畢業(yè)設(shè)計(jì)論文基于PLC控制的噴泉系統(tǒng)畢

1、湖南省婁底職業(yè)技術(shù)學(xué)院 湖南省婁底職業(yè)技術(shù)學(xué)院 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： 方忠亞 學(xué) 號(hào)： 201002010223 系 部： 電子信息工程系 專(zhuān) 業(yè)： 應(yīng)用電子技術(shù) 指導(dǎo)老師： 劉國(guó)富 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

2、 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

3、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O(shè)MRON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赑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(zhuān)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

4、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)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、

5、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。11.2 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

6、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、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?？煞譃橄到y(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(xiě)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

7、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(zhuān)用計(jì)算機(jī)。國(guó)內(nèi)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)镻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

8、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。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

9、，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(xiě)、修改程序。對(duì)于使用者來(lái)說(shuō)，幾乎不需要專(zhuān)門(mén)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(xiě)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

10、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(zhuān)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(zhuān)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)

11、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) 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.

12、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。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

13、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)

14、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

15、+3+4）（2+5）（1+2）（2+3+4）（2+4）（1+2+3+4+5）1，周而復(fù)始，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

16、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KM4Q

17、0.3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

18、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

19、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)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

20、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”被移至位存儲(chǔ)器M10.7中，M10.7第14、15、16、17、18邏輯行中的常開(kāi)觸點(diǎn)閉合；所有輸出繼電器全部閉合，所有噴泉一起噴發(fā)。又經(jīng)過(guò)6s后，“1”被移至位存儲(chǔ)器M11.0中，M11.0在第12邏輯行中的常開(kāi)觸點(diǎn)閉合，使字元件MW10中M10.0-M11.0的各位復(fù)位為“0”，第10邏輯行中的M10.7復(fù)位，M10.0接通，M10.