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

1、電氣控制技術(shù)課程設(shè)計(jì)題 目:院系名稱(chēng):專(zhuān)業(yè)班級(jí):自動(dòng)噴泉的控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)電氣工程學(xué)院學(xué)生姓名: 學(xué) 號(hào): 指導(dǎo)教師:成績(jī)：指導(dǎo)老師簽名：日期：目錄1系統(tǒng)概述11.1設(shè)計(jì)的目的11.2設(shè)計(jì)內(nèi)容113實(shí)現(xiàn)的目標(biāo)12方案論證22. 1方案比較22. 2方案選擇43硬件設(shè)計(jì)53.1系統(tǒng)的原理框圖53.2主電路53.3 i/o 分配63.4 i/o接線圖73. 5元器件選型84軟件設(shè)計(jì)104. 1主流程104.2梯形圖115系統(tǒng)調(diào)試13設(shè)計(jì)心得18參考文獻(xiàn)18附錄1元件清單19附錄二語(yǔ)句表201系統(tǒng)概述11設(shè)計(jì)的目的通過(guò)對(duì)自動(dòng)噴泉plc控制系統(tǒng)的工作原理的分析、系統(tǒng)設(shè)計(jì)、編程、及上機(jī)調(diào)試 工作的實(shí)踐，了解

2、電器控制系統(tǒng)的一般設(shè)計(jì)思路，熟悉和掌握外圍電路系統(tǒng)和軟件 設(shè)計(jì)的方法，并掌握plc工作狀況進(jìn)行監(jiān)控的方法.12設(shè)計(jì)內(nèi)容有16個(gè)閥門(mén)（噴頭），有4個(gè)選擇按鈕，如下圖所示。實(shí)現(xiàn)四種以上的自動(dòng)噴泉花 樣kv1kv2kv3kv4ooookv5okv6okv7okv8o頭kv9okv10okv11okv12okv13okv14okv15okv16o按sb1osb2osb3osb4o主要內(nèi)容包括：1. 設(shè)計(jì)出硬件系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)圖、接線圖、時(shí)序圖等；2. 系統(tǒng)有啟動(dòng)/停止按鈕；3. 實(shí)現(xiàn)四種以上的自動(dòng)噴泉花樣控制；（自己定義）5. 程序結(jié)構(gòu)與控制功能自行創(chuàng)新設(shè)計(jì)；6. 進(jìn)行系統(tǒng)調(diào)試，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)噴泉的控制要求。7.

3、 電機(jī) 3kw, 380v13實(shí)現(xiàn)的目標(biāo)按照設(shè)計(jì)要求有16個(gè)彩燈代表16個(gè)噴頭，有4個(gè)選擇按鈕，實(shí)現(xiàn)四種以上的自動(dòng)噴泉花樣，4個(gè)選擇按鈕分別控制4種噴泉花樣，同時(shí)四種噴泉花樣應(yīng)該相互獨(dú)立，按照要求設(shè)計(jì)出如下四種噴泉花樣，噴泉一、噴泉二、噴泉三、噴泉四，系統(tǒng)控制流程如下四個(gè)噴泉控制過(guò)程噴泉一：1按下啟動(dòng)按鈕x0,再按下sb1按鈕選擇花樣噴泉1模式2 6號(hào)噴頭先噴，is后11號(hào)噴3 is后7號(hào)噴，is后10號(hào)噴4同吋噴5s后，6、7、10、11都停5重復(fù)循環(huán)一步驟噴泉二：1 按下sb2選擇花樣噴泉2模式2 3號(hào)噴頭先噴，2s后12號(hào)噴3 2s后14號(hào)噴頭噴，2s后5號(hào)噴4 3、12、14、5 同時(shí)

4、噴 10s5 重復(fù)循環(huán)一步驟噴泉三：1 按下sb3選擇花樣噴泉3模式2 2、8、15、9同吋先噴10s3 再is后一次間隔is停4 重復(fù)循環(huán)一步驟噴泉四：1按b sb4選擇花樣噴泉4模式2 1、4、16、13 同吋噴3 1分鐘后同時(shí)停4重復(fù)循環(huán)一步驟2方案論證2.1方案比較方案1：使用單片機(jī)控制花式噴泉單片機(jī)的特點(diǎn)是控制性能和可靠性高，體積小、價(jià)格低、易于產(chǎn)品化。由于單片 機(jī)具有良好的控制性能和靈活的嵌入品質(zhì)，近年來(lái)在智能儀表、機(jī)電一體化產(chǎn)品、 實(shí)時(shí)工業(yè)控制家用電器等各個(gè)領(lǐng)域都獲得了極其廣泛的應(yīng)用自動(dòng)噴泉的原理是利用控制器控制水泵的噴水的方式，此方案采用at80c51系列 單片機(jī)作為主控制器來(lái)

5、控制噴泉的噴水方式。單片機(jī)的成本較低，適合用于控制小 型的花式噴泉。單片機(jī)通過(guò)控制步進(jìn)電機(jī)來(lái)控制電磁閥，實(shí)現(xiàn)對(duì)噴頭流量的制，從而 使噴泉水姿、燈光色彩產(chǎn)生變化。但采用單片機(jī)控制原理，是以可控硅作為功率開(kāi) 關(guān)元件，由于可控硅承受過(guò)電壓、過(guò)電流的能力較差，因而不能長(zhǎng)吋間運(yùn)行，單片機(jī) 形式的噴泉如圖2-1所示.圖21單片機(jī)自動(dòng)噴泉原理框圖方案二采用控制繼電器來(lái)控制繼電器是指當(dāng)輸入量或激勵(lì)量，滿(mǎn)足某些規(guī)定的條件是能在一個(gè)或多個(gè)電器輸岀 電路中產(chǎn)生躍變的一種器件。今天繼電器己應(yīng)用到家庭及工業(yè)控制的各個(gè)領(lǐng)域， 他們比以往的產(chǎn)品具有更高的可靠性。但是，這也是隨z帶來(lái)的一些問(wèn)題。如絕大 多數(shù)控制繼電器都是長(zhǎng)期

6、磨損和疲勞工作條件下進(jìn)行的，容易損壞。而口繼電器的 觸點(diǎn)容易產(chǎn)牛電弧，甚至?xí)墼谝黄甬a(chǎn)生誤操作，引起嚴(yán)重的后果。在全負(fù)荷運(yùn)載 的情況下，大的繼電器將產(chǎn)生大量的熱及噪聲，同時(shí)也消耗了大量的電能。并且繼 電器控制系統(tǒng)必須是手工接線、安裝，如果有簡(jiǎn)單的改動(dòng)，也需耍花費(fèi)大量時(shí)間及 人力和物力去改制、安裝和調(diào)試。用繼電器控制的花式噴泉現(xiàn)在顯然不能滿(mǎn)足高要 求，一旦有一個(gè)繼電器損壞，那將難以排除其故障 方案三:plc噴泉控制自二十批紀(jì)六十年代美國(guó)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(lái)，plc得到了快速發(fā)展，在世界各國(guó)得到了廣

7、泛應(yīng)用。plc是由模仿原繼電器控制原理發(fā)展起來(lái)的，二十世紀(jì)七十年代的plc只有開(kāi)關(guān) 量邏輯控制，首先應(yīng)用的是汽車(chē)制造行業(yè)。它以存儲(chǔ)執(zhí)行邏輯運(yùn)算、順序控制、定 時(shí)、計(jì)數(shù)和運(yùn)算等操作的指令；并通過(guò)數(shù)字輸入和輸出操作，來(lái)控制各類(lèi)機(jī)械或生 產(chǎn)過(guò)程。用戶(hù)編制的控制程序表達(dá)了生產(chǎn)過(guò)程的工藝要求，并事先存入plc的用戶(hù) 程序存儲(chǔ)器屮。運(yùn)行時(shí)按存儲(chǔ)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(duì)于噴泉控制系統(tǒng)這樣，被控對(duì)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(chǎng)總線，會(huì)使得系統(tǒng)通信

8、得到有利保 障，更適合實(shí)現(xiàn)上位機(jī)的遠(yuǎn)程監(jiān)控冃前適用于噴泉控制的屮小型plc種類(lèi)繁多，價(jià)格低廉。使設(shè)計(jì)者會(huì)有更多的選 擇余地。系統(tǒng)整體造價(jià)會(huì)比工控機(jī)低，而口不會(huì)降低系統(tǒng)的穩(wěn)定性.plc形式的自動(dòng) 噴泉如圖2-2所示fx2n-48mr噴泉模式四噴泉模式三噴泉模式一噴泉模式一圖22 plc b動(dòng)噴杲原理圖2. 2方案選擇根據(jù)比較，單片機(jī)控制系統(tǒng)用于噴泉控制是完全可行的但由于單片機(jī)需要附屬 很多的外圍電路，對(duì)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(huì)有批量生產(chǎn)的情況，對(duì)于小規(guī)模制作時(shí)，pcb印刷 電路板的制作成本是很高的.繼電器控制系統(tǒng)大多都是長(zhǎng)期磨損和疲勞工

9、作條件下 進(jìn)行的，容易損壞。而且繼電器的觸點(diǎn)容易產(chǎn)生電弧，甚至?xí)墼谝黄甬a(chǎn)生誤操作, 引起嚴(yán)重的后果,所以根據(jù)綜合分析最終選擇plc控制器來(lái)控制花式噴泉。這樣更經(jīng) 濟(jì)、耐用和適合時(shí)代的大潮流.3硬件設(shè)計(jì)3.1系統(tǒng)的原理框圖在噴泉中，通過(guò)按鈕開(kāi)關(guān)信號(hào)來(lái)控制plc:因?yàn)橛?層噴水，因此用了 1個(gè)變額器 來(lái)控制4個(gè)水泵。自動(dòng)噴泉控制系統(tǒng)的原理圖如圖3-1所示圖3-1自動(dòng)噴泉控制系統(tǒng)原理圖3.2主電路主電路主要有四臺(tái)電動(dòng)機(jī)和變頻器組成，合上開(kāi)關(guān)qs接通三相電源，然后合上開(kāi) 關(guān)qs1使變頻器接通三相電源，如果需要第一層噴泉噴,則合上qs2, km1, km20其 他的依次類(lèi)推。其接線圖如圖3-2所示。圖

10、3-2變頻器和水泵的接線圖3.3 i/o分配通過(guò)對(duì)系統(tǒng)的分析，我進(jìn)行了 i/o分配,分配情況如表3-1所示表3-1 1/0 口分配表功能原件輸入點(diǎn)功能原件輸出點(diǎn)啟動(dòng)按鈕x0x0指示燈l1y1停止按鈕xixi指示燈l2y2花樣選擇按鈕sb1x2指示燈l3y3花樣選擇按鈕sb2x3指示燈l4y4花樣選擇按鈕sb3x4指示燈l5y5花樣選擇按鈕sb4x5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l16y203.4 i/o接線圖系統(tǒng)外部接線情況如圖3-3所示。vixoy2

11、y3y4x 1ysy6x2y7yioy1 1y12yi 3yiayl sxsyi <syi 7y2ocomcom圖3-3系統(tǒng)i/o接線圖3. 5元器件選型(1) plc選型在plc系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)，首先應(yīng)確定控制方案，下一步工作就是plc工程設(shè)計(jì)選型。 工藝流程的特點(diǎn)和應(yīng)用要求是設(shè)計(jì)選型的主要依據(jù)。因此，工程設(shè)計(jì)選型和估算時(shí), 應(yīng)詳細(xì)分析工藝過(guò)程的特點(diǎn)、控制要求，控制任務(wù)和范圍確定所需的操作和動(dòng)作， 然后根據(jù)控制要求，估算輸入輸出點(diǎn)數(shù)、所需存儲(chǔ)器容量、確定plc的功能、外部 設(shè)備特性等，最后選擇有較高性能價(jià)格比的plc和設(shè)計(jì)相應(yīng)的控制系統(tǒng)輸入輸出(i/o)點(diǎn)數(shù)的估算:i/o點(diǎn)數(shù)估算時(shí)應(yīng)考慮適當(dāng)

12、的余量，通常根據(jù)統(tǒng)計(jì) 的輸入輸出點(diǎn)數(shù)，再增加10%20%的可擴(kuò)展余量后，作為輸入輸出點(diǎn)數(shù)估算數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器容量的估算：存儲(chǔ)器容量是可編程序控制器本身能提供的硬件存儲(chǔ)單元大 小，程序容量是存儲(chǔ)器中用戶(hù)應(yīng)用項(xiàng)目使用的存儲(chǔ)單元的人小，因此程序容量小于 存儲(chǔ)器容量。設(shè)計(jì)階段，由于用戶(hù)應(yīng)用程序還未編制，因此，程序容量在設(shè)計(jì)階段 是未知的，需在程序調(diào)試之后才知道。為了設(shè)計(jì)選型時(shí)能對(duì)程序容量有一定估算， 通常采用存儲(chǔ)器容量的估算來(lái)代替控制功能的選擇：該選擇包括運(yùn)算功能、控制功 能、通信功能、編程功能、診斷功能和處理速度等特性的選擇。根據(jù)本課題所設(shè)計(jì) 控制的需求通過(guò)對(duì)輸入/輸出點(diǎn)的選擇、對(duì)存儲(chǔ)量的選擇，對(duì)1/0響

13、應(yīng)時(shí)間的選擇輸 出負(fù)載的特點(diǎn)選型的分許。該控制系統(tǒng)選用三菱公司fx2n系列的plco它體積小， 重量輕，使用壽命長(zhǎng)，編程和維護(hù)方便，故障率低，通過(guò)擴(kuò)展模塊的鏈接，可以增 加輸入/輸出點(diǎn)數(shù)。我設(shè)計(jì)的花式噴泉模型共有6個(gè)輸入，16個(gè)輸出，因此，選用 型號(hào)為fx2n-48mr的plc(2) 變頻器選型我設(shè)計(jì)的是通過(guò)變頻器調(diào)速技術(shù)來(lái)控制每環(huán)噴水管的高度。我選fr-s520 (s)e 系列變頻調(diào)速器(3) 水泵的選型由于噴泉的水泵必須滿(mǎn)足大功率快速精確起停，而且其輸出功率必須能夠精確的 進(jìn)行控制。我選用品牌為deshb(徳士比)的qyp100-4. 5-2. 2噴泉泵。具有以下優(yōu)點(diǎn): 結(jié)構(gòu)緊湊：無(wú)需引水

14、、使用簡(jiǎn)便：雙端密封、電器保護(hù)；設(shè)計(jì)合理、性能優(yōu)良：經(jīng) 久耐用、安全可靠。并且水泵出口采用圓法蘭結(jié)構(gòu)，電機(jī)為f級(jí)絕緣，適用于咅樂(lè) 噴泉等場(chǎng)合對(duì)電機(jī)頻繁啟動(dòng)的要求，葉輪具有防松裝置，不怕反轉(zhuǎn)。其實(shí)物圖見(jiàn)其 圖3-4所示圖3-4 qyp噴泉泵的實(shí)物圖4軟件設(shè)計(jì)4.1主流程根據(jù)噴泉一、噴泉二、噴泉三、噴泉四的控制要求，畫(huà)出plc控制系統(tǒng)控制自動(dòng)噴泉的程序流程圖，首先通過(guò)啟動(dòng)按鈕來(lái)控制plc的開(kāi)關(guān)，由選擇按鈕sb1、sb2、sb3、sb4來(lái)控制噴泉的四種花樣模式。流程圖如下圖4-1所示結(jié)束圖4-1 口動(dòng)噴泉程序流程圖4.2梯形圖xooo x001(momo x002x001(mlml m309ti#t

15、1t2m2 m301(y006)k1o(t1)(y013)k1o(t2)(m2jt3ht4h(y007>k1o(t3>(y012k5o(t4)(m30)plp347mo xoo3 xoo11-m3m104卄t5m104|樣t6 m104 辺hi殲t765t871tml 04mo x00476|卜xoolm4nm4 t9打84m4 t10彳im4til87t i打m4 t129°t殲(h3)(y003)k20(t5)(y014)k2o(t6)(y016)k20<t7)(y005)k100<t8)m104)cj p2(m4)<y002(y010)(y017)

16、(y011)k100(t13)t13t1296t it9101 |t10105t 卜til109卜t1213j |mo x005 xoolp4 117| iit-4fm5i m5 t14122iik125m5 t14iim5128t 卜mt "it卜t14t14t14137 卜141k100t9 )k10t10)k10til)k10t12>cjp3m5)y001)y004)y020)y015)k600t14)cjp4end5系統(tǒng)調(diào)試plc程序的調(diào)試可以分為模擬調(diào)試和現(xiàn)場(chǎng)調(diào)試兩個(gè)調(diào)試過(guò)程，在此之前首先對(duì)plc 外部接線作仔細(xì)檢查，這一個(gè)環(huán)節(jié)很重要。外部接線一定要準(zhǔn)確無(wú)誤。也可以用

17、事 先編寫(xiě)好的試驗(yàn)程序?qū)ν獠拷泳€做掃描通電檢查來(lái)查找接線故障。不過(guò)，為了安全 考慮，最好將主電路斷開(kāi)。當(dāng)確認(rèn)接線無(wú)誤后再連接主電路，將模擬調(diào)試好的程序 送入用戶(hù)存儲(chǔ)器進(jìn)行調(diào)試，直到各部分的功能都正常，并能協(xié)調(diào)一致地完成整體的 控制功能為止，本次調(diào)試為模擬調(diào)試,調(diào)試結(jié)果如下圖所示噴泉模式一調(diào)試結(jié)果如圖5-1所示:連續(xù)啊a圖5-1噴泉模式一調(diào)試結(jié)果圖按下啟動(dòng)按鈕，再按下花樣選擇開(kāi)關(guān)sb1,選擇模式一，6號(hào)噴頭先噴，is后1號(hào) 噴is后7號(hào)噴，is后10號(hào)噴，同時(shí)噴5s后，6、7、10、11都停，如果不按其他花 樣選擇開(kāi)關(guān)或停止按鈕，將繼續(xù)重復(fù)上述過(guò)程.噴泉模式二調(diào)試結(jié)果如圖5-2所示圖5-2噴泉模

18、式二調(diào)試結(jié)果圖按下sb2選擇花樣噴泉2模式,3號(hào)噴頭先噴，2s后12號(hào)噴2s后14號(hào)噴頭噴，2s后5號(hào)噴,3、12、14、5同時(shí)噴10s,如果不按其他花樣選擇開(kāi)關(guān)或停止按鈕，將 繼續(xù)重復(fù)上述過(guò)程.噴泉模式三調(diào)試結(jié)果如圖5-3所示按下sb3選擇花樣噴泉3模式,2、8、15、9同時(shí)先噴10再is后一次間隔is停 如果不按其他花樣選擇開(kāi)關(guān)或停止按鈕，將繼續(xù)重復(fù)上述過(guò)程.噴泉模式四調(diào)試結(jié)果如圖5-4所示啟動(dòng)）連續(xù)ma圖5-4噴泉模式四調(diào)試結(jié)果圖按下sb4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，如果不 按其他花樣選擇開(kāi)關(guān)或停止按鈕,將繼續(xù)重復(fù)上述過(guò)程設(shè)計(jì)心得兩周來(lái)所做plc的設(shè)計(jì)，讓我

19、進(jìn)一步對(duì)plc的應(yīng)用及功能做了 了解，對(duì)軟件梯形 圖的應(yīng)用也變的熟練。我掌握了更多關(guān)于自動(dòng)控制系統(tǒng)的知識(shí)，明白了自動(dòng)噴泉控 制系統(tǒng)的組成，fx2n-48mr的plc的功能及特點(diǎn)。無(wú)論是在硬件還是軟件設(shè)計(jì)上， 我都遇到了不少的問(wèn)題，在克服困難的過(guò)程中，我學(xué)到了許多，特別是在課堂上學(xué) 不到的東西。使我重新系統(tǒng)的學(xué)習(xí)了網(wǎng)絡(luò)測(cè)控，可編程控制器等課程，熟悉掌握了 plc的使用。對(duì)一個(gè)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)步驟有了清楚的了解，并掌握了一個(gè)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)過(guò) 程。學(xué)會(huì)了如何發(fā)現(xiàn)問(wèn)題，解決問(wèn)題。并在查閱資料的過(guò)程中對(duì)問(wèn)題的認(rèn)識(shí)和問(wèn)題 的解決提出了新的見(jiàn)解，分析問(wèn)題出現(xiàn)的原因，使得對(duì)問(wèn)題理解也更加深刻。我覺(jué)得本次設(shè)計(jì)最大的優(yōu)點(diǎn)就

20、是采用plc設(shè)計(jì)自動(dòng)噴泉控制系統(tǒng)，而沒(méi)有采用單 片來(lái)設(shè)計(jì)，雖然是用單片機(jī)也能完成木次設(shè)計(jì)，但是采用plc,不但價(jià)格低廉，而 且系統(tǒng)整體造價(jià)會(huì)比工控機(jī)低，而且不會(huì)降低系統(tǒng)的穩(wěn)定性。但是我覺(jué)得本次設(shè) 計(jì)還是有許多的不足，首先，我覺(jué)得在梯形圖設(shè)計(jì)上，沒(méi)有設(shè)計(jì)出較完整的方案， 而且我的原件選型方面，做的還不嚴(yán)諜。不過(guò)能夠設(shè)計(jì)出本套裝置系統(tǒng)，是自動(dòng)噴 泉可以完成四種花型，解電器控制系統(tǒng)的一般設(shè)計(jì)思路，熟悉和掌握外圍電路系統(tǒng) 和軟件設(shè)計(jì)的方法，并掌握利plc工作狀況進(jìn)行監(jiān)控的方法。我覺(jué)得這就是木次設(shè) 計(jì)的重要意義。參考文獻(xiàn)1 陳貴銀單片機(jī)原理及接口技術(shù)北京：電子工業(yè)出版社，2004. 12 王雅芳.驅(qū)動(dòng)電

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