基于三菱fx0n系列plc的全自動洗衣機控制系統(tǒng)設計(編輯修改稿)

　

【文章內容簡介】 則沒有冗余功能的擴展，選型時應根據(jù)實際應用要求合理選用。 ⑹安全功能擴展。隨著對功能安全要求的不斷提升，對可編程控制器的安全性和可編程控制器系統(tǒng)的安全性能提出越來越高的要求，可編程控制器的安全功能擴展包括對安全可編程控制器的選用和擴展。 可靠性是可編程控制器能夠長盛不衰的主要原因。國外對使用可編程控制器原因的一份調查報告指出，在各種使用可編程控制器的原因中，由于它的可靠性而選用的比 例最高，而且是第一位的原因。這是由于可編程控制器是為工業(yè)環(huán)境的應用而設計的產(chǎn)品，因而產(chǎn)品的可靠性必然是放在首位考慮的因素。 可靠性指標用可靠度、平均壽命、平均無故障時間、有效率等來評估。對于可維修的系統(tǒng)或設備，除了可靠性指標外，還有可維修性指標，通常用平均維修時間等指標來表示可維修性。 可編程控制器在提高可靠性和可維修性方面采取了很多措施。例如，采用大規(guī)模或超大規(guī)模集成電路芯片，減少焊點；采用低功耗 CMOS元器件，降低功耗和發(fā)熱；采用表面安裝技術，增大元件和電路板的接觸面積；優(yōu)化電路設計；采用高可河北能源職業(yè)技術學院 16 靠性元器件 和自動化流水線作業(yè)；接線端座采用插拔式結構，便于減少維修時間；采用模塊式結構，減小故障影響范圍；采用自診斷、冗余技術、容錯技術和標準化設計等。正是由于采用了可靠性設計，使可編程控制器的可靠性和可維修性大大提高。 可編程控制器的易操作性表現(xiàn)為易操作、易編程和易維修。易操作使操作人員能及時得到生產(chǎn)過程的信息，及時對生產(chǎn)過程進行操作和控制；易編程使設計人員能方便地把設計思想變成用戶應用程序，程序的輸入和更改十分簡單，并能在不影響生產(chǎn)過程運行的條件下進行在線更改，以適應生產(chǎn)過程控制的要求；易維 修使維修人員能從可編程控制器提供的信息中及時找到故障原因和部位，能方便地更換故障的部件和模塊。易操作性還表現(xiàn)在編制的程序能為自控設計人員、工藝技術人員、安裝人員和操作人員所理解，以便及時得到溝通，縮短設計、安裝和調試時間。 可編程控制器在易操作性方面采取了不少措施。例如，提供多種編程語言，供用戶使用；編程語言與計算機匯編語言比較，更易學習、掌握和理解；不少制造廠商提供的產(chǎn)品可以進行在線編程，便于程序更改；為了對運行過程進行監(jiān)視和進行模擬操作，還提供各種指令和監(jiān)視顯示；為了使操作人員能及時了解故障部位，各個模 塊設置相應的故障信號燈；此外，標準化機架、方便的通信功能等也使可編程控制器的易操作性得到提高。 任何一個產(chǎn)品都與經(jīng)濟性有關。一個好的可編程控制器產(chǎn)品，應該是它的性能滿足工業(yè)生產(chǎn)過程控制應用要求的條件下有較高的性能價格比。即在選擇可編程控制器產(chǎn)品時，首先應使產(chǎn)品滿足生產(chǎn)過程控制的應用要求，在此前提下，應選擇價格較低的產(chǎn)品。當然，經(jīng)濟性還與初期投資和今后的維修費用有關。有時，產(chǎn)品的初期投資不高，但因可靠性較差或產(chǎn)品質量較差，使投產(chǎn)后的維修費用居高不下。在選擇可編程控制器產(chǎn)品時應進行充分比較， 合理選用。在考慮經(jīng)濟性時，可用投資回收率來對產(chǎn)品進行評估。 河北能源職業(yè)技術學院 17 第二章 PLC的結構和工作原理 PLC的基本結構 PLC 實質是一種用于工業(yè)控制的計算機，其硬件結構基本上與微型計算機相同。根據(jù)結構形式的不同， PLC 的基本結構分為整體式和模塊式結構兩類。 整體式結構的 PLC 整體式結構的 PLC 由中央處理器（ CPU）、存儲器、 I/O 單元、電源電路和通信端口等組成，并將這些組裝在一起。基本結構框圖如圖 21所示。 中央處理器 系統(tǒng)總線 圖 21 整體式結構 模塊式結構的 PLC 模塊式結構的 PLC 是將中央處理器（ CPU）、存儲器、輸入 /輸出單元、電源電路和通信端口等分別做成相應的模塊，應用時將這些模塊根據(jù)要求插在機架上，各模塊間通過機架上的總線想到聯(lián)系。基本結構框圖如 22 所示 電源 輸入 /輸出單元 存儲器 編程器 河北能源職業(yè)技術學院 18 編程器 其他PLC 或上位機 現(xiàn)場設備 電源模塊 CPU 模塊 通信 模塊 輸入模塊 輸出模塊 殊功功能模塊 機架 圖 22 模塊式結構 PLC各組成部分介紹 ⑴中央處理器 中央處理器（ CPU）是 PLC 的核心部分，相當于 PLC的“大腦”。它通過系統(tǒng)總線與用戶存儲器、輸入 /輸出（ I/O）、通信端口等單元相連。通過制造廠家預制在系統(tǒng)存儲器內部的系統(tǒng)程序完成各項任務。其主要功能是由編程器寫入控制程序和數(shù)據(jù)到存儲器、檢驗用戶程序、從存儲器上讀取和執(zhí)行程序，還可以進行 PLC 內部故障的診斷等。 ⑵存儲器 根據(jù)存儲器存儲內容的不同，我們把存儲器分為系統(tǒng)程序存儲器、用戶程序存儲器和數(shù)據(jù)存儲器。 系統(tǒng)程序存儲器：用來存入軟件的存儲器。系統(tǒng)程序相當于計算機操作系統(tǒng)，是 PLC 廠家根據(jù)選用的 CPU的指令系統(tǒng)編寫的， 并固化到 ROM 里，用戶不能修改其內容。 用戶程序存儲器：用來存放用戶根據(jù)控制要求編制的程序。不同類型的 PLC，河北能源職業(yè)技術學院 19 其存儲容量也不一樣。 數(shù)據(jù)存儲器：用以存放 PLC運行中的各種數(shù)據(jù)的存儲器。因為運行中數(shù)據(jù)不斷變化，所以這種存儲器必須可讀寫。 ⑶輸入 /輸出單元 輸入 /輸出單元是 PLC 與外部設備連接的紐帶。輸入單元接收現(xiàn)場設備向 PLC提供的開關量信號，經(jīng)過處理后，變成 CPU能夠識別的信號。輸出單元將 CPU 的信號經(jīng)處理后來控制外部設備的。 ⑷電源部分 不同型號的 PLC 有不同的供電方式，所以 PLC 電源的輸入電壓既有 12V 和 24V直流，又有 110V 和 220V 交流。 ⑸編程器 幾乎每個 PLC 廠家都有自己的編程器，用戶通過編程器來編寫控制程序，并通過編程器接口將自己的控制程序輸入到 PLC。它還可以在線檢測程序的運行情況。在出現(xiàn)故障時，通過編程器可能很方便的找出錯誤。 ⑹特殊功能單元 主要包括模擬量輸入 /輸出單元、遠程 I/O模塊、通信模塊、高速計數(shù)模塊、中斷輸入模塊和 PID 調解模塊等。隨著 PLC 的進一步發(fā)展，特殊功能單元的應用也越來越多。 基本指令 LD/LDI指令： LD 和 LDI 指令是連接在母線連接的觸點 .表示操作開始 .LD是常開觸點 ,LDI 是常閉觸點 . AND/ANI指令： AND和 ANI 指令是串聯(lián)連接的觸點 ,AND 是常開觸點 , ANI是常閉觸點 . OR/ORI指令： OR 和 ORI 指令是并聯(lián)連接的觸點 ,執(zhí)行邏輯 “ 或 ” 的功能 .OR 是常開觸點 ,ORI 是常閉觸點 . 河北能源職業(yè)技術學院 20 OUT指令： OUT 指令執(zhí)行邏輯輸出的功能 ,條件成立時為 ON,條件不成立時為 OFF. ANB/ORB指令： ANB 完成支路間的串聯(lián)的功能 ,用于執(zhí)行 支路之間 “ 于 ”操作； ORB 完成支路間的并聯(lián)的功能 ,用于執(zhí)行支路之間 “ 或 ” 操作 . 比較指令： CMP（ Compare）的功能指令編號為 FNC10， 16 位運算占 7個程序步， 32 位運算占 13 個程序步 . 傳送指令： MOV 的功能號為 FNC12,它是將源操作數(shù)的內容傳送目標操作數(shù) . 四則邏輯運算指令 ⑴二進制加法指令 ADD ADD的功能號為 FNC20,它是將源操作數(shù) S1和 S2中的 16 位二進制數(shù)相加 ,然后運算結果傳送到指定的目標操作數(shù)中 . ⑵ 二進制減指令 SUB SUB的功能號為 S1和 S2中的 16 位二進制數(shù)相減 ,然后運算結果傳送到指定的目標操作數(shù)中 . ⑶二進制乘法指令 MUL MUL的功能號為 S1和 S2中的 16 位二進制數(shù)相乘 ,然后運算結果傳送到指定的目標操作數(shù)為首地址的軟元件中 . ⑷二進制除法指令 DIV DIV的功能號為 S1和 S2中的 16 位二進制數(shù)相除 ,然后運算結果傳送到指定的目標操作數(shù) D 中 ,余數(shù)傳送到 D+1 中 . 河北能源職業(yè)技術學院 21 第三章 PLC 的工作原理 可編程控制器是專用的工業(yè)控制計算機。其工作原理建立在計算機控制系統(tǒng)工作原理基礎上，但根據(jù)其工業(yè)環(huán)境的應用條件，為便于現(xiàn)場電氣技術人員的使用和維護，它配置了大量接口組件，采用特定監(jiān)控軟件，專用編程器件等。因此，從外形看，可編程控制器不同于計算機，它的操作方法、編程語言、工作過程也與計算機控制系統(tǒng)有區(qū)別。 PLC 的工作原理與繼電器構成的控制裝置一樣，但是工作方式不太一樣。繼電器控制是并行運行方式，即如果輸出線圈通電或斷電，該線圈的觸點立即動作。而PLC 則不同，它采用循環(huán)掃描技術，只有該線圈通電或斷電，并且必須當程序掃描到該線圈時，該線圈觸點才會動作。也可以說繼電器控制裝置是根據(jù) 輸入和邏輯控制結構就可以直接得到輸出，而 PLC 控制則需要輸入傳送、執(zhí)行程序指令、輸出 3個階段才能完成控制過程。 循環(huán)掃描技術 PLC 采用循環(huán)掃描技術可以分為 3 個階段，輸入階段（將外部輸入信號的狀態(tài)傳送到 PLC）、 執(zhí)行程序階段和輸出階段（將輸出信號傳送到外部設備）。掃描過程如 圖 31所示。 一個掃描周期 圖 31 掃描過程 輸入階段 輸入階段 程序執(zhí)行階段 程序執(zhí)行階段 輸出階段 程序執(zhí)行階段 輸出階段 輸入階段 河北能源職業(yè)技術學院 22 在這個階段中， PLC 讀取輸入信號的狀態(tài)和數(shù)據(jù)，并把它們存入相應的輸入存儲單元 。 在這個階段中， PLC 按照由上到下的次序逐步執(zhí)行程序指令。從相應的輸入存儲單元讀入信號的狀態(tài)和數(shù)據(jù)，然后根據(jù)程序內部繼電器、定時器、計數(shù)器數(shù)據(jù)存儲器的狀態(tài)和數(shù)據(jù)進行邏輯運算，得到運算結果，并將這些結果存入相應的輸出存儲器單元。這一階段執(zhí)行完后，進入輸出階段。在這個程序執(zhí)行中，輸入信號的狀態(tài)和數(shù)據(jù)保持不變。 在這個階段中， PLC 將相應的輸出存儲單元的運算結果傳送到輸出模塊上，并通過輸出模塊向外部設備傳送輸出信號，開始控制外部設備。 PLC 的輸入 /輸出響應時 間 I/O 響應時間是指某一輸入信號從變化開始到系統(tǒng)相關輸出端信號的改變所需要的時間因為 PLC 的循環(huán)掃描工作方式，所以收到輸入信號的時刻不同，響應時間的長短也不同。下面就給出了最短和最長響應時間。 最短響應時間：一個掃描周期剛結束就收到輸入信號，即收到這個輸入信號與開始下一個掃描周期同時，這樣的響應時間最短。考慮到輸入電路和輸出 電路的延時，所以最短響應時間應大于一個掃描周期。最短響應時間如 圖 32所示。 河北能源職業(yè)技術學院 23 輸入 輸出 一 個掃描周期 |← 最短響應時間 →| 圖 32 最短響應時間 最長響應時間：在一個掃描更完成輸入讀取后才接到輸入信號，這樣這個輸入信號在該掃描周期將不 會發(fā)生變化，要等到下個掃描周期才能得到響應。這時響應時間最長如 圖 33所示。 程序執(zhí)行階段 輸入階段 輸入階段 程序執(zhí)行階段 輸出階段 輸出階段 程序執(zhí)行階段 河北能源職業(yè)技術學院 24 一個掃描周期 輸入 輸出 |← 最 長 響 應 時 間 →| 圖 33 最長響應時間 程序執(zhí)行階段 輸入階段 輸出階段 程序執(zhí)行階段 輸入階段 輸出階段 程序執(zhí)行階段 輸入階段 輸出階段 程序執(zhí)行階段 河北能源職業(yè)技術學院 25 第四章 PLC控制系統(tǒng)設計原則和設計步驟 設計原則 PLC 控制系統(tǒng)是