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含CAD图纸、说明书 基于 PLC 花样 喷泉 控制系统 设计 CAD 图纸 说明书

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压缩包内含有CAD图纸和说明书,咨询Q 197216396 或 11970985基于PLC的花样喷泉控制系统设计 摘 要随着我国城市化进程的加快和人口大量集聚，环境越来越重要，好的环境能使心身愉快，做事效率提高。其中喷泉可以湿润周围空气，减少尘埃，降低气温。喷泉的细小水珠同空气分子撞击，能产生大量的负氧离子，有益于改善社区面貌和增进居民身心健康。花式音乐喷泉采用了可编程控制器PLC和变频器，用软件实现对花式音乐喷泉运行的自动控制，可靠性大大提高。控制系统结构简单，外部线路简化，可方便的增加或改变控制功能，也可以进行故障自动检测与报警显示，提高运行安全性，并便于检修。用SFC 方法编程,可以使设计思路清晰,编程简便。而变频器调速以其优异的调速性能和起制动性能、高效率、高功率因素和节电效果，可以控制喷泉水位的高度，广泛的适用范围及其它许多优点而获国内外公认为最有发展前途的调速方式。因此，可编程控制器PLC技术加变频器调速技术已成为现代喷泉行业的一个热点。本设计是利用PLC 和变频器的调速技术，因而有三种喷水花样可供选择；能够控制每环喷水管喷水的高度；喷水时要有灯光显示；可以根据不同的季节、不同的场合可改变喷水的花样。将各种水型及灯光，按照预先设定的排列组合进行控制程序的设计，通过计算机运行程序发出控制信号，使水型及灯光有各种各样的变化。关键字：PLC，花式音乐喷泉，梯形图，变频器 ABSTRACTWith the acceleration of urbanization and a large population concentration, environment is more and more important, good environment, can make the work efficiency of psychosomatic. Including fountain can reduce dust around, moist air temperature, lower. The tiny water fountain with air molecules, can produce large impact of negative ion, to improve and enhance community residents of physical and mental health.Fancy fountain adopts PLC and inverter programmable controller, with software to realize the automatic control of fancy fountain operation reliability and greatly increased. Control system structure is simple, convenient, exterior lines simplify the increase or change control function, also can undertake fault detection and alarm automatically, improve safety and easy maintenance. Using SFC method, can make the design program of clear thinking, simple programming. With its excellent and speed-regulate of speed and braking performance, high efficiency, high power factor and energy saving effect, and can control the water fountain, broad scope of height and many other advantages and domestic grandpa think most promising speed. Therefore, the programmable controller PLC technology and speed-regulate technology has become a hot spot of modern fountain industry.This design is the use of PLC and inverter control technology, which have three spray pattern selection, To control the height of each loop PenShuiGuan water-jet, When a light will show water, According to different season, the different situations can change the pattern of water. All sorts of water and light, according to the predetermined permutation and combination of control program design, through the computer to run a program to control signals, water and light have all sorts of change.KEY WORDS: PLC programmable controller， fountain， frequency converter， ladder diagram目 录前 言1第1章 课题设计简介21.1课题研究背景21.2课题设计的内容31.3课题设计的目的和意义3第2章 系统控制方案的确定52.1花式音乐喷泉的概述52.2采用PLC控制花式音乐喷泉的优点52.3系统设计的基本步骤62.4系统控制方案62.5花式音乐喷泉控制系统的原理图8第3章 系统硬件设计93.1可编程控制器(PLC)的选型93.1.1 PLC概述93.1.2 PLC的编程123.1.3 PLC的分类143.1.4 PLC的选型153.2变频器的简介173.2.1 变频器的组成与工作原理183.2.2 变频器的作用223.2.3 国产变频器223.2.4 变频器的前景233.2.5 变频器的选型243.3水泵的选型.243.4硬件接线图253.5 I/O分配表26第4章 系统软件设计284.1 PLC梯形图概述 284.2SWOPC-FXGP/WIN-C编程软件的操作方法284.3系统工作过程分析294.4控制系统程序设计294.4.1 花式音乐喷泉的第一种花样294.4.2 花式音乐喷泉的第二种花样324.4.3 花式音乐喷泉的第三种花样33结 论36谢 辞37参考文献38附 录 39附 录 40外文资料翻译.43前 言随着城市化进程的加速，花式音乐喷泉可以在人们周围随处可见。比如广场，大厦，小区等。花式音乐喷泉是人造小气候，在炎热的夏日可以起到增湿和降温的作用； 也为水体充氧，有利于水体增加自净能力，起到防止水体黑臭的作用。 花式音乐喷泉运行的灵活性是评价花式音乐喷泉优劣的关键，而这与花式音乐喷泉的控制系统息息相关。花式音乐喷泉可以根据自己的设计，设计出各种各样的花样，加上灯光，能给人有种不错的视觉享受。喷泉系统的控制复杂程度根据人们对喷泉的观赏性的不同而有所不同。喷泉控制系统可以是一个简单的控制系统，也可以是一个相对复杂的控制系统；其对被控制对象的控制，既可以是相对粗略的控制，也可以是严格按照某一音乐旋律相对比较精确的控制。当然，随着人们对喷泉要求的提高，控制会变得相对复杂，实现起来也会需要性能更加可靠、功能更加强大的控制器。第1章 课题设计简介1.1 课题研究背景1969年美国数字设备公司（DEC）研制书上世界第一台可编程控制器，并成功地应用在美国（GM）的生产线上。但当时只能进行逻辑运算，故称为可编程逻辑控制期，简称PLC（programmable logic controller）。70年代后期，随着微电子技术和计算机的迅猛发展，使PLC从开关量的逻辑控制扩展到数字控制及生产过程控制域，真正成为一种电子计算机工业控制装置，故称为可编程控制器，简称PC（programmable controller）.但由于PC容易与个人计算机（programmable computer）相混淆，故人们仍习惯地用PLC作为可编程器的缩写。1985年国际电工委员会（IEC）对PLC的定义如下：可编程控制器是一种进行数字运算的电子系统，是专为在工业环境下的应用而设计的工业控制器，它采用了可以编程的存储器，用来在其内部存储执行逻辑运算、顺序控制、定时、计数和算术运算等操作的指令，并通过数字或模拟式的输入和输出，控制各种类型机械的生产过程。PLC是继电器逻辑控制系统发展而来，所以它在数学处理、顺序控制方面具有一定优势。继电器在控制系统中主要起两种作用：（1）逻辑运算（2）弱电控制强电。PLC是集自动控制技术，计算机技术和通讯技术于一体的一种新型工业控制装置，已跃居工业自动化三大支柱（PLC、ROBOT、CAD/CAM）的首位。可编程控制器，简称PLC。它在集成电路、计算机技术的基础上发展起来的一中新型工业控制设备。 具有以下特点：1. 可靠性高、抗干扰能力强 2. 设计、安装容易，维护工作量少 3. 功能强、通用性好 4. 开发周期短，成功率高 5. 体积小，重量轻、功耗底等特点。6. 功能强、配置灵活、使用方便优点，已经广泛应用于自动化控制的各个领域，并已成为实现工业生产自动化的支柱产品。与继电接触器系统相比系统更加可靠；价格上能与继电接触器控制系统竞争；易于在现场变更程序；便于使用、维护、维修；能直接推动电磁阀、接触器与于之相当的执行机构；能向中央执行机构；能向中央数据处理系统直接传输数据等。因此，进行花式音乐喷泉的PLC控制系统的设计，可以推动喷泉行业的发展，扩大PLC在自动控制领域的应用，具有一定的经济和理论研究的价值。1.2 课题设计的内容本设计将在以下几个方面对花式音乐喷泉的控制系统进行研究和论证。1. 花式音乐喷泉类型的选择。综合花式音乐喷泉的类别和各类的特点和要求，在本课题中主要研究能有三种喷水花样可供选择；能够控制每环喷水管喷水的高度；喷水时要有灯光显示；可以根据不同的季节、不同的场合可改变喷水的花样。将各种水型及灯光，按照预先设定的排列组合进行控制程序的设计，通过计算机运行程序发出控制信号，使水型及灯光有各种各样的变化。2. 花式音乐喷泉硬件系统的设计。本课题设计的花式音乐喷泉要求运行迅速准确度高，在花式音乐喷泉的格层检测系统中选用用在工业自动控制上大量运用的具有检测精度高、寿命长、稳定性能好的接近传感器，运用感应器的开关量信号输入给PLC来实现控制。由于本课题的具体需求在硬件系统的设计过程中主要考虑了花式音乐喷泉的经济实用、稳定、灵活、美观的需要。3. 花式音乐喷泉控制系统软件的设计。在本设计中选用了目前运用最多的PLC编程语言梯形图，梯形图的编程能直观明了的设计花式音乐喷泉控制的要求，梯形图的编写运用SWOPC-FXGP/WIN-C编程软件，此软件支持全部的三菱FX系列的PLC，并且具有强大的诊断功能，能更快的查找出故障的原因，从而大大缩短了维修时间。1.3 课题设计的目的和意义 随着我国经济的高速发展，微电子技术、计算机技术和自动控制技术也得到了迅速发展，交流变频调速技术已进入个崭新的时代，其应用越来越广。而随着我国城市化进程的加快和人口大量集聚，环境越来越重要，好的环境能使心身愉快，做事效率提高。其中喷泉可以湿润周围空气，减少尘埃，降低气温。喷泉的细小水珠同空气分子撞击，能产生大量的负氧离子，有益于改善社区面貌和增进居民身心健康。可编程序控制器（PLC）因为稳定可靠、结构简单、成本低廉、简单易学、功能强大和使用方便已经成为应用面最广、最广泛的通用工业控制装置，成为当代工业自动化的主要支柱之一。花式音乐喷泉控制要求接入设备使用简便，对应于系统组态的编程简单，具有人性化的人机界面，配备应用程序库，加快编程和调试速度。通过PLC对程序设计，提高了喷泉的控制水平，并改善了喷泉的样式。第2章系统控制方案的确定2.1 花式音乐喷泉的概述喷泉是一种将水或其他液体经过一定压力通过喷头喷洒出来具有特定形状的组合体，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7种： 1. 普通喷泉：只有简单的几种固定水型及灯光，随着电源的开闭而控制喷泉的运行、水型和灯光变化。2. 程控喷泉：将各种水型及灯光，按照预先设定的排列组合进行控制程序的设计，通过计算机运行程序发出控制信号，使水型及灯光有各种各样的变化。3. 音乐喷泉：在程序控制喷泉的基础上加入了音乐控制系统，计算机通过对音频及MIDI信号的识别，进行译码和编码，最终将信号输出到控制系统，使喷泉的造型及灯光的变化与音乐保持同步。4. 水幕激光喷泉：将激光器发出的激光束射在水幕喷头喷出的水膜上，激光束由激光控制系统编程控制，可发出多种多样的图案及色彩，照射在晶莹透明的水膜上，形成斑斓夺目的奇异效果。5. 水珍珠喷泉：利用特殊音波将水变成球体的喷水装置和全频高速闪光灯的视觉图像效果的产品组成。6. 游戏喷泉：又称感应泉，喷泉水柱根据游人的动作产生反应，而且这种反应具有不确定性，是一种互动式喷泉，增强了娱乐氛围。7. 跳跳喷泉：又名光亮泉。是一种高科技水景艺术，水形似根根晶莹透彻地冰柱，一串串飞向空中，轻舞飞扬。2.2 采用PLC控制花式音乐喷泉的优点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. 工作方式上看： 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、记数看： PLC时钟脉冲由晶振产生，精度高，定时范围宽；有记数功能。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。6. 性能、干扰看：PLC主机输入与输出的电源是相互独立的，这样就可以避免电源之间的干扰，并且输入与输出采用了光电隔离，这样就可以减少干扰，因此，PLC提高了干扰能力。7. PLC一般采用了密封、防尘、抗震的外壳封装，这样就可以很好的适应一些恶劣的工作环境2.3 系统设计的基本步骤在花式音乐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音乐喷泉的工艺条件和控制要求。2. 确定I/O设备。根据花式音乐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者输入输出端子的接线图。5. 设计花式音乐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程序，这是整个花式音乐喷泉系统设计的核心工作。6. 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。2.4 系统控制方案花式音乐喷泉系统的控制要求如下：1. 1、2 均为外环形状的喷水管,3 为内环形状的喷水管,4 为星形喷水管。灯光系统由三条支路组成,分别为绿色灯支路（在1，2之间）、黄色灯支路（在2，3之间）、红色灯支路（在3，4之间）。2. 该喷泉共有三种花样可供选择。按下启动按钮,喷泉即开始工作,按下停止按钮,则停止喷水。喷泉的工作方式(即喷水花样) 由选择开关来实现。3. 该花式音乐喷泉有三种喷水花样可供选择:第一种花样,4、3、2、1 隔2 秒依次喷水,一起喷水15 秒后停下,再按1、2、3、4 的次序隔2 秒依次喷水,再一起喷15 秒后停下,以此规律循环。第二种花样,1、3 同时喷水,延时3 秒后1、3 停喷,同时2、4 喷水,交替运行5 次后1、2、3、4 一起喷水,30 秒后停止,以此规律循环。 第三种花样,1、2、3、4 按顺序延时2 秒喷水,然后一起喷30 秒后1、2、3、4 再分别延时2 秒停喷,以此规律循环。4. 通过变频器可以控制每环喷水管的高度。在第一种花样中，1、3管为慢速正转喷水，2、4管为中速正转喷水。5. 灯光系统的控制:由PLC的X5输入端为灯光系统控制的选择按钮,当需要灯光配合时,接通X5输入端。此时可实现三路灯光的控制,即3,4任意一层喷水时,红色灯亮;2喷水时,黄色灯亮;所有的喷头喷水时,绿色灯亮。花式音乐喷泉池示意图如图2-1所示：图2-1花式音乐喷泉池示意图2.5 花式音乐喷泉控制系统的原理图在喷泉中，通过按钮开关信号来控制PLC；因为有4层喷水，因此用了1个变频器来控制4个水泵。花式音乐喷泉控制系统的原理图如图2-2所示：图2-2 花式音乐喷泉控制系统原理图第3章 系统硬件设计3.1可编程控制器(PLC)的选型3.1.1 PLC概述1. PLC的输入和输出 通过对继电器控制特点的介绍和最初通用汽车公司提出的要求分析。PLC要想取代继电器控制，首先要解决外部设备的直接输入问题。由于当时主要集中在开关量控制，也就是开关量（触点的开闭状态）如何直接接入PLC并被PLC所识别，对此就需要解决以下几个问题：有源接入，无源接入，绝缘问题，隔离问题和互相干扰问题。PLC就是一个计算机控制系统，在其发展过程，人们曾将计算机直接用于工业控制，但是由于以下两大问题没有解决好而难以发展：一是I/O（输入/输出）问题，计算机不能直接和工业现场设备连接现在了应用；二是计算机的I/O功能，开关逻辑处理不够丰富和强大。现在的PLC成功的解决了这两个方面的问题，可以让PLC和外部设备直接进行物理的连接。计算机的内部提供了丰富的从位逻辑到双字运算的强大的运算功能，使其能够完成复杂的控制功能，这也是PLC能够迅速发展的原因。输出问题主要是接点的驱动能力问题，或者说是带负载能力和输出方式的问题。输出动作次数的限制，是保证PLC的输出接点能否驱动接触器、电磁阀这样的控制执行元器件的问题至少要能直接驱动中间继电器。现在的PLC产品已经完全有能力驱动这些元器件,并提供了多种输出方式且动作次数可保证万次无故障的产品。2. PLC的定义最初，可编程逻辑控制器（Programmable Logic Controller）简称PLC。只能进行计数、定时及开关量的逻辑控制。1987年2月，国际电工委员会（IEC）对可编程控制器的定义是：可编程控制器是一种数学运算操作的电子系统，专为在工业环境下的应用而设计。它采用一类可编程序的存储器，用于其内部存储程序、执行逻辑运算、顺序控制、定时、计数和算术操作等面向拥护的指令，并通过数字式和模块式输入/输出，控制各种类型的机械和生产过程。可编程序控制器及其有关外部设备，都按易于与工业控制系统连成一个整体、易于扩充功能的原则设计。3. PLC的特点（1）可靠性高。在I/O环节，PLC采用了光电隔离、滤波等多种措施。系统程序和大部分的用户程序都采用EPROM存储，一般PLC的平均无故障工作时间可达几万小时以上。（2）控制功能强。PLC采用的CPU一般是具有较强位处理功能的为处理机，为了增强其复杂的控制功能和连网通讯等管理功能，可以采用双CPU的运行方式，使其功能得到极大的增强。（3）编程方便易学。第一编程语言（梯形图）是一种图形编程语言，与多年来工业现场使用的电器控制图非常相似，理解方式也相同，非常适合现场人员学习。（4）使用于恶劣的工作环境。采用封装的方式，适合于各种震动、腐蚀、有毒气体等的应用场合。（5）与外部设备连接方便。采用统一接线方式的可坼装的活动端子排，提供不同的端子功能适合于多种电器规格。（6）体积小、重量轻、功耗底。（7）性价比高。（8）模块化结构，扩展能力强。根据现场的需要进行不同功能的扩展和组装，一种型号的PLC可用于控制从几个I/O点到几百个I/O点的控制系统。（9）维修方便，功能更灵活。程序的修改就以意味着功能的修改，因此功能的改变非常灵活。4. PLC的分类不同的分类标准会造成不同的分类结果，PLC常用的分类方式有如下两种。按其I/O点数一般分为微型（32点以下）、小型（128点以下）、中型（1024点以下）、大型（2048点以下）、超大型（从2048点以上可达8192点以上）5种。按结构可分为箱体式、模块式和平板式3种。5. PLC的工作原理CPU连续执行用户程序、任务的循环序列称为扫描。CPU的扫描周期包括读输入、执行程序、处理通讯请求、执行CPU自诊断测试及写输出等等内容。PLC可被看成是在系统软件支持下的一种扫描设备。他意识周而复始的循环扫描并执行由系统软件规定好的任务。用户程序只是扫描周期的一个组成部分，用户程序不运行时，PLC也在扫描，只不过在一个周期中去除了用户程序和读输入、写输出这几部分的内容。典型的PLC在一个周期中可以完成以下5个扫描过程。（1）自诊断测试扫描过程。为保证设备的可靠行，及时放映所出现的故障，PLC都具有自监视功能。（2）与网络进行通讯的扫描过程。一般小型系统没有这一扫描过程，配有网络的PLC系统才有通讯扫描过程，这一过程用于PLC之间及PLC与上位计算机或终端设备之间的通信。（3）用户程序扫描过程。机器处于正常运行状态下，每一个扫描周期内都包含该扫描过程。该过程在机器运行中是否执行是可控的，即用户可以通过软件进行设定。用户程序的长短会影响过程所用的时间。（4）读输入、写输出扫描过程。机器在正常运行状态下，每一个扫描周期都包含这个扫描过程。该过程在机器运行中是否被执行是可控的。CPU在处理用户程序时，使用的输入值不是直接从输入点读取的，运算的结果也不直接送到实际输出点，而是在内存中设置了两个映象寄存器：一个为输入映象寄存器，另一个为输出映象寄存器。用户程序所用的输入值是输入映象寄存器的值，运算结果也放在输出映像寄存器。在输入扫描过程中，CPU把实际输入点的状态锁入到输入映像寄存器：在输出扫描过程中CPU把输出映像寄存器的值的输出点。 循环扫描有如下特点：（1）扫描周期周而复始地进行，读输入、输出和用户程序是否执行是可控的。（2）输入映像寄存器的内容是由设备驱动的，在程序执行过程中的一个周期内输入映像寄存器的值保持不变，CPU采用集中输入的控制思想，只能使用输入映像寄存器的值来控制程序的执行。（3）对同一个输出单元的多次使用、修改次序会造成不同的执行结果。（4）各个电路和不同的扫描阶段会造成输入和输出的延迟，这是PLC的主要缺点。 在读输入阶段，CPU对各个输入端子进行扫描，通过输入电路将各输入点的状态锁入映象寄存器中。紧接着转入用户程序执行阶段，CPU按照先左后右、先上后下的顺序对每条指令进行扫描，根据输入映象寄存器和输出映象寄存器的状态执行用户程序，同时将执行结果写入输出映象寄存器。在程序执行期间，即使输入端子状态发生变化，输入状态寄存器的内容也不会改变输入端子状态变化只能在下一个周期的输入阶段才被集中读入。3.1.2 PLC的编程PLC的硬件系统中，与PLC的编程应用关系最直接的要算数据存储器。计算机运行处理的是数据，数据存储在存储区中，找到待处理的数据一定要知道数据的存储地址。PLC和其他的计算机一样，为了使用方便，数据存储器都作了分区，为了每个存储单元编排了地址，并且经机内系统程序为每个存储单元赋予了不同的功能，形成了专用的存储元件。这就是前面提到过的编程的“软”元件。为了理解方便，PLC的编程元件用“继电器”命名， 认为它们象继电器一样具有线圈以及触点，并且线圈得电，触点动作。当然这个线圈和触点只是假象，所谓线圈得电不过是存储单元置1，线圈失电，不过就是存储单元置0，也正因为如此，我们称之为“软”元件。但是这种“软”继电器也有个突出的好处，可以认为它们具有无数多对动合动断触点，因此每取用一次它的触点，不过是读一次它的存储数据而已。1. PLC的编程结构功能图 任何语言都有编程的对象和基础，重要介绍梯形图语言和语句表语言，而功能图是理解这两种语言的基础。输入继电器是由外部输入驱动的，梯形图中只能使用其介入点状态值，用户不能改变输入继电器的状态。辅助继电器的种类和多少决定了PLC控制功能的强弱，相当于工作寄存器的多少和功能的强弱。实际的PLC中并没有图中的物理继电器，用继电器来表示PLC的内部功能结构是为了使习惯于继电器控制的工程技术人员更好的理解PLC的功能，更好的使用PLC，就像他在设计继电器控制电路一样。梯形图语言是一种图形化的语言，是一种面向控制过程的“自然语言”。梯形图编程语言形象、直观、准确的描述了逻辑控制关系，容易被广大的工程技术人员所掌握。PLC与被控对象所连接的只是I/O条件，而I/O之间的组合控制关系需要用软件的方法来描述清楚，梯形图是一种描述方法，当然还有语句等表示其他的语言。语言的支持取决于厂家开发的系统程序只要将其输入PLC的用户程序存储器中，PLC就能够直接解释并实现I/O间的控制关系。当控制关系发生改变时，只要修改梯形图程序，重新输入到PLC的存储器即可，从而快捷的改变生产工 2. 梯形图编程语言PLC是通过程序对系统进行控制的，作为一种专用计算机，为了适应其应用领域，一定有其专用的语言。PLC的编程语言有多种，如梯形图、语句表、功能图、逻辑方程等。梯形图编程语言是一种图形语言，具有继电器控制电路形象、直观的优点；语句表编程语言类似计算机的汇编语言，用助记符来表示各种指令的功能，是PLC用户程序的基础元素。一般而言，梯形图程序让PLC仿真来自电源的电流通过一系列的输入逻辑条件，根据结果决定逻辑输出的允许条件。逻辑通常被分解成小的容易理解的片，这些片通常被称为“梯级”或网络。程序一次扫描执行一次网络，按照从做到右、从上到下的顺序进行。一旦CPU执行到程序的结尾，就又从上到下执行程序。在每一个网络中，指令以列为基础被执行，从上而下、从左到右依次执行，直到本网络的最后一个线圈列。因此为了充分利用存储器容量，使扫描时间尽可能短，利用梯形图编程时应限制触点之间的距离，并使网络左上边这部分空白最少。其中，串联触点较多的支路要写在上面，并联支路应写在左边，线圈放于触点的右边。如图3-1所示是用PLC控制的梯形图程序，可完成与继电器控制的电动机直接起、停（起、保、停）继电器控制电路图相同的功能。梯形图和继电器控制电路图很相似，这是可以用PLC控制取代继电器控制的基础，可以把经过实践证明设计是成功的继电器电路图进行转换，从而设计出具有相同功能的PLC控制程序，充分发挥PLC的功能完善、可靠性高、控制灵活的特点。当然，它们还是存在着本质上的区别，主要表现如下所述。图3-1 梯形图（1）继电器控制电路中使用的继电器是物理的元器件，继电器与其他控制电器之间的连接必须通过硬件连接线来完成。PLC中的继电器是内部的寄存器位，称为“软继电器”，它具有物理继电器相似的功能。当它的“线圈”通电时，其所属的常开触点闭合，常闭触点断开；当它的线圈断电时，其所属的常开触点和常闭触点均恢复常态。PLC梯形图中的接线称为“软接线”，这种“软接线”是通过编程来实现的，具有更改简单、调试方便等特点。而继电器控制电路图是点线连接图，相对来素施工困难、更改费力。（2）PLC中的每一个继电器都对应着一个内部的寄存器，由于可以随时不受限地读取其内容，所以，可以认为PLC的继电器有无数个常开、常闭触点供用户使用。PLC梯形图中的触点代表的是“逻辑”输入条件、外部的实际开关、按钮或内部的继电器触点条件等。而物理继电器的触点个数是有限的。（3）PLC的输入继电器是由外部信号驱动的，在梯形图中只能用其触点，这在物理继电器中是不可能的。线圈通常代表“逻辑”输出结果，如灯、电机启动器、中间继电器、内部输出条件等。（4）继电器控制系统中是按照触点的动作顺序和是延迟逐个动作的，动作顺序与电路图的编写顺序无关。PLC按照扫描方式工作，首先采取输入信号，然后对所有梯形图进行计算，造成了宏观与动作顺序的无关，但是微观上在一个时间段上的是实际执行顺序与梯形图的编写顺序一致而不是无关的。（5）PLC梯形图中的两根母线以失去原有的意义，它只表示一个梯形的起始和终了，并无实际电流通过，假象的概念电流只能从左向右流。为了充分发挥CPU的逻辑运算功能，设置了大量的称为盒的附加命令，如定时器、计算器、格式转换、模拟量I/O、PID调节或数学运算指令等，充分的发挥了计算机的强大计算功能，他们与内部继电器一起完成PLC的各种复杂控制功能。3.1.3 PLC的分类PLC发展到今天，已经有了多种形式，而且功能也不尽相同，分类时，一般按以下原则来考虑 按I/O点数容量分类一般而言，处理I/O点数越多，则控制关系就 比较复杂，用户要求的程序存储器容量比较大，要求PLC指令及其他功能比较多，指令执行的过程也比较快。按PLC的输入、输出点数的多少可将PLC分为以下三类。1. 小型机 小型机PLC的功能一般以开关量控制为主，小型PLC输入、输出点数一般在256点以下，用户程序存储器容量在4K左右。现在的高性能小型PLC还具有一定的通讯能力和少量的模拟量处理能力。这类的PLC的特点是价格低廉，体积小巧，适合于控制单台设备和开发机电一体化产品。2. 中型机中型PLC的输入、输出总点数在256-2048点之间，用户程序存储器容量达到8K字左右。中型PLC不仅具有开关量和模拟量的控制功能，还具有更强的数字计算能力，它的通信功能和模拟量处理功能更强大，中型机比小型机更丰富，中型机适用于更复杂的逻辑控制系统以及连续生产线的过程控制系统场合。3. 大型机 大型PLC的输入、输出总点数在2048点以上，用户程序储存器容量达到16K以上。大型PLC的性能已经与工业控制计算机相当，它具有计算、控制和调节的能力，还具有强大的网络结构和通信联网能力，有些PLC还具有冗余能力。它的监视系统采用CRT显示，能够表示过程的动态流程，记录各种曲线，PID调节参数等；它配备多种智能板，构成一台多功能系统。这种系统还可以和其他型号的控制器互联，和上位机相联，组成一个集中分散的生产过程和产品质量控制系统。大型机适用于设备自动化控制、过程自动化控制和过程监控系统。3.1.4 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替代。存储器内存容量的估算没有固定的公式，许多文献资料中给出了不同公式，大体上都是按数字量I/O点数的1015倍，加上模拟I/O点数的100倍，以此数为内存的总字数（16位为一个字），另外再按此数的25%考虑余量。因此本课题的PLC内存容量选择应能存储2000条梯形图，这样才能在以后的改造过程中有足够的空间。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要，主要介绍以下几种功能的选择。（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。离线编程方式可降低系统成本，但使用和调试不方便。在线编程方式：CPU和编程器有各自的CPU，主机CPU负责现场控制，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。这种方式成本较高，但系统调试和操作方便，在大中型PLC中常采用。五种标准化编程语言：顺序功能图（SFC）、梯形图（LD）、功能模块图（FBD）三种图形化语言和语句表（IL）、结构文本（ST）两种文本语言。选用的编程语言应遵守其标准（IEC6113123），同时，还应支持多种语言编程形式，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与外部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、对存储容量的选择、对I/O响应时间的选择以及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,通过扩展模块的连接, 可以增加输入/ 输出点数。我设计的模型共有6个输入,11个输出,因此,选用型号为FX2N-32MR 的PLC。图3-2 FX2N-32MR图3-2 PLC实物图3.2 变频器的简介最常用的访问控制技术有：查询、冲突检测和令牌传递。一般查询和令牌传递没有冲突检测的速率高，但是可靠性好，最大延迟时间可以控制，控制网络经常采用这种控制技术；冲突检测通讯效率较高，速度较快，但各个站点通讯机会不均，在商务网络中使用较多。3.2.1 变频器的组成与工作原理1. 组成变频器主要由整流（交流变直流）、滤波、再次整流（直流变交流）、制动单元、驱动单元、检测单元微处理单元等组成的。变频器主要是由主电路、控制电路组成。主电路是给异步电动机提供调压调频电源的电力变换部分，变频器的主电路大体上可分为两类:电压型是将电压源的直流变换为交流的变频器，直流回路的滤波是电容。电流型是将电流源的直流变换为交流的变频器，其直流回路滤波是电感。 它由三部分构成，将工频电源变换为直流功率的“整流器”，吸收在变流器和逆变器产生的电压脉动的“平波回路”，以及将直流功率变换为交流功率的“逆变器”。（1）整流器：最近大量使用的是二极管的变流器，它把工频电源变换为直流电源。也可用两组晶体管变流器构成可逆变流器，由于其功率方向可逆，可以进行再生运转。（2）平波回路：在整流器整流后的直流电压中，含有电源6倍频率的脉动电压，此外逆变器产生的脉动电流也使直流电压变动。为了抑制电压波动，采用电感和电容吸收脉动电压（电流）。装置容量小时，如果电源和主电路构成器件有余量，可以省去电感采用简单的平波回路。（3）逆变器：同整流器相反，逆变器是将直流功率变换为所要求频率的交流功率，以所确定的时间使6个开关器件导通、关断就可以得到3相交流输出。以电压型PWM逆变器为例示出开关时间和电压波形。控制电路是给异步电动机供电（电压、频率可调）的主电路提供控制信号的回路，它有频率、电压的“运算电路”，主电路的“电压、电流检测电路”，电动机的“速度检测电路”，将运算电路的控制信号进行放大的“驱动电路”，以及逆变器和电动机的“保护电路”组成。（1）运算电路：将外部的速度、转矩等指令同检测电路的电流、电压信号进行比较运算，决定逆变器的输出电压、频率。（2）电压、电流检测电路：与主回路电位隔离检测电压、电流等。（3）驱动电路：驱动主电路器件的电路。它与控制电路隔离使主电路器件导通、关断。（4）速度检测电路:以装在异步电动机轴机上的速度检测器的信号为速度信号，送入运算回路，根据指令和运算可使电动机按指令速度运转。（5）保护电路:检测主电路的电压、电流等，当发生过载或过电压等异常时，为了防止逆变器和异步电动机损坏，使逆变器停止工作或抑制电压、电流值。2. 工作原理（1）电机的旋转速度为什么能够自由地改变？ *1: r/min 电机旋转速度单位：每分钟旋转次数，也可表示为rpm. 例如：2极电机 50Hz 3000 r/min 4极电机 50Hz 1500 r/min 结论：电机的旋转速度同频率成比例 本文中所指的电机为感应式交流电机，在工业中所使用的大部分电机均为此类型电机。感应式交流电机（以后简称为电机）的旋转速度近似地确决于电机的极数和频率。由电机的工作原理决定电机的极数是固定不变的。由于该极数值不是一个连续的数值（为2的倍数，例如极数为2，4，6），所以一般不适和通过改变该值来调整电机的速度。 另外，频率能够在电机的外面调节后再供给电机，这样电机的旋转速度就可以被自由的控制。 因此，以控制频率为目的的变频器，是做为电机调速设备的优选设备。 n = 60f/p n: 同步速度 f: 电源频率 p: 电机极对数 结论：改变频率和电压是最优的电机控制方法如果仅改变频率而不改变电压，频率降低时会使电机出于过电压（过励磁），导致电机可能被烧坏。因此变频器在改变频率的同时必须要同时改变电压。输出频率在额定频率以上时，电压却不可以继续增加，最高只能是等于电机的额定电压。例如：为了使电机的旋转速度减半，把变频器的输出频率从50Hz改变到25Hz，这时变频器的输出电压就需要从400V改变到约200V（2）当电机的旋转速度（频率）改变时，其输出转矩会怎样？*1: 工频电源由电网提供的动力电源（商用电源）*2: 起动电流当电机开始运转时，变频器的输出电流变频器驱动时的起动转矩和最大转矩要小，直接用工频电源驱动电机在工频电源供电时起动和加速冲击很大，而当使用变频器供电时，这些冲击就要弱一些。工频直接起动会产生一个大的起动起动电流。而当使用变频器时，变频器的输出电压和频率是逐渐加到电机上的，所以电机起动电流和冲击要小些。 通常，电机产生的转矩要随频率的减小（速度降低）而减小。减小的实际数据在有的变频器手册中会给出说明。通过使用磁通矢量控制的变频器，将改善电机低速时转矩的不足，甚至在低速区电机也可输出足够的转矩。（3）当变频器调速到大于50Hz频率时，电机的输出转矩将降低 通常的电机是按50Hz电压设计制造的，其额定转矩也是在这个电压范围内给出的。因此在额定频率之下的调速称为恒转矩调速. 变频器输出频率大于50Hz频率时，电机产生的转矩要以和频率成反比的线性关系下降。 当电机以大于50Hz频率速度运行时，电机负载的大小必须要给予考虑，以防止电机输出转矩的不足。 举例，电机在100Hz时产生的转矩大约要降低到50Hz时产生转矩的1/2。 因此在额定频率之上的调速称为恒功率调速. （4）变频器50Hz以上的应用情况 大家知道, 对一个特定的电机来说, 其额定电压和额定电流是不变的。 如变频器和电机额定值都是: 15kW/380V/30A, 电机可以工作在50Hz以上。 当转速为50Hz时, 变频器的输出电压为380V, 电流为30A. 这时如果增大输出频率到60Hz, 变频器的最大输出电压电流还只能为380V/30A. 很显然输出功率不变. 所以我们称之为恒功率调速.这时的转矩情况怎样呢?因为P=wt（w:角速度, T:转矩）.因为P不变, w增加了,所以转矩会相应减小。我们还可以再换一个角度来看:电机的定子电压 U = E + I*R（I为电流,R为电子电阻,E为感应电势）可以看出, U,I不变时, E也不变.而E = k*f*X,（k:常数,f:频率,X:磁通）,所以当f由5060Hz时,X会相应减小 对于电机来说,T=K*I*X,（K:常数, I:电流, X:磁通）,因此转矩T会跟着磁通X减小而减小.同时,小于50Hz时,由于I*R很小,所以U/f=E/f不变时,磁通（X）为常.转矩T和电流成正比.这也就是为什么通常用变频器的过流能力来描述其过载（转矩）能力.并称为恒转矩调速（额定电流不变最大转矩不变）结论:当变频器输出频率从50Hz以上增加时,电机的输出转矩会减小.（5）其他和输出转矩有关的因素发热和散热能力决定变频器的输出电流能力，从而影响变频器的输出转矩能力。载波频率:一般变频器所标的额定电流都是以最高载波频率, 最高环境温度下能保证持续输出的数值.降低载波频率, 电机的电流不会受到影响。但元器件的发热会减小。环境温度：就象不会因为检测到周围温度比较低时就增大变频器保护电流值.海拔高度:海拔高度增加,对散热和绝缘性能都有影响.一般1000m以下可以不考虑.，以上每1000米降容5%就可以了.（6）矢量控制是怎样改善电机的输出转矩能力的？转矩提升此功能增加变频器的输出电压（主要是低频时），以补偿定子电阻上电压降引起的输出转矩损失，从而改善电机的输出转矩。 改善电机低速输出转矩不足的技术使用“矢量控制”，可以使电机在低速,如（无速度传感器时）1Hz（对4极电机，其转速大约为30r/min）时的输出转矩可以达到电机在50Hz供电输出的转矩（最大约为额定转矩的150）。对于常规的V/F控制，电机的电压降随着电机速度的降低而相对增加，这就导致由于励磁不足，而使电机不能获得足够的旋转力。为了补偿这个不足，变频器中需要通过提高电压，来补偿电机速度降低而引起的电压降。变频器的这个功能叫做“转矩提升”。转矩提升功能是提高变频器的输出电压。然而即使提高很多输出电压，电机转矩并不能和其电流相对应的提高。 因为电机电流包含电机产生的转矩分量和其它分量（如励磁分量）。“矢量控制”把电机的电流值进行分配，从而确定产生转矩的电机电流分量和其它电流分量（如励磁分量）的数值。“矢量控制”可以通过对电机端的电压降的响应，进行优化补偿，在不增加电流的情况下，允许电机产出大的转矩。此功能对改善电机低速时温升也有效。3.2.2 变频器的作用1. 变频节能变频器节能主要表现在风机、水泵的应用上。为了保证生产的可靠性，各种生产机械在设计配用动力驱动时，都留有一定的富余量。当电机不能在满负荷下运行时，除达到动力驱动要求外，多余的力矩增加了有功功率的消耗，造成电能的浪费。风机、泵类等设备传统的调速方法是通过调节入口或出口的挡板、阀门开度来调节给风量和给水量，其输入功率大，且大量的能源消耗在挡板、阀门的截流过程中。当使用变频调速时，如果流量要求减小，通过降低泵或风机的转速即可满足要求。2. 功率因数补偿节能无功功率不但增加线损和设备的发热，更主要的是功率因数的降低导致电网有功功率的降低，大量的无功电能消耗在线路当中，设备使用效率低下，浪费严重，使用变频调速装置后，由于变频器内部滤波电容的作用，从而减少了无功损耗，增加了电网的有功功率。3. 软启动节能电机硬启动对电网造成严重的冲击，而且还会对电网容量要求过高，启动时产生的大电流和震动时对挡板和阀门的损害极大，对设备、管路的使用寿命极为不利。而使用变频节能装置后，利用变频器的软启动功能将使启动电流从零开始，最大值也不超过额定电流，减轻了对电网的冲击和对供电容量的要求，延长了设备和阀门的使用寿命。节省了设备的维护费用。3.2.3 国产变频器国产变频器的发展，经历以下几个阶段：第一阶段：萌芽期。通过引进、借鉴国外先进的技术和经验，20世纪80年代，国产变频器开始蹒跚起步。但是，因为当时主要是，仅有成都佳灵等少数几个品牌。第二阶段：发展期：随着国内电力电子技术和微电子技术的发展，为国产变频器的发展创造了很好的条件。2000年左右，国产变频器得到初步的发展，上海和深圳成为国产变频器发展的前沿阵地，涌现出了像华为变频器、康沃变频器等一批国产变频器，但是，由于部分国产变频器没有解决好产品的高可靠性和服务网络问题，限制了国产变频器的发展速度。第三阶段：成长期。因为智能功率模块的出现与发展，使得变频器企业只要做控制部分电路及主电源回路和外壳就可以生产出成熟的产品，国产变频器出现了百家争鸣的局面。从2006年左右，国产变频器迅猛发展，涌现出了大批的国产变频器品牌。3.2.4 变频器的前景未来的市场竞争中，国产变频器的发展方向是多方面的。1. 高性能。比如去年底面世的带PG反馈功能变频器能实时检测电机反馈的转速参数，今年初推向市场的矢量控制型变频器，能够应用在很多以往国产变频器尚未涉及的高端领域。我们的产品正在向高可靠性，高转矩，高精度，低谐波的方向发展。2. 模块化。模块化发展是变频器发展一个大的趋势，即高性能的电机驱动模块（通用变频器）十功能模块（如注塑机卡、张力卡等、PG反馈卡、多功能通讯卡等）十专用模块或软件功能（如电梯、拉丝机、卷染机等）。这样，有特殊功能和特殊需求时，不必加许多外围部件，插一个功能卡或专用卡即可，简单而降低成本。3. 专用化。这是日业电气也是国产变频器如此迅猛发展的取胜法宝。国产变频器因为贴近市场，根据用户需求在一些行业进行了深耕，比如注塑机，风机水泵应用，油田应用、纺织、空压机等都有相应的专用型号，有些还是进口品牌所没有的。今后日业电气还将在这些领域钻研下去。4. 功能多。国产变频器一般具有跳频、功率时间累计、风扇状态可调、内置PID甚至PLC，瞬时断电再启动等实用功能，今后还将按用户需求和使用习惯加入其它相关功能方便用户使用，控制板的输出端子部分也可以由用户自行定义，降低了用户二次开发的时间与成本。3.2.5 变频器的选型我设计的是通过变频器调速技术来控制每环喷水管的高度。我选用的是FR-S520（S）E系列变频调速器。其实物图如图3-3示：图3-3 FR-S520（S）E系列变频调速器的实物3.3 水泵的选型由于喷泉的水泵必须满足大功率快速精确起停，而且其输出功率必须能够精确的进行控制。我选用品牌为DESHB(德士比）的QYP100-4.5-2.2喷泉泵。具有以下优点：结构紧凑；无需引水、使用简便；双端密封、电器保护；设计合理、性能优良；经久耐用、安全可靠。并且水泵出口采用圆法兰结构,电机为F级绝缘,适用于音乐喷泉等场合对电机频繁启动的要求.叶轮具有防松装置,不怕反转.其实物图见其3-4所示： 图3-4 QYP喷泉泵的实物图3.4 硬件接线图系统的硬件连接图即PLC和系统中各个硬件的连线。具体的如图3-5,3-6所示：图3-5所示为PLC的硬件接线图，PLC的输入端有停止和启动开关、3个选择开关和一个灯控开关；输出端有电源指示灯、4个电磁控制阀、3种有色灯及变频器；变频器控制水泵的变化。图3-5 硬件接线图 图3-6所示为变频器与水泵的接线图，其中KM1为常闭开关，当QS闭合时电动机就开始正常启动，当1、2、3开关启动时，其控制电路做出反应，KM1断开，KM2闭合，水泵与变频器连接，此时，水泵改为有变频器控制。水泵与热继电器FR连接，当电动机出现异常时，热元件感应使控制电路中的动断触点断开，则水泵停止工作。 图3-6 变频器跟水泵的线图3.5 I/O分配表我设计的喷泉模型PLC的输入端有停止和启动按钮各1个、3个选择开关和1个灯控按钮，共有6个输入，见表3-1：表3-1 输入分配表序号输入说明1X0停止按钮2X1启动按钮3X2选择开关1的位置4X3选择开关2的位置5X4选择开关3的位置6X5灯控按钮输出端有1个电源指示灯、4个电磁控制阀分别控制四台水泵、3种有色灯及变频器，其中变频器有3个输入端，分别为中速、慢速、正传。共有11个输出端，详见表3-2：表3-2 输出分配表序号输出说明1Y0电源指示2Y1控制1管喷水3Y2控制2管喷水4Y3控制3管喷水5Y4控制4管喷水6Y5红色灯7Y6黄色灯8Y7绿色灯9Y10中速10Y11慢速11Y12正转第4章 系统软件设计4.1 PLC梯形图概述梯形图是使用得最多的图形编程语言，被称为PLC的第一编程语言。梯形图与电器控制系统的电路图很相似，具有直观易懂的优点，很容易被工厂电气人员掌握，特别适用于开关量逻辑控制。梯形图常被称为电路或程序，梯形图的设计称为编程。PLC梯形图中的某些编程元件沿用了继电器这一名称，如输入继电器、输出继电器、内部辅助继电器等，但是它们不是真实的物理继电器，而是一些存储单元（软继电器），每一软继电器与PLC存储器中映像寄存器的一个存储单元相对应。该存储单元如果为“1”状态，则表示梯形图中对应软继电器的线圈“通电”，其常开触点接通，常闭触点断开，称这种状态是该软继电器的“1”或“ON”状态。如果该存储单元为“0”状态，对应软继电器的线圈和触点的状态与上述的相反，称该软继电器为“0”或“OFF”状态。使用中也常将这些“软继电器”称为编程元件。梯形图两侧的垂直公共线称为母线(Bus bar)，。在分析梯形图的逻辑关系时，为了借用继电器电路图的分析方法，可以想象左右两侧母线（左母线和右母线）之间有一个左是正而右是负的直流电源电压，母线之间有“能流”从左向右流动。右母线可以不画出。根据梯形图中各触点的状态和逻辑关系，求出与图中各线圈对应的编程元件的状态，称为梯形图的逻辑解算。梯形图中逻辑解算是按从左至右、从上到下的顺序进行的。解算的结果，马上可以被后面的逻辑解算所利用。逻辑解算是根据输入映像寄存器中的值，而不是根据解算瞬时外部输入触点的状态来进行的。4.2 SWOPC-FXGP/WIN-C编程软件的操作方法本课题采用的编程软件为SWOPC-FXGP/WIN-C编程软件，具体的操作方法如下：1打开SWOPC-FXGP/WIN-C编程软件，之后点击，在下拉菜单栏里点击“新文件(N)”，再选择，确定打开后就可以绘制梯形图编本课题的程序。2在打开文件之后就可以绘制梯形图，根据所编的程序的，在页面右面的功能图，如4-1所示：图4-1 SWOPC-FXGP/WIN-C编程软件的功能图在绘制梯形图中选择需要的输入元件，完成对梯形图的绘制。3完成了对梯形图的绘制后，在软件的菜单栏中点击，并在下拉菜单中的“寄存器(R).数据传送”的子栏中选择“写出”，将程序编入三菱FX2N-64M。4.3 系统工作过程分析（见附录）1. 按下启动按钮和灯控按钮，开始运行。2按下位置开关2，则是第一种花样喷泉。3. 按下位置开关3，则是第二种花样喷泉。4. 按下位置开关4，则是第三种花样喷泉。5. 无论哪种花样喷泉，只要当第三或者第四任意一层喷水的时候，黄灯亮；当第二层喷水的时候，红灯亮；当所有喷水时，绿灯亮。6. 按下停止按钮，则运行结束。4.4 控制系统程序设计4.4.1 花式音乐喷泉的第一种花样当选择开关2的位置时，喷泉运行第一种花样：4、3、2、1 隔2 秒依次喷水,一起喷水15 秒后停下,再按1、2、3、4 的次序隔2 秒依次喷水,再一起喷15 秒后停下,以此规律循环。1、3管以慢速正转喷水，2、4管以中速正转喷水。当第三或者第四任意一层喷水的时候，黄灯亮；当第二层喷水的时候，红灯亮；当所有喷水时，绿灯亮。见图4-2所示：指令执行至S21时4管喷水并且红灯亮，T1计时2秒后S22执行。指令执行至S22时3管喷水红灯亮，T2计时2秒后S23执行。上图所示指令执行至S23时2管喷水黄灯亮，T3计时2秒后S24执行。指令执行至S24时1管喷水黄灯亮，T4计时2秒后S25执行。指令执行至S25时1、2、3、4管一齐喷水绿灯亮，T5计时15秒后S26执行。指令执行至S26时1管喷水，T6计时两秒后S27执行。指令执行至S27时2管喷水黄灯亮，T7计时2秒后S28执行。指令执行至S28时3管喷水红灯亮，T8计时2秒后S29执行。指令执行至S29时4管喷水红灯亮，T9计时2秒后S30执行。指令执行至S30时1、2、3、4管喷水红灯亮，T10计时15秒后S21执行。图4-2 第一种花样的梯形图4.4.2 花式音乐喷泉的第二种花样当选择开关3的位置时，喷泉第二种花样：1、3 同时喷水,延时3 秒后1、3 停喷,同时2、4 喷水,交替运行5 次后1、2、3、4 一起喷水,30 秒后停止,以此规律循环。1、3管以慢速正转喷水，2、4管以中速正转喷水。当第三或者第四任意一层喷水的时候，黄灯亮；当第二层喷水的时候，红灯亮；当所有喷水时，绿灯亮。见图4-3所示：指令执行至S31时1、3管喷水红灯亮，T20计时3秒后S32执行。指令执行至S32时2、4管喷水红黄灯亮，T21计时3秒；S31、S32循环5次后S33执行。指令执行至S33时1、2、3、4管喷水，T22计时30秒后S31执行。图4-3 第二种花样的梯形图4.4.3 花式音乐喷泉的第三种花样当选择开关4的位置时，第三种花样：1、2、3、4 按顺序延时2 秒喷水,然后一起喷30 秒后1、2、3、4 再分别延时2 秒停喷,以此规律循环。1、3管以慢速正转喷水，2、4管以中速正转喷水。当第三或者第四任意一层喷水的时候，黄灯亮；当第二层喷水的时候，红灯亮；当所有喷水时，绿灯亮。见图4-4所示：指令执行S41时1管一直喷水，T30计时2秒后S42执行执行S42时2管一直喷水，黄灯亮，T31计时2秒后S43执行执行S43时3管一直喷水，红灯亮，T32计时2秒后S44执行执行S44时4管一直喷水，红灯亮，T33计时2秒后S45执行执行S45时4管齐喷水30秒，绿灯亮，T34计时30秒后S46执行执行S46时4管停止喷水，红灯亮，T35计时2秒后S47执行执行S47时3管停止喷水，红灯亮，T36计时2秒后S48执行执行S48时2管停止喷水，黄灯亮，T37计时2秒后S49执行执行S49时1管一直喷水，T38计时2秒后S41执行图4-4 第三种花样的梯形图结 论本系统主要以可编程控制器PLC和变频器为核心，利用可编程控制器PLC和变频器的强大的控制功能，实现了利用可编程控制器和变频器控制花式音乐喷泉的功能，具有接线简单、编程直观、扩展容易等特点。当花式音乐喷泉的功能增加时，只需增加一个I/O 扩展模块即可。原来的接线不需改变，软件上只需增加相应程序以及输出的功能，要改动的地方也较少。设计中事物的连接简单，占地面积便于调节，各种器件便于购买及安装，并且喷泉所产生的水雾及形状，能给人们生活中增加很都有益的因素，对社区环境及水处理都有很大的改善。调试结果表明，在适应性、灵活性、精确性和可靠性方面，到达到了设计的要求，表明该设计方案是可行的。谢 辞在做论文的过程中党保华老师严谨的治学态度和一丝不苟的工作精神给了我深刻的启发，也给了我很大的触动。另外，党老师经常给我讲解不懂的地方，教我怎么入手，使我能尽快的完成论文。还要感谢系里其它的老师的指导，给了我很大的帮助。在此，对老师在工作和生活中给予的指导和关心致以最真诚的谢意。同时在这里还要感谢系里给予我们的关心和帮助，感谢老师们给予我们的帮助。感谢系里其它的一些同学在设计中提供大量的支持和帮助。我们即将毕业，在此，再一次向三年中在学习和生活中给予过我帮助的老师和同学致谢。参考文献1 郭艳萍,李晓波. PLC在花式音乐喷泉控制中的应用J 漯河职业技术学院学报(综合版),20032 齐从谦. PLC技术及应用M . 北京: 机械工业出版社, 2002.3 王红. 可编程控制器使用教程M . 北京: 电子工业出版社, 2003.4 殷培峰. 基于PLC喷泉控制系统的设计与应用J. 兰州石化职业技术学院学报, 2006.65 张桂香. 电气控制与PLC 应用M . 北京: 化学工业出版社2003.6 郁汉琪1 机床电气及可编程控制器实验、课程设计指导书M北京:电子工业出版社,20027 日本三菱公司. FX系列PLC 编程手册 Z . 19998 吴中俊，黄永红主编，可编程序控制器原理及应用，机械工业出版社， 2004； 9 陈在平，赵相宾主编，可编程序控制器技术与应用系统设计，机械工业出版社，2002； 10 江月山，黄久松编著， 数字化社区智能技术产业链导论，中国建筑工业出版社，2003.511 戴仙金主编，西门子S7-200系列PLC应用与开发，北京:中国水利水电出版社，2007.412 廖常初主编，PLC基础及应用，北京:机械工业出版社，200313 王永华等主编，现代电器控制及PLC应用技术，北京:北京航空航天大学出版社，200314 郭宗仁等主编，可编程控制器应用系统设计及通信网络技术，北京:人民邮电出版社，200215 高钦和等主编，可编程控制器应用技术与设计实例，北京:人民邮电出版社，2004附 录顺序功能图 附 录指令表外文资料翻译Mechatronics and Its Applications Abstract The electromechanical integration technology for the changing face of the machinery manufacturing industry has played an important role, and describe its application in the steel industry and trends. Keywords Mechatronics Technology 1 Mechatronics Technology Mechatronics is a mechanical, microelectronics, control, computer, information processing multidisciplinary integration, its development and progress depends on the progress and development of related technologies, the main development direction of the digital, intelligent, modular, network , humanity, miniaturization, integration with source-based and green. 1.1 Digital Microcontroller and its development has laid a foundation for digital electronic products, such as the continuous development of CNC machine tools and robots; and the rapid rise of computer networks for digital design and manufacturing, paving the way, such as virtual design, computer integrated manufacturing. Required mechanical and electrical integration of digital software products with high reliability, operability, maintainability, self-diagnosis capabilities, and friendly interface. Will facilitate the realization of digital remote control, diagnosis and repair. 1.2 Intelligent Requiring mechanical and electrical products have a certain intelligence, that it have similar logical thinking, reasoning, independent decision-making capacity. CNC machine tools such as an increase in man-machine conversation function, set the smart I / O interface and smart technology database, will the use, operation and maintenance of great convenience. With fuzzy control, neural network, gray theory, wavelet theory, artificial intelligence techniques such as chaos and bifurcation of the progress and development, development of mechatronics opened up a vast world. 1.3 modular As mechatronics many product categories and manufacturers, research and development of a standard mechanical interface, power interface, the environment interface unit module mechatronic products is a complex and promising work. Such as the development of a set of slow, one of the power frequency conversion motor drive unit; has the vision, image processing, identification and ranging functions such as motor integrated control unit. Thus, in product development, design, modular units can use these standards to develop new products quickly. 1.4 Network As the networks popular Web-based remote control and monitoring of various technologies in the ascendant. The remote control of the terminal equipment itself Jiushi mechatronic products, field bus and LAN technology to home appliance network as possible, use of family networks into the Ge Zhong Jiayongdianqi Lianjie to Jisuan Ji-centric computer integrated appliance system, and let people high-tech home can fully enjoy the benefits of all kinds, so no doubt mechatronic product development towards the direction of the network. 1.5 human Mechatronic product end-use is people, how to give people mechatronic product intelligence, emotions and human nature are increasingly important in electromechanical integration products in addition to improved performance, but also require color, shape and other aspects and the environment, use of these products on people, or a kind of art to enjoy, such as household robots is the highest state of man-machine integration. 1.6 Miniaturization Micro-fine processing technology is the necessity of the development is the need to improve efficiency. MEMS (Micro Electronic Mechanical Systems, referred to as MEMS) is available in volume production, set mini-institutions, micro-sensors, micro actuators and signal processing and control circuit, until the interface, communication and power is equal to one micro-devices or systems. Since 1986, Stanford University developed the first medical micro-probe, 1988, University of California, Berkeley campus developed the first micro-motor has been abroad in MEMS technology, micro-mechanics of materials, and has made great progress in developing various MEMS devices and systems, such as various micro-sensors (pressure sensors, micro-accelerometers, micro-tactile sensor), various micro-elements (micro-film, micro-beam, micro-probes, micro link, micro gears, micro bearings, micro pump, micro springs and micro robots, etc.). 1.7 Integration I ntegration of various technologies including both mutual penetration, integration and optimization of various products with different structures and composite, but also included in the production process in the treatment of processing, assembly, testing, management and other processes. In order to achieve variety and small batch production of automation and high efficiency, the system should have a wider range of flexibility. First, the system can be decomposed into several levels, make the system functionally diversified, and enabled partial reconciliation without security Di Yunzhuan, then Zai through software and hardware to link the Ge Ge level together organically, the properties of the optimal, most powerful. 1.8 with source of Mechatronics refers to the product itself with energy such as solar batteries, fuel cells and high-capacity battery. Since energy can not be used on many occasions, so the movement of mechanical and electrical integration products, own power source has a unique advantage. Source is the mechanical and electrical integration with product development directions. 1.9 Green The development of science and technology has brought tremendous changes in peoples lives, rich in material resources but also bring about reduction of the ecological consequences of environmental degradation. Therefore, it calls for protection of the environment, return to nature and achi the concept of green products in this voice emerged. Green products is the low power, low-consumption, low pollution, comfortable, coordinated and can be recycled products. In its design, manufacture, use and destruction should be environmentally friendly and human health requirements, mechanical and electrical integration of green products is predominantly refers to its use Bu Wuranshengtai Huan Jing, product life end, the product can be decomposed He recycled. 2 Mechatronics applications in iron and steel enterprises In the iron and steel enterprises, mechatronics system is based on the microprocessor core, the computer, industrial computer, data communication, display devices, instruments and other techniques of combining organic and, combined with assembly means, for the realization of an integrated large scale engineering systems integration to create strong conditions to enhance the control precision, quality and reliability. Mechatronics mainly used in iron and steel enterprises in the following areas: 2.1 Intelligent Control (IC) As the steel industry has a large, high-speed and continuous characteristics, the traditional control techniques have encountered insurmountable difficulties, so it is necessary to adopt intelligent control technology. Intelligent control technology include expert systems, fuzzy control and neural networks, intelligent control technology is widely used in iron and steel product design, production, control, diagnostic equipment and product quality and other aspects, such as blast furnace control systems, electric furnace and continuous casting plant , steel rolling system, steel casting - - integrated scheduling system rolling, cold rolling and so on. 2.2 Distributed Control System (DCS) Distributed control system uses a central computer control command for a number of field monitoring and control station computers, and intelligent control unit. Distributed control system can be two, and three or more levels. Use computers to concentrate on monitoring the production process, operation, management and decentralized control. With the development of measurement and control technology, distributed control systems more and more powerful. Can not only control the production process, but also allows online optimization, the production process real-time scheduling, production planning statistical management functions, into a test, control, possession of a comprehensive system integration. Diversification of DCS control with features, easy operation, the system can be expanded, easy maintenance and reliability. DCS is to monitor the centralized control of decentralized, fault affected area is small, and the system has a chain of protection, using the system failure manually control operations measures to the system reliability. Distributed control system and centralized control system compared to the more powerful, higher security. Mechatronic systems is currently the principal large-scale trend. 2.3 Open Control System (OCS) Open Control System (Open Control System) is the development of computer technology leading to new structural system concept. Open means a standard information exchange protocols for consensus and support, this standard design system that can achieve different manufacturers products, compatibility and exchange, and resource sharing. Open control system through the communications network to a variety of industrial control equipment, management, computer interconnection, for control and management, management, decision-making integration, through the field bus control room to field instrumentation and control equipment, interconnection, measurement and control to achieve integration. 2.4 Computer Integrated Manufacturing System (CIMS) Iron and steel enterprise CIMS is people and production management, production management and process control fused to achieve from the raw material into the plant, production and processing to product delivery process throughout the production process of global integration and control. Current iron and steel enterprises have basically achieved the automation, but this islands of automation-style stand-alone automated lack of information resource focus of future competition in iron and steel enterprises are many varieties, small volume, low price, timely delivery. eve sustainable development, In order to improve productivity, save energy, reduce personnel and existing inventory, accelerate cash flow, production, operation, management overall optimization, the key is to strengthen the management, access to economic benefits, improve the competitiveness of enterprises. United States, Japan and some large-scale iron and steel enterprises in the 20th century has been widely realized 80 years of CIMS. 2.5 Fieldbus Technology (FBT) Fieldbus Technology (Fied Bus Technology) is the connection settings set in the field of instrumentation and control equipment in the control room between the digital, bi-directional, multi-station communication link. Use of fieldbus technology to replace the existing signal transmission technologies (such as 4 20mA, DC DC transmission) so that more information can be intelligent field instrumentation devices and higher-level control system of communication between the media on a common two-way transmission. Field bus connections can be saved by 66% or more field signal wiring. DCS Fieldbus lead changes and the introduction of a new generation of automated systems around the open field bus of instruments, such as smart transmitters, smart actuators, field bus-based instrumentation, fieldbus-based PLC (Programmable Logic Controller) and field-site control stations and other development. 2.6 AC drive technology Transmission technology in the steel industry played a vital role to make. With the power electronics and microelectronics technology, the development of AC is very fast. As the superiority of AC drive, electric drive technology in the near future replace the DC by the AC drive transmission, the development of digital technology to make sophisticated vector control technology to achieve practical, AC variable speed system speed performance have reached and exceeded DC converter level. Now, both small and medium-capacity high-capacity motor or motors can be used to achieve synchronous motor or asynchronous motor speed reversible smooth. AC drive system in rolling production appeared to be welcomed b continue to expand. s sharing and unified management of the production process, difficult to adapt to the modern iron and steel production.The References 1 Yang from thick. Artificial Intelligence technology and its application in the steel industry J. Metallurgical Industry Automation, 1994 (5) 2 Li-Xin Tang. Iron and steel industry characteristics and architecture of CIMS research J. Metallurgical Industry Automation, 1996 (4) 3 Tang Huaibin. Progress and trends in industrial control J. Automation and Instrumentation, 1996 (4) 4 Jun-Pu. Intelligent Control M. Hefei: China Science and Tec