噴泉的PLC控制設(shè)計-畢業(yè)設(shè)計

噴泉設(shè)計1 21.1課題研究背景 21.2課程設(shè)計的內(nèi)容 31.3課題設(shè)計的目的和意義 3第二章系統(tǒng)控制方案的確定 42.1花式噴泉的概述 42.2系統(tǒng)設(shè)計的基本步驟 52.4花式噴泉控制系統(tǒng)的原理圖 5 63.1可編程控制器(PLC)的選擇 6 6 63.2變頻器的選型 83.3水泵的選型 9 4.2SWOPC-FXGP/WIN-C編程軟件的操作方法 4.4流程圖 4.5梯形圖 噴泉設(shè)計2第一章緒論花式噴泉運行的靈活性是評價花式噴泉優(yōu)劣的關(guān)鍵，而這與花式噴泉的控1969年美國數(shù)字設(shè)備公司(dec)研制書上世間第一臺可編程控制器，并成功地應(yīng)用在美國(gm)的生產(chǎn)線上。但當時只能進行邏輯運算，故稱為可編程邏輯控制器，簡稱plc(programmablclogicc1985年國際電子委員會(iec)對plc的定義如下：Plc是自動控制技術(shù)，計算機技術(shù)和通訊技術(shù)于一體的一種新型工業(yè)控制裝簡稱plc。它在集成電路、計算機技術(shù)的基礎(chǔ)上發(fā)展起來的一種新型工業(yè)控制設(shè)31.2課程設(shè)計的內(nèi)容本設(shè)計將在以下幾個方面對花式噴泉的控制系統(tǒng)進行研究和論證。(1)花式噴泉類型的選擇。綜合花式噴泉的類別和各類的特點和要求，在本課題中主要研究能有三種噴水花樣可供選擇；能夠控制每環(huán)噴水管噴水的高度；噴水時要有燈光顯示；可以根據(jù)不同的季節(jié)、不同的場合可改變噴泉水的花樣。將各種水型及燈光，按照預(yù)先設(shè)定的排列組合進行控制程序的設(shè)計，通過計算機運行程序發(fā)出控制信號，使水型及燈光有各種各樣的變化。(2)花式噴泉硬件系統(tǒng)的設(shè)計。本課題設(shè)計的花式噴泉要求運行速度準確度高，在花式噴泉的格層檢測系統(tǒng)中選用在工業(yè)自動控制上大量運用的具有檢測精度高、壽命長、穩(wěn)定性能好的接近傳感器，運用感應(yīng)器的開關(guān)量信號輸入給plc來實現(xiàn)控制。由于本課題目具體需求在硬件系統(tǒng)的設(shè)計過程中主要考慮了花式噴泉的經(jīng)濟實用、穩(wěn)定、靈活、美觀的需要。(3)花式噴泉控制系統(tǒng)軟件的設(shè)計。在本設(shè)計中選用了目前運用最多的plc編程語言梯形圖，梯形圖的編程能直觀明了的設(shè)計花式噴泉控制的要求，梯形圖的編寫運用swopc-fxgp/win-c編程軟件，此軟件支持全部的三菱fx系列的plc,并且具有強大的診斷功能，能更快的查找出故障的原因，從而大大縮短了維修時間。1.3課題設(shè)計的目的和意義隨著我國經(jīng)濟的高速發(fā)展，微電子技術(shù)，計算機技術(shù)和自動控制技術(shù)也得到了迅速發(fā)展，交流變頻調(diào)速技術(shù)已經(jīng)進入個嶄新的時代，其應(yīng)用越來越廣。而隨著我國城市化進程的加快和人口大量集聚，環(huán)境越來越重要，好的環(huán)境能使心身愉快，做事效率提高。其中噴泉可以濕潤周圍空氣，減少塵埃，降低氣溫。噴泉的細小水珠同空氣分子撞擊，能產(chǎn)生大量的負氧離子，有益于改善社區(qū)面貌和增噴泉設(shè)計4第二章系統(tǒng)控制方案的確定噴泉是一種將水或其他液體經(jīng)過一定壓力通過噴頭灑出來具有一定形狀的物的大小及水壓等的變化，噴泉或高或低、或珠或霧，精彩紛呈?？煞譃橐韵?(1)普通噴泉：只有簡單的幾種固定水型及燈光，隨著電源的開閉而控制噴泉(2)程控噴泉：將各種水型及燈光，按照預(yù)先設(shè)定的排列組合進行控制程序的(3)音樂噴泉：在程序控制噴泉的基礎(chǔ)上加入了音樂控制系統(tǒng)，計算機通過對音頻及MIDI信號的識別，進行譯碼和編碼，最終將信號輸出到控制系統(tǒng)，使噴(4)水幕激光噴泉：將激光器發(fā)出的激光束射在水幕噴頭的水幕上，激光束由(5)水珍珠噴泉：利用特殊音波將水變成球體的噴水裝置和全頻高速閃光燈的(6)游戲噴泉：又稱感應(yīng)泉，噴泉水柱根據(jù)游人的動作產(chǎn)生反應(yīng)，而且這種應(yīng)(7)跳跳噴泉：又名光亮泉。是一種高科技水景藝術(shù)，水形似根根晶瑩透徹地2.2采用PLC控制花式噴泉的優(yōu)點(1)控制方式上看：PLC軟接線，只需改變控制程序就可輕易改變邏輯或增加噴泉設(shè)計5(4)定時、計數(shù)看：PLC時鐘脈沖由晶振產(chǎn)生，精度高，定時范圍寬，有記憶2.2系統(tǒng)設(shè)計的基本步驟(1)深入了解和分析花式噴泉的工藝條件和控制要求。(2)確定I/0設(shè)備。根據(jù)花式噴泉控制系統(tǒng)的功能要求，確定系統(tǒng)所需的輸入、輸出設(shè)備。常用的輸入設(shè)備有按鈕、選擇開關(guān)等，常用的輸出設(shè)備有指示燈等。(3)根據(jù)I/0點數(shù)選擇合適的PLC類型。(4)分配I/0點，分配PLC的輸入輸出點，編制出輸入輸出分配表或輸入輸出端子的接線圖。(5)設(shè)計花式噴泉系統(tǒng)的梯形圖程序，根據(jù)工作要求設(shè)計出周密完整的梯形圖(6)程序，這是整個花式噴泉系統(tǒng)設(shè)計的核心工作。(7)將程序輸入PLC進行軟件測試，查找錯誤，使系統(tǒng)程序更加完善。2.4花式噴泉控制系統(tǒng)的原理圖在噴泉中，通過按鈕開關(guān)信號來控制PLC:因為有4層噴水，因此用了1個變頻器控制4個水泵?；ㄊ絿娙刂葡到y(tǒng)的原理如圖2-2所示：并關(guān)信號冰錄冰錄電源噴泉設(shè)計6第三章系統(tǒng)硬件設(shè)計PLC有豐富的指令系統(tǒng)，有各種各樣的I/O接口、通信接口，有大容量的5.中斷處理(可以實現(xiàn)各種內(nèi)部中斷)功能；在PLC系統(tǒng)設(shè)計時，首先應(yīng)確定控制方案，下一步工作就是PLC工程設(shè)PLC的功能、外部設(shè)備特性等，最后選擇有較高性能價格比的PLC和設(shè)計相應(yīng)噴泉設(shè)計7(1)輸入輸出(I/O)點數(shù)的估算10%~20%的可擴展余量后，作為輸入輸出點數(shù)估算數(shù)據(jù)。(2)存儲器容量的估算存儲器容量是可編程序控制器本身能提供的硬件存儲單元大小，程序容量是存儲器中用戶應(yīng)用項目使用的存儲單元的大小，因此程序容量小于存儲器容(3)控制功能的選擇該選擇包括運算功能、控制功能、通信功能、編程功能、診斷功能和處理PLC主要用于順序邏輯控制，因此，大多數(shù)場合常采用單回路或多回路控能，提高PLC的處理速度和節(jié)省存儲器容量。的程序或數(shù)據(jù)發(fā)送到主機，下一掃描周期，主機就根據(jù)新收到的程序運三種圖形化語言和語句表(il)、結(jié)構(gòu)體文(ST)兩種文本語言。選用的編程語噴泉設(shè)計8PLC的診斷功能包括硬件和軟件的診斷。硬件診斷通過硬件的邏輯判斷確定硬件的故障位置，軟件診斷分內(nèi)診斷和外診斷。通過軟件對PLC內(nèi)部的性能和功能進行診斷是內(nèi)診斷，通過軟件對PLC的CPU與外幣輸入輸出等部件信息交換功能進行診斷是外診斷。PLC的診斷功能的強弱，直接影響對操作和維護人員技術(shù)能力的要求，并4.機型的選擇通過對輸入/輸出點的選擇、對存儲量的選擇?對/O響應(yīng)時間的選擇輸出該控制系統(tǒng)選用三菱公司FXON系列的PLC。它體積小，重量輕，使用壽命長，編程和維護方便，故障率低，通過擴展模塊的鏈接，可以增加輸入/輸出3.2變頻器的選型變頻調(diào)速技術(shù)是針對固定工頻而采取的高效節(jié)能措施，工頻(50Hz)是發(fā)電的最佳頻率，但它并非是所有用電設(shè)備的最佳工作頻率，因而導(dǎo)致許多設(shè)備長期處于低頻率、低功率引述運行狀態(tài)。占全國耗電2/3的交流電動機目前大多數(shù)還在工頻、恒速下運動，運行效率只有60%左右。為了提高效率，所以在本設(shè)計中用到變頻器。變頻器是利用電力半導(dǎo)體器件的通斷作用將工頻電源變換為另一頻率的電能控制裝置。我們現(xiàn)在使用的變頻器主要采用交——直——交方式(VVVF變頻或矢量控制變頻),先把貢品交流電源通過整流器轉(zhuǎn)換成直流電源，然后再把直流電源轉(zhuǎn)換成頻率、電壓均可控制的交流電源以供給電動機。整流部分為三橋式不可控整流器，逆變比分為IGBT三相橋式逆變器，且輸出為PWM波形，中間直流環(huán)節(jié)為濾波、直流儲能和緩沖無功功率。變頻器選型時要確定以下幾點：(1)采用變頻的目的：恒壓控制或恒流控制等。(2)變頻器的負載類型；如葉片泵或容積泵等，特別注意負載的性能曲線，性能噴泉設(shè)計9(3)變頻器與負載的匹配問題：I.在使用變頻器驅(qū)動告訴電機時，由于高速電機的電抗小，高次諧波增加Ⅱ.變頻器如果要長電纜運行時，此時要采取措施抑制長電纜對地耦合電容本設(shè)計是通過變頻器蘇調(diào)技術(shù)來控制每環(huán)噴水的高度。我選用的是FR-S520(E)系列變頻調(diào)速器。其實物圖如圖3-1示。圖3-1FR-S520(S)E系列變頻調(diào)速器的實物圖3.3水泵的選型噴泉設(shè)計擇的水泵既要體積小、重量輕、造價便宜，又要具有良好的特性和較高的效率。3.3.1水泵的參數(shù)及性能(1)水泵的主要參數(shù)泵的流量市直單位時間所排出的液體的數(shù)量。通常泵的流量用體積計算，以Q表示，單位為米3/時(m3/h)、米3/秒(m3/s)、升/秒(1/s),也可用重量計，以G表示，單位為噸/時(t/h)、噸/秒(t/S)、千克/秒(kg/s)。G=r*Qr-液體的重量(千克/米3)因水的重量近似1000千克/米3,故1升/秒=3.6米3/時=3.6噸/時2.揚程(H)泵的揚程是指單位重量的液體通過泵所增加的泵的總揚程由吸水揚程兩部分組成，因此噴泉設(shè)計但由于水流經(jīng)過管路時受到各種阻力而減少了泵的吸水揚程和出水揚程，因此吸水揚程=實際吸水揚程+吸水損失揚程出水揚程=實際出水揚程+出水損失揚程損失揚程=吸水損失揚程+出水損失揚程與管路上的水管和附近種類(低閥、閘閥、逆止閥、直管、彎管)、數(shù)量、水管允許吸上真空高度是指真空表讀數(shù)吸水揚程，也就是泵的吸水揚程(簡稱泵的吸程),包括實際吸水揚程和吸水損失揚程之和。以Hs表示，單位為米(m)。程小于允許吸上真空高度值，否則安裝過高，就吸2.轉(zhuǎn)速(n)轉(zhuǎn)速是指泵葉輪每分鐘的轉(zhuǎn)數(shù)，以n表示，單位為轉(zhuǎn)/分(r/min)。每臺泵3.比轉(zhuǎn)數(shù)(ns)在前述水泵型號中，有些型號的組成部分有比轉(zhuǎn)數(shù)這個參數(shù)。比轉(zhuǎn)數(shù)與轉(zhuǎn)速是兩個概念，水泵的比轉(zhuǎn)數(shù)，簡稱比速，通常用符號為ns。水泵的比轉(zhuǎn)數(shù)是分都幾乎相似而在消耗功率為0.735千瓦、揚程為1米、流量為0.075立方米/ 4.功率功率是指機組在單位時間內(nèi)作功的大小。水泵功率可分為有效功率、軸功(1)有效功率它是出丟水泵內(nèi)部損失功率后，純用于羊水所消耗的功率，因此又稱為凈功率、輸出功率或水馬力。常用符號為N效，單位為千瓦(或馬力)。有效功率流量(千克/秒)×總揚程(米)有效功率率(干瓦)(2)軸功率它是動力機傳給水泵軸上的功率，因此稱為軸功率或輸入功率。要包括泵(3)配套功率它比軸功率大。這是因為動力機把動力傳遞給水泵的過程中，有傳動損失；同時動力安全系數(shù)×(千克/秒)×揚程(米)配套功率(千瓦):二102×水泵效率×傳動效率 動力安全系數(shù)(或稱備用系數(shù))可根據(jù)水泵軸功率大小確定，軸功率小時取大值。傳動交率要根據(jù)傳動類型和傳動方式確定。采用聯(lián)軸器直接傳動時，取0.99。采用皮帶傳動時，開口式傳動取0.98,交叉?zhèn)鲃尤?.9,半交叉取0.92～0.94;三效率是指有效功率與軸功率的比值，因此他是反映泵對動力所給予的功率利用程度的技術(shù)經(jīng)濟指標。常用符號為n,其大小用百分數(shù)來表示。可用下式表有效效率水泉效率=——————×100%軸功率由于有效功率小與軸功率，因此水泵效率永遠小于1。但水泵效率值越大說明有效功率越大，泵內(nèi)損失功率越小。我們選擇水泵時，應(yīng)盡量選擇效率高的水泵銘牌上的效率是指水泵可能達到的最高效率，一般農(nóng)用水泵的最高效率為60%~80%,有些大型水泵超過了80%。3.3.2選擇步驟(1)列出基本數(shù)據(jù)：1.介質(zhì)的特性：介質(zhì)名稱、比重、粘度、腐蝕性、毒性等。2.介質(zhì)中所含固體和顆粒、含量多少。3.所需要的流量，一般工業(yè)用泵在工藝流程中可以忽略管道系統(tǒng)中的泄漏量，5.壓力，吸水池壓力，排水池壓力，管道系統(tǒng)中的壓力降。(2)確定流量揚程和流量1.如果生產(chǎn)工藝中已給出最小、正常、最大流量，應(yīng)按最大流量考慮。2.如果生產(chǎn)工藝中只給出正常流量，應(yīng)考慮留有一定的余量。3.如果基本數(shù)據(jù)值只給重量流量，應(yīng)換算成體積流量。由于噴泉的水泵必須滿足大功率快速精確啟停，我選用品牌為DESHB(德士比)的QYP100-4.5-2.2噴泉泵。其實物圖見其3-2所示：圖3-2QYP噴泉泵的實物圖第四章系統(tǒng)軟件設(shè)計4.1PLC梯形圖概述梯形圖時使用的最多的圖形編程語言，被稱為PLC的第一編程語言。梯形圖與電器控制系統(tǒng)的電路圖很相似，具有直觀易懂的優(yōu)點，很容易被工廠電氣人員掌握，特別適用于開關(guān)量邏輯控制。梯