plc课程设计--喷泉控制.doc

湖北理工学院 目录电气与电子信息工程学院PLC综合设计设计报告名 称： 喷泉控制 专业名称： 自动化 班 级： 自动化2011（1）班 学号： 2011402301 姓 名： 指导教师： 高海洲、胡学芝 设计时间： 2013年12月16日2013年12月27日 设计地点： K3-218 PLC实验室 课程设计任务书20132014 学年第1学期学生姓名： 张军 专业班级： 自动化2011（1）班 指导教师： 胡学芝、高海洲 工作部门： 电气与电子信息工程学院一、课程设计题目 PLC综合设计 课题1 ：.电动机的顺序控制课题2 ：竟猜抢答系统的设计课题3 ：交通灯控制课题4 ：电梯控制课题5 ：喷泉控制二、课程设计内容（含技术指标） 1、用PLC实现三台以上电动机顺序控制，要求模拟实际的工况，有必要的连锁和互锁保护，电机间的逻辑联系应具有一定的复杂程度，画出主电路和接线图，接好线，编程并进行调试。2、用PLC实验装置设计竟猜抢答系统，要求不少于5组，有必要的组号显示、记时显示和模拟记分系统，有优先抢答功能，画出主电路和接线图，接好线，编程并进行调试。3、用PLC实现十字路口或丁字路口的交通信号灯控制，要求与实际交通灯工作情况基本相符，并能够通过外部设备对时间进行设定，画出主电路和接线图，接好线，编程并进行调试。4、用PLC实现电梯控制，要求与实际基本相符，电梯层数不少于4层，画出主电路和接线图，接好线，编程并进行调试。5、用PLC实现喷泉控制，要求花样不少于5种，能自动循环、单循环、和手动控制，画出主电路和接线图，接好线，编程并进行调试。6、同组同学要求不能完全重复，必须有自己的亮点，对思路新颖的、和用到更多功能指令的有加分。7、所有小组均应在开题的过程中，由指导老师对与相关的具体的设计控制要求进行审核。三、设计进度安排序 号内 容学时安排（天）1选题、讲解设计要求、查资料； 12方案论证、说题及硬件选型和设计23软件设计24程序及系统调试35绘制图纸、撰写和打印设计报告16设计答辩1合 计10设计指导答辩地点：K3PLC实验室四、基本要求设计报告：不少于5000字，幅面，统一复印封面。 封面、课程设计任务书 目录1）方案选择，方案论证（综述、任务详解及设计思路，PLC选型等）2）系统硬件设计（系统功能及原理、系统组成框图、器件选择、电路原理图、I/O分配及接线）3）系统软件设计（各软件模块的功能，梯形图及说明） 4）系统调试（调试步骤、方法及调试过程中的问题及如何解决等）5）结果分析及展望（最后的结果成功点和不足之处、总结及改进等） 附录-参考文献五、课程设计考核办法与成绩评定根据过程、报告、答辩等确定设计成绩，成绩按得分0100分，可分为优、良、中、及格、不及格五等。评定项目基本内涵分值设计考勤考勤、自行设计、按进度完成任务等情况10设计调试软硬件调试过程及完成情况30设计答辩回答问题等情况20设计报告完成情况、报告规范性、创新性、雷同率等情况4090100分：优；8089分：良；7079分：中；6069分，及格；60分以下：不及格六、课程设计参考资料1李仁主编，电气控制，北京：机械工业出版社，20002陈立定等主编，电气控制与可编程控制器，广州：华南理工大学出版社，20013王仁祥主编，常用低压电器原理及其控制技术，北京：机械工业出版社，20024郑萍主编，现代电气控制技术，重庆：重庆大学出版社，20015 佟为明等编，低压电器继电器及其控制系统，哈尔滨：哈尔滨工业大学出版社，20006 王海，李洪奎，刘晓。基于PLC的多轴控制研究J。机械工程学报,2008, 6(4):470-472.7 杨东,黄永红,张新华,吉敬华.用PLC基本指令实现自动运动定位控制的 研究J. 微计算机信息,2010,26(2-1):62-64。 8 秦琴，王忠庆.。利用PLC的高速计数功能实现轴的精确定位控制.。电气技术。2009(3)。9 陈婵娟,薛恺.基于PLC的步进电动机单双轴运动控制的实现.机械设计与制造.2009(3)。10 杨涛,王启江等。基于PLC绕线机控制系统设计J。组合机床与自动化加工技术，2005(8)：58-59。目 录 方案选择及论证4系统硬件设计5 系统软件设计7系统调试7 结果分析及展望7附录-参考文献16方案选择，方案论证 一、花式喷泉的综述喷泉是一种将水经过一定压力通过喷头洒出来具有一定形状的组合体，呈现出各种各样的组合供欣赏，提供水压的一般为水泵。现代城市中的喷泉形式已十分丰富。随着构筑物的大小及水压等的变化，喷泉或高或低、或珠或雾，精彩纷呈。可分为以下许多种：包括音乐喷泉等，但在实验室只能用烟花模块仿真喷泉，所以只能通过控制灯亮的形状来仿真喷泉的喷水方式。1.1采用PLC控制花式喷泉的优点 （1）控制方式上看：PLC软接线，只需改变控制程序就可轻易改变逻辑或增加功能。 （2）工作方式看：PLC串行工作，不受制约。（3）控制速度上看：PLC通过半导体来控制，速度很快，无触点，顾而无抖动一说。（4）定时、计数看：PLC时钟脉冲由晶振产生，精度高，定时范围宽，有记忆功能。（5）可靠、维护看：PLC无触点，寿命长，且有自我诊断功能，对程序执行的监控功能，现场调试和维护方便。二、系统设计的基本步骤在花式喷泉控制系统的设计过程中主要考虑以下几点：（1）深入了解和分析花式喷泉的工艺条件和控制要求。（2）确定I/O设备。根据花式喷泉控制系统的功能要求，确定系统所需的输入、输出设备。常用的输入设备有按钮、选择开关等，常用的输出设备有指示灯等。（3）根据I/O点数选择合适的PLC类型。（4）分配I/O点，分配PLC的输入输出点，编制出输入输出分配表或输入输出端子 的接线图。（5）设计花式喷泉系统的梯形图程序，根据工作要求设计出周密完整的梯形图（6）程序，这是整个花式喷泉系统设计的核心工作。（7）将程序输入PLC进行软件测试，查找错误，使系统程序更加完善。 三、系统控制方案及设计思路花式喷泉系统的控制要求如下：（1） 由于输出有限（有21个灯，只有16个输出），不得不将有些灯连在一起输出。为了好变形状，我将第二圈和第三圈对应的连在一起了，如L1和L3，L2和L4，L5和L9等。（2） 设计了四种花样可供选择。按下启动按钮，喷泉即开始工作，按下停止按钮，则停止喷水。可实现自动循环，手动循环，手动，加速，变速，选择花样等功能。（3）该花式喷泉有四种喷水花样可供选择：花样一：4、3、2、1间隔0.2依次喷水，一起工作0.8秒且循环五次后，如果为单循环工作方式，则继续循环下去。如果为自动循环工作方式，则进入想一个花样。花样二：此花样为火轮形状的转动，而且还可以通过拨码开关进行调速。转8圈后结束。如果为单循环工作方式，则继续循环下去。如果为自动循环工作方式，则进入想一个花样。花样三：4、3、2、1间隔0.2依次向外喷水，一起工作0.8秒后全部都凉了，然后又从外圈相内圈熄灭。如此循环五次后，如果为单循环工作方式，则继续循环下去。如果为自动循环工作方式，则进入想一个花样。花样四：相邻的两条灯构成X型，然后围绕中心点转动。速度由慢变快，然后又有快变慢，循环次数可以设定。花样五：花样五是手动输入，通过拨码开关来实现灯的亮法。花式喷泉池示意图如图2-1所示：四、PLC的选型 在PLC系统设计时，首先应确定控制方案，下一步工作就是PLC工程设计选型。工艺流程的特点和应用要求是设计选型的主要依据。因此，工程设计选型和估算时，应详细分析工艺过程的特点、控制要求，控制任务和范围确定所需的操作和动作，然后根据控制要求，估算输入输出点数、所需存储器容量、确定PLC的功能、外部设备特性等，最后选择有较高性能价格比的PLC和设计相应的控制系统。（1）输入输出（I/O）点数的估算I/O点数估算时应考虑适当的余量，通常根据统计的输入输出点数，再增加10%20%的可扩展余量后，作为输入输出点数估算数据。（2）存储器容量的估算存储器容量是可编程序控制器本身能提供的硬件存储单元大小，程序容量是存储器中用户应用项目使用的存储单元的大小，因此程序容量小于存储器容量。设计阶段，由于用户应用程序还未编制，因此，程序容量在设计阶段是未知的，需在程序调试之后才知道。为了设计选型时能对程序容量有一定估算，通常采用存储器容量的估算来代替。（3）控制功能的选择该选择包括运算功能、控制功能、通信功能、编程功能、诊断功能和处理速度等特性的选择。根据本课题所设计控制的需求，主要介绍一下几种功能的选择。1.控制功能PLC主要用于顺序逻辑控制，因此，大多数场合常采用单回路或多回路控制器解决模拟量的控制，有时也采用专用的智能输入输出单元完成所需的控制功能，提高PLC的处理速度和节省存储器容量。2.编程功能离线编程方式：PLC和编程器公用一个CPU，编程器在编程模式时，CPU只为编程器提供服务，不对现场设备进行控制。完成编程后，编程器切换到运行模式，CPU对现场设备进行控制，不能进行编程。离线编程方式降低系统成本，但使用和调试不方便。在离线编程方式：CU和编程器有各自的CPU，主机CPU负载现场控制，并在一个扫描周期内与编程器进行数据交换，编程器把在线编制的程序或数据发送到主机，下一扫描周期，主机就根据新收到的程序运行。五种标准化编程语言：顺序功能（SFC）、梯形图（LD）、功能模式图块(FBD)三种图形化语言和语句表（il）、结构体文（ST）两种文本语言。选用的编程语言应遵守其标准（IEC113123），同时，还应该支持多种语言编程方式，如C,Basic等，以满足特殊控制场合的控制要求。3.诊断功能PLC的诊断功能包括硬件和软件的诊断。硬件诊断通过硬件的逻辑判断确定硬件的故障位置，软件诊断分内诊断和外诊断。通过软件对PLC内部的性能和功能进行诊断是内诊断，通过软件对PLC的CPU与外币输入输出等部件信息交换功能进行诊断是外诊断。PLC的诊断功能的强弱，直接影响对操作和维护人员技术能力的要求，并影响平均维修时间。 4机型的选择 通过对输入/输出点的选择、对存储量的选择？对I/O响应时间的选择输出负载的特点选型的分许。 该控制系统选用三菱公司FXON系列的PLC。它体积小，重量轻，使用寿命长，编程和维护方便，故障率低，通过扩展模块的链接，可以增加输入/输出点数。我设计的花式喷泉模型共有7个输入，15个输出，因此，选用型号为FX0N-32MR的PLC。系统硬件设计1、 系统功能及原理 整个电路用状态流程图编写，因为这在实现复杂设计是很很多的方便之处。先想好花型并设计出花型对应的Y口输出，电路由一个总开关来控制启停，然后自行循环。通过按不同的花样选择开关使其满足转换条件，可以选择跳转运行不同的花型。将自动/单循环的按钮按下后，实现一个花样反复循环，若不按则是四个花型自动顺序循环。按下手动开关后，花型停止转动，通过BIN语句来实现显示由拨码开关输入的对应数值，从而达到选择性点亮灯的目的，再次按下此j键则默认的跳到第一个花。在调速花型时，通过拨码开关将数送到时间继电器的数值寄存器中，改变转换的时间从而实现对其转速的调控。原理则是利用其扫描后让各个功能满足相应的转换条件，达到转换目的。 三、功能分配表序号输入说明1X23停止2X23启动按钮3X20自动/单循环4X21手动输入5X24花样16X25花样27X26花样38X27花样4四、 I/O分配表序号输出说明1Y0L02Y1L1、L33Y2L2、L44Y3L5、L95Y4L6、L106Y5L7、L117Y6L12.15Y16L20系统软件设计一、流程图设计 0、10、11、12代表花型14，,13代表手动模块。+号为转换条件，一旦满足跳转条件则流程图会自行转入下一个状态。箭头表示跳转指令，满足条件后可以跳到任何一个模块。根据不同的条件，然后设计不同的控制方法，达到更智能的效果。2、 程序指令 系统设置1、 调试步骤及方法：调试时要一步一步来，一个花一个花的调试及对照。若有和自己设计不符或矛盾，则应找出与出错地方相应的程序并修改，使之吻合 自己的而设计思路，达到一定的视觉效果。2、 问题及解决方案：1、 在调试过程中，我的第二个花型的第三部和第四部间的转换有点问题，其变化并不是我所涉及的。于是找到第三部与第四部的地方，仔细检查，发现设值错误，将数值换过来后就运行正常了。2、 我发现花与花之间的衔接有点问题，不能实现顺序顺序循环。于是找到相应的地方，仔细检查，发现转换条件设置的有问题，将它改好后就运行正常了。3、 我设计的是每个花都循环5次再跳出到下一个花，可是不能实现。于是我将FOR语句改了，改成了用计数器来控制。计数器置1后马上复位，以便下一次循环用。结果分析及展望一、结果分析：程序运行后，花型能够按照自己所设计的变化，当按下控制开关时，会有相应的功能出现，例如：单/自动循环、花型的选择、手动控制等。其实按照状态流程图来对照，我们还可以设置更多的花样及更多的控制方法，使结果产生更加好的效果。 二、展望：通过这次课程设计我学到了很多，将理论上的东西与实际结合起来了，可谓受益匪浅。在写好程序、调好程序后，我发现状态流程图很适合于大型的项目工程，程序结构十分的清晰。在问题处理后，很容