毕业设计（论文）-PLC控制的花样喷泉.doc

I课题：PLC控制的花样喷泉指导教师：学生：专业：电气自动化班级：13自动化01班学号：2013100329湖南电气职业技术学院教务处制二一五年十月I目录目录摘要摘要.1第第1章章绪绪论论.11.1喷泉的发展和状况.11.2喷泉的种类.31.3喷泉中的一些新技术.31.4设计的主要研究内容及安排.4第第2章章方案分析方案分析.52.1主控制器方案分析.52.2喷泉控制方案分析.52.3喷泉的控制要求.6第第3章章花式喷泉的硬件设计花式喷泉的硬件设计.73.1硬件的概况及选择.73.1.1PLC.7第第4章章系统的软件设计系统的软件设计.174.1花式喷泉的PLC顺序功能图.174.2花式喷泉的IO分配.184.3PLC的IO地址分配简介.194.4PLC的IO接线图.194.5梯形图.21总结总结.22致谢致谢.23参考文献参考文献.241摘要摘要花式喷泉是近年来出现的一种园林建筑与花式观赏相结合的一种产物。随着可编程控制器在我国的迅速发展，对花式喷泉的控制要求也越来越高，使得越来越多的控制部分需要可编程控制器来实现。本文结合任务设计书的要求，以花式喷泉为研究对象，采用了三菱FX-2N系列PLC作为喷泉的控制器。对花式喷泉的控制系统的总体功能进行了分析，阐述了可编程控制器的组成和工作原理。提出了喷泉硬件的各组成模块及详细的硬件模块设计方案，并对控制方式进行了设计和程序的编写。本设计改善了喷泉系统的控制品质，并真正地达到了实时控制的要求。关键词：PLC；喷泉；控制系统1第第1章章绪绪论论1.1喷泉的发展喷泉的发展和状况和状况国内在二十世纪八十年代以前，喷泉只是建筑给排水和园林造景专业的一个技术细节，从设计到产品制作，工程安装都没有形成规模。只是在展览馆等公共建筑和公园里能见到一些中、小喷泉，产品的水平也是简单、粗放的。二十世纪八十年以后，随着国民经济的恢复和发展，人民生活水平的提高，一些城市的城建、园林主管部门在城市建设、改造的过程中，以及环境的美化和文化氛围的营造上对喷泉提出了求新的要求，一部分建筑、园林、水利的设计院、研究所及大专院校，综合了土建结构、给排水、机电控制等传统的专业技术，加上当时先进的单片机，通过电磁阀和直流电机调速实行变量控制，设计出一批喷泉、水景。得到了良好的社会反映和社会效益。在这个时期，一些喷泉设备专业加工厂和公司开始组建、发展，为喷泉的专业化发展提供了力量，打下了基础。二十世纪九十年代以后，社会主义市场经济快速发展，全国城市建设速度加快，人们也追求高质量的文化生活和环境美。市场的需求推动了喷泉行业的发展。喷泉走出公园、园林的围墙和广场的中心，深入延伸到人们的各个社会活动场所。许多喷泉专业的生产厂商和专业公司，在这段时间内应运而生，迅速发展起来。专业技术人员把计算机技术、信息技术，以及声、光、电、雾、火、激光、音乐、水幕电影等学科的技术应用到喷泉之中，1.2喷泉的种类喷泉的种类喷泉景观概括来说可以分为两大类：一是因地制宜，根据现场地形结构，仿照天然水景制作而成，如：壁泉、涌泉、雾泉、管流、溪流、瀑布、水帘、跌水、水涛、漩涡等。二是完全依靠喷泉设备人工造景。这类水景近年来在建筑领域广泛应用，发展速度很快，种类繁多，普通喷泉分音乐喷泉、程控喷泉、旱地喷泉、跑动喷泉、光亮喷泉、趣味喷泉、激光水幕电影、超高喷泉等。21.3喷泉中的一些新技术喷泉中的一些新技术漂浮式：整座水景喷泉的管道系统全部安装在浮箱上，所以喷泉设备的运行不受季节性水位高低的影响。漂浮式喷泉制作、安装工艺技术性强，但维护方便，易于保养。在大型自然湖泊或各种人工湖中广泛应用。跑泉：多个喷头，按时序控制，构成各种形态瞬时变化的水型。可以形成跑动、跳动、波动等形状，又可以成固定造型的喷水形态，气势雄伟，变化多端。水幕激光：采用特殊的入映机播放，使用的影片也是专门为水幕电影特制的影带。由于电影的屏幕是透明的水膜，因此在电影播放时会有一种特殊的光学效果，屏幕的视觉穿透性可使画面具有一种立体感，影片的内容可与水面巧妙的结合，更有一种身临其境般的奇幻感觉。1.4设计的主要研究内容及安排设计的主要研究内容及安排本文根据生活当中出现的一些情况，以花式喷泉为研究对象，结合了大量资料及文献，研究花式喷泉的控制问题，整理出一套可行性较高的喷泉控制系统。本系统的研究内容主要包括了喷泉的发展情况及所存在的一系列问题；喷泉控制系统的组成；花式喷泉的控制任务和要求；花式喷泉的硬件配置。3第第2章章方案分析方案分析2.1主控制器方案分析主控制器方案分析方案：使用三菱FX2N系列控制花式喷泉自20世纪60年代中期以来PLC产品在电力、冶金、化工等行业发挥了重大作用尤其近20年来计算机和信息技术的飞速发展不断成倍扩大的功能和成倍降低的价格使PLC、通讯联网技术、过程控制软件都获得了长足的进步也使PLC的广泛应用成为可能。PLC的优点很多，主要包括：编程方法简单易学；功能强、性能价格比高；硬件配套齐全、用户使用方便、适应性强；可靠性高、抗干扰能力强；系统的设计、安装、调试工作量少；维修工作量低、维修方便；体积小、能耗低等。而且PLC在各个工业部门的应用范围都得到了扩展。2.2喷泉控制方案分析喷泉控制方案分析方案：三组喷头交替喷水此方案使用的喷头有三组，共12个喷头，每组4个。三组喷头组成一定的形状，并在PLC的控制下交替喷水，具体情况见图2-1图2-1三组喷头示意图42.3喷泉的控制要求喷泉的控制要求有123三组喷头，一点开关控制启动，启动后，1组先喷五秒，然后23两组同时喷且1组停，五秒后2组停，在五秒后3组停，而12两组又同时喷，再经过两秒，3组也开始喷，持续五秒后，全部停止喷水，再过三秒后重复前述过程。第第3章章花式喷泉的硬件设计花式喷泉的硬件设计3.1硬件的概况及选择硬件的概况及选择3.1.1PLC(1)PLC的构成的构成从结构上分，PLC分为固定式和组合式（模块式）两种。固定式PLC包括CPU板、IO板、显示面板、内存块、电源等，这些元素组合成一个不可拆卸的整体。模块式PLC包括CPU模块、IO模块、内存、电源模块、底板或机架，这些模块可以按照一定规则组合配置。（22）PLCPLC的特点的特点可靠性高，抗干扰能力强高可靠性是电气控制设备的关键性能。5PLC由于采用现代大规模集成电路技术，采用严格的生产工艺制造，内部电路采取了先进的抗干扰技术，具有很高的可靠性。配套齐全，功能完善，适用性强PLC发展到今天，已经形成了大、中、小各种规模的系列化产品。可以用于各种规模的工业控制场合。除了逻辑处理功能以外，现代PLC大多具有完善的数据运算能力，可用于各种数字控制领域。近年来PLC的功能单元大量涌现，使PLC渗透到了位置控制、温度控制、CNC等各种工业控制中。加上PLC通信能力的增强及人机界面技术的发展，使用PLC组成各种控制系统变得非常容易。易学易用，深受工程技术人员欢迎PLC作为通用工业控制计算机，是面向工矿企业的工控设备。它接口容易，编程语言易于为工程技术人员接受。系统的设计、建造工作量小，维护方便，容易改造PLC用存储逻辑代替接线逻辑，大大减少了控制设备外部的接线，使控制系统设计及建造的周期大为缩短，同时维护也变得容易起来。更重要的是使同一设备经过改变程序改变生产过程成为可能。这很适合多品种、小批量的生产场合。体积小，重量轻，能耗低以超小型PLC为例，新近出产的品种底部尺寸小于100mm，重量小于150g，功耗仅数瓦。由于体积小很容易装入机械内部，是实现机电一体化的理想控制设备。（3）PLC控制系统设计的步骤控制系统设计的步骤1）分析被控对象并提出控制要求机电专业技术论坛详细分析被控对象的工艺过程及工作特点，了解被控对象机、电、液之间的配合，提出被控对象对PLC控制系统的控制要求，确定控制方案，拟定设计任务书。2）确定输入输出设备CADCAM技术根据系统的控制要求，确定系统所需的全部输入设备（如：按纽、位置开关、转换开关及各种传感器等）和输出设备（如：接触器、电磁阀、信号指示灯及其它执行器等），从而确定与PLC有关的输入输出设备，以确定PLC的IO点数。3）选择PLC机电专业技术网PLC选择包括对PLC的机型、容量、IO模块、电源等的选择。4）分配IO点并设计PLC外围硬件线路CADCAM技术1.分配IO点机电专业技术论坛画出PLC的IO点与输入输出设备的连接图或对应关系表，该部分也可在第2步中进行。电气技术2.设计PLC外围硬件线路机电专业技术论坛画出系统其它部分的电气线路图，包括主电路和未进入PLC的控制电路等。资源下载由PLC的IO连接图和PLC外围电气线路图组成系统的电气原理图。到此为止系统的硬件电气线路已经确定。65）程序设计资源下载1.程序设计CADCAM技术根据系统的控制要求，采用合适的设计方法来设计PLC程序。程序要以满足系统控制要求为主线，逐一编写实现各控制功能或各子任务的程序，逐步完善系统指定的功能。除此之外，程序通常还应包括以下内容：机电专业技术论坛1）初始化程序。在PLC上电后，一般都要做一些初始化的操作，为启动作必要的准备，避免系统发生误动作。初始化程序的主要内容有：对某些数据区、计数器等进行清零，对某些数据区所需数据进行恢复，对某些继电器进行置位或复位，对某些初始状态进行显示等等。机电专业技术论坛2）检测、故障诊断和显示等程序。这些程序相对独立，一般在程序设计基本完成时再添加。电气技术3）保护和连锁程序。保护和连锁是程序中不可缺少的部分，必须认真加以考虑。它可以避免由于非法操作而引起的控制逻辑混乱，。机电专业技术论坛2.程序模拟调试机电专业技术网程序模拟调试的基本思想是，以方便的形式模拟产生现场实际状态，为程序的运行创造必要的环境条件。根据产生现场信号的方式不同，模拟调试有硬件模拟法和软件模拟法两种形式。电气技术1）硬件模拟法是使用一些硬件设备（如用另一台PLC或一些输入器件等）模拟产生现场的信号，并将这些信号以硬接线的方式连到PLC系统的输入端，其时效性较强。电气技术2）软件模拟法是在PLC中另外编写一套模拟程序，模拟提供现场信号，其简单易行，但时效性不易保证。模拟调试过程中，可采用分段调试的方法，并利用编程器的监控功能。6）硬件实施CADCAM技术硬件实施方面主要是进行控制柜（台）等硬件的设计及现场施工。主要内容有：机电专业技术网1)设计控制柜和操作台等部分的电器布置图及安装接线图。CADCAM技术2)设计系统各部分之间的电气互连图。资源下载3)根据施工图纸进行现场接线，并进行详细检查。机电专业技术网由于程序设计与硬件实施可同时进行，因此PLC控制系统的设计周期可大大缩短。7）联机调试资源下载联机调试是将通过模拟调试的程序进一步进行在线统调。联机调试过程应循序渐进，从PLC只连接输入设备、再连接输出设备、再接上实际负载等逐步进行调试。如不符合要求，则对硬件和程序作调整。通常只需修改部份程序即可。CADCAM技术全部调试完毕后，交付试运行。经过一段时间运行，如果工作正常、程序不需要修改，应将程序固化到EPROM中，以防程序丢失。8）整理和编写技术文件资源下载技术文件包括设计说明书、硬件原理图、安装接线图、电气元件明细表、PLC程序以及使用说明（88）对）对PLCPLC结构形式的选择结构形式的选择在相同功能和相同IO点数据的情况下，整体式比模块式价格低。但模块式具有功能扩展灵活，维修方便（换模块），容易判断故障等优点，要按实际需要选择PLC的结构形式。本设计采用三菱FX-2N48。该PLC属于中型PLC，功能强大，控制能力好，性价比高。7第第4章章系统的软件设计系统的软件设计4.1花式喷泉的花式喷泉的PLC顺序功能图顺序功能图图图4-14-1系统控制流程系统控制流程按下启动按钮，喷泉装置进入准备工作状态，若不按，则回到初始状态。如按下启动开关，喷泉按照设定的程序开始运行。如果按下停止按钮，系统则停止运行，如果不按停止按钮，系统则按照选择的花样继续运行下去直到按下停止按钮。4.2花式喷泉的花式喷泉的IO分配分配喷泉的IO分配见表4-1。表表4-14-1花式喷泉的花式喷泉的IOIO分配表分配表启动按钮启动按钮X1X1输入输入停止按钮停止按钮X2X2第第11组喷泉组喷泉Y1Y1第第22组喷泉组喷泉Y2Y2输出输出第第33组喷泉组喷泉Y3Y34.3PLC的的IO地址分配简介地址分配简介IO模块分为数字量输入、数字量输出、模拟量输入和模拟量输出4类。CPU分配给数字量IO模块的地址以字节为单位，一个字节由8个数字量IO点组成。扩展模块IO点的字节地址由IO的类型和模块在同一类IO模块链中的位置来决定。84.4PLC的的IO接线图接线图根据控制要求，PLC控制系统选用三菱公司FX-2N系列，其IO端子电气接线图如上图所示。4.6梯形图梯形图9总结总结此次毕业设计是我们从大学毕业生走向未来重要的一步。从最初的选题，开题到完成设计。其间，查找资料，老师指导，与同学交流，反复修改，每一个过程都是对自己能力的一次检验和充实。通过这次实践，我了解了PLC的用途及工作原理，熟悉了PLC的应用，锻炼了实践能力，培养了自己独立设计