花式喷水池的设计.docx
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花式喷水池的设计
花式喷水池的PLC控制
1.1课题背景
在许多休闲广场、景区或游乐场所里,人们经常看到喷泉按一定的规律喷水,景色迷人;传统的喷泉控制采用单片机控制原理,通过可控硅作为功率开关元件,完成对潜水泵间歇工作的控制,可实现各种花样的喷水,但是这种控制系统在实践中存在以下缺点:
由于可控硅承受过电压、过电流的能力差,因而不能长时间运行;需要配置较多的保护电路;程序的增减、修改和运行监视不灵活;抗干扰能力差;功率因数较低等。
为有效解决上述问题,确保控制系统的正常运行,我们就可以采用PLC控制。
PLC具有体积小、功能强、可靠性高,且具有较大的灵活性和可扩展性的特点,通过改变喷泉的控制程序或改变方式选择开关,就可以改变花式喷泉的喷水规律,从而变换出各式花样,以适应不同季节、不同场合的喷水要求。
1.2课程设计的目的及意义
随着微电子技术的发展,可编程序控制器(简称PC或PLC)以微处理器为核心,适用于开关量、模拟量和数字量的控制,它已进入过程控制和位置控制等领域,成为一种多功能、高可靠性、应用场合最多的工业控制微型计算机。
我们这次电气控制与PLC课程设计的主要目的,是通过对某个简单的自动化生产设备、某条简单的自动化生产线、某些简单的工艺过程的调查研究,使我们大家明确生产工艺对电气控制提出的各项要求。
根据这些要求,进行基本的原理设计、工艺设计和操作设计,使我们在课程设计的全过程中,进一步明确设计任务中的各项要求,建立课程设计工作的整体概念,从工程环境、实现手段和操作方式的各个环节入手来设计控制程系统,通过不断的调试和完善软硬件设计,最终能够满足这些要求。
这次课程设计不仅培养了我们的工程应用能力,独立完成工作的能力外,还培养了我们文献信息检索的能力和对所学知识的综合运用的能力,并为我们的毕业设计以及毕业后的工作能力打下良好的基础。
1.3本文的主要工作
首先,回顾花式喷水池的历史,随着社会经济的发展,花式喷水池欣赏的要求越来越高,采用可编程程序控制器来代替中间继电器和过程控制的电机,设计开发了花式喷水池系统,才会满足稳定可靠多样化的花式喷水池系统需求。
然后,结合花式喷水池系统的要求,进行硬件、程序设计,从主要部件的选择、流程的分析、程序思路的产生来完成本次设计任务。
然后,通过对系统的调试和检测,再进行系统性梳理,将隐藏的不足之处加以修正和完善,确保系统能顺利运行。
二、已知情况、控制要求、设计要求
2.1已知情况
花式喷水池示意图
图a)中4为中间喷水管,3为内环状喷水管,2为中环形状喷水管,1为外环形状喷水管。
图b)中的选择开关可有4种选择,可分别用4个开关模拟实现;单步/连续开关为“1”=单步,“0”=连续,其他为单一功能开关。
控制要求
(1)水池控制电源开关接通后,按下启动按钮,喷水装置即开始工作。
按下停止按钮,则停止喷水。
工作方式由“选择开关”和“单步/连续”开关来决定。
(2)“单步/连续”开关在单步位置时,喷水池只运行一个循环;在连续位置时,喷水池反复循环运行。
(3)方式选择开关用以选择喷水池的喷水花样,1~4号喷水管的工作方式选择如下:
a)选择开关在位置“1”——按下启动按钮后,4号喷水,延时2s,3号喷水,再延时1.5s,2号喷水,再延时2s,1号喷水,1.5s后全部停止1s,接着一起喷水15s为一个循环。
b)选择开关在位置“2”——按下启动按钮后,1号喷水,延时2s,2号喷水,再延时2s,3号喷水,再延时2s,4号喷水,2s后全部停止0.5s,接着一起喷水30s为一个循环。
c)选择开关在位置“3”——按下启动按钮后,1、3号同时喷水,延时3s后,2、4号同时喷水,1、3号停止喷水;交替运行5次后,1~4号同时喷水20s为一个循环。
d)选择开关在位置“4”——按下启动按钮后,喷水池1~4号水管的工作顺序为:
1→2→3→4按顺序延时2s喷水,然后一起喷水10s后,按1→1+2→2→2+3→3→3+4→4→4+1号水管以1s间隔顺序喷水,小循环3次后,一起喷水2s,再停止1s,由4→3→2→1反序分别延时2s喷水,然后再一起喷水10s为一个大循环。
(4)不论在什么工作方式,按下停止按钮,喷水池立即停止工作,所有存储器复位。
2.2设计要求
根据生产设备工作方面及其它方面的需要,本次设计要达到如下设计要求:
(1)要求本次设计的控制装置采用PLC技术实现;
(2) 要能完全满足控制要求;
(3) 本次设计的控制装置应由电气控制箱(柜)
三、总体设计思路
总体思路:
1、启动、停止按钮来控制总的启动和停止
2、输出:
喷水池的四种喷水管输入:
四种选择化形的开关、控制单步及连续的开关
3、内部小循环的计数器,整体控制的定时器
4、采用分块定式,有四个选择开关决定,选择哪一个,哪一个模块计时工作,控制输出
设计思路:
由时序图来分各定时器
花样一的时序图如下:
花样二的时序图如下:
花样三的时序图如下:
花样四的时序图如下:
四、程序设计及调试
4.1PLC的选型及I/0分配图
根据设计要求、控制要求,选定PLC的型号为:
EC-16M16R
它是我国科威公司生产的E系列PLC(与三菱FX2N系列兼容),拥有16路输入、16路(继电器)输出,而本例实际只需要15路输入、13路输出,输出留有约1/3的余量,输出所留余量超出1/3,完全满足要求;拥有8K步的内存容量,而本例用户程序的容量估计在20步左右,完全够用;支持内置CANbus、485、232通信功能,有利于今后与其它设备进行联网通信
花式喷水池的I/0分配图
程序中,各定时器的定时顺序如下表所示。
表1.定时器定时顺序
定时器
时段1.1
时段1.2
时段1.3
时段1.4
T0—T5
循环1
花样1定时
T6—T11
循环1
花样2定时
T12—T14
循环1
花样3定时
T15—T34
循环1
花样4定时
4.2编程——PLC花样喷泉装置顺控程序、编程元件明细表
本顺控程序的梯形图:
本程序中所用到的PLC内部的编程元件及其作用如表2所示。
表2.PLC编程元件明细表
X000
启动及循环开始
X001~X004
选择第一种至第四种喷水方式
X006
选择循环方式是单步还是连续
Y001~Y004
一号至四号喷水管输出
T0~T34
计时作用
C0~C1
计数作用
X0~X3
辅助继电器,保持状态
五、安装、接线、及系统联合测试
按照元件安装图安装元件;参考原理图,按照接线图完成“板内接线”;参考原理图,按照互连图,完成板间、柜间接线。
最后,对程序系统与电气系统进行联合测试。
如不满足要求,再回去修改程序或检查接线,直到满足要求为止。
六、后期工作
6.1操作过程简要说明
(1)信号灯受一个总启动按钮和起动开关控制,当按下启动按钮、起动开关接通时,信号系统开始工作。
按下那个开关,输出那个花形。
(2)例如按下开关四,喷水池1~4号水管的工作顺序为:
1→2→3→4按顺序延时2s喷水,然后一起喷水10s后,按1→1+2→2→2+3→3→3+4→4→4+1号水管以1s间隔顺序喷水,小循环3次后,一起喷水2s,再停止1s,由4→3→2→1反序分别延时2s喷水,然后再一起喷水10s为一个大循环。
(3)如果开关6在0位置周而复始循环,如果开关6在1位置停止循环,保持现在的状态。
6.2常见故障及其排除方案
(1)检查PLC能否启动与停止?
没有点亮:
程序错误
解决方案:
程序重编
(2)检查PLC能否完成1个工作流程?
不能:
程序错误
解决方案:
程序重编
(3)检查PLC能否从最后步回到第一步步开始新一轮循环?
不能:
程序错误
解决方案:
程序重编
(4)将开关6置时不再做新一轮循环?
不能:
预停程序错误
解决方案:
修改预停程序
七、尚存在的问题及方案建议
尚存在的问题:
在现实中,控制喷水池花形的选择开关,最多使一个开关置一,但在我们实验室中,选择的是单个开关,如果将多余一个开关同时置1,程序输出将发生错乱。
建议采取以下方案解决:
在运行时,切换开关的时候,保证一个开关置0之后,再将另一个选择开关置1,也就是,保证只有一个选择开关置1。
八、课程设计总结
通过这一周的课程设计,我掌握了更多关于PLC控制系统的知识,明白了花式喷水池的PLC控制系统的组成,三菱系列PLC的功能及特点。
使我更深入的学习了电气控制系统与可编程控制器这门课程,熟练掌握了PLC的使用。
并且由于希望更好的完成此次设计使我搜索了很多这方面的资料,使我对花式喷水池的PLC控制系统的设计制作过程有了很深的认识。
对一个系统的设计步骤有了清楚的了解,并且掌握了一个系统的设计过程。
学会了如何发现问题、解决问题。
并在查阅资料的过程中对问题的认识和问题的解决提出了新的见解,分析问题出现的原因,使得对问题的理解更加深刻。
同时在老师的指导过程中向老师学习到了解决问题的新方法、新思路。
总之,经过这段时间的课程设计,使我在可编程控制这方面受益匪浅。
九、致谢
这次课程设计基本上涵盖了我们所学习的PLC程序的大部分知识点,课程设计题目要求不仅要求对课本知识有较深刻的了解,同时要求程序设计者由较强的思维能力和操作动手能力。
这次课程设计使我对PLC程序的编程、程序的录入、以及在上机操作调试有了很大的提高。
大部分同学只关心程序运行的结果,而对程序的创新丝毫不在意。
这是非常不可取的,因为往往在动脑思考创新中我们会有更多收获,学到更多的知识。
做课程设计不仅让我们修补了以前学习的漏洞,也让我明白了一个道理:
学习好PLC这门技术,需要自己对它有兴趣,而且要自己肯于动手操作实验。
最后该感谢帮助我的同学和老师。
首先该感谢这门课程任教的王老师给我们精心的讲解和适用的资料。
感谢同学们对我学习上的交流和帮助,还得感谢学校给我们这样的一个自己动手设计的好机会!
十、参考文献
[1]邓则名程良伦谢光汉.电器与可编程控制器应用技术(第3版).机械工业版社.
[2]李文娟.可编程控制器指导书
[3]XX文库.
[4]三菱及西门子PLC资料,来自工控网
[5]可编程控制器应用技术,张万忠主编,化学工业出版社,2002
[6]可编程控制器原理及应用教程,王晖孙玉峰王文华主编,清华大学出版社出版,2004