基于plc花式喷泉喷水池设计.doc

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1、目录第一章 引言11.1 课题研究背景11.2 喷泉设计控制要求.2第二章 系统设计方案分析32.1 喷泉控制原理32.2 任务设计思路3第三章 系统硬件设计43.1 PLC的选型43.2 I/O 地址分配63.3 PLC I/O接口分配接线图7第四章 软件设计84.1 流程图84.2 系统状态转移图94.3 系统程序梯形图10课设总结13参考文献13第一章 引言1.1 课题研究背景随着我国经济的高速发展，微电子技术，计算机技术和自动控制技术也得到了迅速发展，交流变频调速技术已经进入个崭新的时代，其应用越来越广。而随着我国城市化进程的加快和人口大量集聚，环境越来越重要，好的环境能使心身愉快，做

2、事效率提高。其中喷泉可以湿润周围空气，减少尘埃，降低气温。喷泉的细小水珠同空气分子撞击，能产生大量的负氧离子，有益于改善社区面貌和增进居民身心健康。花式喷水池是近年来出现的一种园林建筑与花式观赏相结合的一种产物按一定的规律改变喷水式样，如果再与五颜六色的灯光相配合，在和和谐优雅的音乐中，更使人心旷神怡，流连忘返。利用PLC控制喷泉喷水方式，产生各样的样式。随着可编程控制器在我国的迅速发展，对花式喷泉的控制要求也越来越高，使得越来越多的控制部分需要可编程控制器来实现。可编程控制器，简称plc。它在集成电路、计算机技术的基础上发展起来的一种新型工业控制设备。具有1.可靠性高、抗干扰能力强2.设计、

3、安装容易3.维修工作量少4.功能强、通用性好5.开发周期短、成功率高6.体积小、重量轻、功耗底等特点。具有功能强、可靠性高、配置灵活、使用方便以及体积小、重量轻等优点，已经广泛应用于自动化控制的各个领域，并已成为工业生产自动化的支柱产品。与继电触发器系统相比系统更加可靠;价格上能与继电接触器控制系统竞争；易于在现场变更程序；便于使用、维修、维护；能直接推动电磁阀、接触器与之相当的执行机构；能向中央执行机构。因此，进行花式喷泉的plc控制系统的设计，可以推动喷泉行业的发展，扩大plc在自动控制领域的应用，具有一定的经济和理论研究的价值。1.2 喷泉的控制设计要求1、某一喷水池的控制器，形式如下：

4、 图2.2花式喷水池喷嘴布局示意图 图2.3花式喷水池控制开关面板图 图a中4为中间喷水管，3为内环状喷水管，2为中环形状喷水管，1为外环形状喷水管。图b中的选择开关可有4种选择，可分别用4个开关模拟实现；单步/连续开关为“1”= 单步，“0”= 连续，其他为单一功能开关。2、控制要求：(1)水池控制电源开关接通后，按下启动按钮，喷水装置即开始工作。按下停止按钮，则停止喷水。工作方式由“选择开关”和“单步/连续”开关来决定。（2）“单步/连续”开关在单步位置时，喷水池只运行一个循环；在连续位置时，喷水池反复循环运行。(3)方式选择开关用以选择喷水池的喷水花样，14号喷水管的工作方式选择如下：a

5、）选择开关在位置“1”按下启动按钮后，4号喷水，延时2s，3号喷水，再延时2s，2号喷水，再延时2s，1号喷水，接着一起喷水15s为一个循环。b）选择开关在位置“2”按下启动按钮后，1号喷水，延时2s，2号喷水，再延时2s，3号喷水，再延时2s，4号喷水，接着一起喷水30s为一个循环。c) 选择开关在位置“3”按下启动按钮后，1、3号同时喷水，延时3s后，2、4号同时喷水，1、3号停止喷；交替运行5次后，再14号全部喷水30s为一个循环。d）选择开关在位置“4”按下启动按钮后，喷水池14号水管的工作顺序为：1234按顺序延时2s喷水，然后一起喷水30s后，1、2、3和4号水管分别延时2s停水，

6、再等待1s，由4321反序分别延时2s喷水，然后再一起喷水30s为一个循环。（4） 不论在什么工作方式，按下停止按钮，喷水池立即停止工作，所有存储器复位。3、I/O编址4、编程并调试5、I/O端子接线图第二章 系统设计方案分析2.1 喷泉控制原理本次设计的喷泉控制系统由启动控制程序、位移脉冲控制程序、复位控制程序、驱动控制程序、停止控制程序组成。通过启动控制程序实现喷泉的准备，通过位移脉冲控制程序实现子元件中的内容在存储器间的移动，通过复位控制程序实现喷泉花样的循环，通过驱动控制程序实现喷泉的喷射，通过停止程序来实现对喷泉的停止。图2.1 喷泉控制原理图2.2 任务设计思路经分析及老师建议本设

7、计题目使用顺序控制指令完成，思路清晰、易于理解。而顺序控制指令是PLC生产厂家为用户提供的可视功能图编程简单化和规范化的指令。本设计中使用顺序控制指令虽梯形图网络众多，操作比较繁琐，但思路清晰、易于理解。故选择顺序控制指令完成。本设计中涉及可选择的分支和链接、跳转和循环。在花式喷泉控制系统的设计过程中主要考虑以下几点：（1）深入了解和分析花式喷泉的工艺条件和控制要求。（2）确定I/O设备。根据花式喷泉控制系统的功能要求，确定系统所需的输入、输出设备。常用的输入设备有按钮、选择开关等，常用的输出设备有指示灯等。（3）根据I/O点数选择合适的PLC类型。（4）分配I/O点，分配PLC的输入输出点，

8、编制出输入输出分配表或输入输出端子 的接线图。（5）设计花式喷泉系统的梯形图程序，根据工作要求设计出周密完整的梯形图（6）程序，这是整个花式喷泉系统设计的核心工作。（7）将程序输入PLC进行软件测试，查找错误，使系统程序更加完善。为方便编程，我采用先编写状态转移图后再将状态转移图编写为梯形图，这样方便分析每一步的步骤。使用三菱编程软件编写梯形图，使用步进指令 SET STL 复位指令 RST 总复位指令ZRST。第三章 系统硬件设计3.1 PLC的选型3.1.1 PLC概述可编程控制器，英文称Programmable Controller，简称PLC，本课题中用PLC作为它的简称。PLC是用于

9、工业现场的电控制器。它源于继电器控制技术，但基于电子计算机。它通过运行存储在其内存中的程序，把经输入电路的物理过程得到的输入信息，变换为所要求的输出信息，进而再通过输出电路的物理过程去实现对负载的控制。PLC有丰富的指令系统，有各种各样的I/O接口、通信接口，有大容量的内存，有可靠的自身监控系统，因而具有以下基本的功能：1.逻辑处理功能；2.数据运算功能；3.准确定时功能；4.高速计数功能；5.中断处理（可以实现各种内部中断）功能；6.程序与数据存储功能；7.联网通信功能；8.自检测、自诊断功能。可以说，凡普通小型计算机能实现的功能，PLC几乎也都可以做到。3.1.2 PLC的选择在PLC系统

10、设计时，首先应确定控制方案，下一步工作就是PLC工程设计选型。工艺流程的特点和应用要求是设计选型的主要依据。因此，工程设计选型和估算时，应详细分析工艺过程的特点、控制要求，控制任务和范围确定所需的操作和动作，然后根据控制要求，估算输入输出点数、所需存储器容量、确定PLC的功能、外部设备特性等，最后选择有较高性能价格比的PLC和设计相应的控制系统。1.输入输出（I/O）点数的估算I/O点数估算时应考虑适当的余量，通常根据统计的输入输出点数，再增加10%-20%的可扩展。余量后，作为输入输出点数估算数据。2.存储器容量的估算存储器容量是可编程序控制器本身能提供的硬件存储单元大小，程序容量是存储器中

11、用户应用项目使用的存储单元的大小，因此程序容量小于存储器容量。设计阶段，由于用户应用程序还未编制，因此，程序容量在设计阶段是未知的，需在程序调试之后才知道。为了设计选型时能对程序容量有一定估算，通常采用存储器容量的估算来代替。3.控制功能的选择该选择包括运算功能、控制功能、通信功能、编程功能、诊断功能和处理速度等特性的选择。（1）控制功能PLC主要用于顺序逻辑控制，因此，大多数场合常采用单回路或多回路控制器解决模拟量的控制，有时也采用专门的只能输入输出单元完成所需的控制功能，提高PLC的处理速度和节省存储器容量。（2）编程功能离线编程方式：PLC和编程器公用一个CPU，编程器在编程模式时，CP

12、U只为编程器提供服务，不对现场设备进行控制。完成编程后，编程器切换到运行模式，CPU对现场设备进行控制，不能进行编程。离线编程方式可降低系统成本，但使用和调试不方便。在线编程方式：CPU和编程器有各自的CPU，主机CPU负责现场总线控制，并在一个扫描周期内与编程器进行数据交换，编程器把在线编制的程序或数据发送到逐句，下一扫描周期，主机就根据新收到的程序运行。这种方式成本较高，但系统调试和操作方便，在大中型PLC中常采用。五种标注化编程语言：顺序功能图（SFC）、梯形图（LD）、功能模块图（FBD）三种图形化语言和语句表（IL）、结构文本（ST）两种文本语言。4.机型的选择通过对输入输出点的选择

13、、对存储容量选择、对I/O响应时间的选择以及输出负载的特点选型的分析。该控制系统选用三菱公司FX2N系列的PLC。它体积小，重量轻，使用寿命长，编程和维护方便，故障率低，通过扩展模块链接，可以增加输入/输出点。3.2 I/O 地址分配表3.1 I/O地址分配表名称 元件PLC元件说明输入启动按钮开关SA1X0启动喷泉系统单步循环选择开关开关SA2X6选择是否循环状态停止按钮开关SA3X5停止喷泉系统1号方式选择开关选择器开关1X1喷泉选择1号方式喷水2号方式选择开关选择器开关2X2喷泉选择2号方式喷水3号方式选择开关选择器开关3X3喷泉选择3号方式喷水4号方式选择开关选择器开关4X4喷泉选择4

14、号方式喷水输出喷水池工作指示电源指示灯Y01号喷水阀工作1号喷水阀Y11号喷水阀喷水2号喷水阀工作2号喷水阀Y22号喷水阀喷水3号喷水阀工作3号喷水阀Y33号喷水阀喷水4号喷水阀工作4号喷水阀Y44号喷水阀喷水3.3 PLC I/O接口分配接线图 图3.2 I/O口分配接线图第四章 软件设计4.1 软件流程图 图4.1 系统流程图4.2 系统状态转移图4.3 系统程序梯形图课程设计总结 本次PLC课程设计题目与实际生活联系紧密，使我充分认识到了这门课程的实际意义和现实重要性。通过本次课程设计我掌握了电气控制的原理设计的基本方法，并能达到熟练使用可编程控制器实现简单控制系统的控制要求，尤其是对步

15、进指令的使用。在这次课程设计不仅仅是学会灵活应用PLC这门课程，同时还将其他学科的知识内容融会贯通。系统主要以可编程控制器PLC和变频器的强大的控制功能，实现了利用可编程控制器和变频器控制花式喷泉的功能，具有接线简单、编程直观、扩展容易等特点。当花式喷泉的功能增加时，只需增加相应程序以及输出的功能，要改动的地方也较少，调试结果表明，在适应性、灵活性、精确性和可靠性方面，都达到了设计要求，表明该设计方案是可行的。当然，此次课程设计除了有知识层面的提升，同时也培养了自己的耐心，只有坚持一步一步的做好，最后必然会成功，而与同组成员、指导老师的交流也是必不可少的。作为一名学生，在设计的思想、经验等等方

16、面难免有所欠缺和不足之处，但是，经过老师和同学们的帮助，我还是顺利的完成了课程设计。参考文献 1 周军. 电气控制及PLCM . 北京:机械工业出版社, 2001.: P55-127 2 PLC操作实训（三菱） 孙德胜、李伟 机械工业出版社 2007.8: P148-P164. 3 PLC编程及应用 廖常初 机械工业出版社 2002: P95-P103. 4 齐从谦.PLC技术及应用M.北京机械工业出版社,2002：P95-P103. 5 流行PLC实用程序及设计（三菱FX2系列）贺哲荣 石帅军 西安电子科技大学出版社2006: P78_105 6 FX系列PLC编程及应用 廖常初 机械工业出版社 2005.2：P155-178. 7 日本三菱公司.FX系列PLC编程手册Z .1999：P235-P260.本文是通过网络收集的资料，如有侵权请告知，我会第一时间处理。 .13