花式喷泉的plc控制系统设计毕业论文

花式喷泉的plc控制系统设计毕业论文内容摘要：

图 23 花式喷泉控制面板 电源显示 花样 1 花样 2 花样 3 启动 灯控 连续 自动 停止 报警器 长 春 大 学 花式喷泉的 PLC 控制系 统 设计 共 37 页 第 7 页 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 装 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 订 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 线 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 第 3 章 系统硬件设计 可编程控制器（ PLC）的选择 PLC 概述 可编程控制器，英文称 Progammable Controller,简称 PLC，本课题中用 PLC 作为它的简称。 PLC 是用于工业现场的电控制器。 它源于继电器控制技术，但基于电子计算机。 它通过运行存储在其内存中的程序，把经输入电路的物理过程得到的输入信息，变换为所要求的输出信息，进而再通过输出电路的物理过程去实现对负载的控 制 [1]。 PLC 有丰富的指令系统，有各种各样的 I/O 接口、通信接口，有大容量的内存，有可靠的自身监控系统，因而具有以下基本的功能： 1) 逻辑处理功能； 2) 数据运算功能； 3) 准确定时功能； 4) 高速计数功能； 5) 中断处理（可以实现各种内部中断）功能； 6) 程序与数据存储功能； 7) 联网通信功能； 8) 自检测、自诊断功能。 可以说，凡普通小型计算机能实现的功能， PLC 几乎也都可以做到 [4]。 PLC 的选型 在 PLC 系统设计时，首先应确定控制方案，下一步工作就是 PLC 工程设计选型。 工艺流程的特点和应用要求是设计选型的主要依据。 因此，工程设计选型和估算时，应详细分析工艺过程的特点、控制要求，控制任务和范围确定所需的操作和动作，然后根据控制要求，估算输入输出点数、所需存储器容量、确定 PLC 的功能、外部设备特性等，最后选择有较高性能价格比的 PLC 和设计相应的控制系统。 1) 输入输出（ I/O）点数的估算 I/O 点数估算时应考虑适当的余量，通常根据统计的输入输出点数，再增加10%~20%的可扩展余量后，作为输入输出点 数估算数据。 2) 存储器容量的估算 存储器容量是可编程序控制器本身能提供的硬件存储单元大小，程序容量是存储器中用户应用项目使用的存储单元的大小，因此程序容量小于存储器容量。 设计阶段，由于用户应用程序还未编制，因此，程序容量在设计阶段是未知的，需在程序调试之长 春 大 学 花式喷泉的 PLC 控制系 统 设计 共 37 页 第 8 页 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 装 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 订 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 线 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 后才知道。 为了设计选型时能对程序容量有一定估算，通常采用存储器容量的估算来代替 [10]。 3) 控制功能的选择 该选择包括运算功能、控制功能、通信功能、编程功能、诊断功能和处理速度等特性的选择。 根据本课题所设计控制的需求，主要介绍一下几种 功能的选择。 (1) 控制功能 PLC 主要用于顺序逻辑控制，因此，大多数场合常采用单回路或多回路控制器解决模拟量的控制，有时也采用专用的智能输入输出单元完成所需的控制功能，提高PLC 的处理速度和节省存储器容量。 (2) 编程功能 离线编程方式： PLC 和编程器公用一个 CPU，编程器在编程模式时， CPU 只为编程器提供服务，不对现场设备进行控制。 完成编程后，编程器切换到运行模式，CPU 对现场设备进行控制，不能进行编程。 离线编程方式降低系统成本，但使用和调试不方便。 在离线编程方式： CU 和编程器有各自 的 CPU，主机 CPU 负载现场控制，并在一个扫描周期内与编程器进行数据交换，编程器把在线编制的程序或数据发送到主机，下一扫描周期，主机就根据新收到的程序运行。 五种标准化编程语言：顺序功能（ SFC）、梯形图（ LD）、功能模式图块 (FBD)三种图形化语言和语句表（ il）、结构体文（ ST）两种文本语言。 选用的编程语言应遵守其标准（ IEC113123），同时，还应该支持多种语言编程方式，如 C,Basic 等，以满足特殊控制场合的控制要求。 (3) 诊断功能 PLC 的诊断功能包括硬件和软件的诊断。 硬件诊断通过硬 件的逻辑判断确定硬件的故障位置，软件诊断分内诊断和外诊断。 通过软件对 PLC 内部的性能和功能进行诊断是内诊断，通过软件对 PLC 的 CPU 与外币输入输出等部件信息交换功能进行诊断是外诊断。 PLC 的诊断功能的强弱，直接影响对操作和维护人员技术能力的要求，并影响平均维修时间。 (4) 机型的选择 通过对输入 /输出点的选择、对存储量的选择 ， 对 I/O 响应时间的选择输出负载的特点选型的 分析。 该控制系统选用三菱公司 FXON 系列的 PLC。 它体积小，重量轻，使用寿命长，编程和维护方便，故障率低，通过扩展模块的链接，可 以增加输入 /输出点数。 我设计的花式喷泉模型共有 8 个输入， 12 个输出，因此，选用型号为 FX2N32MR的 PLC[5]。 长 春 大 学 花式喷泉的 PLC 控制系 统 设计 共 37 页 第 9 页 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 装 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 订 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 线 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 变频器的选型 变频调速技术是针对固定工频而采取的高效节能措施，工频（ 50Hz）是发电的最佳频率，但它并非是所有用电设备的最佳工作频率，因而导致许多设备长期处于低频率、低功率引述运行状态。 占全国耗电 2/3 的交流电动机目前大多数还在工频、恒速下运动，运行效率只有 60%左右。 为了提高效率，所以在本设计中用到变频器。 变频器是利用电力半导体器件的通断作用将工频电源变换为另一频率的电能 控制装置。 我们现在使用的变频器主要采用交 ——直 ——交方式（ VVVF 变频或矢量控制变频），先把贡品交流电源通过整流器转换成直流电源，然后再把直流电源转换成频率、电压均可控制的交流电源以供给电动机。 整流部分为三桥式不可控整流器，逆变比分为 IGBT 三相桥式逆变器，且输出为 PWM 波形，中间直流环节为滤波、直流储能和缓冲无功功率。 变频器选型时要确定以下几点： 1) 采用变频的目的：恒压控制或恒流控制等。 2) 变频器的负载类型。 如叶片泵或容积泵等，特别注意负载的性能曲线，性能曲线决定了应用时的方式方 法。 3) 变频器与负载的匹配问题： (1) 电压匹配：变频器的额定电压与负载的额定电压相符。 (2) 电流匹配：普通的离心泵，变频器的额定电流与电动机的额定电流相符。 对于特殊的负载如深水泵等需要参考电机的性能参数，以最大电流确定变频器电流和过载能力。 (3) 转矩匹配：这种情况在恒转矩负载或又减速装置时有可能发生。 a. 在使用变频器驱动告诉电机时，由于高速电机的电抗小，高次谐波增加导致输出电流地阿牛值增大。 因此用于高速电机的变频器的选型，其容量要稍大于普通电机的选型。 b. 变频 器如果要长电缆运行时，此时要采取措施抑制长电缆对地耦合电容的影响，避免变频器出力不足，所以在这样的情况下，变频器容量要更大一档或者在变频器的输出端安装输出电抗器。 c. 对于一些特殊的应用场合，如高温，高海拔，此时会引起变频器的降容，变频器的容量要放大一档。 本设计是通过变频器苏调技术来控制每环喷水的高度。 我选用的是 三菱 D700 系列变频调速器 [8]。 长 春 大 学 花式喷泉的 PLC 控制系 统 设计 共 37 页 第 10 页 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 装 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 订 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 线 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 水泵的选型 泵是一种面大量广通用型号机械设备，它广泛地应用于石油、化工、电力、冶金、矿山、选船、轻工、农业、民用和国防各部门，在国民经济中占有重 要的地位。 泵的电能消耗起了积极作用。 但是目前在国民经济各个领域中，由于选型不合理，许多的泵处于不合理运行状况，运行效率低，浪费了大量能量。 还有的泵由于选型不合理，根本不能使用，或者使用维修成本增加，经济效益低。 由此可见，合理选泵对节约能源同样具有重要意义。 所谓合理选泵，就是要综合考虑泵机组和泵站的投资和运行费用等综合性的技术经济指标，使之符合经济、安全、适用的原则。 具体来说，有以下几个方面：必须满足使用流量和扬程的要求，即要求泵的运行工次点经常保持在高效间运行，这样既能剩动力又不易损坏。 所选择的水泵既要体积 小、重量轻、造价便宜，又要具有良好的特性和较高的效率。 具有良好的抗气蚀性能，这样既能减小泵房的开挖深度，又不使水泵发生气蚀，运行平衡、寿命长 [9]。 水泵的参数及性能 水泵的主要参数 水泵参数是指工作性能的主要技术数据，包括流量、扬程、转速、效率和比转数等。 1) 流量（ Q） 泵的流量市直单位时间所排出的液体的数量。 通常泵的流量用体积计算，以 Q 表示，单位为米 3/时（ m3/h）、米 3/秒（ m3/s）、升 /秒（ 1/s），也可用重量计，以 G 表示，单位为吨 /时（ t/h）、吨 /秒（ t/S）、千克 /秒（ kg/s）。 G 与 Q 的关系： QrG (31) r液体的重量（千克 /米 3） 因水的重量近似 1000 千克 /米 3，故 1 升 /秒 = 米 3/时 = 吨 /时 2) 扬程（ H） 泵的扬程是指单位重量的液体通过泵所增加的能量。 以 H 表示，实质上就是水泵能够扬水的高度，又叫总扬程或全扬程。 单位为米液柱高度，习惯上省去 “液柱 ”，以米（ m）表示。 泵的总扬程由吸水扬程两部分组成，因此 总扬程 =吸水扬程 =出水扬程 但由于水流经过管路时受到各种阻力而减少了泵的吸水扬程和出水扬程，因此 吸水扬程 =实际吸水扬程 +吸水损失扬程 出水扬程 =实际出水扬程 +出水损失扬程 损失扬程 =吸水损失扬程 +出水损失扬程 长 春 大 学 花式喷泉的 PLC 控制系 统 设计 共 37 页 第 11 页 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 装 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 订 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 线 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 总扬程 =实际扬程 +损失扬程 由于水泵铭牌上表明的扬程是上述水泵的总扬程，因此不能误认为铭牌上的扬程是实际扬程数值，水泵的实际扬程都比水泵铭牌上的扬程数值小。 因此在 确定水泵扬程时，这一点要特别注意，否则，如果只按。