PLC噴泉的設(shè)計(jì)

1、 2012屆學(xué)生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）題 目： plc噴泉的設(shè)計(jì) 姓 名： 學(xué) 號(hào)： 系 部： 電子信息工程系 專 業(yè)： 應(yīng)用電子技術(shù) 指導(dǎo)老師： 開(kāi)題時(shí)間： 完成時(shí)間： 目錄摘要前言第1章plc介紹 1.1 plc簡(jiǎn)介 1.2 plc的發(fā)展過(guò)程1.3 plc的結(jié)構(gòu)1.4 plc的特點(diǎn) 1.5 plc的主要功能第2章 噴泉的設(shè)計(jì)要求 2.1 噴泉規(guī)模的設(shè)計(jì) 2.2 噴泉水柱的分布第3章 plc控制系統(tǒng)總設(shè)計(jì) 3.1 plc控制花樣噴泉運(yùn)行要求 3.2 噴泉的運(yùn)行流程圖 3.3 噴泉的運(yùn)行過(guò)程 3.4 噴泉控制原理 3.5 花樣噴泉plc控制接線圖 3.6 花樣噴泉plc控制輸入輸出點(diǎn)分配 3.7 花

2、樣噴泉plc控制梯形圖第4章 程序調(diào)試第5章 結(jié)論致謝 摘要： 本文重點(diǎn)討論了plc在花樣噴泉控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)中的應(yīng)用。使用plc控制花樣噴泉，具有使用方便，運(yùn)行可靠，控制程序段設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單等優(yōu)點(diǎn)。當(dāng)控制要求發(fā)生變化時(shí)，只需對(duì)程序做改動(dòng)就行了，不必該變硬件接線圖或只需微小改動(dòng)即可，方便簡(jiǎn)單。關(guān)鍵詞： plc可編程控制器；噴泉；控制系統(tǒng)。前言在日常生活中的一些公共場(chǎng)所下，我們可以看到有各種各樣的噴泉，逐漸的噴泉這種東西有的只是為了引人入目，有的為了給生活或者節(jié)日帶來(lái)喜慶的氣氛，而有的變成了企業(yè)的一種精神象征。同時(shí)噴泉的存在也給我們帶來(lái)了健康，比如：加濕、增氧、凈化空氣等等。本次的畢業(yè)設(shè)計(jì)是一個(gè)以omro

3、n系列(plc)控制為核心的花樣噴泉控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)?；訃娙趐lc的控制之下，噴出各種各樣的水柱，給人以一種視覺(jué)上美的享受。第1章plc介紹1.1 plc簡(jiǎn)介可編程序控制器pc（programmable controller）又稱可編程序控制器plc（programmable logic controller），是微機(jī)技術(shù)與繼電器常規(guī)控制技術(shù)相接合的產(chǎn)物，是在順序控制器和微機(jī)控制器的基礎(chǔ)上發(fā)展起來(lái)的新型控制器，是一種以微處理器為核心用作數(shù)字控制的專用計(jì)算機(jī)。它不僅充分利用微處理器的優(yōu)點(diǎn)來(lái)滿足各種工業(yè)領(lǐng)域的實(shí)時(shí)控制要求，同時(shí)也照顧到現(xiàn)場(chǎng)電器操作維護(hù)人員的技能和習(xí)慣，擯棄了微機(jī)常用的計(jì)算機(jī)編程語(yǔ)

4、言的表達(dá)形式，獨(dú)具風(fēng)格地形成一套以繼電器梯形圖為基礎(chǔ)的形象編程語(yǔ)言和模塊化的軟件結(jié)構(gòu)，使用戶程序的編制清晰直觀、方便易學(xué)，調(diào)試和查錯(cuò)都很容易。plc現(xiàn)已成為現(xiàn)代工業(yè)控制三大支柱（plc、cad/cam、robot）之一，以其可靠性、邏輯功能強(qiáng)、體積小、可在線修改控制程序、具有遠(yuǎn)程通信聯(lián)網(wǎng)功能、易于與計(jì)算機(jī)接口、能對(duì)模擬量進(jìn)行控制、具備告訴計(jì)數(shù)與位控等高性能模塊等優(yōu)異性能，日益取代由大量中間繼電器、時(shí)間繼電器、計(jì)數(shù)繼電器等組成的傳統(tǒng)繼電接觸控制系統(tǒng)在機(jī)械、化工、石油、冶金、電力、輕工、電子、紡織、食品、交通、等行業(yè)得到廣泛應(yīng)用。plc的應(yīng)用深度和廣度已經(jīng)成為一個(gè)國(guó)家工業(yè)先進(jìn)水平的重要標(biāo)志之一。1

5、1.2 plc的發(fā)展過(guò)程第一階段： plc剛問(wèn)世時(shí)功能簡(jiǎn)單，只能完成邏輯運(yùn)算、定時(shí)、計(jì)數(shù)等功能，硬件方面以分離元件為主，存儲(chǔ)器采用磁芯存儲(chǔ)器，存儲(chǔ)容量為12kb左右，一臺(tái)plc只能取代200300個(gè)繼電器，沒(méi)有成型的編程語(yǔ)言。第二階段：集成電路技術(shù)集成電路技術(shù)的發(fā)展及微處理器的產(chǎn)生使plc技術(shù)得到了較大發(fā)展。第三階段：?jiǎn)纹瑱C(jī)的出現(xiàn)第四階段：超大規(guī)模集成電路技術(shù)第五階段：risc芯片在計(jì)算機(jī)行業(yè)的大量使用1.3 plc的結(jié)構(gòu)plc和一般的微型計(jì)算機(jī)基本相同，也是由硬件系統(tǒng)和軟件系統(tǒng)兩大部分組成的。plc的硬件系統(tǒng)由微處理器(cpu)、存儲(chǔ)器(eprom，rom)、輸入輸出(i/o)部件、電源部件

6、、編程器、i/o擴(kuò)展單元和其他外圍設(shè)備組成。各部分通過(guò)總線(電源總線、控制總線、地址總線、數(shù)據(jù)總線)連接而成。plc的軟件系統(tǒng)是指plc所使用的各種程序的集合，通常可分為系統(tǒng)程序和用戶程序兩大部分。系統(tǒng)程序是每一個(gè)plc成品必須包括的部分，由plc廠家提供，用于控制plc本身的運(yùn)行，系統(tǒng)程序固化在eprom中。用戶程序是由用戶根據(jù)控制需要而編寫的程序。硬件系統(tǒng)和軟件系統(tǒng)組成了一個(gè)完整的plc系統(tǒng)，他們是相輔相成，缺一不可的。plc硬件結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖如下：圖1-2 plc硬件結(jié)構(gòu)圖1.4 plc的特點(diǎn)可編程序控制器是一種以微機(jī)處理器為核心的工業(yè)通用自動(dòng)控制裝置，其實(shí)質(zhì)是一種工業(yè)控制用的專用計(jì)算機(jī)。國(guó)內(nèi)

7、外現(xiàn)有的機(jī)械手系統(tǒng)，它們的控制形式大都采用可編程序控制器控制，特別是在智能化要求程度高容量大的現(xiàn)代化工業(yè)機(jī)械手系統(tǒng)中應(yīng)用更為普遍。其主要原因是因?yàn)閜lc具有以下優(yōu)點(diǎn)：1）、靈活、通用在繼電器控制系統(tǒng)中，使用的控制器件是大量的繼電器，整個(gè)系統(tǒng)是根據(jù)設(shè)計(jì)好的電器控制圖，由人工布線、焊接、固定等手段組裝完成的，其過(guò)程費(fèi)時(shí)費(fèi)力。如果因?yàn)楣に嚿系纳栽S變化，需要改變電器控制系統(tǒng)的話，那么原先的整個(gè)電器控制系統(tǒng)將被全部拆除，而重新進(jìn)行布線、焊接、固定等工作，浪費(fèi)了大量的人力、物力和時(shí)間。而可編程控制器是通過(guò)存儲(chǔ)在存儲(chǔ)器中的程序?qū)崿F(xiàn)控制功能的，如果控制功能需要改變的話，只需要修改程序以及改動(dòng)極少量的接線即可。

8、而且，同一臺(tái)可編程控制器還可以用于不同的控制對(duì)象，只要改變軟件就可以實(shí)現(xiàn)不同的控制要求，因此具有很大的靈活性、通用性。2）、可靠性高、抗干擾能力強(qiáng)對(duì)于機(jī)械手系統(tǒng)來(lái)說(shuō)，可靠性、抗干擾能力是非常重要的指標(biāo)，如何能在各種工作環(huán)境和條件(如電磁干擾、低溫潮濕、灰塵超高溫等)下，平穩(wěn)可靠的工作，將故障率降至最低，是研制每一種控制系統(tǒng)必須考慮的問(wèn)題?，F(xiàn)代plc采用了集成度很高的微電子器件，大量的開(kāi)關(guān)動(dòng)作由無(wú)觸點(diǎn)的半導(dǎo)體電路來(lái)完成，其可靠性程度是使用機(jī)械觸點(diǎn)的繼電器所無(wú)法比擬的。為了保證plc能在惡劣的工業(yè)環(huán)境可靠的工作，在其設(shè)計(jì)和制造過(guò)程中采取了一系列硬件和軟件方面的抗干擾措施，使其可以適應(yīng)惡劣的工業(yè)應(yīng)用

9、環(huán)境。3）、操作方便、維修容易plc采用電氣操作人員熟悉的梯形圖和功能助記符編程，使用戶十分方便的讀懂程序和編寫、修改程序。對(duì)于使用者來(lái)說(shuō)，幾乎不需要專門的計(jì)算機(jī)知識(shí)。工程師編好的程序十分清晰直觀，只要寫好操作說(shuō)明書(shū)，操作人員經(jīng)短期的學(xué)習(xí)就可以使用。4）、功能強(qiáng)現(xiàn)代plc不僅具有條件控制、計(jì)時(shí)、計(jì)數(shù)和步進(jìn)等控制功能，而且還能完成a/d、d/a轉(zhuǎn)換、數(shù)字運(yùn)算和數(shù)據(jù)處理以及通信聯(lián)網(wǎng)和生產(chǎn)過(guò)程監(jiān)控等。因此，它既可控制開(kāi)關(guān)量，又可控制模擬量；既可控制一個(gè)機(jī)械手，又可控制一個(gè)機(jī)械手群；既可控制簡(jiǎn)單系統(tǒng)，又可控制復(fù)雜系統(tǒng)；既可現(xiàn)場(chǎng)控制，又可遠(yuǎn)程控制。5）、體積小、重量輕和易于實(shí)現(xiàn)機(jī)電一體化由于plc采用了

10、半導(dǎo)體集成電路。因此具有體積小、重量輕、功耗低的特點(diǎn)。且plc是為工業(yè)控制設(shè)計(jì)的專用計(jì)算機(jī)，其結(jié)構(gòu)緊湊、堅(jiān)固耐用、體積小巧，并由于具備很強(qiáng)的可靠性和抗干擾能力，使之易于裝入機(jī)械設(shè)備內(nèi)部，因而成為實(shí)現(xiàn)機(jī)電一體化十分理想的控制設(shè)備。同樣，可編程序控制器控制也有其不足的地方，在性價(jià)比上要高于繼電器控制和單片機(jī)控制，其開(kāi)發(fā)潛力要差于單片機(jī)，并且通用性不好，不同廠家的可編程序控制器以及其附屬單元都是固定專用等等。1.5 plc的主要功能plc是一種應(yīng)用面很廣、發(fā)展非常迅速的工業(yè)自動(dòng)化裝置，在工廠自動(dòng)化(fa)和計(jì)算機(jī)集成制造系統(tǒng)(cims)內(nèi)占重要地位。plc系統(tǒng)主要有以下功能：1) 多種控制功能；2)

11、 數(shù)據(jù)采集、存儲(chǔ)與處理功能；3) 通信聯(lián)網(wǎng)功能；4) 輸入、輸出接口調(diào)理功能；5) 人機(jī)界面功能；6) 編程、調(diào)試功能。plc的重量、體積、功耗和硬件價(jià)格一直在降低，雖然軟件價(jià)格占的比重有所增加，但是各廠商為了競(jìng)爭(zhēng)也相應(yīng)地降低了價(jià)格。另外，采用plc還可以大大縮短設(shè)計(jì)、編程和投產(chǎn)周期，使總價(jià)格進(jìn)一步降低。plc產(chǎn)品面臨現(xiàn)場(chǎng)總線的發(fā)展，將再次革新，滿足工業(yè)與民用控制的更高需求。第2章 噴泉的設(shè)計(jì)要求2.1 噴泉規(guī)模的設(shè)計(jì)該噴泉占地面積俯視圖為正方形，其面積s=100平方米；噴射范圍俯視圖為圓形，其半徑r=4.5m。噴泉概況平面圖如1-1：圖1-1噴泉概況平面圖圖1-1中，噴泉由5種不同的水柱組成

12、。其中1表示大水柱所在的位置，其水柱較大，噴射高度較高；2表示中水柱所在的位置，由六支中水柱均勻分布在2的圓（r=2m）的軌跡上，水量比大水柱的水量小，其噴射高度比大水柱低；3表示小水柱，它由150支小水柱均勻分布在3（r=3m）的圓的軌跡上，其水柱較細(xì)，其噴射高度比中水柱略矮；4和5為花朵式和旋轉(zhuǎn)式噴泉，各由19支噴頭組成，均勻分布在4和5的圓（r=4m）的軌跡上，其水量壓力均較弱。2.2 噴泉水柱的分布該噴泉的回水池俯視圖為圓形，與噴泉噴射范圍俯視圖為同心圓，且半徑相等?；厮氐纳疃葹?m。該回水池由1個(gè)半徑為100cm的圓水池和3個(gè)有效寬度為50cm的圓環(huán)水池組成，且各個(gè)水池之間相通，連

13、接池寬度為50cm，3個(gè)圓環(huán)水池的半徑分別為2m、3m、4m。如圖1-2所示：圖1-2回水池的設(shè)計(jì)回水池上方由金屬欄嵌入式覆蓋。大水柱噴頭的內(nèi)徑d=50mm，中水柱噴頭的內(nèi)徑d=30mm，小水柱噴頭的內(nèi)徑d=20mm，花朵噴泉和旋轉(zhuǎn)噴泉的內(nèi)徑d=30mm。大水柱高度h=5m，中水柱高度h=3m，小水柱高度h=2m，花朵噴泉和旋轉(zhuǎn)噴泉的噴水高度h=1m。第3章 plc控制系統(tǒng)總設(shè)計(jì)3.1 plc控制花樣噴泉運(yùn)行要求1）、按下啟動(dòng)按鈕，噴泉進(jìn)入運(yùn)行等待狀態(tài)。2）、按下噴泉的單步連續(xù)運(yùn)行方式按鈕，該噴泉默認(rèn)為連續(xù)運(yùn)行方式。3）、按下噴泉噴水花樣的循環(huán)方式按鈕，噴泉開(kāi)始運(yùn)行，每隔6s改變一次花樣。在連

14、續(xù)運(yùn)行方式下，噴水花樣將一直循環(huán)下去，在單步運(yùn)行方式下，噴水花樣只運(yùn)行一個(gè)循環(huán)。按下其他任意一個(gè)循環(huán)方式按鈕，噴泉噴水花樣的循環(huán)方式立刻改變。4）、按下停止按鈕，噴泉停止運(yùn)行。3.2噴泉的運(yùn)行流程圖圖3-1噴泉的運(yùn)行流程圖3.3噴泉的運(yùn)行過(guò)程按下噴泉控制系統(tǒng)的啟動(dòng)按鈕，首先大水柱從地而起，直射天空；6s后，大水柱消失，緊接著六支中水柱競(jìng)相射向天空；最后所有水柱噴泉一齊迸發(fā)。整個(gè)過(guò)程分為8段，每段6s，且自動(dòng)轉(zhuǎn)換，全過(guò)程為48s。當(dāng)單步連續(xù)開(kāi)關(guān)置于連續(xù)，花樣選擇開(kāi)關(guān)置于1時(shí)，其噴泉水柱的動(dòng)作順序如下：12（1+3+4）（2+5）（1+2）（2+3+4）（2+4）（1+2+3+4+5）1，周而復(fù)始

15、，直到按下停止按鈕，水柱噴泉才停止工作；當(dāng)單步連續(xù)開(kāi)關(guān)置于單步時(shí)，噴泉水柱的動(dòng)作只運(yùn)行一個(gè)循環(huán)?；舆x擇開(kāi)關(guān)置于2時(shí)，其噴泉水柱的動(dòng)作順序如下：12（2+4）（2+5）（1+2）（2+3+4）（1+3+4）（1+2+3+4+5）1?；舆x擇開(kāi)關(guān)置于3時(shí)，其噴泉水柱的動(dòng)作順序如下：12（1+3+4）（1+2）（2+5）（2+3+4）（2+4）（1+2+3+4+5）1。花樣選擇開(kāi)關(guān)置于4時(shí)，其噴泉水柱的動(dòng)作順序如下：12（1+3+4）（2+5）（1+2）（2+4）（2+3+4）（1+2+3+4+5）1。3.4噴泉控制原理噴泉控制系統(tǒng)由啟動(dòng)控制程序、位移脈沖控制程序、位移及復(fù)位控制程序、驅(qū)動(dòng)控制程序

16、組成。通過(guò)位移脈沖控制程序?qū)崿F(xiàn)子元件中的內(nèi)容在存儲(chǔ)器間的移動(dòng)，通過(guò)復(fù)位控制程序?qū)崿F(xiàn)噴泉花樣的循環(huán)，通過(guò)驅(qū)動(dòng)控制程序?qū)崿F(xiàn)噴泉的噴射。3.5花樣噴泉plc控制接線圖圖3-2花樣噴泉plc控制接線圖3.6花樣噴泉plc控制輸入輸出點(diǎn)分配表3-1花樣噴泉plc控制輸入輸出點(diǎn)分配輸入信號(hào)輸出信號(hào)名稱代號(hào)輸入點(diǎn)編號(hào)名稱代號(hào)輸出點(diǎn)編號(hào)啟動(dòng)按鈕sb1i0.0大水柱接觸器km1q0.0停止按鈕sb2i0.1中水柱接觸器km2q0.1連續(xù)按鈕sb3i0.2小水柱接觸器km3q0.2單步按鈕sb4i0.3花朵式噴泉接觸器km4q0.3花樣1按鈕sb5i0.4旋轉(zhuǎn)式噴泉接觸器km5q0.4花樣2按鈕sb6i0.5-花

17、樣3按鈕sb7i0.6-花樣4按鈕sb8i0.7-3.7花樣噴泉plc控制梯形圖圖3-3花樣噴泉plc控制梯形圖圖3-3中，第1邏輯行為啟動(dòng)控制程序；第2、3、4邏輯行組成6s移位脈沖控制程序；第5邏輯行為單步連續(xù)控制程序；第6、7、8、9邏輯行組成花樣選擇控制程序；第10、11、12、13邏輯行組成移位及復(fù)位控制程序；第14、15、16、17、18邏輯行組成驅(qū)動(dòng)控制程序。接通plc電源，第10邏輯行中位存儲(chǔ)器m10.0接通，其在第14邏輯行中的常開(kāi)觸點(diǎn)閉合，為噴泉的啟動(dòng)做好了準(zhǔn)備。當(dāng)按下噴泉控制器的啟動(dòng)按鈕sb1后，第1邏輯行中輸入繼電器i0.0的常開(kāi)觸點(diǎn)閉合，位存儲(chǔ)器m0.0接通并自鎖。本

18、程序默認(rèn)為連續(xù)循環(huán)噴泉樣式的控制程序，按鈕sb2為連續(xù)按鈕，在第5邏輯行中輸入繼電器i0.2為常閉觸點(diǎn)，按鈕sb3為單步按鈕，第5邏輯行中輸入繼電器i0.3為常開(kāi)觸點(diǎn)，當(dāng)按下此按鈕，繼電器i0.3觸點(diǎn)閉合，位存儲(chǔ)器m0.2接通并自鎖，其在第1邏輯行中的常閉觸點(diǎn)斷開(kāi)，噴泉樣式進(jìn)入一次運(yùn)行狀態(tài)。選擇默認(rèn)狀態(tài)，按下sb4，第6行中輸入繼電器常開(kāi)觸點(diǎn)閉合，位存儲(chǔ)器m0.4接通并自鎖，其在第2、14、15、16、17、18邏輯行中的常開(kāi)觸點(diǎn)閉合，進(jìn)入第一種噴泉樣式，輸出繼電器q0.0被接通，大水柱控制接觸器km1通電閉合，大水柱“1” 射向天空。同時(shí)在第2邏輯行中的m0.0、m0.4的常開(kāi)觸點(diǎn)閉合，定時(shí)

19、器t37被接通開(kāi)始計(jì)時(shí)，經(jīng)過(guò)3s后，t37動(dòng)作，第3邏輯行的常開(kāi)觸點(diǎn)閉合，定時(shí)器t38被接通并開(kāi)始計(jì)時(shí)，又經(jīng)過(guò)3s后，t38動(dòng)作，第4邏輯行中的常開(kāi)觸點(diǎn)閉合一個(gè)掃描周期使得位存儲(chǔ)器m0.1閉合一個(gè)掃描周期。m0.1在第11邏輯行中的常開(kāi)觸點(diǎn)閉合一個(gè)掃描周期，將字元件mw10中的內(nèi)容向左移1位，即將m10.0中的“1”的內(nèi)容移至位存儲(chǔ)器m10.1中，m10.1閉合。由于m10.1接通，其在第14邏輯行中的常開(kāi)觸點(diǎn)閉合，輸出繼電器q0.1被接通，中水柱控制接觸器km2通電閉合，中水柱噴出。又經(jīng)過(guò)6s后，m0.1在第6邏輯行中的常開(kāi)觸點(diǎn)閉合一個(gè)掃描周期，將字元件mw10中的內(nèi)容向左移一位，即將m10.1中“1”的內(nèi)容移至位存儲(chǔ)器m10.2中，m10.2閉合其在第14、16邏輯行中的常開(kāi)觸點(diǎn)閉合，輸出繼電器q0.0、q0.2被接通，噴出大水柱、小水珠。經(jīng)過(guò)第7個(gè)6s后，“1”被移