小型船閘PLC控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)

1、小型船閘PLC控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)院 系：機(jī)電與自動(dòng)化學(xué)院專(zhuān) 業(yè) 班：電氣工程及其自動(dòng)化1002班姓 名：李亞萍學(xué) 號(hào)：20101131069指導(dǎo)教師：屈虹 2014年5月22小型船閘PLC控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)The Design of Small Ship Lock Control System Based on PLC摘 要本課題為小型船閘的PLC控制。船閘是在水位集中跌落的情況下（例如，建造閘、壩處），用以保證通航的水利工程建筑物。利用河水灌溉農(nóng)田，或者利用水力推動(dòng)水力發(fā)電機(jī)進(jìn)行工作時(shí)需要在河流上修建攔河壩，用以提高水位。這樣，河水被大壩隔斷，上下游的水位差較大，航船無(wú)法通過(guò)。于是人們就利用連通器的原理

2、，在運(yùn)輸頻繁的江河上，在大壩的旁邊修建了船閘。本文對(duì)船閘的結(jié)構(gòu)、控制過(guò)程、作用等方面做了較全面的介紹，對(duì)PLC的基本組成、工作原理、發(fā)展過(guò)程及趨勢(shì)進(jìn)行大致的分析，以此引出用PLC實(shí)現(xiàn)對(duì)小型船閘的自動(dòng)控制，用PLC代替?zhèn)鹘y(tǒng)的繼電器接觸控制邏輯電路，充分利用PLC的優(yōu)點(diǎn)進(jìn)行設(shè)計(jì)，給出了比較詳細(xì)的系統(tǒng)設(shè)計(jì)過(guò)程，系統(tǒng)的配置，相應(yīng)及程序運(yùn)行的結(jié)構(gòu)框圖。本文還對(duì)船閘運(yùn)行發(fā)生故障時(shí)的自動(dòng)報(bào)警與查詢(xún)系統(tǒng)做了探討與研究，對(duì)PLC船閘自動(dòng)控制系統(tǒng)的完善具有重要意義。關(guān)鍵詞：PLC 船閘 自動(dòng)控制 自動(dòng)報(bào)警 AbstractThis topic is The Design of Small Ship Lock Co

3、ntrol System Based on PLC. The lock is the hydraulic engineering building concentrated in the case of the fall of water level (for example, construction of the lock, dam) , in order to ensure navigation. Using river water for irrigation of farmland, or using hydraulic drive hydraulic generator is bu

4、ilt on the river to dam, in order to raise the water level. So, the river is cut off by the dam, water level upstream and downstream of the difference, the ship cannot pass. So people using the principle of communicating vessels, in the transport of frequent River, to build the dam next to lock. In

5、this paper, the structure of lock control process, and other aspects of the role is introduced, analysis the basic composition, working principle, development process and trends of PLC, this leads to the automatic control of the small lock using PLC. Using PLC instead of the traditional relay contac

6、t controlling logic circuit. Making full use of the advantages of PLC design, to gives a more detailed system design, system configuration, and the block diagram of the program is running, and the corresponding procedures, and describes the structure and working principle of lock. This article is al

7、so alarm and query lock system, fieldbus communication in the host computer and research are also discussed, on the PLC automatic control system locks the improvement of great significance.Keywords: PLC ship lock automatic control automatic alarm目 錄摘要 Abstract 緒論 11 可編程控制器（PLC）簡(jiǎn)介21.1 PLC的定義 21.2 PLC

8、的硬件結(jié)構(gòu)及基本配置21.3 PLC的工作原理31.4 PLC的特點(diǎn)41.5 PLC的應(yīng)用領(lǐng)域52 船閘簡(jiǎn)介82.3 船閘的定義82.3 船閘的用途82.3 船閘的主體結(jié)構(gòu)82.4 船閘的工作流程93 系統(tǒng)的硬件選擇與軟件設(shè)計(jì)123.1 FX2N-48MR型PLC簡(jiǎn)介123.1.1 電源與接地123.1.2 I/O口與外部接線123.1.3 FX2N-48MR基本參數(shù)133.2 程序143.2.1 I/O口分配143.2.2 程序的編寫(xiě)14結(jié)論17致謝18參考文獻(xiàn)19附錄20緒 論船閘是河道最常用的交通設(shè)施之一，隨著水上交通的發(fā)展以及水資源的充分利用，船閘的作用與地位越來(lái)越高。要使船閘能夠可靠

9、的運(yùn)行、擁有很好的運(yùn)輸效率以及較低的成本，并且在防洪抗洪時(shí)能可靠工作，需要有性能非?？煽康目刂葡到y(tǒng)。目前國(guó)內(nèi)船閘的自動(dòng)化水平參差不齊，控制系統(tǒng)種類(lèi)繁多，控制方式各不相同。建成較早的船閘控制裝置一般由繼電器、接觸器控制邏輯電路組成，存在功能弱、故障多、壽命短等缺點(diǎn)，近年新建船閘一般采用計(jì)算機(jī)控制技術(shù)隨著科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展對(duì)船閘自動(dòng)化水平的要求越來(lái)越高，PLC技術(shù)的迅猛發(fā)展讓自動(dòng)化控制又多了一個(gè)新的亮點(diǎn)，而船閘的PLC監(jiān)控越來(lái)越廣泛地被投入使用，選擇PLC 控制是由它的性質(zhì)和特點(diǎn)決定的，因其具有可靠性高、抗干擾能力強(qiáng) （通過(guò)硬件和軟件措施能適應(yīng)設(shè)備的可靠性要求）、通用性強(qiáng)、開(kāi)發(fā)周期短等特點(diǎn)，對(duì)于象

10、船閘運(yùn)行這樣的順序控制系統(tǒng)也特別易于發(fā)揮PLC的特點(diǎn)。它能使管理人員有效地對(duì)船閘的運(yùn)行工況進(jìn)行自動(dòng)檢測(cè)、優(yōu)化控制和集成管理，從而達(dá)到安全、高效、滿足社會(huì)需求的目標(biāo)。隨著自動(dòng)化技術(shù)的發(fā)展，這種研究將得到越來(lái)越廣泛地應(yīng)用，而且這種研究具有重要的實(shí)用價(jià)值，它對(duì)于保障河道通道的暢通，及人民的生產(chǎn)和生活具有十分重要的意義，順應(yīng)時(shí)代發(fā)展的要求。本設(shè)計(jì)的目的就在于用PLC代替?zhèn)鹘y(tǒng)的繼電器接觸控制邏輯電路，充分利用PLC的優(yōu)點(diǎn)實(shí)現(xiàn)小型船閘的自動(dòng)控制。在掌握PLC對(duì)船閘的功能控制的基礎(chǔ)上，設(shè)計(jì)出在緊急情況下的手動(dòng)控制。1 可編程控制器（PLC）簡(jiǎn)介1.1 PLC的定義可編程序控制器(programmable c

11、ontroller)是計(jì)算機(jī)家族中的一員，是為工業(yè)控制應(yīng)用而設(shè)計(jì)的。早期的可編程序控制器稱(chēng)作可編程邏輯控制(programmable logic controller)，簡(jiǎn)稱(chēng)PLC，用它來(lái)代替繼電器實(shí)現(xiàn)邏輯控制。隨著技術(shù)的發(fā)展，可編程序控制器的功能已大大超過(guò)了邏輯控制的范圍，所以，目前人們都把這種裝置稱(chēng)作可編程序控制器，簡(jiǎn)稱(chēng)PC (國(guó)標(biāo)簡(jiǎn)稱(chēng)可編程序控制器為PC系統(tǒng))。PLC結(jié)構(gòu)如圖1-1所示。圖1-1 PLC結(jié)構(gòu)圖為了避免與目前應(yīng)用十分廣泛的個(gè)人計(jì)算機(jī)(personal computer)的簡(jiǎn)稱(chēng)PC相混淆，所以將可編程序控制器簡(jiǎn)稱(chēng)PLC。PLC實(shí)質(zhì)上是一種專(zhuān)門(mén)用于工業(yè)控制的計(jì)算機(jī)，硬件結(jié)構(gòu)基本

12、上與微型計(jì)算機(jī)基本相同。它采用一類(lèi)可編程的存儲(chǔ)器，用于其內(nèi)部存儲(chǔ)程序，執(zhí)行邏輯運(yùn)算、順序控制、定時(shí)、計(jì)數(shù)與算術(shù)操作等面向用戶的指令，并通過(guò)數(shù)字或模擬式輸入/輸出控制各種類(lèi)型的機(jī)械或生產(chǎn)過(guò)程。1.2 PLC的硬件結(jié)構(gòu)及基本配置 可編程邏輯控制器(Programmable Logic Controller)簡(jiǎn)稱(chēng)PLC，是一種具有微處理機(jī)的數(shù)位電子設(shè)備，可以將控制指令隨時(shí)加載內(nèi)存內(nèi)儲(chǔ)存與執(zhí)行?？删幊炭刂破饔蓛?nèi)部CPU，指令及資料內(nèi)存、輸入輸出單元、電源模組、數(shù)位類(lèi)比等單元所模組化組合成。一般講，PLC分為箱體式和模組式兩種。但它們的組成是相同的，對(duì)箱體式PLC，有一塊CPU板、I/O板、顯示面板、內(nèi)

13、存塊、電源等，當(dāng)然按CPU性能分成若干型號(hào)，并按I/O點(diǎn)數(shù)又有若干規(guī)格。對(duì)模組式PLC，有CPU模組、I/O模組、內(nèi)存、電源模組、底板或機(jī)架。無(wú)任哪種結(jié)構(gòu)類(lèi)型的PLC，都屬于總線式開(kāi)放型結(jié)構(gòu)，其I/O能力可按用戶需要進(jìn)行擴(kuò)展與組合。PLC的基本結(jié)構(gòu)框圖如圖1-2所示： 圖1-2 PLC基本機(jī)構(gòu)圖1.3 PLC的工作原理 當(dāng)可編程邏輯控制器投入運(yùn)行后，其工作過(guò)程一般分為三個(gè)階段，即輸入采樣、用戶程序執(zhí)行和輸出刷新三個(gè)階段。完成上述三個(gè)階段稱(chēng)作一個(gè)掃描周期。在整個(gè)運(yùn)行期間，可編程邏輯控制器的CPU以一定的掃描速度重復(fù)執(zhí)行上述三個(gè)階段。（1） 輸入采樣階段在輸入采樣階段，可編程邏輯控制器以掃描方式依

14、次地讀入所有輸入狀態(tài)和數(shù)據(jù)，并將它們存入I/O映象區(qū)中的相應(yīng)的單元內(nèi)。輸入采樣結(jié)束后，轉(zhuǎn)入用戶程序執(zhí)行和輸出刷新階段。在這兩個(gè)階段中，即使輸入狀態(tài)和數(shù)據(jù)發(fā)生變化，I/O映象區(qū)中的相應(yīng)單元的狀態(tài)和數(shù)據(jù)也不會(huì)改變。因此，如果輸入是脈沖信號(hào)，則該脈沖信號(hào)的寬度必須大于一個(gè)掃描周期，才能保證在任何情況下，該輸入均能被讀入。（2） 用戶程序執(zhí)行階段在用戶程序執(zhí)行階段，可編程邏輯控制器總是按由上而下的順序依次地掃描用戶程序(梯形圖)。在掃描每一條梯形圖時(shí)，又總是先掃描梯形圖左邊的由各觸點(diǎn)構(gòu)成的控制線路，并按先左后右、先上后下的順序?qū)τ捎|點(diǎn)構(gòu)成的控制線路進(jìn)行邏輯運(yùn)算，然后根據(jù)邏輯運(yùn)算的結(jié)果，刷新該邏輯線圈在

15、系統(tǒng)RAM存儲(chǔ)區(qū)中對(duì)應(yīng)位的狀態(tài)；或者刷新該輸出線圈在I/O映象區(qū)中對(duì)應(yīng)位的狀態(tài)；或者確定是否要執(zhí)行該梯形圖所規(guī)定的特殊功能指令。即，在用戶程序執(zhí)行過(guò)程中，只有輸入點(diǎn)在I/O映象區(qū)內(nèi)的狀態(tài)和數(shù)據(jù)不會(huì)發(fā)生變化，而其他輸出點(diǎn)和軟設(shè)備在I/O映象區(qū)或系統(tǒng)RAM存儲(chǔ)區(qū)內(nèi)的狀態(tài)和數(shù)據(jù)都有可能發(fā)生變化，而且排在上面的梯形圖，其程序執(zhí)行結(jié)果會(huì)對(duì)排在下面的凡是用到這些線圈或數(shù)據(jù)的梯形圖起作用；相反，排在下面的梯形圖，其被刷新的邏輯線圈的狀態(tài)或數(shù)據(jù)只能到下一個(gè)掃描周期才能對(duì)排在其上面的程序起作用。在程序執(zhí)行的過(guò)程中如果使用立即I/O指令則可以直接存取I/O點(diǎn)。即使用I/O指令的話，輸入過(guò)程影像寄存器的值不會(huì)被更新

16、，程序直接從I/O模塊取值，輸出過(guò)程影像寄存器會(huì)被立即更新，這跟立即輸入有些區(qū)別。（3） 輸出刷新階段當(dāng)掃描用戶程序結(jié)束后，可編程邏輯控制器就進(jìn)入輸出刷新階段。在此期間，CPU按照I/O映象區(qū)內(nèi)對(duì)應(yīng)的狀態(tài)和數(shù)據(jù)刷新所有的輸出鎖存電路，再經(jīng)輸出電路驅(qū)動(dòng)相應(yīng)的外設(shè)。這時(shí)，才是可編程邏輯控制器的真正輸出。1.4 PLC的特點(diǎn)（1） 使用方便，編程簡(jiǎn)單采用簡(jiǎn)明的梯形圖、邏輯圖或語(yǔ)句表等編程語(yǔ)言，而無(wú)需計(jì)算機(jī)知識(shí)，因此系統(tǒng)開(kāi)發(fā)周期短，現(xiàn)場(chǎng)調(diào)試容易。另外，可在線修改程序，改變控制方案而不拆動(dòng)硬件。（2） 功能強(qiáng)，性能價(jià)格比高一臺(tái)小型PLC內(nèi)有成百上千個(gè)可供用戶使用的編程元件，有很強(qiáng)的功能，可以實(shí)現(xiàn)非常復(fù)雜

17、的控制功能。它與相同功能的繼電器系統(tǒng)相比，具有很高的性能價(jià)格比。PLC可以通過(guò)通信聯(lián)網(wǎng)，實(shí)現(xiàn)分散控制，集中管理。（3） 硬件配套齊全，用戶使用方便，適應(yīng)性強(qiáng)PLC產(chǎn)品已經(jīng)標(biāo)準(zhǔn)化、系列化、模塊化，配備有品種齊全的各種硬件裝置供用戶選用，用戶能靈活方便地進(jìn)行系統(tǒng)配置，組成不同功能、不同規(guī)模的系統(tǒng)。PLC的安裝接線也很方便，一般用接線端子連接外部接線。PLC有較強(qiáng)的帶負(fù)載能力，可以直接驅(qū)動(dòng)一般的電磁閥和小型交流接觸器。硬件配置確定后，可以通過(guò)修改用戶程序，方便快速地適應(yīng)工藝條件的變化。（4） 可靠性高，抗干擾能力強(qiáng)傳統(tǒng)的繼電器控制系統(tǒng)使用了大量的中間繼電器、時(shí)間繼電器，由于觸點(diǎn)接觸不良，容易出現(xiàn)故障

18、。PLC用軟件代替大量的中間繼電器和時(shí)間繼電器，僅剩下與輸入和輸出有關(guān)的少量硬件元件，接線可減少到繼電器控制系統(tǒng)的1/10-1/100，因觸點(diǎn)接觸不良造成的故障大為減少。PLC采取了一系列硬件和軟件抗干擾措施，具有很強(qiáng)的抗干擾能力，平均無(wú)故障時(shí)間達(dá)到數(shù)萬(wàn)小時(shí)以上，可以直接用于有強(qiáng)烈干擾的工業(yè)生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)，PLC已被廣大用戶公認(rèn)為最可靠的工業(yè)控制設(shè)備之一。（5） 系統(tǒng)的設(shè)計(jì)、安裝、調(diào)試工作量少PLC用軟件功能取代了繼電器控制系統(tǒng)中大量的中間繼電器、時(shí)間繼電器、計(jì)數(shù)器等器件，使控制柜的設(shè)計(jì)、安裝、接線工作量大大減少。PLC的梯形圖程序一般采用順序控制設(shè)計(jì)法來(lái)設(shè)計(jì)。這種編程方法很有規(guī)律，很容易掌握。對(duì)于

19、復(fù)雜的控制系統(tǒng)，設(shè)計(jì)梯形圖的時(shí)間比設(shè)計(jì)相同功能的繼電器系統(tǒng)電路圖的時(shí)間要少得多。PLC的用戶程序可以在實(shí)驗(yàn)室模擬調(diào)試，輸入信號(hào)用小開(kāi)關(guān)來(lái)模擬，通過(guò)PLC上的發(fā)光二極管可觀察輸出信號(hào)的狀態(tài)。完成了系統(tǒng)的安裝和接線后，在現(xiàn)場(chǎng)的統(tǒng)調(diào)過(guò)程中發(fā)現(xiàn)的問(wèn)題一般通過(guò)修改程序就可以解決，系統(tǒng)的調(diào)試時(shí)間比繼電器系統(tǒng)少得多。（6） 維修工作量小，維修方便PLC的故障率很低，且有完善的自診斷和顯示功能。PLC或外部的輸入裝置和執(zhí)行機(jī)構(gòu)發(fā)生故障時(shí)，可以根據(jù)PLC上的發(fā)光二極管或編程器提供的信息迅速地查明故障的原因，用更換模塊的方法可以迅速地排除故障。1.5 PLC的應(yīng)用領(lǐng)域目前，PLC在國(guó)內(nèi)外已廣泛應(yīng)用于鋼鐵、石油、化

20、工、電力、建材、機(jī)械制造、汽車(chē)、輕紡、交通運(yùn)輸、環(huán)保及文化娛樂(lè)等各個(gè)行業(yè)，使用情況大致可歸納為如下幾類(lèi)。（1） 開(kāi)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(shí)現(xiàn)邏輯控制、順序控制，既可用于單臺(tái)設(shè)備的控制，也可用于多機(jī)群控及自動(dòng)化流水線。如注塑機(jī)、印刷機(jī)、訂書(shū)機(jī)械、組合機(jī)床、磨床、包裝生產(chǎn)線、電鍍流水線等。（2） 模擬量控制在工業(yè)生產(chǎn)過(guò)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(shí)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

21、，使可編程控制器用于模擬量控制。（3） 運(yùn)動(dòng)控制PLC可以用于圓周運(yùn)動(dòng)或直線運(yùn)動(dòng)的控制。從控制機(jī)構(gòu)配置來(lái)說(shuō)，早期直接用于開(kāi)關(guān)量I/O模塊連接位置傳感器和執(zhí)行機(jī)構(gòu)，現(xiàn)在一般使用專(zhuān)用的運(yùn)動(dòng)控制模塊。如可驅(qū)動(dòng)步進(jìn)電機(jī)或伺服電機(jī)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(yùn)動(dòng)控制功能，廣泛用于各種機(jī)械、機(jī)床、機(jī)器人、電梯等場(chǎng)合。（4） 過(guò)程控制過(guò)程控制是指對(duì)溫度、壓力、流量等模擬量的閉環(huán)控制。作為工業(yè)控制計(jì)算機(jī)，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

22、一般是運(yùn)行專(zhuān)用的PID子程序。過(guò)程控制在冶金、化工、熱處理、鍋爐控制等場(chǎng)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(yùn)算（含矩陣運(yùn)算、函數(shù)運(yùn)算、邏輯運(yùn)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(chǔ)在存儲(chǔ)器中的參考值比較，完成一定的控制操作，也可以利用通信功能傳送到別的智能裝置，或?qū)⑺鼈兇蛴≈票?。?shù)據(jù)處理一般用于大型控制系統(tǒng)，如無(wú)人控制的柔性制造系統(tǒng)；也可用于過(guò)程控制系統(tǒng)，如造紙、冶金、食品工業(yè)中的一些大型控制系統(tǒng)。（6） 通信及聯(lián)網(wǎng)PLC通信含PLC間的通信及PLC與其它智能設(shè)備間的通信。新近生產(chǎn)的PLC都具有通信接口，通信非常

23、方便。PLC的應(yīng)用領(lǐng)域仍在擴(kuò)展，在日本，PLC的應(yīng)用范圍已從傳統(tǒng)的產(chǎn)業(yè)設(shè)備和機(jī)械的自動(dòng)控制，擴(kuò)展到以下應(yīng)用領(lǐng)域：中小型過(guò)程控制系統(tǒng)、遠(yuǎn)程維護(hù)服務(wù)系統(tǒng)、節(jié)能監(jiān)視控制系統(tǒng)，以及與生活關(guān)聯(lián)的機(jī)器、與環(huán)境關(guān)聯(lián)的機(jī)器，而且均有急速的上升趨勢(shì)。值得注意的是，隨著PLC、DCS相互滲透，二者的界線日趨模糊的時(shí)候，PLC從傳統(tǒng)的應(yīng)用于離散制造業(yè)向應(yīng)用到連續(xù)的流程工業(yè)擴(kuò)展。2 船閘簡(jiǎn)介2.1 船閘的定義船閘（ship lock）利用向兩端有閘門(mén)控制的航道內(nèi)灌、泄水，以升降水位，使船舶能克服航道上的集中水位落差的廂形通航建筑物。又稱(chēng)“廂船閘”。由閘室、閘首、閘門(mén)、引航道及相應(yīng)設(shè)備組成。船只上行時(shí)，先將閘室泄水，待

24、室內(nèi)水位與下游水位齊平，開(kāi)啟下游閘門(mén)，讓船只進(jìn)入閘室，隨即關(guān)閉下游閘門(mén)，向閘室灌水，待閘室水面與上游水位相齊平時(shí)，打開(kāi)上游閘門(mén)，船只駛出閘室，進(jìn)入上游航道。下行時(shí)則相反。2.2 船閘的用途在水位集中跌落的情況下（例如，建造閘、壩處），用以保證通航的水利工程建筑物。利用河水灌溉農(nóng)田，或者利用水力推動(dòng)水力發(fā)電機(jī)進(jìn)行工作時(shí)需要在河流上修建攔河壩，用以提高水位。這樣，河水被大壩隔斷，上下游的水位差較大，航船無(wú)法通過(guò)。于是人們就利用連通器的原理，在運(yùn)輸頻繁的江河上，在大壩的旁邊修建了船閘。主要由閘室及上下游閘首所組成，閘室的兩端設(shè)置閘門(mén)，用以與上下游隔開(kāi)。當(dāng)船下行時(shí)，先將閘室充水，待室內(nèi)水位與上游相平時(shí)

25、，將上游閘門(mén)開(kāi)啟，讓船只進(jìn)入閘室。隨即關(guān)閉上游的閘門(mén)，閘室放水，待其降至與下游水位相平時(shí)，將下游閘門(mén)開(kāi)啟，船只即可出閘。上行時(shí)與上述過(guò)程相反。船閘須設(shè)有專(zhuān)門(mén)充水、放水系統(tǒng)及操縱閘門(mén)的設(shè)備。根據(jù)地形以及水位差的大小，船閘可做成單級(jí)或多級(jí)的。2.3 船閘的主體結(jié)構(gòu)船閘在物理建筑上分為閘室，臨時(shí)工作閘門(mén)，上閘首工作閘門(mén)，上閘首輸水閥門(mén)，下閘首工作閘門(mén)，下閘首輸水閥門(mén)。其主體結(jié)構(gòu)的平面圖如圖2-1（未包括臨時(shí)閘門(mén)）。圖2-1 船閘的主體結(jié)構(gòu)工作閘門(mén)：是設(shè)在上、下閘首上的活動(dòng)擋水設(shè)備。在閘首前后水位齊平時(shí)啟閉，運(yùn)轉(zhuǎn)較為頻繁，要求操作靈活，啟閉迅速。輸水閥門(mén)：設(shè)在輸水廊道上，用來(lái)控制灌泄水時(shí)的流量。它是在

26、水壓力作用下開(kāi)啟的，要求結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單,啟閉力小,操縱方便。2.4 船閘的工作流程船閘的工作流程主要分為兩個(gè)過(guò)程：上行過(guò)程和下行過(guò)程。上行過(guò)程：先將閘室泄水，當(dāng)下游水位與閘室的水位一致后，關(guān)閉下游閥門(mén)，下游閘門(mén)打開(kāi)，船只進(jìn)入閘室，當(dāng)船只全部進(jìn)入閘室后，關(guān)閉下游閘門(mén)，打開(kāi)上游閥門(mén)，此時(shí)閘室處于充水狀態(tài)，等閘室水位與上游水位一致后，關(guān)閉上游閥門(mén)，上游閘門(mén)打開(kāi)，船只離開(kāi)閘室。下行過(guò)程：先向閘室灌水，當(dāng)上游水位與閘室的水位一致后，關(guān)閉上游閥門(mén)，上游閘門(mén)打開(kāi)，船只進(jìn)入閘室，當(dāng)船只全部進(jìn)入閘室后，關(guān)閉上游閘門(mén)，打開(kāi)下游閥門(mén)，此時(shí)閘室處于放水狀態(tài)，等閘室水位與下游水位一致后，關(guān)閉下游閥門(mén)，下游閘門(mén)打開(kāi)，關(guān)下游閥門(mén)

27、，船只離開(kāi)閘室。臨時(shí)通行時(shí)的流程與上面流程基本一致。工作流程圖如圖2-2 a）、2-2 b）所示。下游水位與閘室水位一致否？關(guān)閉下游閥門(mén)下游閘門(mén)打開(kāi)船只進(jìn)入閘室關(guān)閉下游閘門(mén)打開(kāi)上游閥門(mén)閘室充水打開(kāi)下游閥門(mén)閘室充水上游水位與閘室水位一致否?上游閘門(mén)打開(kāi)船只離開(kāi)閘室關(guān)閉上游閥門(mén)ynyn圖2-2 船閘工作流程a） 上行過(guò)程上游水位與閘室水位一致否？關(guān)閉上游閥門(mén)上游閘門(mén)打開(kāi)船只進(jìn)入閘室關(guān)閉上游閘門(mén)打開(kāi)下游閥門(mén)閘室充水打開(kāi)上游閥門(mén)閘室充水下游水位與閘室水位一致否?下游閘門(mén)打開(kāi)船只離開(kāi)閘室關(guān)閉下游閥門(mén)ynyn b） 下行過(guò)程3 系統(tǒng)的硬件選擇與軟件設(shè)計(jì)3.1 FX2N-48MR型PLC簡(jiǎn)介3.1.1 電源

28、與接地FX2N-48MR采用DC24V和AC120V/240V供電兩種形式。通用交流電源的PLC，其內(nèi)部又一個(gè)穩(wěn)壓開(kāi)關(guān)電源，用于對(duì)CPU、I/O口等內(nèi)部電子電路供電。此外，還向外部提供一組DC24V穩(wěn)壓電源，用于對(duì)外部傳感器供電。使用中應(yīng)注意外接電源、接地以及基本單元與擴(kuò)展單元、擴(kuò)展模塊互聯(lián)時(shí)的接線正確性。交流電源誤接到任何輸入端子或DC24V端子都會(huì)燒壞PLC。3.1.2 I/O口與外部接線PLC的輸入、輸出信號(hào)有開(kāi)關(guān)量、數(shù)字量、和模擬量等幾種。不同型號(hào)有不同輸入輸出特性、模塊類(lèi)型、負(fù)載能力、響應(yīng)速度、保護(hù)要求及外部接線方式。下面以應(yīng)用最多的開(kāi)關(guān)量為例說(shuō)明FX2N輸入、輸出的結(jié)構(gòu)特性和外部接

29、線。 （1） 輸入接線 各輸入端子與公共端子（COM）之間可接無(wú)源開(kāi)關(guān)或NPN型集電極開(kāi)路輸出方式的傳感器。輸入電流由PLC內(nèi)部穩(wěn)壓電源提供（每點(diǎn)DC24V/7mA,只能用于弱電流小型輸入器件），+24V端可以作為傳感器電源（當(dāng)超出PLC電源容量允許時(shí)，則由外部DC24V電源供電）（2） 輸出接線FX2N-48MR為繼電器輸出方式。PLC輸出的另一特點(diǎn)就是端子有兩種設(shè)置方式。一種是分隔式，即輸出端各自獨(dú)立（無(wú)公共端），輸出編號(hào)為Y0Y0 Y1Y1 Y2Y2 Y3Y3 Y4Y4等等。同一組接一個(gè)負(fù)載。另一組是分組式，即4點(diǎn)或8點(diǎn)為一組，每一組共用一個(gè)COM端子，其編號(hào)為COM1、COM2、COM

30、3、等。同一電壓等級(jí)的負(fù)載排在同一組，不夠時(shí)可將幾組并聯(lián)適用。實(shí)驗(yàn)室中FX2N-48MR的輸出就是以每4點(diǎn)為一組。3.1.3 FX2N-48MR基本參數(shù)FX2N-48MR基本參數(shù)見(jiàn)表3-1。表3-1 FX2N-48MR基本參數(shù)表項(xiàng)目規(guī)格備注運(yùn)轉(zhuǎn)控制方法通過(guò)存儲(chǔ)的程序周期運(yùn)轉(zhuǎn)輸出方式繼電器輸出I/O控制方法批次處理方法(執(zhí)行END指令時(shí))I/O指令可以刷新運(yùn)轉(zhuǎn)處理時(shí)間基本指令：0.08s/指令應(yīng)用指令：1.52s幾百s/指令編程語(yǔ)言邏輯梯形圖和指令清單程序容量8000步內(nèi)置指令數(shù)目基本順序指令：27步進(jìn)梯形指令：2應(yīng)用指令：128最大可用298條應(yīng)用指令I(lǐng)/O口分配輸入24點(diǎn)，輸出24點(diǎn)擴(kuò)展模塊

31、最大I/O點(diǎn)數(shù)：32輔助繼電器（M）一般：500點(diǎn)鎖定：2572點(diǎn)特殊：256點(diǎn)MOM499M500M3071M8000M8255狀態(tài)繼電器（S）一般：490點(diǎn)鎖定：400點(diǎn)初始：10點(diǎn)型號(hào)報(bào)警器：100點(diǎn)S0S499S500S899S0S9S900S99定時(shí)器100ms: 范圍03276.7s 200點(diǎn)10ms: 范圍0327.67s 46點(diǎn)1ms保持型: 范圍032。767s 4點(diǎn)100保持型: 范圍03276.7s 200點(diǎn)TOT199T200T245T246249T250255計(jì)數(shù)器一般16位 范圍：032767 200點(diǎn)鎖定16位 100點(diǎn)（子系統(tǒng)）一般32位 范圍：-2 147 4

32、83 648+2 147 483 647 35點(diǎn)鎖定32位 15點(diǎn)C0C199C100C199C200C219C220C2343.2 程序的編寫(xiě)3.2.1 I/O口分配由于上行過(guò)程和下行過(guò)程基本相同，在這里只寫(xiě)出上行過(guò)程的I/O口分配，下行過(guò)程只需變換相應(yīng)的I/O口即可。具體分配如表3-2所示。表3-2 I/O口分配表輸入功能輸出功能X0啟動(dòng)按鈕Y0下游閥門(mén)開(kāi)啟X1停止按鈕Y1下游閥門(mén)關(guān)閉X2緊急情況下的手動(dòng)按鈕Y2下游閘門(mén)開(kāi)啟Y3下游閘門(mén)關(guān)閉Y4上游閥門(mén)開(kāi)啟Y5上游閥門(mén)關(guān)閉Y6上游閘門(mén)開(kāi)啟Y7上游閘門(mén)關(guān)閉3.2.2 程序根據(jù)流程圖及I/O點(diǎn)分配表編寫(xiě)程序，寫(xiě)出程序，見(jiàn)附錄。 分步說(shuō)明：（1）

33、 首先按下啟動(dòng)按鈕X0，計(jì)時(shí)器T0開(kāi)始計(jì)時(shí)，如圖3-1 a）所示。 （2） 計(jì)時(shí)完畢后，下閘閥門(mén)開(kāi)啟（Y0），如圖3-1 b）所示。（3） 由于無(wú)法模擬閘內(nèi)外水位的實(shí)時(shí)變化，故可令下游與閘室水位相等時(shí)的輸出M2強(qiáng)行接通。由于Y0得電，因此Y0常開(kāi)觸點(diǎn)閉合，當(dāng)M2接通時(shí)，下游閥門(mén)關(guān)閉（Y1），下游閘門(mén)打開(kāi)（Y2）。計(jì)時(shí)器T1開(kāi)始計(jì)時(shí)，計(jì)時(shí)結(jié)束后下游閘門(mén)關(guān)閉（Y3），上游閥門(mén)打開(kāi)（Y4），如圖3-1 c）所示。（4） 和上行情況相同，船只下行時(shí)，令上游與閘室水位相等時(shí)的輸出M5強(qiáng)行接通。當(dāng)M5開(kāi)啟時(shí)，上游閥門(mén)關(guān)閉（Y5），上游閘門(mén)打開(kāi)（Y6），計(jì)時(shí)器T3計(jì)時(shí)，計(jì)時(shí)結(jié)束后，上游閘門(mén)關(guān)閉（Y7），如圖

34、3-1 d）所示。（5） 若按下停止按鈕X1，則系統(tǒng)停止工作，計(jì)時(shí)器T0停止計(jì)時(shí)，如圖3-1 a）所示。（6） 若按下手動(dòng)按鈕X2則直接啟動(dòng)Y0，以下過(guò)程和上面相同，如圖3.1 e）所示。圖3-1 分步說(shuō)明a） 系統(tǒng)啟動(dòng) b） 下閘閥門(mén)開(kāi)啟 c） 下游閘門(mén)關(guān)閉 d） 上游閘門(mén)關(guān)閉 e） 停止系統(tǒng)工作結(jié) 論 通過(guò)本次畢業(yè)設(shè)計(jì)，基本完成簡(jiǎn)單的單級(jí)船閘的PLC控制設(shè)計(jì)。本文主要介紹了三菱系列小型多功能PLC在小型船閘的自動(dòng)控制中的設(shè)計(jì)應(yīng)用，說(shuō)明了小型船閘的結(jié)構(gòu)原理，確定了船閘的PLC控制設(shè)計(jì)并編寫(xiě)了相應(yīng)的軟件程序。經(jīng)過(guò)對(duì)I/O進(jìn)行實(shí)時(shí)仿真，實(shí)現(xiàn)了船閘的上、下行運(yùn)行過(guò)程的自動(dòng)順序控制，及緊急情況下的手

35、動(dòng)控制，達(dá)到所需要求。與繼電器或邏輯電路控制系統(tǒng)相比，PLC控制系統(tǒng)具有更高的可靠性、靈活性和經(jīng)濟(jì)實(shí)用性。當(dāng)按下啟動(dòng)按鈕后，船舶等待一定時(shí)間，當(dāng)下游水位和閘室內(nèi)水位一致時(shí)下游閥門(mén)關(guān)閉，下游閘門(mén)打開(kāi)，船舶進(jìn)入閘室。后上游閥門(mén)開(kāi)啟，實(shí)現(xiàn)閘室水位和上游水位的連通，待閘內(nèi)外水位相等時(shí)，上游閥門(mén)關(guān)閉，上游閘門(mén)打開(kāi)，船舶離開(kāi)閘室，上游閘門(mén)關(guān)閉。實(shí)現(xiàn)了船舶的上行。下行過(guò)程與此類(lèi)似。由于條件和作者水平有限，本系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)的功能較為簡(jiǎn)單，不能滿足大型船閘的控制要求。通過(guò)用PLC對(duì)船閘系統(tǒng)的控制，作者認(rèn)識(shí)到傳統(tǒng)的繼電器邏輯控制方式已經(jīng)不能適應(yīng)高可靠性，高自動(dòng)化的要求。PLC具有配置靈活，控制方式修改方便，動(dòng)作準(zhǔn)確可靠

36、并完全適應(yīng)惡劣工業(yè)環(huán)境等優(yōu)點(diǎn)。由于PLC的穩(wěn)定性及低故障率，今后船閘監(jiān)控系統(tǒng)采用PLC控制技術(shù)是一種必然趨勢(shì)。而且在以后的船閘控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)中現(xiàn)場(chǎng)總線及工業(yè)以太網(wǎng)會(huì)被廣泛的應(yīng)用，用以實(shí)現(xiàn)更加便捷的通信。這將成為以后船閘控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)的新的方向。對(duì)小型船閘整個(gè)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)也是對(duì)以前所學(xué)知識(shí)的一個(gè)總結(jié)，通過(guò)這次設(shè)計(jì)使我進(jìn)一步的了解了PLC控制系統(tǒng)，對(duì)船閘的工作流程、控制及編程，系統(tǒng)的設(shè)計(jì)和分析等一系列復(fù)雜的知識(shí)進(jìn)行了更深層次的學(xué)習(xí)。經(jīng)過(guò)了這次課程設(shè)計(jì)，學(xué)到了很多東西。再?gòu)?fù)雜的系統(tǒng)，都是由一個(gè)個(gè)小的基本單元組成的，要學(xué)會(huì)將一個(gè)復(fù)雜的系統(tǒng)，拆分成一個(gè)個(gè)小的基本單元，了解了每一個(gè)小單元的作用，那么整個(gè)系統(tǒng)的分

37、析也不會(huì)有多難了。在設(shè)計(jì)中，我深刻的體會(huì)到了理論與實(shí)際的結(jié)合、資料的大量搜索和仔細(xì)的琢磨的重要性，才使小型船閘的PLC控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)得以圓滿完成。致 謝時(shí)間匆匆，一個(gè)多學(xué)期的設(shè)計(jì)過(guò)程很快過(guò)去，隨著畢業(yè)日子的到來(lái)，畢業(yè)設(shè)計(jì)也接近了尾聲。畢業(yè)設(shè)計(jì)不僅是對(duì)前面所學(xué)知識(shí)的一種檢驗(yàn)，而且也是對(duì)自己能力的一種提高。通過(guò)這次畢業(yè)設(shè)計(jì)使我明白了自己原來(lái)知識(shí)還比較欠缺。自己要學(xué)習(xí)的東西還太多，以前老是覺(jué)得自己什么東西都會(huì)，什么東西都懂，有點(diǎn)眼高手低。通過(guò)這次畢業(yè)設(shè)計(jì)，我才明白學(xué)習(xí)是一個(gè)長(zhǎng)期積累的過(guò)程，在以后的工作、生活中都應(yīng)該不斷的學(xué)習(xí)，努力提高自己知識(shí)和綜合素質(zhì)。本次畢業(yè)論文能夠順利的完成，并非我一人之功勞，而是所有的指導(dǎo)老師，還有一起學(xué)習(xí)的同學(xué)們以及一直以來(lái)一直幫助我鼓勵(lì)我的家人們共同努力的結(jié)果，我在此對(duì)他們表示衷心的感謝！首先，在此要感謝我的指導(dǎo)老師屈虹老師從論文題目的選定到論文的寫(xiě)作對(duì)我悉心的點(diǎn)撥，感謝屈老師給我的幫助。在設(shè)計(jì)過(guò)程中，我通過(guò)查閱大量有關(guān)資料，與同學(xué)交流經(jīng)驗(yàn)和自學(xué)，并向老師請(qǐng)教等方式，使自己了解了很多PLC方面的相關(guān)知識(shí)，還有許多書(shū)本上學(xué)不到的知識(shí)，也經(jīng)歷了不少艱辛，但收獲同樣巨大。在這次畢業(yè)設(shè)計(jì)過(guò)程中我學(xué)到了許多東西，也培養(yǎng)了我獨(dú)立工作的能力，樹(shù)立了對(duì)自己工作能力的信心，相信會(huì)對(duì)今后的學(xué)習(xí)工作生活有非常重要的