó)際上可編程序控制器的發(fā)展是從研制、開發(fā)、生產(chǎn)到應(yīng)用，而我國(guó)則是從成套設(shè)備引進(jìn)、可編程序控制器引進(jìn)應(yīng)用、消化移植、合資生產(chǎn)到廣泛應(yīng)用。大致可劃分為下述三個(gè)階段：
①可編程序控制器的初級(jí)認(rèn)識(shí)階段（70 年代后期到 80 年代初期）國(guó)際上可編程序控制器的發(fā)展，首先引起了國(guó)內(nèi)工程技術(shù)界的極大興趣，所以我國(guó)對(duì)可編程序控制器的認(rèn)識(shí)始于 70 年代后期到 80 年代初期的成套設(shè)備引進(jìn)中，當(dāng)時(shí)的上海寶鋼一期工程中有多項(xiàng)工程引進(jìn)了十幾種機(jī)型約 200 多臺(tái)可編程序控制器。這些可編程序控制器用于原料碼頭到高爐、軋鋼、鋼管等整個(gè)鋼鐵冶煉以及加工生產(chǎn)線上，取代了傳統(tǒng)的繼電器邏輯系統(tǒng)，并部分取代了模擬量控制和小型 DDC 系統(tǒng)。繼寶鋼一期工程后，國(guó)內(nèi)許多廠家陸續(xù)引進(jìn)的設(shè)備和生產(chǎn)線大都配備了可編程序控制器，其應(yīng)用范圍包括電站、石油化工、汽車制造、港口和碼頭等各領(lǐng)域。正是在成套設(shè)備引進(jìn)過程中，我們打開了眼界，了解認(rèn)識(shí)了可編程序控制器，這也促進(jìn)了可編程序控制器在我國(guó)的發(fā)展。
②可編程序控制器的引進(jìn)應(yīng)用和消化移植階段（80 年代初期到90年代初期）80年代初期開始，隨著我國(guó)改革開放的不斷深入，在成套設(shè)備引進(jìn)的同時(shí)，國(guó)外原裝的可編程序控制器開始涌入國(guó)內(nèi)市場(chǎng)。許多部門和單位相繼引進(jìn)可編程序控制器并自己設(shè)計(jì)組成控制系統(tǒng)，其應(yīng)用范圍也擴(kuò)大到建材、輕工、煤炭、水處理、食品、制藥、造紙、橡膠和精細(xì)化工等工業(yè)領(lǐng)域。
③ 可編程序控制器的廣泛發(fā)展階段（90 年代初期到現(xiàn)在） 進(jìn)入90年代，我國(guó)的可編程序控制器進(jìn)入了廣泛發(fā)展階段。
主要表現(xiàn)在：可編程序控制器的發(fā)展得到了政府的高度重視，在當(dāng)時(shí)機(jī)械電子工業(yè)部的領(lǐng)導(dǎo)下，于 1991 年成立了可編程序控制器行業(yè)協(xié)會(huì)?？删幊绦蚩刂破餍袠I(yè)協(xié)會(huì)在政府和企事業(yè)之間起到了橋梁作用，溝通了情況，為做出決策提供了依據(jù)。同時(shí)可編程序控制器的標(biāo)準(zhǔn)化工作也受到了有關(guān)部門的重視，于 1993 年成立了可編程序控制器標(biāo)準(zhǔn)化技術(shù)委員會(huì)，為我國(guó)可編程序控制器的進(jìn)一步發(fā)展打下了基礎(chǔ)。
2.1.3 PLC的應(yīng)用
1 PLC的應(yīng)用領(lǐng)域
PLC的初期由于其價(jià)格高于繼電器控制裝置，使得其應(yīng)用受到限制。但最近十多年來，PLC的應(yīng)用面越來越廣，其主要原因是：一方面由于微處理器芯片幾有關(guān)元件的價(jià)格大大下降，使得PLC的成本下降；另一方面PLC的功能大大增強(qiáng)，它也能解決復(fù)雜的計(jì)算和通信問題。目前PLC在國(guó)內(nèi)外已廣泛應(yīng)用于鋼鐵、采礦、水泥、石油、化工、電力、機(jī)械制造、汽車、裝卸、造紙、紡織、環(huán)保和娛樂等行業(yè)。PLC的應(yīng)用范圍通?？煞殖梢韵?種類型：
（1）順序控制 這是PLC應(yīng)用最廣泛的領(lǐng)域，也是最適合PLC使用的領(lǐng)域。它用來取代傳統(tǒng)的 繼電器順序控制。PLC應(yīng)用于單機(jī)控制、多機(jī)群控、生產(chǎn)自動(dòng)線控制等。例如：注塑機(jī)械、印刷機(jī)械、、包裝機(jī)械、切紙機(jī)械、組合機(jī)床、磨床、裝配生產(chǎn)線、電鍍流水線及電梯控制等。
(2)運(yùn)動(dòng)控制 PLC制造商目前已提供了拖動(dòng)步進(jìn)電機(jī)或伺服電機(jī)的單軸或多軸位置控制模塊，在多數(shù)情況下，PLC把描述目標(biāo)位置的數(shù)據(jù)送給模塊，其輸出移動(dòng)一軸或數(shù)據(jù)到目標(biāo)位置。每個(gè)軸移動(dòng)時(shí)，位置控制模塊保持適當(dāng)?shù)奈恢煤图铀俣龋_保運(yùn)動(dòng)平滑。
（3）過程控制 PLC還能控制大量的過程參數(shù)，例如：溫度、流量、壓力、液位和速度。PID模塊提供了使PLC具有閉環(huán)控制的功能，即一個(gè)具有PID控制能力的PLC可用于過程控制。當(dāng)過程控制中某個(gè)變量出現(xiàn)偏差時(shí)，PID控制算法會(huì)計(jì)算出正確的輸出，把變量保持在設(shè)定植上。
（4）數(shù)據(jù)處理 在機(jī)械加工中，PLC作為主要的控制和管理系統(tǒng)用于CNC和NC系統(tǒng)中，可以完成大量的數(shù)據(jù)處理工作。
（5）通信網(wǎng)絡(luò) PLC的通信包括主機(jī)與遠(yuǎn)程I/O之間的通信、多臺(tái)PLC之間的通信、PLC和其他智能控制設(shè)備（如計(jì)算機(jī)、變頻器、數(shù)控裝置）之間的通信。PLC與其他智能控制設(shè)備一起，可以組成“集中管理、分散控制”的分布式控制系統(tǒng)。
2 PLC在我國(guó)的應(yīng)用
?雖然我國(guó)在PLC生產(chǎn)方面比較弱，但在PLC應(yīng)用方面，我國(guó)是很活躍的，近年來每年約新投入10萬臺(tái)套PLC產(chǎn)品，年銷售額30多億人民幣，應(yīng)用的行業(yè)也很廣。
? 在我國(guó)，一般按I/O點(diǎn)數(shù)將PLC分為以下級(jí)別（但不絕對(duì)，國(guó)外分類有些區(qū)別）：
? 微型：32 I/O
小型：256 I/O
中型：1024 I/O
大型：4096 I/O
巨型：8192 I/O
?在我國(guó)應(yīng)用的PLC系統(tǒng)中，I/O64點(diǎn)以下PLC銷售額占整個(gè)PLC的47%，64點(diǎn)~256點(diǎn)的占31%，合計(jì)占整個(gè)PLC銷售額的78%。
2.2 PLC的硬件結(jié)構(gòu)
PLC 實(shí)質(zhì)是一種專用于工業(yè)控制的計(jì)算機(jī)其硬件結(jié)構(gòu)基本上與微型計(jì)算機(jī)從結(jié)構(gòu)上分，PLC分為固定式和組合式（模塊式）兩種。固定式PLC包括CPU板、I/O板、顯示面板、內(nèi)存塊、電源等，這些元素組合成一個(gè)不可拆卸的整體。模塊式PLC包括CPU模塊、I/O模塊、內(nèi)存、電源模塊、底板或機(jī)架，這些模塊可以按照一定規(guī)則組合配置。其結(jié)構(gòu)如圖2-1所示。
中央處理單元(CPU)是PLC 的控制中樞，它按照PLC 系統(tǒng)程序賦予的功能接收并存儲(chǔ)從編程器鍵入的用戶程序和數(shù)據(jù)、檢查電源、存儲(chǔ)器I/O以及警戒定時(shí)器的狀態(tài)；并能診斷用戶程序中的語法錯(cuò)誤。當(dāng)PLC 投入運(yùn)行時(shí)，首先它以掃描的方式接收現(xiàn)場(chǎng)各輸入裝置的狀態(tài)和數(shù)據(jù)，并分別存入I/O 映象區(qū)，然后從用戶程序存儲(chǔ)器中逐條讀取用戶程序，經(jīng)過命令解釋后，按指令的規(guī)定執(zhí)行邏輯或算數(shù)運(yùn)算的結(jié)果送入I/O 映象區(qū)或數(shù)據(jù)寄存器內(nèi)，等所有的用戶程序執(zhí)行完畢之后，最后將I/O 映象區(qū)的各輸出狀態(tài)或輸出寄存器內(nèi)的數(shù)據(jù)傳送到相應(yīng)的輸出裝置，如此循環(huán)運(yùn)行直到停止運(yùn)行。
圖
圖2-1 PLC的結(jié)構(gòu)圖
2.3 PLC的工作原理
PLC的CPU則采用順序邏輯掃描用戶程序的運(yùn)行方式，即如果一個(gè)輸出線圈或邏輯線圈被接通或斷開，該線圈的所有觸點(diǎn)(包括其常開或常閉觸點(diǎn))不會(huì)立即動(dòng)作，必須等掃描到該觸點(diǎn)時(shí)才會(huì)動(dòng)作。
考慮到繼電器控制裝置各類觸點(diǎn)的動(dòng)作時(shí)間一般在100ms以上，而PLC掃描用戶程序的時(shí)間一般均小于100ms，因此，PLC采用了一種不同于一般微型計(jì)算機(jī)的運(yùn)行方式---掃描技術(shù)。這樣在對(duì)于I/O響應(yīng)要求不高的場(chǎng)合，PLC與繼電器控制裝置的處理結(jié)果上就沒有什么區(qū)別了。
當(dāng)PLC投入運(yùn)行后，其工作過程一般分為三個(gè)階段，即輸入采樣、用戶程序執(zhí)行和輸出刷新三個(gè)階段。完成上述三個(gè)階段稱作一個(gè)掃描周期。在整個(gè)運(yùn)行期間，PLC的CPU以一定的掃描速度重復(fù)執(zhí)行上述三個(gè)階段。
1輸入采樣階段
在輸入采樣階段，PLC以掃描方式依次地讀入所有輸入狀態(tài)和數(shù)據(jù)，并將它們存入I/O映象區(qū)中的相應(yīng)得單元內(nèi)。輸入采樣結(jié)束后，轉(zhuǎn)入用戶程序執(zhí)行和輸出刷新階段。在這兩個(gè)階段中，即使輸入狀態(tài)和數(shù)據(jù)發(fā)生變化，I/O映象區(qū)中的相應(yīng)單元的狀態(tài)和數(shù)據(jù)也不會(huì)改變。因此，如果輸入是脈沖信號(hào)，則該脈沖信號(hào)的寬度必須大于一個(gè)掃描周期，才能保證在任何情況下，該輸入均能被讀入。
2用戶程序執(zhí)行階段
在用戶程序執(zhí)行階段，PLC總是按由上而下的順序依次地掃描用戶程序(梯形圖)。在掃描每一條梯形圖時(shí)，又總是先掃描梯形圖左邊的由各觸點(diǎn)構(gòu)成的控制線路，并按先左后右、先上后下的順序?qū)τ捎|點(diǎn)構(gòu)成的控制線路進(jìn)行邏輯運(yùn)算，然后根據(jù)邏輯運(yùn)算的結(jié)果，刷新該邏輯線圈在系統(tǒng)RAM存儲(chǔ)區(qū)中對(duì)應(yīng)位的狀態(tài)；或者刷新該輸出線圈在I/O映象區(qū)中對(duì)應(yīng)位的狀態(tài)；或者確定是否要執(zhí)行該梯形圖所規(guī)定的特殊功能指令。
3輸出刷新階段
當(dāng)掃描用戶程序結(jié)束后，PLC就進(jìn)入輸出刷新階段。在此期間，CPU按照I/O映象區(qū)內(nèi)對(duì)應(yīng)的狀態(tài)和數(shù)據(jù)刷新所有的輸出鎖存電路，再經(jīng)輸出電路驅(qū)動(dòng)相應(yīng)的外設(shè)。
PLC的掃描工作過程如圖2-2、圖2-3所示
用
戶
輸
出
設(shè)
備
輸
入
端
子
輸
入
鎖
存
器
輸
入
映
象
寄
存
器
輸
出
映
象
寄
存
器
輸
出
鎖
存
器
輸
出
端
子
程序
執(zhí)行
用
戶
輸
入
設(shè)
備
寫
讀
讀
圖2-2 PLC的掃描工作過程圖
輸入刷新
程序執(zhí)行
輸出刷新
一個(gè)掃描周期
輸入刷新
圖2-3 PLC的掃描周期圖
2.4 本章小結(jié)
本章介紹的是PLC的產(chǎn)生、發(fā)展及應(yīng)用，通過這些基礎(chǔ)知識(shí)，更好地理解PLC的控制，基于PLC在全自動(dòng)洗衣機(jī)控制系統(tǒng)上應(yīng)用這一范疇，使下一步PLC的程序設(shè)計(jì)開發(fā)和實(shí)際需要有機(jī)地融合在一起。
第3章 系統(tǒng)設(shè)計(jì)
3.1程序控制要求
１．水位控制：高水位?。玻担?
低水位 １０Ｓ
２.程序選擇：常速洗衣程序
快速洗衣程序
（1）常速程序過程：
啟動(dòng)選擇：投放洗衣粉-進(jìn)水（高水位）-浸泡（5M）
洗滌（正轉(zhuǎn)常速10S，反轉(zhuǎn)常速10S，停2S，100次）
－排水（２０Ｓ）－進(jìn)水（高水位）—清洗：
正轉(zhuǎn)慢速15S，反轉(zhuǎn)慢速15S，停2S，50次
排水（5M）—脫水－停止
（2）快速程序過程：
啟動(dòng)選擇：投放洗衣粉-進(jìn)水（高水位）-浸泡（5M）
洗滌（正轉(zhuǎn)快速5S， 反轉(zhuǎn)快速5S，停2S，100次）
－排水（２０Ｓ）－進(jìn)水（高水位）—清洗：
正轉(zhuǎn)慢速15S，反轉(zhuǎn)慢速15S，停2S，50次
排水（5M）—脫水－停止
3.2 硬件設(shè)計(jì)
3.2.1 PLC控制全自動(dòng)洗衣機(jī)的輸入/輸出分配表
表3-1 輸入輸出分配表
輸入
輸出
功能
元件
PLC地址
功能
元件
PLC地址
啟動(dòng)按鈕
SB1
X0
投放洗衣液
YA4
Y0
停止按鈕
SB4
X4
進(jìn)水電磁閥
YA1
Y1
常速選擇按鈕
SB2
X1
排水電磁閥
YA2
Y6
快速選擇按鈕
SB3
X2
洗滌電動(dòng)機(jī)正轉(zhuǎn)常速接觸器
KM1
Y2
高水位
SH
X3
洗滌電動(dòng)機(jī)反轉(zhuǎn)常速接觸器
KM2
Y3
低水位
SL
X5
洗滌電動(dòng)機(jī)正轉(zhuǎn)快速接觸器
KM3
Y4
洗滌電動(dòng)機(jī)反轉(zhuǎn)快速接觸器
KM4
Y5
洗滌電動(dòng)機(jī)正轉(zhuǎn)慢速接觸器
KM5
Y7
洗滌電動(dòng)機(jī)反轉(zhuǎn)慢速接觸器
KM6
Y10
脫水電磁離合器
YA3
Y11
報(bào)警蜂鳴器
HY
Y12
3.2.2 PLC的外部接線形式
圖3-2 PLC控制接線圖
3.3 系統(tǒng)程序設(shè)計(jì)
3.3.1系統(tǒng)的梯形圖
按下X0啟動(dòng)洗衣機(jī)，洗衣機(jī)開始運(yùn)行。按下選擇模式鍵（X1為常速洗衣,X2為快速洗衣），洗衣機(jī)進(jìn)水，水位達(dá)到高水位X3浸泡5分鐘。
常速洗衣模式：常速正轉(zhuǎn)10S，停2S，常速反轉(zhuǎn)10S，停2S，循環(huán)100次。
快速模式：快速正轉(zhuǎn)5S，停2S，快速反轉(zhuǎn)5S,停2S，循環(huán)100次。
洗衣模式結(jié)束，排水，達(dá)到低水位，進(jìn)水，進(jìn)行清洗。
清洗模式：慢速正轉(zhuǎn)15S，停2S，快速正轉(zhuǎn)15S，停2S，循環(huán)50次。
清洗完畢，排水，水位達(dá)到低水位，開始脫水，報(bào)警結(jié)束。
3.4小結(jié)
本章介紹FX2N-48MR系列PLC全自動(dòng)洗衣機(jī)控制系統(tǒng)的應(yīng)用設(shè)計(jì),關(guān)鍵是系統(tǒng)總體設(shè)計(jì),核心則是控制程序設(shè)計(jì)。重點(diǎn)要掌握PLC系統(tǒng)設(shè)計(jì)的基本原則和設(shè)計(jì)的一般流程,要有一個(gè)整體的概念。在滿足控制要求、環(huán)境要求和性價(jià)比等條件下，合理選擇PLC的機(jī)型和硬件配置，正確地進(jìn)行估算，合理選擇輸入/輸出模塊，完成PLC的硬件與軟件的設(shè)計(jì)。
通過這次可編程控制器的課程設(shè)計(jì)，終于發(fā)現(xiàn)腦海里有了工程的思想。以前單方面的學(xué)習(xí)了電子硬件知識(shí)和軟件知識(shí)。有人說只懂硬件，那是一個(gè)技術(shù)員，只懂軟件的，那是程序員。系統(tǒng)結(jié)合，要軟硬兼施，才能具備一個(gè)工程師綜合素質(zhì)。
第4章 系統(tǒng)調(diào)試
4.1 檢測(cè)與調(diào)試
大體思路流程如下：
1、硬件調(diào)試：硬件調(diào)試是利用開發(fā)系統(tǒng)、基本測(cè)試儀器（萬用表、示波器等），檢查用戶系統(tǒng)硬件中存在的故障。
2、軟件調(diào)試： 軟件調(diào)試是通過對(duì)擁護(hù)程序的匯編、連接、執(zhí)行來發(fā)現(xiàn)程序中存在的語法錯(cuò)誤與邏輯錯(cuò)誤并加以排除糾正的過程。程序后，編輯，查看程序是否有邏輯的錯(cuò)誤。如果出現(xiàn)故障，應(yīng)返回編程環(huán)境，檢查梯形圖的錯(cuò)誤并修改程序再進(jìn)行調(diào)試，如此反復(fù)直到調(diào)試成功。
由于客觀條件的不允許，我主要對(duì)系統(tǒng)的軟件程序編輯與調(diào)試。
4.2 本章小結(jié)
系統(tǒng)的檢測(cè)與調(diào)試是一個(gè)很枯燥無味的過程，要求一步一腳印地嚴(yán)謹(jǐn)細(xì)致進(jìn)行，才能將想當(dāng)然而引致錯(cuò)誤的地方找出來并改正。
結(jié) 論
全自動(dòng)洗衣機(jī)控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì),我覺得這個(gè)課題是很容易的。當(dāng)真正做起來的時(shí)候，還是覺得有點(diǎn)困難的，有些東西以前學(xué)了，但現(xiàn)在用起來可能又有點(diǎn)疑問。就如畫電氣原理圖，整體的構(gòu)造腦海里都有一個(gè)整體的概念。而你要畫出來的話，你可能會(huì)遇到細(xì)節(jié)上的問題，比如說按鈕開關(guān)的方向是怎樣，以及怎么劃分區(qū)域等。遇到這些問題的時(shí)候都能讓你主動(dòng)去翻書，復(fù)習(xí)這些陌生的知識(shí)。我認(rèn)為這是一種最好的學(xué)習(xí)方法——通過實(shí)踐去檢驗(yàn)自己的知識(shí)。這個(gè)只有你自己投入進(jìn)去你才能發(fā)現(xiàn)自己知識(shí)點(diǎn)的欠缺。做為一名電氣自動(dòng)化專業(yè)的學(xué)生對(duì)電器原理圖的了解更應(yīng)該有深刻的認(rèn)識(shí)，知道它的重要性。要能看的懂，給你一張電氣原理圖，你要能夠?qū)懗鎏菪螆D。
查找資料也是一件繁瑣的事情，雖說網(wǎng)上有資料但要找到一些真正有用的資料也不是一件容易的事，需要耐心查找。
在程序設(shè)計(jì)過程中，我對(duì)以前的編程方法做了歸納，之前我習(xí)慣用功能流程寫程序，遇到難點(diǎn)的時(shí)候習(xí)慣翻書，對(duì)照例子提取點(diǎn)精華?，F(xiàn)在能靈活運(yùn)用經(jīng)驗(yàn)設(shè)計(jì)法、電氣原理圖設(shè)計(jì)法、順序控制設(shè)計(jì)法。特別多順序控制設(shè)計(jì)有了一定的了解。這里面最經(jīng)典我認(rèn)為是單序列的編程方法、選擇序列的編程方法和并行序列的編程方法這個(gè)三個(gè)是很值得研究的，也是一種格式。只要你能熟悉掌握，靈活應(yīng)用的話，那么編程對(duì)你來說將變的非常容易。一個(gè)流程圖無論多么復(fù)雜，都可以拆分上面的形式，然后就可以利用上面的方法編程了。當(dāng)然對(duì)于簡(jiǎn)單的流程也可以用順序設(shè)計(jì)。這種方法也是一種固定的格式，只要按照它的格式就可以寫出正確的程序，它的優(yōu)點(diǎn)可以說易懂，條理清晰。但結(jié)構(gòu)多。對(duì)于活動(dòng)步多的設(shè)計(jì)我想用這個(gè)設(shè)計(jì)比較煩瑣。
更加體會(huì)到PLC的可靠性高，抗干擾能力強(qiáng)，.通用性強(qiáng)，控制程序可變，使用方便等優(yōu)點(diǎn)。更加熟悉了西門子編程軟件使用方法與各種基本指令。
這次的課程設(shè)計(jì)使我把可編程控制器的理論知識(shí)用在實(shí)踐中，實(shí)現(xiàn)了理論和實(shí)踐相結(jié)合，從中更懂得理論是實(shí)踐的基礎(chǔ)，實(shí)踐又能檢驗(yàn)理論的正確性，讓我受益非淺， 對(duì)我以后工作中遇到問題或者繼續(xù)學(xué)習(xí)將會(huì)產(chǎn)生巨大的幫助和影響。
致 謝
本論文是在周江濤老師細(xì)心地指導(dǎo)下完成的。周老師平日里工作繁多，但在我做畢業(yè)設(shè)計(jì)的每個(gè)階段，從選題到查閱資料，方案可行的確定和論文綱領(lǐng)細(xì)節(jié)的修改，中期檢查，后期詳細(xì)設(shè)計(jì)等整個(gè)過程中都給予了我細(xì)心的指導(dǎo)。每一個(gè)階段，我收獲都很多。老師淵博的專業(yè)知識(shí)，嚴(yán)謹(jǐn)?shù)闹螌W(xué)態(tài)度，精益求精的工作作風(fēng)，誨人不倦的高尚師德，嚴(yán)以律己、寬以待人的崇高風(fēng)范，樸實(shí)無華、平易近人的人格魅力對(duì)我影響深遠(yuǎn)。不僅使我樹立了遠(yuǎn)大的學(xué)術(shù)目標(biāo)、掌握了基本的研究方法，還使我明白了許多待人接物與為人處世的道理。本論文從選題到完成，每一步都是在老師的指導(dǎo)下完成的，傾注了老師大量的心血。在此，謹(jǐn)向?qū)煴硎境绺叩木匆夂椭孕牡母兄x！
參考文獻(xiàn)
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孫德勝，李偉 《PLC操作實(shí)訓(xùn)》 北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2007
附錄1 洗衣機(jī)的梯形圖
附錄2指令表
第27頁 共27頁
題 目 三菱FX2N PLC在全自動(dòng)洗衣機(jī)控制中的應(yīng)用 副標(biāo)題
性 質(zhì)： 畢業(yè)設(shè)計(jì) 畢業(yè)論文
摘 要
自從全自動(dòng)洗衣機(jī)誕生以來，其內(nèi)部的電路控制系統(tǒng)就不斷的被改進(jìn)。設(shè)計(jì)方法也開始多種多樣，從而使全自動(dòng)洗衣機(jī)顯得更加智能化。
可編程控制器(PLC)以微處理器為核心，普遍采用依據(jù)繼電接觸器控制系統(tǒng)電氣原理圖編制的梯形圖語言進(jìn)行程序設(shè)計(jì)，編程容易，功能擴(kuò)展方便，修改靈活,而且結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，抗干擾能力強(qiáng)。三菱可編程控制器指令豐富，可以接各種輸出、輸入擴(kuò)充設(shè)備，有豐富的特殊擴(kuò)展設(shè)備，其中的模擬輸入設(shè)備和通信設(shè)備更是符合全自動(dòng)洗衣機(jī)控制系統(tǒng)的要求與特點(diǎn)。
本文選擇三菱可編程控制器FX2N-48MR為核心部件,著重利用梯形圖和語句表進(jìn)行編程，實(shí)現(xiàn)了全自動(dòng)洗衣機(jī)控制系統(tǒng)的自動(dòng)化。
關(guān)鍵詞： PLC；全自動(dòng)洗衣機(jī)；智能化
目 錄
第1章緒論……..………………………....………………………...…………........................1
1.1 課題背景……................................................................................................................1
1.2 ＰＬＣ控制全自動(dòng)洗衣機(jī)的研究意義.........................................................1
1.3 本文的主要工作.............................................................................................1
第2章可編程程序控制器（PLC）...................................................................3
2.1 PLC概述.......................................................................................................3
2.1.1 PLC的發(fā)展歷程....................................................................................3
2.1.2 PLC的發(fā)展趨勢(shì)....................................................................................4
2.1.3 PLC的應(yīng)用...............................................................................................5
2.2 PLC的硬件結(jié)構(gòu)...........................................................................................5
2.3 PLC的工作原理...........................................................................................6
2.4本章小結(jié)..........................................................................................................8
第3章系統(tǒng)設(shè)計(jì)......................................................................................................................9
3.1程序控制要求..................................................................................................9
3.2硬件設(shè)計(jì)..........................................................................................................9
3.2.1 PLC控制全自動(dòng)洗衣機(jī) 的輸入輸出的分配表................................10
3.2.2 PLC的外部接線形式..........................................................................11
3.3 系統(tǒng)程序設(shè)計(jì)...............................................................................................12
3.3.1系統(tǒng)的梯形圖.........................................................................................12
3.3.2 本章小結(jié)................................................................................................15
第4章系統(tǒng)檢測(cè)與調(diào)試........................................................................................17
4.1檢測(cè)與調(diào)試....................................................................................................17
4.2本章小結(jié)........................................................................................................17
結(jié) 論........................................................................................................................18
致 謝........................................................................................................................19
參考文獻(xiàn)...................................................................................................................20
附錄1............... ........................................................................................................ 21
附錄2.........................................................................................................................24