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基于三菱PLC的全自动洗衣机的设计.doc
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基于三菱PLC的全自动洗衣机的设计.doc
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摘 要
PLC 可编程序控制器:PLC 英文全称 Programmable Logic Controller ,中文
全称为可编程逻辑控制器,定义是:一种数字运算操作的电子系统,专为在工业
环境应用而设计的。它采用一类可编程的存储器,用于其内部存储程序,执行逻
辑运算,顺序控制,定时,计数与算术操作等面向用户的指令,并通过数字或模
拟式输入/输出控制各种类型的机械或生产过程.
PLC 是基于电子计算机,且适用于工业现场工作的电控制器。它源于继电控
制装置,但它不像继电装置那样,通过电路的物理过程实现控制,而主要靠运行
存储于 PLC 内存中的程序,进行入出信息变换实现控制。
入出信息变换、可靠物理实现,可以说是 PLC 实现控制的两个基本要点。
入出信息变换靠运行存储于 PLC 内存中的程序实现。PLC 程序既有生产厂
家的系统程序(不可更改),又有用户自行开发的应用(用户)程序。系统程序提
供运行平台,同时,还为 PLC 程序可靠运行及信号与信息转换进行必要的公共处
理。用户程序由用户按控制要求设计。什么样的控制要求,就应有什么样的用户
程序。
可靠物理实现主要靠输人(INPUT)及输出(OUTPUT)电路。PLC 的 I/O
电路,都是专门设计的。输入电路要对输入信号进行滤波,以去掉高频干扰。而
且与内部计算机电路在电上是隔离的,靠光耦元件建立联系。输出电路内外也是
电隔离的,靠光耦元件或输出继电器建立联系。输出电路还要进行功率放大,以
足以带动一般的工业控制元器件,如电磁阀、接触器等等。
I/O 电路是很多的,每一输入点或输出点都要有一个 I 或 O 电路。PLC 有
多 I/O 用点,一般也就有多少个 I/O 用电路。但由于它们都是由高度集成化的电
路组成的,所以,所占体积并不大。输入电路时刻监视着输入状况,并将其暂存
于输入暂存器中。每一输入点都有一个对应的存储其信息的暂存器。
输出电路要把输出锁存器的信息传送给输出点。输出锁存器与输出点也
是一一对应的。
这里的输入暂存器及输出锁存器实际就是 PLC 处理器 I/O 口的寄存器。
它们与计算机内存交换信息通过计算机总线,并主要由运行系统程序实现。把输
人暂存器的信息读到 PLC 的内存中,称输入刷新。PLC 内存有专门开辟的存放输
入信息的映射区。这个区的每一对应位(bit)称之为输入继电器,或称软接点。
这些位置成 1,表示接点通,置成 0 为接点断。由于它的状态是由输入刷新得到
的,所以,它反映的就是输入状态。
第一章 PLC 控制系统设计
1.1 PLC 控制系统设计的基本原则
任何一种控制系统都是为了实现被控对象的工艺要求,以提高生产效率和产
品质量。因此,在设计 PLC 控制系统时,应遵循以下基本原则:
1. 最大限度地满足被控对象的控制要求
充分发挥 PLC 的功能,最大限度地满足被控对象的控制要求,是设计 PLC 控
制系统的首要前提,这也是设计中最重要的一条原则。这就要求设计人员在设计
前就要深入现场进行调查研究,收集控制现场的资料,收集相关先进的国内、国
外资料。同时要注意和现场的工程管理人员、工程技术人员、现场操作人员紧密
配合,拟定控制方案,共同解决设计中的重点问题和疑难问题。
2. 保证 PLC 控制系统安全可靠
保证 PLC 控制系统能够长期安全、可靠、稳定运行,是设计控制系统的重要
原则。这就要求设计者在系统设计、元器件选择、软件编程上要全面考虑,以确
保控制系统安全可靠。例如:应该保证 PLC 程序不仅在正常条件下运行,而且在
非正常情况下(如突然掉电再上电、按钮按错等),也能正常工作。
3. 力求简单、经济、使用及维修方便
一个新的控制工程固然能提高产品的质量和数量,带来巨大的经济效益和
社会效益,但新工程的投入、技术的培训、设备的维护也将导致运行资金的增加。
因此,在满足控制要求的前提下,一方面要注意不断地扩大工程的效益,另一方
面也要注意不断地降低工程的成本。这就要求设计者不仅应该使控制系统简单、
经济,而且要使控制系统的使用和维护方便、成本低,不宜盲目追求自动化和高
指标。
4. 适应发展的需要
由于技术的不断发展,控制系统的要求也将会不断地提高,设计时
要适当考虑到今后控制系统发展和完善的需要。这就要求在选择 PLC、输入/输
出模块、I/O 点数和内存容量时,要适当留有裕量,以满足今后生产的发展和工
艺的改进。
1.2 PLC I/O 模块的选择步骤与原则
一般 I/O 模块的价格占 PLC 价格的一半以上。PLC 的 I/O 模块有开关量 I
/O 模块、模拟量 I/O 模块及各种特殊功能模块等。不同的 I/O 模块,其电路
及功能也不同,直接影响 PLC 的应用范围和价格,应当根据实际需要加以选择。
1.2.1 开关量 I/O 模块的选择
1、 开关量输入模块的选择
开关量输入模块是用来接收现场输入设备的开关信号,将信号转换为 PLC 内
部接受的低电压信号,并实现 PLC 内、外信号的电气隔离。选择时主要应考虑以
下几个方面:
1)输入信号的类型及电压等级
开关量输入模块有直流输入、交流输入和交流/直流输入三种类型。选择时
主要根据现场输入信号和周围环境因素等。直流输入模块的延迟时间较短,还可
以直接与接近开关、光电开关等电子输入设备连接;交流输入模块可靠性好,适
合于有油雾、粉尘的恶劣环境下使用。
开关量输入模块的输入信号的电压等级有:直流 5V、12V、24V、48V、
60V等;交流 110V、220V等。选择时主要根据现场输入设备与输入模块之间
的距离来考虑。一般 5V、12V、24V用于传输距离较近场合,如 5V输入模块
最远不得超过10米。距离较远的应选用输入电压等级较高的模块。
2)输入接线方式
开关量输入模块主要有汇点式和分组式两种接线方式。 汇点式的开关量输
入模块所有输入点共用一个公共端(COM);而分组式的开关量输入模块是将输
入点分成若干组,每一组(几个输入点)有一个公共端,各组之间是分隔的。分
组式的开关量输入模块价格较汇点式的高,如果输入信号之间不需要分隔,一般
选用汇点式的。
3)注意同时接通的输入点数量
对于选用高密度的输入模块(如 32 点、48 点等),应考虑该模块同时接通的
点数一般不要超过输入点数的 60%。
4)输入门槛电平
为了提高系统的可靠性,必须考虑输入门槛电平的大小。门槛电平越高,抗
干扰能力越强,传输距离也越远,具体可参阅 PLC 说明书。
2、 开关量输出模块的选择
开关量输出模块是将 PLC 内部低电压信号转换成驱动外部输出设备的开关
信号,并实现 PLC 内外信号的电气隔离。选择时主要应考虑以下几个方面:
1)输出方式
开关量输出模块有继电器输出、晶闸管输出和晶体管输出三种方式。
继电器输出的价格便宜,既可以用于驱动交流负载,又可用于直流负载,而
且适用的电压大小范围较宽、导通压降小,同时承受瞬时过电压和过电流的能力
较强,但其属于有触点元件,动作速度较慢(驱动感性负载时,触点动作频率不
得超过 1HZ)、寿命较短、可靠性较差,只能适用于不频繁通断的场合。对于频
繁通断的负载,应该选用晶闸管输出或晶体管输出,它们属于无触点元件。但晶
闸管输出只能用于交流负载,而晶体管输出只能用于直流负载。
2)输出接线方式
开关量输出模块主要有分组式和分隔式两种接线方式。
分组式输出是几个输出点为一组,一组有一个公共端,各组之间是分隔的,
可分别用于驱动不同电源的外部输出设备;分隔式输出是每一个输出点就有一个
公共端,各输出点之间相互隔离。选择时主要根据 PLC 输出设备的电源类型和电
压等级的多少而定。一般整体式 PLC 既有分组式输出,也有分隔式输出。
3)驱动能力
开关量输出模块的输出电流(驱动能力)必须大于 PLC 外接输出设备的额
定电流。用户应根据实际输出设备的电流大小来选择输出模块的输出电流。如果
实际输出设备的电流较大,输出模块无法直接驱动,可增加中间放大环节。
4)注意同时接通的输出点数量
选择开关量输出模块时,还应考虑能同时接通的输出点数量。同时接通输出
设备的累计电流值必须小于公共端所允许通过的电流值,如一个 220V/2A 的8
点输出模块,每个输出点可承受 2A 的电流,但输出公共端允许通过的电流并不
是 16A(8×2A),通常要比此值小得多。一般来讲,同时接通的点数不要超出同
一公共端输出点数的 60%。
5)输出的最大电流与负载类型、环境温度等因素有关
开关量输出模块的技术指标,它与不同的负载类型密切相关,特别是输出的
最大电流。另外,晶闸管的最大输出电流随环境温度升高会降低,在实际使用中
也应注意。
1.2.2 模拟量 I/O 模块的选择
模拟量 I/O 模块的主要功能是数据转换,并与 PLC 内部总线相连,同时为
了安全也有电气隔离功能。模拟量输入(A/D)模块是将现场由传感器检测而产
生的连续的模拟量信号转换成 PLC 内部可接受的数字量;模拟量输出(D/A)模块
是将 PLC 内部的数字量转换为模拟量信号输出。
典型模拟量 I/O 模块的量程为-10V~+10V、0~+10V、4~20mA 等,可根据实
际需要选用,同时还应考虑其分辨率和转换精度等因素。
一些 PLC 制造厂家还提供特殊模拟量输入模块,可用来直接接收低电平信号
(如 RTD、热电偶等信号)。
1.2.3、特殊功能模块的选择
目前,PLC 制造厂家相继推出了一些具有特殊功能的 I/O 模块,有的还推出
了自带 CPU 的智能型 I/O 模块,如高速计数器、凸轮模拟器、位置控制模块、PID
控制模块、通信模块等。
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