智能微波爐控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)

1、摘 要隨著科學(xué)技術(shù)的日益進(jìn)步，電氣控制與可編程控制器技術(shù)以及材料技術(shù)近年來得到了很大的發(fā)展。各個(gè)地區(qū)的生產(chǎn)工廠和微波爐研發(fā)機(jī)構(gòu)，為了實(shí)現(xiàn)微波爐消費(fèi)者的需求，現(xiàn)已將各種先進(jìn)的現(xiàn)代化技術(shù)應(yīng)用于微波爐，推出了一系列新穎先進(jìn)的微波爐產(chǎn)品。課題設(shè)計(jì)是一個(gè)基于三菱FX2N系列PLC的智能微波爐控制系統(tǒng)，F(xiàn)X不但具有編程簡(jiǎn)單、通用性強(qiáng)、抗干擾能力強(qiáng)、可靠性高等優(yōu)點(diǎn)，而且容易操作和維護(hù)，設(shè)計(jì)、施工以及調(diào)試周期也短。本篇文章根據(jù)智能微波爐控制系統(tǒng)的控制要求，確定了基于PLC的智能微波爐控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方案；完成了PLC主電路和輔助電路的設(shè)計(jì)；編寫相應(yīng)的梯形圖，在熟諳了微波爐工作原理的基礎(chǔ)上，對(duì)課題進(jìn)行系統(tǒng)設(shè)計(jì)，利

2、用可編程控制器，通過鍵盤輸入模塊，門限位與傳感器模塊等組成控制系統(tǒng)，完成了三種烹飪模式、三種定時(shí)時(shí)間、完成提醒和超高溫報(bào)警等功能。本設(shè)計(jì)中使用到的主要軟件有GX developer和GT designer3，其中GX developer是用來編寫程序并調(diào)試程序的，GT designer3是用來對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行仿真的。關(guān)鍵詞 ： PLC；智能微波爐控制系統(tǒng)；仿真ABSTRACT With the progress of science and technology, electrical control and PLC technology and materials technology in re

3、cent years it has been a great development. Microwave R & D and production facilities in various regions at home and abroad, in order to meet the needs of consumer microwave ovens, various advanced modern technology used for microwave ovens, launched a series of new advanced microwave products.

4、Subject design is based on a Mitsubishi FX2N series PLC intelligent control system for a microwave oven, FX only with programming simple, versatile, strong anti-jamming capability, high reliability and easy operation and maintenance, design, construction and commissioning period is short. This artic

5、le according to the control requirements of intelligent microwave oven control system to determine the design of PLC intelligent control system based on the microwave oven; PLC completed the design of the main and auxiliary circuits; prepare the corresponding ladder, a key issue in the familiar syst

6、em design after working principle of the microwave oven, the use of PLC programmable good, fast signal processing and control, aided by the keyboard input module, door stopper and sensor module composed of the control system, the completion of three cooking modes, three kinds of timing, completion r

7、eminders and ultra-high temperature alarm. Used in this design to the main software GX developer and GT designer3, where GX developer is used to program and debug the program, GT designer3 is used for system simulation. Keywords: PLC;intelligent microwave oven control system;emulation目 錄1 緒論11.1 設(shè)計(jì)意

8、義11.2 設(shè)計(jì)內(nèi)容11.3 設(shè)計(jì)要求11.4 微波爐簡(jiǎn)述11.5 微波爐的工作原理22 總體方案設(shè)計(jì)32.1 系統(tǒng)原理設(shè)計(jì)32.1.1 系統(tǒng)總體框圖設(shè)計(jì)32.2 微波爐結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)42.2.1 微波爐結(jié)構(gòu)圖42.2.2 微波爐控制面板設(shè)計(jì)53 控制系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)63.1 元件選擇63.1.1 PLC的選擇以及基本參數(shù)63.1.2 電機(jī)的選擇以及基本參數(shù)73.1.3 磁控管的選擇及其基本參數(shù)83.1.4 高壓變壓器的選擇及其基本參數(shù)93.1.5 高壓電容器的選擇及其基本參數(shù)103.2 控制系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)104 控制系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)124.1 PLC控制設(shè)計(jì)124.1.1 PLC輸入輸出明細(xì)124.1.2

9、PLC的I/O口分配表124.1.3 PLC的I/O接線圖134.2 程序流程圖154.3 編程規(guī)則及其注意事項(xiàng)154.4 程序說明165 仿真調(diào)試256 結(jié)束語29參考文獻(xiàn)30致 謝31附 錄32附錄A 程序清單32III1 緒論1.1 設(shè)計(jì)意義 微波爐已經(jīng)逐漸走進(jìn)了我們大部分的家庭，使用微波爐給我們帶來了很多的方便。微波爐有很多功能，設(shè)計(jì)中實(shí)現(xiàn)了微波爐的三大基本功能。食品加熱使用微波爐進(jìn)行食品加熱既方便又快捷。在加熱過程中，微波會(huì)以每秒24.5億次的頻率使食品中的極性分子（如水分子）震動(dòng)摩擦，產(chǎn)生分子熱。同時(shí)，使用微波加熱不通過容器中介質(zhì)的傳熱和散熱，在微波爐中加熱和食品的深度范圍，加熱，

10、所以加熱時(shí)間會(huì)縮短，升溫速率加快，操作也簡(jiǎn)便。食品解凍冷凍食品在很短的時(shí)間內(nèi)很難解凍，人們往往會(huì)很十分困苦。利用微波爐解凍，則可在微波所能到達(dá)的深度范圍里內(nèi)外同時(shí)受熱解凍，速度快。微波爐從設(shè)計(jì)上保證了在解凍檔解凍時(shí)，能最大限度地限制微生物繁殖，最大限度地保持食品原有的新鮮品味。燒烤一般家庭里都沒有烤箱，因此在微波爐上配有簡(jiǎn)易的燒烤功能，對(duì)于普通家庭來說很方便。 PLC由于可靠性高：在超高溫的故障下依然能進(jìn)行超高溫報(bào)警、功能完善、易學(xué)易用、系統(tǒng)設(shè)計(jì)周期短、體積小等優(yōu)點(diǎn)成為現(xiàn)代工業(yè)控制的三大支柱（PLC、CAD/CAM、ROBOT）之一。因此，課題設(shè)計(jì)采用PLC作為控制器。 1.2 設(shè)計(jì)內(nèi)容 （1

11、）硬件：分析微波爐的工作流程，設(shè)計(jì)全自動(dòng)智能微波爐控制電路；控制器接線圖；主電路圖；電機(jī)選擇；組件選型。顯示電路； 工作結(jié)束閃爍提示；提示電路；按鈕控制電路。 （2）軟件：設(shè)計(jì)智能微波爐控制程序?？刂埔螅耗軌蚩刂浦悄芪⒉t的啟動(dòng)/停止/復(fù)原；箱門密封安檢；當(dāng)前工作模式顯示；工作閃爍提示等。1.3 設(shè)計(jì)要求（1）繪制硬件接線框圖；智能微波爐控制流程圖及PLC的I/O口接線圖。（2）撰寫設(shè)計(jì)說明書，并附程序清單及其功能注釋。（3）調(diào)試控制程序。1.4 微波爐簡(jiǎn)述 微波爐（圖1.1）是用微波來加熱食品的。微波爐加熱過程很短，其中養(yǎng)分和維生素丟失少，并且礦物質(zhì)、氨基酸的存活率會(huì)比其他方法高許多。與煤

12、爐、煤氣相比較而言，其工作時(shí)不會(huì)產(chǎn)生類似于碳未完全焚燒而導(dǎo)致有害氣體和煙塵，其工作加熱食物是在爐腔中實(shí)現(xiàn)的，不會(huì)存在明火，用起來更加安全安心。 微波是一種電磁波。微波爐可以分為電源，磁控管，爐腔和控制電路等部分。電源給磁控管提供大約4200V的高電壓，磁控管在電源所給的激勵(lì)下，持續(xù)產(chǎn)生微波，微波通過波導(dǎo)系統(tǒng)，耦合到腔內(nèi)。在入口處的空腔中有一個(gè)旋轉(zhuǎn)的攪拌器，因?yàn)閿嚢杵魇且粋€(gè)金屬風(fēng)扇，由于金屬可以反射微波，攪拌器可以各個(gè)方向的旋轉(zhuǎn)，所以微波能被反射到爐內(nèi)每一個(gè)角落，因此爐內(nèi)的微波的能量是很均勻的。微波爐的功率范圍一般為5001000W。圖1.1 微波爐示意圖1.5 微波爐的工作原理（1）微波的特性

13、 微波是一種頻率為 300MHz300GHz 的電磁波，微波波長(zhǎng)很短，擁有可見光的性質(zhì)，沿著直線傳播。微波爐里的金屬材料能夠滿足微波的折射，而且微波碰到陶瓷、玻璃、塑料等絕緣物質(zhì)可以穿透，在遇到含有水分的蛋白質(zhì)、脂肪等介質(zhì)時(shí)被吸收，在同一時(shí)間，微波電磁能量轉(zhuǎn)化為熱能。由于微波的高頻率，微波傳輸需要高導(dǎo)電性的波導(dǎo)管。 盡管微波頻段非常寬，但是用在微波加熱的頻段卻很窄，主要原因是盡量使用較少的無線電頻率，以防對(duì)微波通訊造成干擾。國(guó)際上，家用微波爐有 915MHz 和 2450MHz 兩個(gè)頻率， 2450MHz 用于家庭烹調(diào)炊具， 915MHz 用于醫(yī)療行業(yè)、消毒等工業(yè)、干燥等。 （2）微波爐的工作

14、過程 電路控制系統(tǒng)將220V交流電壓通過高壓變壓器的變壓和高壓整流器的整流，轉(zhuǎn)換成4200V左右的直流電壓，送至磁控管產(chǎn)生微波，微波能量通過波導(dǎo)管傳到爐內(nèi)腔中。因?yàn)榻饘俚奶匦?，微波不能穿過爐內(nèi)，只能在爐腔中反復(fù)折射，反復(fù)穿透食品，被脂肪、含有水分的蛋白質(zhì)的物質(zhì)吸收能量，加熱食品，這樣才能完成加熱過程。2 總體方案設(shè)計(jì) 按照任務(wù)書設(shè)計(jì)的要求，課題設(shè)計(jì)是基于三菱PLC實(shí)現(xiàn)對(duì)微波爐的智能化控制。在熟知了微波爐的工作原理之后，通過使用可編程控制器良好的可編程能力，精確的信號(hào)處理能力和控制能力，和面板的按鍵模塊，聲光顯示模塊等的輔助組成了基于PLC的控制系統(tǒng)。 課題設(shè)計(jì)在烹飪模式顯示、爐門密封、時(shí)間倒計(jì)

15、時(shí)顯示和加溫完畢智能提醒等方面進(jìn)行了設(shè)計(jì)。在課題次設(shè)計(jì)中，烹飪模式選擇了加熱、燒烤和解凍3種常用模式，這3種模式由3個(gè)LED燈反映，每1個(gè)燈對(duì)應(yīng)1種模式。時(shí)間設(shè)置中，設(shè)定了10秒（10S）、1分鐘（1Min）、10分鐘（10Min）3個(gè)選擇項(xiàng)，3時(shí)間模式也通過3個(gè)LED燈反映，每1個(gè)對(duì)應(yīng)1種模式，用于選擇加熱的時(shí)間。爐門的密封通過一個(gè)限位開關(guān)感應(yīng)，限位開關(guān)感應(yīng)為高電平時(shí)，即為爐門關(guān)閉，反之，則為爐門打開，只有當(dāng)爐門關(guān)閉時(shí)，微波爐才能工作。加溫完畢后，設(shè)置LED燈和蜂鳴器同時(shí)進(jìn)行提示。倒計(jì)時(shí)顯示用于方便使用者知道需要等待時(shí)間，使用了四個(gè)觸摸屏來顯示。出于安全性的考慮，課題設(shè)計(jì)加入了超高溫報(bào)警模塊

16、，用一個(gè)溫度感應(yīng)器做為輸入，爐內(nèi)溫度高于規(guī)定的200時(shí)，報(bào)警器響起。如若報(bào)警器響起，此時(shí)可以按下停止/復(fù)原按鈕，微波爐會(huì)返回初始模式，停止/復(fù)原按鈕可用來清除之前按錯(cuò)的按鈕、停止加熱的功能，按下停止/復(fù)原按鈕設(shè)備就返回初始模式。 課題設(shè)計(jì)的微波爐控制系統(tǒng)的使用順序?yàn)椋宏P(guān)好爐門后，選擇工作模式，再選擇工作時(shí)間，按下開始鍵。微波爐開始工作，倒計(jì)時(shí)結(jié)束后，完成提示會(huì)響應(yīng)，再打開爐門，完成提示關(guān)閉，爐燈亮起，亮過十秒自動(dòng)熄滅，即可開始下一次的工作。如遇爐內(nèi)溫度過高超過200，警報(bào)模塊響應(yīng)，此時(shí)需按下停止/復(fù)原鍵，系統(tǒng)回到初始狀態(tài)。2.1 系統(tǒng)原理設(shè)計(jì)2.1.1 系統(tǒng)總體框圖設(shè)計(jì) 因?yàn)镻LC具有良好的可

17、編程性，快速精準(zhǔn)的信號(hào)控制能力和處理能力，通過鍵盤的輸入模塊，聲光顯示模塊等的輔助組成了基于PLC的控制系統(tǒng)，如圖1所示。圖1 系統(tǒng)原理框圖2.2 微波爐結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)2.2.1 微波爐結(jié)構(gòu)圖圖2 微波爐內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖 微波爐內(nèi)腔，一共有九個(gè)結(jié)構(gòu)，如圖2所示。 門限位開關(guān)：確保爐門封閉時(shí)，微波爐才能正常工作。 視頻窗：有金屬屏蔽層，防止微波的泄露?？赏高^網(wǎng)孔觀察食品烹飪 情況。 波導(dǎo)口：將磁控管發(fā)射的微波進(jìn)入腔體的通道。 轉(zhuǎn)軸：帶動(dòng)玻璃轉(zhuǎn)盤轉(zhuǎn)動(dòng)。 轉(zhuǎn)盤支承：支承玻璃轉(zhuǎn)盤并按其軌道轉(zhuǎn)動(dòng)。 玻璃轉(zhuǎn)盤：裝好食品的容器放在轉(zhuǎn)盤上，加熱時(shí)轉(zhuǎn)盤旋轉(zhuǎn)，使食品烹飪 均勻，以達(dá)到理想的均勻烹飪效果。 控制板：詳見控制面板

18、。 光波管：安裝在爐腔頂部，使用光波功能時(shí)發(fā)出光波。 金屬網(wǎng)架：光波烹飪食品時(shí)的托架。2.2.2 微波爐控制面板設(shè)計(jì)（1） 按鈕功能簡(jiǎn)介： 啟動(dòng)：當(dāng)關(guān)好爐門之后，選擇好了工作模式和工作時(shí)間后，按下此鍵之后，微波爐開始工作。停止/復(fù)原：任何時(shí)刻，按下停止/復(fù)原按鈕，微波爐停止工作，返回到初始狀態(tài)。加熱：快速將磁控管發(fā)射的微波設(shè)定當(dāng)前火力的合適加熱的值。燒烤：快速將磁控管發(fā)射的微波設(shè)定當(dāng)前火力的合適燒烤的值。解凍：快速將磁控管發(fā)射的微波設(shè)定當(dāng)前火力的合適解凍的值。10S：將微波爐工作時(shí)間設(shè)定為10秒。1Min：將微波爐工作時(shí)間設(shè)定為1分鐘。10Min：將微波爐工作時(shí)間設(shè)定為10分鐘。（2） 微波爐

19、的控制面板 控制面板如圖3所示。圖3 微波爐的控制面板示意3 控制系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)3.1 元件選擇 課題設(shè)計(jì)中，因?yàn)槲⒉t的主要電路部分為轉(zhuǎn)盤電路、風(fēng)扇電路和磁控管電路。風(fēng)扇和轉(zhuǎn)盤都需要電機(jī)的帶動(dòng)，微波需要磁控管和高壓變壓器的合作發(fā)出。所以在選擇元件時(shí)選擇了這幾個(gè)重要的元件：可編程控制器，轉(zhuǎn)盤電機(jī)，風(fēng)扇電機(jī)，磁控管，高壓變壓器，高壓電容器。 3.1.1 PLC的選擇以及基本參數(shù)可編程序控制器（Programmable Logic Controller）簡(jiǎn)稱PLC，它是以微處理器為基礎(chǔ)的通用工業(yè)控制裝置。它的適用范圍廣，功能強(qiáng)大，使用方便，使其已成為當(dāng)代工業(yè)自動(dòng)化的重要支柱之一l。PLC在國(guó)內(nèi)外已廣

20、泛地應(yīng)用在鋼鐵、石油、化工、電力、建材、機(jī)械制造、汽車、輕紡、文化娛樂、環(huán)保及交通運(yùn)輸?shù)雀鱾€(gè)行業(yè)2，PLC在其他領(lǐng)域，如家庭自動(dòng)化和民用中的應(yīng)用也是迅速發(fā)展，課題設(shè)計(jì)就基于PLC的智能微波爐控制系統(tǒng)進(jìn)行設(shè)計(jì)。PLC產(chǎn)品的種類繁多。PLC的型號(hào)不同，對(duì)應(yīng)著其編程方式、性能、容量、指令系統(tǒng)、結(jié)構(gòu)形式、價(jià)格等均各不相同，適用的場(chǎng)合也各有側(cè)重6。所以，正確的選用PLC，有利于提高可編程控制系統(tǒng)的技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)。 課題設(shè)計(jì)PLC選用三菱公司FX2N系列的，F(xiàn)X2N系列是三菱公司PLC是FX家族中最先進(jìn)的系列。具備高速處理及可增添大量滿足單個(gè)需求的特殊功能模塊等特征，為自動(dòng)化應(yīng)用提供最大的靈活性和控制能力。

21、 根據(jù)以上所提的功能要求，選擇具體的可編程控制器，對(duì)所需的輸入/輸出要求進(jìn)行了分析：繼電器驅(qū)動(dòng)：加熱、燒烤、解凍、轉(zhuǎn)盤、風(fēng)扇共5個(gè)輸出口。指示燈檢測(cè)：烹飪模式（三個(gè)），定時(shí)模式（三個(gè)）、高溫警報(bào)、完成提示，共8個(gè)輸出口。 蜂鳴器驅(qū)動(dòng)：2個(gè)輸出口（一個(gè)工作完成提醒的蜂鳴器，一個(gè)高溫報(bào)警蜂鳴器，與相應(yīng)的提示燈合用）。 爐燈：1個(gè)輸出口。 按鈕：?jiǎn)?dòng)按鈕、停止/復(fù)原按鈕、烹飪模式按鈕（三個(gè)）、定時(shí)按鈕（三個(gè)）共8個(gè)輸入口。 門狀態(tài)檢測(cè)：1個(gè)輸入口。溫度傳感器：1個(gè)輸入口。加起來總共需要14個(gè)輸出口，10個(gè)輸入口。 現(xiàn)在應(yīng)用最廣泛的程序編程控制器有三菱和西門子。三菱程序編程控制器使用范圍廣、帶寬穩(wěn)定、

22、成本低、傳輸質(zhì)量高、速率快、構(gòu)造易變通、適用面廣可是數(shù)據(jù)處理比西門子弱，但是課程設(shè)計(jì)中對(duì)數(shù)據(jù)處理要求不高。 西門子程序編程控制器性能強(qiáng)大、可操作性強(qiáng)、有相應(yīng)配套的伺服系統(tǒng)和組態(tài)軟件但是價(jià)錢過高。 根據(jù)其輸入輸出點(diǎn)數(shù)，綜合考慮選擇三菱FX2N系列的FX2N-32MR型的PLC，如圖4所示。圖4 三菱PLC系列FX2N32MR 三菱FX2N32MR具備高速運(yùn)算；系統(tǒng)配置即固定又變通；編程易懂簡(jiǎn)單；共同的外部設(shè)備；可自由的選擇，豐富的品種；外部機(jī)器通訊簡(jiǎn)單化；令人安心的高性能；使用于多種特殊用途，等優(yōu)點(diǎn)。輸入點(diǎn)：16，16點(diǎn)繼電器輸出，符合課題系統(tǒng)要求。3.1.2 電機(jī)的選擇以及基本參數(shù) 普通微波爐

23、中的風(fēng)扇電機(jī)大都采用1530W的單相罩極電機(jī)，其作用是對(duì)磁控管及高壓變壓器、爐腔等進(jìn)行通風(fēng)散熱3。單相罩極電機(jī)主要特點(diǎn)：構(gòu)造緊湊，起動(dòng)轉(zhuǎn)矩小，精巧美觀，噪音低，維護(hù)方便簡(jiǎn)單，振動(dòng)小。功率因數(shù)低約0.6，效率很低，25%以下。因此，課題設(shè)計(jì)選擇的是YJ61/10-2。YJ61型主要用于微波爐、吸頂式空調(diào)、自動(dòng)烘手機(jī)、冰箱、電教投影儀等。其技術(shù)參數(shù)如表1所示風(fēng)扇電機(jī)的主要作用是驅(qū)動(dòng)風(fēng)扇為爐腔及高壓變壓器、磁控管等進(jìn)行通風(fēng)散熱。如果風(fēng)扇電機(jī)不工作，就會(huì)造成磁控管溫升過高，使熱電斷路器動(dòng)作，切斷微波爐的電源。表1 YJ61/10-2電機(jī)技術(shù)參數(shù)型號(hào)頻率(Hz)輸出功率(W)負(fù)載電流(A)轉(zhuǎn)向電壓(V)

24、YJ61/10-25015.00.150逆時(shí)針220轉(zhuǎn)盤電機(jī)用于帶動(dòng)爐腔中的轉(zhuǎn)盤旋轉(zhuǎn)，使食品在微波場(chǎng)中的位置不斷改變，使食品加熱均勻。轉(zhuǎn)盤電機(jī)通常由永磁同步電機(jī)和減速齒輪組構(gòu)成，轉(zhuǎn)速為58轉(zhuǎn)/分，功率為35W。因此，課題設(shè)計(jì)選擇的是49TYJ-B-3。其主要技術(shù)參數(shù)見表2和表2.1。表2 49TYJ-B-3電機(jī)主要技術(shù)參數(shù)轉(zhuǎn) 速噪 音轉(zhuǎn) 矩空載功率絕緣電阻30rpm<45db10Kgf.cm<8W>100M表2.1 49TYJ-B-3電機(jī)主要技術(shù)參數(shù)額定頻率額定電壓溫 升絕緣強(qiáng)度空載電流50Hz220V60K1500VAC/min<25mA3.1.3 磁控管的選擇及其基

25、本參數(shù)磁控管是一種用于產(chǎn)生微波能量的真空電裝置，如圖5所示。管內(nèi)電子與高頻電磁場(chǎng)發(fā)生互相作用在互相垂直的恒定電廠和恒定磁場(chǎng)下，從恒定電場(chǎng)中獲得到的能量轉(zhuǎn)化為了微波能量，這樣就能實(shí)現(xiàn)產(chǎn)生微波能的目的。磁控管主要由磁控陰極和陽極、能量耦合裝置、磁路和調(diào)諧裝置五部分組成。固定頻率的磁控管中不設(shè)調(diào)諧裝置。其工作原理（如圖6所示）：在接通電源之后，高壓變壓器的次級(jí)燈絲線圈產(chǎn)生3.3V交流電提供給磁控管的燈絲。同時(shí)，高壓繞組產(chǎn)生2100V的交流高電壓經(jīng)過高電壓電容器的電流限制，磁控管陽極被加上經(jīng)過二極管整流之后得到的4200V的直流高壓，實(shí)現(xiàn)加速電場(chǎng)。使陰極發(fā)射的電子向陽極加速運(yùn)動(dòng)。在電子向陽極加速運(yùn)動(dòng)的

26、過程之中還受到永久磁鐵形成的垂直向上的磁場(chǎng)作用，所以電子是進(jìn)行邊旋轉(zhuǎn)邊向陽極加速運(yùn)動(dòng)，旋轉(zhuǎn)速度也不斷變快。陽極為內(nèi)齒輪狀，形成了偶數(shù)個(gè)空腔，這被稱為諧振腔。每個(gè)諧振腔就是一個(gè)微波諧振器，它的諧振頻率取決于諧振腔尺寸。當(dāng)電子通過共振腔的扇區(qū)時(shí)，電子會(huì)發(fā)生振蕩，而且頻率會(huì)一直增加。微波是電子頻率到達(dá)2450MHz形成的，由波導(dǎo)管口發(fā)射，再轉(zhuǎn)移到爐內(nèi)對(duì)食物進(jìn)行加熱。 圖5 磁控管結(jié)構(gòu)圖 圖6 磁控管的工作原理 1-陰極；2-陽極；3-天線；4-磁鐵 1-陰極；2-陽極；3-諧振腔；4-電子經(jīng)過查閱資料之后，課題設(shè)計(jì)選擇的是2M217系列磁控管，此磁控管的性能參數(shù)為表3所示。表3 2M217系列磁控管

27、性能參數(shù)陽極電壓平均功率頻率陽極電流燈絲電壓耐壓絕緣（min）4.2±0.2KV945±40W2458±10MHz300mA10±2A10KVDC200M3.1.4 高壓變壓器的選擇及其基本參數(shù) 高壓互感器是一種特殊的漏磁變壓器，變壓器的結(jié)構(gòu)在圖7所示。由圖可以發(fā)現(xiàn)，高壓變壓器由3個(gè)繞組構(gòu)成，交流220V市電電壓加在此繞組之中；兩個(gè)為各自的獨(dú)立次級(jí)繞組；就是輸出交流3.3V的燈絲電壓繞組和輸出交流2100V左右的高壓繞組。在初、次級(jí)繞組中有一定幾片厚度的硅鋼片，可以使其形成一個(gè)高磁阻隙磁的磁分路。當(dāng)高壓變壓器工作時(shí)，磁分路中會(huì)產(chǎn)生一定量的漏磁通，它可以控

28、制著變壓器的輸出電流，使磁控管的工作電流保持相對(duì)穩(wěn)定的狀態(tài)。圖7 微波爐高壓變壓器結(jié)構(gòu)圖這種變壓器可以在市電波動(dòng)范圍較大的情況下保持磁控管陽極電流的穩(wěn)定，因而在微波爐中得到了廣泛的應(yīng)用，除了特種產(chǎn)品之外，幾乎所有的微波爐都采用這種變壓器3。3.1.5 高壓電容器的選擇及其基本參數(shù)在微波爐電路中，高壓電容的主要作用就是“倍壓”作用。高壓電容與高壓二極管組成半波倍壓整流電路，將高壓變壓器次級(jí)輸出的2100V交流電壓，進(jìn)過半波倍壓整流就可獲得磁控管陽極所需的4200V直流高壓，又可使高壓變壓器減輕總量和縮小體積。微波爐的高壓電容器規(guī)格是1uf ，耐壓大約2000V交流。 內(nèi)部并聯(lián)

29、了一個(gè)10M歐姆的電阻作為關(guān)機(jī)后高壓電容的泄放電阻。3.2 控制系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì) 圖8為智能微波爐控制系統(tǒng)的主電路控制圖。圖8 主電路圖 QF1、QF2是低壓斷路器，又叫做自動(dòng)空氣開關(guān)。低壓斷路器可用于電能的分配，可以不頻繁地啟動(dòng)異步電動(dòng)機(jī)，還可以實(shí)現(xiàn)對(duì)電源線路和電動(dòng)機(jī)的保護(hù)功能。在線路發(fā)生短路、欠電壓和過載這些故障的情況下可以自動(dòng)的切斷電路，熔斷器式斷路器與過流、欠壓、熱繼電器等器件具備的功能，低壓斷路器同樣也具備，最重要的是在故障電流被分?jǐn)嘁院蠡旧隙疾槐馗鼡Q各零部件，所以低壓斷路器被廣泛地使用著。 FU1FU3是熔斷器，熔斷器的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、價(jià)格便宜、使用起來很方便，主要作為供電線路和電氣設(shè)備的

30、短路保護(hù)，當(dāng)通過熔斷器的電流超過某一范圍且過了設(shè)定的某一段時(shí)間之后，電流在熔斷器的熔體部分上面產(chǎn)生的熱轉(zhuǎn)盤電機(jī)的量會(huì)把熔體的某一部分融化掉使電路斷開，這樣就可以保護(hù)電路和設(shè)備。 KM1KM6是接觸器，接觸器是一種自動(dòng)切換開關(guān)，主要用來較頻繁地開斷交直流主電路和大容量控制電路等大電流電路。KM1為轉(zhuǎn)盤電機(jī)的繼電器；KM2為風(fēng)扇電機(jī)的繼電器；KM3為爐燈的繼電器；KM4KM6相應(yīng)為加熱模式、燒烤模式、解凍模式的繼電器，其工作原理為，利用變比不同，電壓不同，磁控管發(fā)出的微波不同，就呈現(xiàn)出工作模式的不同。 FR1、FR2是熱繼電器，熱繼電器是利用電流的熱效應(yīng)原理，然后在電動(dòng)機(jī)出現(xiàn)其不能承受的過載的時(shí)候

31、切斷電動(dòng)機(jī)電路，為電動(dòng)機(jī)提供過載保護(hù)的保護(hù)電器。當(dāng)電動(dòng)機(jī)的工作電流不超過額定電流時(shí)，熱繼電器應(yīng)該可靠的不動(dòng)作。4 控制系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)4.1 PLC控制設(shè)計(jì)4.1.1 PLC輸入輸出明細(xì)（1）輸入部分 限位開關(guān)：設(shè)置一個(gè)微波爐門開關(guān)，利用開關(guān)的不同狀態(tài)模擬微波爐的開關(guān)門。 時(shí)間設(shè)定：通過調(diào)整10分、1分、10秒按鈕，設(shè)定系統(tǒng)的工作時(shí)間，按啟動(dòng)按鈕開始倒計(jì)時(shí)，倒計(jì)時(shí)結(jié)束，電機(jī)停止轉(zhuǎn)動(dòng)。 烹飪模塊設(shè)定：可獨(dú)立智能設(shè)置不同的烹飪模塊（加熱，燒烤，解凍），同時(shí)不同的模塊可以分不同的時(shí)間段進(jìn)行工作。 啟動(dòng)：在設(shè)置好模式和時(shí)間之后，按下此按鈕，微波爐開始工作。 停止/復(fù)原：可在微波爐運(yùn)行之前做復(fù)原按鈕，清除已

32、按的按鈕；可在微波爐運(yùn)行時(shí)，停止運(yùn)行，倒計(jì)時(shí)結(jié)束，返回到待機(jī)狀態(tài)；可在超溫報(bào)警器響后，按下此按鈕做為復(fù)原按鈕。 安全自檢：設(shè)置一個(gè)過高溫按鈕，模擬爐內(nèi)溫度高于200時(shí)，危險(xiǎn)警報(bào)。（2）輸出部分 繼電器驅(qū)動(dòng)：加熱、燒烤和解凍的火力值不同，此區(qū)別由硬件完成，所以加熱、燒烤和解凍的繼電器不同。轉(zhuǎn)盤電機(jī)和風(fēng)扇電機(jī)也各需要一個(gè)繼電器驅(qū)動(dòng)。 蜂鳴器：此設(shè)計(jì)中需要兩個(gè)蜂鳴器，并且兩個(gè)蜂鳴器的聲音需不一樣，以便分別工作完成提醒和過高溫提醒。當(dāng)一次的微波爐運(yùn)行完成之后，蜂鳴器響起，以便提醒運(yùn)行完成。在溫度感應(yīng)器高電平時(shí)，警報(bào)器響起，提醒危險(xiǎn)信號(hào)。 指示燈：在面板上，每個(gè)按鈕都有一個(gè)指示燈，以便顯示當(dāng)前是什么模式

33、。 爐燈：在爐門打開時(shí)亮起以便于使用者放置需要加熱的食品，爐燈亮了超過10秒之后出于節(jié)能的性能要求會(huì)自動(dòng)熄滅。4.1.2 PLC的I/O口分配表 輸入點(diǎn)的分配如表3所示。表3 輸入點(diǎn)分配表元器件代號(hào)地址號(hào)功能說明SB1X000啟動(dòng)續(xù)表3SB2X001停止/復(fù)原SY1X002門限位開關(guān)SB3X003烹飪模式SB4X004燒烤模式SB5X00510SSB6X0061MinSB7X00710MinSB8X010高溫檢測(cè)SB9X011解凍模式輸出點(diǎn)的分配如表4所示。表4 輸出點(diǎn)分配表元器件代號(hào)地址號(hào)功能說明HB1Y000工作完成提示HB2Y001高溫警報(bào)提示HB3Y002加熱指示燈HB4Y003燒烤指

34、示燈HB5Y00410S指示燈HB6Y0051Min指示燈HB7Y00610Min指示燈HB8Y007解凍指示燈KM1Y010轉(zhuǎn)盤電機(jī)繼電器HL9Y011爐燈KM2Y012風(fēng)扇電機(jī)繼電器KM3Y013加熱繼電器KM4Y014燒烤繼電器KM5Y015解凍繼電器4.1.3 PLC的I/O接線圖 PLC的I/O接線圖如圖9所示：圖9 I/O接線圖4.2 程序流程圖 課題設(shè)計(jì)的程序流程圖為圖10所示。 圖10 程序流程圖4.3 編程規(guī)則及其注意事項(xiàng) 梯形圖作為PLC的一種編程語言，在繪制的時(shí)候具有一定的規(guī)則。在繪制梯形圖的時(shí)候，應(yīng)該要注意下列方面： 梯形圖的每一種符號(hào)，都要以左母線作為起點(diǎn)，以右母線作

35、為終點(diǎn)（右母線可以省略）從左往右按行繪制出來的。每行起始的觸點(diǎn)群作為該行梯形圖的“執(zhí)行條件”，跟右母線相連接的應(yīng)該是輸出線圈或者功能指令，不可以是觸點(diǎn)7。當(dāng)一行寫完了，再?gòu)纳贤乱来螌懴乱恍?。需要注意的是，觸點(diǎn)不可以接在線圈的右邊，線圈也不可以直接跟左母線相連接，必須通過觸點(diǎn)再連接。 觸點(diǎn)應(yīng)該畫在水平線上，不能畫在垂直分支線上（除了主控觸點(diǎn)）4。 當(dāng)有幾個(gè)電路塊并聯(lián)，頂端應(yīng)該放置觸點(diǎn)最多的支路塊。如果有幾個(gè)支路塊串聯(lián)的時(shí)候，應(yīng)該把并聯(lián)支路多的盡量放在靠近左母線的位置。這樣就可以使編寫的程序簡(jiǎn)潔明了，減少指令語句。 課題設(shè)計(jì)中，使用的步進(jìn)指令。步進(jìn)接點(diǎn)只有常開接點(diǎn)，它的右側(cè)連接的其他繼電器接點(diǎn)在

36、編寫語句表程序時(shí)要用LD或LDI指令開始。步進(jìn)返回指令（RET）用于狀態(tài)(S)流程結(jié)束時(shí)，返回主程序（母線），它只能與狀態(tài)接點(diǎn)連接5。4.4 程序說明 課題畢業(yè)設(shè)計(jì)采用的是日本三菱公司生產(chǎn)的PLC的編程軟件GX developer進(jìn)行編寫程序和調(diào)試程序的，GX developer可用于三菱公司生產(chǎn)的各大系列的PLC，它具有軟件的共通化、程序的標(biāo)準(zhǔn)化以及調(diào)試功能的多樣化等特點(diǎn)。根據(jù)畢業(yè)設(shè)計(jì)的控制要求編寫的控制程序如下所示：圖11 爐燈顯示如圖11所示，X002為系統(tǒng)的門限位開關(guān)，Y011為系統(tǒng)的爐燈輸出。打開爐門即斷開X002時(shí)，Y011得電，形成自鎖，T9開始計(jì)時(shí)，到達(dá)7秒之后，T9響應(yīng)，Y0

37、11斷電即爐燈滅。此語句實(shí)現(xiàn)爐門打開時(shí)，爐燈會(huì)亮7秒，方便使用者放入或者拿出食品。圖12 停止/復(fù)原模塊如圖12所示，X001為系統(tǒng)的停止/復(fù)原鍵，按下此鍵時(shí)，系統(tǒng)程序中各個(gè)數(shù)值被清零。圖13 初始化狀態(tài)程序得電或者X001接通即按下停止/復(fù)原鍵時(shí)，狀態(tài)S0置一，進(jìn)入S0狀態(tài)。此系統(tǒng)的運(yùn)行模式為先關(guān)門再選擇功能模式，X002為開關(guān)，在關(guān)門之后，X003對(duì)應(yīng)加熱工作模式，X004對(duì)應(yīng)燒烤工作模式，X005對(duì)應(yīng)解凍工作模式，按下某一按鈕，進(jìn)入相應(yīng)的狀態(tài)。圖14 加熱工作模塊如圖14所示，如若，在S0模塊中，選擇的是加熱模式即按下了X003按鈕，進(jìn)入了S20狀態(tài)，即加熱模式的指示燈Y002亮起。T4

38、開始計(jì)時(shí)，過2秒之后，進(jìn)入S33狀態(tài)。圖15 燒烤工作模式如圖15所示，如若，在S0模塊中，選擇的是燒烤模式即按下了X004按鈕，進(jìn)入了S31狀態(tài)，即燒烤模式的指示燈Y003亮起。T5開始計(jì)時(shí)，過2秒之后，進(jìn)入S33狀態(tài)。圖16 解凍工作模式如圖16所示，如若，在S0模塊中，選擇的是燒烤模式即按下了X004按鈕，進(jìn)入了S31狀態(tài)，即燒烤模式的指示燈Y003亮起。T5開始計(jì)時(shí)，過2秒之后，進(jìn)入S33狀態(tài)。圖17 工作時(shí)間選擇如圖17所示，進(jìn)入S33狀態(tài)，即選擇工作時(shí)間。X005相對(duì)應(yīng)于工作時(shí)間10秒，X006相對(duì)應(yīng)于工作時(shí)間1分鐘，X007相對(duì)應(yīng)于工作時(shí)間10分鐘。按下某一按鈕，將進(jìn)入相應(yīng)工作時(shí)

39、間模式。圖18 選擇10秒如圖18所示，如若，在S33模塊中，選擇的是10秒即按下了X005按鈕，進(jìn)入了S21狀態(tài)，即10秒的指示燈Y004亮起。圖19 10秒工作時(shí)間，開始運(yùn)行如圖19所示，關(guān)門之后，選擇好了工作模式和工作時(shí)間之后，就可按下啟動(dòng)鍵，開啟微波爐。選擇了10秒的工作時(shí)間按下啟動(dòng)按鈕X000后，進(jìn)入S22狀態(tài)，即Y004得電，10秒指示燈亮起，Y012和Y010分別為風(fēng)扇電機(jī)繼電器和轉(zhuǎn)盤電機(jī)繼電器，Y012和Y010得電，風(fēng)扇電機(jī)和轉(zhuǎn)盤電機(jī)運(yùn)作。一種模式的繼電器與另外兩種模式的提示燈進(jìn)行互鎖。圖20 10秒顯示模塊如圖20所示，按下X000啟動(dòng)鍵，就將常數(shù)10送入D0，觸摸屏上顯示

40、0：10，過了1秒T0響應(yīng)，以M8013做為秒脈沖，D0每隔1秒減一，直到C0計(jì)數(shù)10次，即過了10秒，C0響應(yīng)，D0停止減數(shù)。圖21 高溫報(bào)警模塊如圖21所示，X010為溫度傳感器，檢查到爐內(nèi)溫度高于200攝氏度時(shí)，X010接通，Y001為高溫報(bào)警提示，Y001得電響應(yīng)。X010與Y001自鎖。圖22 選擇1分鐘如圖22所示，如若，在S33模塊中，選擇的是1分鐘即按下了X006按鈕，進(jìn)入了S25狀態(tài)，即1分鐘的指示燈Y005亮起。圖23 1分鐘工作時(shí)間，開始運(yùn)行如圖23所示，關(guān)門之后，選擇好了工作模式和工作時(shí)間之后，就可按下啟動(dòng)鍵，開啟微波爐。選擇了1分鐘的工作時(shí)間按下啟動(dòng)按鈕X000后，進(jìn)

41、入S26狀態(tài)，即Y005得電，1分鐘指示燈亮起，Y012和Y010分別為風(fēng)扇電機(jī)繼電器和轉(zhuǎn)盤電機(jī)繼電器，Y012和Y010得電，風(fēng)扇電機(jī)和轉(zhuǎn)盤電機(jī)運(yùn)作。一種模式的繼電器與另外兩種模式的提示燈進(jìn)行互鎖。圖24 1分鐘顯示模塊如圖24所示，按下X000啟動(dòng)鍵，就將常數(shù)60送入D0，觸摸屏上顯示0：60，過了1秒T1響應(yīng)，以M8013做為秒脈沖，D0每隔1秒減一，直到C0計(jì)數(shù)60次，即過了10秒，C1響應(yīng)，D0停止減數(shù)。圖25 高溫報(bào)警模塊如圖25所示，X010為溫度傳感器，檢查到爐內(nèi)溫度高于200攝氏度時(shí)，X010接通，Y001為高溫報(bào)警提示，Y001得電響應(yīng)。X010與Y001自鎖。圖26 選擇

42、10分鐘如圖26所示，如若，在S33模塊中，選擇的是10分鐘即按下了X007按鈕，進(jìn)入了S29狀態(tài)，即10分鐘的指示燈Y006亮起。圖27 1分鐘工作時(shí)間，開始運(yùn)行如圖27所示，關(guān)門之后，選擇好了工作模式和工作時(shí)間之后，就可按下啟動(dòng)鍵，開啟微波爐。選擇了10分鐘的工作時(shí)間按下啟動(dòng)按鈕X000后，進(jìn)入S30狀態(tài)，即Y006得電，10分鐘指示燈亮起，Y012和Y010分別為風(fēng)扇電機(jī)繼電器和轉(zhuǎn)盤電機(jī)繼電器，Y012和Y010得電，風(fēng)扇電機(jī)和轉(zhuǎn)盤電機(jī)運(yùn)作。一種模式的繼電器與另外兩種模式的提示燈進(jìn)行互鎖。圖28 10分鐘顯示模塊如圖28所示，按下X000啟動(dòng)鍵，就將常數(shù)10送入D1,將常數(shù)00送入D0，

43、觸摸屏上顯示10：00，過了1秒T1響應(yīng)，D1減1，將常數(shù)59送入D0，此時(shí)顯示為9:59。9:59顯示T3時(shí)間即1秒之后，以M8013為秒脈沖，D0每隔1秒減一，減到59次，C0響應(yīng)，DECP D0斷電，停止減數(shù)，當(dāng)前為9:00，顯示T7時(shí)間即1秒之后，D0重新賦值59，D1減一，C0清零即D0又每隔1秒減一，T7響應(yīng)9次即再過9個(gè)1分鐘，C2得電。T8計(jì)時(shí)1秒，用來顯示0:59。T8響應(yīng)，DECP D0接通，D0每隔1秒減一,59秒之后，C3響應(yīng)。圖29 高溫報(bào)警模塊如圖29所示，X010為溫度傳感器，檢查到爐內(nèi)溫度高于200攝氏度時(shí)，X010接通，Y001為高溫報(bào)警提示，Y001得電響應(yīng)

44、。X010與Y001自鎖。圖30 跳到結(jié)束模塊如圖30所示，在S22、S26、S30這三個(gè)不同的工作時(shí)間模塊下，每個(gè)模塊的最后定時(shí)計(jì)數(shù)器響應(yīng)即時(shí)間結(jié)束時(shí)，都跳入S23模塊。圖31 結(jié)束模塊如圖31所示，在S23模塊中，完成提示Y000響應(yīng)，計(jì)數(shù)器C0C3清零，三種模式燈也被清零。圖32 開門模塊如圖32所示，開門時(shí)，爐燈Y011亮起，爐燈亮了10秒之后，T10響應(yīng)，爐燈自行熄滅，控制系統(tǒng)返回初始狀態(tài)S0即爐燈滅后方能進(jìn)行下一次的工作。圖33 程序結(jié)束如圖33所示，步進(jìn)指令返回，程序結(jié)束。5 仿真調(diào)試程序設(shè)計(jì)采用的是日本三菱公司的GT designer軟件進(jìn)行智能微波爐控制系統(tǒng)的仿真和調(diào)試的，G

45、T designer可以通過與GX developer的配合使用模擬開關(guān)量的輸入輸出等過程，并且具有數(shù)值顯示、輸入等功能。 本畢業(yè)設(shè)計(jì)所設(shè)計(jì)的智能微波爐控制系統(tǒng)的仿真結(jié)果如下所示：圖34 關(guān)門圖34為通電后，使用者把食物已放入微波爐內(nèi)，把爐門已關(guān)緊時(shí)的系統(tǒng)。圖35 工作模式的選擇圖35為關(guān)好爐門之后，使用者選擇工作模式之后的系統(tǒng)仿真，工作模式燈亮起（以加熱模式舉例）。圖36 工作時(shí)間的選擇圖36為關(guān)好爐門之后，選擇了工作模式之后選擇了工作時(shí)間的系統(tǒng)仿真，工作模式燈和時(shí)間指示燈亮起（以加熱模式下工作10分鐘為例）。圖37 系統(tǒng)工作圖37為管好爐門之后，選擇了工作模式之后選擇了工作時(shí)間的系統(tǒng)再按下

46、了開始按鈕的系統(tǒng)仿真。轉(zhuǎn)盤電機(jī)和風(fēng)扇電機(jī)運(yùn)作，加熱模式的繼電器得電。圖38 工作結(jié)束圖38為工作時(shí)間結(jié)束后的系統(tǒng)仿真，完成聲光提示。圖39 開門圖39為完成提示后，使用主打開爐門取出食物的系統(tǒng)仿真，爐燈打開，亮10秒。圖40 高溫報(bào)警圖40為舉例超溫時(shí)的系統(tǒng)仿真，報(bào)警器和報(bào)警燈響起，直至使用者來按下停止/復(fù)原鍵。6 結(jié)束語本次的畢業(yè)設(shè)計(jì)已經(jīng)接近尾聲?；赑LC的智能微波爐系統(tǒng)的設(shè)計(jì)涉及到了計(jì)算機(jī)的軟硬件知識(shí)，通過對(duì)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)和調(diào)試，本次的畢業(yè)設(shè)計(jì)提出了基于PLC的PLC的智能微波爐系統(tǒng)的設(shè)計(jì)的基本方案，完成了系統(tǒng)硬件電路的設(shè)計(jì)和系統(tǒng)軟件電路的設(shè)計(jì)并且編寫了微波爐的控制程序等。在編寫程序的過程中，出現(xiàn)了很多問題，主要是剛開始不太了解步進(jìn)指令中的并行分支、匯合編程，導(dǎo)致步數(shù)一下膨脹到接近1000步