学位论文-—花样喷泉控制系统设计.doc
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1、花样喷泉控制系统的设计花样喷泉控制系统的设计摘 要 本设计重点要解决的是花样喷泉的花样造型问题,要解决这个问题需要分为两部分,因此花样喷泉控制系统分为硬件和软件两部分,硬件部分主要是设计主电路图、外部接线图、控制接线图,软件主要是用可变程序控制器编写出所要的喷泉花样并且按照期望的顺序循环执行实现花样喷泉运行的自动控制功能,可靠性大大提高。花样喷泉采用了可编程序控制器和交流变频技术,变频器具有优异的调速性能.可以控制喷泉水位的高度,自动控制通过计算机运行程序发出控制信号,使水型按照期望的花样进行变化。关键词 可编程控制器;花样喷泉;变频器;水泵The Design of Synchronised
2、 Fountain Control SystemElectrical Engineering and Automation Specialty Hu JingAbstract: What this design needs to solve with emphasis is the pattern eruptive fountain pattern modelling question, must solve this problem to need to divide into two parts, therefore the pattern eruptive fountain contro
3、l system divides into the hardware and the software two parts, the hardware part is mainly designs the main circuit chart, the exterior wiring diagram, the control wiring diagram, the software is mainly the eruptive fountain pattern which compiles with the invariable program timer wants, and realize
4、s the pattern eruptive fountain movement automatic control function according to the expectation order looping execution, the reliability enhances greatly. The pattern eruptive fountain has used the programmable controller and the frequency changer technology frequency changer has the outstanding ve
5、locity modulation performance. May control the eruptive fountain water level the altitude, the automatic control sends out the control signal through the computer run procedure, is the water type carries on the change according to the expectation pattern.Key words: Programmable controller; pattern e
6、ruptive fountain; frequency changer; water pump目 录1. 引言11.1 本课题的研究背景11.2 课题研究的目的和意义12 S7-200系列PLC的介绍22.1 S7-200 PLC的简介22.2 S7-200系列PLC的选型43 变频器的选择53.1 变频器的特性53.2 变频器的选型54 花样喷泉控制系统的硬件体设计64.1 花样喷泉系统的设计方案64.1.1 喷泉概况64.1.2 喷泉水泵、喷头布置74.2 花样喷泉控制系统的硬件设计74.2.1 花样喷泉控制系统的主电路图74.2.2花样喷泉控制系统的结构框图84.2.3 花样喷泉控制系统
7、控制接线图和外部接线图85 软件设计115.1 花样喷泉控制系统的I/O 分配表115.2 程序编写115.2.1 梯形图115.2.2 程序指令表115.3 系统的调试与实现11结束语13参考文献14附录15致谢27261. 引言1.1 本课题的研究背景随着城市化进程的加速,花样喷泉可以在人们周围随处可见。喷泉在炎热的夏日可以起到增湿和降温的作用;也为水体充氧,有利于水体增加自净能力,起到防止水体黑臭的作用。花样喷泉运行的灵活性是评价花式喷泉优劣的关键,而这与花样喷泉的控制系统息息相关。花式喷泉可以根据自己的设计,设计出各种各样的花样,加上灯光,能给人有种不错的视觉享受。而花样喷泉控制系统一
8、般选用可编程序控制器控制。1969 年美国数字设备公司研制书上世界第一台可编程控制器,并成功地应用在美国的生产线上。但当时只能进行逻辑运算,故称为可编程逻辑控制期,70 年代后期,随着微电子技术和计算机的迅猛发展,使可编程序控制器 从开关量的逻辑控制扩展到数字控制及生产过程控制域,真正成为一种电子计算机工业控制装置,故称为可编程控制器。可编程序控制器是继电器逻辑控制系统发展而来,所以它在数学处理、顺序控制方面具有一定优势。同时它也是在集成电路、计算机技术的基础上发展起来的一中新型工业控制设备。具有可靠性高、抗干扰能力强 、设计、安装容易,维护工作量少 、功能强、通用性好、开发周期短、成功率高
9、、体积小,重量轻、功耗底等特点。具有功能强、可靠性高、配置灵活、使用方便以及体积小、重量轻等优点,已经广泛应用于自动化控制的各个领域,并已成为实现工业生产自动化的支柱产品。与继电接触器系统相比系统更加可靠;易于在现场变更程序;便于使用、维护、维修;能直接推动电磁阀、接触器及与之相当的执行机构;能向中央执行机构;能向中央数据处理系统直接传输数据等。因此,进行花样喷泉控制系统的设计。可以推动喷泉行业的发展,扩大可编程序控制器在自动控制领域的应用,具有一定的经济和理论研究的价值。1.2 课题研究的目的和意义喷泉广泛应用于广场、车站、公园等各种公共娱乐休闲场所,PLC用于喷泉控制,通过改变PLC的程序
10、,可以改变喷泉的造型及各种不同颜色的灯光,使之产生千姿百态,五颜六色的喷泉效果。由于大规模集成电路与微型计算机技术的发展,给电气控制技术开辟了新的前景。PLC作为一种新型工业控制器,它将计算机的编程灵活、功能齐全、应用面广等优点与继电器系统的控制简单、使用方便、抗干扰能力强等优点结合起来、其本身有具有体积小、重量轻、耗电省等特点,因此,不仅在工业生产过程控制中的应用越来越广泛,而且在其他领域也得到了广泛应用。在PLC高速发展的同时,微电子技术、计算机技术和自动控制技术也到迅速发展,交流变频调速技术也已进入一个崭新的时代,其应用越来越广。而随着我国城市化进程的加快和人口大量集聚,环境越来越重要,
11、好的环境能使心身愉快,做事效率提高。其中喷泉可以湿润周围空气,减少尘埃,降低气温。喷泉的细小水珠同空气分子撞击,能产生大量的负氧离子,有益于改善社区面貌和增进居民身心健康。可编程序控制器因为稳定可靠、结构简单、成本低廉、简单易学、功能强大和使用方便已经成为应用面最广、最广泛的通用工业控制装置,成为当代工业自动化的主要支柱之一10。花式喷泉控制要求接入设备使用简便,对应于系统组态的编程简单,具有人性化的人机界面,配备应用程序库,加快编程和调试速度。通过PLC 对程序设计,提高了喷泉的控制水平,并改善了喷泉的样式。2 S7-200系列PLC的介绍2.1 S7-200 PLC的简介S7-200PLC
12、性价比极高,质量可靠,占据公司西门子工程产品销售额的50%左右。西门子在中国的OEM大客户表示,自从使用西门子S7-200PLC做自动控制配套以来,产品的稳定性,抗干扰能力大大增强,也使得自己产品的品牌形象得以提升。S7-200系列是一种可编程序逻辑控制器。它能够控制各种设备以满足自动化控制需求。紧凑的结构、灵活的配置和强大的指令集使S7-200成为各种控制应用的理想解决方案。 最新升级的S7-200系列CPU224和226产品新老兼容性100%,运算速度提高40%,程序存储区扩大50%,数据存储区扩大60%,可选择在线程序编辑,同时增加CPU诊断LED、数据记录指令、配方指令、PID自整定指
13、令、线性斜坡脉冲指令等。而全新产品CPU224XP除了具备升级CPU的突出特性外,还集成有模拟量通道(2模拟量输入,1模拟量输出),且具备双通信口(RS-485),高速脉冲输出率提高500%(100KHz),2相高速计数器频率提高500%,另外增加漏型或源型脉冲输出,TTL24VDC高速计数器。集成模拟量I/O的产品CPU224XP可提供两路模拟量输入,可用于监视过程变量,如:速度、压力或流量等;一路模拟量输出(10位,0至10VDC和0至20mA),可用于控制简单的运动驱动,如物料输送系统或操作阀位置的控制。CPU224XP的双通信口扩大了S7-200产品的应用范围,能增加S7-200的销售
14、量,特别是那些对性能有较高要求的应用。这种新型CPU增强了S7-200在简单运动控制、简单过程控制、位置控制、数据监视和采集(远程终端应用)和通讯方面的功能。最新研究的CPU产品都增强了位置控制功能,极大的提高了S7-200在简单步进电机和伺服系统应用中的位置控制特性。新增的PID自整定功能增强了S7-200在简单过程控制方面的能力,如温度控制或压力控制,同时Micro/WIN使PID调试变得更加简单容易。新增的数据记录指令可轻松实现数据记录功能,将设备或过程信息读取并永久保存,增加的特殊存储卡能够持久保存数据记录。另外,许多控制应用需要根据产品制造或控制过程经常改变公式或配方,因此需要存储的
15、信息量经常超过S7-200CPU变量寄存器的存储量。新增的配方功能指令,能实现配方功能,增加的特殊存储卡可持久保存/恢复配方。由于世界上约有70个国家使用夏时制,因此S7-200新增夏时补偿功能,能根据季节交替,设置时间自动补偿功能的指令。S7-200PLC还提供包含时间标记和事件标志的事件记录,以堆栈“后进先出”的原则存储在缓冲区中,通过CLEARPLC指令清空记录。每次上电、每次由STOP到RUN的转换和每次致命错误都会保存在事件记录中。新一代的文本显示界面提供了非常灵活的键盘布置和面板设计。键盘设计可选择多达20种不同形状、颜色和字体的按键,背景图像也可任意变化。通过最新版编程软件的键盘
16、设计工具可轻松实现按键的布局。新的文本显示界面包括标准文本显示界面的基本操作功能,同时它又允许用户建立特别的可定制的面板设计,另外增加的一整套新的功能使得TD200C成为更加强大的文本显示屏。STEP7-Micro/WINV4.0是S7-200PLC系列产品的最新版编程软件。软件包括以下升级功能:PID自整定,超级项目树形结构,状态趋势图,PLC历史记录和事件缓存区,项目文件的口令保护,存储卡支持,和文本显示界面支持,PLC内置PTO指令向导,诊断LED组态,数据块页,新的字符串和变量。另外,最新版编程软件兼容性极强,支持当前所有S7-200CPU22x系列产品。PCAccessV1.0是专为
17、连接S7-200PLC和S7- 200通信模块而设计的服务器。它支持所有S7-200数据形式,最新版PLC编程软件中的符号都可以轻松移植到PC服务器项目中。PC服务器还具有外语安装选件,支持多PLC连接及任何一种标准的OPC客户机,且支持所有的S7-200协议。PC服务器内置的客户机测试允许编程者迅速进行变量的在线测试。用户能够利用示例模板来建立项目。S7-200系列PLC适用于各行各业,各种场合的检测、监测及控制的自动化。强大功能使其无论在独立运行中,或相连成网络皆能实现复杂控制功能。因此S7-200系列产品具有极高的性能/价格比。在以下几方面均有出色的表现:极高的可靠性;极丰富的指令集;易
18、于掌握;便捷的操作;丰富的内置集成功能;实时特性;强劲的通讯能力;丰富的扩展模块。S7-200系列PLC在集散自动化系统中充分发挥其强大功能。使用范围可覆盖从替代继电器的简单控制到更复杂的自动化控制。应用领域极为广泛,覆盖所有与自动检测,自动化控制有关的工业及民用领域,包括各种机床、机械、电力设施、民用设施、环境保护设备,如:冲压机床、磨床、印刷机械、橡胶化工机械、中央空调、电梯控制、运动系统、纺织机械、木工机械、污水处理、包装机等。S7-200产品凭借其先进性、成熟性和广泛的适用性在自动化产品中受到广泛的重视,相信此次发布的新产品一定能够满足部分用户的需求,同时在自动化领域中获得更广泛的应用
19、。2.2 S7-200系列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。工艺流程的特点和要求是设计选型的重要依据。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,控制人物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。首先是输入输出(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。其次是存储器容量的估算:存储器容量是可编程序控
20、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为编制,因此,程序容量在设计阶段是未知的,需要在程序调试之后才知道。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。存储器内存容量的估算没有固定的公式,许多文献资料中给出了不同的公式,大体上都是按数字量I/O点数的10-15倍,加上模拟量的I/O点数的100倍,以此数为内存的总字数,另外再按此数的25%考虑余量。因此本设计的PLC内存容量选择应能存储2000条梯形图。这样才能在以后的改造过程中有足够的空间。再次控制功能的选择:该选择
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