基于PLC系统控制的花样喷泉毕业论文

基于基于 PLC 系统控制的花样喷泉系统控制的花样喷泉 学院：南京机电职业技术学院 系部：自动化工程系 专业：电气自动化 班级：电气自动化（1）班 学号：G1010104 姓名：孙连运 指导老师：郭夕琴 日期：2013年3月25日 摘要摘要 花样喷泉的核心是 PLC，即可编程序控制器，是一种以微处理器为核心、带 有指令存储器和输入输出接口、 综合了微电子技术、 计算机技术、 自动控制技术、 通信技术的新一代工业控制装置。它能够存储和执行指令，进行位置控制、逻辑 控制、顺序控制、定时、计数和算术运算等操作，并通过数字式和模拟式的输入 和输出，控制各种类型的机械或生产过程。它不仅充分发挥了计算机的优点，以 满足各种工业生产过程自动控制的需要， 同时又照顾一般电气操作人员的技术水 平和习惯，采用梯形图或状态流程图等编辑方式，使 PLC 的使用始终保持大众化 的特点。 关键词：PLC 花样喷泉 工业控制 大众化 近年来我国经济的不断发展， 物质生活水平的提高促使着人们迫切的追求更高的 生活享受，于是大大小小的公园如雨后春笋般出现在新的城市规划中，其中必然 会修建一些喷泉供人们休闲、观赏。这些喷泉按一定的规律改变喷水式样，如果 再与五颜六色的灯光相配合，在和谐优雅的音乐中，更是令人心旷神怡，流连忘 返。 其中 PLC 控制的花样喷泉更是作为佼佼者，以其简单的操作方法和绚烂的视 觉效果饱受人们的称赞。本文讲述的是如何利用 PLC 控制喷泉喷水方式，从而产 生产生各样的样式。 目录目录 第一章 喷泉的设计.1 1.1 课题背景及目的.2 1.2 本次课程设计任务及要求.3 1.3 控制方案的选择4 1.4 I/O 分配表.6 第二章 PLC 的基本工作原理7 2.1 PLC 的基本工作原理7 2.2 扫描技术7 2.2.1 输入采样阶段7 2.2.2 用户程序执行阶段8 2.2.3 输出刷新阶段8 第三章PLC 硬件连接图.9 3.1 PLC 硬件连接图.9 3.2 控制电机的接线图.9 3.3 顺序连接图.9 3.4 梯形图10 3.5 指令表13 第四章 调试过程及说明.15 第五章 结束语. 18 第六章 参考文献.20 附录21 第一章第一章 喷泉的设计喷泉的设计 1.1 课题背景及目的课题背景及目的 课程设计在整个教学过程中，是一个非常重要的实践性教学环节，尤其在掌 握机电传动控制技术时，仅仅了解工作原理和控制的指令系统是远远不够的。为 最大限度的满足生产工艺和机械设备的要求， 就需要结合机电传动控制和应用技 术的特点，进行初步的工程训练。 在许多休闲广场、景区或游乐场所里,人们经常看到喷泉按一定的规律喷水, 景色迷人;若在夜晚配上各种颜色的灯光显示,则更加绚丽多彩.本次课程设计就 是通过设计花样式喷泉以机电传动控制课程设计为载体的主要目的， 是通过对喷 泉简单的自动化控制、简单的工艺过程的调查研究，使学生明确生产工艺对电气 控制提出的各项要求。根据这些要求，进行基本的原理设计、工艺设计和操作设 计，使学生在课程设计的全过程中，进一步明确设计任务中的各项要求，建立课 程设计工作的整体概念，从工程环境、实现手段和操作方式的各个环节入手来设 计控制程系统，通过不断的调试和完善软硬件设计，最终能够满足这些要求。 课程设计以培养工程应用能力为主，在独立完成设计任务的同时，还要进行 多方面能力的培养和提高，为毕业设计以及毕业后的工作能力打下良好的基础。 1.2 本次课程设计任务及要求本次课程设计任务及要求 某花样的喷泉如图所示，4 号为中间喷头，3 号为内环状喷头，2 号为 1 次外环状喷头，1 号为外环装喷头。 （1） 按下启动按钮，喷泉控制装置开始工作，按下停止按钮，喷泉控制装置停 止工作。 （2） 喷泉的工作方式由花样选择开关和单步、连续开关决定。 （3） 当单步、连续开关在单步控制时，喷泉只能按照花样选择开关设置得方式 运行一个循环。 （4） 花样选择开关用于选择喷泉得喷水花样，现考虑 4 种喷水花样。 1花样选择开关在位置 1 时，按下启动按钮后，4 号喷头喷水，延迟 2s 后， 3 号喷头喷水，再延迟 2s 后，2 号喷头喷水，又延迟 2s 后，1 号喷头喷 水。18s 后，如果为单步工作方式，则停下来。如果为连续工作方式，则 继续循环下去。 2花样选择开关在位置 2 时，按下启动按钮后，1 号喷头喷水，延迟 2s 后， 2 号喷头喷水，再延迟 2s 后，3 号喷头喷水，又延迟 2s 后，4 号喷头喷 水。30s 后，如果为单步工作方式，则停下来。如果为连续工作方式，则 继续循环下去。 3花样选择开关在位置 3 时，按下启动按钮后，1 号、3 号喷头同时喷水， 延迟 3s 后，2 号、4 号喷头同时喷水，1 号、3 号喷头停止喷水。如此交 替 15s 后，4 组喷头全喷水，30s 后，如果为单步工作方式，则停下来。 如果为连续工作方式，则继续循环下去。 4花样选择开关在位置 4 时，按下启动按钮后，按照 1-2-3-4 的顺序，以此 间隔 2s 喷水，然后一起喷水。30s 后，按照 1-2-3-4 的顺序，分别延迟 2s 依次停止喷水。再经 1s 延迟时，按照 4-3-2-1 的顺序，依次间隔 2s 喷水， 然后一起喷水。30s 后停止。如果为单步工作方式，则停下来。如果为连 续工作方式，则继续循环下去。 1.41.4控制方案的选择控制方案的选择 本次课程设计的课题是花样式喷泉，由其控制要求可知：控制过程是一个 复杂，连续。灵巧的过程。在工业工程中，被选择为控制的一般是：继电器， PLC，单片机。由于绝大多数控制继电器都是长期磨损和疲劳工作条件下进行 的， 容易损坏。 而且继电器的触点容易产生电弧， 甚至会熔在一起产生误操作， 引起严重的后果。单片机是一种集成电路编程复杂，结构复杂等。而 PLC 可 靠性高，抗干扰能力强，配套齐全，功能完善，适用性强，系统的设计、建造 工作量小，维护方便，容易改造，体积小，重量轻，能耗低且易学易用，深受 工程技术人员欢迎，在工业以及其他领域都得到广泛的应用。因此，本次花样 喷泉的自动化控制也采用 PLC 控制。 该控制系统选用三菱公司FX 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,通过扩展模块的连接, 可以增加输入/ 输出点数. 为了便于程序清晰明了，分别调用不同的四个花样，采用了子程序调用指令（CALL P） ，并通过SRET返回原始指令。 不同花样的选择采用手动选择开关，内部通过时间继电器和辅助继电器实现自动化控 制来完成各花样内的循环动作。 1.4I/O 分配表分配表 由控制要求分析可知，分配表中输入7个，输出4个，则其I/O分配表如下表所示 输入输入输出输出 地址地址元件元件功能功能地址地址元件元件功能功能 X0SB1启动开关Y0KM1喷头 1 X1SA2花样开关位置 1Y1KM2喷头 2 X2SA3花样开关位置 2Y2KM3喷头 3 X3SA4花样开关位置 3Y3KM4喷头 4 X4SA5花样开关位置 4 X5SB6停止 X6SB7单步/连续 第二章第二章 PLCPLC 的基本工作原理的基本工作原理 2.12.1 PLCPLC 的基本工作原理的基本工作原理 PLC 采用“顺序扫描，不断循环”的工作方式 1每次扫描过程，集中采集输入信号，集中对输出信号进行刷新。 2输入刷新过程，当输入端口关闭时，程序在进行执行阶段时，输入端有 新状态，新状态不能被读入。只有程序进行下一次扫描时，新状态才被读入。 3一个扫描周期分为输入采样，程序执行，输出刷新。 4元件映象寄存器的内容是随着程序的执行变化而变化的。 5扫描周期的长短由三条决定。 （1）CPU 执行指令的速度（2）指令本身 占有的时间（3）指令条数，现在的 PLC 扫描速度都是非常快的。 6由于采用集中采样，集中输出的方式，存在输入/输出滞后的现象，即输 入/输出响应延迟。 2.22.2 扫描技术扫描技术 当 PLC 投入运行后，其工作过程一般分为三个阶段，即输入采样、用户程 序执行和输出刷新三个阶段。完成上述三个阶段称作一个扫描周期。在整个运行 期间，PLC 的 CPU 以一定的扫描速度重复执行上述三个阶段。 2.2.12.2.1 输入采样阶段输入采样阶段 在输入采样阶段， PLC 以扫描方式依次地读入所有输入状态和数据， 并将它 们存入 I/O 映象区中的相应得单元内。输入采样结束后，转入用户程序执行和输 出刷新阶段。在这两个阶段中，即使输入状态和数据发生变化，I/O 映象区中的 相应单元的状态和数据也不会改变。因此，如果输入是脉冲信号，则该脉冲信号 的宽度必须大于一个扫描周期，才能保证在任何情况下，该输入均能被读入。 2.2.22.2.2 用户程序执行阶段用户程序执行阶段 在用户程序执行阶段，PLC 总是按由上而下的顺序依次地扫描用户程序(梯 形图)。在扫描每一条梯形图时，又总是先扫描梯形图左边的由各触点构成的控 制线路， 并按先左后右、 先上后下的顺序对由触点构成的控制线路进行逻辑运算， 然后根据逻辑运算的结果， 刷新该逻辑线圈在系统RAM存储区中对应位的状态； 或者刷新该输出线圈在 I/O 映象区中对应位的状态； 或者确定是否要执行该梯形 图所规定的特殊功能指令。 即，在用户程序执行过程中，只有输入点在 I/O 映象区内的状态和数据不 会发生变化，而其他输出点和软设备在 I/O 映象区或系统 RAM 存储区内的状态 和数据都有可能发生变化，而且排在上面的梯形图，其程序执行结果会对排在下 面的凡是用到这些线圈或数据的梯形图起作用；相反，排在下面的梯形图，其被 刷新的逻辑线圈的状态或数据只能到下一个扫描周期才能对排在其上面的程序 起作用。 2.2.32.2.3 输出刷新阶段输出刷新阶段 当扫描用户程序结束后，PLC 就进入输出刷新阶段。在此期间，CPU 按照 I/O 映象区内对应的状态和数据刷新所有的输出锁存电路，再经输出电路驱动相 应的外设。这时，才是 PLC 的真正输出。 第三章第三章 PLC 硬件连接图硬件连接图 3.1 PLC 硬件连接图硬件连接图 课程设计的要求，采用三菱 FX2N 系列，其硬件连接图如下图所示： 图一 PLC 硬件连接图 3.2 控制电机的接线图控制电机的接线图 图二控制电机接线图 3.3顺序连接图顺序连接图 由于有 4 中花样，所以应该分布考虑，按照花样的要求，编辑四种花样顺序 图， ，顺序图如下图所示： 图三花样 1 顺序图 图四花样 2 的顺序图 图五花样 3 的顺序图 图六花样 4 的顺序图 控制流程图控制流程图 3.4 梯形图梯形图 3.5指令表指令表 0 LD X000 1 MPS 2 AND X001 3 CALL P0 6 MRD 7 AND X002 8 CALL P1 11 MRD 12 AND X003 13 CALL P2 16 MPP 17 AND X004 18 CALL P3 21 P0 22 LD X006 23 AND M100 24 OR M100 25 ANI X005 26 OUT M100 27 LD M4 28 AND T3 29 OR M0 30 OR M8002 31 ANI M1 32 OUT M0 33 LD M0 34 AND M100 35 OR M1 36 ANI M2 37 OUT M1 38 OUT T0 K20 41 OUT M30 42 LD M1 43 AND T0 44 OR M2 45 ANI M3 46 OUT M2 47 OUT T1 K20 50 OUT M40 51 LD M2 52 AND T1 53 OR M3 54 ANI M4 55 OUT M3 56 OUT T2 K20 59 OUT M50 60 LD M3 61 AND T2 62 OR M4 63 ANI M0 64 OUT M4 65 OUT M60 66 OUT T3 K180 69 FEND 70 P1 71 LD M200 72 AND X006 73 OR M200 74 ANI X005 75 OUT M200 76 LD M9 77 AND T7 78 OR M8002 79 OR M0 80 ANI M6 81 OUT M0 82 LD M0 83 AND M200 84 OR M6 85 ANI M7 86 OUT M6 87 OUT M61 88 OUT T4 K20 91 LD M6 92 AND T4 93 OR M7 94 ANI M8 95 OUT M7 96 OUT M51 97 OUT T5 K20 100 LD M7 101 AND T5 102 OR M8 103 ANI M9 104 OUT M8 105 OUT M41 106 OUT T6 K20 109 LD M8 110 AND T6 111 OR M9 112 ANI M0 113 OUT M9 114 OUT M31 115 OUT T7 K320 118 FEND 119 P2 120 LD M320 121 AND X006 122 OR M300 123 ANI X005 124 OUT M320 125 LD M13 126 AND T11 127 OR M8002 128 OR M0 129 ANI M10 130 OUT M0 131 LD M300 132 AND M0 133 OR M10 134 ANI M11 135 OUT M10 136 OUT M21 137 OUT M23 138 OUT T8 K30 141 LD T8 142 OR M11 143 ANI M12 144 OUT M11 145 OUT M20 146 OUT M22 147 OUT T9 K30 150 LD T9 151 AND M11 152 OR M12 153 ANI M0 154 OUT M12 155 OUT T10 K150 158 LD M12 159 AND T10 160 OR M13 161 ANI M0 162 OUT M13 163 OUT T11 K320 166 LD M13 167 OR M20 168 OUT M32 169 LD M13 170 OR M21 171 OUT M42 172 LD M13 173 OR M22 174 OUT M52 175 LD M13 176 OR M23 177 OUT M62 178 FEND 179 P3 180 LD M400 181 AND X006 182 OR M400 183 ANI X005 184 OUT M400 185 LD M16 186 AND T16 187 OR M8002 188 OR M0 189 ANI M13 190 OUT M0 191 LD M0 192 AND M400 193 OR M13 194 OUT M13 195 LD M13 196 ANI T1 197 OUT T0 K10 200 LD T0 201 OUT T1 K10 204 OUT M70 205 LDI M80 206 OUT M71 207 LDP M70 209 SFTR M71 M80 K4 K1 218 LDP M70 220 OUT T12 K320 223 LD T12 224 OUT M14 225 LD M14 226 AND T12 227 ANI T3 228 OUT T2 K10 231 LD T2 232 OUT T3 K10 235 OUT M72 236 LDI M84 237 OUT M73 238 LDP M72 240 SFTR M73 M84 K4 K1 249 LDP M72 251 OUT T13 K320 254 LD T13 255 OUT M15 256 LD M15 257 ANI T5 258 AND T13 259 OUT T4 K10 262 LD T4 263 OUT T5 K10 266 OUT M74 267 LDI M88 268 OUT M75 269 LDP M74 271 SFTL M75 M88 K4 K1 280 LDP M74 282 ANI M0 283 OUT T16 K320 286 LD T16 287 OUT M16 288 LD M80 289 OR M84 290 OR M88 291 OR M16 292 OUT M33 293 LD M81 294 OR M85 295 OR M89 296 OR M16 297 OUT M43 298 LD M82 299 OR M86 300 OR M90 301 OR M16 302 OUT M53 303 LD M83 304 OR M87 305 OR M91 306 OR M16 307 OUT M63 308 FEND 309 LD M30 310 OR M31 311 OR M32 312 OR M33 313 OUT Y000 314 LD M40 315 OR M41 316 OR M42 317 OR M43 318 OUT Y001 319 LD M50 320 OR M51 321 OR M52 322 OR M53 323 OUT Y002 324 LD M60 325 OR M61 326 OR M62 327 OR M63 328 OUT Y003 329 END 第四章第四章调试过程说明调试过程说明 4.14.1 设计调试过程中的错误设计调试过程中的错误 1、没必要的自锁过多致使程序太长，同时在花样 4 中若加上 M41、M42、M43、M44 的自锁，当按下停止按钮 X005 时，喷泉不能立即停止，鉴于以上原因，删除了一些没必要 的自锁。 2、子程序结束无SRET，由于所用软件无法执行调用子程序 CALL 指令，在调试时也 无误，导致自己忽略了SRET指令。 3、 程序中出现多个输出信号，致使在调试过程中第一次出现输出信号的继电器 M， 该亮灯而没有亮灯。经过再次修改调试后以达到所需效果。 4.24.2 控制面板的操作说明控制面板的操作说明 （控制面板见附录） 此控制面板的操作非常简单，一眼就可明了。在启动前首先按下启动按钮，若选择花 样 1 的喷水方式，即将选择开关置于位置 1 皆可，若想实现花样 1 的单步工作方式，则将单 步连续开关置于单步即可， 若想实现花样 1 的连续工作方式， 则将单步连续开关置于连续即 可。同理，将选择开关分别置于位置 2、 3、 4，选择单步/连续开关也分别可实现花样 2、 3、 4 的单步或连续工作方式。 第五章第五章 结束语结束语 通过本次设计，利用 PLC 在控制上的优越性，使喷泉在实际生活中的喷水 花样，变化更多，更加完美。本设计采用 PLC 控制,利用 PLC 体积小、功能强、 可靠性高