三菱PLC控制花樣噴泉控制系統(tǒng)設計說明

1、 . PAGE43 / NUMPAGES43摘 要隨著我國經(jīng)濟文化不斷的加速發(fā)展，物質(zhì)生活水平的提高促使著人們迫切的追求更高的生活享受，花樣噴泉可以在人們周圍隨處可見，比如廣場、大廈、小區(qū)、公園等。于是大大小小的公園如雨后春筍般出現(xiàn)在新的城市規(guī)劃中，其中必然會修建一些噴泉供人們休閑，觀賞。花樣噴泉是人造小氣候，在炎熱的夏日可以起到增濕和降溫的作用：也為水體充氧，有利于水體增加自凈能力，起到防止水體黑臭的作用?；訃娙暮诵氖荘LC，是一種以微處理器為核心、帶有指令存儲器和輸入輸出接口、綜合了微電子技術(shù)、計算機技術(shù)、自動控制技術(shù)、通信技術(shù)的新一代工業(yè)控制裝置。它能夠存儲和執(zhí)行指令，進行位置控制、

2、邏輯控制、順序控制、定時、計數(shù)和算術(shù)運算等操作，通過數(shù)字式和模擬式的輸入和輸出，控制各種類型的機械或生產(chǎn)過程。本設計主要以可編程控制器PLC的控制功能，通過對各個開關的控制，來滿足人們對視覺的需求，實現(xiàn)了利用可編程控制器控制花樣噴泉的功能，具有接線簡單、編程直觀、擴展容易等特點。當花樣噴泉的功能增加時，只需要增加相應程序以與輸出的功能，要改動的地方也較少，調(diào)試結(jié)果表明，在適應性、靈活性、準確性和可靠性方面，都達到了設計要求。通過本設計，我學習到了很多東西，在工作的細心上也得到了提高。并且，更了解了有關可編程器件的功能。關鍵詞：花樣噴泉、PLC、開關的控制 TOC o 1-3 h z u 目 錄

3、TOC o 1-3 h u HYPERLINK l _Toc2634596671引言 PAGEREF _Toc263459667 h 4HYPERLINK l _Toc2634596682 控制要求 PAGEREF _Toc263459668 h 5HYPERLINK l _Toc2634596692.1花樣控制的幾種模式 PAGEREF _Toc263459669 h 5HYPERLINK l _Toc2634596702.2 各種模式的動作狀態(tài) PAGEREF _Toc263459670 h 5HYPERLINK l _Toc2634596713. PLC簡介 PAGEREF _Toc26

4、3459671 h 6HYPERLINK l _Toc2634596723.1 PLC的應用領域 PAGEREF _Toc263459672 h 6HYPERLINK l _Toc2634596733.2 PLC的應用特點 PAGEREF _Toc263459673 h 7HYPERLINK l _Toc2634596744 花樣噴泉設計方案 PAGEREF _Toc263459674 h 9HYPERLINK l _Toc2634596754.1 PLC型號的選擇 PAGEREF _Toc263459675 h 9HYPERLINK l _Toc2634596764.2 PLC的網(wǎng)絡設計 P

5、AGEREF _Toc263459676 h 9HYPERLINK l _Toc2634596774.3軟件編制 PAGEREF _Toc263459677 h 9HYPERLINK l _Toc2634596784.4 確定所選PLC PAGEREF _Toc263459678 h 10HYPERLINK l _Toc2634596794.5 花樣噴泉I/O分配 PAGEREF _Toc263459679 h 10HYPERLINK l _Toc2634596804.5.1 PLCI/O分配簡介 PAGEREF _Toc263459680 h 10HYPERLINK l _Toc263459

6、6814.5.2 開關量輸出模塊的選擇 PAGEREF _Toc263459681 h 11HYPERLINK l _Toc2634596824.5.3 模擬量IO模塊的選擇 PAGEREF _Toc263459682 h 12HYPERLINK l _Toc2634596834.5.4 特殊功能模塊的選擇 PAGEREF _Toc263459683 h 12HYPERLINK l _Toc2634596844.5.5 系統(tǒng)I/O分配表 PAGEREF _Toc263459684 h 13HYPERLINK l _Toc2634596854.6 PLC外部接線圖 PAGEREF _Toc263

7、459685 h 13HYPERLINK l _Toc2634596864.7 噴泉控制過程模擬 PAGEREF _Toc263459686 h 14HYPERLINK l _Toc2634596875 軟件設計 PAGEREF _Toc263459687 h 16HYPERLINK l _Toc2634596885.1 噴泉控制流程圖 PAGEREF _Toc263459688 h 16HYPERLINK l _Toc2634596895.2系統(tǒng)程序設計 PAGEREF _Toc263459689 h 16HYPERLINK l _Toc263459690設計總結(jié) PAGEREF _Toc2

8、63459690 h 17HYPERLINK l _Toc263459691致 PAGEREF _Toc263459691 h 18HYPERLINK l _Toc263459692參考文獻 PAGEREF _Toc263459692 h 19HYPERLINK l _Toc263459693附錄1 程序清單 PAGEREF _Toc263459693 h 20我本設計花樣噴泉模型如下:如圖:4號為中間噴頭，3號為環(huán)狀噴頭，2號為一次外環(huán)狀噴頭，1號為外環(huán)狀噴頭。2 控制要求2.1花樣控制的幾種模式(1) 按下啟動按鈕，噴泉控制裝置開始工作，按下停止按鈕，噴泉控制裝置停止工作。(2) 噴泉的工

9、作方式由花樣選擇開關和單步/連續(xù)開關決定。(3) 當單步/連續(xù)開關在單步位置時，噴泉只能按照花樣選擇開關設置的方式運行一個循環(huán)。(4) 花樣選擇開關用于選擇噴泉的噴水花樣，現(xiàn)考慮4種噴水花樣。2.2 各種模式的動作狀態(tài)1.花樣噴泉開關在位置1時，按下啟動按鈕后，4號噴頭噴水，延遲2S后，3號噴頭噴水，再延遲2S后，2號噴頭噴水，又延遲2S后，1號噴頭噴水。18S后，如果為單步工作方式，則停下來。如果為連續(xù)工作方式，則繼續(xù)循環(huán)下去。2. 花樣選擇開關在位置2時，按下啟動按鈕后后，1號噴頭噴水，延遲2S后，2號噴頭噴水，再延遲2S后，3號噴頭噴水，又延遲2S后，4號噴頭噴水。30S后，如果為單步工

10、作方式，則停下來。如果為連續(xù)工作方式，則繼續(xù)循環(huán)下去。3. 花樣選擇開關在位置3時，按下啟動按鈕后，1號、3號噴頭同時噴水，延遲3S后，2號、4號噴頭同時噴水，1號、3號噴頭停止噴水。如此交替運行15S后，4組噴頭全噴水，30S后，如果為單步工作方式，則停下來。如果為連續(xù)工作方式，則繼續(xù)循環(huán)下去。4. 花樣選擇開關在位置4時，按下啟動按鈕后，按照1-2-3-4的順序，依次間隔2S噴水，然后一起噴水。30S后，按照1-2-3-4的順序，分別延遲2S，依次停止噴水。再經(jīng)1S延時，按照4-3-2-1的順序，依次間隔2S噴水，然后一起噴水。30S后停止。如果為單步工作方式，則停下來。如果為連續(xù)工作方式

11、，則繼續(xù)循環(huán)下去。PLC簡介3.1 PLC的應用領域目前，PLC在國外已廣泛應用于鋼鐵、石油、化工、電力、建材、機械制造、汽車、輕紡、交通運輸、環(huán)保與文化娛樂等各個行業(yè)，使用情況主要分為如下幾類：1.開關量邏輯控制取代傳統(tǒng)的繼電器電路，實現(xiàn)邏輯控制、順序控制，既可用于單臺設備的控制，也可用于多機群控與自動化流水線。如注塑機、印刷機、訂書機械、組合機床、磨床、包裝生產(chǎn)線、電鍍流水線等。2.工業(yè)過程控制在工業(yè)生產(chǎn)過程當中，存在一些如溫度、壓力、流量、液位和速度等連續(xù)變化的量（即模擬量），PLC采用相應的A/D和D/A轉(zhuǎn)換模塊與各種各樣的控制算法程序來處理模擬量，完成閉環(huán)控制。PID調(diào)節(jié)是一般閉環(huán)控

12、制系統(tǒng)中用得較多的一種調(diào)節(jié)方法。過程控制在冶金、化工、熱處理、鍋爐控制等場合有非常廣泛的應用。3.運動控制PLC可以用于圓周運動或直線運動的控制。一般使用專用的運動控制模塊，如可驅(qū)動步進電機或伺服電機的單軸或多軸位置控制模塊，廣泛用于各種機械、機床、機器人、電梯等場合。4.數(shù)據(jù)處理PLC具有數(shù)學運算（含矩陣運算、函數(shù)運算、邏輯運算）、數(shù)據(jù)傳送、數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換、排序、查表、位操作等功能，可以完成數(shù)據(jù)的采集、分析與處理。數(shù)據(jù)處理一般用于如造紙、冶金、食品工業(yè)中的一些大型控制系統(tǒng)。5.通信與聯(lián)網(wǎng)PLC通信含PLC間的通信與PLC與其它智能設備間的通信。隨著工廠自動化網(wǎng)絡的發(fā)展，現(xiàn)在的PLC都具有通信接口，

13、通信非常方便。3.2 PLC的應用特點1.可靠性高，抗干擾能力強高可靠性是電氣控制設備的關鍵性能。PLC由于采用現(xiàn)代大規(guī)模集成電路技術(shù)，采用嚴格的生產(chǎn)工藝制造，部電路采取了先進的抗干擾技術(shù)，具有很高的可靠性。使用PLC構(gòu)成控制系統(tǒng)，和同等規(guī)模的繼電接觸器系統(tǒng)相比，電氣接線與開關接點已減少到數(shù)百甚至數(shù)千分之一，故障也就大大降低。此外，PLC帶有硬件故障自我檢測功能，出現(xiàn)故障時可與時發(fā)出警報信息。在應用軟件中，應用者還可以編入外圍器件的故障自診斷程序，使系統(tǒng)中除PLC以外的電路與設備也獲得故障自診斷保護。這樣，整個系統(tǒng)將極高的可靠性。2.配套齊全，功能完善，適用性強PLC發(fā)展到今天，已經(jīng)形成了各種

14、規(guī)模的系列化產(chǎn)品，可以用于各種規(guī)模的工業(yè)控制場合。除了邏輯處理功能以外，PLC大多具有完善的數(shù)據(jù)運算能力，可用于各種數(shù)字控制領域。多種多樣的功能單元大量涌現(xiàn)，使PLC滲透到了位置控制、溫度控制、CNC等各種工業(yè)控制中。加上PLC通信能力的增強與人機界面技術(shù)的發(fā)展，使用PLC組成各種控制系統(tǒng)變得非常容易。3.易學易用，深受工程技術(shù)人員歡迎PLC是面向工礦企業(yè)的工控設備。它接口容易，編程語言易于為工程技術(shù)人員接受。梯形圖語言的圖形符號與表達方式和繼電器電路圖相當接近，為不熟悉電子電路、不懂計算機原理和匯編語言的人從事工業(yè)控制打開了方便之門。4.系統(tǒng)的設計，工作量小，維護方便，容易改造PLC用存儲邏

15、輯代替接線邏輯，大大減少了控制設備外部的接線，使控制系統(tǒng)設計與建造的周期大為縮短，同時日常維護也變得容易起來，更重要的是使同一設備經(jīng)過改變程序而改變生產(chǎn)過程成為可能。這特別適合多品種、小批量的生產(chǎn)場合。（2）安裝與布線 動力線、控制線以與PLC的電源線和I/O線應分別配線，隔離變壓器與PLC和I/O之間應采用雙膠線連接。將PLC的IO線和大功率線分開走線，如必須在同一線槽，分開捆扎交流線、直流線，若條件允許，分槽走線最好，這不僅能使其有盡可能大的空間距離，并能將干擾降到最低限度。 PLC應遠離強干擾源如電焊機、大功率硅整流裝置和大型動力設備，不能與高壓電器安裝在同一個開關柜。在柜PLC應遠離動

16、力線（二者之間距離應大于300mm）。與PLC裝在同一個柜子的電感性負載，如功率較大的繼電器、接觸器的線圈，應并聯(lián)RC消弧電路。 PLC的輸入與輸出最好分開走線，開關量與模擬量也要分開敷設。模擬量信號的傳送應采用屏蔽線，屏蔽層應一端或兩端接地，接地電阻應小于屏蔽層電阻的1/10.（3）I/O端的接線輸入接線 輸入接線一般不要太長。但如果環(huán)境干擾較小，電壓降不大時，輸入接線可適當長些。 輸入/輸出線不能用同一根電纜，輸入/輸出線要分開。 盡可能采用常開觸點形式連接到輸入端，使編制的梯形圖與繼電器原理圖一致，便于閱讀。輸出連接 輸出端接線分為獨立輸出和公共輸出。在不同組中，可采用不同類型和電壓等級

17、的輸出電壓。但在同一組中的輸出只能用同一類型、同一電壓等級的電源。 由于PLC的輸出元件被封裝在印制電路板上，并且連接至端子板，若將連接輸出元件的負載短路，將燒毀印制電路板。 采用繼電器輸出時，所承受的電感性負載的大小，會影響到繼電器的使用壽命，因此，使用電感性負載時應合理選擇，或加隔離繼電器。 PLC的輸出負載可能產(chǎn)生干擾，因此要采取措施加以控制，如直流輸出的續(xù)流管保護，交流輸出的阻容吸收電路，晶體管與雙向晶閘管輸出的旁路電阻保護。4 花樣噴泉設計方案4.1 PLC型號的選擇對于小的系統(tǒng)，如80點以的系統(tǒng)一般不需要擴展；當系統(tǒng)較大時，就要擴展。不同公司的產(chǎn)品，對系統(tǒng)總點數(shù)與擴展模塊的數(shù)量都有

18、限制，當擴展仍不能滿足要求時，可采用網(wǎng)絡結(jié)構(gòu)；同時，有些廠家產(chǎn)品的個別指令不支持擴展模塊，因此，在進行軟件編制時要注意。當采用溫度等模擬模塊時，各廠家也有一些規(guī)定，請看相關的技術(shù)手冊。各公司的擴展模塊種類很多，如單輸入模塊、單輸出模塊、輸入輸出模塊、溫度模塊、高速輸入模塊等。 PLC的這種模塊化設計為用戶的產(chǎn)品開發(fā)提供了方便。4.2 PLC的網(wǎng)絡設計當用PLC進行網(wǎng)絡設計時，其難度比PLC單機控制大得多。首先你應選用自己較熟悉的機型，對其基本指令和功能指令有較深入的了解，并且指令的執(zhí)行速度和用戶程序存儲容量也應仔細了解。否則，不能適應你的實時要求，造成系統(tǒng)崩潰。另外，對通信接口、通信協(xié)議、數(shù)據(jù)

19、傳送速度等也要考慮。最后，還要向 PLC的商家尋求網(wǎng)絡設計和軟件技術(shù)支持與詳細的技術(shù)資料，至于選用幾層工作站，依你的系統(tǒng)大小而定。4.3軟件編制在編制軟件前，應首先熟悉所選用的 PLC產(chǎn)品的軟件說明書，待熟練后再編程。若用圖形編程器或軟件包編程，則可直接編程，若用手持編程器編程，應先畫出梯形圖，然后編程，這樣可少出錯，速度也快。編程結(jié)束后先空調(diào)程序，待各個動作正常后，再在設備上調(diào)試。4.4 確定所選PLC從上面的分析可以知道，系統(tǒng)共有開關量輸入點8個，開關量輸出點8個，參照三菱FX2N PLC產(chǎn)品目錄與市場實際價格，選用主機為FX2N 48MR的PLC為系統(tǒng)核心控制.4.5 花樣噴泉I/O分配

20、4.5.1 PLCI/O分配簡介一般IO模塊的價格占PLC價格的一半以上。PLC的IO模塊有開關量IO模塊、模擬量IO模塊與各種特殊功能模塊等。不同的IO模塊，其電路與功能也不同，直接影響PLC的應用圍和價格，應當根據(jù)實際需要加以選擇。輸入信號的類型與電壓等級 開關量輸入模塊有直流輸入、交流輸入和交流直流輸入三種類型。選擇時主要根據(jù)現(xiàn)場輸入信號和周圍環(huán)境因素等。直流輸入模塊的延遲時間較短，還可以直接與接近開關、光電開關等電子輸入設備連接；交流輸入模塊可靠性好，適合于有油霧、粉塵的惡劣環(huán)境下使用。開關量輸入模塊的輸入信號的電壓等級有：直流5V、12V、24V、48V、60V等；交流110V、22

21、0V等。選擇時主要根據(jù)現(xiàn)場輸入設備與輸入模塊之間的距離來考慮。一般5V、12V、24V用于傳輸距離較近場合，如5V輸入模塊最遠不得超過10米。距離較遠的應選用輸入電壓等級較高的模塊。2）輸入接線方式開關量輸入模塊主要有匯點式和分組式兩種接線方式。a)匯點式輸入 b)分組式輸入?yún)R點式的開關量輸入模塊所有輸入點共用一個公共端（COM）；而分組式的開關量輸入模塊是將輸入點分成若干組，每一組（幾個輸入點）有一個公共端，各組之間是分隔的。分組式的開關量輸入模塊價格較匯點式的高，如果輸入信號之間不需要分隔，一般選用匯點式的。 3）注意同時接通的輸入點數(shù)量對于選用高密度的輸入模塊(如32點、48點等)，應考

22、慮該模塊同時接通的點數(shù)一般不要超過輸入點數(shù)的60。4）輸入門檻電平 為了提高系統(tǒng)的可靠性，必須考慮輸入門檻電平的大小。門檻電平越高，抗干擾能力越強，傳輸距離也越遠，具體可參閱PLC說明書。4.5.2 開關量輸出模塊的選擇開關量輸出模塊是將PLC部低電壓信號轉(zhuǎn)換成驅(qū)動外部輸出設備的開關信號，并實現(xiàn)PLC外信號的電氣隔離。選擇時主要應考慮以下幾個方面：1）輸出方式開關量輸出模塊有繼電器輸出、晶閘管輸出和晶體管輸出三種方式。繼電器輸出的價格便宜，既可以用于驅(qū)動交流負載，又可用于直流負載，而且適用的電壓大小圍較寬、導通壓降小，同時承受瞬時過電壓和過電流的能力較強，但其屬于有觸點元件，動作速度較慢（驅(qū)動

23、感性負載時，觸點動作頻率不得超過1HZ）、壽命較短、可靠性較差，只能適用于不頻繁通斷的場合。對于頻繁通斷的負載，應該選用晶閘管輸出或晶體管輸出，它們屬于無觸點元件。但晶閘管輸出只能用于交流負載，而晶體管輸出只能用于直流負載。 分組式輸出 b)分隔式輸出分組式輸出是幾個輸出點為一組，一組有一個公共端，各組之間是分隔的，可分別用于驅(qū)動不同電源的外部輸出設備；分隔式輸出是每一個輸出點就有一個公共端，各輸出點之間相互隔離。選擇時主要根據(jù)PLC輸出設備的電源類型和電壓等級的多少而定。一般整體式PLC既有分組式輸出，也有分隔式輸出。 開關量輸出模塊的輸出電流(驅(qū)動能力)必須大于PLC外接輸出設備的額定電流

24、。用戶應根據(jù)實際輸出設備的電流大小來選擇輸出模塊的輸出電流。如果實際輸出設備的電流較大，輸出模塊無法直接驅(qū)動，可增加中間放大環(huán)節(jié)。 4）注意同時接通的輸出點數(shù)量選擇開關量輸出模塊時，還應考慮能同時接通的輸出點數(shù)量。同時接通輸出設備的累計電流值必須小于公共端所允許通過的電流值，如一個220V2A的8點輸出模塊，每個輸出點可承受2A的電流，但輸出公共端允許通過的電流并不是16A(82A)，通常要比此值小得多。一般來講，同時接通的點數(shù)不要超出同一公共端輸出點數(shù)的60。5)輸出的最大電流與負載類型、環(huán)境溫度等因素有關開關量輸出模塊的技術(shù)指標，它與不同的負載類型密切相關，特別是輸出的最大電流。另外，晶閘

25、管的最大輸出電流隨環(huán)境溫度升高會降低，在實際使用中也應注意。 4.5.3 模擬量IO模塊的選擇模擬量IO模塊的主要功能是數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換，并與PLC部總線相連，同時為了安全也有電氣隔離功能。模擬量輸入（AD）模塊是將現(xiàn)場由傳感器檢測而產(chǎn)生的連續(xù)的模擬量信號轉(zhuǎn)換成PLC部可接受的數(shù)字量；模擬量輸出(DA)模塊是將PLC部的數(shù)字量轉(zhuǎn)換為模擬量信號輸出。典型模擬量IO模塊的量程為-10V+10V、0+10V、420mA等，可根據(jù)實際需要選用，同時還應考慮其分辨率和轉(zhuǎn)換精度等因素。 4.5.4 特殊功能模塊的選擇目前，PLC制造廠家相繼推出了一些具有特殊功能的IO模塊，有的還推出了自帶CPU的智能型IO模塊，

26、如高速計數(shù)器、凸輪模擬器、位置控制模塊、PID控制模塊、通信模塊等.4.5.5 系統(tǒng)I/O分配表輸入X000啟動(SB0)X001停止(SB1)X002連續(xù)循環(huán)(SB2)X003單步(SB3)X004花樣1檔(SB4)X005花樣2檔(SB5)X006花樣3檔(SB6)X007花樣4檔(SB7)輸出Y0011號噴頭(KM1)Y0022號噴頭(KM2)Y0033號噴頭(KM3)Y0044號噴頭(KM4)4.6 PLC外部接線圖接據(jù)系統(tǒng)控制要求,PLC外部接線圖如下:4.7 噴泉控制過程模擬1.接通電源,按下啟動按紐SB0,X000有信號輸入,PLC處于待命狀態(tài),2.花樣選擇開關,SB4,SB5,

27、SB6,SB7,任意一開關接通,對應的PLC輸入點X004,X005,X006,X007有信號輸入,PLC處于相應選擇的工作狀態(tài),3.當按SB3,對應X003觸發(fā),PLC處于單步運轉(zhuǎn)狀態(tài),4.按下SB1,對應經(jīng)X001斷開,PLC停止工作.詳細過程如下:1.當按下開關SB0,單步開關SB3斷開,如選擇開關SB4接通,剛PLC輸出點Y007輸出信號,KM4接通相聯(lián)接的4號噴頭,同時開始計時,兩秒后動作接通Y005相對應的KM3接通聯(lián)接的3號噴頭,開始計時,兩秒后動作接通Y004,相對應的KM2接通聯(lián)接的2號噴頭,同理,在兩秒后,接通1號噴頭,再接通4號循環(huán)下去2.在一的過程,如SB3接通的情況下

28、,剛在一個過程后,自動停止.3.同樣,當選擇其他位置開關,PLC按設定程序進行工作.5 軟件設計5.1噴泉控制流程圖5.2系統(tǒng)程序設計本次系統(tǒng)為了方便模擬,選擇用PLC梯形圖語言設計,所有程序見附錄15.3 部分程序介紹5.3.1 花樣選擇程序花樣選擇開關SB4,SB5,SB6,SB7任意一個按下,如SB4按下,則按下啟動按鈕后，4號噴頭噴水，延時2s后，3號噴頭噴水，再延時2s，2號噴頭噴水，又延時2s，1號噴頭噴水。18s后，如果為單步工作方式，則停下來。如果為連續(xù)工作方式，則繼續(xù)循環(huán)下去。設計總結(jié)本次設計,通過對花樣噴泉系統(tǒng)的控制,真正的把專業(yè)知識應用到實踐中,加強了我的動手能力,在設計中,遇到了不少問題,通過努力研究,一個一個解決了,系統(tǒng)模擬非常成功,總的來說,這次設計不難,關鍵在于細心,