基于PLC控制的自动喷泉系统Word文档下载推荐.docx
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（2）模块式PLC
模块式PLC是将PLC各组成部分，分别作成若干个单独的模块，如CPU模块、I/O模块、电源模块（有的含在CPU模块中）以及各种功能模块。
模块式PLC由框架或基板和各种模块组成。
模块装在框架或基板的插座上。
这种模块式PLC的特点是配置灵活，可根据需要选配不同规模的系统，而且装配方便，便于扩展和维修。
大、中型PLC一般采用模块式结构。
还有一些PLC将整体式和模块式的特点结合起来，构成所谓叠装式PLC。
叠装式PLC其CPU、电源、I/O接口等也是各自独立的模块，但它们之间是靠电缆进行联接，并且各模块可以一层层地叠装。
这样，不但系统可以灵活配置，还可做得体积小巧。
2．按I/O点数分类
根据PLC的I/O点数的多少，可将PLC分为微型、小型、中型、大型和巨型五类。
超小型或微型PLC
I/O点数小于的64点。
小型PLC
I/O点数为64点以上、256点以下的为小型PLC。
中型PLC
I/O点数为256点以上、2048点以下的为中型PLC。
大型PLC
I/O点数为2048以上、8192点以下的为大型PLC。
超大型PLC
I/O点数超过8192点。
1．2PLC的结构
1.CPU单元
CPU是PLC的核心，起神经中枢的作用，每套PLC至少有一个CPU。
PLC的CPU有8位，16位，32位。
中型PLC以上，均采用16位~32位CPU，微、小型PLC原采用8位CPU，现在根据通讯等方面要求，有的也改用16位~32位CPU。
（注8位CPU一次处理二进制数的位数，也代表CPU通用寄存器的位宽）。
在工作频率相同的情况下，32位CPU的处理速度比8位、16位的更快。
运算速度用MIPS（每秒钟执行多少百万条指令）来衡量
存储器：
存储器主要有两种：
一种是可读/写操作的随机存储器RAM。
另一种是只读（当然也是可写的）存储器主要有EEPROM和FlashMenory（擦写能在10万次以上，数据保存也能在10年以上）。
在PLC中，存储器主要用于存放系统程序、用户程序及工作数据。
CPU速度和内存容量是PLC的重要参数，它们决定着PLC的工作速度，IO数量及软件容量等，因此限制着控制规模。
不过也不必盲目追求速度和内存，适用就行。
I/O单元（信号：
开关量［数字量］，高速脉冲［数字量］，模拟量，运动控制［数字量］，过程控制［模拟量］）。
开关量的逻辑控制这是PLC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。
常用的开关量输入接口按其使用的电源不同有三种类型：
直流输入接口、交流输入接口和交/直流输入接口，常用的开关量输出接口按输出开关器件不同有三种类型：
是继电器输出、晶体管输出和双向晶闸管输出。
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（Analog）和数字量（Digital）之间的A/D转换及D/A转换。
PLC厂家都生产配套的A/D和D/A转换模块，使可编程控制器用于模拟量控制。
电流型（4-20mA,0-20mA）、电压型（0-10V,0-5V,-10-10V），AD8bit,12bit,14bit,16bit等。
高速脉冲控制接受旋转编码器发出的高速脉冲信号，或是驱动步进马达/伺服电机。
运动控制PLC可以用于圆周运动或直线运动的控制,有着复杂的控制算法。
从控制机构配置来说，早期直接用于开关量I/O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PLC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。
运动控制器是在以高速数字信号处理器DSP为代表的高性能高速微处理器及大规模可编程逻辑器件FPGA的基础上发展而来的。
基于PC总线的开放式运动控制器已成为当今自动化领域应用最广、功能最强的运动控制器，并且在全球范围内得到了广泛的应用。
简单地说，运动控制器主要用于对机械传动装置的位置、速度进行实时的控制管理，使运动部件按照预期的轨迹和规定的运动参数完成相应的动作。
根据运动控制的特点和应用，可将运动控制器分为以下三种：
点位控制运动控制器、连续轨迹控制运动控制器和同步控制运动控制器。
这种开放式结构的运动控制系统能充分利用PC机的资源，可以利用第三方软件资源完成用户应用程序开发，将生成的应用程序指令通过总线传输给运动控制器。
基于PC总线的运动控制器是整个控制系统的核心，它接受来自上位PC机的应用程序命令，按照设定的运动模式，完成相应的实时运动规划（点位运动、多轴插补协调运动或多轴同步协调运动），向驱动器发出相应的运动指令。
运动控制器的典型应用范围：
点位控制：
PCB钻床、SMT、晶片自动输送、IC插装机、引线焊接机、纸板运送机驱动、包装系统、码垛机、激光内雕机、激光划片机、坐标检验、激光测量与逆向工程、键盘测试、来料检验、显微仪、定位控制、PCB测试、焊点超生扫描检测、自动织袋机、地毯编织机、定长剪切，折弯机控制
连续轨迹控制：
数控车、铣床，雕刻机、激光切割机、激光焊接机、激光雕刻机、数控冲压机床、快速成型机、超声焊接机、火焰切割机、等离子切割机、水射流切割机、上位计算机、运动控制器、驱动器电机、应用程序指令、运动指令、反馈元件、电路板特型铣、晶片切割机。
同步控制：
套色印刷、包装机械、纺织机械、飞剪、拉丝机、造纸机械、钢板展平、钢板延压、纵剪分条等。
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，PLC能编制各种各样的控制算法程序，完成闭环控制。
PID调节是一般闭环控制系统中用得较多的调节方法。
大中型PLC都有PID模块，目前许多小型PLC也具有此功能模块。
PID处理一般是运行专用的PID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。
3.通讯单元
通信及联网PLC通信含PLC间的通信及PLC与其它智能设备间的通信。
随着计算机控制的发展，工厂自动化网络发展得很快，各PLC厂商都十分重视PLC的通信功能，纷纷推出各自的网络系统。
新近生产的PLC都具有通信接口，通信非常方便。
4.电源单元
PLC配有开关电源，以供内部电路使用。
与普通电源相比，PLC电源的稳定性好、抗干扰能力强。
对电网提供的电源稳定度要求不高，一般允许电源电压在其额定值±
15%的范围内波动。
许多PLC还向外提供直流24V稳压电源，用于对外部传感器供电。
电源输入类型有：
交流电源（220VAC或110VAC），直流电源（常用的为24VDC）。
1.3PLC编程语言
PLC编程语言共有5类，这里只介绍梯形图语言：
梯形图语言是在传统电器控制系统中常用的接触器、继电器等图形表达符号的基础上演变而来的。
它与电器控制线路图相似，继承了传统电器控制逻辑中使用的框架结构、逻辑运算方式和输入输出形式，具有形象、直观、实用的特点。
因此，这种编程语言为广大电气技术人员所熟知，是应用最广泛的PLC的编程语言，是PLC的第一编程语言。
1.4PLC的性能指标
1．存储容量
存储容量是指用户程序存储器的容量。
用户程序存储器的容量大，可以编制出复杂的程序。
一般来说，小型PLC的用户存储器容量为几千字，而大型机的用户存储器容量为几万字。
2．I/O点数
输入/输出（I/O）点数是PLC可以接受的输入信号和输出信号的总和，是衡量PLC性能的重要指标。
I/O点数越多，外部可接的输入设备和输出设备就越多，控制规模就越大。
3．扫描速度
扫描速度是指PLC执行用户程序的速度，是衡量PLC性能的重要指标。
一般以扫描1K字用户程序所需的时间来衡量扫描速度，通常以ms/K字为单位。
PLC用户手册一般给出执行各条指令所用的时间，可以通过比较各种PLC执行相同的操作所用的时间，来衡量扫描速度的快慢。
4．指令的功能与数量
指令功能的强弱、数量的多少也是衡量PLC性能的重要指标。
编程指令的功能越强、数量越多，PLC的处理能力和控制能力也越强，用户编程也越简单和方便，越容易完成复杂的控制任务。
5．内部元件的种类与数量
在编制PLC程序时，需要用到大量的内部元件来存放变量、中间结果、保持数据、定时计数、模块设置和各种标志位等信息。
这些元件的种类与数量越多，表示PLC的存储和处理各种信息的能力越强。
6．特殊功能单元
特殊功能单元种类的多少与功能的强弱是衡量PLC产品的一个重要指标。
近年来各PLC厂商非常重视特殊功能单元的开发，特殊功能单元种类日益增多，功能越来越强，使PLC的控制功能日益扩大。
7．可扩展能力
PLC的可扩展能力包括I/O点数的扩展、存储容量的扩展、联网功能的扩展、各种功能模块的扩展等。
在选择PLC时，经常需要考虑PLC的可扩展能力。
8.PLC的可靠性.
控制器的可靠主要体现在软件应急处理和硬件电路的抗干扰处理
软件应急处理:
程序运行看门狗.语法检查.（能有效防止程序跑飞和死机的情况）.电源检查.（防止电源电压不稳使PLC无法工作或出错）
硬件抗干扰:
设计合理的电路板和优良的电子元件对于稳定运行很关键,PLC被干扰（故障）很多是电源部分引起,PLC的芯片供电电压一般是经过稳压处理的5VDC，I/O口通常有光藕让外围电路（24VDC）和内部芯片I/O（5VDC）进行隔离.高精度的电子元件减少产品之间的误差，提高PLC使用寿命，形成质量稳定PLC产品。
硬件的焊接组装也是非常关键，现在多数PLC元件采用贴片形式，使用机器焊接，先进的生产工艺更能保证产品质量，也美观，容易排错。
系统的可靠性是现今大家谈论得比较多的一个话题，它包含两种不同的，却又是相关的概念：
稳固性和可用性。
稳固性表示一个系统发生错误的机会大小，稳固性越高表示系统发生错误的机会越少。
一个操作系统应该稳固，对出错情况甚至是硬件故障有可预计的反应，能够相容地运行应用程序和服务而尽量少的发生错误。
可用性表示系统用于使用的时间多少，一个系统应该有多的用于使用的时间，因为日常维护和意外错误导致的宕机时间少。
稳固性可以通过减少潜在的系统失败的原因来提高，可用性则可以通过解决宕机的原因来提高。
总之，一个可靠的系统应该很少失败，很少离线，在死机后也很容易重新启动。
1.5PLC的应用领域
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，同时日常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而改变生产过程成为可能。
这特别适合多品种、小批量的生产场合。
目前，PLC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，使用情况主要分为如下几类:
（1）开关量逻辑控制
取代传统的继电器控制电路，实现逻辑控制、顺序控制，既可用于控制单台设备，也可用于多机群控及自动化流水线。
（2）工业过程控制
在工业生产过程当中，存在一些如温度、压力、流量、液位和速度等连续变化的量（即模拟量），PLC采用相应的A/D和D/A转换模块及各种各样的控制算法程序来处理模拟量，完成闭环控制。
PID调节是一般闭环控制系统中用得较多的一种调节方法。
（3）运动控制
PLC可以用于圆周运动或直线运动的控制。
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，广泛用于各种机械、机床、机器人、电梯等场合。
（4）数据处理
PLC具有数学运算（含矩阵运算、函数运算、逻辑运算）、数据传送、数据转换、排序、查表、位操作等功能，可以完成数据的采集、分析及处理。
数据处理一般用于如造纸、冶金、食品工业中的一些大型控制系统。
（5）通信及联网
PLC通信包括PLC间的通信及PLC与其它智能设备间的通信。
随着工厂自动化网络的发展，现在的PLC都具有通信接口，通信非常方便。
但是，可编程控制器产品并不针对某一具体工业应用，在实际应用时，其硬件需根据实际需要进行选用配置，其软件需根据控制要求进行设计编制。
2．GX
Developer软件简介
GX
Developer是三菱PLC的编程软件。
适用于Q、QnU、QS、QnA、AnS、AnA、FX等全系列可编程控制器。
支持梯形图、指令表、SFC、
ST及FB、Label语言程序设计，网络参数设定，可进行程序的线上更改、监控及调试，具有异地读写PLC程序功能。
2．1安装方法
首先安装EnvMEL文件夹内的SETUP，再安装总目录文件夹内的SETUP。
个别系统装好后，无法使用，需重装系统。
1:
使用Windows
Vista
系统时，最少需要15GB
的可用空间。
2:
系统时，建议使用分辨率为1024×
768
像素或更高。
当使用微软Windows
XP
或者Windows
时，不能使用以下新功能。
假如使用了以下的新功能，有可能导致本产品运行不正常。
在Windows
兼容模式下的应用程序的启动、快速用户切换、远程桌面、大字体（屏幕属性的具体设置），此外，不兼容64
位的Windows
XP、Windows
Vista。
对于Windows
Vista，应作为USER
权限以上的用户使用。
2.2GX
Developer的特点
1.
软件的共通化
Developer能够制作Q系列，QnA系列，A系列（包括运动控制（SCPU））,FX系列的数据,能够转换成GPPQ,GPPA格式的文档。
此外，选择FX系列的情况下，还能变换成FXGP（DOS）,FXGP（WIN）格式的文档。
2.
利用Windows的优越性，使操纵性奔腾上升能够将Excel,Word等作成的说明数据进行复制，粘贴，并有效利用。
3.
程序的标准化
（1）
标号编程
用标号编程制作可编程控制器程序的话，就不需要熟悉软元件的号码而能够根据标示制作成标准程序。
用标号编程做成的程序能够依据汇编从而作为实际的程序来使用。
（2）
功能块（以下，略称作FB）
FB是以进步顺序程序的开发效率为目的而开发的一种功能。
把开发顺序程序时反复使用的顺序程序回路块零件化，使得顺序程序的开发变得轻易。
此外，零件化后，能够防止将其运用到别的顺序程序时的顺序输进错误。
（3）
宏
只要在任意的回路模式上加上名字（宏定义名）登录（宏登录）到文档，然后输进简单的命令就能够读出登录过的回路模式，变更软元件就能够灵活利用了。
4.
能够简单设定和其他站点的链接
由于连接对象的指定被图形化而构筑成复杂的系统的情况下也能够简单的设定。
5.
能够用各种方法和可编程控制器CPU连接
经过串行通讯口
经过USB
经过MELSECNET/10（H）计算机插板
（4）
经过MELSECNET（Ⅱ）计算机插板
（5）
经过CC-Link计算机插板
（6）
经过Ethernet计算机插板
（7）
经过CPU计算机插板
（8）
经过AF计算机插板
6.
丰富的调试功能
由于运用了梯形图逻辑测试功能，能够更加简单的进行调试作业。
（a）
没有必要再和可编程控制器连接。
（b）
没有必要制作条使用的顺序程序。
在帮助中有CPU错误，特殊继电器/特殊寄存器的说明，所以对于在线中发生错误，或者是程序制作中想知道特殊继电器/特殊寄存器的内容的情况下提供非常大的便利。
。
数据制作中发生错误况时，会显示是什么原因或是显示消息，所以数据制作的时间能够大幅度缩短。
2.3GXDeveloper软件的使用
1、启动GX
Developer编程软件，单击“工程”菜单，点击创建新工程菜单项或点击新建工程按钮见图2.1
图2.1GXDeveloper编程软件窗口
2、弹出的创建新工程对话框见图2.2，要对三菱系列的CPU和PLC进行选择，以符合对应系列的编程代码，否则容易出错。
这里讲述的主要是三菱FX2N系列的PLC，所以，需在如下几个项目中做选择和输入：
a.在PLC系列下拉列表框中选择FXCPU；
b.在PLC类型下拉列表框中选择FX2N（C）；
c.在程序类型项中选择SFC；
d.在工程设置项中设置好工程名和保存路径
图2.2新工程创建
完成上述项目后之后点击确定。
3、完成上述工作后会弹出如图2.3所示的块列表窗口。
图2.3块列表窗口
按图中所示，双击第零块。
4、双击第零块或其它块后，会弹出块信息设置对话框见图2.4。
图2.4块信息设置对话框
这里，是对块编辑进行类型选择的进入窗口，有两个选择：
SFC块和梯形图块。
在编程理论中我们学到，SFC程序由初始状态开始，故初始状态必须激活，而激活的通用方法是利用一段梯形图程序，且这一段梯形图程序必须放在SFC程序的开头部分。
同理，在以后的SFC编程中，初始状态的激活都需由放在SFC程序的第一部分（即第一块）的一段梯形图程序来执行，这是需要注意的一点。
所以，在这里应点击梯形图块，在块标题栏中，填写该块的说明标题，也可以不填。
5、点击执行按钮弹出梯形图编辑窗口见图2.5，在右边梯形图编辑窗口中输入启动初始状态的梯形图。
图2.5梯形图编辑窗口
在编程理论中曾学到，初始状态的激活一般采用辅助继电器M8002来完成，也可以采用其它触点方式来完成，这只需要在它们之间建立一个并联电路就可以实现。
本例中我们利用PLC的辅助继电器M8002的上电脉冲使初始状态生效。
在梯形图编辑窗口中单击第零行输入初始化梯形图如图2.6所示：
图2.6梯形图编辑窗口
输入完成单击“变换”菜单选择“变换”项或按F4快捷键，完成梯形图的变换，如图2.7所示：
图2.7梯形图完毕窗口
3.设计任务
3.1任务描述
3.1设计目的
根据控制要求，明确设计任务，拟定设计方案与进度计划，运用所学的理论知识，进行自动喷泉的控制原理设计、硬件系统设计、软件系统设计、创新设计，提高理论知识工程应用能力、系统调试能力、分析问题与解决问题的能力。
3.2设计要求
1.设计出硬件系统的结构图、接线图、时序图等；
2.系统有启动/停止，单步/连续功能按钮；
3.运用跳转、移位等功能指令进行PLC控制程序设计，并有主程序、子程序和中断程序；
实现四种以上的自动喷泉花样控制；
5.程序结构与控制功能自行创新设计；
6.用组态王监控组态软件，设计出上位监控系统；
7.进行系统调试，实现自动喷泉的控制要求。
3.3控制要求
有16个彩灯代表16个喷头，有4个选择按钮，如下图1.1所示。
实现四种以上的自动喷泉花样。
图1.1喷头选择与方式选择按钮
4总体方案设计
4.1实现方法分析与可行性讨论
4．1.1单片机喷泉控制系统
单片机也成为单片机微型计算机，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，构成一个完整微型计算机。
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。
特别适用于实时工业测量控制、智能化仪器仪表和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、凌阳公司的SPCE061A16位单片机、美国TEXASINSTRUMENTS公司的MSP430系列单片机、ARM嵌入式单片机等都是各优点，在不同的领域中有着很好的应用。
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/计数器队喷泉喷射的时间进行控制，并且也可以串行接口与上位机进行通讯。
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，否则便很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。
综上所诉，此次设计采用单片机控制系统不是最佳方案。
4.1.2工控机喷泉控制系统
工控机即工业控制计算机，但现
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