两部抽水机控制程序设计与仿真

1、 15/17 摘 要随着科学技术的快速发展，生产过程中的电气自动化水平在不断的提高，高性能、高效率的工作状态充分体现了现代工业的特点。抽水机控制在工业生产和农业生产中扮演着重要的角色，两部抽水机的运用能够极大的减少资源的浪费，并能解放劳动力，从而使生产效率得以提高。首先分析了抽水机程序设计的要求，统计了I/O点共有14个，分配输入输出点，选用三菱FX2N-MR型号的PLC，依据要求进行编程，用GX和GT仿真软件进行调试，并进行了仿真，仿真结果符合设计要求，通过仿真结果可知，完成了设计任务要求，并满足设计要求。关键词：抽水机；可编程控制器；设计目 录TOC o 1-3 h u HYPERLINK

2、 l _Toc11239 1 绪论 PAGEREF _Toc11239 1 HYPERLINK l _Toc6059 1.1 抽水机的背景与意义 PAGEREF _Toc6059 1 HYPERLINK l _Toc17476 1.2 抽水机的发展现状 PAGEREF _Toc17476 1 HYPERLINK l _Toc24445 1.3 设计主要内容 PAGEREF _Toc24445 1 HYPERLINK l _Toc6329 2 抽水机的PLC控制系统硬件设计 PAGEREF _Toc6329 3 HYPERLINK l _Toc17021 2.1 抽水机控制的要求 PAGEREF

3、 _Toc17021 3 HYPERLINK l _Toc8761 2.2 I/O点的统计 PAGEREF _Toc8761 4 HYPERLINK l _Toc5026 2.3 PLC选型及参数介绍 PAGEREF _Toc5026 4 HYPERLINK l _Toc22142 2.4 I/O点分配与PLC外接线图 PAGEREF _Toc22142 4 HYPERLINK l _Toc11729 2.4.1 抽水机的I/O点分配 PAGEREF _Toc11729 4 HYPERLINK l _Toc22669 2.4.2 抽水机的PLC外接线图 PAGEREF _Toc22669 5

4、HYPERLINK l _Toc21743 3 抽水机控制系统程序分析 PAGEREF _Toc21743 6 HYPERLINK l _Toc32251 3.1 常用的编程方法介绍 PAGEREF _Toc32251 6 HYPERLINK l _Toc11374 3.2 抽水机控制系统程序设计 PAGEREF _Toc11374 6 HYPERLINK l _Toc22467 3.2.1 抽水机控制系统编程方法 PAGEREF _Toc22467 6 HYPERLINK l _Toc22377 3.2.2 抽水机PLC控制系统梯形图设计 PAGEREF _Toc22377 7 HYPERL

5、INK l _Toc8820 4 程序仿真 PAGEREF _Toc8820 9 HYPERLINK l _Toc13969 4.1 仿真软件简介 PAGEREF _Toc13969 9 HYPERLINK l _Toc24813 4.2 仿真过程及其仿真结果分析 PAGEREF _Toc24813 9 HYPERLINK l _Toc6768 4.2.1 仿真过程 PAGEREF _Toc6768 9 HYPERLINK l _Toc15892 4.2.2 仿真结果分析 PAGEREF _Toc15892 10 HYPERLINK l _Toc13517 结束语 PAGEREF _Toc13

6、517 13 HYPERLINK l _Toc29991 参考文献 PAGEREF _Toc29991 14 HYPERLINK l _Toc10810 致谢 PAGEREF _Toc10810 151 绪论1.1 抽水机的背景与意义随着科技的快速发展，电气控制技术在生活中的运用也越来越广泛，以微型处理器为核心的可编程控制技术控制正在逐步取代继电器，可编程控制技术防范运用于矿场，农业灌溉等各行业。常见的抽水机有活塞式、离心式和轴流式。活塞式抽水机时利用大气压力进行工作，离心式抽水机是利用叶轮转动，带动水获得离心力，并将水提升到高处，但是由于离心泵有一定的高度，所以还是会受到大气压的影响，轴流式

7、抽水机时利用旋转的叶片将水推向到水泵轴后方，轴流式水泵流量大，但是提升高度并不大。抽水机通过运用可编程控制技术可以实现自动检测、自动控制等功能，具有操作灵活、方便等特点。1.2 抽水机的发展现状在科技高度发达的时代，节能减排现已经成为中国经济开展规划大纲的首要内容之一，特别时对于电力、钢铁、有色、石油化工、水处置等工业范畴高耗能退出了愈加眼里的减排方针。抽水机作为工业中心液体运送设备占有着耗能的大部分，现已成为节能作业首要需要处理的问题。工业生产的排水系统现在大多都是采用人工控制，而采用人工控制就意味工人生产效率低、能耗大，工作量大、电机启动时间长等诸多问题。目前，大多数工业生产以及农业生产都

8、还是采用老旧的人工控制方法，极大的降低了工人们的生产效率，增加了资源的浪费，而且增加了发生安全事故的概率。1.3 设计主要内容 设计中主要分析了抽水机程序设计的要求、分配输入输出点，选用三菱FX2N-MR型号的PLC，根据要求进行编程，然后用GX和GT仿真软件进行调试，并进行仿真，结果显示仿真结果符合设计要求，通过仿真结果可知，完成了设计任务的要求。 说明书主要分为4章，第1章绪论主要介绍了抽水机的背景及意义、发展现状和设计两部抽水机的主要内容，第2章抽水机PLC控制系统硬件设计主要介绍了抽水机进行控制所需的要求、抽水机系统的I/O分配表、抽水机系统I/O点的分配及PLC外接接线图以及PLC的

9、选型以及参数介绍，第3章抽水机系统程序设计主要介绍了常用编程方法以及抽水机控制系统的程序设计，第4章主要介绍了抽水机系统的程序仿真、仿真软件的介绍以及仿真过程和仿真结果分析。2 抽水机的PLC控制系统硬件设计2.1 抽水机控制的要求根据设计要求，启动PLC时，电源指示灯PL5亮。按住按钮PB2Hvf，PL1灯亮，同时电机MC1开始运转，1号抽水机开始正常工作。松开按钮PB2时，MC1停止，PL1灯灭，1号电机机停止工作。再次按下按钮PB2时，PL2灯亮，电机MC2运转，松开按钮PB2时，MC2电机停止，PL2灯灭。若电机运转温度过高时，则对应的热继电器启动，同时与之相对应的指示灯也会亮起。当1

10、号抽水机的继电器HR1启动时，PL3灯亮，MC1停止工作，PL1灭，同时蜂鸣器BZ连续响10秒，MC2开始工作，PL2灯亮。此时，每按一次PB2，MC2工作一次、停止一次，PL2亮灭一次，BZ不再响起。同理，2号抽水机的继电器HR2运行时，MC2停止工作，灯PL2灭，PL4亮，蜂鸣器BZ报警10秒后，1号抽水机工作，若HR1、HR2同时运转，则MC1、MC2都停止，灯PL1、PL2灭，PL3、PL4亮，蜂鸣器持续报警，按下按钮PB3，BZ停止。两部抽水机运行过程如图1所示，当继电器都不运转时，运行顺序为MC1启动停止MC2启动停止MC1启动依次循环，此时抽水机的工作状态为系统正常运行状态。假设

11、MC1运行一段时间之后电机发生过热的情况，则此时的过程为MC1启动HR1运行MC2启动停止MC2启动停止此时的这种情况为电机单机运转，HR2启动过程相同，最终由MC1单机运转。当HR1、HR2同时运转时，此时系统发生故障，报警器报警，系统也因此停止运转，即如图1的第三种情况所示，此时应对继电器进行复位操作，使系统回到正常工作状态，再次按下启动按钮时，系统恢复为第一种工作状态。图1 控制过程示意图2.2 I/O点的统计 由设计任务书要求分析可知系统的输入点分为电源启动按钮、启动停止工作按钮、关断按钮。系统的输出点分为抽水机输出点和指示灯输出点，具体有电源指示灯、抽水机指示灯、报警指示灯等。共有6

12、个输入点，8个输出点。具体输入输出点统计详如表1所示。表1 I/O点统计输入信号个数输出信号个数电源启动按钮FB11抽水机MC11停止工作按钮FB21抽水机MC21启动工作按钮FB21MC1抽水机指示灯PL11控制蜂鸣器按钮PB31MC2抽水机指示灯PL21抽水机热继电器FR11MC1抽水机报警指示灯PL31抽水机热继电器FR21MC2抽水机报警指示灯PL41电源指示灯PL51蜂鸣器BZ12.3 PLC选型及参数介绍 为了满足设计要求、工艺原理和生产控制的要求，一般可以从以下两个方面选择：I/O点数估计：作为PLC的一项重要指标，选择合理的I/O点数不仅可以使系统满足控制要求，还可以使系统的总

13、投资降到最低。一般情况下，一个输入输出元件要占用一个输入输出点。随着社会的发展和工艺的提高，考虑到以后的扩充问题，一般估计的I/O总点数应在原有的基础上增加15%20%的备用量。 用户存储容量估算：用户所选择的程序在整个PLC的存储容量中占据多少内存与I/O点数、控制要求、运算处理量等有关。因此在程序设计之前，我们只能粗略的估算所需要的存储容量，从而选择合适的PLC。综上所述，根据设计所使用的I/O点数统计可知，抽水机的设计共需要输入点6个，输出点8个。所以选用三菱FX2N-32MR-001继电器型PLC作为两部抽水机的控制器。FX2N-32MR-001继电器是三菱公司中FX2N系列中的其中一

14、种，其中32表示I/O总点数，M表示基本单元，R表示输出形式。总共拥有32个输入输出点，其中拥有16个输入点和16个输出点，供电电压为220V，具有固定又灵活的系统配置、编程简单、易学易用、性能高、用途广泛、控制能力强等特点。2.4 I/O点分配与PLC外接线图2.4.1 抽水机的I/O点分配 根据设计要求分析可得系统的输入输入点如表2所示。共有6个输入，8个输出。表2 I/O点分配表输入点输入端口输出点输出端口电源启动按钮X0电源指示灯Y0停止工作按钮X11号抽水机KM1Y1启动工作按钮X22号抽水机KM2Y2控制蜂鸣器按钮X31号抽水机指示灯Y31号抽水机热继电器X42号抽水机指示灯Y42

15、号抽水机热继电器X51号抽水机报警指示灯Y52号抽水机报警指示灯Y6蜂鸣器Y72.4.2 抽水机的PLC外接线图 根据设计要求以及表2中的I/O分配表信息绘制出PLC系统接线图，PLC系统接线图如图2所示。图2 PLC系统接线图3 抽水机控制系统程序分析3.1 常用的编程方法介绍可编程控制器在进行PLC程序编写时有经验法、解析法、图解法、技巧法和计算机辅助设计五种方法，下面对五种方法进行介绍。（1）经验法经验法是运用自己的或者借鉴别人已经成熟的实例进行设计，可以对已有相近或者类似的实例按照控制系统的要求进行修改，直至满足控制系统的要求。（2）解析法PLC的逻辑控制实际上就是逻辑问题的结合，可以

16、根据组合逻辑或者时序逻辑的理论，并运用相应的解析方法，对其进行逻辑关系的求解。然后由求解的结果或画出梯形图，或者直接编写指令。（3）图解法图解法时依照画图的方法进行PLC程序设计，常见的方法有梯形图法、时序图法和流程图法。 1）梯形图法是最基本的方法，无论经验法还是解析法，在把PLC程序等价为梯形图后就要用到梯形图法。 2）时序图法适合于时间控制结构，先把对应信号的波形画出来，再依照时序用逻辑关系去组合，就能把程序设计出来。 3）流程图法是用框图表示PLC程序的执行过程及输入条件与输出间的关系，在使用步进指令编程的情况下，使用流程图法设计是比较方便的。（4）技巧法技巧法是在经验法和解析法的基础

17、上运用一定的技巧进行编程，这样用来提高编程质量。还可以使用流程图作为工具，将巧妙的设计形式化，进而编写出所需要的程序。（5）计算机辅助设计计算机辅助设计是利用PLC通过上位链接单元与计算机实现链接，运用计算机进行编程。计算机辅助设计需要有乡音的编程软件，现有的软件主要是将梯形图转换成指令的软件。3.2 抽水机控制系统程序设计3.2.1 抽水机控制系统编程方法抽水机系统采用的方法是时序图法，抽水机的时序图如图3所示。图3 抽水机时序图3.2.2 抽水机PLC控制系统梯形图设计 设计中抽水机系统采用的是梯形图设计，具体梯形图如图4所示。图4 抽水机梯形图4 程序仿真4.1 仿真软件简介 抽水机系统

18、的仿真是在GX-develop和GX-simulator软件中进行的。GX-develop适用于三菱Q系列、QnA系列、A系列以及FX系列的PLC。GX-develop可以编写PLC梯形图程序和状态转移程序，支持在线和离线编程功能，并具有软元件注释、声明、注解及程序监视、测试、故障诊断、程序检查等功能。此外，具有PLC运行时写入程序功能，方便程序调试。GX-develop为PLC编程软件，在GX-develop软件上编好程序后，把程序写入PLC中即可实现在线监控。当GX软件没有连接实际PLC时，这时就在仿真软件GX-simulator上进行仿真调试，对所编程序进行运行监控。首先打开GX-dev

19、elop软件，输入梯形图程序进行变换之后然后点击图5中的图标即可打开仿真环境。4.2 仿真过程及其仿真结果分析4.2.1 仿真过程编写完梯形图之后点击图5中所示的图标即可进行仿真，具体仿真过程如下所示。图5 GX-simulator启动图标首先点击图5中所示的图标即进入梯形图逻辑测试启动/停止，然后进入到如图6所示页面。图6 仿真界面启动这时即进入PLC程序写入，当程序写入完成时显示如图7所示。图7 仿真写入完成 当完成以上操作时即可进行仿真结果分析。4.2.2 仿真结果分析 图8 仿真结果1如图8所示，开启电源启动按钮X000，则电源指示灯Y000亮,然后开启启动工作按钮X002，则一号抽水

20、机KM1（Y001）运转，一号抽水机指示灯Y003亮。图9 仿真结果2 如图9所示，再次按下启动按键X002，则二号抽水机KM2（Y002）运转，二号抽水机指示灯Y004亮。 图10 仿真结果3 如图10所示，一号抽水机正常工作时，按下一号抽水机继电器X004，则一号抽水机停止工作，计数器开始计时，计时10s之后，二号抽水机KM2(Y002)开始工作，二号抽水机指示灯Y004亮起。图11 仿真结果4 如图11所示，二号抽水机正常工作时，按下二号抽水机继电器X005，则二号抽水机停止工作，计数器开始计时，计时10s之后，一号抽水机KM1(Y001)开始工作，其指示灯Y003亮起。结束语通过PLC

21、两部抽水机课程设计，更加深刻理解了课本的知识，熟悉和掌握了PLC基本指令的使用，掌握了PLC的I/O分配方法，在对理论的运用中，也提高了实践能力。在电气控制技术课程设计中，虽然基本上完成了设计的要求，但是还是有些不足之处的地方，比如说抽水机的控制还不是全自动的，还是需要人工来进行控制操作，而且还不能进行排水量的测量和控制。所以以后的抽水机应该朝着全自动控制方向发展，并且无需通过人工来进行操作，能够靠着控制系统来完成各项任务。 通过两部抽水机的设计认识到了自己对许多知识掌握的并不时很熟练，许多知识只是知道理论，而不能很好的和实际结合起来，只有通过独立完成整个设计，才知道一个完整的控制系统需要考虑很多的问题。从理论到实践，可以说得是苦多于甜，但是可以学到很多很多的东西，不仅可以巩固了以前所学过的知识，而且学到了很多在书本上学不到过的知识。在今后社会的发展和学习实践过程中，一定要不懈努力，不能遇