智能微波爐控制系統(tǒng)設計論文

緒論1.1設計意義微波爐已經(jīng)逐漸走進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，設計中實現(xiàn)了微波爐的三大基本功能。①食品加熱——使用微波爐進行食品加熱既方便又快捷。在加熱過程中，微波會以每秒24.5億次的頻率使食品中的極性分子（如水分子）震動摩擦，產(chǎn)生分子熱。同時，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，所以加熱時間會縮短，升溫速率加快，操作也簡便。②食品解凍——冷凍食品在很短的時間內(nèi)很難解凍，人們往往會很十分困苦。利用微波爐解凍，則可在微波所能到達的深度范圍里內(nèi)外同時受熱解凍，速度快。微波爐從設計上保證了在解凍檔解凍時，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。③燒烤——一般家庭里都沒有烤箱，因此在微波爐上配有簡易的燒烤功能，對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行超高溫報警、功能完善、易學易用、系統(tǒng)設計周期短、體積小等優(yōu)點成為現(xiàn)代工業(yè)控制的三大支柱（PLC、CAD/CAM、ROBOT）之一。因此，課題設計采用PLC作為控制器。1.2設計內(nèi)容（1）硬件：分析微波爐的工作流程，設計全自動智能微波爐控制電路；控制器接線圖；主電路圖；電機選擇；組件選型。顯示電路；工作結束閃爍提示；提示電路；按鈕控制電路。（2）軟件：設計智能微波爐控制程序。控制要求：能夠控制智能微波爐的啟動/停止/復原；箱門密封安檢；當前工作模式顯示；工作閃爍提示等。1.3設計要求（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）撰寫設計說明書，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)、氨基酸的存活率會比其他方法高許多。與煤爐、煤氣相比較而言，其工作時不會產(chǎn)生類似于碳未完全焚燒而導致有害氣體和煙塵，其工作加熱食物是在爐腔中實現(xiàn)的，不會存在明火，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下，持續(xù)產(chǎn)生微波，微波通過波導系統(tǒng)，耦合到腔內(nèi)。在入口處的空腔中有一個旋轉(zhuǎn)的攪拌器，因為攪拌器是一個金屬風扇，由于金屬可以反射微波，攪拌器可以各個方向的旋轉(zhuǎn)，所以微波能被反射到爐內(nèi)每一個角落，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500～1000W。圖1.1微波爐示意圖1.5微波爐的工作原理（1）微波的特性微波是一種頻率為300MHz~300GHz的電磁波，微波波長很短，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)時被吸收，在同一時間，微波電磁能量轉(zhuǎn)化為熱能。由于微波的高頻率，微波傳輸需要高導電性的波導管。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，以防對微波通訊造成干擾。國際上，家用微波爐有915MHz和2450MHz兩個頻率，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，微波能量通過波導管傳到爐內(nèi)腔中。因為金屬的特性，微波不能穿過爐內(nèi)，只能在爐腔中反復折射，反復穿透食品，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總體方案設計按照任務書設計的要求，課題設計是基于三菱PLC實現(xiàn)對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)。課題設計在烹飪模式顯示、爐門密封、時間倒計時顯示和加溫完畢智能提醒等方面進行了設計。在課題次設計中，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LED燈反映，每1個燈對應1種模式。時間設置中，設定了10秒（10S）、1分鐘（1Min）、10分鐘（10Min）3個選擇項，3時間模式也通過3個LED燈反映，每1個對應1種模式，用于選擇加熱的時間。爐門的密封通過一個限位開關感應，限位開關感應為高電平時，即為爐門關閉，反之，則為爐門打開，只有當爐門關閉時，微波爐才能工作。加溫完畢后，設置LED燈和蜂鳴器同時進行提示。倒計時顯示用于方便使用者知道需要等待時間，使用了四個觸摸屏來顯示。出于安全性的考慮，課題設計加入了超高溫報警模塊，用一個溫度感應器做為輸入，爐內(nèi)溫度高于規(guī)定的200℃時，報警器響起。如若報警器響起，此時可以按下停止/復原按鈕，微波爐會返回初始模式，停止/復原按鈕可用來清除之前按錯的按鈕、停止加熱的功能，按下停止/復原按鈕設備就返回初始模式。課題設計的微波爐控制系統(tǒng)的使用順序為：關好爐門后，選擇工作模式，再選擇工作時間，按下開始鍵。微波爐開始工作，倒計時結束后，完成提示會響應，再打開爐門，完成提示關閉，爐燈亮起，亮過十秒自動熄滅，即可開始下一次的工作。如遇爐內(nèi)溫度過高超過200℃，警報模塊響應，此時需按下停止/復原鍵，系統(tǒng)回到初始狀態(tài)。2.1系統(tǒng)原理設計2.1.1系統(tǒng)總體框圖設計因為PLC具有良好的可編程性，快速精準的信號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微波爐結構設計2.2.1微波爐結構圖圖2微波爐內(nèi)部結構圖微波爐內(nèi)腔，一共有九個結構，如圖2所示。①門限位開關：確保爐門封閉時，微波爐才能正常工作。②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。③波導口：將磁控管發(fā)射的微波進入腔體的通道。④轉(zhuǎn)軸：帶動玻璃轉(zhuǎn)盤轉(zhuǎn)動。⑤轉(zhuǎn)盤支承：支承玻璃轉(zhuǎn)盤并按其軌道轉(zhuǎn)動。⑥玻璃轉(zhuǎn)盤：裝好食品的容器放在轉(zhuǎn)盤上，加熱時轉(zhuǎn)盤旋轉(zhuǎn)，使食品烹飪 均勻，以達到理想的均勻烹飪效果。⑦控制板：詳見控制面板。⑧光波管：安裝在爐腔頂部，使用光波功能時發(fā)出光波。⑨金屬網(wǎng)架：光波烹飪食品時的托架。2.2.2微波爐控制面板設計（1）按鈕功能簡介：啟動：當關好爐門之后，選擇好了工作模式和工作時間后，按下此鍵之后，微波爐開始工作。停止/復原：任何時刻，按下停止/復原按鈕，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)射的微波設定當前火力的合適加熱的值。燒烤：快速將磁控管發(fā)射的微波設定當前火力的合適燒烤的值。解凍：快速將磁控管發(fā)射的微波設定當前火力的合適解凍的值。10S：將微波爐工作時間設定為10秒。1Min：將微波爐工作時間設定為1分鐘。10Min：將微波爐工作時間設定為10分鐘。微波爐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)硬件設計3.1元件選擇課題設計中，因為微波爐的主要電路部分為轉(zhuǎn)盤電路、風扇電路和磁控管電路。風扇和轉(zhuǎn)盤都需要電機的帶動，微波需要磁控管和高壓變壓器的合作發(fā)出。所以在選擇元件時選擇了這幾個重要的元件：可編程控制器，轉(zhuǎn)盤電機，風扇電機，磁控管，高壓變壓器，高壓電容器。3.1.1PLC的選擇以及基本參數(shù)可編程序控制器（ProgrammableLogicController）簡稱PLC，它是以微處理器為基礎的通用工業(yè)控制裝置。它的適用范圍廣，功能強大，使用方便，使其已成為當代工業(yè)自動化的重要支柱之一[l]。PLC在國內(nèi)外已廣泛地應用在鋼鐵、石油、化工、電力、建材、機械制造、汽車、輕紡、文化娛樂、環(huán)保及交通運輸?shù)雀鱾€行業(yè)[2]，PLC在其他領域，如家庭自動化和民用中的應用也是迅速發(fā)展，課題設計就基于PLC的智能微波爐控制系統(tǒng)進行設計。PLC產(chǎn)品的種類繁多。PLC的型號不同，對應著其編程方式、性能、容量、指令系統(tǒng)、結構形式、價格等均各不相同，適用的場合也各有側(cè)重[6]。所以，正確的選用PLC，有利于提高可編程控制系統(tǒng)的技術經(jīng)濟指標。課題設計PLC選用三菱公司FX2N系列的，F(xiàn)X2N系列是三菱公司PLC是FX家族中最先進的系列。具備高速處理及可增添大量滿足單個需求的特殊功能模塊等特征，為自動化應用提供最大的靈活性和控制能力。根據(jù)以上所提的功能要求，選擇具體的可編程控制器，對所需的輸入/輸出要求進行了分析：繼電器驅(qū)動：加熱、燒烤、解凍、轉(zhuǎn)盤、風扇共5個輸出口。指示燈檢測：烹飪模式（三個），定時模式（三個）、高溫警報、完成提示，共8個輸出口。

蜂鳴器驅(qū)動：2個輸出口（一個工作完成提醒的蜂鳴器，一個高溫報警蜂鳴器，與相應的提示燈合用）。爐燈：1個輸出口。按鈕：啟動按鈕、停止/復原按鈕、烹飪模式按鈕（三個）、定時按鈕（三個）共8個輸入口。門狀態(tài)檢測：1個輸入口。溫度傳感器：1個輸入口。加起來總共需要14個輸出口，10個輸入口?，F(xiàn)在應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、成本低、傳輸質(zhì)量高、速率快、構造易變通、適用面廣可是數(shù)據(jù)處理比西門子弱，但是課程設計中對數(shù)據(jù)處理要求不高。西門子程序編程控制器性能強大、可操作性強、有相應配套的伺服系統(tǒng)和組態(tài)軟件但是價錢過高。根據(jù)其輸入輸出點數(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FX2N—32MR三菱FX2N—32MR具備高速運算；系統(tǒng)配置即固定又變通；編程易懂簡單；共同的外部設備；可自由的選擇，豐富的品種；外部機器通訊簡單化；令人安心的高性能；使用于多種特殊用途，等優(yōu)點。輸入點：16，16點繼電器輸出，符合課題系統(tǒng)要求。3.1.2電機的選擇以及基本參數(shù)普通微波爐中的風扇電機大都采用15~30W的單相罩極電機，其作用是對磁控管及高壓變壓器、爐腔等進行通風散熱[3]。單相罩極電機主要特點：構造緊湊，起動轉(zhuǎn)矩小，精巧美觀，噪音低，維護方便簡單，振動小。功率因數(shù)低約0.6，效率很低，25%以下。因此，課題設計選擇的是YJ61/10-2。YJ61型主要用于微波爐、吸頂式空調(diào)、自動烘手機、冰箱、電教投影儀等。其技術參數(shù)如表1所示風扇電機的主要作用是驅(qū)動風扇為爐腔及高壓變壓器、磁控管等進行通風散熱。如果風扇電機不工作，就會造成磁控管溫升過高，使熱電斷路器動作，切斷微波爐的電源。表1YJ61/10-2電機技術參數(shù)型號頻率(Hz)輸出功率(W)負載電流(A)轉(zhuǎn)向電壓(V)YJ61/10-25015.00.150逆時針220轉(zhuǎn)盤電機用于帶動爐腔中的轉(zhuǎn)盤旋轉(zhuǎn)，使食品在微波場中的位置不斷改變，使食品加熱均勻。轉(zhuǎn)盤電機通常由永磁同步電機和減速齒輪組構成，轉(zhuǎn)速為5～8轉(zhuǎn)/分，功率為3～5W。因此，課題設計選擇的是49TYJ-B-3。其主要技術參數(shù)見表2和表2.1。表249TYJ-B-3電機主要技術參數(shù)轉(zhuǎn)速噪音轉(zhuǎn)矩空載功率絕緣電阻30rpm<45db10Kgf.cm<8W>100MΩ表2.149TYJ-B-3電機主要技術參數(shù)額定頻率額定電壓溫升絕緣強度空載電流50Hz220V60K1500VAC/min<25mA3.1.3磁控管的選擇及其基本參數(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)電子與高頻電磁場發(fā)生互相作用在互相垂直的恒定電廠和恒定磁場下，從恒定電場中獲得到的能量轉(zhuǎn)化為了微波能量，這樣就能實現(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，高壓變壓器的次級燈絲線圈產(chǎn)生3.3V交流電提供給磁控管的燈絲。同時，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，實現(xiàn)加速電場。使陰極發(fā)射的電子向陽極加速運動。在電子向陽極加速運動的過程之中還受到永久磁鐵形成的垂直向上的磁場作用，所以電子是進行邊旋轉(zhuǎn)邊向陽極加速運動，旋轉(zhuǎn)速度也不斷變快。陽極為內(nèi)齒輪狀，形成了偶數(shù)個空腔，這被稱為諧振腔。每個諧振腔就是一個微波諧振器，它的諧振頻率取決于諧振腔尺寸。當電子通過共振腔的扇區(qū)時，電子會發(fā)生振蕩，而且頻率會一直增加。微波是電子頻率到達2450MHz形成的，由波導管口發(fā)射，再轉(zhuǎn)移到爐內(nèi)對食物進行加熱。圖5磁控管結構圖圖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，課題設計選擇的是2M217系列磁控管，此磁控管的性能參數(shù)為表3所示。表32M217系列磁控管性能參數(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±2A10KVDC200MΩ3.1.4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，變壓器的結構在圖7所示。由圖可以發(fā)現(xiàn)，高壓變壓器由3個繞組構成，交流220V市電電壓加在此繞組之中；兩個為各自的獨立次級繞組；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、次級繞組中有一定幾片厚度的硅鋼片，可以使其形成一個高磁阻隙磁的磁分路。當高壓變壓器工作時，磁分路中會產(chǎn)生一定量的漏磁通，它可以控制著變壓器的輸出電流，使磁控管的工作電流保持相對穩(wěn)定的狀態(tài)。圖7微波爐高壓變壓器結構圖這種變壓器可以在市電波動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，將高壓變壓器次級輸出的2100V交流電壓，進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)了一個10M歐姆的電阻作為關機后高壓電容的泄放電阻。3.2控制系統(tǒng)硬件設計圖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，又叫做自動空氣開關。低壓斷路器可用于電能的分配，可以不頻繁地啟動異步電動機，還可以實現(xiàn)對電源線路和電動機的保護功能。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斷以后基本上都不必更換各零部件，所以低壓斷路器被廣泛地使用著。FU1～FU3是熔斷器，熔斷器的結構簡單、價格便宜、使用起來很方便，主要作為供電線路和電氣設備的短路保護，當通過熔斷器的電流超過某一范圍且過了設定的某一段時間之后，電流在熔斷器的熔體部分上面產(chǎn)生的熱轉(zhuǎn)盤電機的量會把熔體的某一部分融化掉使電路斷開，這樣就可以保護電路和設備。KM1～KM6是接觸器，接觸器是一種自動切換開關，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)盤電機的繼電器；KM2為風扇電機的繼電器；KM3為爐燈的繼電器；KM4～KM6相應為加熱模式、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原理，然后在電動機出現(xiàn)其不能承受的過載的時候切斷電動機電路，為電動機提供過載保護的保護電器。當電動機的工作電流不超過額定電流時，熱繼電器應該可靠的不動作。4控制系統(tǒng)軟件設計4.1PLC控制設計4.1.1PLC輸入輸出明細（1）輸入部分①限位開關：設置一個微波爐門開關，利用開關的不同狀態(tài)模擬微波爐的開關門。②時間設定：通過調(diào)整10分、1分、10秒按鈕，設定系統(tǒng)的工作時間，按啟動按鈕開始倒計時，倒計時結束，電機停止轉(zhuǎn)動。③烹飪模塊設定：可獨立智能設置不同的烹飪模塊（加熱，燒烤，解凍），同時不同的模塊可以分不同的時間段進行工作。④啟動：在設置好模式和時間之后，按下此按鈕，微波爐開始工作。⑤停止/復原：可在微波爐運行之前做復原按鈕，清除已按的按鈕；可在微波爐運行時，停止運行，倒計時結束，返回到待機狀態(tài)；可在超溫報警器響后，按下此按鈕做為復原按鈕。⑥安全自檢：設置一個過高溫按鈕，模擬爐內(nèi)溫度高于200℃時，危險警報。（2）輸出部分①繼電器驅(qū)動：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)盤電機和風扇電機也各需要一個繼電器驅(qū)動。

②蜂鳴器：此設計中需要兩個蜂鳴器，并且兩個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。當一次的微波爐運行完成之后，蜂鳴器響起，以便提醒運行完成。在溫度感應器高電平時，警報器響起，提醒危險信號。③指示燈：在面板上，每個按鈕都有一個指示燈，以便顯示當前是什么模式。④爐燈：在爐門打開時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)能的性能要求會自動熄滅。4.1.2PLC的I/O口分配表輸入點的分配如表3所示。表3輸入點分配表元器件代號地址號功能說明SB1X000啟動續(xù)表3SB2X001停止/復原SY1X002門限位開關SB3X003烹飪模式SB4X004燒烤模式SB5X00510SSB6X0061MinSB7X00710MinSB8X010高溫檢測SB9X011解凍模式輸出點的分配如表4所示。表4輸出點分配表元器件代號地址號功能說明HB1Y000工作完成提示HB2Y001高溫警報提示HB3Y002加熱指示燈HB4Y003燒烤指示燈HB5Y00410S指示燈HB6Y0051Min指示燈HB7Y00610Min指示燈HB8Y007解凍指示燈KM1Y010轉(zhuǎn)盤電機繼電器HL9Y011爐燈KM2Y012風扇電機繼電器KM3Y013加熱繼電器KM4Y014燒烤繼電器KM5Y015解凍繼電器4.1.3PLC的I/O接線圖PLC的I/O接線圖如圖9所示：圖9I/O接線圖4.2程序流程圖課題設計的程序流程圖為圖10所示。圖10程序流程圖4.3編程規(guī)則及其注意事項梯形圖作為PLC的一種編程語言，在繪制的時候具有一定的規(guī)則。在繪制梯形圖的時候，應該要注意下列方面：梯形圖的每一種符號，都要以左母線作為起點，以右母線作為終點（右母線可以省略）從左往右按行繪制出來的。每行起始的觸點群作為該行梯形圖的“執(zhí)行條件”，跟右母線相連接的應該是輸出線圈或者功能指令，不可以是觸點[7]。當一行寫完了，再從上往下依次寫下一行。需要注意的是，觸點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，必須通過觸點再連接。觸點應該畫在水平線上，不能畫在垂直分支線上（除了主控觸點）[4]。當有幾個電路塊并聯(lián)，頂端應該放置觸點最多的支路塊。如果有幾個支路塊串聯(lián)的時候，應該把并聯(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潔明了，減少指令語句。課題設計中，使用的步進指令。步進接點只有常開接點，它的右側(cè)連接的其他繼電器接點在編寫語句表程序時要用LD或LDI指令開始。步進返回指令（RET）用于狀態(tài)(S)流程結束時，返回主程序（母線），它只能與狀態(tài)接點連接[5]。4.4程序說明課題畢業(yè)設計采用的是日本三菱公司生產(chǎn)的PLC的編程軟件GXdeveloper進行編寫程序和調(diào)試程序的，GXdeveloper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、程序的標準化以及調(diào)試功能的多樣化等特點。根據(jù)畢業(yè)設計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，Y011為系統(tǒng)的爐燈輸出。打開爐門即斷開X002時，Y011得電，形成自鎖，T9開始計時，到達7秒之后，T9響應，Y011斷電即爐燈滅。此語句實現(xiàn)爐門打開時，爐燈會亮7秒，方便使用者放入或者拿出食品。圖12停止/復原模塊如圖12所示，X001為系統(tǒng)的停止/復原鍵，按下此鍵時，系統(tǒng)程序中各個數(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/復原鍵時，狀態(tài)S0置一，進入S0狀態(tài)。此系統(tǒng)的運行模式為先關門再選擇功能模式，X002為開關，在關門之后，X003對應加熱工作模式，X004對應燒烤工作模式，X005對應解凍工作模式，按下某一按鈕，進入相應的狀態(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，進入了S20狀態(tài)，即加熱模式的指示燈Y002亮起。T4開始計時，過2秒之后，進入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，進入了S31狀態(tài)，即燒烤模式的指示燈Y003亮起。T5開始計時，過2秒之后，進入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，進入了S31狀態(tài)，即燒烤模式的指示燈Y003亮起。T5開始計時，過2秒之后，進入S33狀態(tài)。圖17工作時間選擇如圖17所示，進入S33狀態(tài)，即選擇工作時間。X005相對應于工作時間10秒，X006相對應于工作時間1分鐘，X007相對應于工作時間10分鐘。按下某一按鈕，將進入相應工作時間模式。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，進入了S21狀態(tài)，即10秒的指示燈Y004亮起。圖1910秒工作時間，開始運行如圖19所示，關門之后，選擇好了工作模式和工作時間之后，就可按下啟動鍵，開啟微波爐。選擇了10秒的工作時間按下啟動按鈕X000后，進入S22狀態(tài)，即Y004得電，10秒指示燈亮起，Y012和Y010分別為風扇電機繼電器和轉(zhuǎn)盤電機繼電器，Y012和Y010得電，風扇電機和轉(zhuǎn)盤電機運作。一種模式的繼電器與另外兩種模式的提示燈進行互鎖。圖2010秒顯示模塊如圖20所示，按下X000啟動鍵，就將常數(shù)10送入D0，觸摸屏上顯示0：10，過了1秒T0響應，以M8013做為秒脈沖，D0每隔1秒減一，直到C0計數(shù)10次，即過了10秒，C0響應，D0停止減數(shù)。圖21高溫報警模塊如圖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，X010接通，Y001為高溫報警提示，Y001得電響應。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，進入了S25狀態(tài)，即1分鐘的指示燈Y005亮起。圖231分鐘工作時間，開始運行如圖23所示，關門之后，選擇好了工作模式和工作時間之后，就可按下啟動鍵，開啟微波爐。選擇了1分鐘的工作時間按下啟動按鈕X000后，進入S26狀態(tài)，即Y005得電，1分鐘指示燈亮起，Y012和Y010分別為風扇電機繼電器和轉(zhuǎn)盤電機繼電器，Y012和Y010得電，風扇電機和轉(zhuǎn)盤電機運作。一種模式的繼電器與另外兩種模式的提示燈進行互鎖。圖241分鐘顯示模塊如圖24所示，按下X000啟動鍵，就將常數(shù)60送入D0，觸摸屏上顯示0：60，過了1秒T1響應，以M8013做為秒脈沖，D0每隔1秒減一，直到C0計數(shù)60次，即過了10秒，C1響應，D0停止減數(shù)。圖25高溫報警模塊如圖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，X010接通，Y001為高溫報警提示，Y001得電響應。X010與Y001自鎖。圖26選擇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，進入了S29狀態(tài)，即10分鐘的指示燈Y006亮起。圖271分鐘工作時間，開始運行如圖27所示，關門之后，選擇好了工作模式和工作時間之后，就可按下啟動鍵，開啟微波爐。選擇了10分鐘的工作時間按下啟動按鈕X000后，進入S30狀態(tài)，即Y006得電，10分鐘指示燈亮起，Y012和Y010分別為風扇電機繼電器和轉(zhuǎn)盤電機繼電器，Y012和Y010得電，風扇電機和轉(zhuǎn)盤電機運作。一種模式的繼電器與另外兩種模式的提示燈進行互鎖。圖2810分鐘顯示模塊如圖28所示，按下X000啟動鍵，就將常數(shù)10送入D1,將常數(shù)00送入D0，觸摸屏上顯示10：00，過了1秒T1響應，D1減1，將常數(shù)59送入D0，此時顯示為9:59。9:59顯示T3時間即1秒之后，以M8013為秒脈沖，D0每隔1秒減一，減到59次，C0響應，DECPD0斷電，停止減數(shù)，當前為9:00，顯示T7時間即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9次即再過9個1分鐘，C2得電。T8計時1秒，用來顯示0:59。T8響應，DECPD0接通，D0每隔1秒減一,59秒之后，C3響應。圖29高溫報警模塊如圖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，X010接通，Y001為高溫報警提示，Y001得電響應。X010與Y001自鎖。圖30跳到結束模塊如圖30所示，在S22、S26、S30這三個不同的工作時間模塊下，每個模塊的最后定時計數(shù)器響應即時間結束時，都跳入S23模塊。圖31結束模塊如圖31所示，在S23模塊中，完成提示Y000響應，計數(shù)器C0～C3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，爐燈Y011亮起，爐燈亮了10秒之后，T10響應，爐燈自行熄滅，控制系統(tǒng)返回初始狀態(tài)S0即爐燈滅后方能進行下一次的工作。圖33程序結束如圖33所示，步進指令返回，程序結束。5仿真調(diào)試程序設計采用的是日本三菱公司的GTdesigner軟件進行智能微波爐控制系統(tǒng)的仿真和調(diào)試的，GTdesigner可以通過與GXdeveloper的配合使用模擬開關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)設計所設計的智能微波爐控制系統(tǒng)的仿真結果如下所示：圖34關門圖34為通電后，使用者把食物已放入微波爐內(nèi)，把爐門已關緊時的系統(tǒng)。圖35工作模式的選擇圖35為關好爐門之后，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工作時間的選擇圖36為關好爐門之后，選擇了工作模式之后選擇了工作時間的系統(tǒng)仿真，工作模式燈和時間指示燈亮起（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間的系統(tǒng)再按下了開始按鈕的系統(tǒng)仿真。轉(zhuǎn)盤電機和風扇電機運作，加熱模式的繼電器得電。圖38工作結束圖38為工作時間結束后的系統(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高溫報警圖40為舉例超溫時的系統(tǒng)仿真，報警器和報警燈響起，直至使用者來按下停止/復原鍵。6結束語本次的畢業(yè)設計已經(jīng)接近尾聲?；赑LC的智能微波爐系統(tǒng)的設計涉及到了計算機的軟硬件知識，通過對系統(tǒng)的設計和調(diào)試，本次的畢業(yè)設計提出了基于PLC的PLC的智能微波爐系統(tǒng)的設計的基本方案，完成了系統(tǒng)硬件電路的設計和系統(tǒng)軟件電路的設計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指令中的并行分支、匯合編程，導致步數(shù)一下膨脹到接近1000步，經(jīng)過指導老師提點和翻閱書籍之后，立馬進行了改進，使程序簡單明了。在編寫好程序后，用GXdeveloper軟件進行了調(diào)試，在調(diào)試的過程中又出現(xiàn)了一些問題，本來以為可以實現(xiàn)的要求在調(diào)試的過程中卻不能實現(xiàn)，經(jīng)過不斷的修改程序、調(diào)試程序后，最終得到了滿足微波爐控制要求的程序。從一開始的不知所措，直到后來才慢慢地理解，對系統(tǒng)軟件電路的設計，使我更進一步地熟悉了PLC的軟件系統(tǒng)、具有了一定的編程能力、掌握了GXdeveloper和GTdesigner3這些軟件的操作方法和技巧。最重要的是我深深地意識到自己所學知識的不足，考慮問題時不夠全面，而且以前學的都是書本上的知識，所以在我們學習理論知識的同時，也更加應該注意實踐的重要性，平時要多多鍛煉的自己的動手能力。參考文獻[l]張曉航.電氣自動化系統(tǒng)中的PLC編程技術運用[J].電子制作.2013年10期.22~22[2]王峰.淺談可編程序控制器的發(fā)展與應用[J].內(nèi)蒙古科技與經(jīng)濟.2008年4期.76~77

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Der

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H.W.,kudelnyH.C.Analysis

and

Realization

of

a

Pulsewidth

Modulator

Based

on

Voltage

Space

Vectors.IEEE

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Attaianese

Damino

etc.Induction

Motor

Drive

Paramaters

Identification，IEEE

Trans.PowerElectron，1998，13(6):805-862

附錄附錄A程序清單基于C8051F單片機直流電動機反饋控制系統(tǒng)的設計與研究基于單片機的嵌入式Web服務器的研究MOTOROLA單片機MC68HC（8）05PV8/A內(nèi)嵌EEPROM的工藝和制程方法及對良率的影響研究基于模糊控制的電阻釬焊單片機溫度控制系統(tǒng)的研制基于MCS-51系列單片機的通用控制模塊的研究基于單片機實現(xiàn)的供暖系統(tǒng)最佳啟停自校正（STR）調(diào)節(jié)器單片機控制的二級倒立擺系統(tǒng)的研究基于增強型51系列單片機的TCP/IP協(xié)議棧的實現(xiàn)基于單片機的蓄電池自動監(jiān)測系統(tǒng)基于32位嵌入式單片機系統(tǒng)的圖像采集與處理技術的研究基于單片機的作物營養(yǎng)診斷專家系統(tǒng)的研究基于單片機的交流伺服電機運動控制系統(tǒng)研究與開發(fā)基于單片機的泵管內(nèi)壁硬度測試儀的研制基于單片機的自動找平控制系統(tǒng)研究基于C8051F040單片機的嵌入式系統(tǒng)開發(fā)基于單片機的液壓動力系統(tǒng)狀態(tài)監(jiān)測儀開發(fā)模糊Smith智能控制方法的研究及其單片機實現(xiàn)一種基于單片機的軸快流CO〈,2〉激光器的手持控制面板的研制基于雙單片機沖床數(shù)控系統(tǒng)的研究基于CYGNAL單片機的在線間歇式濁度儀的研制基于單片機的噴油泵試驗臺控制器的研制基于單片機的軟起動器的研究和設計基于單片機控制的高速快走絲電火花線切割機床短循環(huán)走絲方式研究基于單片機的機電產(chǎn)品控制系統(tǒng)開發(fā)基于PIC單片機的智能手機充電器基于單片機的實時內(nèi)核設計及其應用研究基于單片機的遠程抄表系統(tǒng)的設計與研究基于單片機的煙氣二氧化硫濃度檢測儀的研制基于微型光譜儀的單片機系統(tǒng)單片機系統(tǒng)軟件構件開發(fā)的技術研究基于單片機的液體點滴速度自動檢測儀的研制基于單片機系統(tǒng)的多功能溫度測量儀的研制基于PIC單片機的電能采集終端的設計和應用基于單片機的光纖光柵解調(diào)儀的研制氣壓式線性摩擦焊機單片機控制系統(tǒng)的研制基于單片機的數(shù)字磁通門傳感器基于單片機的旋轉(zhuǎn)變壓器-數(shù)字轉(zhuǎn)換器的研究基于單片機的光纖Bragg光柵解調(diào)系統(tǒng)的研究單片機控制的便攜式多功能乳腺治療儀的研制基于C8051F020單片機的多生理信號檢測儀基于單片機的電機運動控制系統(tǒng)設計Pico專用單片機核的可測性設計研究基于MCS-51單片機的熱量計基于雙單片機的智能遙測微型氣象站MCS-51單片機構建機器人的實踐研究基于單片機的輪軌力檢測基于單片機的GPS定位儀的研究與實現(xiàn)基于單片機的電液伺服控制系統(tǒng)用于單片機系統(tǒng)的MMC卡文件系統(tǒng)研制基于單片機的時控和計數(shù)系統(tǒng)性能優(yōu)化的研究基于單片機和CPLD的粗光柵位移測量系統(tǒng)研究單片機控制的后備式方波UPS提升高職學生單片機應用能力的探究基于單片機控制的自動低頻減載裝置研究基于單片機控制的水下焊接電源的研究基于單片機的多通道數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)基于uPSD3234單片機的氚表面污染測量儀的研制基于單片機的紅外測油儀的研究96系列單片機仿真器研究與設計基于單片機的單晶金剛石刀具刃磨設備的數(shù)控改造基于單片機的溫度智能控制系統(tǒng)的設計與實現(xiàn)基于MSP430單片機的電梯門機控制器的研制基于單片機的氣體測漏儀的研究基于三菱M16C/6N系列單片機的CAN/USB協(xié)議轉(zhuǎn)換器基于單片機和DSP的變壓器油色譜在線監(jiān)測技術研究基于單片機的膛壁溫度報警系統(tǒng)設計基于AVR單片機的低壓無功補償控制器的設計基于單片機船舶電力推進電機監(jiān)測系統(tǒng)基于單片機網(wǎng)絡的振動信號的采集系統(tǒng)基于單片機的大容量數(shù)據(jù)存儲技術的應用研究基于單片機的疊圖機研究與教學方法實踐基于單片機嵌入式Web服務器技術的研究及實現(xiàn)基于AT89S52單片機的通用數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)基于單片機的多道脈沖幅度分析儀研究機器人旋轉(zhuǎn)電弧傳感角焊縫跟蹤單片機控制系統(tǒng)基于單片機的控制系統(tǒng)在PLC虛擬教學實驗中的應用研究基于單片機系統(tǒng)的網(wǎng)絡通信研究與應用基于PIC16F877單片機的莫爾斯碼自動譯碼系統(tǒng)設計與研究基于單片機的模糊控制器在工業(yè)電阻爐上的應用研究基于雙單片機沖床數(shù)控系統(tǒng)的研究與開發(fā)基于Cygnal單片機的μC/OS-Ⅱ的研究基于單片機的一體化智能差示掃描量熱儀系統(tǒng)研究基于TCP/IP協(xié)議的單片機與Internet互聯(lián)的研究與實現(xiàn)變頻調(diào)速液壓電梯單片機控制器的研究基于單片機γ-免疫計數(shù)器自動換樣功能的研究與實現(xiàn)基于單片機的倒立擺控制系統(tǒng)設計與實現(xiàn)HYPERLINK"/