基于PLC的智能窗簾控制系統(tǒng)設(shè)計及仿真設(shè)計含8張CAD圖,基于,plc,智能,窗簾,控制系統(tǒng),設(shè)計,仿真,cad 基于PLC的智能窗簾控制系統(tǒng)設(shè)計及仿真設(shè)計說明書 摘 要 ?可編程序控制器（PLC）是一種新型的通用的自動控制裝置，它將傳統(tǒng)的繼電器控制技術(shù)、計算機技術(shù)和通訊技術(shù)融為一體，是功能加強、編程簡單、使用方便以及體積小、重量輕、功耗低等一系列優(yōu)點。PLC的應(yīng)用領(lǐng)域已經(jīng)拓寬到了各個領(lǐng)域，PLC的發(fā)展歷程在工業(yè)生產(chǎn)過程中，大量的開關(guān)量順序控制，它按照邏輯條件進行順序動作，并按照邏輯關(guān)系進行連鎖保護動作的控制，及大量離散量的數(shù)據(jù)采集。在傳統(tǒng)上，這些功能是通過氣動或電氣控制系統(tǒng)來實現(xiàn)的。PLC最基本最廣泛的用于開關(guān)量的邏輯控制，它取代傳統(tǒng)的繼電器電路，實現(xiàn)邏輯控制，順序控制，既可用于單臺設(shè)備的控制，也可用于多機群控及自動化流水線。如注塑機，印刷機，訂書機，組合智能窗簾，磨床，包裝等。目前，PLC在國內(nèi)外已廣泛應(yīng)用于鋼鐵，石油，化工，電力，建材，機械制造，汽車，輕紡，交通運輸，環(huán)保及文化娛樂等各個行業(yè)，使用廣泛。如今伴隨著信息時代的到來，人們的生活水平日益提高，方便、快捷、 自動、智能成為時代的主題，在現(xiàn)代家庭生活環(huán)境中，居家環(huán)境早已不僅 僅局限在物理空間上，人們更為關(guān)注的是一個安全、方便、舒適的環(huán)境，自動化的電子產(chǎn)品自然成為人們追求的目標(biāo)。窗是人心靈的眼睛，窗簾則是眼睛上的睫毛，窗簾在防止強光射入，幫助 人們合理的安排時間，美化室內(nèi)環(huán)境，保證個人隱私，增強居家環(huán)境方面 有重要作用。隨著人們生活節(jié)奏的加快，窗簾的自動化隨之產(chǎn)生。本產(chǎn)品是在學(xué)習(xí)機械原理及設(shè)計和電工學(xué)等知識，通過實踐，觀察，思考的基礎(chǔ)上設(shè)計而成的，且人性化的思想理念也體現(xiàn)了科學(xué)技術(shù)在人們生活中的作用。通過幾個月的努力，使我們深刻感受到了電學(xué)，力學(xué)，加工工藝，理論知識與實踐相結(jié)合在機械設(shè)計中的重要性。加強和拓展這些方面的知識對機械學(xué)子們是很有必要的。本設(shè)計將以PLC為核心設(shè)計了系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖、程序指令、梯形圖以及輸入輸出端子的分配方案，在保留了原始智能窗簾的基本功能的同時又增加了一系列的實用功能并簡化其電路結(jié)構(gòu)，其將以控制方便，靈活，只要改變輸入PLC的控制程序，便可改變智能窗簾的顏色，開合，從而使得人們的家居生活不斷完美。 關(guān)鍵字：PLC；智能窗簾；S7-300型；系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖。 absraote With development of all kind of science technology and global economy, Pneumatic manipulator is a automated devices that can mimic the human hand and arm movements to do something，aslo can according to a fixed procedure to moving objects or control tools. It can replace the heavy labor in order to achieve the production mechanization and automation, and can work in dangerous working environments to protect the personal safety. Therefore widely used in machine building, metallurgy, electronics, light industry and atomic energy sectors.The pneumatic part of the design is primarily to reasonablepneumatiatcompressedneceengththdirectionprocedurework.The?inverted?pendulum?is?a?typical?high?order?system,?with?multi?variable,?non-linear,? strong-coupling,?fleet?and?absolutely?instable.?It?is?representative?as?an?ideal?model?to?prove?new?control?theory?and?techniques.?During?the?control?process,?pendulum?can?effectively?reflect?many?key?problems?such?as?equanimity,?robust,?follow-up?and?track,?therefore.This?paper?studies?a?control?method?of?double?inverted?pendulum?.?First?of?all,?the?mathematical?model?of?the?double?inverted?pendulum?is?established,?then?make?a?control?design?to?double?inverted?pendulum?on?the?mathematical?model,?and?determine?the?system?performance?index?weightmatrix?,??by?using?genetic?algorithm?in?order?to?attain?the?system?state?feedback?control?matrix.?Finally,?the?simulation?of?the?system?is?made?by?.?After?several?test?matrix?value?the?results?are?not?satisfactory?response,?then?we?optimize?matrix?by?using?Genetic?Algorithm.?Simulation?results?show:?The?system?response?can?meet?the?design?requirements?effectively?after?Genetic?Algorithm?optimization.?Small twisted paper broken machine for ordinarhome, not only can be used for minced meat.?the?system?state?feedback?control?matrix.? Key word: PLC； cylinder； pneumatic loop；S7-300type；.system strucer  目錄 摘要 3 Abstract 4 第一章、緒論 7 1.1 課題的研究背景和歷史意義 13 1.2 智能窗簾的發(fā)展現(xiàn)狀及應(yīng)用 14 第二章、智能窗簾總體結(jié)構(gòu)的設(shè)計 15 2.1 智能窗簾控制系統(tǒng)的控制原理 16 2.2 機械傳動部分的設(shè)計計算 17 2.2.1智能窗簾結(jié)構(gòu)系統(tǒng)中直流電機的選型計算 17 2.2.2聯(lián)軸器的選型計算 17 2.2.3轉(zhuǎn)軸的設(shè)計計算 18 2.3光電傳感器的選型計算 18 第三章、智能窗簾的PLC控制系統(tǒng)的設(shè)計 19 3.1 PLC簡介 19 3.1.1 PLC的定義 20 3.1.2 PLC的基礎(chǔ)知識 22 3.1.3 PLC的用途 23 3.2 PLC的組成.........................................................................................................23 3.2.1中央處理單元.............................................................................................24 3.2.2存儲器.........................................................................................................24 3.2.3輸入輸出單元.............................................................................................24 3.2.4通訊接口.....................................................................................................25 3.2.5智能接口模塊.............................................................................................25 3.2.6編程裝置...................................................................................................26 3.2.7電源...........................................................................................................26 3.3 輸入輸出點分配 27 3.4 PLC的選擇 27 3.5 智能窗簾PLC控制系統(tǒng)接線圖 28 第四章、智能窗簾控制系統(tǒng)PLC控制程序的實現(xiàn) 28 結(jié)論 29 致謝 30 參考文獻 31 第一章 緒論 1.1課題的研究背景和歷史意義 機械工業(yè)是國民的裝備部，是為國民經(jīng)濟提供裝備和為人民生活提供耐用消費品的產(chǎn)業(yè)。不論是傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)，還是新興產(chǎn)業(yè)，都離不開各種各樣的機械裝備，機械工業(yè)所提供裝備的性能、質(zhì)量和成本，對國民經(jīng)濟各部門技術(shù)進步和經(jīng)濟效益有很大的和直接的影響。 機械可以完成人用雙手和雙目，以及雙足、雙耳直接完成和不能直接完成的工作，而且完成得更快、更好?，F(xiàn)代機械工程創(chuàng)造出越來越精巧和越來越復(fù)雜的機械和機械裝置，使過去的許多幻想成為現(xiàn)實。 人類現(xiàn)在已能上游天空和宇宙，下潛大洋深層，遠(yuǎn)窺百億光年，近察細(xì)胞和分子。新興的電子計算機硬、軟件科學(xué)使人類開始有了加強，并部分代替人腦的科技手段，這就是人工智能。這一新的發(fā)展已經(jīng)顯示出巨大的影響，而在未來年代它還將不斷地創(chuàng)造出人們無法想象的奇跡。 人類智慧的增長并不減少雙手的作用，相反地卻要求手作更多、更精巧、更復(fù)雜的工作，從而更促進手的功能。手的實踐反過來又促進人腦的智慧。在人類的整個進化過程中，以及在每個人的成長過程中，腦與手是互相促進和平行進化的。 人工智能與機械工程之間的關(guān)系近似于腦與手之間的關(guān)系，其區(qū)別僅在于人工智能的硬件還需要利用機械制造出來。過去，各種機械離不開人的操作和控制，其反應(yīng)速度和操作精度受到進化很慢的人腦和神經(jīng)系統(tǒng)的限制，人工智能將會消除了這個限制。計算機科學(xué)與機械工程之間的互相促進，平行前進，將使機械工程在更高的層次上開始新的一輪大發(fā)展。 智能窗簾是帶有一定自我反應(yīng)、調(diào)節(jié)、控制功能的窗簾。如根據(jù)室內(nèi)環(huán)境狀況自動調(diào)光線強度。使得達到室內(nèi)人體適應(yīng)的光線亮度而不至于對人眼睛的傷害為了解決這些生活中碰到的實際問題，智能窗簾設(shè)計便應(yīng)運而生。 1.2 智能窗簾的發(fā)展現(xiàn)狀及應(yīng)用 目前，國外已大量應(yīng)用機器人技術(shù)，機器人自動化生產(chǎn)線成套裝備已成為自動化成套裝備的主流以及未來自動化生產(chǎn)線的發(fā)展方向。 隨著國民經(jīng)濟的發(fā)展和科學(xué)技術(shù)水平的提高，特別是計算機技術(shù)、通信技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、控制技術(shù)的迅猛發(fā)張，生活現(xiàn)代化得以實現(xiàn)，居住環(huán)境向舒適化、安全化發(fā)展。家居智能化在這種形勢下應(yīng)運而生。本次設(shè)計是基于PLC控制技術(shù)的隨光線強弱來自動控制型智能窗簾。每個人對壞境室內(nèi)光線強弱適應(yīng)能力不同，室內(nèi)主人可根據(jù)自己的需求自行調(diào)節(jié)所適應(yīng)的最佳光線強度，連接電源并選擇控制類型（自動控制/手動控制）。選擇自動控制時，智能窗簾由室內(nèi)光線強度的變化，而經(jīng)由相關(guān)器件接收、處理、控制信號，達到自行調(diào)節(jié)窗簾的開合程度，從而使光線的強弱程度達到主人所預(yù)先設(shè)定的值范圍。選擇手動控制時，由于室內(nèi)主人在黑夜白天的特殊需求而自行來控制窗簾的開合（例如在晚上、睡覺等時候，根據(jù)主人的需要是要求把窗簾閉合，而不影響睡眠質(zhì)量，但是根據(jù)預(yù)先設(shè)定和程序設(shè)定，智能型窗簾是會依設(shè)定值打開窗簾的，所以需要手動控制來關(guān)閉窗簾）。 第二章、智能窗簾總體結(jié)構(gòu)的設(shè)計 2.1 智能窗簾控制系統(tǒng)的控制原理 智能窗簾控制系統(tǒng)是通過西門子PLC控制系統(tǒng)控制直流電機，從而帶動窗簾自動的上升和下降的系統(tǒng)，并且能夠通過光電傳感器感應(yīng)到環(huán)境光度以及亮度的強弱，反饋信號給PLC，然后PLC控制系統(tǒng)就會根據(jù)光電傳感器反饋的信號改變智能窗簾顏色的系統(tǒng)，其結(jié)構(gòu)布局圖如下： 2.2 機械傳動部分的設(shè)計計算 2.2.1智能窗簾結(jié)構(gòu)系統(tǒng)中直流電機的選型計算 已知整個智能窗簾控制系統(tǒng)中窗簾與零件的重量，我們?nèi)】傊亓繛?0Kg，范圍為50mm~200mm，窗簾上升、下降速度為1~2r/min。即： 具體的電機設(shè)計計算如下: N=＝0.18(KW) G－電機的負(fù)載 －傳動效率，取0.75 所以根據(jù)N＝0.18kw，n＝1500r/min，查B1表10-4-1選用Y112M-4，再查B1表10-4-2得Y112M-4電機的結(jié)構(gòu)。 2.2.2聯(lián)軸器的選型計算 根據(jù)公式 mm 輸入軸的最小直徑為安裝聯(lián)軸器的直徑，為了使所選的軸直徑與聯(lián)軸器的孔徑相適應(yīng)，故需同時選取聯(lián)軸器型號。聯(lián)軸器的計算轉(zhuǎn)矩，查《機械設(shè)計（第八版）》表14-1，由于轉(zhuǎn)矩變化很小，故取，則 =1.3X49.24=64012N.Mm 查《機械設(shè)計課程設(shè)計》表14-4，選Lx3型彈性柱銷聯(lián)軸器其工稱轉(zhuǎn)矩為1250N.m，而電動機軸的直徑為25mm所以聯(lián)軸器的孔徑不能太小。取=25mm，半聯(lián)軸器長度L=82mm，半聯(lián)軸器與軸配合的轂孔長度為60mm。軸向滾動絲杠副絲杠軸，選HL1型彈性柱銷聯(lián)軸器，其公稱轉(zhuǎn)矩為1250000，半聯(lián)軸器的孔徑25mm，半聯(lián)軸器長度42mm。 2.2.3轉(zhuǎn)軸的設(shè)計計算 軸是組成精密機械的重要零件之一。一切作為回轉(zhuǎn)運動的零件，都必須在軸上才能傳遞運動和動力。在本課題所使用的軸，承受的負(fù)荷比較小，尺寸也比較小，制造精度高，要求材料具有足夠高的機械強度和良好的加工性能。因此，選用材料45#，傳動軸最大外圓直徑30，熱處理為對軸進行調(diào)質(zhì)處理。 此轉(zhuǎn)軸大致圖形如下： 2.3光電傳感器的選型計算 本測量系統(tǒng)采用的是光穿透型光電傳感器，這里我們采用的是基恩士的LS-7000系列： 1) LS-7000 系列產(chǎn)品特性 LS-7000 系列產(chǎn)品是一款高速、高精度的數(shù)字測微計，無需接觸目標(biāo)物即可對其尺寸進行測量。該系列用途廣泛，可應(yīng)用于聯(lián)機測量和脫機測量。每秒 2400 次的高速采樣可以確保達到兩倍于普通型號的采樣速度。這樣就可以對擠壓制品進行連續(xù)測量以及對運動工件進行聯(lián)機測量。重復(fù)精度為 ±0.15 μm配備最新的光學(xué)系統(tǒng)，確保兩倍于普通型號的重復(fù)精度，從而為高精度產(chǎn)品的制造提供了有力的支持。連接兩個測量頭進行雙渠道同步測量結(jié)合使用兩個測量頭可對兩個目標(biāo)物進行同步測量。利用閾值更改功能對透明目標(biāo)物進行穩(wěn)定的檢測DE 處理器支持閾值更改功能，這樣就可以對透明目標(biāo)物進行穩(wěn)定的檢測。 2)測量原則 高亮度 GaN 綠色 LED 輻射光能夠通過專用的散射模組和準(zhǔn)直裝置鏡頭變成均勻的平行光，并照射到測量范圍內(nèi)的目標(biāo)物上。然后目標(biāo)物的影像即通過遠(yuǎn)心光學(xué)系統(tǒng)顯示在HL-CCD (高速線性 CCD) 上。HL-CCD (高速線性) 的輸出入射信號將由控制器中的DE (數(shù)字邊緣檢測) 處理器和 CPU 進行處理。因此，目標(biāo)物的尺寸規(guī)格就可以被顯示和輸出。 第三章、智能窗簾的PLC控制系統(tǒng)的設(shè)計 3.1 PLC簡介 3.1.1 PLC的定義 ? PLC即可編程控制器（Programmable?Logic?Controller），是指以計算機 技術(shù)為基礎(chǔ)的新型工業(yè)控制裝置。在1987年國際電工委員會（International?? Electrical?Committee頒布的PLC標(biāo)準(zhǔn)草案中對PLC做了如下定義;PLC英文全 稱Programmable?Logic?Controller，中文全稱為可編程邏輯控制器，定義是： 一種數(shù)字運算操作的電子系統(tǒng)，專為在工業(yè)環(huán)境應(yīng)用而設(shè)計的。它采用一類可編 程的存儲器，用于其內(nèi)部存儲程序，執(zhí)行邏輯運算，順序控制，定時，計數(shù)與算 術(shù)操作等面向用戶的指令，并通過數(shù)字或模擬式輸入/輸出控制各種類型的機械或生產(chǎn)過程。PLC是可編程邏輯控制電路，也是一種和硬件結(jié)合很緊密的語言，在半導(dǎo)體方面有很重要的應(yīng)用，可以說有半導(dǎo)體的地方就有PLC。 PLC的發(fā)展歷程在工業(yè)生產(chǎn)過程中，大量的開關(guān)量順序控制，它按照邏輯條 件進行順序動作，并按照邏輯關(guān)系進行連鎖保護動作的控制，及大量離散量的數(shù) 據(jù)采集。在傳統(tǒng)上，這些功能是通過氣動或電氣控制系統(tǒng)來實現(xiàn)的。PLC最基本 最廣泛的用于開關(guān)量的邏輯控制，它取代傳統(tǒng)的繼電器電路，實現(xiàn)邏輯控制， 順序控制，既可用于單臺設(shè)備的控制，也可用于多機群控及自動化流水線。如注塑 機，印刷機，訂書機，智能窗簾，磨床，包裝等。目前，PLC在國內(nèi)外已廣泛應(yīng) 用于鋼鐵，石油，化工，電力，建材，機械制造，汽車，輕紡，交通運輸，環(huán)保 及文化娛樂等各個行業(yè)，使用廣泛。 隨著應(yīng)用領(lǐng)域的日益擴大，PLC技術(shù)及其產(chǎn)品仍在繼續(xù)發(fā)展，主要朝著以下的方面發(fā)展。? 1） 微型化、網(wǎng)絡(luò)化、開放性； ?2）智能模塊化； ?3）編程語言的標(biāo)準(zhǔn)化和高級化； 4） 網(wǎng)絡(luò)通信功能標(biāo)準(zhǔn)化。 5.7PLC的選型及硬件配備 根據(jù)上述控制特點，采用小型PLC即可滿足功能要求。由于西門子S7-200 系列屬于小型PLC，其許多功能達到大、中型PLC的水平，而價格卻和小型PLC的一樣。特別是S7-2000PU22*系列PLC，由于它具有多種功能模塊和人機界面可供選擇，所以系統(tǒng)的集成非常方便，并且可以很容易地組成PLC網(wǎng)絡(luò)。可用梯形圖、語句表和功能圖三種語言來編程。且指令功能強，易于掌握、操作方便。近年來，S7-200PLC 已在工業(yè)各領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用。S7-200?CPU22*系列PLC共有五種CPU模塊其各自的技術(shù)指標(biāo)見表3.2。，由于存在模擬量輸入輸出，需要增加模擬量輸入輸出模塊，在西門子S7-200系列PLC中有專門的模擬量I/O擴展模塊。 3.1.2 PLC的用途 目前，PLC在國內(nèi)外已廣泛應(yīng)用于鋼鐵、石油、化工、電力、建材、機械制 造、汽車、輕紡、交通運輸、環(huán)保及文化娛樂等各個行業(yè)，使用情況大致可歸納 為如下幾類。 1、開關(guān)量的邏輯控制 ? 這是PLC最基本、最廣泛的應(yīng)用領(lǐng)域，它取代傳統(tǒng)的繼電器電路，實現(xiàn)邏輯控 制、順序控制，既可用于單臺設(shè)備的控制，也可用于多機群控及自動化流水線。 如注塑。 2、模擬量控制 ? 在工業(yè)生產(chǎn)過程當(dāng)中，有許多連續(xù)變化的量，如溫度、壓力、流量、液位和速度等都是模擬量。為了使可編程控制器處理模擬量，必須實現(xiàn)模擬量（Analog）和 數(shù)字量（Digital）之間的A/D轉(zhuǎn)換及D/A轉(zhuǎn)換。PLC廠家都生產(chǎn)配套的A/D和D/A 轉(zhuǎn)換模塊，使可編程控制器用于模擬量控制。 3、運動控制 ? PLC可以用于圓周運動或直線運動的控制。從控制機構(gòu)配置來說，早期直接用于開關(guān)量I/O模塊連接位置傳感器和執(zhí)行機構(gòu)，現(xiàn)在一般使用16路的運動控制模塊。如可驅(qū)動步進電機或伺服電機的單軸或多軸位置控制模塊。世界上各主要PLC廠家的產(chǎn)品幾乎都有運動控制功能，廣泛用于各種機械、智能窗簾、機器人、電梯等場合。 4、過程控制 ? 過程控制是指對溫度、壓力、流量等模擬量的閉環(huán)控制。作為工業(yè)控制計算機， PLC能編制各種各樣的控制算法程序，完成閉環(huán)控制。PID調(diào)節(jié)是一般閉環(huán)控制系統(tǒng)中用得較多的調(diào)節(jié)方法。大中型PLC都有PID模塊，目前許多小型PLC也具有此功能模塊。PID處理一般是運行16路的PID子程序。過程控制在冶金、化工、熱處理、鍋爐控制等場合有非常廣泛的應(yīng)用。 5、數(shù)據(jù)處理 ? 現(xiàn)代PLC具有數(shù)學(xué)運算（含矩陣運算、函數(shù)運算、邏輯運算）、數(shù)據(jù)傳送、數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換、排序、查表、位操作等功能，可以完成數(shù)據(jù)的采集、分析及處理。這些數(shù)據(jù)可以與存儲在存儲器中的參考值比較，完成一定的控制操作，也可以利用通信號與設(shè)定的壓力信號經(jīng)過PID運算后，通過控制變頻器的輸出頻率來調(diào)整電動機的轉(zhuǎn)速，保持供水壓力的恒定，這樣就構(gòu)成了以設(shè)定壓力為基準(zhǔn)的壓力閉環(huán)系統(tǒng);自動檢測水池水位信號與設(shè)定的水位低限比較，輸出水位低報警信號或直接停機。觸摸屏顯示器可以顯示電源電壓、電流、變頻器輸出頻率、實際供水壓力和設(shè)定供水壓力和泵的工作狀態(tài)等信息;可以通過觸摸屏在線修改設(shè)定供水壓力和控制水泵的運行。該系統(tǒng)還設(shè)有多種保護功能，尤其是強電邏輯硬件互鎖功能，從而保證正常供水，且可以做到無人值守。 2、工作原理 ? 該系統(tǒng)具有手動和自動兩種運行方式： 2.1手動運行方式 ? 選擇此方式時，按啟動按鈕泵或停止按鈕，可根據(jù)需要而分別啟停各水泵。 這種方式僅供檢修或控制系統(tǒng)出現(xiàn)故障時使用。 2.2自動運行方式 ?2.2.1啟動程序 ? 在自動運行方式下開始啟動運行時，首先檢測水池水位，若水池水位符合設(shè) 定水位要求，1#泵變頻交流接觸器吸合，電機與變頻器連通，變頻器輸出頻率從 0Hz開始上升，此時壓力變送器檢測壓力信號反饋PLC，由PLC經(jīng)PID運算后控制變頻器的頻率輸出;如壓力不夠，則頻率上升至50Hz，延時一定時間后，將1#泵切換為工頻，2#泵變頻交流接觸器吸合，變頻啟動2#水泵，頻率逐漸上升，直至出水壓力達到設(shè)定壓力，依次類推增加水泵。 2.2.2水泵切換程序 ? 如用水量減小，出水壓力超過設(shè)定壓力，則PLC控制變頻器降低輸出頻率，減少出水量來穩(wěn)定出水壓力。若變頻器輸出頻率低于某一設(shè)定值（水泵出水頻率，一般為25Hz），而出水壓力仍高于設(shè)定壓力值時，PLC開始計時，若在一定時間內(nèi)，出水壓力降低到設(shè)定壓力，PLC放棄計時，繼續(xù)變頻調(diào)速運行;若在一定時間內(nèi)出水壓力仍高于設(shè)定壓力，根據(jù)先投先停的原則，PLC將停止正在運行的水泵中運行時間最長的工頻泵，直至出水壓力達到設(shè)定值。 2.2.3啟動小流量泵 ? 對于居民生活供水或其它用水時段性較強的供水系統(tǒng)，可設(shè)置一臺小流量水 泵。例如在晚上12點到凌晨5點，居民生活用水很少，一臺30kW 的水泵為了維持供水壓力也需要長時間工作在25Hz左右，電動機不僅要消耗十幾個千瓦的電能，同時還要長期工作在低頻狀態(tài)，大大影響電動機的壽命。若系統(tǒng)中設(shè)置一臺5KW左右的小流量水泵，為了維持出水壓力，由小流量水泵變頻工作，不僅 電動機工作在較高頻率，而且消耗的電能也很小。在小流量水泵的選擇上，其功率一般是主水泵功率的1/4到1/6，揚程和主泵相同。 2.2.4?水池水位檢測 ? 在自動供水的過程中，PLC實時檢測水池水位，若水位低于設(shè)定的報警水位時，蜂鳴器發(fā)出缺水報警信號;若水位低于設(shè)定的停機水位時，停止全部水泵工作，防止水泵干抽，并發(fā)出停機報警信號;若水池水位高于設(shè)定的水池上限水位時，自動關(guān)斷水池給水管電動閥門。 2.2.5?自動啟動 ? 有時電源會突然斷電，若無人值班，恢復(fù)供電后若系統(tǒng)無法啟動會造成斷水，為此本系統(tǒng)設(shè)置了通電后自動變頻啟動方式。在電源恢復(fù)后，PLC會發(fā)出指令，蜂鳴器發(fā)出警告，然后按自動運行方式變頻啟動1#泵，直到穩(wěn)定地運行在給定水壓值。 2.2.6?消防報警? 當(dāng)出現(xiàn)消防報警信號時，系統(tǒng)立即按照消防壓力運行。 2.2.7?故障處理 ? 變頻故障從冗余設(shè)計原則考慮，在變頻器發(fā)生故障時也要不間斷供水。 當(dāng)變頻器突然發(fā)生故障，蜂鳴器報警，PLC發(fā)指令使全部水泵停機，然后1#泵工頻 運行（若水泵功率大于37KW，則需要采用降壓啟動或其它啟動方式），經(jīng)一定延時后根據(jù)壓力變化情況再使2#泵工頻運行。此時，PLC切換泵則根據(jù)實際水壓的變化在工頻泵間切換。當(dāng)出現(xiàn)水池?zé)o水停機、電動機欠壓、過壓、錯相、電機故障等情況時，均能由蜂鳴器發(fā)出警報聲。條件許可時可以添加MODEM模塊，變頻器、 電動機發(fā)生故障時能通過遠(yuǎn)程通信口撥叫值班人員電話，通知有關(guān)人員前來維修。所有故障解決、恢復(fù)正常后，自啟動前也要發(fā)出報警信號。 3.1.1?PLC的選擇 ? 可編程序控制器采用SIEMENS的S7-300系列CPU-226主機，I/O點數(shù)為 40點（24個輸入點和16個輸出點），具有2個RS-485通訊/編程口，具有 PPI通訊協(xié)議、MPI通訊協(xié)議和自由方式通訊能力。自由通訊口方式是S7-200? PLC的一個很有特色的功能，它使S7-200?PLC可以由用戶自己定義通訊協(xié)議。 利于自由通訊口方式，在本系統(tǒng)中PLC可以與變頻器和觸摸屏方便連接。模擬 量輸入采用4路12位A/D模擬量輸入的EM231模塊，具有較高的精度。PLC 編程采用STEP7-Micro/WIN編程軟件，它提供一個完整的編程環(huán)境，可進行離 線編程和在線連接和調(diào)試，并能實現(xiàn)梯形圖與語句表的互相轉(zhuǎn)換。 3.1.2?變頻器及控制方式選擇 ? 在傳統(tǒng)的變頻控制系統(tǒng)中，變頻器的啟動/停止由PLC通過開關(guān)量輸出控制， 變頻器頻率是由PLC通過模擬量輸出端口輸出0～5（10）V或4～20mA信號 控制的，這需要購買PLC比較昂貴的模擬量輸出端口模塊。對變頻器故障的檢 測是只是由PLC讀取變頻器的故障報警觸點，只是知道變頻器出現(xiàn)故障，但具 體什么故障并不清楚，需操作人員查詢變頻器報警信息后再閱讀變頻器說明書才 知道，這對于一般值班人員來說太難了。 ? 因此在本系統(tǒng)中PLC對變頻器的控制是通過串行通訊的方式實現(xiàn)的，變頻器選用 SIEMENS的MM系列或ABB的ACS-400系列風(fēng)機/泵類16路變頻器，它們具有RS-485 通訊接口，性價比較高。PLC通過自由通訊口方式與變頻器通訊，控制變頻器的運行，讀取變頻器自身的電壓、電流、功率、頻率、累計運行時間和過壓、過流、過負(fù)荷等全部報警信息等參數(shù)，并通過觸摸屏顯示出來，這比通過外部端口控制變頻器的運行具有較高的可靠性，節(jié)省了PLC寶貴的I/O端口，又獲的了大量變頻器的信息。 3.1.3?觸摸屏 ? 觸摸屏選用臺灣HITCH公司生產(chǎn)的PWS系列，它具有豐富的驅(qū)動程序， 可方便地通過串口與S7-200系列PLC通訊。通過觸摸屏可以直觀地顯示各泵 的運行狀態(tài)、管網(wǎng)實際出水壓力、設(shè)定壓力、變頻器的電壓、電流、功率及各種 故障信息等參數(shù);操作人員通過觸摸屏可以方便的在線設(shè)置生活供水壓力、消防 供水壓力、變頻器加減速時間、各泵的在線/檢修狀態(tài)等參數(shù)，并可以通過觸摸 屏控制各水泵的運行。 3.1.4?控制電路設(shè)計 ? 在控制電路設(shè)計中，注意到系統(tǒng)自動/手動轉(zhuǎn)換、每臺水泵的變頻接觸器和工頻接觸器、各水泵的變頻接觸器在電氣上的連鎖，防止系統(tǒng)中出現(xiàn)一臺水泵工頻和變頻電源同時接通或多臺水泵同時接通變頻電源的現(xiàn)象。系統(tǒng)主要控制回路 3.2?PLC軟件編程 ? 整個系統(tǒng)PLC既有開關(guān)量和模擬量的輸入/輸出，又有與變頻器和觸摸屏的 通訊，因此在PLC控制軟件編程上采用模塊式結(jié)構(gòu)，各種功能的程序模塊通過 主程序有機地結(jié)合起來，使系統(tǒng)運行穩(wěn)定可靠。 ? 在主程序中，PLC上電初使化，檢測系統(tǒng)各部分狀態(tài)信息，若有報警信息 則首先發(fā)出警告，若無報警信息，則開始從1#泵（1#泵被切除出系統(tǒng)，則從泵 號最小的在線泵）變頻啟動，實時檢測出水壓力并進行PID運算，控制變頻器的輸出頻率，保持供水壓力恒定;變頻器頻率達到50Hz延時幾秒后，出水壓力仍低于設(shè)定壓力，則將1#泵切換為工頻，變頻啟動2#泵以保持壓力恒定并依此類推。若出水壓力超過設(shè)定壓力，則變頻器降低輸出頻率來穩(wěn)定出水壓力。若變頻器輸出頻率低于設(shè)定水泵出水頻率而出水壓力仍高于設(shè)定壓力值時，延時一 段時間后根據(jù)先投先停的原則，停止正在運行水泵中運行時間最長的工頻泵，至出水壓力達到設(shè)定值。 若系統(tǒng)只有一臺水泵變頻運行且連續(xù)一段時間頻率低于設(shè)定出水頻率，則切除變頻運行主泵，投入小流量泵，既保護主泵電動機，又節(jié)約能源。 3.2 PLC的組成 PLC的硬件主要由中央處理器（CPU）、存儲器、輸入單元、輸出單元、通信接口、擴展接口電源等部分組成。其中，CPU是PLC的核心，輸入單元與輸出單元是連接現(xiàn)場輸入/輸出設(shè)備與CPU之間的接口電路，通信接口用于與編程器、上位計算機等外設(shè)連接。 對于整體式PLC，所有部件都裝在同一機殼內(nèi)，其組成框圖如圖1所示；對于模塊式PLC，各部件獨立封裝成模塊，各模塊通過總線連接，安裝在機架或?qū)к壣希浣M成框圖如圖所示。無論是哪種結(jié)構(gòu)類型的PLC，都可根據(jù)用戶需要進行配置與組合。 盡管整體式與模塊式PLC的結(jié)構(gòu)不太一樣，但各部分的功能作用是相同的，下面對PLC主要組成各部分進行簡單介紹。 3.2.1中央處理單元（CPU） ?同一般的微機一樣，CPU是PLC的核心。PLC中所配置的CPU 隨機型不同而不同，常用有三類：通用微處理器（如Z80、8086、80286等）、單片微處理器（如8031、8096等）和位片式微處理器(如AMD29W等) 。小型PLC大多采用8位通用微處理器和單片微處理器；中型PLC大多采用16位通用微處理器或單片微處理器；大型PLC大多采用高速位片式微處理器。 ?目前，小型PLC為單CPU系統(tǒng)，而中、大型PLC則大多為雙CPU系統(tǒng)，甚至有些PLC中多達8 個CPU。對于雙CPU系統(tǒng)，一般一個為字處理器，一般采用8位或16位處理器；另一個為位處理器，采用由各廠家設(shè)計制造的專用芯片。字處理器為主處理器，用于執(zhí)行編程器接口功能，監(jiān)視內(nèi)部定時器，監(jiān)視掃描時間，處理字節(jié)指令以及對系統(tǒng)總線和位處理器進行控制等。位處理器為從處理器，主要用于處理位操作指令和實現(xiàn)PLC編程語言向機器語言的轉(zhuǎn)換。位處理器的采用,提高了PLC的速度，使PLC更好地滿足實時控制要求。 ??? 在PLC中CPU按系統(tǒng)程序賦予的功能，指揮PLC有條不紊地進行工作，歸納起來主要有以下幾個方面： 1）接收從編程器輸入的用戶程序和數(shù)據(jù)。 2）?診斷電源、PLC內(nèi)部電路的工作故障和編程中的語法錯誤等。 3）??通過輸入接口接收現(xiàn)場的狀態(tài)或數(shù)據(jù)，并存入輸入映象寄有器或數(shù)據(jù)寄存器中。 4）???從存儲器逐條讀取用戶程序，經(jīng)過解釋后執(zhí)行。 5）????根據(jù)執(zhí)行的結(jié)果，更新有關(guān)標(biāo)志位的狀態(tài)和輸出映象寄存器的內(nèi)容，通過輸出單元實現(xiàn)輸出控制。有些PLC還具有制表打印或數(shù)據(jù)通信等功能。 3.2.2存儲器 存儲器主要有兩種：一種是可讀/寫操作的隨機存儲器RAM，另一種是只讀存儲器ROM、PROM 、EPROM 和EEPROM。在PLC中，存儲器主要用于存放系統(tǒng)程序、用戶程序及工作數(shù)據(jù)。 ?系統(tǒng)程序是由PLC 的制造廠家編寫的，和PLC的硬件組成有關(guān)，完成系統(tǒng)診斷、命令解釋、功能子程序調(diào)用管理、邏輯運算、通信及各種參數(shù)設(shè)定等功能，提供PLC運行的平臺。系統(tǒng)程序關(guān)系到PLC的性能，而且在PLC使用過程中不會變動，所以是由制造廠家直接固化在只讀存儲器ROM、PROM或EPROM中，用戶不能訪問和修改。編程裝置的作用是編輯、調(diào)試、輸入用戶程序，也可在線監(jiān)控PLC內(nèi)部狀態(tài)和參數(shù)，與PLC進行人機對話。它是開發(fā)、應(yīng)用、維護PLC不可缺少的工具。編程裝置可以是專用編程器，也可以是配有專用編程軟件包的通用計算機系統(tǒng)。專用編程器是由PLC廠家生產(chǎn)，專供該廠家生產(chǎn)的某些PLC產(chǎn)品使用，它主要由鍵盤、顯示器和外存儲器接插口等部件組成。專用編程器有簡易編程器和智能編程器兩類。 簡易型編程器只能聯(lián)機編程，而且不能直接輸入和編輯梯形圖程序，需將梯形圖程序轉(zhuǎn)化為指令表程序才能輸入。簡易編程器體積小、價格便宜，它可以直接插在PLC的編程插座上，或者用專用電纜與PLC相連，以方便編程和調(diào)試。有些簡易編程器帶有存儲盒，可用來儲存用戶程序，如三菱的FX-20P-E簡易編程器。 智能編程器又稱圖形編程器，本質(zhì)上它是一臺專用便攜式計算機，如三菱的GP-80FX-E智能型編程器。它既可聯(lián)機編程，又可脫機編程。可直接輸入和編輯梯形圖程序，使用更加直觀、方便，但價格較高，操作也比較復(fù)雜。大多數(shù)智能編程器帶有磁盤驅(qū)動器，提供錄音機接口和打印機接口。 用戶程序是隨PLC的控制對象而定的，由用戶根據(jù)對象生產(chǎn)工藝的控制要求而編制的應(yīng)用程序。為了便于讀出、檢查和修改，用戶程序一般存于CMOS靜態(tài)RAM中，用鋰電池作為后備電源，以保證掉電時不會丟失信息。為了防止干擾對RAM中程序的破壞，當(dāng)用戶程序經(jīng)過運行正常，不需要改變，可將其固化在只讀存儲器EPROM中?，F(xiàn)在有許多PLC直接采用EEPROM作為用戶存儲器。 工作數(shù)據(jù)是PLC運行過程中經(jīng)常變化、經(jīng)常存取的一些數(shù)據(jù)。存放在RAM中，以適應(yīng)隨機存取的要求。在PLC的工作數(shù)據(jù)存儲器中，設(shè)有存放輸入輸出繼電器、輔助繼電器、定時器、計數(shù)器等邏輯器件的存儲區(qū)，這些器件的狀態(tài)都是由用戶程序的初始設(shè)置和運行情況而確定的。根據(jù)需要，部分?jǐn)?shù)據(jù)在掉電時用后備電池維持其現(xiàn)有的狀態(tài)，這部分在掉電時可保存數(shù)據(jù)的存儲區(qū)域稱為保持?jǐn)?shù)據(jù)區(qū)。 由于系統(tǒng)程序及工作數(shù)據(jù)與用戶無直接聯(lián)系，所以在PLC 產(chǎn)品樣本或使用手冊中所列存儲器的形式及容量是指用戶程序存儲器。當(dāng)PLC提供的用戶存儲器容量不夠用，許多PLC還提供有存儲器擴展功能。 3.2.3輸入/輸出單元 ?輸入/輸出單元通常也稱I/O單元或I/O模塊，是PLC與工業(yè)生產(chǎn)現(xiàn)場之間的連接部件。 PLC通過輸入接口可以檢測被控對象的各種數(shù)據(jù)，以這些數(shù)據(jù)作為PLC對被控制對象進行控制的依據(jù)；同時PLC又通過輸出接口將處理結(jié)果送給被控制對象，以實現(xiàn)控制目的。 由于外部輸入設(shè)備和輸出設(shè)備所需的信號電平是多種多樣的，而PLC內(nèi)部CPU的處理的信息只能是標(biāo)準(zhǔn)電平，所以I/O接口要實現(xiàn)這種轉(zhuǎn)換。I/O接口一般都具有光電隔離和濾波功能，以提高PLC的抗干擾能力。另外，I/O接口上通常還有狀態(tài)指示，工作狀況直觀，便于維護。 PLC提供了多種操作電平和驅(qū)動能力的I/O接口，有各種各樣功能的I/O接口供用戶選用。I/O接口的主要類型有：數(shù)字量（開關(guān)量）輸入、數(shù)字量（開關(guān)量）輸出、模擬量輸入、模擬量輸出等。 常用的開關(guān)量輸入接口按其使用的電源不同有三種類型：直流輸入接口、交流輸入接口和交/直流輸入接口，其基本原理電路如圖3所示。 3.2.4通信接口 ?PLC配有各種通信接口，這些通信接口一般都帶有通信處理器。PLC通過這些通信接口可與監(jiān)視器、打印機、其它PLC、計算機等設(shè)備實現(xiàn)通信。PLC與打印機連接，可將過程信息、系統(tǒng)參數(shù)等輸出打印；與監(jiān)視器連接，可將控制過程圖像顯示出來；與其它PLC連接，可組成多機系統(tǒng)或連成網(wǎng)絡(luò)，實現(xiàn)更大規(guī)模控制。 與計算機連接，可組成多級分布式控制系統(tǒng)，實現(xiàn)控制與管理相結(jié)合。 遠(yuǎn)程I/O系統(tǒng)也必須配備相應(yīng)的通信接口模塊。 3.2.5智能接口模塊 智能接口模塊是一獨立的計算機系統(tǒng)，它有自己的CPU、系統(tǒng)程序、存儲器以及與PLC系統(tǒng)總線相連的接口。它作為PLC系統(tǒng)的一個模塊，通過總線與PLC相連，進行數(shù)據(jù)交換，并在PLC的協(xié)調(diào)管理下獨立地進行工作。 PLC的智能接口模塊種類很多，如：高速計數(shù)模塊、閉環(huán)控制模塊、運動控制模塊、中斷控制模塊等。 3.2.6編程裝置 編程裝置的作用是編輯、調(diào)試、輸入用戶程序，也可在線監(jiān)控PLC內(nèi)部狀態(tài)和參數(shù)，與PLC進行人機對話。它是開發(fā)、應(yīng)用、維護PLC不可缺少的工具。編程裝置可以是專用編程器，也可以是配有專用編程軟件包的通用計算機系統(tǒng)。專用編程器是由PLC廠家生產(chǎn)，專供該廠家生產(chǎn)的某些PLC產(chǎn)品使用，它主要由鍵盤、顯示器和外存儲器接插口等部件組成。專用編程器有簡易編程器和智能編程器兩類。 簡易型編程器只能聯(lián)機編程，而且不能直接輸入和編輯梯形圖程序，需將梯形圖程序轉(zhuǎn)化為指令表程序才能輸入。簡易編程器體積小、價格便宜，它可以直接插在PLC的編程插座上，或者用專用電纜與PLC相連，以方便編程和調(diào)試。有些簡易編程器帶有存儲盒，可用來儲存用戶程序，如三菱的FX-20P-E簡易編程器。 智能編程器又稱圖形編程器，本質(zhì)上它是一臺專用便攜式計算機，如三菱的GP-80FX-E智能型編程器。它既可聯(lián)機編程，又可脫機編程?？芍苯虞斎牒途庉嬏菪螆D程序，使用更加直觀、方便，但價格較高，操作也比較復(fù)雜。大多數(shù)智能編程器帶有磁盤驅(qū)動器，提供錄音機接口和打印機接口。 專用編程器只能對指定廠家的幾種PLC進行編程，使用范圍有限，價格較高。同時，由于PLC產(chǎn)品不斷更新?lián)Q代，所以專用編程器的生命周期也十分有限。因此，現(xiàn)在的趨勢是使用以個人計算機為基礎(chǔ)的編程裝置，用戶只要購買PLC廠家提供的編程軟件和相應(yīng)的硬件接口裝置。這樣，用戶只用較少的投資即可得到高性能的PLC程序開發(fā)系統(tǒng)。 基于個人計算機的程序開發(fā)系統(tǒng)功能強大。它既可以編制、修改PLC的梯形圖程序，又可以監(jiān)視系統(tǒng)運行、打印文件、系統(tǒng)仿真等。配上相應(yīng)的軟件還可實現(xiàn)數(shù)據(jù)采集和分析等許多功能。 3.2.7電源 PLC配有開關(guān)電源，以供內(nèi)部電路使用。與普通電源相比，PLC電源的穩(wěn)定性好、抗干擾能力強。對電網(wǎng)提供的電源穩(wěn)定度要求不高，一般允許電源電壓在其額定值±15% 的范圍內(nèi)波動。許多PLC還向外提供直流24V穩(wěn)壓電源，用于對外部傳感器供電。 3.3輸入輸出點分配 列出16路智能窗簾PLC的輸入\輸出點分配表，見表3.3 3.4 PLC的選擇 由表3.1可知，14個輸入點，12個輸出點，根據(jù)電壓的不同選用輸入有 2個點的輸入模塊，分別為M0、X1、X2、X3;S輸出有4個點的模塊分別為Y0、Y1、Y2、Y3。 3.5 智能窗簾PLC控制接線圖 根據(jù)表3.3和如上所述，畫出智能窗簾PLC控制接線圖如圖3.5 所示: ? 第四章、智能窗簾控制系統(tǒng)PLC控制程序的實現(xiàn) 由以上可知，智能窗簾控制系統(tǒng)PLC控制的控制過程流程圖和程序分別如下圖4.1、4.2所示： 4.1控制過程流程圖 4.2源程序 結(jié) 論 在最近的一段時間的畢業(yè)設(shè)計，使我們充分把握的設(shè)計方法和步驟，不僅復(fù)習(xí)所學(xué)的知識，而且還獲得新的經(jīng)驗與啟示，在各種軟件的使用找到的資料或圖紙設(shè)計，會遇到不清楚的作業(yè)，老師和學(xué)生都能給予及時的指導(dǎo)，確保設(shè)計進度本文所設(shè)計的是 基于PLC的智能窗簾控制系統(tǒng)設(shè)計及仿真的設(shè)計，通過初期的定稿，查資料和開始正式做畢設(shè)，讓我系統(tǒng)地了解到了所學(xué)知識的重要性，從而讓我更加深刻地體會到做一門學(xué)問不易，需要不斷鉆研，不斷進取才可要做的好，總之，本設(shè)計完成了老師和同學(xué)的幫助下，在大學(xué)研究的最后，感謝幫助過我的老師和同學(xué)，是大家的幫助才使我的論文得以通過。 致 謝 在論文完成之際，我首先向我的導(dǎo)師致以衷心的感謝和崇高的敬意！在這期間，導(dǎo)師在學(xué)業(yè)上嚴(yán)格要求，精心指導(dǎo)，在生活上給了我無微不至的關(guān)懷，給了我人生的啟迪，使我在順利的完成學(xué)業(yè)階段的學(xué)業(yè)的同時，也學(xué)到了很多做人的道理，明確了人生目標(biāo)。導(dǎo)師嚴(yán)謹(jǐn)?shù)闹螌W(xué)態(tài)度，淵博的學(xué)識，實事求是的作風(fēng)，平易近人、寬以待人和豁達的胸懷，深深感染著我，使我深受啟發(fā)，必將終生受益。 經(jīng)過近半年努力的設(shè)計與計算，論文終于可以完成了，我的心里無比的激動。雖然它不是最完美的，也不是最好的，但是在我心里，它是我最珍惜的，因為它是我用心、用汗水成就的，也是我在大學(xué)四年來對所學(xué)知識的應(yīng)用和體現(xiàn)。 四年的學(xué)習(xí)和生活，不僅豐富了我的知識，而且鍛煉了我的能力，更重要的是從周圍的老師和同學(xué)們身上潛移默化的學(xué)到了許多。在此，向他們表示深深的謝意與美好的祝愿。 參考文獻 [1] 鄭淑芳 PLC控制系統(tǒng)的設(shè)計 北京：科學(xué)出版社，2004.5 [2] 黃長藝 西門子PLC控制系統(tǒng)概述 北京：機械工業(yè)出版社，2005.1. 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