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機(jī)械畢業(yè)設(shè)計(論文)-基于PLC的智能窗簾控制系統(tǒng)設(shè)計【說明書+CAD+SOLIDWORKS】基于PLC的智能窗簾控制系統(tǒng)設(shè)計及仿真設(shè)計說明書目錄TOC\o"1-5"\h\z摘要 3Abstract 4第一章、緒論 71.1課題的研究背景和歷史意義 131.2智能窗簾的發(fā)展現(xiàn)狀及應(yīng)用 14第二章、智能窗簾總體結(jié)構(gòu)的設(shè)計 152.1智能窗簾控制系統(tǒng)的控制原理 162.2機(jī)械傳動部分的設(shè)計計算 172.2.1智能窗簾結(jié)構(gòu)系統(tǒng)中直流電機(jī)的選型計算 172.2.2聯(lián)軸器的選型計算 172.2.3轉(zhuǎn)軸的設(shè)計計算 182.3光電傳感器的選型計算 18第三章、智能窗簾的PLC控制系統(tǒng)的設(shè)計 19PLC簡介 19PLC 的定義 20PLC的基礎(chǔ)知識 22PLC 的用途 233.2PLC的組成 233.2.1中央處理單元 243.2.2存儲器 243.2.3輸入輸出單元 243.2.4通訊接口 253.2.5智能接口模塊 253.2.6編程裝 263.2.7電源 26TOC\o"1-5"\h\z3.3輸入輸出點分配 273.4PLC的選擇 273.5智能窗簾PLC控制系統(tǒng)接線圖 28第四章、智能窗簾控制系統(tǒng)PLC控制程序的實現(xiàn) 28結(jié)論 29致謝 30參考文獻(xiàn) 31摘要可編程序控制器(PLC)是一種新型的通用的自動控制裝置,它將傳統(tǒng)的繼電器控制技術(shù)、計算機(jī)技術(shù)和通訊技術(shù)融為一體,是功能加強(qiáng)、編程簡單、使用方便以及體積小、重量輕、功耗低等一系列優(yōu)點。PLC的應(yīng)用領(lǐng)域已經(jīng)拓寬到了各個領(lǐng)域,PLC的發(fā)展歷程在工業(yè)生產(chǎn)過程中,大量的開關(guān)量順序控制,它按照邏輯條件進(jìn)行順序動作,并按照邏輯關(guān)系進(jìn)行連鎖保護(hù)動作的控制,及大量離散量的數(shù)據(jù)采集。在傳統(tǒng)上,這些功能是通過氣動或電氣控制系統(tǒng)來實現(xiàn)的。PLC最基本最廣泛的用于開關(guān)量的邏輯控制,它取代傳統(tǒng)的繼電器電路,實現(xiàn)邏輯控制,順序控制,既可用于單臺設(shè)備的控制,也可用于多機(jī)群控及自動化流水線。如注塑機(jī),印刷機(jī),訂書機(jī),組合智能窗簾,磨床,包裝等。目前,PLC在國內(nèi)外已廣泛應(yīng)用于鋼鐵,石油,化工,電力,建材,機(jī)械制造,汽車,輕紡,交通運輸,環(huán)保及文化娛樂等各個行業(yè),使用廣泛。如今伴隨著信息時代的到來,人們的生活水平日益提高,方便、快捷、自動、智能成為時代的主題,在現(xiàn)代家庭生活環(huán)境中,居家環(huán)境早已不僅僅局限在物理空間上,人們更為關(guān)注的是一個安全、方便、舒適的環(huán)境,自動化的電子產(chǎn)品自然成為人們追求的目標(biāo)。窗是人心靈的眼睛,窗簾則是眼睛上的睫毛,窗簾在防止強(qiáng)光射入,幫助人們合理的安排時間,美化室內(nèi)環(huán)境,保證個人隱私,增強(qiáng)居家環(huán)境方面有重要作用。隨著人們生活節(jié)奏的加快,窗簾的自動化隨之產(chǎn)生。本產(chǎn)品是在學(xué)習(xí)機(jī)械原理及設(shè)計和電工學(xué)等知識,通過實踐,觀察,思考的基礎(chǔ)上設(shè)計而成的,且人性化的思想理念也體現(xiàn)了科學(xué)技術(shù)在人們生活中的作用。通過幾個月的努力,使我們深刻感受到了電學(xué),力學(xué),加工工藝,理論知識與實踐相結(jié)合在機(jī)械設(shè)計中的重要性。加強(qiáng)和拓展這些方面的知識對機(jī)械學(xué)子們是很有必要的。本設(shè)計將以PLC為核心設(shè)計了系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖、程序指令、梯形圖以及輸入輸出端子的分配方案,在保留了原始智能窗簾的基本功能的同時又增加了一系列的實用功能并簡化其電路結(jié)構(gòu),其將以控制方便,靈活,只要改變輸入PLC的控制程序,便可改變智能窗簾的顏色,開合,從而使得人們的家居生活不斷完美。關(guān)鍵字:PLC;智能窗簾;S7-300型;系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖。absraoteWithdevelopmentofallkindofsciencetechnologyandglobaleconomy,Pneumaticmanipulatorisaautomateddevicesthatcanmimicthehumanhandandarmmovementstodosomething,aslocanaccordingtoafixedproceduretomovingobjectsorcontroltools.Itcanreplacetheheavylaborinordertoachievetheproductionmechanizationandautomation,andcanworkindangerousworkingenvironmentstoprotectthepersonalsafety.Thereforewidelyusedinmachinebuilding,metallurgy,electronics,lightindustryandatomicenergysectors.Thepneumaticpartofthedesignisprimarilytoreasonablepneumatiatcompressedneceengththdirectionprocedurework.Theinvertedpendulumisatypicalhighordersystem,withmultivariable,non-linear,strong-coupling,fleetandabsolutelyinstable.Itisrepresentativeasanidealmodeltoprovenewcontroltheoryandtechniques.Duringthecontrolprocess,pendulumcaneffectivelyreflectmanykeyproblemssuchasequanimity,robust,follow-upandtrack,thmethodofdoubleinvertedpendulum.Firstofaerefore.Thispaperstudiesacontrolll,themathematicalmodelofthedoubleinvertedpendulumisestablished,thenmakeacontroldesigntodoubleinvertedpendulumonthemathematicalmodel,anddeterminethesystemperformanceindexweightmatrix,byusinggeneticalgorithminordertoattainthesystemstatefeedbackcontrolmatrix.Finally,thesimulationofthesystemismadeby.Afterseveraltestmatrixvaluetheresultsarenotsatisfactoryresponse,thenweoptimizematrixbyusingGeneticAlgorithm.Simulationresultsshow:ThesystemresponsecanmeetthedesignrequirementseffectivelyafterGeneticAlgorithmoptimization.Smalltwistedpaperbrokenmachineforordinarhome,notonlycanbeusedformincedmeat.thesystemstatefeedbackcontrolmatrix.Keyword:PLC;cylinder;pneumaticloop;S7-300type;.systemstrucer全套設(shè)計,請加12401814第一章緒論1.1課題的研究背景和歷史意義機(jī)械工業(yè)是國民的裝備部,是為國民經(jīng)濟(jì)提供裝備和為人民生活提供耐用消費品的產(chǎn)業(yè)。不論是傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè),還是新興產(chǎn)業(yè),都離不開各種各樣的機(jī)械裝備,機(jī)械工業(yè)所提供裝備的性能、質(zhì)量和成本,對國民經(jīng)濟(jì)各部門技術(shù)進(jìn)步和經(jīng)濟(jì)效益有很大的和直接的影響。機(jī)械可以完成人用雙手和雙目,以及雙足、雙耳直接完成和不能直接完成的工作,而且完成得更快、更好。現(xiàn)代機(jī)械工程創(chuàng)造出越來越精巧和越來越復(fù)雜的機(jī)械和機(jī)械裝置,使過去的許多幻想成為現(xiàn)實。人類現(xiàn)在已能上游天空和宇宙,下潛大洋深層,遠(yuǎn)窺百億光年,近察細(xì)胞和分子。新興的電子計算機(jī)硬、軟件科學(xué)使人類開始有了加強(qiáng),并部分代替人腦的科技手段,這就是人工智能。這一新的發(fā)展已經(jīng)顯示出巨大的影響,而在未來年代它還將不斷地創(chuàng)造出人們無法想象的奇跡。人類智慧的增長并不減少雙手的作用,相反地卻要求手作更多、更精巧、更復(fù)雜的工作,從而更促進(jìn)手的功能。手的實踐反過來又促進(jìn)人腦的智慧。在人類的整個進(jìn)化過程中,以及在每個人的成長過程中,腦與手是互相促進(jìn)和平行進(jìn)化的。人工智能與機(jī)械工程之間的關(guān)系近似于腦與手之間的關(guān)系,其區(qū)別僅在于人工智能的硬件還需要利用機(jī)械制造出來。過去,各種機(jī)械離不開人的操作和控制,其反應(yīng)速度和操作精度受到進(jìn)化很慢的人腦和神經(jīng)系統(tǒng)的限制,人工智能將會消除了這個限制。計算機(jī)科學(xué)與機(jī)械工程之間的互相促進(jìn),平行前進(jìn),將使機(jī)械工程在更高的層次上開始新的一輪大發(fā)展。智能窗簾是帶有一定自我反應(yīng)、調(diào)節(jié)、控制功能的窗簾。如根據(jù)室內(nèi)環(huán)境狀況自動調(diào)光線強(qiáng)度。使得達(dá)到室內(nèi)人體適應(yīng)的光線亮度而不至于對人眼睛的傷害為了解決這些生活中碰到的實際問題,智能窗簾設(shè)計便應(yīng)運而生。1.2智能窗簾的發(fā)展現(xiàn)狀及應(yīng)用目前,國外已大量應(yīng)用機(jī)器人技術(shù),機(jī)器人自動化生產(chǎn)線成套裝備已成為自動化成套裝備的主流以及未來自動化生產(chǎn)線的發(fā)展方向。隨著國民經(jīng)濟(jì)的發(fā)展和科學(xué)技術(shù)水平的提高,特別是計算機(jī)技術(shù)、通信技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、控制技術(shù)的迅猛發(fā)張,生活現(xiàn)代化得以實現(xiàn),居住環(huán)境向舒適化、安全化發(fā)展。家居智能化在這種形勢下應(yīng)運而生。本次設(shè)計是基于PLC控制技術(shù)的隨光線強(qiáng)弱來自動控制型智能窗簾。每個人對壞境室內(nèi)光線強(qiáng)弱適應(yīng)能力不同,室內(nèi)主人可根據(jù)自己的需求自行調(diào)節(jié)所適應(yīng)的最佳光線強(qiáng)度,連接電源并選擇控制類型(自動控制/手動控制)。選擇自動控制時,智能窗簾由室內(nèi)光線強(qiáng)度的變化,而經(jīng)由相關(guān)器件接收、處理、控制信號,達(dá)到自行調(diào)節(jié)窗簾的開合程度,從而使光線的強(qiáng)弱程度達(dá)到主人所預(yù)先設(shè)定的值范圍。選擇手動控制時,由于室內(nèi)主人在黑夜白天的特殊需求而自行來控制窗簾的開合(例如在晚上、睡覺等時候,根據(jù)主人的需要是要求把窗簾閉合,而不影響睡眠質(zhì)量,但是根據(jù)預(yù)先設(shè)定和程序設(shè)定,智能型窗簾是會依設(shè)定值打開窗簾的,所以需要手動控制來關(guān)閉窗簾)。第二章、智能窗簾總體結(jié)構(gòu)的設(shè)計2.1智能窗簾控制系統(tǒng)的控制原理智能窗簾控制系統(tǒng)是通過西門子PLC控制系統(tǒng)控制直流電機(jī),從而帶動窗簾自動的上升和下降的系統(tǒng),并且能夠通過光電傳感器感應(yīng)到環(huán)境光度以及亮度的強(qiáng)弱,反饋信號給PLC,然后PLC控制系統(tǒng)就會根據(jù)光電傳感器反饋的信號改變智能窗簾顏色的系統(tǒng),其結(jié)構(gòu)布局圖如下:2.2機(jī)械傳動部分的設(shè)計計算2.2.1智能窗簾結(jié)構(gòu)系統(tǒng)中直流電機(jī)的選型計算已知整個智能窗簾控制系統(tǒng)中窗簾與零件的重量,我們?nèi)】傊亓繛?0Kg,范圍為50mm~200mm,窗簾上升、下降速度為1~2r/min。即:G,mg,10X10,100NV,,Dn,3.14X0.01X40,1.75mm/s具體的電機(jī)設(shè)計計算如下:G,W,N=,0.18(KW)G,電機(jī)的負(fù)載,,傳動效率,取0.75所以根據(jù)N,0.18kw,n,1500r/min,查B1表10-4-1選用Y112M-4,再查B1表10-4-2得Y112M-4電機(jī)的結(jié)構(gòu)。根據(jù)公式PI4.953mm3dmin,A0,112,30nI960d12d12輸入軸的最小直徑為安裝聯(lián)軸器的直徑,為了使所選的軸直徑與聯(lián)軸器TKTcaA,2的孔徑相適應(yīng),故需同時選取聯(lián)軸器型號。聯(lián)軸器的計算轉(zhuǎn)矩,查《機(jī)械KA,1.3設(shè)計(第八版)》表14-1,由于轉(zhuǎn)矩變化很小,故取,則TKTcaA,2=1.3X49.24=64012N.Mm查《機(jī)械設(shè)計課程設(shè)計》表14-4,選Lx3型彈性柱銷聯(lián)軸器其工稱轉(zhuǎn)矩為d121250N.m,而電動機(jī)軸的直徑為25mm所以聯(lián)軸器的孔徑不能太小。取=25mm,半聯(lián)軸器長度L=82mm,半聯(lián)軸器與軸配合的轂孔長度為60mm。軸向滾動絲杠副Nmm.絲杠軸,選HL1型彈性柱銷聯(lián)軸器,其公稱轉(zhuǎn)矩為1250000,半聯(lián)軸器的孔徑25mm,半聯(lián)軸器長度42mm。2.2.3轉(zhuǎn)軸的設(shè)計計算軸是組成精密機(jī)械的重要零件之一。一切作為回轉(zhuǎn)運動的零件,都必須在軸上才能傳遞運動和動力。在本課題所使用的軸,承受的負(fù)荷比較小,尺寸也比較小,制造精度高,要求材料具有足夠高的機(jī)械強(qiáng)度和良好的加工性能。因此,選用材料45#,傳動軸最大外圓直徑30,熱處理為對軸進(jìn)行調(diào)質(zhì)處理。此轉(zhuǎn)軸大致圖形如下:TOC\o"1-5"\h\z;\, 3 .頊.河『#,戶了齊',J!頂卓f委尹fg穿d -J X??叫 <1 貧J■ — *.'il f?j^i -c2.3光電傳感器的選型計算本測量系統(tǒng)采用的是光穿透型光電傳感器,這里我們采用的是基恩士的LS-7000系列:LS-7000系列產(chǎn)品特性LS-7000系列產(chǎn)品是一款高速、高精度的數(shù)字測微計,無需接觸目標(biāo)物即可對其尺寸進(jìn)行測量。該系列用途廣泛,可應(yīng)用于聯(lián)機(jī)測量和脫機(jī)測量。每秒2400次的高速采樣可以確保達(dá)到兩倍于普通型號的采樣速度。這樣就可以對擠壓制品進(jìn)行連續(xù)測量以及對運動工件進(jìn)行聯(lián)機(jī)測量。重復(fù)精度為?0.15um配備最新的光學(xué)系統(tǒng),確保兩倍于普通型號的重復(fù)精度,從而為高精度產(chǎn)品的制造提供了有力的支持。連接兩個測量頭進(jìn)行雙渠道同步測量結(jié)合使用兩個測量頭可對兩個目標(biāo)物進(jìn)行同步測量。利用閾值更改功能對透明目標(biāo)物進(jìn)行穩(wěn)定的檢測DE處理器支持閾值更改功能,這樣就可以對透明目標(biāo)物進(jìn)行穩(wěn)定的檢測。2)測量原則高亮度GaN綠色LED輻射光能夠通過專用的散射模組和準(zhǔn)直裝置鏡頭變成均勻的平行光,并照射到測量范圍內(nèi)的目標(biāo)物上。然后目標(biāo)物的影像即通過遠(yuǎn)心光學(xué)系統(tǒng)顯示在HL-CCD(高速線性CCD)上。HL-CCD(高速線性)的輸出入射信號將由控制器中的DE(數(shù)字邊緣檢測)處理器和CPU進(jìn)行處理。因此,目標(biāo)物的尺寸規(guī)格就可以被顯示和輸出。第三章、智能窗簾的PLC控制系統(tǒng)的設(shè)計3.1PLC簡介3.1.1PLC的定義PLC即可編程控制器(ProgrammableLogicController),是指以計算機(jī)技術(shù)為基礎(chǔ)的新型工業(yè)控制裝置。在1987年國際電工委員會(InternationalElectricalCommittee頒布的PLC標(biāo)準(zhǔn)草案中對PLC做了如下定義;PLC英文全稱ProgrammableLogicController,中文全稱為可編程邏輯控制器,定義是:一種數(shù)字運算操作的電子系統(tǒng),專為在工業(yè)環(huán)境應(yīng)用而設(shè)計的。它采用一類可編程的存儲器,用于其內(nèi)部存儲程序,執(zhí)行邏輯運算,順序控制,定時,計數(shù)與算術(shù)操作等面向用戶的指令,并通過數(shù)字或模擬式輸入/輸出控制各種類型的機(jī)械或生產(chǎn)過程。PLC是可編程邏輯控制電路,也是一種和硬件結(jié)合很緊密的語言,在半導(dǎo)體方面有很重要的應(yīng)用,可以說有半導(dǎo)體的地方就有PLC。PLC的發(fā)展歷程在工業(yè)生產(chǎn)過程中,大量的開關(guān)量順序控制,它按照邏輯條件進(jìn)行順序動作,并按照邏輯關(guān)系進(jìn)行連鎖保護(hù)動作的控制,及大量離散量的數(shù)據(jù)采集。在傳統(tǒng)上,這些功能是通過氣動或電氣控制系統(tǒng)來實現(xiàn)的。PLC最基本最廣泛的用于開關(guān)量的邏輯控制,它取代傳統(tǒng)的繼電器電路,實現(xiàn)邏輯控制,順序控制,既可用于單臺設(shè)備的控制,也可用于多機(jī)群控及自動化流水線。如注塑機(jī),印刷機(jī),訂書機(jī),智能窗簾,磨床,包裝等。目前,PLC在國內(nèi)外已廣泛應(yīng)用于鋼鐵,石油,化工,電力,建材,機(jī)械制造,汽車,輕紡,交通運輸,環(huán)保及文化娛樂等各個行業(yè),使用廣泛。隨著應(yīng)用領(lǐng)域的日益擴(kuò)大,PLC技術(shù)及其產(chǎn)品仍在繼續(xù)發(fā)展,主要朝著以下的方面發(fā)展。1) 微型化、網(wǎng)絡(luò)化、開放性;2) 智能模塊化;3) 編程語言的標(biāo)準(zhǔn)化和高級化;4) 網(wǎng)絡(luò)通信功能標(biāo)準(zhǔn)化。5.7PLC的選型及硬件配備根據(jù)上述控制特點,采用小型PLC即可滿足功能要求。由于西門子S7-200系列屬于小型PLC,其許多功能達(dá)到大、中型PLC的水平,而價格卻和小型PLC的一樣。特別是S7-2000PU22*系列PLC,由于它具有多種功能模塊和人機(jī)界面可供選擇,所以系統(tǒng)的集成非常方便,并且可以很容易地組成PLC網(wǎng)絡(luò)??捎锰菪螆D、語句表和功能圖三種語言來編程。且指令功能強(qiáng),易于掌握、操作方便。近年來,S7-200PLC已在工業(yè)各領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用。S7-200CPU22*系列PLC共有五種CPU模塊其各自的技術(shù)指標(biāo)見表3.2。,由于存在模擬量輸入輸出,需要增加模擬量輸入輸出模塊,在西門子S7-200系列PLC中有專門的模擬量I/O擴(kuò)展模塊。3.1.2PLC的用途目前,PLC在國內(nèi)外已廣泛應(yīng)用于鋼鐵、石油、化工、電力、建材、機(jī)械制造、汽車、輕紡、交通運輸、環(huán)保及文化娛樂等各個行業(yè),使用情況大致可歸納為如下幾類。1、 開關(guān)量的邏輯控制這是PLC最基本、最廣泛的應(yīng)用領(lǐng)域,它取代傳統(tǒng)的繼電器電路,實現(xiàn)邏輯控制、順序控制,既可用于單臺設(shè)備的控制,也可用于多機(jī)群控及自動化流水線。如注塑。2、 模擬量控制在工業(yè)生產(chǎn)過程當(dāng)中,有許多連續(xù)變化的量,如溫度、壓力、流量、液位和速度等都是模擬量。為了使可編程控制器處理模擬量,必須實現(xiàn)模擬量(Analog)和數(shù)字量(Digital)之間的A/D轉(zhuǎn)換及D/A轉(zhuǎn)換。PLC廠家都生產(chǎn)配套的A/D和D/A轉(zhuǎn)換模塊,使可編程控制器用于模擬量控制。3、 運動控制PLC可以用于圓周運動或直線運動的控制。從控制機(jī)構(gòu)配置來說,早期直接用于開關(guān)量I/O模塊連接位置傳感器和執(zhí)行機(jī)構(gòu),現(xiàn)在一般使用16路的運動控制模塊。如可驅(qū)動步進(jìn)電機(jī)或伺服電機(jī)的單軸或多軸位置控制模塊。世界上各主要PLC廠家的產(chǎn)品幾乎都有運動控制功能,廣泛用于各種機(jī)械、智能窗簾、機(jī)器人、電梯等場合。4、過程控制過程控制是指對溫度、壓力、流量等模擬量的閉環(huán)控制。作為工業(yè)控制計算機(jī),PLC能編制各種各樣的控制算法程序,完成閉環(huán)控制。PID調(diào)節(jié)是一般閉環(huán)控制系統(tǒng)中用得較多的調(diào)節(jié)方法。大中型PLC都有PID模塊,目前許多小型PLC也具有此功能模塊。PID處理一般是運行16路的PID子程序。過程控制在冶金、化工、熱處理、鍋爐控制等場合有非常廣泛的應(yīng)用。5、數(shù)據(jù)處理現(xiàn)代PLC具有數(shù)學(xué)運算(含矩陣運算、函數(shù)運算、邏輯運算)、數(shù)據(jù)傳送、數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換、排序、查表、位操作等功能,可以完成數(shù)據(jù)的采集、分析及處理。這些數(shù)據(jù)可以與存儲在存儲器中的參考值比較,完成一定的控制操作,也可以利用通信號與設(shè)定的壓力信號經(jīng)過PID運算后,通過控制變頻器的輸出頻率來調(diào)整電動機(jī)的轉(zhuǎn)速,保持供水壓力的恒定,這樣就構(gòu)成了以設(shè)定壓力為基準(zhǔn)的壓力閉環(huán)系統(tǒng);自動檢測水池水位信號與設(shè)定的水位低限比較,輸出水位低報警信號或直接停機(jī)。觸摸屏顯示器可以顯示電源電壓、電流、變頻器輸出頻率、實際供水壓力和設(shè)定供水壓力和泵的工作狀態(tài)等信息;可以通過觸摸屏在線修改設(shè)定供水壓力和控制水泵的運行。該系統(tǒng)還設(shè)有多種保護(hù)功能,尤其是強(qiáng)電邏輯硬件互鎖功能,從而保證正常供水,且可以做到無人值守。2、工作原理該系統(tǒng)具有手動和自動兩種運行方式:2.1手動運彳丁方式選擇此方式時,按啟動按鈕泵或停止按鈕,可根據(jù)需要而分別啟停各水泵。這種方式僅供檢修或控制系統(tǒng)出現(xiàn)故障時使用。2.2自動運行方式2.2.1啟動程序在自動運行方式下開始啟動運行時,首先檢測水池水位,若水池水位符合設(shè)定水位要求,1#泵變頻交流接觸器吸合,電機(jī)與變頻器連通,變頻器輸出頻率從0Hz開始上升,此時壓力變送器檢測壓力信號反饋PLC,由PLC經(jīng)PID運算后控制變頻器的頻率輸出;如壓力不夠,則頻率上升至50Hz,延時一定時間后,將1#泵切換為工頻,2#泵變頻交流接觸器吸合,變頻啟動2#水泵,頻率逐漸上升,直至出水壓力達(dá)到設(shè)定壓力,依次類推增加水泵。2.2.2水泵切換程序如用水量減小,出水壓力超過設(shè)定壓力,則PLC控制變頻器降低輸出頻率,減少出水量來穩(wěn)定出水壓力。若變頻器輸出頻率低于某一設(shè)定值(水泵出水頻率,一般為25Hz),而出水壓力仍高于設(shè)定壓力值時,PLC開始計時,若在一定時間內(nèi),出水壓力降低到設(shè)定壓力,PLC放棄計時,繼續(xù)變頻調(diào)速運行;若在一定時間內(nèi)出水壓力仍高于設(shè)定壓力,根據(jù)先投先停的原則,PLC將停止正在運行的水泵中運行時間最長的工頻泵,直至出水壓力達(dá)到設(shè)定值。2.2.3啟動小流量泵對于居民生活供水或其它用水時段性較強(qiáng)的供水系統(tǒng),可設(shè)置一臺小流量水泵。例如在晚上12點到凌晨5點,居民生活用水很少,一臺30kW的水泵為了維持供水壓力也需要長時間工作在25Hz左右,電動機(jī)不僅要消耗十幾個千瓦的電能,同時還要長期工作在低頻狀態(tài),大大影響電動機(jī)的壽命。若系統(tǒng)中設(shè)置一臺5KW左右的小流量水泵,為了維持出水壓力,由小流量水泵變頻工作,不僅電動機(jī)工作在較高頻率,而且消耗的電能也很小。在小流量水泵的選擇上,其功率一般是主水泵功率的1/4到1/6,揚程和主泵相同。2.2.4水池水位檢測在自動供水的過程中,PLC實時檢測水池水位,若水位低于設(shè)定的報警水位時,蜂鳴器發(fā)出缺水報警信號;若水位低于設(shè)定的停機(jī)水位時,停止全部水泵工作,防止水泵干抽,并發(fā)出停機(jī)報警信號;若水池水位高于設(shè)定的水池上限水位時,自動關(guān)斷水池給水管電動閥門。自動啟動2.2.5有時電源會突然斷電,若無人值班,恢復(fù)供電后若系統(tǒng)無法啟動會造成斷水,為此本系統(tǒng)設(shè)置了通電后自動變頻啟動方式。在電源恢復(fù)后,PLC會發(fā)出指令,蜂鳴器發(fā)出警告,然后按自動運行方式變頻啟動1#泵,直到穩(wěn)定地運行在給定水壓值。2.2.6消防報警當(dāng)出現(xiàn)消防報警信號時,系統(tǒng)立即按照消防壓力運行。2.2.7故障處理變頻故障從冗余設(shè)計原則考慮,在變頻器發(fā)生故障時也要不間斷供水。當(dāng)變頻器突然發(fā)生故障,蜂鳴器報警,PLC發(fā)指令使全部水泵停機(jī),然后1#泵工頻運行(若水泵功率大于37KW,則需要采用降壓啟動或其它啟動方式),經(jīng)一定延時后根據(jù)壓力變化情況再使2#泵工頻運行。此時,PLC切換泵則根據(jù)實際水壓的變化在工頻泵間切換。當(dāng)出現(xiàn)水池?zé)o水停機(jī)、電動機(jī)欠壓、過壓、錯相、電機(jī)故障等情況時,均能由蜂鳴器發(fā)出警報聲。條件許可時可以添加MODEM模塊,變頻器、電動機(jī)發(fā)生故障時能通過遠(yuǎn)程通信口撥叫值班人員電話,通知有關(guān)人員前來維修。所有故障解決、恢復(fù)正常后,自啟動前也要發(fā)出報警信號。3.1.1PLC的選擇可編程序控制器采用SIEMENS的S7-300系列CPU-226主機(jī),I/O點數(shù)為40點(24個輸入點和16個輸出點),具有2個RS-485通訊/編程口,具有PPI通訊協(xié)議、MPI通訊協(xié)議和自由方式通訊能力。自由通訊口方式是S7-200PLC的一個很有特色的功能,它使S7-200PLC可以由用戶自己定義通訊協(xié)議。利于自由通訊口方式,在本系統(tǒng)中PLC可以與變頻器和觸摸屏方便連接。模擬量輸入采用4路12位A/D模擬量輸入的EM231模塊,具有較高的精度。PLC編程采用STEP7-Micro/WIN編程軟件,它提供一個完整的編程環(huán)境,可進(jìn)行離線編程和在線連接和調(diào)試,并能實現(xiàn)梯形圖與語句表的互相轉(zhuǎn)換。3.1.2變頻器及控制方式選擇在傳統(tǒng)的變頻控制系統(tǒng)中,變頻器的啟動/停止由PLC通過開關(guān)量輸出控制,變頻器頻率是由PLC通過模擬量輸出端口輸出0,5(10)V或4,20mA信號控制的,這需要購買PLC比較昂貴的模擬量輸出端口模塊。對變頻器故障的檢測是只是由PLC讀取變頻器的故障報警觸點,只是知道變頻器出現(xiàn)故障,但具體什么故障并不清楚,需操作人員查詢變頻器報警信息后再閱讀變頻器說明書才知道,這對于一般值班人員來說太難了。因此在本系統(tǒng)中PLC對變頻器的控制是通過串行通訊的方式實現(xiàn)的,變頻器選用SIEMENS的MM系列或ABB的ACS-400系列風(fēng)機(jī)/泵類16路變頻器,它們具有RS-485通訊接口,性價比較高。PLC通過自由通訊口方式與變頻器通訊,控制變頻器的運行,讀取變頻器自身的電壓、電流、功率、頻率、累計運行時間和過壓、過流、過負(fù)荷等全部報警信息等參數(shù),并通過觸摸屏顯示出來,這比通過外部端口控制變頻器的運行具有較高的可靠性,節(jié)省了PLC寶貴的I/O端口,又獲的了大量變頻器的信息。3.1.3觸摸屏觸摸屏選用臺灣HITCH公司生產(chǎn)的PWS系列,它具有豐富的驅(qū)動程序,可方便地通過串口與S7-200系列PLC通訊。通過觸摸屏可以直觀地顯示各泵的運行狀態(tài)、管網(wǎng)實際出水壓力、設(shè)定壓力、變頻器的電壓、電流、功率及各種操作人員通過觸摸屏可以方便的在線設(shè)置生活供水壓力、消防故障信息等參數(shù);供水壓力、變頻器加減速時間、各泵的在線/檢修狀態(tài)等參數(shù),并可以通過觸摸屏控制各水泵的運行。3.1.4控制電路設(shè)計在控制電路設(shè)計中,注意到系統(tǒng)自動/手動轉(zhuǎn)換、每臺水泵的變頻接觸器和工頻接觸器、各水泵的變頻接觸器在電氣上的連鎖,防止系統(tǒng)中出現(xiàn)一臺水泵工頻和變頻電源同時接通或多臺水泵同時接通變頻電源的現(xiàn)象。系統(tǒng)主要控制回路3.2PLC軟件編程整個系統(tǒng)PLC既有開關(guān)量和模擬量的輸入/輸出,又有與變頻器和觸摸屏的通訊,因此在PLC控制軟件編程上采用模塊式結(jié)構(gòu),各種功能的程序模塊通過主程序有機(jī)地結(jié)合起來,使系統(tǒng)運行穩(wěn)定可靠。在主程序中,PLC上電初使化,檢測系統(tǒng)各部分狀態(tài)信息,若有報警信息則首先發(fā)出警告,若無報警信息,則開始從1#泵(1#泵被切除出系統(tǒng),則從泵號最小的在線泵)變頻啟動,實時檢測出水壓力并進(jìn)行PID運算,控制變頻器的輸出頻率,保持供水壓力恒定;變頻器頻率達(dá)到50Hz延時幾秒后,出水壓力仍低于設(shè)定壓力,則將1#泵切換為工頻,變頻啟動2#泵以保持壓力恒定并依此類推。若出水壓力超過設(shè)定壓力,則變頻器降低輸出頻率來穩(wěn)定出水壓力。若變頻器輸出頻率低于設(shè)定水泵出水頻率而出水壓力仍高于設(shè)定壓力值時,延時一段時間后根據(jù)先投先停的原則,停止正在運行水泵中運行時間最長的工頻泵,至出水壓力達(dá)到設(shè)定值。若系統(tǒng)只有一臺水泵變頻運行且連續(xù)一段時間頻率低于設(shè)定出水頻率,則切除變頻運行主泵,投入小流量泵,既保護(hù)主泵電動機(jī),又節(jié)約能源。3.2PLC的組成此處刪減NNNNNNNN字需全套設(shè)計請聯(lián)系12401814輸入/輸出單元通常也稱I/O單元或I/O模塊,是PLC與工業(yè)生產(chǎn)現(xiàn)場之間的連接部件。PLC通過輸入接口可以檢測被控對象的各種數(shù)據(jù),以這些數(shù)據(jù)作為PLC對被控制對象進(jìn)行控制的依據(jù);同時PLC又通過輸出接口將處理結(jié)果送給被控制對象,以實現(xiàn)控制目的。由于外部輸入設(shè)備和輸出設(shè)備所需的信號電平是多種多樣的,而PLC內(nèi)部CPU的處理的信息只能是標(biāo)準(zhǔn)電平,所以I/O接口要實現(xiàn)這種轉(zhuǎn)換°I/O接口一般都具有光電隔離和濾波功能,以提高PLC的抗干擾能力。另外,I/O接口上通常還有狀態(tài)指示,工作狀況直觀,便于維護(hù)。PLC提供了多種操作電平和驅(qū)動能力的I/O接口,有各種各樣功能的I/O接口供用戶選用°I/O接口的主要類型有:數(shù)字量(開關(guān)量)輸入、數(shù)字量(開關(guān)量)輸出、模擬量輸入、模擬量輸出等。常用的開關(guān)量輸入接口按其使用的電源不同有三種類型:直流輸入接口、交流輸入接口和交/直流輸入接口,其基本原理電路如圖3所示。3.2.4通信接口PLC配有各種通信接口,這些通信接口一般都帶有通信處理器。PLC通過這些通信接口可與監(jiān)視器、打印機(jī)、其它PLC、計算機(jī)等設(shè)備實現(xiàn)通信。PLC與打印機(jī)連接,可將過程信息、系統(tǒng)參數(shù)等輸出打印;與監(jiān)視器連接,可將控制過程圖像顯示出來;與其它PLC連接,可組成多機(jī)系統(tǒng)或連成網(wǎng)絡(luò),實現(xiàn)更大規(guī)??刂?。與計算機(jī)連接,可組成多級分布式控制系統(tǒng),實現(xiàn)控制與管理相結(jié)合。遠(yuǎn)程I/O系統(tǒng)也必須配備相應(yīng)的通信接口模塊。3.2.5智能接口模塊智能接口模塊是一獨立的計算機(jī)系統(tǒng),它有自己的CPU、系統(tǒng)程序、存儲器以及與PLC系統(tǒng)總線相連的接口。它作為PLC系統(tǒng)的一個模塊,通過總線與PLC相連,進(jìn)行數(shù)據(jù)交換,并在PLC的協(xié)調(diào)管理下獨立地進(jìn)行工作。PLC的智能接口模塊種類很多,如:高速計數(shù)模塊、閉環(huán)控制模塊、運動控制模塊、中斷控制模塊等。3.2.6編程裝置編程裝置的作用是編輯、調(diào)試、輸入用戶程序,也可在線監(jiān)控PLC內(nèi)部狀態(tài)和參數(shù),與PLC進(jìn)行人機(jī)對話。它是開發(fā)、應(yīng)用、維護(hù)PLC不可缺少的工具。編程裝置可以是專用編程器,也可以是配有專用編程軟件包的通用計算機(jī)系統(tǒng)。專用編程器是由PLC廠家生產(chǎn),專供該廠家生產(chǎn)的某些PLC產(chǎn)品使用,它主要由鍵盤、顯示器和外存儲器接插口等部件組成。專用編程器有簡易編程器和智能編程器兩類。簡易型編程器只能聯(lián)機(jī)編程,而且不能直接輸入和編輯梯形圖程序,需將梯形圖程序轉(zhuǎn)化為指令表程序才能輸入。簡易編程器體積小、價格便宜,它可以直接插在PLC的編程插座上,或者用專用電纜與PLC相連,以方便編程和調(diào)試。有些簡易編程器帶有存儲盒,可用來儲存用戶程序,如三菱的FX-20P-E簡易編程器。智能編程器又稱圖形編程器,本質(zhì)上它是一臺專用便攜式計算機(jī),如三菱的GP-80FX-E智能型編程器。它既可聯(lián)機(jī)編程,又可脫機(jī)編程??芍苯虞斎牒途庉嬏菪螆D程序,使用更加直觀、方便,但價格較高,操作也比較復(fù)雜。大多數(shù)智能編程器帶有磁盤驅(qū)動器,提供錄音機(jī)接口和打印機(jī)接口。專用編程器只能對指定廠家的幾種PLC進(jìn)行編程,使用范圍有限,價格較高。同時,由于PLC產(chǎn)品不斷更新?lián)Q代,所以專用編程器的生命周期也十分有限。因此,現(xiàn)在的趨勢是使用以個人計算機(jī)為基礎(chǔ)的編程裝置,用戶只要購買PLC廠家提供的編程軟件和相應(yīng)的硬件接口裝置。這樣,用戶只用較少的投資即可得到高性能的PLC程序開發(fā)系統(tǒng)?;趥€人計算機(jī)的程序開發(fā)系統(tǒng)功能強(qiáng)大。它既可以編制、修改PLC的梯形圖程序,又可以監(jiān)視系統(tǒng)運行、打印文件、系統(tǒng)仿真等。配上相應(yīng)的軟件還可實現(xiàn)數(shù)據(jù)采集和分析等許多功能。3.2.7電源PLC配有開關(guān)電源,以供內(nèi)部電路使用。與普通電源相比,PLC電源的穩(wěn)定性好、抗干擾能力強(qiáng)。對電網(wǎng)提供的電源穩(wěn)定度要求不高,一般允許電源電壓在其額
定值?15%的范圍內(nèi)波動。許多PLC還向外提供直流24V穩(wěn)壓電源,用于對外部傳感器供電。3.3輸入輸出點分配由表3.1可知,14個輸入點,12個輸出點,根據(jù)電壓的不同選用輸入有2個點的輸入模塊,分別為M0、X1、X2、X3;S輸出有4個點的模塊分別為Y0、Y1、Y2、Y3。3.5智能窗簾PLC控制接線圖根據(jù)表3.3和如上所述,畫出智能窗簾PLC控制接線圖如圖3.5所示:第四章、智能窗簾控制系統(tǒng)PLC控制程序的實現(xiàn)由以上可知,智能窗簾控制系統(tǒng)PLC控制的控制過程流程圖和系統(tǒng)梯形圖分別如下圖4.1、4.2所示:r 1^塹腳j ,阻 4114.1控制過程流程圖
4.2系統(tǒng)梯形圖結(jié)論在最近的一段時間的畢業(yè)設(shè)計,使我們充分把握的設(shè)計方法和步驟,不僅復(fù)習(xí)所學(xué)的知識,而且還獲得新的經(jīng)驗與啟示,在各種軟件的使用找到的資料或圖紙設(shè)計,會遇到不清楚的
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