自动送水系统的PLC控制设计【毕业论文+CAD图纸全套】

买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 洛 阳 理 工 学 院 毕 业 设 计（论 文） 题目 自动送水系统 的 制 设计 姓 名 杨 阳 系 （部） 机电工程系 专 业 机电一体化技术 指导教师 党 保 华 2010 年 05 月 26 日 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 I 自动送水系统 的 制 设计 摘 要 本次主要设计的内容是用可编程序控制器（ 制送水系统的运行，主要是其电气控制部分。主要目的是解决目前自动送水控制中存在的一些问题，合理地利用 硬件资源和软件资源 ;提高自动送水方便可靠性和操作的灵活性 ;减少输入输出端口 ;充分利用各种指令的简化控制程序 ,做到控制程序应尽量简单，便于理解，并有一定的规律性以便能适合于不同控制的要求。 在众多生产领域中，经常需要对贮槽、贮罐、水池等容器中的水位进行监控，以往常采用传统的继电器接触控制，使用硬连接电器多，可靠性差，自动化程度不高，目前已有许多企业采用先进控制器对传统接触控制进行改造，大大提高了控制系统的可靠性和自控程度，为企业提供了更可靠的生产保障。本文在此介绍一种采用可编程控制器（ 水位进行监控的方法，其电路结构简单，投资少（可利用原有设施改造） 具有在线修改功能，灵活性强，适用于多段水位监控场合。 控制系统可以根据生产的需要将水位分为多段来设定，并分段显示，当水位为最低限时自动启动水泵加水，水位到达设定值时发出报警，并停泵；操作人员可通过确认按钮解除报警信号，系统具有手动 /自动两种控制方式，并设有试验功能。 关键词： 位置 ，控制， 送水系统 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 he of is of is is to in of at of LC in of of be to to so as to n of t is to of as it to to at of of a LC to of is a of to of of on of to it to is to it a at by 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 录 前 言 . 1 第 1 章 概述 . 2 简介 . 2 编程控制器的产生 . 2 编程控制器的特点 . 3 基本结构 . 4 第 2 章 硬件设计 . 8 型的简介和选择 . 8 定型号 60. 11 具有优越性能 . 11 电路设计 . 13 入电路设计 . 14 出电路设计 . 15 线图及选型 . 16 ， Q 号交流 401339828 或 11970985 V 统调试 . 41 试过程 . 41 试结果 . 41 统抗干扰设计 . 42 离震动和冲击源 . 42 结 论 . 43 谢 辞 . 44 参考文献 . 45 外文资料翻译 . 46 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 1 前 言 随 着我国社会经济的迅猛发展，人民物质文化生活水平日益提高， 随 着工业自动化的普及和发展 ,控制器的需求量逐年增大。为了改变落后的生产状态 ,缓解日趋紧张的供求关系 ,我们研究 就得 开发多工步搬运机械手。 进入 21 世纪，我国作为一个发展中大国，加快科学技术发展、缩小与发达国家的差距，还需要较长时期的艰苦努力，同时也有着诸多有利条件。中华民族拥有 5000 年的文明史，中华文化博大精深、兼容并蓄，更有利于形成独特的创新文化。只要我们增强民族自信心，贯彻落实科学发展观，深入实施科教兴国战略和人才强国战略，奋起直追、迎头赶上，经过 15 年乃至更长时间坚韧不拔的艰苦奋斗，就一定能够创造出无愧 于时代的辉煌科技成就。 科技工作的指导方针是：自主创新，重点跨越，支撑发展，引领未来。自主创新，就是从增强国家创新能力出发，加强原始创新、集成创新和引进消化吸收再创新。重点跨越，就是坚持有所为、有所不为，选择具有一定基础和优势、关系国计民生和国家安全的关键领域，集中力量、重点突破，实现跨越式发展。要把提高自主创新能力摆在全部科技工作的突出位置。在对外开放条件下推进社会主义现代化建设，必须认真学习和充分借鉴人类一切优秀文明成果。但是，必须清醒地看到，只引进而不注重技术的消化吸收和再创新，势必削弱自主研究开发的 能力，拉大与世界先进水平的差距。总之，必须把提高自主创新能力作为国家战略，贯彻到现代化建设的各个方面，贯彻到各个产业、行业和地区，大幅度提高国家竞争力。 我国科学技术发展的总体目标是：自主创新能力显著增强，科技促进经济社会发展和保障国家安全的能力显著增强，为全面建设小康社会提供强有力的支撑；基础科学和前沿技术研究综合实力显著增强，取得一批在世界具有重大影响的科学技术成果，进入创新型国家行列，为在本世纪中叶成为世界科技强国奠定基础，形成比较完善的中国特色国家创新体系。 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 2 第 1 章 概述 简介 可编程控制器是在传统顺序控制器的基础上引入微电子技术、计算机技术、自动控制技术和通信技术而形成的新型工业控制装置。早期的可编程控制器在功能上只能进行逻辑控制，即替代继电器、接触器为主的各种顺序控制，因此称它为可编程逻辑控制器 （ . 随 着 技 术 的 发 展 ， 国 外 一 些 厂 家 采 用 微 处 理（ 作为中央处理单元，使其功能大大增强。现在的 具有算术计算、模拟量处理和通信联网等功能，一名称已不 能准确反映它的特性。 1980 年美国电气制造商协会（ 将它命名为可编程控制器 （ 由于个人计算机 （ 也简称 避免混淆可编程控制器仍简称 国际电工委员会 （ 曾于 1982 年 11 月颁发了可编程控制器标准草案第一稿， 1985 年 1 月又颁发了第二稿， 1987 年 2 月颁发了第三稿。草案中对可编程控制器的定义是： “可编程控制器是一种数字运算操作的电子系统，专为在工业环境下应用而设计。它采用了可编程的存储器，用在其 内部存储执行逻辑运算、顺序控制、定时、计数和算术操作等面向用户的指令，并通过数字式或模拟式的输入 /输出，控制各种类型的机械和生产过程。可编程控制器及其有关外围设备，都按易于工业系统联成一个整体，易于扩充其功能的原则设计。” 编程控制器的产生 可编程序控制器问世于 1969 年。 20 世纪 60 年代末期，当时美国的汽车制造工业非常发达，竞争也十分激烈。各生产厂家为适应市场需求不断更新汽车型号，这必然要求相应的加工生产线随之改变，整个继电接触器控制系统也就必须重新设计和配置。这样不但造成设备的极大浪费， 而且买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 3 新系统的接线系统也非常费时。在这种情况下，采用继电器控制就显出有过多的不足。正是从汽车制造业开始了对传统继电器控制的挑战， 1986 年美国 M)公司，为了适应产品品种的不断更新、减少更换控制系统的费用和周期，要求制造商为其装配线提供一种新型的通用程序控制器，并提出 10 项招标指标 ： (1) 编程简单，可在现场修改程序 (2) 维护方便，最好是插件式。 (3) 可靠性高于继电器控制柜。 (4) 体积小于继电器控制柜。 (5) 可将数据直接送入管理计算机。 (6) 在 成本上可与继电 器控制柜竞争。 (7) 输入可以是交流 115V。 (8) 输出为交流 115V、 2A 以上，能直接驱动电磁阀等。 (9) 在扩展使，原系统只需很小变更。 (10)用户程序存储器容量至少能扩展到 4K。 这就是著名的 。如果说各种电控制器、电子计算机技术的发展是可编程序控制器出现的物质基础，那么 就是可编程控制器出现的直接原因。 编程控制器的特点 与传统的继电器逻辑相比， 有以下优点： （ 1） 由于采用了大规模集成电路和计算机技术，因此可靠性高、逻辑功能强，而且体积小。 （ 2） 在需要大量中间继电器、时间继电器及计数继电器的场合， 用微处理器及存储器的功能，就可以很容易地完成这些逻辑组合和运算，大大降低了控制成本。 （ 3） 由于 用软件编制程序来完成控制任务，所以随着要求的变更对程序进行修改显得非常方便，具有很好的柔性。继电器线路则是通过许多真正的“硬”继电器和它们之间硬接线达到的，要想改变控制功能，必须变更硬接线，重新配置，灵活性差。 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 4 （ 4） 新一代 了具有远程通信功能以及易于与计算机接口实现群控外，还可以通过附加高性能模块对模拟量进行处理， 实现各种复杂的控制功能，这是布线逻辑的继电器控制系统无法办到的。 基本结构 本构成是一样的，都采用计算机结构，如下图 （ 1所示，都以微处理器为核心，通过硬件和软件的共同作用实现其功能， 要有六部分组成： 央处理器）、存储器、输入输出 （ I/O） 接口电路、电源、外设接口、输入输出 （ I/O） 扩展接口。 图 1本结构 1 中央处理器 （ 的英文缩写。它是核心和控制指挥中心，主要由控 制器、运算器、和寄存器组成，并集成在一块芯片上。 过地址总线、数据总线和控制总线与存储器、输出 /输入接口电路相连接，完成信息传递、转换等。 主要功能有 ;接受输入信号并存入存储器，读出指令，执行指令并将结果输出，处理中断请求，准备下一条指令等。 2 存储器 存储器主要用来存放系统程序、用户程序和数据。根据存储器在系统中的作用可将其分为系统程序存储器和用户程序存储器。 系统程序是对整个 统进行调度、管理、监视及服务的程序，它买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 5 控制和完成 各种功能。 3 输出 /输入接口电路 输出 /输入接口 电路 （ I/O） 是 现场 I/O 设备相连接的部件。 够接受 和处理的信号 。 (1) 输入接口电路 输入接口一般接受按钮开关、行程开关、传感器等的信号，电路如图（ 1所示。图中只画出一个输入点的输入电路，各输入点所对应的输入电路大都相同。输入电路的电源有 3 种形式 :一种是直流输入（ 24V） ；另一种是交流输入（ 120V 或 200 240V），第三种是交直流输入（交直流 12V 或 24V）。图（ 1所示的就是直流 24V 的输入电路，虚线内为 内部输入电路。图中 限流电阻， C 构成滤波电路，发光二极管与光电三极管封装在一个管壳内，构成光电耦合器， 入接口电路不仅使外部电路与 部电路实现光电隔离从而提高了 抗干扰能力，而且实现了电平转换。 图 1入接口电路 （ 2） 输出接口电路 输出接口电路按照 类型不同一般分为继电器输出型、晶体管输出型和晶闸管输出型 3 类 。其中继电器输出型为有触点的输出方式，可用于直流或低频交流负载；晶体管输出型和晶闸管输出型都是无触点输出方式，前者适用于高速、小功率的直流负载，后者 适用与高速大功率、交流负载。 在继电器输出型中，继电器即作为开关器件，又作为隔离器件，电路图如图 （ 1所示。图中只画出一个输出点的输出电路，各输出点所对应的输出电路相同。电阻 R 和发光二极管 来显示该点输出状态， 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 6 一小型直流继电器。当 出接通信号时，内部电路使继电器线圈通电，继电器常开触点闭合使负载回路接通，同时 亮。根据负载要求可选用交流电源。一般负载电流不大于 2A，响应时间为 8 10械寿命大于106次。 图 1电器电路图 在晶 体管输出型中，输出回路的三极管工作在开关状态，电 如图（ 1示 ,图中 发光二极管 来指示该点输出状态。当 出接通信号时，内部电路通过光电耦合器使三极管 通，负载得电，同时发光二极管 亮，指示该点有输出，稳压管 于输出端的过压保护。晶体管输出型要求带直流负载。由于是无触点输出，因此寿命长，响应速度快，响应时间小于 1其负载电流约为 图 1体管输出型电路 在晶闸光输出型中，光控双向晶闸管为输出开关器件，电路 如图（ 1示。每一个输 出点都对应一个相同的输出电路。当 出接通信号时，内部电路通过光电耦合器使双向晶闸管导通，负载得电，同时发光二极管亮，表明该点有输出。电阻 电容 C 组成高频滤波电路，以减少高频信号干扰。双向晶闸管是交流大功率半导体器件，负载能力强，响应速度快（ ） 。 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 7 图 1闸管输出型电路 4 电源 般采用 源，经整流、滤波、稳压后可变换成供 储器等电路工作所需的直流电压，有的 采用 源供电。为保证 作可靠，大都采用开关型稳压电源。有的 向外部提供24V 直流电源。 5 外部设备接口 外部设备接口是在主机外壳上与外部设备配接的插座，通过电缆线可配接编程器、计算机、打印机、 入器、触摸屏等。 编程器有简易编程器和智能图形编程器两种，用于编程、对系统作一些设定及监控 控制系统的工作状况等。 6 I/O 扩展接口 I/O 扩展接口是用来扩展输入、输出点数的。当用户输入、输出点数通过主机的范围时，可通过 I/O 扩展接口与 I/O 扩展单元相接，以扩充 I/A/D 和 D/A 单元以及链接单元一般也通过该接口与主机连接。 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 8 第 2 章 硬件设计 型的简介和选择 对于 选择，我们必须考虑多方面的因素。例如输入、输出的最多点数；扫描速度；内存容量；指令条数；功能模块等。同时还要考虑其经济实用性以及工作环境对其的影响。 目前 产厂家的产品众多，型号规格也不统一，其分类也没有统一的标准，通常可 有 3 种 形式分类。 1. 按结构形式分类 根据结构形式不 同 分为整体式和模块式两种。 （ 1）整体式 整体式是 把 各个组成部分（ I/O 接口电路、 储器 等）安装在一块或少数几块印刷电路板上，并连同电源一起装在机壳 内形成一个单一的整体。输入、输出接线端子及电源进线分别在机箱的上、下两侧，并有相应的发光二极管显示输入 /输出状态。面板上留有编程器的插座、扩展单元的借口插座等。其特点是简单、紧凑、体积小、重量轻、价格较低。通常小型或者超小型 采用这种结构。如松下电工的 产品。整体式 主机可通过扁平电缆与 I/O 扩展单元、智能单元如（ A/D、 D/ 等相连接。这类机适合于单机控制的场合 。 （ 2）模块式 模块式是把 各基本部分做成独立的模块，如 块（包含存储器）输入模块、输出模块、电源模块等。其 他各种智能单元和特殊单元也制成各自独立的模块。然后以搭积木的方式吧他们组装在一个具有标准尺寸并带有若干个插槽的机架内构成完整的系统。框架上有电源及开关，对整个系统供电。每个都弹性锁扣将模板固定在框架中。框架上有地址开关，以便系统识别。通常中型或大型 采用这种结构。如松下电工的产品就采用了模块式结构。此种结构的 有组装灵活、对现场的应变能力强、便于扩展和维修方便等优点，用户可以根据需要灵活方便地将各种功能模块及扩展单元（如 A/D、 D/A 单元和各种智能单元等）插 入买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 9 机架底板的插槽中，以组合成不 同功能的控制系统。 2 按功能分类 按 具有的功能不同，可分为高、中、低三档。 (1)低档机 具有逻辑运算、定时、计数、移位及自诊断、监控等基本功能。有些还有少量模拟量输入输 出（即 A/D、 D/A 转换）、算术运算、数据传送、远程 I/O 和通信等功能。常用于开关量控制、定时 /计数控制、顺序控制及少量模拟量控制等场合。由于其价格低廉、实用 ,是 量大而面广的产品。 (2)中档机 除具有低档机的功能外，还有较强的模拟量输入输出、算术运算、数据传送与比较、数制转换、子程序调用、远程 I/O 以及通过信联网等功能 ，有些还具有中断控制、 路控制等功能。适用于既有开关量又有模拟量的较为复杂的控制系统，如过程控制 、位置控制等。 (3)高档机 除了进一步增加以上功能外，还具有较强的数据处理、模拟调节、特殊功能的函数运算、监视、记录、打印等功能，以及更强的通信联网、中断控制、智能控制、过程控制等功能。可用于更大规模的过程控制系统，构成分布式控制系统，形成整个工厂 的自动化网络。高档 其外部设备配置齐全，可与计算机系统结为一体，可采用梯形图、流程图及高 级语言等多种方式编程。它是集管理和控制与一体，实现工厂高度自动化的 重要设备。 3. 按 I/O 点数和程序容量分类 I/O 点数和内存容量可分为超小型机、小型机、中型机和大型机 4 类。 表 2类 分类 I/O 点数 程序容量 超小型机 2048 13K 字节以上 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 10 4. I/O 寻址方式 表 2“基本功能、高速处理、便于使用”的研发理念，使其具有数据传送与比较，四则运算与逻辑运算、数据循环与移动等应用指令系统。除此之外，还具有输 入输出刷新、中断、高速计数器比较指令、高速脉冲输出等告诉处理指令，以及在 制方面，将机械控制的标准动作封装化的状态初始化指令等，使功能大大增加。 列 特殊控制方面不但具备模拟量输入输出控制，而且具有定位控制几 种 型号 输入端型号 输出端型号 控制单元 00 7 00 24 0 40 10 O 56 10 O 10 72 10 20 0 10 级扩展单元 入类型 I/O 链接单元 A/D 转换单元 通道 0 单元号 1 通道 1 / 单元号 2 通道 0 / 单元号 3 通道 1 / 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 11 在通信方面，能够方便地与 算机链接实现数据交换与管理。 定型号 60用 统与采用其它形式的控制系统相比较，力求具有较好的性价比，使用和维修方便；选用的 机和配置、控制功能等必须能满足被控对象的各种控制要求；选用的 机及配 置必须是功能较强的新一代 型，一般最好不要选用旧机型（若采用三菱公司的 选 选 列）。同时还应当考虑将来工艺的变化和扩展，在满足确定的要求外，留有一定的余量；确保整个控制系统可靠。还要考虑大家对产品的熟悉程度，以及编程指令的易懂性。在此，我选用三菱 逐步替代三菱公司原 F、 列 品。其中 近年推出的产品， 在 后推出的超小型 几年来又连续推出了将众多功能凝集 在超小型机壳内的 系列 有较高的性能价格比，应用广泛。它们采用整体式和模块式相结合的叠装式结构 ，如图 2 具有优越性能 1. 本指令 ； 2. 晶体管输出型的基本单元内置了 3轴独立最高 100且增加了新的定位指令 ； 3. 增强了通信的功能，其内置的编程 口可以达到 且最多可以同时使用 3个通信口（包括编程口在内）。 表 2图 2菱 文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 12 能规格 项目 规格 备注 运转控制方法 通过储存的程序周期运转 I/O 控制方法 批次处理方法（当执行 I/O 指令可以刷新 运转处理时间 基本指令： s 应用指令： 几百 s 编程语言 逻辑梯形图和指令清单 使用步进梯形图能生成型程序 程式容量 内置 8K 步 储盒（ L）可选 指令数目 基本顺序指令： 27 步进梯形指令： 2 应用指令： 85 最大可用 177 条应用指令，包括所有的变化 I/O 配置 最大硬体 I/O 配置 128，依赖于用户的选择（最大软件可设定地址输入 128、输出 128） 辅助继电器（ M 线圈） 一般 384 点 定 1152 点（子系统） 殊 256 点 8255 状态继电器（ S 线圈） 一般 1000 点 始 10 点（子系统） 时器（ T） 100 毫秒 范围： 0 至 200 0 毫秒 范围： 0 至 46 点 毫秒 范围： 4点 00毫秒积算 范围： 0 至 6 点 数器（C） 一般 范围： 0 至 32767 数 16 点 型： 16 位上计数器 锁定 184 点（子系统） 型： 16 位上计数器 一般 范围： 1 至 32767 数 20 点 型： 32 位双向计数器 锁定 15 点（子系统） 型： 32 位双向计数器 高速计数器（C） 单相 范围：147483648数；选择 多达 4 个单相计数 点 单相 c/止 点 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 13 输入 器，组合计数频率不； 相计数器 ,组合；计数频率不大于 双相 点 A/B 相 点 数据寄存器（D） 一般 128 点 型： 32 位元件的 16 位数据存储寄存器 锁定 7872 点 型： 32 位元件的 16 位数据存储寄存器 文件 7000 点 7999 通过 3块 500程式步的参数设置 类型： 16 位数据寄存器 外部调节 范围： 0 至 255 2 点 数据从外部设置电位器移到寄存器； 殊 256 点（包含 8031） 从 型： 16 位数据存储寄存器 变址 16 点 V 和 Z 类型： 16 位数据寄存器 指标（ P） 用于 28 点 于中断 6 点 100*至 130*（上升触发 *1，下降触发 * 0） 嵌套层次 用于 8 点 数 十进位 K 16 位： 32768 32 位： +2147483647 十六进位 H 16 位： 0000 至 2 位： 00000000 至 电路设计 硬件设计是 关系着 全性 、稳定性。 ，还要间接控制定压补水泵的起、停和报警输出。 该 系列 统配置灵活，功能强大，便于扩充，完全满足控制要求，数量型号配置如表 2 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 14 表 2统 置清单 序号 设备名称 规格型号 数量 1 块 7103 1 2 电源模块 600 1 3 开关量输入模块 4 4 开关量输出模块 2 5 模拟量输入模块 600 1 6 底板 入 电路设计 制系统的输入电路设计 :电电源一般为 240V，适应电源范围较宽，但为了抗干扰，应加装电源净化元件（如电源滤波器、 1:1隔离变压器等 ） ;隔离变压器也可以采用双隔离技术，即变压器的初、次级线圈屏蔽层与初级电气中性点接大地，次级线圈屏蔽层接 入电路的地，以减小高低频脉冲干扰。 入电路电源一般应采用 4V, 同时其带负载时要注意容量，并作好防短路措施，这对系统供电安全和 全至关重要，因为该电源的过载或短路都将影响 运行，一般选用电源的容量为输入电路功率的两倍， 入电路电源支路加装适宜的熔丝，防止短路。 具体接线方法如下图（ 2 开关量输入模块的选择 :输入信号的类型及电压等级 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。 开关量输入模块的 电压等级 有：直流 5、 12、 24、 48、 60等；交流 110、 220等。 一般 5、 12、 24用于传输距离较近场合，如 5输入模块最远不得超过米。距离较远的应选用输入买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 15 电压等级较高的。 1231 2 31 2341 2 31 2310220110220132 3332 33000 001000 00100001234图 2入电路图 出电路设计 制系统的输出电路设计 :依据生产工艺要求，各 种指示灯、变频器 /数字直流调速器的启动停止应采用晶体管输出，它适应于高频动作，并且响应时间短 ;如果 统输出频率为每分钟 6 次以下，应首选继电器输出，采用这种方法，输出电路的设计简单，抗干扰和带负载能力强。 如果 出带电磁线圈等感性负载，负载断电时会对 输出造成浪涌电流的冲击，为此，对直流感性负载应在其旁边并接续流二极管，对交流感性负载应并接浪涌吸收电路，可有效保护 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 16 当 描频率为 10 次 /下时，既可以采用继电器输出方式，也可以采用 出驱动中间继电器或者固态继电器（ 再驱动负载。对于两个重要输出量，不仅在 部互锁，建议在 部也进行硬件上的互锁，以加强 统运行的安全性、可靠性。 对于常见的 流开关类负载，例如交流接触器、电磁阀等，应该通过 小型中间继电器驱动，避免 点直接驱动，尽管册标称具有 流开关类负载驱动能力。 电路图如图