畢業(yè)設(shè)計（論文）三菱PLC控制花樣噴泉控制系統(tǒng)設(shè)計

1、目 錄1引言42 控制要求52.1花樣控制的幾種模式52.2 各種模式的動作狀態(tài)53. plc簡介63.1 plc的應(yīng)用領(lǐng)域63.2 plc的應(yīng)用特點74 花樣噴泉設(shè)計方案94.1 plc型號的選擇94.2 plc的網(wǎng)絡(luò)設(shè)計94.3軟件編制94.4 確定所選plc104.5 花樣噴泉i/o分配104.5.1 plci/o分配簡介104.5.2 開關(guān)量輸出模塊的選擇114.5.3 模擬量io模塊的選擇124.5.4 特殊功能模塊的選擇124.5.5 系統(tǒng)i/o分配表134.6 plc外部接線圖134.7 噴泉控制過程模擬145 軟件設(shè)計165.1 噴泉控制流程圖165.2系統(tǒng)程序設(shè)計16設(shè)計總結(jié)

2、17致謝18參考文獻19附錄1 程序清單20本設(shè)計花樣噴泉模型如下:如圖:4號為中間噴頭，3號為內(nèi)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) 噴泉的工作方式由花樣選擇開關(guān)和單步/連續(xù)開關(guān)決定。(3) 當單步/連續(xù)開關(guān)在單步位置時，噴泉只能按照花樣選擇開關(guān)設(shè)置的方式運行一個循環(huán)。(4) 花樣選擇開關(guān)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(guān)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

3、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(guān)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(guān)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(guān)在位

4、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，則繼續(xù)循環(huán)下去。3. plc簡介3.1 plc的應(yīng)用領(lǐng)域目前，plc在國內(nèi)外已廣泛應(yīng)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)保及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(guān)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(shè)備的控制，也可用于多機群控及自動化流水

5、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(yīng)的a/d和d/a轉(zhuǎn)換模塊及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(yīng)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(xué)運算（含矩陣運算

6、、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、分析及處理。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.通信及聯(lián)網(wǎng)plc通信含plc間的通信及plc與其它智能設(shè)備間的通信。隨著工廠自動化網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展，現(xiàn)在的plc都具有通信接口，通信非常方便。3.2 plc的應(yīng)用特點1.可靠性高，抗干擾能力強高可靠性是電氣控制設(shè)備的關(guān)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，內(nèi)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，電氣接線及開關(guān)接點已減少到數(shù)百甚至數(shù)千分之一，

7、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)故障時可及時發(fā)出警報信息。在應(yīng)用軟件中，應(yīng)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以外的電路及設(shè)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(lǐng)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通信能力的增強及人機界面技術(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

8、學(xué)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(shè)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(shè)計，工作量小，維護方便，容易改造plc用存儲邏輯代替接線邏輯，大大減少了控制設(shè)備外部的接線，使控制系統(tǒng)設(shè)計及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(shè)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、控制線以及plc的電源線和i/o線應(yīng)分別配線，隔離變壓器與plc和i/o之間應(yīng)采用

9、雙膠線連接。將plc的io線和大功率線分開走線，如必須在同一線槽內(nèi)，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(yīng)遠離強干擾源如電焊機、大功率硅整流裝置和大型動力設(shè)備，不能與高壓電器安裝在同一個開關(guān)柜內(nèi)。在柜內(nèi)plc應(yīng)遠離動力線（二者之間距離應(yīng)大于300mm）。與plc裝在同一個柜子內(nèi)的電感性負載，如功率較大的繼電器、接觸器的線圈，應(yīng)并聯(lián)rc消弧電路。 plc的輸入與輸出最好分開走線，開關(guān)量與模擬量也要分開敷設(shè)。模擬量信號的傳送應(yīng)采用屏蔽線，屏蔽層應(yīng)一端或兩端接地，接地電阻應(yīng)小于屏蔽層電阻的1/10.（3）i/o端的接線輸

10、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(yīng)合理選擇，或加隔離繼電器。 pl

11、c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，晶體管及雙向晶閘管輸出的旁路電阻保護。4 花樣噴泉設(shè)計方案4.1 plc型號的選擇對于小的系統(tǒng)，如80點以內(nèi)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)及擴展模塊的數(shù)量都有限制，當擴展仍不能滿足要求時，可采用網(wǎng)絡(luò)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(guān)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(shè)計

12、為用戶的產(chǎn)品開發(fā)提供了方便。4.2 plc的網(wǎng)絡(luò)設(shè)計當用plc進行網(wǎng)絡(luò)設(shè)計時，其難度比plc單機控制大得多。首先你應(yīng)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(yīng)仔細了解。否則，不能適應(yīng)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)傳送速度等也要考慮。最后，還要向 plc的商家尋求網(wǎng)絡(luò)設(shè)計和軟件技術(shù)支持及詳細的技術(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(yīng)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(yīng)先畫出梯形圖，然后

13、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(shè)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(guān)量輸入點8個，開關(guān)量輸出點8個，參照三菱fx2n plc產(chǎn)品目錄及市場實際價格，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(guān)量io模塊、模擬量io模塊及各種特殊功能模塊等。不同的io模塊，其電路及功能也不同，直接影響plc的應(yīng)用范圍和價格，應(yīng)當根據(jù)實際需要加以選擇。1） 輸入信號的類型及電壓等級 開關(guān)量輸入模塊有直流輸入、交流

14、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(guān)、光電開關(guān)等電子輸入設(shè)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(guān)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、220v等。選擇時主要根據(jù)現(xiàn)場輸入設(shè)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(yīng)選用輸入電壓等級較高的模塊。2）輸入接線方式開關(guān)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(guān)量

15、輸入模塊所有輸入點共用一個公共端（com）；而分組式的開關(guān)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(guān)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(yīng)考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(guān)量輸出模塊的選擇開關(guān)量輸出模塊是將plc內(nèi)部低電壓信號轉(zhuǎn)換成驅(qū)動外部輸出設(shè)備的開關(guān)信號

16、，并實現(xiàn)plc內(nèi)外信號的電氣隔離。選擇時主要應(yīng)考慮以下幾個方面：1）輸出方式開關(guān)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范圍較寬、導(dǎo)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(yīng)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

17、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(shè)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(shè)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(guān)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(shè)備的額定電流。用戶應(yīng)根據(jù)實際輸出設(shè)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(shè)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(guān)量輸出模塊時，還應(yīng)考慮能同時接通的輸出點數(shù)量。同時接通輸出設(shè)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2

18、20v2a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(guān)開關(guān)量輸出模塊的技術(shù)指標，它與不同的負載類型密切相關(guān)，特別是輸出的最大電流。另外，晶閘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(yīng)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內(nèi)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內(nèi)部可接受的數(shù)字量；模

19、擬量輸出(da)模塊是將plc內(nèi)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(yīng)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，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

20、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(guān),sb4,sb5,sb6,sb7,任意一開關(guān)接通,對應(yīng)的plc輸入點x004,x005,x006,x007有信號輸入,plc處于相應(yīng)選擇的工作狀態(tài),3.當按sb3,對應(yīng)x003觸發(fā),plc處于單步運轉(zhuǎn)狀態(tài),4.按下sb1,對應(yīng)經(jīng)x001斷開,plc停止工作.詳細過程如下:1.當按下開關(guān)sb0,單

21、步開關(guān)sb3斷開,如選擇開關(guān)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(yīng)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(yīng)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,剛在一個過程后,自動停止.3.同樣,當選擇其他位置開關(guān),plc按設(shè)定程序進行工作.5 軟件設(shè)計5.1 噴泉控制流程圖 5.2系統(tǒng)程序設(shè)計本次系統(tǒng)為了方便模擬,選擇用plc梯形圖語言設(shè)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(guān)sb4,sb5,

22、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(shè)計總結(jié)本次設(shè)計,通過對花樣噴泉系統(tǒng)的控制,真正的把專業(yè)知識應(yīng)用到實踐中,加強了我的動手能力,在設(shè)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(shè)計不難,關(guān)鍵在于細心,有時一些小問題,讓我走了很多彎路,真正讓我感覺到了學(xué)以致用的重要性.四年來，我認真地學(xué)習了專業(yè)課程基礎(chǔ)知識，具有一定的設(shè)計理論基礎(chǔ)和獨立設(shè)計能力，由于畢業(yè)設(shè)計的課題是一種整體性的，系統(tǒng)性的設(shè)計，我真的是很努力地在做，但還是感到力不從心，因而這次設(shè)計在深度和廣度上都有一定的局限性，不過，我認為還是提高了認識，學(xué)到了東西。所以我要感謝所有的任課老師，是您們的教育和培養(yǎng)，才使我學(xué)有所獲。致謝在即將畢業(yè)之