畢業(yè)設(shè)計論文-三菱fx2n系列plc全自動洗衣機控制系統(tǒng)設(shè)計(編輯修改稿)

　

【文章內(nèi)容簡介】 圖 系統(tǒng)的控制要求 PLC 投入運行，系統(tǒng)處于初始狀態(tài)，準備好啟動。 （ 1） 按下啟動按 鈕后 ， 進水電磁閥打開并開始進水。達到高水位 時停止進水 ，進入洗滌狀態(tài) 。 （ 2） 洗滌時 內(nèi)桶 正轉(zhuǎn) 洗滌 15 秒暫停 3 秒 ， 再反轉(zhuǎn)洗滌 15秒 暫停 3 秒 ，又正 轉(zhuǎn)洗滌 15 秒暫停 3 秒 如此循環(huán)反復 30 次 。 （ 3） 洗滌結(jié)束后，排水電磁閥打開，進入排水狀態(tài)。當水位下降到低水位時進入脫水狀態(tài)并同時排水， 脫水 時間為 10 秒 。 即完成一次從進水到脫水的工作循環(huán)過程。 （ 4） 若未完成 3 次大循環(huán)，則返回從進水開始的全部動作，進行下一次大循環(huán)；若完成了 3 次大循環(huán)，則進行洗完報警。 （ 5） 報警 10 秒結(jié)束全部過程，自動停機。 （ 6） 此外按排水按鈕可實現(xiàn)手動排水；按停車按扭可停止進水、排水、脫水及報警。 系統(tǒng)的組成與功能 該系統(tǒng)的設(shè)計主要包含兩大部分，硬件部分選型，軟件部分設(shè)計。其中軟件部分包括 PLC軟件部分設(shè)計，組態(tài)軟件設(shè)計兩部分部分。而軟件設(shè)計是核心內(nèi)容。一般來說， PLC控制系統(tǒng)有以下三種類型。 （ 1） PLC構(gòu)成的單機系統(tǒng) 這種系統(tǒng)的被控對象是單一的機器生產(chǎn)或生產(chǎn)流水線，其控制器是由單臺 PLC構(gòu)成，一般不需要與其他 PLC或計算機進行通信。但是，設(shè)計者還要考慮將來是否有聯(lián)網(wǎng)的需要，如果有的話，應(yīng)當選用具有通信功能的 PLC。如圖 22所示。 PLC 被控對象天津職業(yè)技術(shù)師范大學 2020 級專科生畢業(yè)論文 8 圖 22 PLC 單機控制 圖 （ 2） PLC構(gòu)成的集中控制系統(tǒng) 這 種系統(tǒng)的被控對象通常是數(shù)臺機器或數(shù)臺流水線構(gòu)成，該系統(tǒng)的控制單元由單臺 PLC構(gòu)成，每個被控對象與 PLC指定的 I/O相連。由于采用一臺 PLC控制，因此，各被控對象之間的數(shù)據(jù)、狀態(tài)不需要另外的通信線路。但是，這種系統(tǒng)也有一個缺點，一但 PLC出現(xiàn)故障，整個系統(tǒng)將停止工作。對于大型的集中系統(tǒng)，通常采取冗余系統(tǒng)克服上述缺點。如圖 23所示。 圖 23 PLC 集中控制 圖 （ 3） PLC構(gòu)成的分布式控制系統(tǒng) 這類系統(tǒng)的被控對象通常比較多，分布在一個較大的區(qū)域內(nèi)，相互之間比較遠，而且，被控對象之間經(jīng)常的交 換數(shù)據(jù)和信息。這種系統(tǒng)的控制器采用若干個相互之間具有通信能力的 PLC構(gòu)成，系統(tǒng)地上位機可以采用 PLC，也可以采用工控機。如圖 24所示。 被控對象 被控對象PLCPLC PLC上位機被控對象 被控對象 被控對象被控對象天津職業(yè)技術(shù)師范大學 2020 級專科生畢業(yè)論文 9 圖 24 PLC 分布式控制 圖 由于本次設(shè)計的系統(tǒng)只有 1臺被控電機以及數(shù)量不是很多的其他被控對象，采用PLC集中控制方法，單臺 PLC進行多個對象的控制，只要適當?shù)倪x用 PLC，完全能夠完成任務(wù)。 系統(tǒng)控制主電路 洗衣機 PLC 控制主電路圖如圖 25 所示。 圖 25 主電路圖 天津職業(yè)技術(shù)師范大學 2020 級專科生畢業(yè)論文 10 在主電路中我們主要是考慮如 何控制交流電機運轉(zhuǎn)和怎么實現(xiàn)電路保護。 主電路的三相電源經(jīng)隔離開關(guān) QS、主電路熔斷器 FU交流接觸器 KM KM2 的主觸頭、熱繼電器 FR 的加熱元件到三相異步電動機 M 構(gòu)成主電路。通過接觸器線圈得電控制其主觸點的接通，能實現(xiàn)電動機正反轉(zhuǎn)。該主電路既實現(xiàn)短路或過載保護。 PLC 控制系統(tǒng)設(shè)計 PLC 的發(fā)展概況和發(fā)展方向 （ 1） PLC 的發(fā)展概況 PLC 自 1969 年問世以來，經(jīng)過 40 多年的發(fā)展，在美、德、日等工業(yè)發(fā)達國家已成為重要的產(chǎn)業(yè)之一。世界總銷售額不斷上升、生產(chǎn)廠家不斷涌現(xiàn)、品種不斷翻新。產(chǎn)量產(chǎn)值大幅度上升而價格則不斷下降。 世界上 PLC 產(chǎn)品可按地域分成三大流派：一個流派是美國產(chǎn)品，一個流派是歐洲產(chǎn)品，一個流派是日本產(chǎn)品。美國和歐洲的 PLC 技術(shù)是在相互隔離情況下獨立研究開發(fā)的，因此美國和歐洲的 PLC 產(chǎn)品有明顯的差異性。而日本的 PLC 技術(shù)是由美國引進的，對美國的 PLC 產(chǎn)品有一定的繼承性，但日本的主推產(chǎn)品定位在小型 PLC 上。美國和歐洲以大中型 PLC 而聞名，而日本則以小型 PLC 著稱。目前，世界上有 200 多個廠家生產(chǎn) PLC，較有名的： 美國：通用電氣、莫迪康公司； 日本：三菱、富士、歐姆龍、松下電工 等； 德國：西門子公司； 法國：施耐德公司； 韓國：三星、 LG 公司等。 （ 2） PLC 的發(fā)展方向 目前，國外 PLC 制造商不斷推出新產(chǎn)品。西門子最初推出 S5 系列，然后推出 S7系列；三菱開始是 F 系列， FX 系列，現(xiàn)在是 A 系列（ A A A2X）。大趨勢是功能越來越多，集成度越來越高，網(wǎng)絡(luò)功能越來越強。特別是網(wǎng)絡(luò)，因為聯(lián)網(wǎng)是一個大潮流。 ① 產(chǎn)品規(guī)模向大、小兩個方向發(fā)展。 大： I/O 點數(shù)達 14336 點、 32 位為微處理器、多 CPU 并行工作、大容量存儲器、掃描速度高速化。 天津職業(yè)技術(shù)師范大學 2020 級專科生畢業(yè)論文 11 小：由整體結(jié)構(gòu)向小型模塊化結(jié)構(gòu)發(fā)展，增加了配置的靈活性，降低了成本。 ② PLC 在閉環(huán)過程控制中應(yīng)用日益廣泛。 ③ 不斷加強通訊功能。 ④ 新器件和模塊不斷推出。 高檔的 PLC 除了主要采用 CPU 以提高處理速度外，還有帶處理器的 EPROM 或 RAM的智能 I/O 模塊、高速計數(shù)模塊、遠程 I/O 模塊等專用化模塊。 ⑤ 編程工具豐富多樣，功能不斷提高，編程語言趨向標準化。 有各種簡單或復雜的編程器及編程軟件，采用梯形圖、功能圖、語句表等編程語言，亦有高檔的 PLC 指令系統(tǒng)。 ⑥ 發(fā)展容錯技術(shù)。 采用熱備用或并行 工作、多數(shù)表決的工作方式。 ⑦ 追求軟硬件的標準化。 PLC 的選型 （ 1） 輸入輸出 (I/O)點數(shù)的估算 I/O 點數(shù)估算時應(yīng)考慮適當?shù)挠嗔浚ǔ８鶕?jù)統(tǒng)計的輸入輸出點數(shù)，再增加 10%～20%的可擴展。 （ 2） 存儲器容量的估算 存儲器容量是可編程序控制器本身能提供的硬件存儲單元大小，程序容量是存儲器中用戶應(yīng)用項目使用的存儲單元的大小，因此程序容量小于存儲器容量。設(shè)計階段，由于用戶應(yīng)用程序還未編制，因此，程序容量在設(shè)計階段是未知的，需在程序調(diào)試之后才知道。為了設(shè)計選型時能對程序容量有一定估算，通常 采用存儲器容量的估算來替代。 存儲器內(nèi)存容量的估算沒有固定的公式，許多文獻資料中給出了不同公式，大體上都是按數(shù)字量 I/O 點數(shù)的 1015 倍，加上模擬 I/O 點數(shù)的 100 倍，以此數(shù)為內(nèi)存的總字數(shù)（ 16 位為一個字），另外再按此數(shù)的 25%考慮余量。 （ 3） 控制功能的選擇 該選擇包括運算功能、控制功能、通信功能、編程功能、診斷功能和處理速度等特性的選擇。 ① 運算功能 天津職業(yè)技術(shù)師范大學 2020 級專科生畢業(yè)論文 12 簡單 PLC 的運算功能包括邏輯運算、計時和計數(shù)功能；普通 PLC 的運算功能還包括數(shù)據(jù)移位、比較等運算功能；較復雜運算功能有代數(shù)運算、數(shù)據(jù)傳送等；大型 PLC中還有模擬量的 PID 運算和其他高級運算功能。隨著開放系統(tǒng)的出現(xiàn)，目前在 PLC中都已具有通信功能，有些產(chǎn)品具有與下位機的通信，有些產(chǎn)品具有與同位機或上位機的通信，有些產(chǎn)品還具有與工廠或企業(yè)網(wǎng)進行數(shù)據(jù)通信的功能。設(shè)計選型時應(yīng)從實際應(yīng)用的要求出發(fā)，合理選用所需的運算功能。大多數(shù)應(yīng)用場合，只需要邏輯運算和計時計數(shù)功能，有些應(yīng)用需要數(shù)據(jù)傳送和比較，當用于模擬量檢測和控制時，才使用代數(shù)運算，數(shù)值轉(zhuǎn)換和 PID 運算等。要顯示數(shù)據(jù)時需要譯碼和編碼等運算。 ② 控制功能 控制功能包括 PID 控制運算、前饋補償控制運算、比值 控制運算等，應(yīng)根據(jù)控制要求確定。 PLC 主要用于順序邏輯控制，因此，大多數(shù)場合常采用單回路或多回路控制器解決模擬量的控制，有時也采用專用的智能輸入輸出單元完成所需的控制功能，提高 PLC 的處理速度和節(jié)省存儲器容量。例如采用 PID 控制單元、高速計數(shù)器、帶速度補償?shù)哪M單元、 ASC 碼轉(zhuǎn)換單元等。 ③ 通信功能 大中型 PLC 系統(tǒng)應(yīng)支持多種現(xiàn)場總線和標準通信協(xié)議（如 TCP/IP），需要時應(yīng)能與工廠管理網(wǎng)（ TCP/IP）相連接。通信協(xié)議應(yīng)符合 ISO/IEEE 通信標準，應(yīng)是開放的通信網(wǎng)絡(luò)。 PLC 系統(tǒng)的通信接口應(yīng)包括串 行和并行通信接口（ RS232C/422A/423/485）、 RIO通信口、工業(yè)以太網(wǎng)、常用 DCS 接口等；大中型 PLC 通信總線（含接口設(shè)備和電纜）應(yīng) 1： 1 冗余配置，通信總線應(yīng)符合國際標準，通信距離應(yīng)滿足裝置實際要求。 PLC系統(tǒng)的通信網(wǎng)絡(luò)中，上級的網(wǎng)絡(luò)通信速率應(yīng)大于 1Mbps，通信負荷不大于 60%。PLC 系統(tǒng)的通信網(wǎng)絡(luò)主要形式有下列幾種形式： PC 為主站，多臺同型號 PLC 為從站，組成簡易 PLC 網(wǎng)絡(luò)； 1 臺 PLC 為主站，其他同型號 PLC 為從站，構(gòu)成主從式 PLC 網(wǎng)絡(luò)；PLC 網(wǎng)絡(luò)通過特定網(wǎng)絡(luò)接口連接到大型 DCS 中作為 DCS 的子網(wǎng)；專用 PLC 網(wǎng)絡(luò)（各廠商的專用 PLC 通信網(wǎng)絡(luò)）。 為減輕 C