毕业设计论文自动喷泉PLC控制.docx
《毕业设计论文自动喷泉PLC控制.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《毕业设计论文自动喷泉PLC控制.docx（32页珍藏版）》请在冰豆网上搜索。
毕业设计论文自动喷泉PLC控制
1.三菱PLC介绍
1.1PLC发展历史
发展：
20世纪70年代初出现了微处理器。
人们很快将其引入可编程控制器，使PLC增加了运算、数据传送及处理等功能，完成了真正具有计算机特征的工业控制装置。
此时的PLC为微机技术和继电器常规控制概念相结合的产物。
个人计算机发展起来后，为了方便和反映可编程控制器的功能特点，可编程序控制器定名为ProgrammableLogicController（PLC）。
20世纪70年代中末期，可编程控制器进入实用化发展阶段，计算机技术已全面引入可编程控制器中，使其功能发生了飞跃。
更高的运算速度、超小型体积、更可靠的工业抗干扰设计、模拟量运算、PID功能及极高的性价比奠定了它在现代工业中的地位。
20世纪80年代至90年代中期，是PLC发展最快的时期，年增长率一直保持为30~40%。
在这时期，PLC在处理模拟量能力、数字运算能力、人机接口能力和网络能力得到大幅度提高，PLC逐渐进入过程控制领域，在某些应用上取代了在过程控制领域处于统治地位的DCS系统。
20世纪末期，可编程控制器的发展特点是更加适应于现代工业的需要。
这个时期发展了大型机和超小型机、诞生了各种各样的特殊功能单元、生产了各种人机界面单元、通信单元，使应用可编程控制器的工业控制设备的配套更加容易。
1.2几种系列的PLC
1.2.1FX1N系列
是三菱电机推出的功能强大的普及型PLC。
具有扩展输入输出，模拟量控制和通讯链接功能等扩展性。
是一款广泛应用于顺序控制的三菱PLC。
图1.1FX1N系列PLC
1.2.2FX2N系列
是三菱PLCFX家族中最先进的系列。
具有高速处理及可扩展大量满足单个需要的特
殊功能模块等特点，为工厂自动化应用提供最大的灵活性和控制能力。
图1.2FX2N系列PLC
1.2.3FX3U系列
是三菱电机公司新近推出的新型第三代三菱PLC,可能称得上是小型至尊产品。
基本性能大幅提升，晶体管输出型的基本单元内置了3轴独立最高100kHz的定位功能，并且增加了新的定位指令，从而使得定位控制功能更加强大，使用更为方便。
1.2.4FX1NCFX2NCFX3UC系列
在保持了原有强大功能的基础上实现了极为可观的规模缩小I/O型接线接口降低了接线成本，并大大节省了时间。
1.2.5Q系列
三菱机公司推出的大型PLC,CPU类型有基本型CPU，高性能型CPU，过程控制CPU,运动控制CPU,冗余CPU等。
可以满足各种复杂的控制需求。
三菱电机中国事业的快速发展，为了更好地满足国内用户对三菱PLC，Q系列产品高性能、低成本的要求，三菱电机自动化特推出经济型QUTESET型三菱PLC，即一款以自带64点高密度混合单元的5槽Q00JCOUSET；另一款自带2块16点开关量输入及2块16点开关量输出的8槽Q00JCPU-S8SET，其性能指标与Q00J完全兼容，也完全支持GX-Developer等软件，故具有极佳的性价比。
1.2.6A系列
三菱PLC\A系列使用三菱专用顺控芯片（MSP），速度/指令可媲美大型三菱PLC;A2ASCPU支持32个PID回路。
而QnASCPU的回路数目无限制，可随内存容量的大小而改变；程序容量由8K步至124K步，如使用存储器卡，QnASCPU则内存量可扩充到2M字节；有多种特殊模块可选择，包括网络，定位控制，高速计数，温度控制等模块。
1.3三菱PLC的主要特点
①结构灵活
不受环境的限制，有电即可组建网络，同时可以灵活扩展接入端口数量，使资源保持较高的利用率，在移动性方面可与WLAN媲美。
②传输质量高、速度快、带宽稳定
可以很平顺的在线观赏DVD影片，它所提供的14Mbps带宽可以为很多应用平台提供保证。
最新的电力线标准HomePlugAV传输速度已经达到了200Mbps；为了确保QoS，HomePlugAV采用了时分多路访问（TDMA）与带有冲突检测机能的载体侦听多路访问（CSMA）协议，两者结合，能够很好地传输流媒体。
③范围广
无所不在的电力线网络也是这种技术的优势。
虽然无线网络可以做到不破墙，但对于高层建筑来说，其必需布设N多个AP才能满足需求，而且同样不能避免信号盲区的存在。
而电力线是最基础的网络，它的规模之大，是其他任何网络无法比拟的。
由此，运营商就可以轻松地把这种网络接入服务渗透到每一处有电力线的地方。
这一技术一旦全面进入商业化阶段，将给互联网普及带来极大的发展空间。
终端用户只需要插上电力猫，就可以实现因特网接入，电视频道接收节目，打电话或者是可视电话。
④低成本
充分利用现有的低压配电网络基础设施，无需任何布线，节约了资源。
无需挖沟和穿墙打洞，避免了对建筑物、公用设施、家庭装潢的破坏，同时也节省了人力。
相对传统的组网技术，PLC成本更低，工期短，可扩展性和可管理性更强。
目前国内已开通电力宽带上网的地方，其包月使用费用一般为50-80元/月左右，这样的价格和很多地方的ADSL包月相持平。
⑤适用面广
PLC作为利用电力线组网的一种接入技术，提供宽带网络“最后一公里”的解决方案，广泛适用于居民小区，酒店，办公区，监控安防等领域。
它是利用电力线作为通信载体，使得PLC具有极大的便捷性，只要在房间任何有电源插座的地方，不用拨号，就立即可享受4.5~45Mbps的高速网络接入，来浏览网页﹑拨打电话，和观看在线电影，从而实现集数据、语音、视频，以及电力于一体的“四网合一”。
1.4三菱PLC程序设计方法
三菱PLC控制系统一般设计方法：
1、分析控制系统的控制要求
熟悉被控对象的工艺要求，确定必须完成的动作及动作完成的顺序，归纳出顺序功能图。
2、选择适当类型的PLC
根据生产工艺要求，确定I/O点数和I/O点的类型（数字量、模拟量等），并列出I/O点清单。
进行内存容量的估计，适当留有余量。
根据经验，对于一般开关量控制系统，用户程序所需存储器的容量等于I/O总数乘以8；对于只有模拟量输入的控制系统，每路模拟量需要100个存储器字；对于既有模拟量输入又有模拟量输出的控制系统，每路模拟量需要200个存储器字。
确定机型时，还要结合市场情况，考察PLC生产厂家的产品及其售后服务、技术支持、网络通信等综合情况，选定性能价格比好一些的PLC机型。
3、硬件设计
根据所选用的PLC产品，了解其使用的性能。
按随机提供的资料结合实际需求，同时考虑软件编程的情况进行外电路的设计，绘制电气控制系统原理接线图。
4、软件设计
（1）软件设计的主要任务是根据控制系统要求将顺序功能图转换为梯形图，在程序设计的时候最好将使用的软元件（如内部继电器、定时器、计数器等）列表，标明用途，以便于程序设计、调试和系统运行维护、检修时查阅。
（2）模拟调试。
将设计好的程序下载到PLC主单元中。
由外接信号源加入测试信号，可用按钮或小开关模拟输入信号，用指示灯模拟负载，通过各种指示灯的亮暗情况了解程序运行的情况，观察输入/输出之间的变化关系及逻辑状态是否符合设计要求，并及时修改和调整程序，直到满足设计要求为止。
5、现场调试
在模拟调试合格的前提下，将PLC与现场设备连接。
现场调试前要全面检查整个PLC控制系统，包括电源、接地线、设备连接线、I/O连线等。
在保证整个硬件连接正确无误的情况下才可送电。
将PLC的工作方式置为“RUN”。
反复调试，消除可能出现的问题。
当试运一定时间且系统运行正常后，可将程序固化在具有长久记忆功能的存储器中，做好备份。
1.5三菱PLC的选型方法
因每种品牌配置不一样，所以它的选型方式也有所差异，下面着重介绍大家常用的大众品牌三菱plc的选型方法，大家可以做一个参考来选择使用三菱plc。
（一）分析被控对象并提出控制要求
详细分析被控对象的工艺过程及工作特点，了解被控对象机、电、液之间的配合，提出被控对象对三菱PLC控制系统的控制要求，确定控制方案，拟定设计任务书。
（二）如何确定三菱plc的输入/输出设备
根据系统的控制要求，确定系统所需的全部输入设备（如：
按纽、位置开关、转换开关及各种传感器等）和输出设备（如：
接触器、电磁阀、信号指示灯及其它执行器等），从而确定与三菱PLC有关的输入/输出设备，以确定PLC的I/O点数。
（三）如何选择三菱PLC
三菱PLC选择包括对三菱PLC的机型、容量、I/O模块、电源等的选择，详见本章第二节。
（四）三菱plc分配I/O点并设计三菱PLC外围硬件线路
1.分配I/O点
画出PLC的I/O点与输入/输出设备的连接图或对应关系表，该部分也可在第2步中进行。
2.设计PLC外围硬件线路
画出系统其它部分的电气线路图，包括主电路和未进入PLC的控制电路等。
由PLC的I/O连接图和PLC外围电气线路图组成系统的电气原理图。
到此为止系统的硬件电气线路已经确定。
（五）三菱plc程序设计
1.程序设计
根据系统的控制要求，采用合适的设计方法来设计三菱PLC程序。
程序要以满足系统控制要求为主线，逐一编写实现各控制功能或各子任务的程序，逐步完善系统指定的功能。
除此之外，程序通常还应包括以下内容：
1）三菱PLC初始化程序。
在三菱PLC上电后，一般都要做一些初始化的操作，为启动作必要的准备，避免系统发生误动作。
初始化程序的主要内容有：
对某些数据区、计数器等进行清零，对某些数据区所需数据进行恢复，对某些继电器进行置位或复位，对某些初始状态进行显示等等。
2）三菱PLC检测、故障诊断和显示等程序。
这些程序相对独立，一般在程序设计基本完成时再添加。
3）三菱PLC保护和连锁程序。
保护和连锁是程序中不可缺少的部分，必须认真加以考虑。
它可以避免由于非法操作而引起的控制逻辑混乱，。
2.三菱PLC程序模拟调试
程序模拟调试的基本思想是，以方便的形式模拟产生现场实际状态，为程序的运行创造必要的环境条件。
根据产生现场信号的方式不同，模拟调试有硬件模拟法和软件模拟法两种形式。
1）硬件模拟法是使用一些硬件设备（如用另一台PLC或一些输入器件等）模拟产生现场的信号，并将这些信号以硬接线的方式连到PLC系统的输入端，其时效性较强。
2）软件模拟法是在三菱PLC中另外编写一套模拟程序，模拟提供现场信号，其简单易行，但时效性不易保证。
模拟调试过程中，可采用分段调试的方法，并利用编程器的监控功能。
（六）三菱plc硬件实施
硬件实施方面主要是进行控制柜（台）等硬件的设计及现场施工。
主要内容有：
1）设计控制柜和操作台等部分的电器布置图及安装接线图。
2）设计系统各部分之间的电气互连图。
3）根据施工图纸进行现场接线，并进行详细检查。
由于程序设计与硬件实施可同时进行，因此三菱PLC控制系统的设计周期可大大缩短。
（七）三菱plc联机调试
联机调试是将通过模拟调试的程序进一步进行在线统调。
联机调试过程应循序渐进，从三菱PLC只连接输入设备、再连接输出设备、再接上实际负载等逐步进行调试。
如不符合要求，则对硬件和程序作调整。
通常只需修改部份程序即可。
全部调试完毕后，交付试运行。
经过一段时间运行，如果工作正常、程序不需要修改，应将程序固化到EPROM中，以防程序丢失。
1.6PLC发展新动向
PLC是一种专门为在工业环境下应用而设计的数字运算操作的电子装置。
它采用可以编制程序的存储器，用来在其内部存储执行逻辑运算、顺序运算、计时、计数和算术运算等操作的指令，并能通过数字式或模拟式的输入和输出，控制各种类型的机械或生产过程。
PLC已经广泛应用于钢铁、石油、化工、电力、建材、机械制造、汽车、轻纺、交通运输、环保及文化娱乐等各个行业，它具有高可靠性、抗干扰能力强、功能强大、灵活，易学易用、体积小，重量轻，价格便宜的特点。
PLC技术发展呈现新的动向
1：
产品规模向大、小两个方向发展大：
I/O点数达14336点、32位为微处理器、多CPU并行工作、大容量存储器、扫描速度高速化。
小：
由整体结构向小型模块化结构发展，增加了配置的灵活性，降低了成本。
2：
PLC在闭环过程控制中应用日益广泛3：
不断加强通讯功能4：
.新器件和模块不断推出高档的PLC除了主要采用CPU以提高处理速度外，还有带处理器的EPROM或RAM的智能I/O模块、高速计数模块、远程I/O模块等专用化模块。
5：
编程工具丰富多样，功能不断提高，编程语言趋向标准化有各种简单或复杂的编程器及编程软件，采用梯形图、功能图、语句表等编程语言，亦有高档的PLC指令系统6：
发展容错技术采用热备用或并行工作、多数表决的工作方式。
7：
追求软硬件的标准化。
2.GXDeveloper编程软件
2.1软件概述
GXDeveloper是三菱通用性较强的编程软件，它能够完成Q系列、QnA系列、A系列（包括运动控制CPU）、FX系列PLC梯形图、指令表、SFC等的编辑。
该编程软件能够将编辑的程序转换成GPPQ、GPPA格式的文档，当选择FX系列时，还能将程序存储为FXGP（DOS）、FXGP（WIN）格式的文档，以实现与FX-GP/WIN-C软件的文件互换。
该编程软件能够将Excel、Word等软件编辑的说明性文字、数据，通过复制、粘贴等简单操作导入程序中，使软件的使用、程序的编辑更加便捷。
2.2GXDeveloper的特点
（1）操作简便
①标号编程。
用标号编程制作程序的话，就不需要认识软元件的号码而能够根据标示制作成标准程序。
用标号编程做成的程序能够依据汇编从而作为实际的程序来使用。
②功能块。
功能块是以提高顺序程序的开发效率为目的而开发的一种功能。
把开发顺序程序时反复使用的顺序程序回路块零件化，使得顺序程序的开发变得容易，此外，零件化后，能够防止将其运用到别的顺序程序使得顺序输入错误。
③宏。
只要在任意的回路模式上加上名字（宏定义名）登录（宏登录）到文档，然后输入简单的命令，就能够读出登录过的回路模式，变更软元件就能够灵活利用了。
（2）能够用各种方法和可编程控制器CPU连接
①经由串行通信口与可编程控制器CPU连接；
②经由USB接口与可编程控制器CPU连接；
③经由MELSECNET/10（H）与可编程控制器CPU连接；
④经由MELSECNET（II）与可编程控制器CPU连接；
⑤经由CC-Link与可编程控制器CPU连接；
⑥经由Ethernet与可编程控制器CPU连接；
⑦经由计算机接口与可编程控制器CPU连接；
（3）丰富的调试功能
①由于运用了梯形图逻辑测试功能，能够更加简单的进行调试作业。
通过该软件可进行模拟在线调试，不需要与可编程控制器连接。
②在帮助菜单中有CPU出错信息、特殊继电器/特殊寄存器的说明等内容，所以对于在线调试过程中发生错误，或者是程序编辑中想知道特殊继电器/特殊寄存器的内容的情况下，通过帮助菜单可非常简便的查询到相关信息。
③程序编辑过程中发生错误时，软件会提示错误信息或错误原因，所以能大幅度缩短程序编辑的时间。
2.3GXDeveloper的操作界面
首先打开GXDeveloper软件，点击菜单栏中的工程选项，选择创建新工程。
如图2.1所示。
图2.1创建新工程
图2.2所示为GXDeveloper编程软件的操作界面，该操作界面大致由下拉菜单、工具条、编程区、工程数据列表、状态条等部分组成。
这里需要特别注意的是在FX-GP/WIN-C编程软件里称编辑的程序为文件，而在GXDeveloper编程软件中称之为工程。
与FX-GP/WIN-C编程软件的操作界面相比，该软件取消了功能图、功能键，并将这两部分内容合并，作为梯形图标记工具条；新增加了工程参数列表、数据切换工具条、注释工具条等。
这样友好的直观的操作界面使操作更加简便。
图2.2中引出线所示的名称、内容说明如表2.1所示。
图2.2GXDevelop编程软件操作界面图
表2.1
序号
名称
内容
1
下拉菜单
包含工程、编辑、查找/替换、交换、显示、在线、诊断、工具、窗口、帮助，共10个菜单
2
标准工具条
由工程菜单、编辑菜单、查找/替换菜单、在线菜单、工具菜单中常用的功能组成。
3
数据切换工具条
可在程序菜单、参数、注释、编程元件内存这四个项目中切换
4
梯形图标记工具条
包含梯形图编辑所需要使用的常开触点、常闭触点、应用指令等内容
5
程序工具条
可进行梯形图模式，指令表模式的转换；进行读出模式，写入模式，监视模式，监视写入模式的转换
6
SFC工具条
可对SFC程序进行块变换、块信息设置、排序、块监视操作
7
工程参数列表
显示程序、编程元件注释、参数、编程元件内存等内容，可实现这些项目的数据的设定
8
状态栏
提示当前的操作：
显示PLC类型以及当前操作状态等
9
操作编辑区
完成程序的编辑、修改、监控等的区域
10
SFC符号工具条
包含SFC程序编辑所需要使用的步、块启动步、选择合并、平行等功能键
11
编程元件内存工具条
进行编程元件的内存的设置
12
注释工具条
可进行注释范围设置或对公共/各程序的注释进行设置
2.3.1参数设定
1.PLC参数设定
通常选定PLC后，在开始程序编辑前都需要根据所选择的PLC进行必要的参数设定，否则会影响程序的正常编辑。
PLC的参数设定包含PLC名称设定、PLC系统设定、PLC文件设定等12项内容，不同型号的PLC需要设定的内容是有区别的。
2.远程密码设定
Q系列PLC能够进行远程链接，因此，为了防止因非正常的远程链接而造成恶意的程序的破坏、参数的修改等事故的发生，Q系列PLC可以设定密码，以避免类似事故的发生。
通过左键双击工程数据列表中远程口令选项（见图2.3），打开远程口令设定窗口即可设定口令以及口令有效的模块。
口令为4个字符，有效字符为“A~Z”、“a~z”、“0~9”、“@”、“！
”、“#”、“$”、“%”、“&”、“/”、“*”、“，”、“．”、“；”、“〈”、“〉”、“？
”、“{”、“}”、“|”、“[”、“]”、“：
”、“=”、“””、“-”、“~”。
这里需要注意的是，当变更连接对象时或变更PLC类型时（PLC系列变更），远程密码将失效。
图2.3远程密码设定窗口
2.3.2梯形图编辑
梯形图在编辑时的基本操作步骤和操作的含义FX-GP/WIN-C编程软件类似，但在操作界面和软件的整体功能方面有了很大的提高。
在使用GXDeveloper编程软件进行梯形图基本功能操作时，可以参考FX-GP/WIN-C编程软件的操作步骤进行编辑。
1.梯形图的创建
功能：
该操作主要是执行梯形图的创建和输入操作，下面就以实例介绍梯形图创建的方法。
创建要求：
在GXDeveloper中创建如图2.4所示的梯形图。
操作步骤如图2.5所示：
以上方法是采用指令表创建梯形图，除此之外还可以通过工具按钮创建梯形图，操作方法参见三菱公司相关技术资料。
2.规则线操作
（1）规则线插入
功能：
该指令用于插入规则线。
操作步骤：
1单击[划线写入]或按[F10]，如图2.4所示。
2将光标移至梯形图中需要插入规则线的位置。
3按住鼠标左键并移动到规则线终止位置。
（2）规则线删除
功能；该指令用于删除规则线。
操作步骤：
①[划线写入]或按[F9]，如图2.5所示。
2将光标移至梯形图中需要删除规则线的位置。
3按住鼠标左键并移动到规则线终止位置。
图2.4规则线插入操作说明
图2.5规则线删除操作说明
3.标号程序
（1）标号编程简介
标号编程是GXDeveloper编程软件中新舔的功能。
通过标号编程用宏制作顺控程序能够对程序实行标准化，此外能够与实际的程序同样地进行回路制作和监视的操作。
标号编程与普通的编程方法相比主要有以下几个优点：
1可根据机器的构成方便地改变其编程元件的配置，从而能够简单地被其他程序使用。
2即使不明白机器的构成，通过标号也能够编程，当决定了机器的构成以后，通过合理配置标号和实际的编程元件就能够简单地生成程序。
3只要指定标号分配方法就可以不用在意编程元件/编程元件号码，只用编译操作来自动地分配编程元件。
4因为使用标号名就能够实行程序的监控调试，所以能够高效率地实行监视。
（2）标号程序的编制流程
标号程序的编制只能在QCPU或QnACPU系列PLC中进行，在编制过程中首先需要进行PLC类型指定、标号程序指定、设定变量等操作，具体操作步骤可以参见图2.6。
图2.6标号程序编制流程
2.3.3查找及注释
1.查找/替代
与FX-GP/WIN-C编程软件一样，GXDeveloper编程软件也为用户提供了查找功能，相比之下后者的使用更加方便。
选择查找功能时可以通过以下两种方式来实现（见图2.7）：
1通过点选查找/替代下拉菜单选择查找指令；
2在编辑区单击鼠标右键弹出的快捷工具栏中选择查找指令。
此外，该软件还新增了替代功能根据替代功能，这为程序的编辑、修改提供了极大的便利。
因为查找功能与FX-GP/WIN-C编程软件的查找功能基本一致，所以，这里着重介绍一下替换功能的使用。
图2.7选择查找指令的两种方式
查找/替换菜单中的替换功能根据替换对象不同，可为编程元件替换、指令替换、常开常闭触点互换、字符串替换等。
下面介绍常用的几个替换功能。
（1）编程元件替换
功能：
通过该指令的操作可以用一个或连续几个元件把旧元件替换掉，在实际操作过程中，可根据用户的需要或操作习惯对替换点数、查找方向等进行设定，方便使用者操作。
操作步骤：
1选择查找/替换菜单中编程元件替换功能，并显示编程元件替换窗口，如图2.8所示。
2在旧元件一栏中输入将被替换的元件名。
3在新元件一栏中输入新的元件名。
4根据需要可以对查找方向、替换点数、数据类型等进行设置。
5执行替换操作，可完成全部替换、逐个替换、选择替换。
图2.8编程元件替换操作
（2）指令替换
功能：
通过该指令的操作可以将一个新的指令把旧指令替换掉，在实际操作过程中，可根据用户的需要或操作习惯进行替换类型、查找方向的设定，方便使用者操作。
操作步骤：
1选择查找/替换菜单中指令替换功能，并显示指令替换窗口，如图2.10所示。
2选择旧指令的类型（常开、常闭），输入元件名。
3选择新指令的类型，输入元件名。
4根据需要可以对查找方向、查找范围进行设置。
5执行替换操作，可完成全部替换、逐个替换、选择替换。
图2.9指令查找
图2.10指令替换操作说明
（3）常开常闭触点互换
功能：
通过该指令的操作可以将一个或连续若干个编程元件的常开、常闭触点进行互换，该操作为编程的修改、编程程序通过了极大的方便，避免因遗漏导致个别编程元件未能修改而产生的错误。
操作步骤：
1选择查找/替换菜单中常开常闭触点互换功能，并显示互换窗口，如图2.11所示。
2输入元件名。
3根据需要对查找方向、替换点数等进行设置。
这里的替换点数与编程元件替换中的替换点数的使用和含义是相同。
4执行替换操作，可完成全部替换、逐个替换、选择替换。
图2.11常开/常闭触点互换操作说明
2.注释/机器名
在梯形图中引入注释/机器名后，使用户可以更加直观地了解各编程元件在程序中所起的作用。
下面介绍怎样编辑元件的注释以及机器名。
（1）注释/机器名的输入
操作步骤：
1单击显示菜单，选择工程数据列表，并打开工程数据列表。
也可按“Alt+O”键打开、关闭工程数据列表（见图2.12）。
2在工
升级会员 