噴泉控制系統(tǒng)程序設(shè)計(jì)

課程設(shè)計(jì)任務(wù)書學(xué)院機(jī)械工程學(xué)院專業(yè)機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動化學(xué)生姓名班級學(xué)號10010114課程設(shè)計(jì)題目噴泉控制系統(tǒng)程序設(shè)計(jì)（三）實(shí)踐教學(xué)要求與任務(wù):1.設(shè)計(jì)內(nèi)容：1）噴泉控制要求為“A、B、D同時(shí)旋轉(zhuǎn)并噴水12秒—B、D、C同時(shí)擺動并噴14秒—A、D、E同時(shí)旋轉(zhuǎn)并噴10秒—A、C、D同時(shí)擺動并噴7秒--2秒后再循環(huán)”2）每個噴頭工作時(shí)，都連帶紅、綠、黃、藍(lán)四個彩燈間隔0.1s循環(huán)發(fā)光。3）噴泉可以實(shí)現(xiàn)手動、單周期、連續(xù)三種操作方式。4）當(dāng)選擇連續(xù)時(shí)，要求循環(huán)20次后終止循環(huán)，發(fā)出聲光間斷報(bào)警，按停止按鈕終止報(bào)警。2.設(shè)計(jì)要求：1）畫出端子分配圖和順序功能圖2）設(shè)計(jì)并調(diào)試PLC控制梯形圖3）設(shè)計(jì)說明書工作計(jì)劃與進(jìn)度安排:1）理解題目要求，查閱資料，確定設(shè)計(jì)方案1天2）PLC梯形圖設(shè)計(jì)與調(diào)試4天3）說明書撰寫1天4）答辯1天指導(dǎo)教師：陳白寧王海2012年11月27日專業(yè)負(fù)責(zé)人：陳白寧2012年11月27日學(xué)院教學(xué)副院長：201年月日前言動控制技術(shù)的研究有利于將人類從復(fù)雜、危險(xiǎn)、繁瑣的勞動環(huán)境中解放出來并大大提高控制效率。自動控制是工程科學(xué)的一個分支。它涉及利用反饋原理的對動態(tài)系統(tǒng)的自動影響，以使得輸出值接近我們想要的值。從方法的角度看，它以數(shù)學(xué)的系統(tǒng)理論為基礎(chǔ)。我們今天稱作自動控制的是二十世紀(jì)中葉產(chǎn)生的控制論的一個分支。噴泉是人工環(huán)境中最富有生命力的噴泉,它具有分隔空間、增加層次、凈化空氣美化環(huán)境的作用,具有美化環(huán)境的功能，常常博得觀賞者的喜愛。噴泉水景首次在我國興建是18世紀(jì)中期，北京圓明園(又名長春園)中的“西洋樓”建筑提升到高處的蓄水池里，然后通過管道供給噴泉。近代，國內(nèi)外隨著城市和工業(yè)的發(fā)展，改善城市環(huán)境，興建自然景觀日益增多。因而水景的藝術(shù)形式和規(guī)模都有很大發(fā)展。當(dāng)今噴泉工程和高新技術(shù)的結(jié)合正是歷史發(fā)展的必然趨勢，由于噴泉工程中采用了大量的高新技術(shù)，從而使噴泉效果更加絢麗多彩，婀娜多姿，令人賞心悅目、流連忘返。本次課程設(shè)計(jì)的目的是掌握機(jī)電傳動控制系統(tǒng)的基本原理、PLC控制電路的設(shè)計(jì)方法以及繼電器—接觸器控制電路的PLC改造方法。掌握機(jī)電傳動控制系統(tǒng)中繼電器—接觸器控制和PLC控制的基本原理、設(shè)計(jì)方法及兩者的關(guān)系。掌握常用電器元件的選擇方法。具備一定的控制電路的分析能力與設(shè)計(jì)能力。PLC即可編程控制器，是以計(jì)算機(jī)計(jì)數(shù)為基礎(chǔ)的新型工業(yè)控制器。其特點(diǎn)是：可靠性高、抗干擾能力強(qiáng)、功能完善、實(shí)用性強(qiáng)、易學(xué)易用、維護(hù)方便、體積小、能耗低。而且廣泛應(yīng)用于鋼鐵、石油、化工、電力、建材、機(jī)械制造、汽車、輕紡、交通運(yùn)輸、環(huán)保及文化娛樂等各個行業(yè)。目錄前言 21課程設(shè)計(jì)的任務(wù)和要求 41.1設(shè)計(jì)內(nèi)容 41.2設(shè)計(jì)要求 42總體設(shè)計(jì) 52.1PLC選型 52.2PLC端子分配 72.3I/O分配圖 83程序設(shè)計(jì) 93.1設(shè)計(jì)思想 93.2噴泉控制臺 103.3順序功能圖 113.4PLC梯形圖 124程序調(diào)試說明及改進(jìn)方法 314.1程序說明 314.2改進(jìn)方法 315電器元件的選擇 32結(jié)束語 33參考文獻(xiàn) 341課程設(shè)計(jì)的任務(wù)和要求1.1設(shè)計(jì)內(nèi)容：1）噴泉控制要求為“A、B、D同時(shí)旋轉(zhuǎn)并噴水12秒—B、D、C同時(shí)擺動并噴14秒—A、D、E同時(shí)旋轉(zhuǎn)并噴10秒—A、C、D同時(shí)擺動并噴7秒--2秒后再循環(huán)”2）每個噴頭工作時(shí)，都連帶紅、綠、黃、藍(lán)四個彩燈間隔0.1s循環(huán)發(fā)光。3）噴泉可以實(shí)現(xiàn)手動、單周期、連續(xù)三種操作方式。4）當(dāng)選擇連續(xù)時(shí)，要求循環(huán)20次后終止循環(huán)，發(fā)出聲光間斷報(bào)警，按停止按鈕終止報(bào)警。1.2設(shè)計(jì)要求：1）畫出端子分配圖和順序功能圖2）設(shè)計(jì)并調(diào)試PLC控制梯形圖3）設(shè)計(jì)說明書2總體設(shè)計(jì)2.1PLC選型2.1.1選用規(guī)模合適的PLCPLC規(guī)模的大小是用輸入輸出（I/O）點(diǎn)數(shù)來衡量的，也就是選擇合適I/O點(diǎn)數(shù)的PLC。因此在選用PLC時(shí)，首先應(yīng)對與PLC相連的全部輸入，輸出裝置進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，并區(qū)分輸出的性質(zhì)及所需電壓，電流的大小和種類。確定全部的I/O點(diǎn)數(shù)，再加上10%~15%的備用量，用來輸出的擴(kuò)展。這樣就可以計(jì)算出系統(tǒng)需要的總I/O點(diǎn)數(shù)，作為輸入輸出點(diǎn)數(shù)估算數(shù)據(jù)。本次噴泉系統(tǒng)設(shè)計(jì)共有輸入輸出點(diǎn)72個，全部為開關(guān)量，其中輸入點(diǎn)30個，輸出點(diǎn)42個。2.1.2確定內(nèi)存容量的大小小

內(nèi)存器容量是可編程序控制器本身能提供的硬件存儲單元大小，程序容量是存儲器中用戶應(yīng)用項(xiàng)目使用的存儲單元的大小，因此程序容量小于存儲器容量。一般用戶程序區(qū)的內(nèi)存容量與開關(guān)量I/O點(diǎn)數(shù)以及用戶程序的編寫質(zhì)量等有關(guān)。設(shè)計(jì)階段，由于用戶應(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)能對程序容量有一定估算，通常采用存儲器容量的估算來替代。估算時(shí)，可用經(jīng)驗(yàn)公式：總存儲字?jǐn)?shù)＝開關(guān)量I/O點(diǎn)數(shù)*（150~200）計(jì)算后還可以考慮10%~25%的存儲余量。由于科技的飛速發(fā)展PLC的內(nèi)存的大小足夠我們設(shè)計(jì)的噴泉使用，所以可以不考慮在內(nèi)。2.1.3控制功能的選擇

簡單PLC的運(yùn)算功能包括邏輯運(yùn)算、計(jì)時(shí)和計(jì)數(shù)功能；普通PLC的運(yùn)算功能還包括數(shù)據(jù)移位、比較等運(yùn)算功能；較復(fù)雜運(yùn)算功能有代數(shù)運(yùn)算、數(shù)據(jù)傳送等；大型PLC中還有模擬量的PID運(yùn)算和其他高級運(yùn)算功能。

2.1.4機(jī)型的選擇

(1)PLC的類型

PLC按結(jié)構(gòu)分為整體型和模塊型兩類，按應(yīng)用環(huán)境分為現(xiàn)場安裝和控制室安裝兩類；按CPU字長分為1位、4位、8位、16位、32位、64位等。從應(yīng)用角度出發(fā)，通?？砂纯刂乒δ芑蜉斎胼敵鳇c(diǎn)數(shù)選型。整體型PLC的I/O點(diǎn)數(shù)固定，因此用戶選擇的余地較小，用于小型控制系統(tǒng)；模塊型PLC提供多種I/O卡件或插卡，因此用戶可較合理地選擇和配置控制系統(tǒng)的I/O點(diǎn)數(shù)，功能擴(kuò)展方便靈活，一般用于大中型控制系統(tǒng)。

(2)輸入輸出模塊的選擇

輸入輸出模塊的選擇應(yīng)考慮與應(yīng)用要求的統(tǒng)一。例如對輸入模塊，應(yīng)考慮信號電平、信號傳輸距離、信號隔離、信號供電方式等應(yīng)用要求。對輸出模塊，應(yīng)考慮選用的輸出模塊類型，通常繼電器輸出模塊具有價(jià)格低、使用電壓范圍廣、壽命短、響應(yīng)時(shí)間較長等特點(diǎn)；

2.1.5經(jīng)濟(jì)性的考慮

選擇PLC時(shí)，應(yīng)考慮性能價(jià)格比?？紤]經(jīng)濟(jì)性時(shí)，應(yīng)同時(shí)考慮應(yīng)用的可擴(kuò)展性、可操作性、投入產(chǎn)出比等因素，進(jìn)行比較和兼顧，最終選出較滿意的產(chǎn)品。輸入輸出點(diǎn)數(shù)對價(jià)格有直接影響，所以應(yīng)該選擇合適點(diǎn)數(shù)的PLC。故選擇西門子S7-200系列作為此噴泉控制的主機(jī)。選用CPU226/AC/DC/繼電器，其基本參數(shù)如下：本機(jī)數(shù)字輸入：24路數(shù)字輸入本機(jī)數(shù)字輸出：16路數(shù)字輸出內(nèi)部存儲器：256位定時(shí)器總數(shù)：25定時(shí)器計(jì)數(shù)器總數(shù)：256計(jì)數(shù)器電源允許范圍:AC85~264V輸入電流僅CPU/最大負(fù)載:35/100mA，AC240V電源范圍;DC20.4~28.8V電流限制:約1.5A由于該系統(tǒng)要求42個輸出點(diǎn)，S7—200CPU226不能滿足要求，因此采用2個EM223(16I/16Q)擴(kuò)展輸入輸出點(diǎn)數(shù)。CPU總I/O點(diǎn)數(shù)為88點(diǎn)，系統(tǒng)要求的I/O總點(diǎn)數(shù)為72點(diǎn)。CPU總點(diǎn)數(shù)（1.1—1.3）系統(tǒng)要求的I/O總點(diǎn)數(shù)?？傒斎?0個，輸出42個。2.2PLC端子分配表2.1PLC端子子分配圖輸入輸出I0.0啟動I1.7C旋轉(zhuǎn)Q0.0A噴水Q2.5C綠燈I0.1停止I2.0E旋轉(zhuǎn)Q0.1A旋轉(zhuǎn)Q2.6C黃燈I0.2單周期I2.1A左擺Q0.2A左擺Q2.7C藍(lán)燈I0.3連續(xù)I2.2B左擺Q0.3A右擺Q3.0D噴水I0.4手動I2.3C左擺Q0.4A紅燈Q3.1D旋轉(zhuǎn)I0.5A左限位I2.4D左擺Q0.5A綠燈Q3.2D左擺I0.6A右限位I2.5A右擺Q0.6A黃燈Q3.3D右擺I0.7B左限位I2.6B右擺Q0.7A藍(lán)燈Q3.4D紅燈I1.0B右限位I2.7C右擺Q1.0B噴水Q3.5D綠燈I1.1C左限位I3.0D右擺Q1.1B旋轉(zhuǎn)Q3.6D黃燈I1.2C右限位I3.1A噴水Q1.2B左擺Q3.7D藍(lán)燈I1.3D左限位I3.2B噴水Q1.3B右擺Q4.0E噴水I1.4D右限位I3.3C噴水Q1.4B紅燈Q4.1E旋轉(zhuǎn)I1.5A旋轉(zhuǎn)I3.4D噴水Q1.5B綠燈Q4.2E左擺I1.6B旋轉(zhuǎn)I3.5E噴水Q1.6B黃燈Q4.3E右擺Q1.7B藍(lán)燈Q4.4E紅燈Q2.0C噴水Q4.5E綠燈Q2.1C旋轉(zhuǎn)Q4.6E黃燈Q2.2C左擺Q4.7E藍(lán)燈Q2.3C右擺Q5.0聲報(bào)警Q2.4C紅燈Q5.1光報(bào)警2.3I/O分配圖圖2.1I/0分配圖3程序設(shè)計(jì)3.1設(shè)計(jì)思想3.1.1主程序設(shè)計(jì)：本程序設(shè)計(jì)需兩個子程序：手動子程序，自動子程序。按手動按鈕I0.4進(jìn)入手動程序。每一步動作都需要手動按鈕操作才能實(shí)現(xiàn)。按單周期按鈕I0.2,或連續(xù)按鈕I0.3進(jìn)入自動程序。若為單周期工作一周期后回原點(diǎn),若為連續(xù)則連續(xù)工作20次后聲光報(bào)警。3.1.2手動程序設(shè)計(jì)按下手動按鈕I0.4進(jìn)入手動程序。I1.5-I2.0分別控制A、B、D、E的旋轉(zhuǎn)，I2.1-I2.4分別控制A、B、C、D的左擺，I2.5-I3.0分別控制A、B、C、D的右擺，I3.1—I3.5分別控制A、B、C、D、E噴頭的噴水。每個噴頭工作時(shí)，4個彩燈循環(huán)發(fā)光。3.1.3自動程序設(shè)計(jì)根據(jù)要求：A、B、D同時(shí)旋轉(zhuǎn)并噴水12秒—B、D、C同時(shí)擺動并噴14秒—A、D、E同時(shí)旋轉(zhuǎn)并噴10秒—A、C、B同時(shí)擺動并噴7秒--2秒后再循環(huán)。此過程需要5個定時(shí)器，T37、T38、T39、T40、T41。每個噴頭工作時(shí)，都連帶紅、綠、黃、藍(lán)四個彩燈間隔0.1s循環(huán)發(fā)光。5個噴頭則需要20個彩燈。需加20個定時(shí)器來控制每個噴頭工作時(shí)，使得與其相對應(yīng)的4個彩燈循環(huán)亮。當(dāng)選擇連續(xù)時(shí)，要求循環(huán)20次后終止循環(huán)，發(fā)出聲光間斷報(bào)警，按停止按鈕終止報(bào)警。此處加入一個計(jì)數(shù)器C1計(jì)數(shù)20次后控制聲光報(bào)警。按下I0.1停止聲光報(bào)警，返回原點(diǎn)。3.2噴泉控制臺圖3.1噴泉控制臺3.3順序功能圖圖3.2順序功能圖3.4PLC梯形圖3.4.1主程序3.4.2自動程序3.4.3手動程序圖3.3程序梯形圖4程序調(diào)試說明及改進(jìn)方法4.1程序說明是在S7—200仿真軟件完成的。將梯形圖導(dǎo)入后，增加2個EM223(16I/16Q)。按下單周期I0.2或者連續(xù)按鈕I0.3，進(jìn)入自動程序，手動控制A、B、C、D的左右限位開關(guān)。而且每個噴頭工作時(shí)會伴隨著其相應(yīng)的四彩燈會循環(huán)亮。若選擇單周期，則自動程序運(yùn)行一個周期后回到原點(diǎn)；若選擇連續(xù)，則連續(xù)運(yùn)行20次后聲光報(bào)警。按下手動按鈕I1.0，進(jìn)入手動程序，需手動控制噴頭工作開關(guān)和限位開關(guān)。并且每個噴頭工作時(shí)，其相對應(yīng)的四個彩燈會循環(huán)亮。4.2改進(jìn)方法經(jīng)仿真調(diào)試后，發(fā)現(xiàn)手動程序中每次操作限位開關(guān)都很麻煩，可以選擇幾個噴頭采取同樣的限位方式，只用兩個限位開關(guān)，控制他們同時(shí)左擺右擺。5電器元件的選擇5.1電機(jī)選型根據(jù)噴泉控制要求，可選三相交流異步電動機(jī)，噴頭的左右擺動通過電機(jī)的正反轉(zhuǎn)實(shí)現(xiàn)。電機(jī)中要有熱繼電器FR,刀開關(guān)，熔斷器FU。選擇電機(jī)的依據(jù)和指標(biāo)有：電動機(jī)的工作方式，功率，轉(zhuǎn)速，以及其安裝尺寸等。根據(jù)本題要求可選擇三相交流異步電動機(jī)，其型號為Y132M1—6。

5.2熔斷器選型熔斷器主要是電源與用電設(shè)備的隔離開關(guān)，主要是對電機(jī)進(jìn)行短路保護(hù)。根據(jù)題目選用插刀型NH普通熔斷器gG-