喷泉控制系统程序设计3

课程设计任务书课程设计任务书 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 喷泉控制系统程序设计 三 实践教学要求与任务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 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 日 前言前言 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 目录目录 前言 2 1 课程设计的任务和要求 4 1 1 设计内容 4 1 2 设计要求 4 2 总体设计 5 2 1 PLC 选型 5 2 2PLC 端子分配 7 2 3 I O 分配图 8 3 程序设计 9 3 1 设计思想 9 3 2 喷泉控制台 10 3 3 顺序功能图 11 3 4 PLC 梯形图 12 4 程序调试说明及改进方法 31 4 1 程序说明 31 4 2 改进方法 31 5 电器元件的选择 32 结束语 33 参考文献 34 1 课程设计的任务和要求课程设计的任务和要求 1 1 设计内容设计内容 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 总体设计总体设计 2 1 PLC 选型选型 2 1 1 选用规模合适的 PLC PLC 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 150 200 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 AC85 264V 输入电流仅 CPU 最大负载 35 100mA AC 240V 电源范围 DC20 4 28 8V 电流限制 约 1 5A 由于该系统要求42 个输出点 S7 200 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 1 1 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 分配图分配图 图 2 1 I 0 分配图 3 程序设计程序设计 3 1 设计思想设计思想 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 1 I3 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 喷泉控制台喷泉控制台 图 3 1 喷泉控制台 3 3 顺序功能图顺序功能图 图 3 2 顺序功能图 3 4 PLC 梯形图梯形图 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程序调试说明及改进方法 4 1 程序说明程序说明 是在 S7 200 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 电器元件的选择电器元件的选择 5 5 1 1 电电机机选选型型 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 Y132M1 6 5 5 2 2 熔熔断断器器选选型型 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 5 3 3 刀刀开开关关选选型型 机选型可配用HH15 系列熔断器式隔离开关 型号 HH15 63 5 5 4 4 热热继继电电器器 F FR R 选选型型 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