喷泉的PLC控制设计-毕业设计

喷泉设计1 21.1课题研究背景 21.2课程设计的内容 31.3课题设计的目的和意义 3第二章系统控制方案的确定 42.1花式喷泉的概述 42.2系统设计的基本步骤 52.4花式喷泉控制系统的原理图 5 63.1可编程控制器(PLC)的选择 6 6 63.2变频器的选型 83.3水泵的选型 9 4.2SWOPC-FXGP/WIN-C编程软件的操作方法 4.4流程图 4.5梯形图 喷泉设计2第一章绪论花式喷泉运行的灵活性是评价花式喷泉优劣的关键，而这与花式喷泉的控1969年美国数字设备公司(dec)研制书上世间第一台可编程控制器，并成功地应用在美国(gm)的生产线上。但当时只能进行逻辑运算，故称为可编程逻辑控制器，简称plc(programmablclogicc1985年国际电子委员会(iec)对plc的定义如下：Plc是自动控制技术，计算机技术和通讯技术于一体的一种新型工业控制装简称plc。它在集成电路、计算机技术的基础上发展起来的一种新型工业控制设31.2课程设计的内容本设计将在以下几个方面对花式喷泉的控制系统进行研究和论证。(1)花式喷泉类型的选择。综合花式喷泉的类别和各类的特点和要求，在本课题中主要研究能有三种喷水花样可供选择；能够控制每环喷水管喷水的高度；喷水时要有灯光显示；可以根据不同的季节、不同的场合可改变喷泉水的花样。将各种水型及灯光，按照预先设定的排列组合进行控制程序的设计，通过计算机运行程序发出控制信号，使水型及灯光有各种各样的变化。(2)花式喷泉硬件系统的设计。本课题设计的花式喷泉要求运行速度准确度高，在花式喷泉的格层检测系统中选用在工业自动控制上大量运用的具有检测精度高、寿命长、稳定性能好的接近传感器，运用感应器的开关量信号输入给plc来实现控制。由于本课题目具体需求在硬件系统的设计过程中主要考虑了花式喷泉的经济实用、稳定、灵活、美观的需要。(3)花式喷泉控制系统软件的设计。在本设计中选用了目前运用最多的plc编程语言梯形图，梯形图的编程能直观明了的设计花式喷泉控制的要求，梯形图的编写运用swopc-fxgp/win-c编程软件，此软件支持全部的三菱fx系列的plc,并且具有强大的诊断功能，能更快的查找出故障的原因，从而大大缩短了维修时间。1.3课题设计的目的和意义随着我国经济的高速发展，微电子技术，计算机技术和自动控制技术也得到了迅速发展，交流变频调速技术已经进入个崭新的时代，其应用越来越广。而随着我国城市化进程的加快和人口大量集聚，环境越来越重要，好的环境能使心身愉快，做事效率提高。其中喷泉可以湿润周围空气，减少尘埃，降低气温。喷泉的细小水珠同空气分子撞击，能产生大量的负氧离子，有益于改善社区面貌和增喷泉设计4第二章系统控制方案的确定喷泉是一种将水或其他液体经过一定压力通过喷头洒出来具有一定形状的物的大小及水压等的变化，喷泉或高或低、或珠或雾，精彩纷呈。可分为以下7(1)普通喷泉：只有简单的几种固定水型及灯光，随着电源的开闭而控制喷泉(2)程控喷泉：将各种水型及灯光，按照预先设定的排列组合进行控制程序的(3)音乐喷泉：在程序控制喷泉的基础上加入了音乐控制系统，计算机通过对音频及MIDI信号的识别，进行译码和编码，最终将信号输出到控制系统，使喷(4)水幕激光喷泉：将激光器发出的激光束射在水幕喷头的水幕上，激光束由(5)水珍珠喷泉：利用特殊音波将水变成球体的喷水装置和全频高速闪光灯的(6)游戏喷泉：又称感应泉，喷泉水柱根据游人的动作产生反应，而且这种应(7)跳跳喷泉：又名光亮泉。是一种高科技水景艺术，水形似根根晶莹透彻地2.2采用PLC控制花式喷泉的优点(1)控制方式上看：PLC软接线，只需改变控制程序就可轻易改变逻辑或增加喷泉设计5(4)定时、计数看：PLC时钟脉冲由晶振产生，精度高，定时范围宽，有记忆2.2系统设计的基本步骤(1)深入了解和分析花式喷泉的工艺条件和控制要求。(2)确定I/0设备。根据花式喷泉控制系统的功能要求，确定系统所需的输入、输出设备。常用的输入设备有按钮、选择开关等，常用的输出设备有指示灯等。(3)根据I/0点数选择合适的PLC类型。(4)分配I/0点，分配PLC的输入输出点，编制出输入输出分配表或输入输出端子的接线图。(5)设计花式喷泉系统的梯形图程序，根据工作要求设计出周密完整的梯形图(6)程序，这是整个花式喷泉系统设计的核心工作。(7)将程序输入PLC进行软件测试，查找错误，使系统程序更加完善。2.4花式喷泉控制系统的原理图在喷泉中，通过按钮开关信号来控制PLC:因为有4层喷水，因此用了1个变频器控制4个水泵。花式喷泉控制系统的原理如图2-2所示：并关信号冰录冰录电源喷泉设计6第三章系统硬件设计PLC有丰富的指令系统，有各种各样的I/O接口、通信接口，有大容量的5.中断处理(可以实现各种内部中断)功能；在PLC系统设计时，首先应确定控制方案，下一步工作就是PLC工程设PLC的功能、外部设备特性等，最后选择有较高性能价格比的PLC和设计相应喷泉设计7(1)输入输出(I/O)点数的估算10%~20%的可扩展余量后，作为输入输出点数估算数据。(2)存储器容量的估算存储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(3)控制功能的选择该选择包括运算功能、控制功能、通信功能、编程功能、诊断功能和处理PLC主要用于顺序逻辑控制，因此，大多数场合常采用单回路或多回路控能，提高PLC的处理速度和节省存储器容量。的程序或数据发送到主机，下一扫描周期，主机就根据新收到的程序运三种图形化语言和语句表(il)、结构体文(ST)两种文本语言。选用的编程语喷泉设计8PLC的诊断功能包括硬件和软件的诊断。硬件诊断通过硬件的逻辑判断确定硬件的故障位置，软件诊断分内诊断和外诊断。通过软件对PLC内部的性能和功能进行诊断是内诊断，通过软件对PLC的CPU与外币输入输出等部件信息交换功能进行诊断是外诊断。PLC的诊断功能的强弱，直接影响对操作和维护人员技术能力的要求，并4.机型的选择通过对输入/输出点的选择、对存储量的选择?对/O响应时间的选择输出该控制系统选用三菱公司FXON系列的PLC。它体积小，重量轻，使用寿命长，编程和维护方便，故障率低，通过扩展模块的链接，可以增加输入/输出3.2变频器的选型变频调速技术是针对固定工频而采取的高效节能措施，工频(50Hz)是发电的最佳频率，但它并非是所有用电设备的最佳工作频率，因而导致许多设备长期处于低频率、低功率引述运行状态。占全国耗电2/3的交流电动机目前大多数还在工频、恒速下运动，运行效率只有60%左右。为了提高效率，所以在本设计中用到变频器。变频器是利用电力半导体器件的通断作用将工频电源变换为另一频率的电能控制装置。我们现在使用的变频器主要采用交——直——交方式(VVVF变频或矢量控制变频),先把贡品交流电源通过整流器转换成直流电源，然后再把直流电源转换成频率、电压均可控制的交流电源以供给电动机。整流部分为三桥式不可控整流器，逆变比分为IGBT三相桥式逆变器，且输出为PWM波形，中间直流环节为滤波、直流储能和缓冲无功功率。变频器选型时要确定以下几点：(1)采用变频的目的：恒压控制或恒流控制等。(2)变频器的负载类型；如叶片泵或容积泵等，特别注意负载的性能曲线，性能喷泉设计9(3)变频器与负载的匹配问题：I.在使用变频器驱动告诉电机时，由于高速电机的电抗小，高次谐波增加Ⅱ.变频器如果要长电缆运行时，此时要采取措施抑制长电缆对地耦合电容本设计是通过变频器苏调技术来控制每环喷水的高度。我选用的是FR-S520(E)系列变频调速器。其实物图如图3-1示。图3-1FR-S520(S)E系列变频调速器的实物图3.3水泵的选型喷泉设计择的水泵既要体积小、重量轻、造价便宜，又要具有良好的特性和较高的效率。3.3.1水泵的参数及性能(1)水泵的主要参数泵的流量市直单位时间所排出的液体的数量。通常泵的流量用体积计算，以Q表示，单位为米3/时(m3/h)、米3/秒(m3/s)、升/秒(1/s),也可用重量计，以G表示，单位为吨/时(t/h)、吨/秒(t/S)、千克/秒(kg/s)。G=r*Qr-液体的重量(千克/米3)因水的重量近似1000千克/米3,故1升/秒=3.6米3/时=3.6吨/时2.扬程(H)泵的扬程是指单位重量的液体通过泵所增加的泵的总扬程由吸水扬程两部分组成，因此喷泉设计但由于水流经过管路时受到各种阻力而减少了泵的吸水扬程和出水扬程，因此吸水扬程=实际吸水扬程+吸水损失扬程出水扬程=实际出水扬程+出水损失扬程损失扬程=吸水损失扬程+出水损失扬程与管路上的水管和附近种类(低阀、闸阀、逆止阀、直管、弯管)、数量、水管允许吸上真空高度是指真空表读数吸水扬程，也就是泵的吸水扬程(简称泵的吸程),包括实际吸水扬程和吸水损失扬程之和。以Hs表示，单位为米(m)。程小于允许吸上真空高度值，否则安装过高，就吸2.转速(n)转速是指泵叶轮每分钟的转数，以n表示，单位为转/分(r/min)。每台泵3.比转数(ns)在前述水泵型号中，有些型号的组成部分有比转数这个参数。比转数与转速是两个概念，水泵的比转数，简称比速，通常用符号为ns。水泵的比转数是分都几乎相似而在消耗功率为0.735千瓦、扬程为1米、流量为0.075立方米/ 4.功率功率是指机组在单位时间内作功的大小。水泵功率可分为有效功率、轴功(1)有效功率它是出丢水泵内部损失功率后，纯用于羊水所消耗的功率，因此又称为净功率、输出功率或水马力。常用符号为N效，单位为千瓦(或马力)。有效功率流量(千克/秒)×总扬程(米)有效功率率(干瓦)(2)轴功率它是动力机传给水泵轴上的功率，因此称为轴功率或输入功率。要包括泵(3)配套功率它比轴功率大。这是因为动力机把动力传递给水泵的过程中，有传动损失；同时动力安全系数×(千克/秒)×扬程(米)配套功率(千瓦):二102×水泵效率×传动效率 动力安全系数(或称备用系数)可根据水泵轴功率大小确定，轴功率小时取大值。传动交率要根据传动类型和传动方式确定。采用联轴器直接传动时，取0.99。采用皮带传动时，开口式传动取0.98,交叉传动取0.9,半交叉取0.92～0.94;三效率是指有效功率与轴功率的比值，因此他是反映泵对动力所给予的功率利用程度的技术经济指标。常用符号为n,其大小用百分数来表示。可用下式表有效效率水泉效率=——————×100%轴功率由于有效功率小与轴功率，因此水泵效率永远小于1。但水泵效率值越大说明有效功率越大，泵内损失功率越小。我们选择水泵时，应尽量选择效率高的水泵铭牌上的效率是指水泵可能达到的最高效率，一般农用水泵的最高效率为60%~80%,有些大型水泵超过了80%。3.3.2选择步骤(1)列出基本数据：1.介质的特性：介质名称、比重、粘度、腐蚀性、毒性等。2.介质中所含固体和颗粒、含量多少。3.所需要的流量，一般工业用泵在工艺流程中可以忽略管道系统中的泄漏量，5.压力，吸水池压力，排水池压力，管道系统中的压力降。(2)确定流量扬程和流量1.如果生产工艺中已给出最小、正常、最大流量，应按最大流量考虑。2.如果生产工艺中只给出正常流量，应考虑留有一定的余量。3.如果基本数据值只给重量流量，应换算成体积流量。由于喷泉的水泵必须满足大功率快速精确启停，我选用品牌为DESHB(德士比)的QYP100-4.5-2.2喷泉泵。其实物图见其3-2所示：图3-2QYP喷泉泵的实物图第四章系统软件设计4.1PLC梯形图概述梯形图时使用的最多的图形编程语言，被称为PLC的第一编程语言。梯形图与电器控制系统的电路图很相似，具有直观易懂的优点，很容易被工厂电气人员掌握，特别适用于开关量逻辑控制。梯