PLC课程设计（论文）-喷泉控制系统程序设计3.doc

沈阳理工大学课程设计专用纸 课程设计任务书学 院机械工程学院专 业机械设计制造及其自动化学生姓名班级学号10010114课程设计题目喷泉控制系统程序设计（三）实践教学要求与任务: 1.设计内容： 1）喷泉控制要求为“A、B、D同时旋转并喷水12秒B、D、C同时摆动并喷14秒A、D、E同时旋转并喷10秒A、C、D同时摆动并喷7秒-2秒后再循环” 2）每个喷头工作时，都连带红、绿、黄、蓝四个彩灯间隔0.1s循环发光。3）喷泉可以实现手动、单周期、连续三种操作方式。 4）当选择连续时，要求循环20次后终止循环，发出声光间断报警，按停止按钮终止报警。2.设计要求：1）画出端子分配图和顺序功能图2）设计并调试PLC控制梯形图 3）设计说明书工作计划与进度安排:1）理解题目要求，查阅资料，确定设计方案 1天2）PLC梯形图设计与调试 4天3）说明书撰写 1天4）答辩 1天指导教师：陈白宁 王海 2012 年11月27日专业负责人：陈白宁2012年11月27日学院教学副院长：201 年 月 日 前言 动控制技术的研究有利于将人类从复杂、危险、繁琐的劳动环境中解放出来并大大提高控制效率。 自动控制是工程科学的一个分支。它涉及利用反馈原理的对动态系统的自动影响，以使得输出值接近我们想要的值。从方法的角度看，它以数学的系统理论为基础。我们今天称作自动控制的是二十世纪中叶产生的控制论的一个分支。喷泉是人工环境中最富有生命力的喷泉,它具有分隔空间、增加层次、净化空气美化环境的作用, 具有美化环境的功能，常常博得观赏者的喜爱。喷泉水景首次在我国兴建是18世纪中期，北京圆明园(又名长春园)中的“西洋楼”建筑提升到高处的蓄水池里，然后通过管道供给喷泉。近代，国内外随着城市和工业的发展，改善城市环境，兴建自然景观日益增多。因而水景的艺术形式和规模都有很大发展。当今喷泉工程和高新技术的结合正是历史发展的必然趋势，由于喷泉工程中采用了大量的高新技术，从而使喷泉效果更加绚丽多彩，婀娜多姿，令人赏心悦目、流连忘返。本次课程设计的目的是掌握机电传动控制系统的基本原理、PLC控制电路的设计方法以及继电器接触器控制电路的PLC改造方法。掌握机电传动控制系统中继电器接触器控制和PLC控制的基本原理、设计方法及两者的关系。掌握常用电器元件的选择方法。具备一定的控制电路的分析能力与设计能力。PLC即可编程控制器，是以计算机计数为基础的新型工业控制器。其特点是：可靠性高、抗干扰能力强、功能完善、实用性强、易学易用、维护方便、体积小、能耗低。而且广泛应用于钢铁、石油、化工、电力、建材、机械制造、汽车、轻纺、交通运输、环保及文化娱乐等各个行业。目录前言21 课程设计的任务和要求31.1 设计内容31.2 设计要求32 总体设计32.1 PLC选型32.2PLC端子分配32.3 I/O分配图33 程序设计33.1 设计思想33.2喷泉控制台33.3 顺序功能图33.4 PLC梯形图34 程序调试说明及改进方法34.1 程序说明34.2 改进方法35 电器元件的选择3结束语3参考文献31 课程设计的任务和要求1.1 设计内容： 1）喷泉控制要求为“A、B、D同时旋转并喷水12秒B、D、C同时摆动并喷14秒A、D、E同时旋转并喷10秒A、C、D同时摆动并喷7秒-2秒后再循环” 2）每个喷头工作时，都连带红、绿、黄、蓝四个彩灯间隔0.1s循环发光。3）喷泉可以实现手动、单周期、连续三种操作方式。 4）当选择连续时，要求循环20次后终止循环，发出声光间断报警，按停止按钮终止报警。1.2 设计要求：1）画出端子分配图和顺序功能图2）设计并调试PLC控制梯形图 3）设计说明书2 总体设计2.1 PLC选型2.1.1 选用规模合适的PLCPLC规模的大小是用输入输出（I/O）点数来衡量的，也就是选择合适I/O点数的PLC。因此在选用PLC时，首先应对与PLC相连的全部输入，输出装置进行统计，并区分输出的性质及所需电压，电流的大小和种类。确定全部的I/O点数，再加上10%15%的备用量，用来输出的扩展。这样就可以计算出系统需要的总I/O点数，作为输入输出点数估算数据。本次喷泉系统设计共有输入输出点72个，全部为开关量，其中输入点30个，输出点42个。2.1.2 确定内存容量的大小小 内存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。一般用户程序区的内存容量与开关量I/O点数以及用户程序的编写质量等有关。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。估算时，可用经验公式：总存储字数开关量I/O点数*（150200）计算后还可以考虑10%25%的存储余量。由于科技的飞速发展PLC的内存的大小足够我们设计的喷泉使用，所以可以不考虑在内。2.1.3 控制功能的选择 简单PLC的运算功能包括逻辑运算、计时和计数功能；普通PLC的运算功能还包括数据移位、比较等运算功能；较复杂运算功能有代数运算、数据传送等；大型PLC中还有模拟量的PID运算和其他高级运算功能。2.1.4 机型的选择(1)PLC的类型 PLC按结构分为整体型和模块型两类，按应用环境分为现场安装和控制室安装两类；按CPU字长分为1位、4位、8位、16位、32位、64位等。从应用角度出发，通常可按控制功能或输入输出点数选型。整体型PLC的I/O点数固定，因此用户选择的余地较小，用于小型控制系统；模块型PLC提供多种I/O卡件或插卡，因此用户可较合理地选择和配置控制系统的I/O点数，功能扩展方便灵活，一般用于大中型控制系统。(2)输入输出模块的选择 输入输出模块的选择应考虑与应用要求的统一。例如对输入模块，应考虑信号电平、信号传输距离、信号隔离、信号供电方式等应用要求。对输出模块，应考虑选用的输出模块类型，通常继电器输出模块具有价格低、使用电压范围广、寿命短、响应时间较长等特点；2.1.5 经济性的考虑 选择PLC时，应考虑性能价格比。考虑经济性时，应同时考虑应用的可扩展性、可操作性、投入产出比等因素，进行比较和兼顾，最终选出较满意的产品。输入输出点数对价格有直接影响，所以应该选择合适点数的PLC。故选择西门子S7-200系列作为此喷泉控制的主机。选用CPU226/AC/DC/继电器，其基本参数如下： 本机数字输入：24路数字输入 本机数字输出：16路数字输出 内部存储器：256位 定时器总数：25定时器 计数器总数：256计数器 电源允许范围:AC85264V 输入电流仅CPU/最大负载:35/100mA，AC 240V 电源范围;DC20.428.8V 电流限制:约1.5A 由于该系统要求42个输出点，S7200 CPU226不能满足要求，因此采用2个EM223(16I/16Q)扩展输入输出点数。CPU总I/O点数为88点，系统要求的I/O总点数为72点。CPU总点数（1.11.3）系统要求的I/O总点数。总输入30个，输出42个。2.2PLC端子分配表2.1 PLC端子子分配图输入输出I0.0启动I1.7C旋转Q0.0A喷水Q2.5C绿灯I0.1停止I2.0E旋转Q0.1A旋转Q2.6C黄灯I0.2单周期I2.1A左摆Q0.2A左摆Q2.7C蓝灯I0.3连续I2.2B左摆Q0.3A右摆Q3.0D喷水I0.4手动I2.3C左摆Q0.4A红灯Q3.1D旋转I0.5A左限位I2.4D左摆Q0.5A绿灯Q3.2D左摆I0.6A右限位I2.5A右摆Q0.6A黄灯Q3.3D右摆I0.7B左限位I2.6B右摆Q0.7A蓝灯Q3.4D红灯I1.0B右限位I2.7C右摆Q1.0B喷水Q3.5D绿灯I1.1C左限位I3.0D右摆Q1.1B旋转Q3.6D黄灯I1.2C右限位I3.1A喷水Q1.2B左摆Q3.7D蓝灯I1.3D左限位I3.2B喷水Q1.3B右摆Q4.0E喷水I1.4D右限位I3.3C喷水Q1.4B红灯Q4.1E旋转I1.5A旋转I3.4D喷水Q1.5B绿灯Q4.2E左摆I1.6B旋转I3.5E喷水Q1.6B黄灯Q4.3E右摆Q1.7B蓝灯Q4.4E红灯Q2.0C喷水Q4.5E绿灯Q2.1C旋转Q4.6E黄灯Q2.2C左摆Q4.7E蓝灯Q2.3C右摆Q5.0声报警Q2.4C红灯Q5.1光报警2.3 I/O分配图 图2.1 I/0分配图3 程序设计3.1 设计思想3.1.1 主程序设计：本程序设计需两个子程序：手动子程序，自动子程序。按手动按钮I0.4进入手动程序。每一步动作都需要手动按钮操作才能实现。按单周期按钮I0.2,或连续按钮I0.3进入自动程序。若为单周期工作一周期后回原点,若为连续则连续工作20次后声光报警。3.1.2 手动程序设计按下手动按钮I0.4进入手动程序。I1.5-I2.0分别控制A、B、D、E的旋转，I2.1-I2.4分别控制A、B、C、D的左摆，I2.5-I3.0分别控制A、B、C、D的右摆，I3.1I3.5分别控制A、B、C、D、E喷头的喷水。每个喷头工作时，4个彩灯循环发光。3.1.3 自动程序设计根据要求： A、B、D同时旋转并喷水12秒B、D、C同时摆动并喷14秒A、D、E同时旋转并喷10秒A、C、B同时摆动并喷7秒-2秒后再循环。此过程需要5个定时器，T37、T38、T39、T40、T41。每个喷头工作时，都连带红、绿、黄、蓝四个彩灯间隔0.1s循环发光。5个喷头则需要20个彩灯。需加20个定时器来控制每个喷头工作时，使得与其相对应的4个彩灯循环亮。当选择连续时，要求循环20次后终止循环，发出声光间断报警，按停止按钮终止报警。此处加入一个计数器C1计数20次后控制声光报警。按下I0.1停止声光报警，返回原点。3.2喷泉控制台图3.1 喷泉控制台3.3 顺序功能图图3.2 顺序功能图3.4 PLC梯形图3.4.1 主程序3.4.2自动程序3.4.3 手动程序图3.3 程序梯形图4 程序调试说明及改进方法4.1 程序说明 是在S7200仿真软件完成的。将梯形图导入后，增加2个EM223(16I/16Q)。 按下单周期I0.2或者连续按钮I0.3，进入自动程序，手动控制A、B、C、D的左右限位开关。而且每个喷头工作时会伴随着其相应的四彩灯会循环亮。若选择单周期，则自动程序运行一个周期后回到原点；若选择连续，则连续运行20次后声光报警。 按下手动按钮I1.0，进入手动程序，需手动控制喷头工作开关和限位开关。并且每个喷头工作时，其相对应的四个彩灯会循环亮。4.2 改进方法经仿真调试后，发现手动程序中每次操作限位开关都很麻烦，可以选择几个喷头采取同样的限位方式，只用两个限位开关，控制他们同时左摆右摆。5 电器元件的选择5.1 电机选型 根据喷泉控制要求，可选三相交流异步电动机，喷头的左右摆动通过电机的正反转实现。电机中要有热继电器FR,刀开关，熔断器FU。选择电机的依据和指标有：电动机的工作方式，功率，转速，以及其安装尺寸等。根据本题要求可选择三相交流异步电动机，其型号为Y132M16。5.2 熔断器选型熔断器主要是电源与用电设备的隔离开关，主要是对电机进行短路保护。根据题目选用插刀型NH普通熔断器gG-gL。型号：NH000。5.3 刀开关选型 机选型可配用HH15系列熔断器式隔离开关。型号：HH15-63。5.4 热继电器FR选型 控制电路温度的变化控制的继电器利用电流的热效应进行控制，主要是保护电机的过载。 根据电机参数，热继电器选型为NR2-94G/Z 23-80A结束语 此次喷泉课设，以可编程控制器为基础，对喷泉基本流程进行详细的了解以及对喷泉控制系统的自动化控制进行设计的。在整个设计过程中自我学习、向他人学习的前提下，深入地了解电气控制系统各方面的知识，熟练地掌握了PLC控制技术的各个方面的理论知识及其应用，逐渐提高对电气控制系统进行设计的实际工作能力，懂得了运用理论知识与实际情况相结合。通过实际应用增加了对更多型号PLC的了解，以后不管是那种型号系列的PLC，学习起来会更简单一些。还有就是PLC实际应用，这一次是结合实际的控制系统设计，要收集关于喷