PLC控制的花樣噴泉系統(tǒng).doc

PLC控制的花樣噴泉系統(tǒng)【論文字數(shù): 0 論文價格:0元（整套論文） 論文編號:未知】 PLC控制的花樣噴泉系統(tǒng)目錄1.內(nèi)容摘要.32.PLC簡介.32.1.PLC概述.32.2PLC的產(chǎn)生.42.3.PLC的應用領域.42.4.PLC的應用特點.53.花樣噴泉系統(tǒng)的設計.73.1控制要求.73.2花樣噴泉的設計方案.83.3模擬量I/O模塊的選擇.133.4特殊功能模塊的選擇.133.5系統(tǒng)I/O分配表.133.6 PLC外部接線圖.14參考文獻.15設計總結(jié).16PLC控制的花樣噴泉系統(tǒng)內(nèi)容摘要：花樣噴泉的核心是PLC，即可編程序控制器，是一種以微處理器為核心、帶有指令存儲器和輸入輸出接口、綜合了微電子技術(shù)、計算機技術(shù)、自動控制技術(shù)、通信技術(shù)的新一代工業(yè)控制裝置。它能夠存儲和執(zhí)行指令，進行位置控制、邏輯控制、順序控制、定時、計數(shù)和算術(shù)運算等操作，并通過數(shù)字式和模擬式的輸入和輸出，控制各種類型的機械或生產(chǎn)過程。它不僅充分發(fā)揮了計算機的優(yōu)點，以滿足各種工業(yè)生產(chǎn)過程自動控制的需要，同時又照顧一般電氣操作人員的技術(shù)水平和習慣，采用梯形圖或狀態(tài)流程圖等編輯方式，使PLC的使用始終保持大眾化的特點。關鍵詞：PLC 花樣噴泉 工業(yè)控制 大眾化近年來我國經(jīng)濟的不斷發(fā)展，物質(zhì)生活水平的提高促使著人們迫切的追求更高的生活享受，于是大大小小的公園如雨后春筍般出現(xiàn)在新的城市規(guī)劃中，其中必然會修建一些噴泉供人們休閑、觀賞。這些噴泉按一定的規(guī)律改變噴水式樣，如果再與五顏六色的燈光相配合，在和諧優(yōu)雅的音樂中，更是令人心曠神怡，流連忘返。其中PLC控制的花樣噴泉更是作為佼佼者，以其簡單的操作方法和絢爛的視覺效果飽受人們的稱贊。本文講述的是如何利用PLC控制噴泉噴水方式，從而產(chǎn)生產(chǎn)生各樣的樣式。一、PLC的簡介（一）PLC的概述可編程控制器是繼電器控制和計算機控制出上開發(fā)的產(chǎn)品，逐漸發(fā)展成以微器處理為核心把自動化技術(shù)、計算機技術(shù)、通信技術(shù)融為一體的新型工業(yè)自動控制裝置。早期的可編程控制器在功能上只進行邏輯控制，稱為可編程邏輯控制器（programmable logic controller）簡稱PLC。隨著技術(shù)的發(fā)展， 其控制功能不斷增強?，F(xiàn)在的可編程控制還可進行算術(shù)運算、模擬量控制，因此，美國電器制造協(xié)會（NEMA）于1980年將它命名為可編程控制器（Programmable controller) 簡稱PC。但容易同個人計算機（ personalcomputer）相混淆，現(xiàn)又把可編程控制器稱為PLC。它已基本上替代傳統(tǒng)的繼電器控制系統(tǒng)，成為工業(yè)自動化領域中最重要、應用最多的控制裝置，居工業(yè)生產(chǎn)自動化三大支柱（可編程控制器、機器人、計算機輔助設計與制造）的首位。1987年2月，國際電工委員會頒布可編程控制器標準草案中將其進一步定義為：“可編程控制器式一種數(shù)字運算操作的電子系統(tǒng)，轉(zhuǎn)為在工業(yè)環(huán)境下應用而設計，它采用了可編程序的存儲器，用來在其內(nèi)部存儲執(zhí)行邏輯運算、順序控制、定時、技術(shù)和算術(shù)運算等操作的指令，并通過數(shù)字式和模擬式的輸入和輸出，控制各種類型的機械或生產(chǎn)過程 （二）PLC的產(chǎn)生PLC是在激烈的市場競爭中產(chǎn)生的，20世紀60年代么末，美國汽車制造業(yè)競爭激烈。為適應生產(chǎn)工藝不斷更新的需要，美國通用汽車公司（GM）對控制系統(tǒng)提出要求為：（1）能替代由各種繼電器、定時器、接觸器及其主令電器等按一定的邏輯關系用導線連接起來的控制系統(tǒng)，由傳統(tǒng)的繼電接觸器控制，它簡單易懂，價格低廉，能夠滿足生產(chǎn)工藝改動頻繁的需要；（2）編程簡單；（3）模塊式結(jié)構(gòu)；（4）輸入、輸出電壓為交流115V(美國標準)，輸出能直接驅(qū)動繼電器和電磁閥；（5）抗電磁干擾強；（6）具有數(shù)據(jù)通信功能。就是把繼電接觸器控制的優(yōu)點與計算機的功能齊全、靈活性、通用性強的特點結(jié)合起來，用計算機的編程軟件邏輯易于修改來代替繼電接觸器控制的硬接線邏輯不易修改。美國數(shù)字設備公司（DEC）在1969年根據(jù)上述要求，研制出世界上首臺可編程控制器，并在美國通用汽車公司的汽車裝配現(xiàn)上應用成功，實現(xiàn)了生產(chǎn)裝配線的自動控制。（三）PLC的應用領域目前，PLC在國內(nèi)外已廣泛應用于鋼鐵、石油、化工、電力、建材、機械制造、汽車、輕紡、交通運輸、環(huán)保及文化娛樂等各個行業(yè)，使用情況主要分為如下幾類：1.開關量邏輯控制取代傳統(tǒng)的繼電器電路，實現(xiàn)邏輯控制、順序控制，既可用于單臺設備的控制，也可用于多機群控及自動化流水線。如注塑機、印刷機、訂書機械、組合機床、磨床、包裝生產(chǎn)線、電鍍流水線等。2.工業(yè)過程控制在工業(yè)生產(chǎn)過程當中，存在一些如溫度、壓力、流量、液位和速度等連續(xù)變化的量（即模擬量），PLC采用相應的A/D和D/A轉(zhuǎn)換模塊及各種各樣的控制算法程序來處理模擬量，完成閉環(huán)控制。PID調(diào)節(jié)是一般閉環(huán)控制系統(tǒng)中用得較多的一種調(diào)節(jié)方法。過程控制在冶金、化工、熱處理、鍋爐控制等場合有非常廣泛的應用。3.運動控制PLC可以用于圓周運動或直線運動的控制。一般使用專用的運動控制模塊，如可驅(qū)動步進電機或伺服電機的單軸或多軸位置控制模塊，廣泛用于各種機械、機床、機器人、電梯等場合。 4.數(shù)據(jù)處理PLC具有數(shù)學運算（含矩陣運算、函數(shù)運算、邏輯運算）、數(shù)據(jù)傳送、數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換、排序、查表、位操作等功能，可以完成數(shù)據(jù)的采集、分析及處理。數(shù)據(jù)處理一般用于如造紙、冶金、食品工業(yè)中的一些大型控制系統(tǒng)。5.通信及聯(lián)網(wǎng)PLC通信含PLC間的通信及PLC與其它智能設備間的通信。隨著工廠自動化網(wǎng)絡的發(fā)展，現(xiàn)在的PLC都具有通信接口，通信非常方便。（四）PLC的應用特點1.可靠性高，抗干擾能力強高可靠性是電氣控制設備的關鍵性能。PLC由于采用現(xiàn)代大規(guī)模集成電路技術(shù)，采用嚴格的生產(chǎn)工藝制造，內(nèi)部電路采取了先進的抗干擾技術(shù)，具有很高的可靠性。使用PLC構(gòu)成控制系統(tǒng)，和同等規(guī)模的繼電接觸器系統(tǒng)相比，電氣接線及開關接點已減少到數(shù)百甚至數(shù)千分之一，故障也就大大降低。此外，PLC帶有硬件故障自我檢測功能，出現(xiàn)故障時可及時發(fā)出警報信息。在應用軟件中，應用者還可以編入外圍器件的故障自診斷程序，使系統(tǒng)中除PLC以外的電路及設備也獲得故障自診斷保護。這樣，整個系統(tǒng)將極高的可靠性。2.配套齊全，功能完善，適用性強PLC發(fā)展到今天，已經(jīng)形成了各種規(guī)模的系列化產(chǎn)品，可以用于各種規(guī)模的工業(yè)控制場合。除了邏輯處理功能以外，PLC大多具有完善的數(shù)據(jù)運算能力，可用于各種數(shù)字控制領域。多種多樣的功能單元大量涌現(xiàn)，使PLC滲透到了位置控制、溫度控制、CNC等各種工業(yè)控制中。加上PLC通信能力的增強及人機界面技術(shù)的發(fā)展，使用PLC組成各種控制系統(tǒng)變得非常容易。3.易學易用，深受工程技術(shù)人員歡迎PLC是面向工礦企業(yè)的工控設備。它接口容易，編程語言易于為工程技術(shù)人員接受。梯形圖語言的圖形符號與表達方式和繼電器電路圖相當接近，為不熟悉電子電路、不懂計算機原理和匯編語言的人從事工業(yè)控制打開了方便之門。4.系統(tǒng)的設計，工作量小，維護方便，容易改造PLC用存儲邏輯代替接線邏輯，大大減少了控制設備外部的接線，使控制系統(tǒng)設計及建造的周期大為縮短，同時日常維護也變得容易起來，更重要的是使同一設備經(jīng)過改變程序而改變生產(chǎn)過程成為可能。這特別適合多品種、小批量的生產(chǎn)場合。 （2）安裝與布線 動力線、控制線以及PLC的電源線和I/O線應分別配線，隔離變壓器與PLC和I/O之間應采用雙膠線連接。將PLC的IO線和大功率線分開走線，如必須在同一線槽內(nèi)，分開捆扎交流線、直流線，若條件允許，分槽走線最好，這不僅能使其有盡可能大的空間距離，并能將干擾降到最低限度。 PLC應遠離強干擾源如電焊機、大功率硅整流裝置和大型動力設備，不能與高壓電器安裝在同一個開關柜內(nèi)。在柜內(nèi)PLC應遠離動力線（二者之間距離應大于300mm）。與PLC裝在同一個柜子內(nèi)的電感性負載，如功率較大的繼電器、接觸器的線圈，應并聯(lián)RC消弧電路。 PLC的輸入與輸出最好分開走線，開關量與模擬量也要分開敷設。模擬量信號的傳送應采用屏蔽線，屏蔽層應一端或兩端接地，接地電阻應小于屏蔽層電阻的1/10. （3）I/O端的接線輸入接線 輸入接線一般不要太長。但如果環(huán)境干擾較小，電壓降不大時，輸入接線可適當長些。 輸入/輸出線不能用同一根電纜，輸入/輸出線要分開。 盡可能采用常開觸點形式連接到輸入端，使編制的梯形圖與繼電器原理圖一致，便于閱讀。輸出連接 輸出端接線分為獨立輸出和公共輸出。在不同組中，可采用不同類型和電壓等級的輸出電壓。但在同一組中的輸出只能用同一類型、同一電壓等級的電源。 由于PLC的輸出元件被封裝在印制電路板上，并且連接至端子板，若將連接輸出元件的負載短路，將燒毀印制電路板。 采用繼電器輸出時，所承受的電感性負載的大小，會影響到繼電器的使用壽命，因此，使用電感性負載時應合理選擇，或加隔離繼電器。 PLC的輸出負載可能產(chǎn)生干擾，因此要采取措施加以控制，如直流輸出的續(xù)流管保護，交流輸出的阻容吸收電路，晶體管及雙向晶閘管輸出的旁路電阻保護。二、花樣噴泉系統(tǒng)的設計（一）控制要求本設計花樣噴泉模型如下:如圖:4號為中間噴頭，3號為內(nèi)環(huán)狀噴頭，2號為一次外環(huán)狀噴頭，1號為外環(huán)狀噴頭。1.花樣控制的幾種模式（1）按下啟動按鈕，噴泉控制裝置開始工作，按下停止按鈕，噴泉控制裝置停止工作。（2）噴泉的工作方式由花樣選擇開關和單步/連續(xù)開關決定。（3）當單步/連續(xù)開關在單步位置時，噴泉只能按照花樣選擇開關設置的方式運行一個循環(huán)。（4）花樣選擇開關用于選擇噴泉的噴水花樣，現(xiàn)考慮4種噴水花樣。2.各種模式的動作狀態(tài)（1）花樣選擇開關位置1時，按下啟動按鈕后，4號噴頭噴水，延時3s后，3號噴頭噴水，再延時2s，2號噴頭噴水，又延時2s，1號噴頭噴水。18s后，如果為單步工作方式，則停下來。如果為連續(xù)工作方式，則繼續(xù)循環(huán)下去。（2）花樣選擇開關的位置2時，按下啟動按鈕后，1號、3號噴頭同時噴水，延時3s后，2號、4號噴頭，1號、3號噴頭停止噴水。如此循環(huán)5次后，4組噴頭全噴水，30s后，如果為單步工作方式，則停下來。如果為連續(xù)工作方式，則繼續(xù)循環(huán)下去。（3）花樣選擇開光的位置3時，按下啟動按鈕后，1號噴頭噴水，延時2s后，2號噴頭噴水，再延時2s后，3號噴頭噴水，又延時2s后，4號噴頭噴水。30s后，如果為單步工作方式，則停下來。如果為連續(xù)工作方式，則繼續(xù)循環(huán)下去。（4）花樣選擇開關位置4時，按下啟動按鈕后，按照1234的順序，依次間隔2s噴水，然后一起噴水。30s后，按照1234的順序，分別延時2s，依次停止噴水。再經(jīng)1s延時，按照4321的順序，依次間隔2s噴水，然后一起噴水。30s后停止。如果為單步工作方式，則停下來。如果為連續(xù)工作方式，則繼續(xù)循環(huán)下去。（二）花樣噴泉的設計方案1.軟件的設計（1）噴泉控制流程圖（2）系統(tǒng)程序的設計本次系統(tǒng)為了方便模擬,選擇用PLC梯形圖語言設計。（3）部分程序介紹花樣選擇程序花樣選擇開關SB4,SB5,SB6,SB7任意一個按下,如SB4按下,則按下啟動按鈕后，4號噴頭噴水，延時3s后，3號噴頭噴水，再延時2s，2號噴頭噴水，又延時2s，1號噴頭噴水。18s后，如果為單步工作方式，則停下來。如果為連續(xù)工作方式，則繼續(xù)循環(huán)下去2.PLC型號的選擇對于小的系統(tǒng)，如80點以內(nèi)的系統(tǒng)一般不需要擴展；當系統(tǒng)較大時，就要擴展。不同公司的產(chǎn)品，對系統(tǒng)總點數(shù)及擴展模塊的數(shù)量都有限制，當擴展仍不能滿足要求時，可采用網(wǎng)絡結(jié)構(gòu)；同時，有些廠家產(chǎn)品的個別指令不支持擴展模塊，因此，在進行軟件編制時要注意。當采用溫度等模擬模塊時，各廠家也有一些規(guī)定，請看相關的技術(shù)手冊。各公司的擴展模塊種類很多，如單輸入模塊、單輸出模塊、輸入輸出模塊、溫度模塊、高速輸入模塊等。 PLC的這種模塊化設計為用戶的產(chǎn)品開發(fā)提供了方便。3PLC的網(wǎng)絡設計當用PLC進行網(wǎng)絡設計時，其難度比PLC單機控制大得多。首先你應選用自己較熟悉的機型，對其基本指令和功能指令有較深入的了解，并且指令的執(zhí)行速度和用戶程序存儲容量也應仔細了解。否則，不能適應你的實時要求，造成系統(tǒng)崩潰。另外，對通信接口、通信協(xié)議、數(shù)據(jù)傳送速度等也要考慮。最后，還要向 PLC的商家尋求網(wǎng)絡設計和軟件技術(shù)支持及詳細的技術(shù)資料，至于選用幾層工作站，依你的系統(tǒng)大小而定。4.軟件編制在編制軟件前，應首先熟悉所選用的 PLC產(chǎn)品的軟件說明書，待熟練后再編程。若用圖形編程器或軟件包編程，則可直接編程，若用手持編程器編程，應先畫出梯形圖，然后編程，這樣可少出錯，速度也快。編程結(jié)束后先空調(diào)程序，待各個動作正常后，再在設備上調(diào)試。5確定所選PLC從上面的分析可以知道，系統(tǒng)共有開關量輸入點8個，開關量輸出點8個，參照三菱FX2N PLC產(chǎn)品目錄及市場實際價格，選用主機為FX2N 48MR的PLC為系統(tǒng)核心控制.6.花樣噴泉I/O分配（1）PLCI/O的分配簡介一般IO模塊的價格占PLC價格的一半以上。PLC的IO模塊有開關量IO模塊、模擬量IO模塊及各種特殊功能模塊等。不同的IO模塊，其電路及功能也不同，直接影響PLC的應用范圍和價格，應當根據(jù)實際需要加以選擇。輸入信號的類型及電壓等級 開關量輸入模塊有直流輸入、交流輸入和交流直流輸入三種類型。選擇時主要根據(jù)現(xiàn)場輸入信號和周圍環(huán)境因素等。直流輸入模塊的延遲時間較短，還可以直接與接近開關、光電開關等電子輸入設備連接；交流輸入模塊可靠性好，適合于有油霧、粉塵的惡劣環(huán)境下使用。開關量輸入模塊的輸入信號的電壓等級有：直流5V、12V、24V、48V、60V等；交流110V、220V等。選擇時主要根據(jù)現(xiàn)場輸入設備與輸入模塊之間的距離來考慮。一般5V、12V、24V用于傳輸距離較近場合，如5V輸入模塊最遠不得超過10米。距離較遠的應選用輸入電壓等級較高的模塊。輸入接線方式開關量輸入模塊主要有匯點式和分組式兩種接線方式。匯點式的開關量輸入模塊所有輸入點共用一個公共端（COM）；而分組式的開關量輸入模塊是將輸入點分成若干組，每一組（幾個輸入點）有一個公共端，各組之間是分隔的。分組式的開關量輸入模塊價格較匯點式的高，如果輸入信號之間不需要分隔，一般選用匯點式的。 注意同時接通的輸入點數(shù)量對于選用高密度的輸入模塊(如32點、48點等)，應考慮該模塊同時接通的點數(shù)一般不要超過輸入點數(shù)的60。輸入門檻電平 為了提高系統(tǒng)的可靠性，必須考慮輸入門檻電平的大小。門檻電平越高，抗干擾能力越強，傳輸距離也越遠，具體可參閱PLC說明書。（2）開關量輸入模塊的選擇開關量輸出模塊是將PLC內(nèi)部低電壓信號轉(zhuǎn)換成驅(qū)動外部輸出設備的開關信號，并實現(xiàn)PLC內(nèi)外信號的電氣隔離。選擇時主要應考慮以下幾個方面：輸出方式開關量輸出模塊有繼電器輸出、晶閘管輸出和晶體管輸出三種方式。繼電器輸出的價格便宜，既可以用于驅(qū)動交流負載，又可用于直流負載，而且適用的電壓大小范圍較寬、導通壓降小，同時承受瞬時過電壓和過電流的能力較強，但其屬于有觸點元件，動作速度較慢（驅(qū)動感性負載時，觸點動作頻率不得超過1HZ）、壽命較短、可靠性較差，只能適用于不頻繁通斷的場合。對于頻繁通斷的負載，應該選用晶閘管輸出或晶體管輸出，它們屬于無觸點元件。但晶閘管輸出只能用于交流負載，而晶體管輸出只能用于直流負載。分組式輸出、分隔式輸出組式輸出是幾個輸出點為一組，一組有一個公共端，各組之間是分隔的，可分別用于驅(qū)動不同電源的外部輸出設備；分隔式輸出是每一個輸出點就有一個公共端，各輸出點之間相互隔離。選擇時主要根據(jù)PLC輸出設備的電源類型和電壓等級的多少而定。一般整體式PLC既有分組式輸出，也有分隔式輸出。 開關量輸出模塊的輸出電流(驅(qū)動能力)必須大于PLC外接輸出設備的額定電流。用戶應根據(jù)實際輸出設備的電流大小來選擇輸出模塊的輸出電流。如果實際輸出設備的電流較大，輸出模塊無法直接驅(qū)動，可增加中間放大環(huán)節(jié)。注意同時接通的輸出點數(shù)量選擇開關量輸出模塊時，還應考慮能同時接通的輸出點數(shù)量。同時接通輸出設備的累計電流值必須小于公共端所允許通過的電流值，如一個220V2A的8點輸出模塊，每個輸出點可承受2A的電流，但輸出公共端允許通過的電流并不是16A(82A)，通常要比此值小得多。一般來講，同時接通的點數(shù)不要超出同一公共端輸出點數(shù)的60。輸出的最大電流與負載類型、環(huán)境溫度等因素有關開關量輸出模塊的技術(shù)指標，它與不同的負載類型密切相關，特別是輸出的最大電流。另外，晶閘管的最大輸出電流隨環(huán)境溫度升高會降低，在實際使用中也應注意。 （三）模擬量I/O模塊的選擇模擬量IO模塊的主要功能是數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換，并與PLC內(nèi)部總線相連，同時為了安全也有電氣隔離功能。模擬量輸入（AD）模塊是將現(xiàn)場由傳感器檢測而產(chǎn)生的連續(xù)的模擬量信號轉(zhuǎn)換成PLC內(nèi)部可接受的數(shù)字量；模擬量輸出(DA)模塊是將PLC內(nèi)部的數(shù)字量轉(zhuǎn)換為模擬量信號輸出。典型模擬量IO模塊的量程為-10V+10V、0+10V、420mA等，可根據(jù)實際需要選用，同時還應考慮其分辨率和轉(zhuǎn)換精度等因素。 （四）特殊功能模塊的選擇目前，PLC制造廠家相繼推出了一些具有特殊功能的IO模塊，有的還推出了自帶CPU的智能型IO模塊，如高速計數(shù)器、凸輪模擬器、位置控制模塊、PID控制模塊、通信模塊等. （五）系統(tǒng)I/O分配表輸入X000啟動(SB0)X001停止(SB1)X002連續(xù)循環(huán)(SB2)X003單步(SB3)X004花樣1檔(SB4)X005花樣2檔(SB5)X006花樣3檔(SB6)X007花樣4檔(SB7)輸出Y0011號噴頭(KM1)Y0022號噴頭(KM2)Y0033號噴頭(KM3)Y0044號噴頭(KM4)（六）PLC外部接線圖接據(jù)系統(tǒng)控制要求,PLC外部接線圖如下: 1.接通電源,按下啟動按紐SB0,X000有信號輸入,PLC處于待命狀態(tài),2.花樣選擇開關,SB4,SB5,SB6,SB7,任意一開關接通,對應的PLC輸入點X004,X005,X006,X007有信號輸入,PLC處于相應選擇的工作狀態(tài),3.當按SB3,對應X003觸發(fā),PLC處于單步運轉(zhuǎn)狀態(tài),4.按下SB1,對應經(jīng)X001斷開,PLC停止工作. 詳細過程如下:1.當按下開關SB0,單步開關SB3斷開,如選擇開關SB4接通,剛PLC輸出點Y007輸出信號,KM4接通相聯(lián)接的4號噴頭,同時開始計時,兩秒后動作接通Y005相對應的KM3接通聯(lián)接的3號噴頭,開始計時,兩秒后動作接通Y004,相對應的KM2接通聯(lián)接的2號噴頭,同理,在兩秒后,接通1號噴頭,再接通4號循環(huán)下去.2.在一的過程,如