PLC課程設(shè)計(jì)自動(dòng)噴泉的控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)

1、電氣控制與plc課程設(shè)計(jì)題 目: 自動(dòng)噴泉的控制系統(tǒng)設(shè)計(jì) 院系名稱： 專業(yè)班級： 學(xué)生姓名： 學(xué) 號： 指導(dǎo)教師： 設(shè)計(jì)地點(diǎn)： 設(shè)計(jì)時(shí)間： 2011.7.42011.7.9 成績：指導(dǎo)老師簽名： 日期： 摘 要 隨著計(jì)算機(jī)軟硬件技術(shù)的飛速發(fā)展，新型噴泉與計(jì)算機(jī)的交互應(yīng)用越來越廣泛，自動(dòng)噴泉也越來越復(fù)雜和越來越精密，使得越來越多的控制部分需要計(jì)算機(jī)來完成。計(jì)算機(jī)控制燈光噴泉成為必然趨勢。為此，建立以plc為核心的多媒體計(jì)算機(jī)自動(dòng)控制噴泉。本設(shè)計(jì)基于三菱公司生產(chǎn)的fx2n系列plc，設(shè)計(jì)四種噴泉類型，能夠進(jìn)行多種花樣的切換，通過上位機(jī)與plc之間的通訊監(jiān)控噴泉的狀態(tài)與效果，實(shí)現(xiàn)噴泉的自動(dòng)控制。關(guān)鍵

2、詞： 噴泉 plc 自動(dòng)控制目 錄1 引言22 總體方案設(shè)計(jì)32.1實(shí)現(xiàn)方法分析與可行性討論32.2總體方案實(shí)現(xiàn)43 i/0點(diǎn)數(shù)的分配及機(jī)型的選擇54 系統(tǒng)外部接線圖65 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)65.1梯形圖65.2四種花樣噴泉控制流程106 系統(tǒng)調(diào)試10設(shè)計(jì)心得11參考文獻(xiàn)121 引言隨著人民生活水平的提高，城市環(huán)境建設(shè)日益為人們所重視。噴泉作為一種觀賞性較高的藝術(shù)水景，不斷出現(xiàn)在城市廣場、居民小區(qū)、公園等場所。它不僅可以增加空氣濕度，減少空氣中的塵埃，降低空氣溫度，更為人們生活增添了不少情趣。自動(dòng)控制噴泉能自動(dòng)且連續(xù)的改變其形態(tài)，呈現(xiàn)豐富多彩的花樣變化，從而給人以美好的視覺感受。由單片機(jī)或可編程控制

3、器plc組成的小型噴泉系統(tǒng)在軟件及硬件上均可較好地滿足控制噴泉花樣變化的要求。由計(jì)算機(jī)作為上位機(jī)，plc或單片機(jī)作為下位機(jī)的自動(dòng)噴泉系統(tǒng)在功能上大大超越了傳統(tǒng)的噴泉系統(tǒng)，plc完成對噴泉現(xiàn)場的造型或燈光的控制。并向計(jì)算機(jī)發(fā)送實(shí)時(shí)控制數(shù)據(jù)。上位計(jì)算機(jī)實(shí)現(xiàn)噴泉花樣監(jiān)控等功能。自動(dòng)噴泉控制的實(shí)現(xiàn)方法很多，本設(shè)計(jì)題目為基于可編程邏輯控制器（plc）的噴泉控制系統(tǒng)，用plc，不僅能夠進(jìn)行多種水型切換，而且能將各種水型，按照預(yù)先設(shè)定的排列組合進(jìn)行控制程序的設(shè)計(jì)，通過計(jì)算機(jī)運(yùn)行控制程序發(fā)出控制信號。通過上位機(jī)（pc）與plc之間的通訊來監(jiān)控噴泉的狀態(tài)與效果，進(jìn)而控制電動(dòng)機(jī)，以達(dá)到順利實(shí)現(xiàn)工業(yè)控制的要求及目的

4、，同時(shí)還要達(dá)到低功耗、高性價(jià)比、運(yùn)行安全可靠等基本要求。本設(shè)計(jì)的基本要求：有16個(gè)彩燈代表16個(gè)噴頭，有4個(gè)選擇按鈕，如下圖1-1所示。實(shí)現(xiàn)四種以上的自動(dòng)噴泉花樣。圖1-1 噴頭分布與方式選擇按鈕2 總體方案設(shè)計(jì)2.1 實(shí)現(xiàn)方法分析與可行性討論2.1.1 單片機(jī)噴泉控制系統(tǒng)單片機(jī)也成為單片機(jī)微型計(jì)算機(jī)，是把微型計(jì)算機(jī)的各部件中央處理器、存儲器、輸入輸出接口電路、定時(shí)器/計(jì)數(shù)器等制作在一塊集成電路芯片上，構(gòu)成一個(gè)完整微型計(jì)算機(jī)。由于單片機(jī)在一塊小芯片上就集成了一臺計(jì)算機(jī)有具備的功能，所以其在工業(yè)控制中占據(jù)很重要的地位。它具有超小型化、結(jié)構(gòu)緊湊、抗干擾能力強(qiáng)等優(yōu)勢。特別適用于實(shí)時(shí)工業(yè)測量控制、智能

5、化儀器儀表和家用電器控制等應(yīng)用系統(tǒng)。目前，市場上流行的單片機(jī)種類繁多，如mcs-51系列、凌陽公司的spce061a 16位單片機(jī)、美國texas instruments公司的msp430系列單片機(jī)、arm嵌入式單片機(jī)等都是各優(yōu)點(diǎn)，在不同的領(lǐng)域中有著很好的應(yīng)用。單片機(jī)控制系統(tǒng)用于噴泉控制是完全可行的，它可以通過定時(shí)器/計(jì)數(shù)器隊(duì)噴泉噴射的時(shí)間進(jìn)行控制，并且也可以串行接口與上位機(jī)進(jìn)行通訊。由于單片機(jī)的價(jià)格比較便宜，所以大批量生產(chǎn)時(shí)的性能價(jià)格比很高。但由于單片機(jī)需要附屬很多的外圍電路，對電路的設(shè)計(jì)水平要求很高，否則便很可能降低系統(tǒng)的穩(wěn)定性。而且，由于噴泉控制系統(tǒng)很少會有批量生產(chǎn)的情況，對于小規(guī)模制作

6、時(shí)，pcb印刷電路板的制作成本是很高的。綜上所訴，此次設(shè)計(jì)采用單片機(jī)控制系統(tǒng)不是最佳方案。2.1.2 工控機(jī)噴泉控制系統(tǒng)工控機(jī)即工業(yè)控制計(jì)算機(jī)，但現(xiàn)在更時(shí)髦的叫法是產(chǎn)業(yè)電腦或工業(yè)電腦，英文簡稱ipc。工程機(jī)通俗的說就是專門為工業(yè)現(xiàn)場兒設(shè)計(jì)的計(jì)算機(jī)。而工業(yè)現(xiàn)場一般具有強(qiáng)烈的震動(dòng)，灰塵特別多，另有很高的電磁力干擾等特點(diǎn)，且一般工廠均是連續(xù)作業(yè)急一年中一般沒有休息。因此，工控機(jī)與普通計(jì)算機(jī)相比必須具有以下特點(diǎn)：機(jī)箱采用鋼結(jié)構(gòu)，有較高的防磁、防塵、防沖擊的能力。機(jī)箱內(nèi)有專用底板，底板上有pci和isa插槽。機(jī)箱內(nèi)有專門電源，電源有較強(qiáng)的抗干擾能力。要求具有長時(shí)間工作能力。對于工控機(jī)作為噴泉系統(tǒng)，由于噴

7、泉控制系統(tǒng)的環(huán)境相對工業(yè)控制的環(huán)境要好得多，而且噴泉控制系統(tǒng)隊(duì)連續(xù)長時(shí)間工作的能力要求不是很高。用工控機(jī)設(shè)計(jì)噴泉系統(tǒng)實(shí)屬大材小用。而且工控機(jī)的價(jià)格較同層次的pc機(jī)要偏高，這樣就增加了系統(tǒng)的成本，降低了整體的性價(jià)比。2.1.3 plc噴泉控制系統(tǒng) 自二十世紀(jì)六十年代美國推出可編程邏輯控制器(programmable logic controller，plc)取代傳統(tǒng)繼電器控制裝置以來，plc得到了快速發(fā)展，在世界各國得到了廣泛應(yīng)用。plc是由模仿原繼電器控制原理發(fā)展起來的，二十世紀(jì)七十年代的plc只有開關(guān)量邏輯控制，首先應(yīng)用的是汽車制造行業(yè)。它以存儲執(zhí)行邏輯運(yùn)算、順序控制、定時(shí)、計(jì)數(shù)和運(yùn)算等操作

8、的指令；并通過數(shù)字輸入和輸出操作，來控制各類機(jī)械或生產(chǎn)過程。用戶編制的控制程序表達(dá)了生產(chǎn)過程的工藝要求，并事先存入plc的用戶程序存儲器中。運(yùn)行時(shí)按存儲程序的內(nèi)容逐條執(zhí)行，以完成工藝流程要求的操作。一個(gè)plc的控制器，可以接收幾千個(gè)i/o點(diǎn)。對于噴泉控制系統(tǒng)這樣，被控對象是設(shè)備連鎖、回路很少，采用plc較為合適。plc由于采用通用監(jiān)控軟件，在組態(tài)軟件設(shè)計(jì)方面要容易一些。且plc通常都支持現(xiàn)場總線，會使得系統(tǒng)通信得到有利保障，更適合實(shí)現(xiàn)上位機(jī)的遠(yuǎn)程監(jiān)控。目前適用于噴泉控制的中小型plc種類繁多，價(jià)格低廉。使設(shè)計(jì)者會有更多的選擇余地。系統(tǒng)整體造價(jià)會比工控機(jī)低，而且不會降低系統(tǒng)的穩(wěn)定性。經(jīng)過以上三種

9、控制系統(tǒng)的可行性分析可以看出，以plc為下位機(jī)，pc機(jī)位上位機(jī)組成的控制系統(tǒng)是此次設(shè)計(jì)噴泉控制系統(tǒng)的最佳方案。2.2 總體實(shí)現(xiàn)方案根據(jù)設(shè)計(jì)要求，該噴泉控制系統(tǒng)由plc下位機(jī)及上位機(jī)pc組成，plc隊(duì)噴泉的水泵進(jìn)行時(shí)序控制，產(chǎn)生各種不同的噴水造型。需設(shè)計(jì)四種不同的噴泉類型。上位機(jī)編寫組態(tài)軟件對噴泉的工作狀態(tài)進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控。要求噴泉控制程序能夠產(chǎn)生不同的噴水造型，并且符合美學(xué)表追，邏輯合理。組態(tài)軟件要求畫面美觀大方，具備人機(jī)對話功能，且操作簡單。3 i/0點(diǎn)數(shù)的分配及機(jī)型的選擇根據(jù)系統(tǒng)要求所選擇的i/o功能分布表如表3-1所示：表 3-1：功能元件輸入點(diǎn)功能元件輸出點(diǎn)啟動(dòng)按鈕sb1x0指示燈l1y1

10、停止按鈕sb2x1指示燈l2y2花樣選擇開關(guān)k1x2指示燈l3y3花樣選擇開關(guān)k2x3指示燈l4y4花樣選擇開關(guān)k3x4指示燈l5y5花樣選擇開關(guān)k3x5指示燈l6y6指示燈l7y7指示燈l8y10指示燈l9y11指示燈l10y12指示燈l11y13指示燈l12y14指示燈l13y15指示燈l14y16指示燈l15y17指示燈l16y204系統(tǒng)外部接線圖 本設(shè)計(jì)根據(jù)系統(tǒng)要求所設(shè)計(jì)的系統(tǒng)主硬件電路接線圖如圖4-1所示：圖4-1 系統(tǒng)硬件接線圖5 軟件系統(tǒng)實(shí)現(xiàn) 5.1 梯形圖依據(jù)設(shè)計(jì)思路和自動(dòng)花樣噴泉的控制流程用梯形圖語言所編寫的plc梯形圖，如下圖5-1所示：圖5-1 自動(dòng)噴泉梯形圖5.2 四種

11、花樣噴泉控制流程：噴泉一： 按下啟動(dòng)按鈕x0，再按下k1按鈕選擇花樣噴泉1模式 6號噴頭先噴，1s后11號噴 1s后7號噴，1s后10號噴噴 同時(shí)噴5s后，6、7、10、11都停 重復(fù)循環(huán)-步驟 噴泉二： 按下k2選擇花樣噴泉2模式 3號噴頭先噴，2s后12號噴 2s后14號噴頭噴，2s后5號噴 3、12、14、5同時(shí)噴10s 重復(fù)循環(huán)-步驟 噴泉三： 按下k3選擇花樣噴泉3模式 2、8、15、9同時(shí)先噴10s 再1s后一次間隔1s停 重復(fù)循環(huán)-步驟 噴泉四： 按下k4選擇花樣噴泉4模式 1、4、16、13同時(shí)噴 1分鐘后同時(shí)停 重復(fù)循環(huán)-步驟 6 系統(tǒng)調(diào)試將plc連接到計(jì)算機(jī)的com1口，其

12、他都為默認(rèn)狀態(tài)，首先看一下計(jì)算機(jī)與plc的通訊是否正常，將軟件打開選擇好機(jī)型，將自動(dòng)噴泉控制系統(tǒng)的程序打開，轉(zhuǎn)換、寫入，打開監(jiān)視狀態(tài)。按下啟動(dòng)按鈕和選型按鈕，通過觀察i/o口輸入、輸出是否正確。如有錯(cuò)誤找出原因，解決問題。設(shè)計(jì)心得通過這一周的課程設(shè)計(jì)，我掌握了更多關(guān)于自動(dòng)控制系統(tǒng)的知識，明白了自動(dòng)噴泉控制系統(tǒng)的組成，三菱系列plc的功能及特點(diǎn)。使我更深入的學(xué)習(xí)了電氣控制系統(tǒng)與可編程控制器這門課程，熟練掌握了plc的使用。并且由于希望更好的完成此次設(shè)計(jì)使我搜索了很多這方面的資料，使我對自動(dòng)噴泉控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)制作過程有了很深的認(rèn)識。對一個(gè)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)步驟有了清楚的了解，并且掌握了一個(gè)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)過程。學(xué)會了如何發(fā)現(xiàn)問題、解決問題。并在查閱資料的過程中對問題的認(rèn)識和問題的解決提出了新的見解，分析問題出現(xiàn)的原因，使得對問題的理解更加深刻。同時(shí)在老師的指導(dǎo)的過程中想老師學(xué)習(xí)到了解決問題的新方法、新思路。總之，經(jīng)過這段時(shí)間的課程設(shè)計(jì)，使我在可編程控制這方面受益匪淺。參考文獻(xiàn)1 常曉玲.電氣控制系統(tǒng)與可編程控制器.北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2004.12 高欽和.可編程控制器應(yīng)用技術(shù)與設(shè)計(jì)實(shí)例.北京：人民郵電出版社，2004.7