PLC課程設計自動噴泉的控制系統(tǒng)設計

1、電氣控制與plc課程設計題 目: 自動噴泉的控制系統(tǒng)設計 院系名稱： 專業(yè)班級： 學生姓名： 學 號： 指導教師： 設計地點： 設計時間： 2011.7.42011.7.9 成績：指導老師簽名： 日期： 摘 要 隨著計算機軟硬件技術的飛速發(fā)展，新型噴泉與計算機的交互應用越來越廣泛，自動噴泉也越來越復雜和越來越精密，使得越來越多的控制部分需要計算機來完成。計算機控制燈光噴泉成為必然趨勢。為此，建立以plc為核心的多媒體計算機自動控制噴泉。本設計基于三菱公司生產(chǎn)的fx2n系列plc，設計四種噴泉類型，能夠進行多種花樣的切換，通過上位機與plc之間的通訊監(jiān)控噴泉的狀態(tài)與效果，實現(xiàn)噴泉的自動控制。關鍵

2、詞： 噴泉 plc 自動控制目 錄1 引言22 總體方案設計32.1實現(xiàn)方法分析與可行性討論32.2總體方案實現(xiàn)43 i/0點數(shù)的分配及機型的選擇54 系統(tǒng)外部接線圖65 系統(tǒng)軟件設計65.1梯形圖65.2四種花樣噴泉控制流程106 系統(tǒng)調(diào)試10設計心得11參考文獻121 引言隨著人民生活水平的提高，城市環(huán)境建設日益為人們所重視。噴泉作為一種觀賞性較高的藝術水景，不斷出現(xiàn)在城市廣場、居民小區(qū)、公園等場所。它不僅可以增加空氣濕度，減少空氣中的塵埃，降低空氣溫度，更為人們生活增添了不少情趣。自動控制噴泉能自動且連續(xù)的改變其形態(tài)，呈現(xiàn)豐富多彩的花樣變化，從而給人以美好的視覺感受。由單片機或可編程控制

3、器plc組成的小型噴泉系統(tǒng)在軟件及硬件上均可較好地滿足控制噴泉花樣變化的要求。由計算機作為上位機，plc或單片機作為下位機的自動噴泉系統(tǒng)在功能上大大超越了傳統(tǒng)的噴泉系統(tǒng)，plc完成對噴泉現(xiàn)場的造型或燈光的控制。并向計算機發(fā)送實時控制數(shù)據(jù)。上位計算機實現(xiàn)噴泉花樣監(jiān)控等功能。自動噴泉控制的實現(xiàn)方法很多，本設計題目為基于可編程邏輯控制器（plc）的噴泉控制系統(tǒng)，用plc，不僅能夠進行多種水型切換，而且能將各種水型，按照預先設定的排列組合進行控制程序的設計，通過計算機運行控制程序發(fā)出控制信號。通過上位機（pc）與plc之間的通訊來監(jiān)控噴泉的狀態(tài)與效果，進而控制電動機，以達到順利實現(xiàn)工業(yè)控制的要求及目的

4、，同時還要達到低功耗、高性價比、運行安全可靠等基本要求。本設計的基本要求：有16個彩燈代表16個噴頭，有4個選擇按鈕，如下圖1-1所示。實現(xiàn)四種以上的自動噴泉花樣。圖1-1 噴頭分布與方式選擇按鈕2 總體方案設計2.1 實現(xiàn)方法分析與可行性討論2.1.1 單片機噴泉控制系統(tǒng)單片機也成為單片機微型計算機，是把微型計算機的各部件中央處理器、存儲器、輸入輸出接口電路、定時器/計數(shù)器等制作在一塊集成電路芯片上，構成一個完整微型計算機。由于單片機在一塊小芯片上就集成了一臺計算機有具備的功能，所以其在工業(yè)控制中占據(jù)很重要的地位。它具有超小型化、結構緊湊、抗干擾能力強等優(yōu)勢。特別適用于實時工業(yè)測量控制、智能

5、化儀器儀表和家用電器控制等應用系統(tǒng)。目前，市場上流行的單片機種類繁多，如mcs-51系列、凌陽公司的spce061a 16位單片機、美國texas instruments公司的msp430系列單片機、arm嵌入式單片機等都是各優(yōu)點，在不同的領域中有著很好的應用。單片機控制系統(tǒng)用于噴泉控制是完全可行的，它可以通過定時器/計數(shù)器隊噴泉噴射的時間進行控制，并且也可以串行接口與上位機進行通訊。由于單片機的價格比較便宜，所以大批量生產(chǎn)時的性能價格比很高。但由于單片機需要附屬很多的外圍電路，對電路的設計水平要求很高，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)很少會有批量生產(chǎn)的情況，對于小規(guī)模制作

6、時，pcb印刷電路板的制作成本是很高的。綜上所訴，此次設計采用單片機控制系統(tǒng)不是最佳方案。2.1.2 工控機噴泉控制系統(tǒng)工控機即工業(yè)控制計算機，但現(xiàn)在更時髦的叫法是產(chǎn)業(yè)電腦或工業(yè)電腦，英文簡稱ipc。工程機通俗的說就是專門為工業(yè)現(xiàn)場兒設計的計算機。而工業(yè)現(xiàn)場一般具有強烈的震動，灰塵特別多，另有很高的電磁力干擾等特點，且一般工廠均是連續(xù)作業(yè)急一年中一般沒有休息。因此，工控機與普通計算機相比必須具有以下特點：機箱采用鋼結構，有較高的防磁、防塵、防沖擊的能力。機箱內(nèi)有專用底板，底板上有pci和isa插槽。機箱內(nèi)有專門電源，電源有較強的抗干擾能力。要求具有長時間工作能力。對于工控機作為噴泉系統(tǒng)，由于噴

7、泉控制系統(tǒng)的環(huán)境相對工業(yè)控制的環(huán)境要好得多，而且噴泉控制系統(tǒng)隊連續(xù)長時間工作的能力要求不是很高。用工控機設計噴泉系統(tǒng)實屬大材小用。而且工控機的價格較同層次的pc機要偏高，這樣就增加了系統(tǒng)的成本，降低了整體的性價比。2.1.3 plc噴泉控制系統(tǒng) 自二十世紀六十年代美國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，plc得到了快速發(fā)展，在世界各國得到了廣泛應用。plc是由模仿原繼電器控制原理發(fā)展起來的，二十世紀七十年代的plc只有開關量邏輯控制，首先應用的是汽車制造行業(yè)。它以存儲執(zhí)行邏輯運算、順序控制、定時、計數(shù)和運算等操作

8、的指令；并通過數(shù)字輸入和輸出操作，來控制各類機械或生產(chǎn)過程。用戶編制的控制程序表達了生產(chǎn)過程的工藝要求，并事先存入plc的用戶程序存儲器中。運行時按存儲程序的內(nèi)容逐條執(zhí)行，以完成工藝流程要求的操作。一個plc的控制器，可以接收幾千個i/o點。對于噴泉控制系統(tǒng)這樣，被控對象是設備連鎖、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)軟件設計方面要容易一些。且plc通常都支持現(xiàn)場總線，會使得系統(tǒng)通信得到有利保障，更適合實現(xiàn)上位機的遠程監(jiān)控。目前適用于噴泉控制的中小型plc種類繁多，價格低廉。使設計者會有更多的選擇余地。系統(tǒng)整體造價會比工控機低，而且不會降低系統(tǒng)的穩(wěn)定性。經(jīng)過以上三種

9、控制系統(tǒng)的可行性分析可以看出，以plc為下位機，pc機位上位機組成的控制系統(tǒng)是此次設計噴泉控制系統(tǒng)的最佳方案。2.2 總體實現(xiàn)方案根據(jù)設計要求，該噴泉控制系統(tǒng)由plc下位機及上位機pc組成，plc隊噴泉的水泵進行時序控制，產(chǎn)生各種不同的噴水造型。需設計四種不同的噴泉類型。上位機編寫組態(tài)軟件對噴泉的工作狀態(tài)進行實時監(jiān)控。要求噴泉控制程序能夠產(chǎn)生不同的噴水造型，并且符合美學表追，邏輯合理。組態(tài)軟件要求畫面美觀大方，具備人機對話功能，且操作簡單。3 i/0點數(shù)的分配及機型的選擇根據(jù)系統(tǒng)要求所選擇的i/o功能分布表如表3-1所示：表 3-1：功能元件輸入點功能元件輸出點啟動按鈕sb1x0指示燈l1y1

10、停止按鈕sb2x1指示燈l2y2花樣選擇開關k1x2指示燈l3y3花樣選擇開關k2x3指示燈l4y4花樣選擇開關k3x4指示燈l5y5花樣選擇開關k3x5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l16y204系統(tǒng)外部接線圖 本設計根據(jù)系統(tǒng)要求所設計的系統(tǒng)主硬件電路接線圖如圖4-1所示：圖4-1 系統(tǒng)硬件接線圖5 軟件系統(tǒng)實現(xiàn) 5.1 梯形圖依據(jù)設計思路和自動花樣噴泉的控制流程用梯形圖語言所編寫的plc梯形圖，如下圖5-1所示：圖5-1 自動噴泉梯形圖5.2 四種

11、花樣噴泉控制流程：噴泉一： 按下啟動按鈕x0，再按下k1按鈕選擇花樣噴泉1模式 6號噴頭先噴，1s后11號噴 1s后7號噴，1s后10號噴噴 同時噴5s后，6、7、10、11都停 重復循環(huán)-步驟 噴泉二： 按下k2選擇花樣噴泉2模式 3號噴頭先噴，2s后12號噴 2s后14號噴頭噴，2s后5號噴 3、12、14、5同時噴10s 重復循環(huán)-步驟 噴泉三： 按下k3選擇花樣噴泉3模式 2、8、15、9同時先噴10s 再1s后一次間隔1s停 重復循環(huán)-步驟 噴泉四： 按下k4選擇花樣噴泉4模式 1、4、16、13同時噴 1分鐘后同時停 重復循環(huán)-步驟 6 系統(tǒng)調(diào)試將plc連接到計算機的com1口，其

12、他都為默認狀態(tài)，首先看一下計算機與plc的通訊是否正常，將軟件打開選擇好機型，將自動噴泉控制系統(tǒng)的程序打開，轉換、寫入，打開監(jiān)視狀態(tài)。按下啟動按鈕和選型按鈕，通過觀察i/o口輸入、輸出是否正確。如有錯誤找出原因，解決問題。設計心得通過這一周的課程設計，我掌握了更多關于自動控制系統(tǒng)的知識，明白了自動噴泉控制系統(tǒng)的組成，三菱系列plc的功能及特點。使我更深入的學習了電氣控制系統(tǒng)與可編程控制器這門課程，熟練掌握了plc的使用。并且由于希望更好的完成此次設計使我搜索了很多這方面的資料，使我對自動噴泉控制系統(tǒng)的設計制作過程有了很深的認識。對一個系統(tǒng)的設計步驟有了清楚的了解，并且掌握了一個系統(tǒng)的設計過程。學會了如何發(fā)現(xiàn)問題、解決問題。并在查閱資料的過程中對問題的認識和問題的解決提出了新的見解，分析問題出現(xiàn)的原因，使得對問題的理解更加深刻。同時在老師的指導的過程中想老師學習到了解決問題的新方法、新思路?？傊?，經(jīng)過這段時間的課程設計，使我在可編程控制這方面受益匪淺。參考文獻1 常曉玲.電氣控制系統(tǒng)與可編程控制器.北京：機械工業(yè)出版社，2004.12 高欽和.可編程控制器應用技術與設計實例.北京：人民郵電出版社，2004.7