喷泉控制系统程序设计.docx
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喷泉控制系统程序设计
“机电传动控制”课程设计任务书
第十三组
1.设计题目：
喷泉控制系统程序设计
（一）
2.设计内容：
1）喷泉控制要求为“A、D同时喷6秒，并左右摆动——A、C同时喷7秒并旋转——B、D同时喷10秒并旋转——A、C、B同时喷5秒并摆动——2秒后再循环”
2）每个喷头工作时，都连带红、绿、黄、蓝四个彩灯间隔0.1秒循环发光。
3）喷泉可以实现单周期、连续两种操作方式。
4）当选择连续时，要求循环20次后终止循环，发出声光间断报警，按停止按钮终止报警。
3.设计要求：
1）画出端子分配图和顺序功能图
2）设计并调试控制梯形图
3）设计说明书
4.进度安排：
1）理解题目要求，查阅资料，确定设计方案1天
2）顺序功能图与梯形图设计2天
3）说明书撰写1天
4）答辩1天
指导教师：
1.前言……………………………………………………………………3
第一部分
1概述…………………………………………………………………5
2.设计任务书……………………………………………………………7
第二部分
1.总体设计………………………………………………………………8
第三部分
1设计思想…………………………………………………………11
第四部分
1课程设计总结……………………………………………………20
前言
自动控制技术的研究有利于将人类从复杂、危险、繁琐的劳动环境中解放出来并大大提高控制效率。
自动控制是工程科学的一个分支。
它涉及利用反馈原理的对动态系统的自动影响，以使得输出值接近我们想要的值。
从方法的角度看，它以数学的系统理论为基础。
我们今天称作自动控制的是二十世纪中叶产生的控制论的一个分支。
1、40年代60年代初：
需求动力：
市场竞争,资源利用,减轻劳动强度,提高产品质量,适应批量生产需要。
主要特点：
此阶段主要为单机自动化阶段,主要特点是:
各种单机自动化加工设备出现,并不断扩大应用和向纵深方向发展。
典型成果和产品：
硬件数控系统的数控机床。
2、60年代中70年代初期：
需求动力：
市场竞争加剧,要求产品更新快,产品质量高,并适应大中批量生产需要和减轻劳动强度。
主要特点：
此阶段主要以自动生产线为标志,其主要特点是:
在单机自动化的基础上,各种组合机床、组合生产线出现,同时软件数控系统出现并用于机床、等软件开始用于实际工程的设计和制造中,此阶段硬件加工设备适合于大中批量的生产和加工。
典型成果和产品：
用于钻、镗、铣等加工的自动生产线。
3、70年代中期至今：
需求动力：
市场环境的变化,使多品种、中小批量生产中普遍性问题愈发严重,要求自动化技术向其广度和深度发展,使其各相关技术高度综合,发挥整体最佳效能。
主要特点：
自70年代初期美国学者首次提出概念至今,自动化领域已发生了巨大变化,其主要特点是已作为一种哲理、一种方法逐步为人们所接受也是一种实现集成的相应技术,把分散独立的单元自动化技术集成为一个优化的整体。
所谓哲理,就是企业应根据需求来分析并克服现存的“瓶颈”,从而实现不断提高实力、竞争力的思想策略;而作为实现集成的相应技术,一般认为是:
数据获取、分配、共享;网络和通信;车间层设备控制器;计算机硬、软件的规范、标准等。
同时,并行工程作为一种经营哲理和工作模式自80年代末期开始应用和活跃于自动化技术领域,并将进一步促进单元自动化技术的集成。
典型成果和产品：
工厂,柔性制造系统（）。
随着现代应用数学新成果的推出和电子计算机的应用，为适应自动控制。
宇航技术的发展，自动控制理论跨入了一个新阶段——现代控制理论。
主要研究具有高性能，高精度的多变量变参数的最优控制问题，主要采用的方法是以状态为基础的状态空间法。
目前，自动控制理论还在继续发展，正向以控制论，信息论，仿生学为基础的智能控制理论深入。
为了实现各种复杂的控制任务，首先要将被控制对象和控制装置按照一定的方式连接起来，组成一个有机的总体，这就是自动控制系统。
在自动控制系统中，被控对象的输出量即被控量是要求严格加以控制的物理量，它可以要求保持为某一恒定值，例如温度，压力或飞行航迹等；而控制装置则是对被控对象施加控制作用的机构的总体，它可以采用不同的原理和方式对被控对象进行控制，但最基本的一种是基于反馈控制原理的反馈控制系统。
在反馈控制系统中，控制装置对被控装置施加的控制作用，是取自被控量的反馈信息，用来不断修正被控量和控制量之间的偏差从而实现对被控量进行控制的任务，这就是反馈控制的原理。
机械制造自动化这是机械化、电气化与自动控制相结合的结果，处理的对象是离散工件。
早期的机械制造自动化是采用机械或电气部件的单机自动化或是简单的自动生产线。
20世纪60年代以后，由于电子计算机的应用，出现了数控机床、加工中心、机器人、计算机辅助设计、计算机辅助制造、自动化仓库等。
研制出适应多品种、小批量生产型式的柔性制造系统（）。
以柔性制造系统为基础的自动化车间，加上信息管理、生产管理自动化，出现了采用计算机集成制造系统（）的工厂自动化。
管理自动化工厂或事业单位的人、财、物、生产、办公等业务管理自动化，是以信息处理为核心的综合性技术，涉及电子计算机、通信系统与控制等学科。
一般采用由多台具有高速处理大量信息能力的计算机和各种终端组成的局部网络。
现代已在管理信息系统的基础上研制出决策支持系统（），为高层管理人员决策提供备选的方案。
对社会的影响自动化是新的技术革命的一个重要方面。
自动化技术的研究、应用和推广，对人类的生产、生活等方式将产生深远影响。
生产过程自动化和办公室自动化可极大地提高社会生产率和工作效率，节约能源和原材料消耗，保证产品质量，改善劳动条件，改进生产工艺和管理体制，加速社会的产业结构的变革和社会信息化的进程。
发展趋势现代生产和科学技术的发展，对自动化技术提出越来越高的要求，同时也为自动化技术的革新提供了必要条件。
70年代以后，自动化开始向复杂的系统控制和高级的智能控制发展，并广泛地应用到国防、科学研究和经济等各个领域，实现更大规模的自动化，例如大型企业的综合自动化系统、全国铁路自动调度系统、国家电力网自动调度系统、空中交通管制系统、城市交通控制系统、自动化指挥系统、国民经济管理系统等。
自动化的应用正从工程领域向非工程领域扩展，如医疗自动化、人口控制、经济管理自动化等。
自动化将在更大程度上模仿人的智能，机器人已在工业生产、海洋开发和宇宙探测等领域得到应用，专家系统在医疗诊断、地质勘探等方面取得显著效果。
工厂自动化、办公自动化、家庭自动化和农业自动化将成为新技术革命的重要内容，并得到迅速发展。
第一部分的概述
1、可编程控制器
即可编程控制器（，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（）颁布的标准草案中对做了如下定义：
英文全称,中文全称为可编程逻辑控制器，定义是:
一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
“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。
及其有关的外围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。
”
2、的特点
2.1可靠性高，抗干扰能力强
高可靠性是电气控制设备的关键性能。
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系列平均无故障时间高达30万小时。
一些使用冗余的的平均无故障工作时间则更长。
从的机外电路来说，使用构成控制系统，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，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，应用者还可以编入外围器件的故障自诊断程序，使系统中除以外的电路及设备也获得故障自诊断保护。
2.2配套齐全，功能完善，适用性强
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。
近年来的功能单元大量涌现，使渗透到了位置控制、温度控制、等各种工业控制中。
加上通信能力的增强及人机界面技术的发展，使用组成各种控制系统变得非常容易。
2.3易学易用，深受工程技术人员欢迎
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方式和继电器
电路图相当接近，只用的少量开关量逻辑控制指令就可以方便地实现继电器电路的功能。
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。
2.4系统的设计、建造工作量小，维护方便，容易改造
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。
2.5体积小，重量轻，能耗低
以超小型为例，新近出产的品种底部尺寸小于100，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。
3.的应用领域
目前，在国内外已广泛应用于钢铁、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，使用情况大致可归纳为如下几类。
3.1开关量的逻辑控制
这是最基本、最广泛的应用领域，它取代传统的继电器电路，实现逻辑控制、顺序控制，既可用于单台设备的控制，也可用于多机群控及自动化流水线。
如注塑机、印刷机、订书机械、组合机床、磨床、包装生产线、电镀流水线等。
3.2模拟量控制
在工业生产过程当中，有许多连续变化的量，如温度、压力、流量、液位和速度等都是模拟量。
为了使可编程控制器处理模拟量，必须实现模拟量（）和数字量（）之间的转换及转换。
厂家都生产配套的和转换模块，使可编程控制器用于模拟量控制。
3.3运动控制
可以用于圆周运动或直线运动的控制。
从控制机构配置来说，早期直接用于开关量模块连接位置传感器和执行机构，现在一般使用专用的运动控制模块。
如可驱动步进电机或伺服电机的单轴或多轴位置控制模块。
世界上各主要厂家的产品几乎都有运动控制功能，广泛用于各种机械、机床、机器人、电梯等场合。
3.4过程控制
过程控制是指对温度、压力、流量等模拟量的闭环控制。
作为工业控制计算机，能编制各种各样的控制算法程序，完成闭环控制。
调节是一般闭环控制系统中用得较多的调节方法。
大中型都有模块，目前许多小型也具有此功能模块。
处理一般是运行专用的子程序。
过程控制在冶金、化工、热处理、锅炉控制等场合有非常广泛的应用。
课程设计任务书
1.设计题目：
喷泉控制系统程序设计
（一）
2.设计内容：
1）喷泉控制要求为“A、D同时喷6秒，并左右摆动——A、C同时喷7秒并旋转——B、D同时喷10秒并旋转——A、C、B同时喷5秒并摆动——2秒后再循环”
2）每个喷头工作时，都连带红、绿、黄、蓝四个彩灯间隔0.1秒循环发光。
3）喷泉可以实现单周期、连续两种操作方式。
4）当选择连续时，要求循环20次后终止循环，发出声光间断报警，按停止按钮终止报警。
3.设计要求：
1）画出端子分配图和顺序功能图
2）设计并调试控制梯形图
3）设计说明书
第二部分总体设计
1的选型
的主机：
选择欧姆龙1A系列作为此喷泉控制系统的主机。
选用1A的特点，其基本参数如下：
内部存储器位：
256位
定时器总数：
256定时器
计数器总数：
256计数器
由于所选机型1A的主机模块为40点数，其中输出为24，输入为16，能够满足该系统要求因此不需要扩展模块。
。
具体的输入与输出功能如表：
输入
输出
功能
地址
功能
地址
手动1
00001
A喷泉喷水
01000
连续3
00002
B喷泉喷水
01001
单周期2
00003
C喷泉喷水
01002
启动1
00004
D喷泉喷水
01003
停止2
00005
A旋转
01004
B旋转
01005
C旋转
01006
D旋转
01007
A摆动
01100
B摆动
01101
C摆动
01102
D摆动
01103
M红灯
01104
M绿灯
01105
M黄灯
01106
M蓝灯
01107
声报警
01200
光报警
01201
I∕O端口分配图
第三部分程序设计
一.设计思想
本次我们的课程设计的题目是：
喷泉控制系统。
首先按照要求把具体的输入与输出的端口相应的点数配合设计出来，好为下步的工作做铺垫，然后根据找出的端口数相应的选出的型号和具体的端口，在根据题中的具体要求把每个喷口的喷水过程用顺序功能图表示出来，但每个喷头的摆动步骤和彩灯循环在顺序功能图中不能体现出来，但在梯形图中准确的表示出来，彩灯在喷泉喷水时相应的点亮，并根据题中给你的要求彩灯每0.1秒间隔亮，彩灯亮的时间设为2秒的，即灭一秒亮两秒，这样四个喷头上每个都有四个小彩灯在循环闪烁，在用这种思路把相应的梯形图设计好。
再设计梯形图时，应注意以下几项：
（1）设计可编程控制器时，安全性是第一重要的，应避免程序故障的出现，应设置如下几中安全电路：
紧急停止电路，保护电路等操作的连锁电路，定位的上限位/下限位等连锁电路等，以防止误操作产生故障。
（2）编程要理论联系实践。
从最简单的做起，循序渐进。
最开始可以先编写些只包括数字量的，然后再考虑模拟量的，另外像计时器、计数器也经常使用等。
（3）在一段程序里不可有同样的两个输出存在。
比如说前段程序有1个输出Q0.0存在，后面就不要再有了。
（4）用步进指令设计梯形图时，要注意初始状态继电器的设置。
状态继电器可用于步进顺序控制，也可作为辅助继电器使用。
（5）使用梯形图编程时，应把串联多的电路块尽量放在最上边，把并联多的电路块尽量放在最左边，这样即节省指令，又美观。
在同一程序中，同一编号的线圈使用两次及两次以上称为双线圈，双圈非常容易引起误动作，应避免使用。
触点应画在水平线上，不包含触点的分支线条应放在垂直方向，不要放在水平方向，以便于读图和图形的美观。
线圈和指令线圈一般不能直接连接在左边的母线上，如需要的话可通过特殊的继电器完成。
三.喷泉控制系统梯形图
四．喷泉控制系统指令表
20005
004
00003
00000
20000
20001
20000
20000
00001
00004
000
20001
20002
20001
20001
20002
000
20003
20002
20002
20003
001
20004
20003
20003
20004
002
20005
20004
20004
20005
003
20000
20005
20005
20006
004
00002
20007
20006
20006
20007
000
00005
20007
20001
01000
01003
01100
01103
000
#0060
20002
01000
01002
01004
01006
001
#0070
20003
01001
01003
01005
01007
002
#0100
20004
01000
01002
01001
01100
01102
01101
003
#0050
20005
004
#0020
20006
000
#0020
25500
000
010
010
#0001
000
00005
010
01200
01201
20101
25500
000
001
002
003
200
200
01000
01001
01002
01003
01006
20101
20101
20101
004
#0005
20001
20002
20003
20004
01104
01105
01106
01107
第四部分课程设计总结
一星期的实训即课程设计，很快结束了，在这短暂的一周实训时间里，经过老师、同学的指导，我获益非浅，学习了不少关于自己专业方面的知识。
经过此次两周的实训，懂得了团队的力量，并且让自己更相信一分努力一分收获，积极的学习态度在以后的学习、工作中是永远缺少不了的！
！
！
此次实训主要是完成喷泉控制系统的设计，在完成这个项目期间还学习了画图等一些与自己专业有关的软件应用。
这门课程的灵活性很强，充分发挥自己的潜力；其实学习的过程当中并不一定要学到多少东西，个人觉得开散思维怎样去学习，这才是最重要的，而这门课程恰好体现了这一点。
以小组为单位而开展的一次综合的实践，老师也给予我们足够的空间让我们完成此次的实训，这让我觉得压力减轻不少。
这次的实训从程序上面看起来很复杂，我们组进行了任务的分工，一下子就变得简单化了。
在完成项目期间，有负责工程设计的，有负责报告找资料，有负责画电路图的…虽说分工明确,但在完成项目过程中遇到些麻烦的话组员之间还是相互配合相互帮助,尽量让每一个组员学到更多的专业知识,使每一个组员更上一个层次。
实训期间，我主要负责设计。
我和组员一起，参与讨论分析，并会不时帮助他们完成任务。
而同样我在做我的主要任务时，其他组员也会经常帮我解决一些我无法解决的问题。
这样，我们组总的来说，完成这个项目还是比较顺利的。
在完成第一个喷泉设计时也遇到了很多困难，如喷头的摆动等。
在最后设计时彩灯的循环控制也比较难。
经过此次一周的实训，我不仅学习了不少与自己专业相关的知识，而且还懂得了团队的力量，并且让自己更相信一分努力一分收获，积极的学习态度在以后的学习、工作中是永远缺少不了的！
！
！
通过这次的实训，让我受益匪浅。
第一，认识了团队合作的力量，要完成一个项目不是一个人的事情，当中我们有过分歧但最终达成共识，不管结果怎样，至少我们曾经在一起努力过，体验其中的过程才是真正的收获。
第二，通过这次的实践操作，我认识到了自己的不足，更感觉到了自己与别人的差距。
为了明年的工作实习而做准备，从各方面充实自己，使自己适应这个社会。
总之，这次的实训给予了我不同的学习方法和体验，让我深切的认识到实践的重要性。
在以后的学习过程中，我会更加注重自己的操作能力和应变能力，多与这个社会进行接触，让自己更早适应这个陌生的环境，相信在不久的将来，可以打造一片属于自己的天地。
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