电气控制与PLC课程设计-自动喷泉的PLC控制.doc

铜陵学院课 程 设 计 报 告课程名称： 电气控制与plc 设计名称： 自动喷泉的plc控制 姓 名： 学 号: 班 级： 08 自动化 指导教师： 起止日期： 2011.11.2812.3 铜陵学院课程设计任务书 姓 名： 院 （系）：电气工程系 专 业： 自动化 班 级：08自动化 任务起至日期： 2011 年 11 月 28日至 2011 年 12 月 3日课程设计题目：自动喷泉的plc控制 课程设计要求：明确设计任务，拟定设计方案与进度计划，运用所学的理论知识，进行自动喷泉的控制原理设计、硬件系统设计、软件系统设计、创新设计，提高理论知识工程应用能力、系统调试能力、分析问题与解决问题的能力。设计任务总述：1. 设计出硬件系统的结构图、接线图、时序图等；2. 系统有启动/停止，单步/连续功能按钮；3. 程序结构与控制功能自行创新设计；4. 进行系统调试，实现自动喷泉的控制要求。工作计划及安排：2011-11-28：明确设计任务，做相关的准备工作。2011-11-29：设计硬件系统的结构图、接线图、时序图等。2011-11-30：将设计好的各部分进行仿真、组合等。2011-12-01：进行系统调试，实现各部分功能。2011-12-02：总体调试，实现自动喷泉的控制要求。2011-12-03：总结整个过程，做好设计报告。成绩指导教师签字_ 年 月 日 12目 录一、 绪论2二、 设计方案22.1 实现方法分析与可行性讨论22.1.1 单片机喷泉控制系统32.1.2 工控机喷泉控制系统32.1.3 plc喷泉控制系统42.2 总体实现方案4三、 硬件系统实现43.1 i/o分配表43.2 外部接线图5四、 软件系统实现54.1 梯形图54.2 系统调试8设计心得9参考文献10一、 绪论随着人民生活水平的提高，城市环境建设日益为人们所重视。喷泉作为一种观赏性较高的艺术水景，不断出现在城市广场、居民小区、公园等场所。它不仅可以增加空气湿度，减少空气中的尘埃，降低空气温度，更为人们生活增添了不少情趣。自动控制喷泉能自动且连续的改变其形态，呈现丰富多彩的花样变化，从而给人以美好的视觉感受。由单片机或可编程控制器plc组成的小型喷泉系统在软件及硬件上均可较好地满足控制喷泉花样变化的要求。由计算机作为上位机，plc或单片机作为下位机的自动喷泉系统在功能上大大超越了传统的喷泉系统，plc完成对喷泉现场的造型或灯光的控制。并向计算机发送实时控制数据。上位计算机实现喷泉花样监控等功能。自动喷泉控制的实现方法很多，本设计题目为基于可编程逻辑控制器（plc）的喷泉控制系统，用plc，不仅能够进行多种水型切换，而且能将各种水型，按照预先设定的排列组合进行控制程序的设计，通过计算机运行控制程序发出控制信号。通过上位机（pc）与plc之间的通讯来监控喷泉的状态与效果，进而控制电动机，以达到顺利实现工业控制的要求及目的，同时还要达到低功耗、高性价比、运行安全可靠等基本要求。本设计的基本要求：有16个彩灯代表16个喷头，有4个选择按钮，如下图1-1所示。实现四种以上的自动喷泉花样。图1-1 喷头分布与方式选择按钮二、 设计方案2.1 实现方法分析与可行性讨论2.1.1 单片机喷泉控制系统 单片机也成为单片机微型计算机，是把微型计算机的各部件中央处理器、存储器、输入输出接口电路、定时器/计数器等制作在一块集成电路芯片上，构成一个完整微型计算机。 由于单片机在一块小芯片上就集成了一台计算机有具备的功能，所以其在工业控制中占据很重要的地位。它具有超小型化、结构紧凑、抗干扰能力强等优势。特别适用于实时工业测量控制、智能化仪器仪表和家用电器控制等应用系统。 目前，市场上流行的单片机种类繁多，如mcs-51系列、凌阳公司的spce061a 16位单片机、美国texas instruments公司的msp430系列单片机、arm嵌入式单片机等都是各优点，在不同的领域中有着很好的应用。单片机控制系统用于喷泉控制是完全可行的，它可以通过定时器/计数器队喷泉喷射的时间进行控制，并且也可以串行接口与上位机进行通讯。由于单片机的价格比较便宜，所以大批量生产时的性能价格比很高。但由于单片机需要附属很多的外围电路，对电路的设计水平要求很高，否则便很可能降低系统的稳定性。而且，由于喷泉控制系统很少会有批量生产的情况，对于小规模制作时，pcb印刷电路板的制作成本是很高的。综上所诉，此次设计采用单片机控制系统不是最佳方案。2.1.2 工控机喷泉控制系统 工控机即工业控制计算机，但现在更时髦的叫法是产业电脑或工业电脑，英文简称ipc。工程机通俗的说就是专门为工业现场儿设计的计算机。而工业现场一般具有强烈的震动，灰尘特别多，另有很高的电磁力干扰等特点，且一般工厂均是连续作业急一年中一般没有休息。因此，工控机与普通计算机相比必须具有以下特点：1） 机箱采用钢结构，有较高的防磁、防尘、防冲击的能力。2） 机箱内有专用底板，底板上有pci和isa插槽。3） 机箱内有专门电源，电源有较强的抗干扰能力。4） 要求具有长时间工作能力。对于工控机作为喷泉系统，由于喷泉控制系统的环境相对工业控制的环境要好得多，而且喷泉控制系统队连续长时间工作的能力要求不是很高。用工控机设计喷泉系统实属大材小用。而且工控机的价格较同层次的pc机要偏高，这样就增加了系统的成本，降低了整体的性价比。2.1.3 plc喷泉控制系统 自二十世纪六十年代美国推出可编程逻辑控制器(programmable logic controller，plc)取代传统继电器控制装置以来，plc得到了快速发展，在世界各国得到了广泛应用。plc是由模仿原继电器控制原理发展起来的，二十世纪七十年代的plc只有开关量逻辑控制，首先应用的是汽车制造行业。它以存储执行逻辑运算、顺序控制、定时、计数和运算等操作的指令；并通过数字输入和输出操作，来控制各类机械或生产过程。用户编制的控制程序表达了生产过程的工艺要求，并事先存入plc的用户程序存储器中。运行时按存储程序的内容逐条执行，以完成工艺流程要求的操作。一个plc的控制器，可以接收几千个i/o点。对于喷泉控制系统这样，被控对象是设备连锁、回路很少，采用plc较为合适。plc由于采用通用监控软件，在组态软件设计方面要容易一些。且plc通常都支持现场总线，会使得系统通信得到有利保障，更适合实现上位机的远程监控。目前适用于喷泉控制的中小型plc种类繁多，价格低廉。使设计者会有更多的选择余地。系统整体造价会比工控机低，而且不会降低系统的稳定性。经过以上三种控制系统的可行性分析可以看出，以plc为下位机，pc机位上位机组成的控制系统是此次设计喷泉控制系统的最佳方案。2.2 总体实现方案 根据设计要求，该喷泉控制系统由plc下位机及上位机pc组成，plc队喷泉的水泵进行时序控制，产生各种不同的喷水造型。需设计四种不同的喷泉类型。上位机编写组态软件对喷泉的工作状态进行实时监控。要求喷泉控制程序能够产生不同的喷水造型，并且符合美学表追，逻辑合理。组态软件要求画面美观大方，具备人机对话功能，且操作简单。三、 硬件系统实现3.1 i/o分配表 根据系统要求所选择的i/o功能分布表如表3-1所示：表 3-1：x0启动按钮x1停止按钮x2k1按钮花样1x3k2按钮花园2x4k3按钮花样3x5k4按钮花样4y11号喷头y22号喷头y33号喷头y44号喷头y55号喷头y66号喷头y77号喷头y208号喷头y219号喷头y1010号喷头y1111号喷头y1212号喷头y1313号喷头y1414号喷头y1515号喷头y1616号喷头3.2 外部接线图 本设计根据系统要求所设计的系统主硬件电路接线图如图3-2所示： 图3-2 系统硬件接线图四、 软件系统实现 4.1 梯形图 依据设计思路和自动花样喷泉的控制流程用梯形图语言所编写的plc梯形图，如下图4-1所示： 图4-1 自动喷泉梯形图四种花样喷泉控制流程：喷泉一： 按下启动按钮x0，再按下k1按钮选择花样喷泉1模式 6号喷头先喷，1s后11号喷 1s后7号喷，1s后10号喷喷 同时喷5s后，6、7、10、11都停 重复循环-步骤 喷泉二： 按下k2选择花样喷泉2模式 3号喷头先喷，2s后12号喷 2s后14号喷头喷，2s后5号喷 3、12、14、5同时喷10s 重复循环-步骤 喷泉三： 按下k3选择花样喷泉3模式 2、8、15、9同时先喷10s 再1s后一次间隔1s停 重复循环-步骤 喷泉四： 按下k4选择花样喷泉4模式 1、4、16、13同时喷 1分钟后同时停 重复循环-步骤 4.2 系统调试 将plc连接到计算机的com1口，其他都为默认状态，首先看一下计算机与plc的通讯是否正常，将软件打开选择好机型，将自动喷泉控制系统的程序打开，转换、写入，打开监视状态。按下启动按钮和选型按钮，通过观察i/o口输入、输出是否正确。如有错误找出原因，解决问题。设计心得 通过这一周的课程设计，我掌握了更多关于自动控制系统的知识，明白了自动喷泉控制系统的组成，三菱系列plc的功能及特点。使我更深入的学习了电气控制系统与可编程控制器这门课程，熟练掌握了plc的使用。并且由于希望更好的完成此次设计使我搜索了很多这方面的资料，使我对自动喷泉控制系统的设计制作过程有了很深的认识。对一个系统的设计步骤有了清楚的了解，并且掌握了一个系统的设计过程。学会了如何发现问题、解决问题。并在查阅资料的过程中对问题的认识和问题的解决提出了新的见解，分析问题出现的原因，使得对问题的理解更加深刻。同时在老师的指导的过程中想老师学习到了解决问题的新方法、新思路。总之，经过这段时间的课程设计，使我在可编程控制这方面受益匪浅。参考文献1 常晓玲.电气控制系统与可编程控制器.北京：机械工业出版社，2004.12 高钦和.可编程控制器应用技术与设计实例.北京