【《用PLC控制喷水池的程序设计》7000字（论文）】

用PLC控制喷水池的程序设计摘要喷水池如今在我们的生活中随处可见，各种景点、娱乐设施小区广场都有他们的身影，能吸引这么多人喜欢喷泉的一个重要原因，是它多样化的喷水模式。它通过可编程控制器控制喷头来实现各种各样震撼的视觉体验。本次毕业设计我也采用了PLC来控制喷水池达到几种不同的喷水效果，如今这项技术已经非常的成熟，可以完全代替传统的继电器完成工作，比传统的继电器更方便可靠，功能多样化。设计所使用的软件为FX-TRN-BEG-CL。这个软件操作起来十分简单方便，可以写梯形图和指令编程，编写过程中还能看到有没有程序上的错误。程序编写完毕后也能进行仿真运行，查看程序是否符合要求。关键词：PLC，喷水池，程序编写，FX-TRN-BEG-CL目录1绪论绪论PLC即可编程控制器,世界上的第一个可编程控制器出现在一九六七年的美国通用汽车公司。它是一种用于工业生产自动化的控制装置。PLC系统主要是由中央处理器CPU、内存RAM、ROM、端口I/O、以及编程器等所构成的。中央处理器CPU为其内核,主要功能为接收输入的程序及储存程式,同时扫描现场的输入状况,并执行用户的程式,以作出诊断。它还具备了执行动作,管理时间,处理命令,管理数据等功能。存储设备是一种存放数据的和程序,有了存储装置后才具备记忆能力,可分成内在存储设备和外围存储器,又可分成主存储器和辅助存储设备。输入端口收集了所有开关接点上的信息状况,并将之转化为基准的逻辑信号电平,而输出端口则是通过直接输出电讯号来控制目标。程序设计器主要是完成用户程式的翻译,调试,执行,监督和检测,还能让用户随时监视PLC的状态。PLC的基本工作方式是进行循环扫描工作,每一次变化都需要经过一次扫描循环系统。PLC需要几毫秒,甚至几十秒就能够进行循环扫描。PLC一共有五个标准编程语言。分别为梯形图语言,指令表语言,功能模块话语,按顺序功能工作流程图话语,结构文本对话。梯形图语言是在PLC编程中最为常用的语言。其特点是与电气原理图相互对应,看上去更加直观。指令表程序设计语句和汇编语言的结构相似,由相同的控制码和运算元所构成。其特征在于可以助记符符来对应的操作功能。用户能够快速掌握和记忆。和梯形图中的这互相对应的关系。功能模块图是采用功能模块图来表示模块所具有的功能。其特点是能使用户快速掌握并且能够大幅度减少编程时间。因为功能模块图能够直观的表示功能的关系。顺序功能流程图语言,是一种实现序列式逻辑操作的编程语言。结构文本话语,是指使用结构化的描述文字进行描述程序的语句。现如今我们国大多数的企业都已大规模使用PLC,在各大领域都有涉及,列如,化工,钢铁,机械制造,交通运输,文化娱乐,土木工程,纺织如今我国工厂的PLC使用率依旧还有着明显的上升趋势。传统的继电器和接触器故障率高,控制方式不灵活,可靠性差等缺点,正逐渐被更加优越的PLC所代替。如今的时代是一个自动化的时代。喷水池是将园林建筑和花式观赏产品结合起来的产物。在大多数的广场上,景区里,我们总是能看到喷水池的身影,喷水池会按照一定的规律,进行着高低的变化,水柱忽上忽下。我们使用PLC来控制水柱是十分方便的,我们可以设定程序来控制水柱的起伏,使其按照一定的规律进行不断的变化。所以本设计我选择使用PLC来进行控制。2.硬件设计控制系统总体方案设计2.1PLC系统的介绍PLC的好处有许多,比如使用灵活,编程简便,安全性较高等好处。PLC的使用方式也非常的灵活,PLC的功能模块有很众多的类型,能够对应多种不同的要求组成大小不一各种功能的控制器。使用者仅仅只需在PLC的端子上连接相对应的输入与输出信号线,就可以操控整个PLC。而且能够通过编程器编辑对控制系统功能的编程。PLC有着良好的抗干扰工作能力,它广泛使用了现代微电子工艺技术,大部分都通过无触点的电气存储部件来实现开关动作,并采用了程序来取代传统的机械继电器和繁杂接线。所以PLC的安全性高,寿命长。PLC是面向用户的专用设备。PLC是根据现场人员的工作知识和习惯来量身制作的。PLC程式的编写,使用梯形图或面向工业控制系统的简单命令方式。梯形图和继电器原理图非常相似,表达起来非常形象简单,只要是具备必要的电工基础知识的人士均能在短期学会。PLC的发展历史。在一九六八年一月一日的美国,一位名叫迪克.莫利的人在新年第一天,写了段备忘录,而后一个叫PLC的发明应运而生。备忘录中说道:"这种东西应该具备以下特点:不是过程的中断;可以直接映像并加入内存;不用软件管理更复杂的事情;速度很慢(莫利后来意识到该特点是一种错误);拥有强大地设计以及能够真实地工作;具有独特的编程语言(好几个月以后发现了梯形图逻辑)"。在迪克.莫利的家伯德福德看了备忘录之后他们设计出了一种能够进行小批量,多品种生产的新型控制器。他相较于其他控制器,他可以减少重复设计和更替继电器控制系统以及接线,从而减少周期和成本,而这便是可编程控制器的前身。次年,国家数码机械设备有限公司又研制出了全球首台可编程控制器。迎合了中国国内数字设备企业的装配线需求。从八十世纪初到九十年代中期,是经济PLC成长较为快速的年间,当时的经济年增长率高达百分之百三十至四十。我国研制可编程控制器的历史要追溯到1974年。因为早期的PLC费用高昂,所以大多用于工业电气,自动生产线,治金等大型装置和控制系统。在引进PLC的过程中,我国不断学习,消化,吸收PLC的核心技术,试图将其国有化。但由于最终由于资金匮乏,且当时后续的研究实力,生产技术较为落后,未能实现产业化。国内的PLC制造商,往往无法建立具备较大制造规模的国际名牌产品和能力。另外一部分则多以机器仿制,组装就行生产作业。而在PLC应用领域领域方面,在中国市场一直相当活跃。前几年,我国一年都会大约投入10万个PLC生产,有三十亿元人民币的销量。在应用行业中有纺织,治金,机械加工,交通运输,化工,土木工程等众多领域。近年来,制造商们还在PLC上添加了各种通信接口,从而提供了全新的通讯网络。PLC的应用前景是十分宽广的,还有许多新功能未被研制出来。PLC的工作流程主要分为三个部分。PLC主要利用控制结构对与外界设备信号进行改造,接口通常位于I/O总线的正上方,其心功能分级目的是为了实现主机和与外界设备之间信号传递的效果。用户程序运行环节,此时PLC中的一个输入端必须对应另一输出线圈,对客户程序实施扫描与监测,在数码扫描工作流程中,必须进行由左至右的接触控制线的核算,以及清除I/O图像中RAM存储区的操作。输出更新环节就是PLC在将I/O图像改变后,重新接受输出电器触点,从而通过DAM手段全面提高了输入与输出电路的总体效率。PLC发展的必然趋势。随着PLC应用的推广,PLC技术水平以及产品结构日益提升,功能变化也日益强烈,成本性能比也愈来愈高。就产品规模而言,向两极发展首先,力求研制反应速度更快、具有降低成本效果的小型化和超小型化PLC。以满足对单机和中小型自动化控制技术的需要。一方面,正以更高速度、大容量和更完美的工艺技术,向大规模PLC方面移动。而由于对复杂系统控制的高需要以及现代微处理器和计算机的发展,PLC的数据处理速率愈来愈高,使用的内存容量也愈来愈大。PLC及网络控制技术已是目前控制器与PLC技术发展的必然趋势。PLC与PLC内部的网络通信,PLC与上位机之间的互联网连接也获得了更广泛的使用。目前,PLC厂家都正在研发自已的专门数据通信模组和系统软件,以增强PLC的互联能力,从而形成一个更大的网络系统。为适应现代工业智能化对各种系统的需求,近年来,新型智能控制I/O模组系统、监控模组系统以及PLC等专门智慧控制模块系统的问世,不但丰富了PLC的使用控制功能,也扩大了PLC的应用,并且加强了系统的安全性。自2002年以来,达泰电子一直在生产、开发和PLCDTD系列适合复杂工业环境的无线传输模块。近二十年间,该产品在硬件和软件上持续提升,稳定性也有了长足的提升,在工业应用领域中获得了更广泛的使用与认同。结合了EMI抗打扰单元和ID二等安全技术组件,有效降低了无线丢包率。几种编程语言的并存、相互促进与发展是现代PLC软件发展的必然趋势。PLC制造商将在不断更新硬件和程序软件的同时,进一步增强产品多样性,并改进其功用,以更加贴近MAP(制造自动化协议)标准,将PLC的基础组件规范化和标准化,如输入和输出模块、通信协议、编程语言和编程方法。2.2PLC型号的选择在这次的题目中，我要用到一个启动按钮，一个停止变换按钮和一个速度控制按钮，所以的我plc需要选择至少有三个输入接口和三个输出接口的型号。现存的PLC型号有很多品牌也有很多型号，例如FX2N-2AD，FX2N-32ER，FX2N-64MR等。而本次设计我所选用的是三菱公司推出的FX2N-16MR。FX2N这哥英文的意思是2N系列的可编程控制器。16所表示的是它拥有八个输入端口和八个输出端口。MR的意思是他是用继电器来输出的。而PLC总共可以实现三种不同的输出模式，除了继电器开关出口外还有晶闸管出口和晶体管出口这三个功能。继电器输出这种输出模式只能用在输出频率控制在10Hz以内的情况中，而这次设计中我要用到三个I/O端口，且他们的输出频率都是控制在10Hz内，所以我可以选用FX2N-16MR来完成本次我所设计的题目。2.3主电路图设计及其简介如图显示，这是喷水池的主电路图，我使用是三个交流接触器KM1、KM2、KM3来控制喷泉，KM1是控制高水柱的交流接触器，KM2是控制中水柱的交流接触器，KM3是控制低水柱的交流接触器。并用三个电机来实现高，中，低水位的水柱喷射,KM1为高水柱，KM2为中水柱，KM3为低水柱子。使用了三个热继电器FR1、FR2、FR3与三个熔断器FU1、FU2、FU3来实现对电动机的防护措施，防止出现短路的情况。图1喷水池的主电路图2.4PLC输入输出接口图及分析图二所表达的是，我需要分别使用三个开关来实现我的题目要求，控制喷水池的各种功能，使每一个水柱都能达到我需要的效果。SB1按钮的作用是实现我的程序运行速度的控制，我只需要眼下一次按钮，运行速度就会产生变化，达到三种不同的速度控制要求。SB2按钮则是我的程序停止运行的按钮，就是我的计数器计数到某一个数字的时候，程序会停止运行。SB3按钮是程序的启动按钮，按下后PLC就会按照设定的程序保持运行。在这次的题目设计当中，我还考虑到了保护装置的设计，我需要用到电阻来对我的PLC进行保护，当电流都达到了一定的数值，他就会熔断电阻丝，使电路断开，从而达到保护的目的。而另一边的KM1、KM2、KM3、就是我三个高中低水柱的喷水电动机，他们也同样需要用到FU5熔断器来进行保护。COM端口则是可编程控制器的I/O端口。每一个可编程控制器中都会有一个变压器，把220V电压变压成24V电压，然后给按钮来使用，因为我的输出线圈为24V，所以我需要用到24V的电压。而另一端我也同样使用220V的原因是因为卖到中国市场的三菱PLC都是220V。因为我们熟悉的三菱公司为让他们的产品增长销量，对我们国家的市场进行了深入的分析，发现我国的居民用电标准大多数都是220V，所以他们就把PLC产品也设计成了220V。图2PLC接线图3.软件设计对于PLC程序的设计3.1流程图设计及分析图3如图3所示是我的控制程序速度变化的流程图。首先M8002接通初始脉冲，MOVP是传送指令。意思是把1送到K2M0里面，下面的M4的作用是能让程序循环运行。下面用到的MULP是乘法指令，P代表一次的意思。这条指令的意思是把K2M0乘2之后送到K2MO里面。这样就能实现用一个按钮实现三种不同的速度切换。下面的MOVPK3D0的意思就是把3送到计数器D0里面，对应题目中的0.3秒，MOVPK10D0就是1秒，而MOVPK30D0的意思就是暂停3秒，这样就能实现三种不同速度的切换了。图4图4是我的停止变换流程图。首先M8002初始脉冲接通后，和上一个流程图同理，将1送到K1M0中，下面接的M13的用处是能让程序循环运行。接下来的乘法指令的目的也是为了能让一个按钮实现两种不同的停止步数的切换。下面的MOVPK5D1就是为了实现运行50步停止的功能，而怎么用这段程序实现运行50步停止呢？这是因为我通过计算得到的结果。我的题目要求是要在运行完50步之后停止运行。如果想要实现这个要求，就先要知道运行一遍程序需要多少步。我的程序运行一次需要11步，就可以用50去除以11结果就是4余6，那么我的程序要达到效果的话需要在程序运行到第五次的时候在第六步停下来，由此可知我的计数器中需要计数到5的时候停止，而其他的步数控制也是这样，就是用这个方法改变对应的数字就可以达到这种效果。就像下面的一段程序MOVPK28D1。这段层序所实现的效果就是运行完300步之后停止。用300除以我程序运行一遍需要的步数11，那么就是27余3，意思就是我需要在程序运行到第28遍的时候在第三步停下来，所以计数器中的数字就是28。图5如图5就是我程序的流程图。首先是让初始脉冲M8002接通，继续运行程序就会开始运行S0程序段，S0程序段右边的指令是我的重置程序，他的目的是把计数器中的数字重置，让程序实现可以循环运行的效果。当我按下开关X22的时候，程序就会开始运行了，触发Y0之后，计数器T0过了一定的时间即设置的时间之后，就会跳转到程序段S21,此时假如M11现在是闭合的情况下，那么程序每运行一次，计数器C1就会记下一次数，当计数器中的数字计到10之后，程序就会自动跳转到程序段S0。当程序跳转到S21之后，程序会自动暂停D0秒的时间。结束暂停之后会自动运行到程序段S22。Y1电动机开始运行，T2过了D0秒之后会跳转到S23时也同样会暂停D0秒的时间，之后经过D0秒之后会运行到S24，电动机Y2开始运行，T4经过了设定的时间之后会运行到S25程序段。Y0Y1电动机会开始运行，经过D0秒的时间之后会跳转到程序段S26，会暂停D0秒之后Y1Y2开始运行以此类推。当运行到最后的时候会自动跳转到程序段S0，而因为我加入了重置程序，让计数器中的数字清零，就可以重新启动程序开始运行。而S22程序段中有停止程序，当切换到运行300步停止的时候，当程序运行到第28次时会在S25运行完后停止，并会回到S0，即可重新开始运行，S25则是运行50步停止的程序，当程序运行到第五遍的时候会在S25这里停下，并回到S0程序段准备重新开始运行。3.2梯形图设计及分析图6图6是我的梯形图，这是变速程序的梯形图，当X20按钮摁一下时，喷水间隔就是0.3秒如上图所示。图7如图7所示，当按两下X20按钮的时候，喷水间隔会变成1秒，D0计数器中的数字为10图8图8则是当X20按钮按三下的时候，喷水时间就会变成3秒，所以计数器中的数字是30。图9图9是我的停止变换程序的梯形图，当X21按钮按下一次后，程序就会运行到50步停止，计数器D1中的数字会变成5，程序会在运行到第5遍的第六次时停止运行。图10图10则是当X21按钮按下两次之后，计数器D0中的数字就会变成28，这就是程序运行完三百步之后停止，故计数器D0中的数字就是28，这是通过计算得到的，程序会在运行到第28步的第三次时停下来。图11图11程序正常运行的演示。3.3指令清单LDM8002LDM11STLS21OUTT3D0SETS27SETS30ORM4MOVPK10D1OUTT1D0ORT4STLS27STLS30MOVPK1K2M0LDM12ORT1SETS25OUTY1OUTY0LDX020MOVPK28D1SETS22STLS25OUTY2OUTY1MULPK2M0K2M2M0LDM8002STLS22OUTY1OUTT7D0OUTY2LDM1SETS0OUTY1OUTT5D0ORT7OUTT10D0MOVPK3D0STLS0OUTT2D0ORM11SETS28ORT10LDM2RSTC0ORM12OUTC1D0STLS28SETS20MOVPK10D0RSTC1OUTC2D1ORT5OUTY0RETLDM3ANDX022ORT2LDC1OUTY2MOVPK30D0SETS20LDC2OUTS0OUTT8D0LDM8002STLS20OUTS0LDIC1ORT8ORM13OUTY0ORBSETS26SETS29MOVPK1K1M10OUTT0D0LDIC2STLS26STLS29LDX021ORT0SETS23OUTT6D0OUTT9D0MULPK1M10K2K1M10SETS21STLS23ORT6ORT9结论在本次设计中我所使用到的PLC喷水池时，也遇到了许多的问题。一开始在做的时候我的想法是用单独的按钮来控制每个功能，但发现这样做不仅没什么技术含量，而且也存在着按钮不够用的情况。然后我通过与老师沟通和翻阅资料后学会了通过乘法指令来达到一个按钮实现多个功能的效果，后面我在编程的时候海盆到了许多的问题，例如在程序的开始处没有加上RST指令，没有去清除计数器当中的数字，导致程序没有办法循环运行，还有就是这道题目中我觉得最难的地方，就是运行完50步和300步的时候停止这个功能。一开始我想的是程序运行一次计数器就加1，等到50步的时候就跳转到S0程序段，可结果是我不知道怎么来通过编程达到这样的效果，后面知道了是要用50去除以我的程序步骤11来得到结果，结果是4余6，于是我就把停止程序放在了第六步程序里面，然后我想的是在第四变的第六步时停下来，但是通过仿真，我发现了问题，应该是在第五遍运行的第六步时提停下来，这样才是50步停止，并且要在S0程序段后加上RSTC0RSTC1这两个指令后程序才可以循环运行，保持每次运行的时候计数器都要清零。参考文献[1].张军可编程序控制器原理及应用,第3版北京：电子工业出版社，2019[2].廖常初，PLC编程及应用（第5版）.北京：机械工业出版社，2019.[3]张桂金.电气控制线路分析与处理（第2版）.西安：西安电子科技大学出版社，2013[4]王化祥张淑英传感器原理及应用第4版天津：天津大学出版社，2014[5]王永华现代电气控制及plc应用技术第6版北京：北京航空航天大学出版社，2020[6]邱勇进.电工基础.北京：化学工业出版社，2017.[7]计时鸣机电一体化控制技术与系统西安：西安电子科技大学出版社，2013[8]MichelGilles.ProgrammabeLogicControllers:ArchitectureandApplicationWiley.2019[9]G.L.Batten.ProgrammabeControllers:hardware.softwareandApplica