花灑噴泉的PLC控制計劃書

花灑噴泉的 制計劃書 第一章 花式噴泉系統(tǒng)設計方案介紹 制特點分析 本設計的花式噴泉的特點要求復雜，其特點有： （ 1） 具有選擇性有順序地噴水，而且有定時噴水的特點； （ 2） 有多種花樣模式的噴泉效果，即當選擇不同的花樣模式位置時，其噴頭的電磁閥開關按照所在位置開閉； （ 3） 有不同的周期工作方式，即單周期工作方式和連續(xù)周期工作方式。 案論證 案比較 根據(jù)本設計的花樣噴泉控制特點，下面給出幾種控制裝置的控制比較。 （ 1） 采用 控制繼電器來控制。 繼電器是指當輸入量或激勵量 ， 滿足某些 規(guī)定的條件是能在一個或多個電器輸出電路中產(chǎn)生躍變的一種器件 。 今天繼電器已應用到家庭及工業(yè)控制的各個領域，他們比以往的產(chǎn)品具有更高的可靠性。但是，這也是隨之帶來的一些問題。如絕大多數(shù)控制繼電器都是長期磨損和疲勞工作條件下進行的，容易損壞。而且繼電器的觸點容易產(chǎn)生電弧，甚至會熔在一起產(chǎn)生誤操作，引起嚴重的后果。在全負荷運載的情況下，大的繼電器將產(chǎn)生大量的熱及噪聲，同時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，如果有簡單的改動，也需要花費大量時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)在顯然不能滿足高要求，一旦有一個繼電器損壞，那將難以排除其故障。 （ 2） 采用微控制器單片機控制 隨著大規(guī)模集成電路技術(shù)和計算機技術(shù)的飛速發(fā)展，把計算機的運算器和控制器，存儲器和多種接口集成在一塊芯片上，稱為微處理器，也叫微控制器，在我國習慣上又叫單片機。 單片機具有集成度高、體積小、功耗低、系列齊全、功能擴展容易、抗干擾能力強等優(yōu)點。 不可否認 ,單片機開發(fā)的器件成本比較低 ,但是他的開發(fā)成本比較高， 而且 單片機 的編程麻煩，工作量大，可讀性差，用于花式噴泉這種實時控制不太占優(yōu)勢。要滿足花式噴泉這么大而且復雜 的工程用一般的單片機控制顯然有點麻煩，且可靠性過低。 （ 3） 采用可編程序控制器 制 經(jīng)過長期的工程實踐， 最為廣泛應用。在石油、化工、機械、鋼鐵、交通、電力、輕工、采礦、水利、環(huán)保等各領域。 制器是建立在單片機之上的產(chǎn)品。不同廠家的 相同的工作原理，類似的功能和指標，有一定的互換性，質(zhì)量有保證，編程軟件正朝標準化方向邁進，而且編程方法簡單易學。 根據(jù)按鈕、各種開關操作現(xiàn)場輸入信號或檢測信號控制執(zhí)行機構(gòu)完成相應的功能。 有定時控制功能，可為用戶提供上千個定時器和計數(shù)器，實現(xiàn) 具體控制。對于花式噴泉的 制，其可靠性要高很多，而且能把復雜的噴泉系統(tǒng)利用軟件編程出來，編程出來的程序就簡單易懂多了，也更容易查出故障，維修方便。 案選擇 根據(jù)比較，最終選擇 制器來控制花式噴泉。這樣更經(jīng)濟、耐用和適合時代的大潮流。 （ 1） 花式噴泉 制的必要性 伴隨這經(jīng)濟的發(fā)展需要，以及環(huán)境需要對于自動化控制的需求也在不斷的增加，可編程控制器是應用時分廣泛的微機控制裝置，是自動化控制系統(tǒng)中的關鍵設備。對于花式噴泉系統(tǒng)操作中可編程控制的使用也是相當?shù)膹V泛，因為可編程控制器編程方 法簡單易學，功能強，性能價格比高，硬件配齊全，用戶使用放便，使用性強，可靠性高，抗干擾能力強。系統(tǒng)的設計、安裝、 調(diào)試工作量少，維護工作量少，維護方便，體積小，能耗低。所以在使用 制花式噴泉是相當具有優(yōu)勢的，利用自動化達到完美的效果，也可最大限度的優(yōu)化資源。 統(tǒng) I/O 分配 根據(jù)控制要求給出系統(tǒng) I/O 分配表 。 表 3 3、 件的選型 可編程控制器是是一種數(shù)字運算操作的電子系統(tǒng)，專業(yè)在工業(yè)環(huán)境下應用而設計。它利用可編程序的存儲器 ,用來在其內(nèi)部存儲執(zhí)行邏輯運算等操作的指令，并通過數(shù)字式、模擬式的輸入和輸出，來控制各類型的機械或生產(chǎn)的過程。 (1) 基本工作方式 用 “順序掃描，不斷循環(huán) ”的工作方式 1 每次掃描過程。集中對輸入信號進行采樣。集中對輸出信號進行刷新。 2 輸入刷新過程。當輸入端口關閉時 ,程序在進行執(zhí)行階段時 ,輸入端有新狀態(tài)，新狀態(tài)不能被讀入。只有程序進行下一次掃描時，新狀態(tài)才被讀入。 3 一個掃描周期分為輸入采樣，程序執(zhí)行，輸出刷新。 4 元件印象寄存器的內(nèi)容是隨著程序的執(zhí)行變化而變化的。 5 掃描周期的長短由三條決定。 行指令的速度 ； 指令本身占有的時間 ； 指令條數(shù) 。 6 由于采用集中采樣 ， 集中輸出的方式。存在輸入 /輸出滯后的現(xiàn)象，即輸入 /輸出響應延遲。 （ 2） 基本結(jié)構(gòu) 要由 塊、輸入模塊、輸出模塊和編程裝置組成見圖 2特殊功能模塊用來完成某些特殊的任務。 圖 2制系統(tǒng)示意圖 （ 3） 過程 電后，需要對硬件和軟件作一些初始化的工作。為了使 輸出及時地響應各種輸入信號，初始化后反復不停的分階段處理各種不同的任務見圖 2種周而復始的循環(huán)工作模式稱為掃描工作模式。 圖 2描過程 （ 4） 功能 1. 邏輯控制 2. 定時控制 3. 計數(shù)控制 4 步進順序控制 5. 制 6 數(shù)據(jù)控制 有數(shù)據(jù)處理能力 7 通信和聯(lián)網(wǎng) 8 其它： 有許多特殊功能模塊，適用于各種特殊控制的要求 定位控制模塊， 塊。 選擇硬件 （ 1） 號的選擇 同的 塊的性能有較大的差別，在選擇 塊時，應考慮開關量、模擬量模塊的擴展能力，程序存儲器與數(shù)據(jù)存儲器的容量，通信接口的個數(shù)，本機 I/然還要考慮性能價格比，在滿足要求的前提下盡量降低硬件成本。 噴泉的控制系統(tǒng)，不僅噴水花樣繁多，而且對電磁閥的動作時序要求相當高。傳統(tǒng)的繼電器邏輯控制，根本無法滿足這一要求。為了保證系統(tǒng)的實用性，可靠性，故本次設計選用 西門子 機增加到 40 個數(shù)字量 I/O 點。最大擴至 24 個數(shù)字量I/O 點或 35 路模擬 I/O 點 。 I/O 模塊的選型 選擇 I/O 模塊前，應確定哪些信號需要輸入給 些負載由 動。 根據(jù)出量和輸入量的點數(shù)和性質(zhì)，可以確定 I/O 模塊的型號和數(shù)量每一塊的點數(shù)可分為 4、 8、 16、 32、和 64 點。依照本設計，選用 6S, 24C/16滿足本設計需要。 擇時要注意的問題 西門子 有 24 個輸入， 16 個輸出。如果噴頭的數(shù)量超過此數(shù)量將要對其進行擴展。但設計要求中噴頭數(shù)量為 4個故電磁閥也為 4個所以本次設計 ，按接通的點數(shù)不能超過該模塊點數(shù)的 60%的原則，則 不 需要擴展。 I/O 設備與 接時應該注意的問題 在 制系統(tǒng)中， 主要控制設備，它與控制對象中各輸入信號如 按鈕，繼電器觸點和輸出設備繼電器、接觸器、電磁閥的連接問題。 現(xiàn)場的輸入信號如開關按鈕、撥動開關、限位開關和其他一些檢測原件輸出的開關量和模擬量，通過連接電路 進入 于開關觸點，當強電電路觸點時，有些要求48V、 50右或 110V、 1520右才能可靠接通，而輸出模塊的輸入電源電壓一般不高，額定電流也是毫安級，要求注意模擬量輸入信號的數(shù)值范圍應與 模擬量輸入口數(shù)值相匹配。 外圍硬件的選型 （ 1） 噴頭選擇 中心直上噴頭是在同一個配水箱上安裝許多萬向直流噴嘴，當這些噴嘴規(guī)格相同時，噴出的水姿雄壯筆直。故選擇該類噴頭 。 噴頭型號 品名 規(guī)格 (毫米 ) 流 量 (米 3/時 ) 工作壓力 (米水柱 ) 噴高 (米 ) 覆蓋直徑 (米 ) 噴頭 高度 (毫米 ) 心式 25 0 0 （ 2） 電磁閥選擇 水下專用電磁閥是自動控制系統(tǒng)中常見的開關元件、為音樂噴泉的核心控制設備，特別適用于跑泉的水路控制。 主要技術(shù)參數(shù) 原理結(jié)構(gòu)：直動膜片型、先導膜片型 控制方式：常閉式 流體范圍：水 使用壽命： 25 萬次 流體溫度： ： +50 接口形式：螺紋式、法蘭式 閥體材質(zhì)：黃銅、 304 不銹鋼 標準電壓： 電氣連接：澆封預埋式防水電纜線 防護等級：國際標準 這里要注 意一點問題， 般的輸出電壓為 24V，假如電磁閥的功率較大的話驅(qū)動器就要使用中間驅(qū)動環(huán)節(jié)。但是在本設計中選擇的水下電磁閥適合 輸出電壓故不需中間驅(qū)動環(huán)節(jié)繼電器。 水下專用電磁閥是利用介質(zhì)壓力差工作的直動式電磁閥門，它采用膜片結(jié)構(gòu)，具有啟閉迅速、性能穩(wěn)定、使用方便、可靠性高、壽命長等特點；該閥坑污能力極強，可在江、河、湖、海及各種人工水域中長期使用，基高超的性能處于國內(nèi)領先水平 。 （ 3） 水泵的選擇 型號 流 量 米 3/h 電機功率 千瓦 （ 4） 控制柜選擇 是專為跳泉設計的控制器，該控制器可外接 6 臺步進電機驅(qū)動器，通過控制器可以將水流切割成一段段的賦有生命力的水段，水段的長短及出水的速度可以任意變化，在控制器的控制下任意跳躍。通過多組噴頭噴出，可以形成一個活潑的水段跳躍群，創(chuàng)造出一個童話般的境界。該控制器操作簡單，通過控制器面板可以輕松地修改程序。 統(tǒng)外部接線圖 圖 2統(tǒng)外部接線圖 制流程 根據(jù)系統(tǒng)要求，給出系統(tǒng)工作流程圖，如圖 2 圖 2統(tǒng)工作流程圖 工藝流程簡介 按下啟動， 動電機水泵運轉(zhuǎn)，開始自動循環(huán)。按下停止，水泵停止工作，所有的電磁閥關斷。 噴水電磁閥共分四組，每一組都由 4 個電磁閥組成。通過改變不同時段內(nèi)這十六個噴水閥的狀態(tài)，來組合成變化復雜多樣的花形。 第 二 章 系統(tǒng)軟件設計 樣選擇開關位置 （ 1） 花樣選擇開關在位置 1 開始 始化 噴第一個花式 噴第二個花式 噴第三個花式 噴第四個花式 結(jié)束 停止按鈕 停止按鈕非 （ 2） 花樣選擇開關在位置 2 時 （ 3） 花樣選擇開關在位置 3 時 （ 4） 花樣選擇開關在位置 4 時 系統(tǒng)梯形圖設計 根據(jù)系統(tǒng)控制要求和 I/O 分配，編寫梯形圖如圖。見附錄 第 三 章 系統(tǒng)程 序調(diào)試 根據(jù)所設計的花式噴泉的梯形圖，采用 仿真軟件進行仿真。 （ 1）首先把仿真軟件的 改為 圖 4 （ a） (b) 圖 4 2）導入梯形圖程序?？砂垂ぞ卟藛伟粹o 。 （ 3）運行?？砂垂ぞ卟藛伟粹o 。 （ 4）進行調(diào)試。 花樣選擇開關在位置 1 時 選擇開關在位置 1 時，按下啟動按鈕 先是 4 號噴頭先噴水，即輸出點 -2 a； 觀察仿真界面可知道每隔 2s 就會有一個輸出點亮，也就是各噴頭按順序噴水，如此到最后四個噴頭都噴水如圖 4-2 b。 根據(jù)對已編寫的梯形圖程序進行仿真，并觀察了仿真的各個步驟與系統(tǒng)要求相符合，調(diào)試成功。 (a) (b) 圖 4 花樣選擇開關在位置 2 時 選擇開關在位置 2 時，按下啟動按鈕 先是 1 號噴頭先噴水，即輸出點 -3 a； 觀察仿真界面可知道每隔 2s 就會有一個輸出點亮，也就是各 噴頭按順序噴水，如此到最后四個噴頭都噴水如圖 4-3 b。 (a) (b) 圖 4 花樣選擇開關在位置 3 時 選擇開關在位置 3 時，按下啟動按鈕 先是 1 號、 3 號噴頭先噴水，即輸出點 電發(fā)亮如圖 4-4 a； 觀察仿真界面可知道 3s 后輸出點 亮如圖 4-4 b， 也就是 2 號、 4 號噴頭噴水，同時原來亮的 熄滅，過 15s 后， 1、 2、 3、 4 號噴頭全部噴水。 (a) (b) 圖 4 花樣選擇開關在位置 4 時 選擇開關在位置 4 時，按下啟動按鈕 先是 1 號、 2 號、 3 號、 4 號 電噴頭按順序分別延時 2s 得電， 30s 后又重復 1順序，同樣分別延時 2s，依次噴完后再過 1s 改成按照 4順序依次得電發(fā)亮，時得電發(fā)亮 30s 之后全部熄滅。 . 圖 4 總 結(jié) 本次設計通過運用可編程序控制器來實現(xiàn)了花式噴泉的多種噴泉方式及效果。此設計的重點是用 制器控制電磁閥來實現(xiàn)噴水，當然設計的程序部分是關鍵中的關鍵。所以，我們主要是為大家提供一種設計的方法，來進一步了解可編程序控制器的強大能力。隨著社會的長期進步可編程序控制器在不斷的進步之中，越來越貼近人們的各種生活。 在這次的設計里長期的搜集資料，不斷的整合，思考終于達到了設計的要求，并且取得了設計要求中的結(jié)果。 最后希望本設計能夠真正的為大家提供一些思路，遺留的一些不完美問題還望大家修改并且創(chuàng)新！ 參考文獻 1 廖常初 . 程及應用 械工業(yè)出版社 2007