2023年基于PLC控制的花样喷泉.doc

基于PLC控制的把戏喷泉 ：在现代社会中随着人们对环境越来越重视，计算机硬件技术越来越普遍，喷泉的应用也更加受欢送。用PLC技术控制喷泉结构简单，控制方便，可随意改变控制功能到达变换喷泉喷水把戏的目的，所以在现代社会中有很大的开展空间。 关键词：PLC；把戏喷泉；变频器 一、概述 机电控制技术这门课程是多学科的交叉和综合，涉及的相关专业知识较多，它是综合运用机械、微电子、自动控制、信息、传感测试、电力电子、接口、信号变换以及软件编程等技术的群体技术。 机电专业是一个古老而又新型的专业。机电的起源历史漫长，它的开展为人类的进步和文明作出了巨大奉献，随着科学技术的高速开展和现代工业生产对机电设备的要求，使得机械与电子技术有机的结合成为了当今人们所说的机电一体化。它们的完美结合使得当今的工业生产设备有了一个飞速开展，朝着自动化、智能化方向迈上了一个新的台阶。哪里有高质量的产品，哪里有好的经济效益，哪里必然就有我们的先进机器设备，哪里必然就需要机电控制技术。 ★机电控制技术是机械、电子、计算机和自动控制等技术有机结合的一门复合技术，它是在从大规模集成电路和微型计算机为代表的微电子技术高度开展并向传统机械工业领域迅速渗透、与机械电子技术深度结合的现代工业根底上，综合运用机械、微电子、自动控制、信息、传感测试、电力电子、接口、信号变换以及软件编程等技术的群体技术。★ 1.1.1机电控制技术概念 机电控制技术是在新技术浪潮中，电子技术、信息技术向机械工业渗透并与机械技术相互融合的产物。 机电控制技术外文名词： Mechatronics ，来源于日本〔70年代〕。取英语Mechanics〔机械学〕的前半部和Electronics〔电子学〕的后半部拼合而成。我国通常称为机电控制技术或机械电子学。 日本企业界在1970年左右最早提出“机电一体化技术〞这一概念，当时他们取名为“Mechatronics〞，即结合应用机械技术和电子技术于一体。随着计算机技术的迅猛开展和广泛应用，机电一体化技术获得前所未有的开展，成为一门综合计算机与信息技术、自动控制技术、传感检测技术、伺服传动技术和机械技术等交叉的系统技术，目前正向光机电一体化技术〔Opto-mechatronics〕〔Opto-mechatronics〕〔Opto-mechatronics〕方向开展，应用范围愈来愈广。 1.1.2机电一体化定义 机电一体化是指在机构的主功能、动力功能、信息处理功能和控制功能上引进电子技术，将机械装置与电子化设计及软件结合起来所构成的系统的总称。 机电一体化开展至今也已成为一门有着自身体系的新型学科，随着科学技术的不但开展，还将被赋予新的内容。但其根本特征可概括为：机电一体化是从系统的观点出发，综合运用机械技术、微电子技术、自动控制技术、计算机技术、信息技术、传感测控技术、电力电子技术、接口技术、信息变换技术以及软件编程技术等群体技术，根据系统功能目标和优化组织目标，合理配置与布局各功能单元，在多功能、高质量、高可靠性、低能耗的意义上实现特定功能价值，并使整个系统最优化的系统工程技术。由此而产生的功能系统，那么成为一个机电一体化系统或机电一体化产品。 1.1.3机电一体化的开展状况 机电一体化的开展大体分为3个阶段。 第一阶段：20世纪60年代以前，这一阶段称为初级阶段。 第二阶段：20世纪70～80年代，称为蓬勃开展阶段。 第三阶段：20世纪90年代后期，机电一体化进入深入开展时期。 机电一体化的开展大体可以分为3个阶段。20世纪60年代以前为第一阶段，这一阶段称为初级阶段。在这一时期，人们自觉不自觉地利用电子技术的初步成果来完善机械产品的性能。特别是在第二次世界大战期间，战争刺激了机械产品与电子技术的结合，这些机电结合的军用技术，战后转为民用，对战后经济的恢复起了积极的作用。那时研制和开发从总体上看还处于自发状态。 由于当时电子技术的开展尚未到达一定水平，机械技术与电子技术的结合还不可能广泛和深入开展，已经开发的产品也无法大量推广。20世纪70～80年代为第二阶段，可称为蓬勃开展阶段。这一时期，计算机技术、控制技术、通信技术的开展，为机电一体化的开展奠定了技术根底。大规模、超大规模集成电路和微型计算机的迅猛开展，为机电一体化的开展提供了充分的物质根底。这个时期的特点是： ① mechatronics一词首先在日本被普遍接受，大约到20世纪80年代末期在世界范围内得到比较广泛的成认； ② 机电一体化技术和产品得到了极大开展； ③ 各国均开始对机电一体化技术和产品给以很大的关注和支持。 20世纪90年代后期，开始了机电一体化技术向智能化方向迈进的新阶段，机电一体化进入深入开展时期。一方面，光学、通信技术等进入了机电一体化，微细加工技术也在机电一体化中崭露头脚，出现了光机电一体化和微机电一体化等新分支；另一方面对机电一体化系统的建模设计、分析和集成方法，机电一体化的学科体系和开展趋势都进行了深入研究。同时，由于人工智能技术、神经网络技术及光纤技术等领域取得的巨大进步，为机电一体化技术开辟了开展的广阔天地。这些研究，将促使机电一体化进一步建立完整的根底和逐渐形成完整的科学体系。 我国是从20世纪80年代初才开始在这方面研究和应用。国务院成立了机电一体化领导小组并将该技术列为“863方案〞中。在制定“九五〞规划和2023年开展纲要时充分考虑了国际上关于机电一体化技术的开展动向和由此可能带来的影响。许多大专院校、研究机构及一些大中型企业对这一技术的开展及应用做了大量的工作，取得了一定成果，但与日本等先进国家相比仍有相当差距。 1.1.4机电控制技术涉及到的学科 机械学：机械设计、机械制造 电子学：电工学、电机学、数字电路、模拟电路 控制论：经典控制〔控制工程根底〕、现代控制〔多变量〕 计算机科学：微处理系统及接口技术，应用软件技术〔CAD、CAM、CNC〕 CAD／CAM：计算机辅助设计与制造(简称CAD／CAM)。 CAD／CAM集成技术将传统的设计与制造彼此相对别离的任务作为一个整体来规划和开发，实现信息处理的高度一体化。该技术将独立的计算机辅助设计(CAD)、计算机辅助工艺设计技术(CAPP)及计算机辅助制造技术(CAM)单元技术有机地结合起来，形成CAD／CAM集成系统。 CAD：计算机辅助设计 CAPP：计算机辅助工艺设计技术 CAM：计算机辅助制造技术 CNC：采用通用小型计算机或微型计算机作为数控装置，这种数控系统称计算机数控系统(简称CNC〕，又称软件数控。 1.2机电控制系统的组成 构成机电控制系统的要素很多，其中五大要素是必须的，可以从构成人体的五大要素得到启发。 如图1所示为人体的五大要素，图2所示为机电控制技术的五大要素 。 ★一个较完善的机电控制系统，应包括以下几个根本要素：机械本体、动力局部、测试传感局部、执行机构、驱动局部、控制及信息处理单元及接口，各要素和环节之间通过接口相联系。 1．机械本体　是系统所有功能元素的机械支持结构，包括机身、框架、机械联接等。由于机电一体化产品技术性能、水平和功能的提高，机械本体要在机械结构、材料、加工工艺性及几何尺寸等方面适应产品高效、多功能、可靠和节能、小型、轻量、美观等要求。 2．动力局部　这局部按照系统控制要求，为系统提供能量和动力，使系统正常运行。用尽可能小的动力输入，获得尽可能大的功能输出，是机电一体化产品的显著特征之一。 3．测试传感局部　这局部对系统运行中所需要的本身和外界环境的各种参数及状态进行检测，变成可识别信号，传输到信息处理单元，经过分析、处理后产生相应的控制信息，其功能一般由专门的传感器和仪表完成。 4．执行机构　根据控制信息和指令，完成要求的动作。执行机构是运动部件 用机械、电磁、电液等机构。根据机电控制系统的匹配性要求，需要考虑改善性能 刚性，减轻质量，实现组件化、标准化和系统化，提高系统整体可靠性等。 5．驱动局部　这局部在控制信息作用下提供动力，驱动各种执行机构完成各种动作和功能。机电控制系统一方面要求驱动的高效率和快速响应特征，同时要求有较高的可靠性和对水、油、温度、尘埃等外部环境有较强的适应性。由于几何尺寸上的限制，要求动作范围狭窄，所以还需考虑维修和标准化的要求。随着电力电子技术的高速开展，高性能步进驱动、直流和交流伺服驱动大量应用于机电控制系统。 6．控制及信息处理单元　这局部将来自各传感器的检测信息和外部输入命令进行集中、存储、分析、加工，根据信息处理结果，按照一定的程序和节奏发出相应的指令，控制整个系统有目的地运行。控制及信息处理单元一般由计算机、可编程序控制器(即PLC)、数控装置以及逻辑电路、A／D与D／A转换、I／O(输入／输出)接口和计算机外部设备等组成。 机电控制系统对控制和信息处理单元的根本要求是：提高信息处理速度、可靠性、增强抗干扰能力，以及完善系统自诊断功能，实现信息处理智能化和小型、轻量、标准化等。 7．接口　　接口是系统中各单元和环节之间进行物质、能量和信息交换的联接界面，其具有对信号进行变换、放大及传递的功能。由于接口的作用使各组成要素联接成为一个有机整体，由控制和信息处理单元的预期信息导引，使各功能环节有目的地协调一致运动，从而形成机电控制系统工程。★ 机电一体化结构图 “机电一体化〞涵盖“技术〞和“产品〞两个方面。只是，机电一体化技术是基于上述群体技术有机融合的一种综合技术，而不是机械技术、微电子技术以及其它新技术的简单组合、拼凑。这是机电一体化与机械加电气所形成的机械电气化在概念上的根本区别。 机械工程技术由纯技术开展到机械电气化，仍属传统机械，其主要功能依然是代替和放大的体力。但是开展到机电一体化后，其中的微电子装置除可取代某些机械部件的原有功能外，还能赋予许多新的功能，如自动检测、自动处理信息、自动显示记录、自动调节与控制自动诊断与保护等。即机电一体化产品不仅是人的手与肢体的延伸，还是人的感官与头脑的眼神，具有智能化的特征是机电一体化与机械电气化在功能上的本质区别。 1.3机电控制的技术体系 1.3.1检测传感技术 是机电控制技术系统的感觉器官，即从待测对象获取信号并送到信息处理局部。 主要内容包括：一是将物理量〔位移、速度、加速度、力、力矩、温度等〕转换成一定的与其成比例的电量；二是对转换的电信号的加工处理如放大、补偿、标定。 检测传感装置是实现自动控制的重要环节，要求传感器及其放大处理电路快速、精确地获取信息，并能够抗干扰、可靠性高。 传感检测技术是系统的感受器官，是实现自动控制、自动调节的关键环节。其功能越强，系统的自动化程序就越高。现代工程要求传感器能快速、精确地获取信息并能经受严酷环境的考验，它是机电一体化系统到达高水平的保证。 ★为提高产品的性能、扩展功能，通常需对机械进行实时控制、监视、安全检查等，以提高其自动化和智能化的程度，这些都要通过检测传感手段来实现。因此，检测传感技术是机电控制系统安全运行与提高产品质量的有力保证。 传感器是检测局部的核心，它相当于人的感觉器官，是将被测量变换成系统可识别的、与被测量有确定对应关系的有用电信号的一种装置。传感器将力、压力、位移、速度、加速度、温度等物理量转化为电量输入到信息处理系统，并作为相应的控制信号。检测精度的上下将直接影响机械性能的好坏，现代工程技术要求传感器能快速、精确地获取信息，并能经受各种严酷环境的考验；传感器应具有广的功能范围、高的精度、好的动态响应、高的灵敏性和分辨率、高的抗干扰能力和可靠性。★ 1.3.2信息处理技术 包括信息的输入、变换、运算、存储及输出。 信息处理的工具是计算机，因此信息处理技术是和计算机技术紧密相关，包括硬件、软件、网络与通讯、数据库技术等。 在机电控制的技术体系中，信息交换、