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1、可编程控制器 课程设计说明书学生姓名： 学号： 学 院： 专 业： 指导教师： 2016 年 1 月 22 日李秋月1307044357计算机与控制工程学院电气工程及其自动化赵俊梅第 I 页 共 I 页第 I 页 共 I 页第 I 页 共 I 页1.1.引言引言1.11.1 喷泉的概述喷泉的概述目前喷泉可分为四种类型：一是普通喷泉；二是程控喷泉；三是音乐喷泉；四是水幕激光电影。 普通喷泉这种喷泉只有简单的几种固定水型及灯光，电源打开后同时喷水及亮灯，没有水型和灯光的变化，一般为早期产品或只用于装饰性喷泉时使用。其特点是制造简单，造价低。 程控喷泉程控喷泉是将各种水型及灯光，按照预先设定的排列组
2、合进行控制程序的设计，通过计算机运行控制程序发出控制信号，使水型及灯光有各种各样变化。 音乐喷泉音乐表演喷泉是在程序控制喷泉的基础上加人了音乐控制系统，计算机通过音频及 MIDI 信号的识别，进行译码和编码，最终将信号输出到音乐喷泉的控制系统，使喷泉的造型及灯光的变化与音乐保持同步，从而达到喷泉的水型、灯光及色彩的变化与音乐情绪的完美结合，使喷泉表演更加生动，更加富有内涵。 水幕激光电影、水幕激光表演系统是将激光器发出的激光束射在水幕喷头喷出的水膜上，激光束由激光控制系统编程控制，可发出多种多样的图画自及色彩，照射在晶莹透明的水膜上，形成斑斓夺目的奇异效果。 音乐喷泉的形成主要是根据音乐的节奏
3、来改变水泵的压力，水泵压力一旦有了变化，喷岀水的高低就有了变化，从而产生所看到的音乐喷泉的效果。所以音乐喷泉的关键所在也就是对水泵的控制。1.21.2 PLCPLC 的概述的概述PLC 即可编程控制器（Programmable logic Controller，是指以计算机技术为基础的新型工业控制装置。在 1987 年国际电工委员会（International Electrical Committee）颁布的 PLC 标准草案中对 PLC 做了如下定义： PLC 英文全称 Programmable Logic Controller ,中文全称为可编程逻辑第 I 页 共 I 页控制器，定义是:一
4、种数字运算操作的电子系统，专为在工业环境应用而设计的。它采用一类可编程的存储器，用于其内部存储程序，执行逻辑运算,顺序控制，定时，计数与算术操作等面向用户的指令，并通过数字或模拟式输入/输出控制各种类型的机械或生产过程.PLC 是可编程逻辑电路，也是一种和硬件结合很紧密的语言，在半导体方面有很重要的应用，可以说有半导体的地方就有 PLC “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 及其有关的外围
5、设备都应该按易于与工业控制系统形成一个整体，易于扩展其功能的原则而设计。 ”高可靠性是电气控制设备的关键性能。PLC 由于采用现代大规模集成电路技术，采用严格的生产工艺制造，内部电路采取了先进的抗干扰技术，具有很高的可靠性。例如三菱公司生产的 F 系列 PLC 平均无故障时间高达 30 万小时。一些使用冗余 CPU 的 PLC 的平均无故障工作时间则更长。从 PLC 的机外电路来说，使用 PLC 构成控制系统，和同等规模的继电接触器系统相比，电气接线及开关接点已减少到数百甚至数千分之一，故障也就大大降低。此外，PLC 带有硬件故障自我检测功能，出现故障时可及时发出警报信息。在应用软件中，应用者
6、还可以编入外围器件的故障自诊断程序，使系统中除 PLC 以外的电路及设备也获得故障自诊断保护。PLC 发展到今天，已经形成了大、中、小各种规模的系列化产品。可以用于各种规模的工业控制场合。除了逻辑处理功能以外，现代 PLC 大多具有完善的数据运算能力，可用于各种数字控制领域。近年来 PLC 的功能单元大量涌现，使 PLC 渗透到了位置控制、温度控制、CNC 等各种工业控制中。加上 PLC 通信能力的增强及人机界面技术的发展，使用 PLC 组成各种控制系统变得非常容易。PLC 作为通用工业控制计算机，是面向工矿企业的工控设备。它接口容易，编程语言易于为工程技术人员接受。梯形图语言的图形符号与表达
7、方式和继电器 电路图相当接近，只用 PLC 的少量开关量逻辑控制指令就可以方便地实现第 I 页 共 I 页继电器电路的功能。为不熟悉电子电路、不懂计算机原理和汇编语言的人使用计算机从事工业控制打开了方便之门。PLC 用存储逻辑代替接线逻辑，大大减少了控制设备外部的接线，使控制系统设计及建造的周期大为缩短，同时维护也变得容易起来。更重要的是使同一设备经过改变程序改变生产过程成为可能。这很适合多品种、小批量的生产场合。以超小型 PLC 为例，新近出产的品种底部尺寸小于 100mm，重量小于150g，功耗仅数瓦。由于体积小很容易装入机械内部，是实现机电一体化的理想控制设备。目前，PLC 在国内外已广
8、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。2.2.硬件方案设计硬件方案设计2.12.1 设计目的设计目的（1）能够根据功能要求选择PLC的类型及其根据I/O点的要求选择该类PLC的型号。（2）根据所选的PLC类型，掌握该PLC的编程软件并能够利用该软件绘制设计课题的梯形图。（3）根据绘制的梯形图，编写完整的程序清单。（4）根据 I/O 点的定义，学习 somashine 软件、触摸屏，并完成系统的仿真。2.22.2 设计内容及要求设计内容及要求（1）控制要求：A、B、C 三组喷泉的工作过程：A 组先喷 5s；B 组 C 组同时喷 5s，A
9、组停止 ；A 组、B 组停止，C 组喷5s；A 组、B 组喷 5s，C 组停 5s；A 组、B 组、C 组同时喷 5s；A 组、B 组、C 组同时停 5s；然后重复循环上述过程。第 I 页 共 I 页（2）画出系统动作流程图；设计外部输入、输出点（I/O） ；画出 PLC 外部接线图；设计完整梯形图；写出完整的软件程序。2.32.3 系统方案设计框图系统方案设计框图2.3.1 主控制路主控制器选择 PLC，PLC 由 CPU 和电源等 6 部分组成，相对于本设计比较简单，并且通过比较单片机设计比较简单，抗干扰性也很好。可以很好地实现设计目的2.3.2 驱动电路驱动电路采用接触器直接接收主控制器
10、信号控制水泵。3.3.软件方案设计软件方案设计3.13.1 PLCPLC 的选型的选型PLC 产品的种类繁多。PLC 的型号不同，对应着其结构形式、性能、容量、指令系统、编程方式、价格等均不相同，适用的场合也各有侧重，因此合理的选择 PLC 很重要。PLC 的选择应从机型、容量、I/O 模块、电源模块、特殊功能模块、通信联网能力等方面加以综合考虑。PLC 机型选择的基本原则是在满足功能要求且保证可靠、维护方便的前提下，力争最佳的性价比。通过设计任务可知：需要用的 I/O 口有开始和停止两个输入、三组喷泉输出，留有部分 I/O 口用来扩展；选用的 PLC 需要与外部设备通信，资源可共享，易于联网
11、通信，配上上位计算机后易于形成多级分布式控制系统综上所述，为了保证系统的实用性、可靠性，故本次设计选用施耐德M218LDAE24DRHN,这个类型的 PLC 具有 24 路 I/O 口，14 个输入口，10 个输出口，能够进行以太网通信，支持六种编程语言。按钮开 关电路主控制 路驱动电 路水泵第 I 页 共 I 页3.23.2 I/OI/O 分配表分配表开始MX0.1输入停止MX0.2AQX0.1BQX0.2输出CQX0.3表一 I/O 分配表3.33.3 驱动电路驱动电路M218I0.1I0.2Q0.1Q0.2Q0.3COM1COMSB1SB2KM3KM2KM124V3.43.4 变量变量第
12、 I 页 共 I 页3.53.5 梯形图梯形图第 I 页 共 I 页第 I 页 共 I 页4 4 M218M218 仿真结果仿真结果4.14.1 B B、C C 工作工作图 4-1 B、C 工作时仿真结果4.24.2 A A、B B、C C 工作工作第 I 页 共 I 页图 4-2 A、B、C 工作时仿真结果5 5 力控组态设计力控组态设计5.15.1 总工程画面总工程画面5-1 总工程5.25.2 B B、C C 工作工作第 I 页 共 I 页5-2 B、C 工作图面5.35.3 A A、B B、C C 工作工作5-3 A、B、C 工作图面6 6 总结总结（1）我们小组的两个人经过协力合作，
13、分工，终于完成了此项目。不过，由于我们的能力有限，时间有限，有很多设想不能完成，比如：通过音乐的频率来控制喷水量，喷水时配合以不同颜色的彩灯。 （2）我们小组的成员在整个过程中积极配合，虽然贡献值不一样，但是我们仍第 I 页 共 I 页然发挥团队协作精神，共同承担责任，分担任务，相信我们的协作能力和意识一定有所提高。 （3）我们在理论和实际动手能力方面有很大提高。了解到了一个模型从项目选择、方案选择和论证电路设计、元器件选择等到软硬件的设计及实现，再到最终的测试和调试整个工作过程，了解并掌握了系统设计时软件、硬件以及软硬件联合设计、制作和调试。第 I 页 共 I 页参考文献参考文献1 贾德胜.
14、 PLC 应用开发实用子程序.人民邮电出版社.20062 于庆广. 可编程控制器原理及系统设计.清华大学出版社.20043 张进秋. 可编程控制器原理及应用实例.机械工业出版社.20044 吴作明.PLC 开发与应用实例详解.北京航空航天大学出版社.2007第 I 页 共 I 页致谢致谢在学习中,老师严谨的治学态度、丰富渊博的知识、精益求精的工作态度以及侮人不倦的师者风范是我终生学习的楷模，老师们的高深精湛的造诣与严谨求实的治学精神，将永远激励着我。这三年中还得到众多老师的关心支持和帮助。在此，谨向老师们致以衷心的感谢和崇高的敬意！ 另外，感谢校方给予我这样一次机会，能够独立地完成一个课程设计
15、，并在这个过程当中，给予我们各种方便，使我们在这学期快要结束的时候，能够将学到的知识应用到实践中，增强了我们实践操作和动手应用能力，提高了独立思考的能力。 感谢所有任课老师和所有同学在这三年来给自己的指导和帮助，是他们教会了我专业知识，教会了我如何学习，教会了我如何做人。正是由于他们，我才能在各方面取得显著的进步，在此向他们表示我由衷的谢意。 在这次课程设计的撰写中，我得到了许多人的帮助。首先我要感谢我的老师在课程设计上给予我的指导、提供给我的支持和帮助，这是我能顺利完成这次设计的主要原因，更重要的是老师帮我解决了许多技术上的难题，让我能把系统做得更加完善。在此期间，我不仅学到了许多新的知识，而且也开阔了视野，提高了自己的设计能力。其次，我要感谢帮助过我的同学，他们也为我解决了不少我不太明白的设计上的难题。 最后再一次感谢所有在设计中帮助过我的良师益友和同学
