喷泉课程设计.doc

机电传动课程设计说明书 姓名 张洪基 班级 081412 学号 23 专业 机械设计制造及其自动化 组别 15 日期 2010.12.132010.12.31 成绩 目 录前言 3摘要 4第一部分 PLC概述 5 设计任务书 10第二部分 喷泉控制中元器件的选择 11 喷泉控制方案论证及控制过程 14 梯形图 18 控制程序编程 25 总结 27 参考文献 28前 言喷泉是人工环境中最富有生命力的喷泉它具有分隔空间、增加层次、净化空气、美化环境的作用。现代高科技把美妙的音乐、多姿的喷泉造型、五彩缤纷的水下灯光、神奇的激光图文，通过电脑有机的结合在一起，给人以音乐声响、视觉形象、色彩变换三位一体的超自然享受。随着我国人民物质生活水平的不断提高，对于精神生活的要求也在不断提高，为进一步改造环境景观，建设一个喷泉是很有必要的。随着科学技术的不断发展和生活水平的不断提高，尤其是喷泉在城市和社区环境建设中起着尤其重要的作用。 当今喷泉工程和高新技术的结合正是历史发展的必然趋势，由于喷泉工程中采用了大量的高新技术，从而使喷泉效果更加绚丽多彩，婀娜多姿，令人赏心悦目、流连忘返。 本次的课程设计是一个以 PLC 控制为核心的喷泉控制系统的设计。这个喷泉控制系统主要是一个人工喷泉。在 PLC 的控制之下，喷出旋转和摆动的样式，给人以一种视觉上美的享受。摘 要 可编程序控制器（Programmable Logic Controller）简称PLC,是一种以微处理器为基础、带有指令存储器和输入输出接口、综合了微电子技术、计算机技术、自动控制技术、通信技术的新一代工业控制装置。它能够存储和执行指令，进行位置控制、逻辑控制、顺序控制、定时、计数和算术运算等操作，并通过数字式和模拟式的输入和输出，控制各种类型的机械或生产过程。 PLC是电子技术、计算机技术与继电器逻辑自动控制系统相结合的产物。它不仅充分发挥了计算机的优点，以满足各种工业生产过程自动控制的需要，同时又照顾一般电气操作人员的技术水平和习惯，采用梯形图或状态流程图等编辑方式，使PLC的使用始终保持大众化的特点。 PLC可以用于单台机电设备的控制，也可以用于生产流水线的控制。使用者可根据生产过程和工艺要求编制控制程序。程序运行后，PLC就根据现场输入信号（按钮、行程开关、接近开关或其他传感信号）按照预先编入的程序对执行机构（如电磁阀、电动机等）的动作进行控制。第一部分PLC简介1 PLC定义： PLC即可编程控制器（Programmable logic Controller，是指以计算机技术为基础的新型工业控制装置。在1987年国际电工委员会（International Electrical Committee）颁布的PLC标准草案中对PLC做了如下定义：PLC英文全称Programmable Logic Controller ,中文全称为可编程逻辑控制器，定义是:一种数字运算操作的电子系统，专为在工业环境应用而设计的。它采用一类可编程的存储器，用于其内部存储程序，执行逻辑运算,顺序控制，定时，计数与算术操作等面向用户的指令，并通过数字或模拟式输入/输出控制各种类型的机械或生产过程.PLC是可编程逻辑电路，也是一种和硬件结合很紧密的语言，在半导体方面有很重要的应用，可以说有半导体的地方就有PLCPLC是一种专门为在工业环境下应用而设计的数字运算操作的电子装置。它采用可以编制程序的存储器，用来在其内部存储执行逻辑运算、顺序运算、计时、计数和算术运算等操作的指令，并能通过数字式或模拟式的输入和输出，控制各种类型的机械或生产过程。PLC及其有关的外围设备都应该按易于与工业控制系统形成一个整体，易于扩展其功能的原则而设计。国际电工委员会(IEC)在其标准中将PLC定义为:可程式逻辑控制器是一种数位运算操作的电子系统，专为在工业环境应用而设计的。它采用一类可编程的存储器，用于其内部存储程序，执行逻辑运算、顺序控制、定时、计数与算术操作等面向用户的指令，并通过数字或模拟式输入/输出控制各种类型的机械或生产过程。可程式逻辑控制器及其有关外部设备，都按易于与工业控制系统联成一个整体，易于扩充其功能的原则设计。2.1 PLC的应用领域 目前，PLC在国内外已广泛应用于钢铁、石油、化工、电力、建材、机械制造、汽车、轻纺、交通运输、环保及文化娱乐等各个行业，使用情况大致可归纳为如下几类。2.1.1开关量的逻辑控制这是PLC最基本、最广泛的应用领域，它取代传统的继电器电路，实现逻辑控制、顺序控制，既可用于单台设备的控制，也可用于多机群控及自动化流水线。如注塑机、印刷机、订书机械、组合机床、磨床、包装生产线、电镀流水线等。2.1.2模拟量控制在工业生产过程当中，有许多连续变化的量，如温度、压力、流量、液位和速度等都是模拟量。为了使可编程控制器处理模拟量，必须实现模拟量（Analog）和数字量（Digital）之间的A/D转换及D/A转换。PLC厂家都生产配套的A/D和D/A转换模块，使可编程控制器用于模拟量控制。2.1.3运动控制PLC可以用于圆周运动或直线运动的控制。从控制机构配置来说，早期直接用于开关量I/O模块连接位置传感器和执行机构，现在一般使用专用的运动控制模块。如可驱动步进电机或伺服电机的单轴或多轴位置控制模块。世界上各主要PLC厂家的产品几乎都有运动控制功能，广泛用于各种机械、机床、机器人、电梯等场合。2.1.4过程控制过程控制是指对温度、压力、流量等模拟量的闭环控制。作为工业控制计算机，PLC能编制各种各样的控制算法程序，完成闭环控制。PID调节是一般闭环控制系统中用得较多的调节方法。大中型PLC都有PID模块，目前许多小型PLC也具有此功能模块。PID处理一般是运行专用的PID子程序。过程控制在冶金、化工、热处理、锅炉控制等场合有非常广泛的应用。2.1.5数据处理现代PLC具有数学运算（含矩阵运算、函数运算、逻辑运算）、数据传送、数据转换、排序、查表、位操作等功能，可以完成数据的采集、分析及处理。这些数据可以与存储在存储器中的参考值比较，完成一定的控制操作，也可以利用通信功能传送到别的智能装置，或将它们打印制表。数据处理一般用于大型控制系统，如无人控制的柔性制造系统；也可用于过程控制系统，如造纸、冶金、食品工业中的一些大型控制系统。2.1.6通信及联网PLC通信含PLC间的通信及PLC与其它智能设备间的通信。随着计算机控制的发展，工厂自动化网络发展得很快，各PLC厂商都十分重视PLC的通信功能，纷纷推出各自的网络系统。新近生产的PLC都具有通信接口，通信非常方便。2.2 PLC的应用特点.PLC由于采用现代大规模集成电路技术，具有可靠性高，抗干扰能力强等优点。高可靠性是电气控制设备的关键性能。采用严格的生产工艺制造，内部电路采取了先进的抗干扰技术，具有很高的可靠性。使用PLC构成控制系统，和同等规模的继电接触器系统相比，电气接线及开关接点已减少到数百甚至数千分之一，故障也就大大降低。此外，PLC带有硬件故障自我检测功能，出现故障时可及时发出警报信息。在应用软件中，应用者还可以编入外围器件的故障自诊断程序，使系统中除PLC以外的电路及设备也获得故障自诊断保护。这样，整个系统将极高的可靠性。PLC发展到今天，已经形成了各种规模的系列化产品，可以用于各种规模的工业控制场合。除了逻辑处理功能以外，PLC大多具有完善的数据运算能力，可用于各种数字控制领域。多种多样的功能单元大量涌现，使PLC渗透到了位置控制、温度控制、CNC等各种工业控制中。加上PLC通信能力的增强及人机界面技术的发展，使用PLC组成各种控制系统变得非常容易。易学易用，深受工程技术人员欢迎PLC是面向工矿企业的工控设备。它接口容易，编程语言易于为工程技术人员接受。梯形图语言的图形符号与表达方式和继电器电路图相当接近，为不熟悉电子电路、不懂计算机原理和汇编语言的人从事工业控制打开了方便之门。系统的设计，工作量小，维护方便，容易改造。PLC用存储逻辑代替接线逻辑，大大减少了控制设备外部的接线，使控制系统设计及建造的周期大为缩短，同时日常维护也变得容易起来，更重要的是使同一设备经过改变程序而改变生产过程成为可能。这特别适合多品种、小批量的生产场合。2.2.1 PLC有以下主要特点 结构灵活，不受环境的限制，有电即可组建网络，同时可以灵活扩展接入端口数量，使资源保持较高的利用率，在移动性方面可与WLAN媲美。 传输质量高、速度快、带宽稳定，可以很平顺的在线观赏DVD影片，它所提供的14Mbps带宽可以为很多应用平台提供保证。最新的电力线标准HomePlug AV传输速度已经达到了200Mbps；为了确保QoS，HomePlug AV采用了时分多路访问（TDMA）与带有冲突检测机能的载体侦听多路访问（CSMA）协议，两者结合，能够很好地传输流媒体。 范围广，无所不在的电力线网络也是这种技术的优势。虽然无线网络可以做到不破墙，但对于高层建筑来说，其必需布设N多个AP才能满足需求，而且同样不能避面信号盲区的存在。而电力线是最基础的网络，它的规模之大，是其他任何网络无法比拟的。由此，运营商就可以轻松地把这种网络接入服务渗透到每一处有电力线的地方。这一技术一旦全面进入商业化阶段，将给互联网普及带来极大的发展空间。终端用户只需要插上电力猫，就可以实现因特网接入，电视频道接收节目，打电话或者是可视电话。 低成本。充分利用现有的低压配电网络基础设施，无需任何布线，节约了资源。无需挖沟和穿墙打洞，避免了对建筑物、公用设施、家庭装潢的破坏，同时也节省了人力。相对传统的组网技术，PLC成本更低，工期短，可扩展性和可管理性更强。目前国内已开通电力宽带上网的地方，其包月使用费用一般为50-80元/月左右，这样的价格和很多地方的ADSL包月相持平。 适用面广。PLC作为利用电力线组网的一种接入技术，提供宽带网络“最后一公里”的解决方案，广泛适用于居民小区，酒店，办公区，监控安防等领域。它是利用电力线作为通信载体，使得PLC具有极大的便捷性，只要在房间任何有电源插座的地方，不用拨号，就立即可享受4.545Mbps的高速网络接入，来浏览网页拨打电话，和观看在线电影，从而实现集数据、语音、视频，以及电力于一体的“四网合一”。PLC 还有一种说法是:产品生命周期（product life cycle）观念，简称PLC，是把一个产品的销售历史比作象人的生命周期一样，要经历出生、成长、成熟、老化、死亡等阶段。就产品而言，也就是要经历一个开发、引进、成长、成熟、衰退的阶段。1、产品开发期：从开发产品的设想到产品制造成功的时期。此期间该产品销售额为零，公司投资不断增加。 2、引进期：新产品新上市，销售缓慢。由于引进产品的费用太高，初期通常利润偏低或为负数，但此时没有或只有极少的竞争者。 3、成长期：产品经过一段时间已有相当知名度，销售快速增长，利润也显著增加。4、成熟期：此时市场成长趋势减缓或饱和，产品已被大多数潜在购买者所接受，利润在达到顶点后逐渐走下坡路。此时市场竞争激烈，公司为保持产品地位需投入大量的营销费用。 5、衰退期：这期间产品销售量显著衰退，利润也大幅度滑落。优胜劣汰，市场竞争者也越来越少。设计任务书1、喷泉控制流程图第二部分一、 喷泉控制中元器件的选择：1.1、按钮的选用（型号）：LA18,LA19,L220,LAY3,LAY4,LAY5; 文字符号分别为：SB1,SB2,SB3,SB4,SB5,SB6; 作用为：启动，停止，手动甲组，手动乙组，手动丙组，手动丁组 电流为5A，电压为220V 转换开关选用：HZ5 文字符号：HK 作用：实现手动、单周期、连续的转换1.2、喷泉喷头选用数量：5个（命名：A、B、C、D、E）型号：DN15规格：4分材质：黄铜安装型式：内螺纹介质：水工作温度：常温适用范围：公园，水池，庭院特点：即可摆动又可旋转1.3、喷泉循环闪灯型号：类型：LED节能灯 外形尺寸：30.5X30.5X3.2（cm） 颜色：红、绿、黄、蓝 数量：共20盏（每个喷头四盏灯） 特点：专门适用于喷泉设备上2.1 PLC选型 在满足控制要求的前提下，选型时应选择最佳的性价比。2.1.1. I/O点数的估算；PLC规模的大小是用输入输出（I/O）点数来衡量的，也就是选择合适I/O点数的PLC。因此在选用PLC时，首先应对与PLC相连的全部输入，输出装置进行统计，并区分输出的性质及所需电压，电流的大小和种类。确定全部的I/O点数，再加上10%15%的备用量，用来输出的扩展。这样就可以计算出系统需要的总I/O点数，作为输入输出点数估算数据。本次喷泉系统设计共有输入输出点51个，全部为开关量，其中输入点9个，输出点26个。2.1.2存储容量的估算；内存器容量是可编程序控制器本身能提供的硬件存储单元大小，程序容量是存储器中用户应用项目使用的存储单元的大小，因此程序容量小于存储器容量。一般用户程序区的内存容量与开关量I/O点数以及用户程序的编写质量等有关。设计阶段，由于用户应用程序还未编制，因此，程序容量在设计阶段是未知的，需在程序调试之后才知道。为了设计选型时能对程序容量有一定估算，通常采用存储器容量的估算来替代。估算时，可用经验公式：总存储字数开关量I/O点数*（150200）计算后还可以考虑10%25%的存储余量。由于科技的飞速发展PLC的内存的大小足够我们设计的喷泉使用，所以可以不考虑在内 2.1.3.控制功能的选择 简单PLC的运算功能包括逻辑运算、计时和计数功能；普通PLC的运算功能还包括数据移位、比较等运算功能；较复杂运算功能有代数运算、数据传送等；大型PLC中还有模拟量的PID运算和其他高级运算功能。2.1.4.机型的选择(1)PLC的类型 PLC按结构分为整体型和模块型两类，按应用环境分为现场安装和控制室安装两类；按CPU字长分为1位、4位、8位、16位、32位、64位等。从应用角度出发，通常可按控制功能或输入输出点数选型。整体型PLC的I/O点数固定，因此用户选择的余地较小，用于小型控制系统；模块型PLC提供多种I/O卡件或插卡，因此用户可较合理地选择和配置控制系统的I/O点数，功能扩展方便灵活，一般用于大中型控制系统。(2)输入输出模块的选择 输入输出模块的选择应考虑与应用要求的统一。例如对输入模块，应考虑信号电平、信号传输距离、信号隔离、信号供电方式等应用要求。对输出模块，应考虑选用的输出模块类型，通常继电器输出模块具有价格低、使用电压范围广、寿命短、响应时间较长等特点；2.1.5.经济性的考虑 选择PLC时，应考虑性能价格比。考虑经济性时，应同时考虑应用的可扩展性、可操作性、投入产出比等因素，进行比较和兼顾，最终选出较满意的产品。输入输出点数对价格有直接影响，所以应该选择合适点数的PLC。2.1.6.PLC类型的选型根据上述条件我们将选择西门子 S7-200 系列PLC。其主要特点是：指令丰富、内置集成功能、模块扩展功能；具有实时通讯特性；可靠性高适应性强、性价比高等特点。西门子 S7-200 是模块化PLC，它是由CPU模块、扩展弄、模块和总线连接电缆构成。（1）CPU模块；CPU模块包括CPU、电源、和I/O点3部分。该模块本身自带一定I/O点，由于需要的输出点比较多，所以还需要扩展模块进行I/O点扩展。（2）扩展模块；由于CPU模块本身的I/O点有限，所以需要用到I/O点扩展模块。我们选用EM222型扩展模块。二、喷泉控制方案论证及控制过程1、控制过程：1、 连续：（1）把转换开关打到连续档（I0.4），按下启动按钮（I0.0），（2）喷头A、B、E开始喷水并旋转，同时A、B、E每个喷头所连带的红、绿、黄、蓝四个彩灯间隔为0.1s循环发光。（3）10s后喷头A、D、C开始喷水并摆动，同时A、D、C每个喷头所连带的四个彩灯间隔为0.1s循环发光。（4）15s后，喷头B、D、E开始喷水并旋转，每个喷头的四个彩灯循环发光。（5）20s后，喷头A、C、B开始喷水并摆动，每个喷头的四个彩灯循环发光。（6）工作9s后，延时2s，计数器C1加1，当计数器计到20次后，终止循环，并发出声光间断报警，直至按下停止按钮终止报警。若计数器没有计到20次，跳到（2）继续循环。2、 单周期：把转换开关打到单周期档（I0.3），按下启动按钮（I0.0），接着执行连续的（2）（5）；停止工作。3、 手动：把转换开关打到手动档（I0.2），按住按钮（I0.5），第一组工作，即喷头A、B、E喷水并旋转，四个彩灯间隔0.1s循环发光。按住按钮I0.6，喷头A、D、C开始喷水并摆动，同时A、D、C每个喷头所连带的四个彩灯间隔为0.1s循环发光。按住按钮I0.7，喷头B、D、E开始喷水并旋转，每个喷头的四个彩灯循环发光。按住按钮I1.0，喷头A、C、B开始喷水并摆动，每个喷头的四个彩灯循环发光。2、喷泉控制PLC的I/O分配及作用输入输出地址作用地址作用I0.0启动 （SB1）Q0.0A、B、E喷水(KM1)I0.1停止 (SB2)Q0.1A、B、E旋转(KM2)I0.2手动 (HK)Q0.2A、B、E红灯亮(1HD)I0.3单周期(HK)Q0.3A、B、E绿灯亮(2HD)I0.4连续 (HK)Q0.4A、B、E黄灯亮(3HD)I0.5手动A、B、E同时旋转并喷水(SB3)Q0.5A、B、E蓝灯亮(4HD)I0.6手动A、D、C同时摆动并喷水(SB4)Q0.6A、D、C喷水(KM3)I0.7手动B、D、E同时旋转并喷水(SB5)Q0.7A、D、C摆动(KM4)I1.0手动A、C、B同时摆动并喷水(SB6)Q1.0A、D、C红灯亮(5HD)Q1.1A、D、C绿灯亮(6HD)Q1.2A、D、C黄灯亮(7HD)Q1.3A、D、C蓝灯亮(8HD)Q1.4B、D、E喷水(KM3)Q1.5B、D、E旋转(KM4)Q1.6B、D、E红灯亮(9HD)Q1.7B、D、E绿灯亮(10HD)Q2.0B、D、E黄灯亮(11HD)Q2.1B、D、E蓝灯亮(12HD)Q2.2A、C、B喷水(KM5)Q2.3A、C、B摆动(KM6)Q2.4A、C、B红灯亮(13HD)Q2.5A、C、B绿灯亮(14HD)Q2.6A、C、B黄灯亮(15HD)Q2.7A、C、B蓝灯亮(16HD)Q3.0声报警(FM)Q3.1光报警(17HD)3、端子接线图4、喷泉控制顺序功能图5、梯形图控制程序编程6指令表30LD I0.3O I0.4EU= M2.0LD I0.0A I0.4O M2.1AN I0.1= M2.1LD SM0.1O M2.0LD I0.3O I0.4ALDLD M0.6AN M2.1O M0.0OLDAN M0.1= M0.0 LD M0.6A M2.1AN C1LD M0.0A I0.0OLDO M0.1AN M0.2= M0.1= Q0.0= Q0.1AN I0.2TON T37, 100LD M0.1LPSAN Q0.3AN Q0.4AN Q0.5= Q0.2TON T50, 1LRDLD T50O Q0.3AN Q0.4ALD= Q0.3TON T51, 1LRDLD T51O Q0.4AN Q0.5ALD= Q0.4TON T52, 1LPPLD T52O Q0.5AN T53ALD= Q0.5TON T53, 1 LD M0.1A T37O M0.2AN M0.3= M0.2= Q0.6= Q0.7AN I0.2TON T38, 150 LD M0.2LPSAN Q1.1AN Q1.2AN Q1.3= Q1.0TON T54, 1LRDLD T54O Q1.1AN Q1.2ALD= Q1.1TON T55, 1LRDLD T55O Q1.2AN Q1.3ALD= Q1.2TON T56, 1LPPLD T56O Q1.3AN T57ALD= Q1.3TON T57, 1 LD M0.2A T38O M0.3AN M0.4= M0.3= Q1.4= Q1.5AN I0.2TON T39, 200 LD M0.3LPSAN Q1.7AN Q2.0AN Q2.1= Q1.6TON T58, 1LRDLD T58O Q1.7AN Q2.0ALD= Q1.7TON T59, 1LRDLD T59O Q2.0AN Q2.1ALD= Q2.0TON T60, 1LPPLD T60O Q2.1AN T61ALD= Q2.1TON T61, 1 LD M0.3A T39O M0.4AN M0.5= M0.4= Q2.2= Q2.3AN I0.2TON T40, 90 LD M0.4LPSAN Q2.5AN Q2.6AN Q2.7= Q2.4TON T62, 1LRDLD T62O Q2.5AN Q2.6ALD= Q2.5TON T63, 1LRDLD T63O Q2.6AN Q2.7ALD= Q2.6TON T101, 1LPPLD T101O Q2.7AN T102ALD= Q2.7TON T102, 1 LD M0.4A T40O M0.5AN M0.6= M0.5TON T41, 20LD M0.5A T41O M0.6AN M0.0AN M0.1AN M0.7= M0.6 LD M0.6A C1A M2.1O M0.7AN I0.1= M0.7A SM0.5= Q3.0= Q3.1 LD M0.6LD M0.0CTU C1, 20LD I0.5= Q0.0= Q0.1= M0.1LD I0.6= Q0.6= Q0.7= M0.2 LD I0.7= Q1.4= Q1.5= M0.3 LD I1.0= Q2.2= Q2.3= M0.4END总 结和学别的学科一样，在学完PLC理论课程后我们做了课程设计，此次设计以分组的方式进行，每组有一个题目。我们做的是喷泉控制系统。由于平时大家都是学理论，没有过实际开发设计的经验，拿到的时候都不知道怎么做。但通过各方面的查资料并学习。我们基本学会了PLC设计的步聚和基本方法分组工作的方式给了我与同学合作的机会，提高了与人合作的意识与能力。 通过这次设计实践。我学会了PLC的基本编程方法，对PLC的工作原理和使用方法也