孫連運的畢業(yè)論文

1、基于PLC系統(tǒng)控制的花樣噴泉學院：南京機電職業(yè)技術學院系部：自動化工程系專業(yè)：電氣自動化班級：電氣自動化（1）班學號：G1010104姓名：孫連運指導老師：郭夕琴 日期：2013年3月25日摘要花樣噴泉的核心是PLC，即可編程序控制器，是一種以微處理器為核心、帶有指令存儲器和輸入輸出接口、綜合了微電子技術、計算機技術、自動控制技術、通信技術的新一代工業(yè)控制裝置。它能夠存儲和執(zhí)行指令，進行位置控制、邏輯控制、順序控制、定時、計數(shù)和算術運算等操作，并通過數(shù)字式和模擬式的輸入和輸出，控制各種類型的機械或生產過程。它不僅充分發(fā)揮了計算機的優(yōu)點，以滿足各種工業(yè)生產過程自動控制的需要，同時又照顧一般電氣操

2、作人員的技術水平和習慣，采用梯形圖或狀態(tài)流程圖等編輯方式，使PLC的使用始終保持大眾化的特點。關鍵詞：PLC 花樣噴泉 工業(yè)控制 大眾化近年來我國經濟的不斷發(fā)展，物質生活水平的提高促使著人們迫切的追求更高的生活享受，于是大大小小的公園如雨后春筍般出現(xiàn)在新的城市規(guī)劃中，其中必然會修建一些噴泉供人們休閑、觀賞。這些噴泉按一定的規(guī)律改變噴水式樣，如果再與五顏六色的燈光相配合，在和諧優(yōu)雅的音樂中，更是令人心曠神怡，流連忘返。其中PLC控制的花樣噴泉更是作為佼佼者，以其簡單的操作方法和絢爛的視覺效果飽受人們的稱贊。本文講述的是如何利用PLC控制噴泉噴水方式，從而產生產生各樣的樣式。目錄第一章 噴泉的設計

3、11.1課題背景及目的21.2本次課程設計任務及要求31.3 控制方案的選擇41.4I/O分配表6第二章PLC的基本工作原理72.1 PLC的基本工作原理72.2掃描技術72.2.1輸入采樣階段72.2.2用戶程序執(zhí)行階段82.2.3輸出刷新階段8第三章 PLC硬件連接圖93.1 PLC硬件連接圖93.2控制電機的接線圖93.3順序連接圖93.4 梯形圖103.5指令表13第四章調試過程及說明15第五章 結束語18第六章 參考文獻20 附錄21第一章 噴泉的設計1.1課題背景及目的課程設計在整個教學過程中，是一個非常重要的實踐性教學環(huán)節(jié)，尤其在掌握機電傳動控制技術時，僅僅了解工作原理和控制的指

4、令系統(tǒng)是遠遠不夠的。為最大限度的滿足生產工藝和機械設備的要求，就需要結合機電傳動控制和應用技術的特點，進行初步的工程訓練。在許多休閑廣場、景區(qū)或游樂場所里,人們經常看到噴泉按一定的規(guī)律噴水,景色迷人;若在夜晚配上各種顏色的燈光顯示,則更加絢麗多彩.本次課程設計就是通過設計花樣式噴泉以機電傳動控制課程設計為載體的主要目的，是通過對噴泉簡單的自動化控制、簡單的工藝過程的調查研究，使學生明確生產工藝對電氣控制提出的各項要求。根據這些要求，進行基本的原理設計、工藝設計和操作設計，使學生在課程設計的全過程中，進一步明確設計任務中的各項要求，建立課程設計工作的整體概念，從工程環(huán)境、實現(xiàn)手段和操作方式的各個

5、環(huán)節(jié)入手來設計控制程系統(tǒng)，通過不斷的調試和完善軟硬件設計，最終能夠滿足這些要求。課程設計以培養(yǎng)工程應用能力為主，在獨立完成設計任務的同時，還要進行多方面能力的培養(yǎng)和提高，為畢業(yè)設計以及畢業(yè)后的工作能力打下良好的基礎。1.2本次課程設計任務及要求某花樣的噴泉如圖所示，4號為中間噴頭，3號為內環(huán)狀噴頭，2號為1次外環(huán)狀噴頭，1號為外環(huán)裝噴頭。（1） 按下啟動按鈕，噴泉控制裝置開始工作，按下停止按鈕，噴泉控制裝置停止工作。（2） 噴泉的工作方式由花樣選擇開關和單步、連續(xù)開關決定。（3） 當單步、連續(xù)開關在單步控制時，噴泉只能按照花樣選擇開關設置得方式運行一個循環(huán)。（4） 花樣選擇開關用于選擇噴泉得噴

6、水花樣，現(xiàn)考慮4種噴水花樣。 花樣選擇開關在位置1時，按下啟動按鈕后，4號噴頭噴水，延遲2s后，3號噴頭噴水，再延遲2s后，2號噴頭噴水，又延遲2s后，1號噴頭噴水。18s后，如果為單步工作方式，則停下來。如果為連續(xù)工作方式，則繼續(xù)循環(huán)下去。 花樣選擇開關在位置2時，按下啟動按鈕后，1號噴頭噴水，延遲2s后，2號噴頭噴水，再延遲2s后，3號噴頭噴水，又延遲2s后，4號噴頭噴水。30s后，如果為單步工作方式，則停下來。如果為連續(xù)工作方式，則繼續(xù)循環(huán)下去。 花樣選擇開關在位置3時，按下啟動按鈕后，1號、3號噴頭同時噴水，延遲3s后，2號、4號噴頭同時噴水，1號、3號噴頭停止噴水。如此交替15s后，

7、4組噴頭全噴水，30s后，如果為單步工作方式，則停下來。如果為連續(xù)工作方式，則繼續(xù)循環(huán)下去。 花樣選擇開關在位置4時，按下啟動按鈕后，按照1-2-3-4的順序，以此間隔2s噴水，然后一起噴水。30s后，按照1-2-3-4的順序，分別延遲2s依次停止噴水。再經1s延遲時，按照4-3-2-1的順序，依次間隔2s噴水，然后一起噴水。30s后停止。如果為單步工作方式，則停下來。如果為連續(xù)工作方式，則繼續(xù)循環(huán)下去。1.4 控制方案的選擇 本次課程設計的課題是花樣式噴泉，由其控制要求可知：控制過程是一個復雜，連續(xù)。靈巧的過程。在工業(yè)工程中，被選擇為控制的一般是：繼電器，PLC，單片機。由于絕大多數(shù)控制繼電

8、器都是長期磨損和疲勞工作條件下進行的，容易損壞。而且繼電器的觸點容易產生電弧，甚至會熔在一起產生誤操作，引起嚴重的后果。單片機是一種集成電路編程復雜，結構復雜等。而PLC可靠性高，抗干擾能力強，配套齊全，功能完善，適用性強，系統(tǒng)的設計、建造工作量小，維護方便，容易改造，體積小，重量輕，能耗低且易學易用，深受工程技術人員歡迎，在工業(yè)以及其他領域都得到廣泛的應用。因此，本次花樣噴泉的自動化控制也采用PLC控制。 該控制系統(tǒng)選用三菱公司FX 系列的PLC。它體積小,重量輕,使用壽命長,編程和維 護方便,故障率低,通過擴展模塊的連接, 可以增加輸入/ 輸出點數(shù).為了便于程序清晰明了，分別調用不同的四個

9、花樣，采用了子程序調用指令（CALL P），并通過SRET返回原始指令。 不同花樣的選擇采用手動選擇開關，內部通過時間繼電器和輔助繼電器實現(xiàn)自動化控制來完成各花樣內的循環(huán)動作。1.4 I/O分配表由控制要求分析可知，分配表中輸入7個，輸出4個，則其I/O分配表如下表所示 輸入 輸出 地址 元件 功能 地址 元件 功能 X0 SB1 啟動開關 Y0KM1 噴頭1X1 SA2 花樣開關位置1 Y1 KM2 噴頭2X2 SA3 花樣開關位置2 Y2KM3 噴頭3 X3 SA4 花樣開關位置3 Y3KM4 噴頭4 X4 SA5花樣開關位置4 X5 SB6 停止 X6SB7 單步/連續(xù)第二章PLC的基本

10、工作原理2.1 PLC的基本工作原理PLC采用“順序掃描，不斷循環(huán)”的工作方式1每次掃描過程，集中采集輸入信號，集中對輸出信號進行刷新。2輸入刷新過程，當輸入端口關閉時，程序在進行執(zhí)行階段時，輸入端有新狀態(tài)，新狀態(tài)不能被讀入。只有程序進行下一次掃描時，新狀態(tài)才被讀入。3一個掃描周期分為輸入采樣，程序執(zhí)行，輸出刷新。4元件映象寄存器的內容是隨著程序的執(zhí)行變化而變化的。5掃描周期的長短由三條決定。（1）CPU執(zhí)行指令的速度（2）指令本身占有的時間（3）指令條數(shù)，現(xiàn)在的PLC掃描速度都是非常快的。6由于采用集中采樣，集中輸出的方式，存在輸入/輸出滯后的現(xiàn)象，即輸入/輸出響應延遲。2.2掃描技術當PL

11、C投入運行后，其工作過程一般分為三個階段，即輸入采樣、用戶程序執(zhí)行和輸出刷新三個階段。完成上述三個階段稱作一個掃描周期。在整個運行期間，PLC的CPU以一定的掃描速度重復執(zhí)行上述三個階段。輸入采樣階段在輸入采樣階段，PLC以掃描方式依次地讀入所有輸入狀態(tài)和數(shù)據，并將它們存入I/O映象區(qū)中的相應得單元內。輸入采樣結束后，轉入用戶程序執(zhí)行和輸出刷新階段。在這兩個階段中，即使輸入狀態(tài)和數(shù)據發(fā)生變化，I/O映象區(qū)中的相應單元的狀態(tài)和數(shù)據也不會改變。因此，如果輸入是脈沖信號，則該脈沖信號的寬度必須大于一個掃描周期，才能保證在任何情況下，該輸入均能被讀入。用戶程序執(zhí)行階段在用戶程序執(zhí)行階段，PLC總是按由

12、上而下的順序依次地掃描用戶程序(梯形圖)。在掃描每一條梯形圖時，又總是先掃描梯形圖左邊的由各觸點構成的控制線路，并按先左后右、先上后下的順序對由觸點構成的控制線路進行邏輯運算，然后根據邏輯運算的結果，刷新該邏輯線圈在系統(tǒng)RAM存儲區(qū)中對應位的狀態(tài)；或者刷新該輸出線圈在I/O映象區(qū)中對應位的狀態(tài)；或者確定是否要執(zhí)行該梯形圖所規(guī)定的特殊功能指令。 即，在用戶程序執(zhí)行過程中，只有輸入點在I/O映象區(qū)內的狀態(tài)和數(shù)據不會發(fā)生變化，而其他輸出點和軟設備在I/O映象區(qū)或系統(tǒng)RAM存儲區(qū)內的狀態(tài)和數(shù)據都有可能發(fā)生變化，而且排在上面的梯形圖，其程序執(zhí)行結果會對排在下面的凡是用到這些線圈或數(shù)據的梯形圖起作用；相反

13、，排在下面的梯形圖，其被刷新的邏輯線圈的狀態(tài)或數(shù)據只能到下一個掃描周期才能對排在其上面的程序起作用。輸出刷新階段當掃描用戶程序結束后，PLC就進入輸出刷新階段。在此期間，CPU按照I/O映象區(qū)內對應的狀態(tài)和數(shù)據刷新所有的輸出鎖存電路，再經輸出電路驅動相應的外設。這時，才是PLC的真正輸出。第三章 PLC硬件連接圖 3.1 PLC硬件連接圖 課程設計的要求，采用三菱FX2N系列，其硬件連接圖如下圖所示： 圖一PLC硬件連接圖 3.2控制電機的接線圖 圖二控制電機接線圖 3.3 順序連接圖 由于有4中花樣，所以應該分布考慮，按照花樣的要求，編輯四種花樣順序圖，順序圖如下圖所示： 圖三花樣1順序圖

14、圖四花樣2的順序圖 圖五花樣3的順序圖 圖六花樣4的順序圖 控制流程圖3.4 梯形圖3.5 指令表0 LD X0001 MPS2 AND X0013 CALL P06 MRD7 AND X0028 CALL P111 MRD12 AND X00313 CALL P216 MPP17 AND X00418 CALL P321 P022 LD X00623 AND M10024 OR M10025 ANI X00526 OUT M10027 LD M428 AND T329 OR M030 OR M800231 ANI M132 OUT M033 LD M034 AND M10035 OR M13

15、6 ANI M237 OUT M138 OUT T0 K2041 OUT M3042 LD M143 AND T044 OR M245 ANI M346 OUT M247 OUT T1 K2050 OUT M4051 LD M252 AND T153 OR M354 ANI M455 OUT M356 OUT T2 K2059 OUT M5060 LD M361 AND T262 OR M463 ANI M064 OUT M465 OUT M6066 OUT T3 K18069 FEND70 P171 LD M20072 AND X00673 OR M20074 ANI X00575 OUT

16、M20076 LD M977 AND T778 OR M800279 OR M080 ANI M681 OUT M082 LD M083 AND M20084 OR M685 ANI M786 OUT M687 OUT M6188 OUT T4 K2091 LD M692 AND T493 OR M794 ANI M895 OUT M796 OUT M5197 OUT T5 K20100 LD M7101 AND T5102 OR M8103 ANI M9104 OUT M8105 OUT M41106 OUT T6 K20109 LD M8110 AND T6111 OR M9112 ANI

17、 M0113 OUT M9114 OUT M31115 OUT T7 K320118 FEND119 P2120 LD M320121 AND X006122 OR M300123 ANI X005124 OUT M320125 LD M13126 AND T11127 OR M8002128 OR M0129 ANI M10130 OUT M0131 LD M300132 AND M0133 OR M10134 ANI M11135 OUT M10136 OUT M21137 OUT M23138 OUT T8 K30141 LD T8142 OR M11143 ANI M12144 OUT

18、 M11145 OUT M20146 OUT M22147 OUT T9 K30150 LD T9151 AND M11152 OR M12153 ANI M0154 OUT M12155 OUT T10 K150158 LD M12159 AND T10160 OR M13161 ANI M0162 OUT M13163 OUT T11 K320166 LD M13167 OR M20168 OUT M32169 LD M13170 OR M21171 OUT M42172 LD M13173 OR M22174 OUT M52175 LD M13176 OR M23177 OUT M621

19、78 FEND179 P3180 LD M400181 AND X006182 OR M400183 ANI X005184 OUT M400185 LD M16186 AND T16187 OR M8002188 OR M0189 ANI M13190 OUT M0191 LD M0192 AND M400193 OR M13194 OUT M13195 LD M13196 ANI T1197 OUT T0 K10200 LD T0201 OUT T1 K10204 OUT M70205 LDI M80206 OUT M71207 LDP M70209 SFTR M71 M80 K4 K12

20、18 LDP M70220 OUT T12 K320223 LD T12224 OUT M14225 LD M14226 AND T12227 ANI T3228 OUT T2 K10231 LD T2232 OUT T3 K10235 OUT M72236 LDI M84237 OUT M73238 LDP M72240 SFTR M73 M84 K4 K1249 LDP M72251 OUT T13 K320254 LD T13255 OUT M15256 LD M15257 ANI T5258 AND T13259 OUT T4 K10262 LD T4263 OUT T5 K10266

21、 OUT M74267 LDI M88268 OUT M75269 LDP M74271 SFTL M75 M88 K4 K1280 LDP M74282 ANI M0283 OUT T16 K320286 LD T16287 OUT M16288 LD M80289 OR M84290 OR M88291 OR M16292 OUT M33293 LD M81294 OR M85295 OR M89296 OR M16297 OUT M43298 LD M82299 OR M86300 OR M90301 OR M16302 OUT M53303 LD M83304 OR M87305 OR

22、 M91306 OR M16307 OUT M63308 FEND309 LD M30310 OR M31311 OR M32312 OR M33313 OUT Y000314 LD M40315 OR M41316 OR M42317 OR M43318 OUT Y001319 LD M50320 OR M51321 OR M52322 OR M53323 OUT Y002324 LD M60325 OR M61326 OR M62327 OR M63328 OUT Y003329 END第四章調試過程說明4.1 設計調試過程中的錯誤1、沒必要的自鎖過多致使程序太長，同時在花樣4中若加上M4

23、1、M42、M43、M44的自鎖，當按下停止按鈕X005時，噴泉不能立即停止，鑒于以上原因，刪除了一些沒必要的自鎖。2、子程序結束無SRET，由于所用軟件無法執(zhí)行調用子程序CALL指令，在調試時也無誤，導致自己忽略了SRET指令。3、 程序中出現(xiàn)多個輸出信號，致使在調試過程中第一次出現(xiàn)輸出信號的繼電器M，該亮燈而沒有亮燈。經過再次修改調試后以達到所需效果。4.2 控制面板的操作說明（控制面板見附錄）此控制面板的操作非常簡單，一眼就可明了。在啟動前首先按下啟動按鈕，若選擇花樣1的噴水方式，即將選擇開關置于位置1皆可，若想實現(xiàn)花樣1的單步工作方式，則將單步連續(xù)開關置于單步即可，若想實現(xiàn)花樣1的連續(xù)工作方式，則將單步連續(xù)開關置于連續(xù)即可。同理，將選擇開關分別置于位置2、 3、 4，選擇單步/連續(xù)開關也分別可實現(xiàn)花樣2、 3、 4的單步或連續(xù)工作方式。第五章 結束語通過本次設計，利用PLC在控制上的優(yōu)越性，使噴泉在實際生活中的噴水花樣，變化更多，更加完美。本設計采用PLC控制,利用PLC體積小、功能強、可靠性高,且具有較大的靈活性和可擴展性的特點,通過改變噴泉的控制程序或改變