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1、毕 业 论 文 题 目 PLC控制花样喷泉 专 业 机电一体化 班 级 09级2班 学生姓名 陈建东 指导教师 叶远祥 答辩日期 2011/5/30 佛山职业技术学院毕业论文任务书（学生任务书-由指导教师填写）系 专业 班 同学： 一、毕业论文课题二、毕业论文内容和目标三、参考资料 四、毕业论文课题时间： 年 月 日至 年 月 日 五、进度安排：周 次工作内容预定目标及检查方式 六、备注：1、 本任务书一式三份，教研室、指导教师和学生各执一份；2、 学生须将此任务书按装订要求进行装订。目录第1章 概述11.1 喷泉控制系统的应用11.2 PLC花样喷泉控制系统1第2章 系统整体方案设计22.1
2、 实现方法分析与可行性讨论22.1.1 单片机喷泉控制系统22.1.2 工控机喷泉控制系统32.1.3 PLC喷泉控制系统42.2 总体实现方案5第3章 PLC简介63.1 PLC常识63.2 PLC的特点与应用领域73.3 PLC的基本组成与分类83.4 PLC的工作原理93.5 PLC的性能指标与发展趋势103.6 国内外PLC产品介绍113.7 三菱PLCFX2N系列介绍12第4章花样喷泉设计方案164.1 花样喷泉的模型164.2花样控制要求174.2.1花样控制的几种模式174.2.2各种模式的动作状态17第5章PLC花样喷泉控制系统的实现185.1 硬件设计185.1.1 PLC的
3、选择185.1.2 PLC的输入输出分配185.2 PLC应用程序设计195.2.1 采用顺序功能流程图(SFC)设计方法195.2.2 设计方案215.2.3 设计过程中的关键问题及实现21第6章 结束语22参考文献：22致谢：2207电气自动化专业毕业设计说明书论文修改意见：1 增加所有表格。把任务书填写好。2 第1章与第2章可以合作第1章，作为介绍。3 第2章起 着重写PLC的控制方案包括硬件设计，软件设计、调试等等。4 另外，你的喷泉花样过于简单。暂时修改这些吧。第1章 概述1.1 喷泉控制系统的应用随着人们生活水平的提高,城市环境建设日益为人们所重视。喷泉作为一种观赏性较高的艺术水景
4、，不断地出现在城市广场、居民小区、公园等场所。它不仅可以增加周围空气的湿度，减少空气中的尘埃，降低空气温度，更为人们生活增添了不少情趣。自动控制喷泉能自动且连续的改变其形态，呈现丰富多彩的花型变化，从而给人以美好的视觉感受。由可编程控制器PLC组成的小型喷泉系统在软件及硬件上均可以较好的满足控制喷泉造型变化的要求。图1.1 花样喷泉系统1.2 PLC花样喷泉控制系统 花样喷泉控制的实现方法很多，本设计题目基于可编程逻辑控制器（PLC）的喷泉控制系统，可编程逻辑控制器（PLC），不仅能够进行多种水型切换，而且能够将各种水型、灯光，按照预先设定的排列组合进行控制程序的设计，使水型、灯光实现多姿多彩
5、的变化。通过PC与PLC之间的通信来监控喷泉的状态与效果，进而控制电动机，以达到顺利实现工业控制的要求及目的，同时还要达到低功耗、高性价比、运行安全可靠等基本要求。第2章 系统整体方案设计2.1 实现方法分析与可行性讨论花样喷泉控制的实现方法很多，如利用单片机、工业机、PLC等都可以实现。下面简单介绍这几种方法。2.1.1 单片机喷泉控制系统 单片机也称单片微型计算机，是把微型计算机的各部件中央处理器、存储器、输入输出接口电路、定时器/计数器等制作在一块集成电路芯片上，构成一个完整的微型计算机，如图2.1所示。 由于单片机在一块小芯片上就集成了一台计算机有具备的功能，所以其在工业控制中占据很重
6、要的地位。它具有超小型化、结构紧凑、抗干扰能力强等优势。特别适合用于实时工业测量控制、智能化仪器仪表何家用电器控制等应用系统。目前，市场上流行的单片机种类繁多，如MCS-51系列，8位单片机仍占有单片机市场60%以上的份额，促进了8位单片机朝着高性能和功能化方向发展。其他单片机，如凌阳公司的SPCE061A 16位单片机，美国TEXAS INSTRUMENTS 公司的MSP430 系列单片机，ARM（advanced RISC Machine）嵌入式单片机等都是各有优点，在不同的领域中有着很好的应用。图 2.1 单片机控制系统单片机控制系统用于喷泉控制是完全可行的，它可以通过定时器/计数器对喷
7、泉喷射的时间进行控制，并且也可以利用串行接口与上位机进行通信。由于单片机的价格比较便宜，所以大批量生产时的性能价格比很高。但由于单片机需要附属很多的外围电路，对电路的设计水平要求很高，否则便可能降低系统的稳定性，而且，由于喷泉控制系统很少会有批量生产的情况，对于小规模制作时，PCB印刷电路板的制作成本是很高的。综上所述，此次设计采用单片机控制系统不是最佳方案。2.1.2 工控机喷泉控制系统工控机即工业控制计算机，但现在更时髦的叫法是产业电脑或工业电脑，英文简称IPC，全称Industrial Personal Computer。工控机通俗的说就是专门为工业现场而设计的计算机，如图2.2所示。工
8、控机的特点工控机通俗的说就是专门为工业现场而设计的计算机，而工业现场一般只有强烈的震动，灰色特别多，另有很高的电磁场力干扰等特点，且一般工厂均是连续作业即一年中一般没有休息。因此，工控机与普通计算机相比必须具有以下特点：（1）机箱采用钢结构，有较高的防震、防尘、防冲击力的能力。（2）机箱内有专用底板，底板上有PCI和ISA插槽。（3）机箱内有专门电缆，电源有较强的抗干扰能力。（4）要求具有连续长时间工作能力。自1984年内开始从事开发和推广应用工控机以来，已被广泛地应用于钢铁冶金、石油化工、机电成套设备、医学食品、数控机床、工业炉窖等工业领域、以及军工和科研设备中。图 2.2 工控机控制系统
9、对于工控机作为喷泉控制系统，由于喷泉控制系统的环境相对工业控制环境要好的多，而且喷泉控制系统对连续长时间工作能力要求也不是很高，用工控机设计喷泉控制系统实属有些大材小用。而且工控机的价格较同层次的PLC机要偏高，这样就更增加了系统的成本，降低了整体的性价比。2.1.3 PLC喷泉控制系统 自二十世纪六十年代美国推出可编程逻辑控制器（Programmable Logic Controller，PLC)取代传统继电器控制装置以来，PLC得到了快速发展，在世界各地得到了广泛应用。同时，PLC的功能叶不断完善。随着计算机技术、信号处理技术、控制技术网络技术的不断发展和用户需求的不断完善。PLC在开关量
10、处理的基础上增加了模拟量处理和运动控制等功能。今天的PLC不再局限于逻辑控制，在运动控制、过程控制等领域也发挥着十分重要的作用。如图2.3所示。 作为离散控制的首选产品，PLC在二十世纪八十年代至九十年代得到了迅速发展，世界范围内的PLC年增长率保持为20%30%。随着工厂自动化程度的不断提高和PLC市场容量基数的不断扩大，在自动化领域占据着十分重要的位置。 PLC是由模仿原继电器控制原理发展起来的，二十世纪七十年代的PLC只有开关量逻辑控制，首先应用的是汽车制造业，它以存储执行逻辑运算、顺序控制、定时、计数和运算等操作的指令；并通过数字输入和输出操作，来控制各类机械或生产过程。用户编制的控制
11、程序表达了生产过程的工艺要求，并事先存入PLC的用户程序存储器中。运行时按存储程序的内容逐条执行，以完成工艺流程的操作。图2.3 PLC控制系统一个PLC的控制器，可以接收几千个I/O点（最多可达8000多个I/O），对于喷泉控制系统这样，被控的对象主要是设备连锁，回路很少，采用PLC较为合适。PLC与由于采用通用监控软件。在组态软件设计方面，要容易一些，且PLC通常都支持现场总线，会使得系统通信得到有利保障，更适合实现上位机的远程监控。目前适用于喷泉控制的中小型PLC种类繁多，价格低廉。使设计者会有更多的选择余地。系统整体造价会比工控机低，而且不会降低系统的稳定性。经过以上三种控制系统的可行
12、分析可以看出，以PLC组成的控制系统是此次设计喷泉控制系统的最佳方案。2.2 总体实现方案根据设计要求，该喷泉控制系统是由PLC组成，如图2.4所示。PLC对喷泉的水泵进行时序控制，产生各种不同的喷水造型。需设计两种种不同的喷泉类型。上位机编写组态软件对喷泉的工作状态进行实时监控。要求喷泉控制程序能够产生不同的喷水造型，并且符合美学标准，逻辑合理，且操作简单。图 2.4 喷泉控制系统总体方案第 21 页 共 22 页第3章 PLC简介3.1 PLC常识（一）概念可编程控制器（ProgrammbleController）简称PC或PLC。它是在电器控制技术和计算机技术的基础上开发出来的，并逐渐发
13、展成为以微处理器为核心，把自动化技术、计算机技术、通讯技术融为一体的新型工业控制装置。目前，PLC已被广泛应用于各种生产机械和生产过程的自动控制中，成为一种最重要、最普及、应用场合最多的工业控制装置，被公认为现代工业自动化的三大支柱（PLC、机器人、CAD/CAM）之一。 国际电工委员会（IEC）于1987年颁布了可编程控制器标准草案第三稿，其定义强调了PLC应直接应用于工业环境，必须具有很强的抗干扰能力、广泛的适应能力和广阔的应用范围，这是区别于一般微机控制系统的重要特征。同时，也强调了PLC用软件方式实现的“可编程”与传统控制装置中通过硬件或硬接线的变更来改变程序的本质区别。 近年来，可编
14、程控制器发展很快，几乎每年都推出不少新系列产品，其功能已远远超出了上述定义的范围。 （二）PLC的产生与发展 在可编程控制器出现前，在工业电气控制领域中，继电器控制占主导地位，应用广泛。但是电器控制系统存在体积大、可靠性低、查找和排除故障困难等缺点，特别是其接线复杂、不易更改，对生产工艺变化的适应性差。 早期的可编程控制器仅有逻辑运算、定时、计数等顺序控制功能，只是用来取代传统的继电器控制,通常称为可编程逻辑控制器（Programmable Logic Controller ）。随着微电子技术和计算机技术的发展，20世纪70年代中期微处理器技术应用到PLC中，使PLC不仅具有逻辑控制功能，还增加了算术运算、数据传送和数据处理等功能。 20世纪80年代以后，随着大规模、超大规模集成电路等微电子技术的迅速发展，16位和32位微处理器应用于PLC中，使PLC得到迅速
