花式喷泉的PLC控制设计

1、电气控制技术课程设计说明书自动喷泉PLC控制系统设计学 院：电气与信息工程学院学生姓名：指导教师：职称专 业：电气工程及其自动化班 级：学 号：完成时间：湖南工学院电气控制技术课程设计课题任务书指导教师学生姓名丁望望课题名称自动喷泉PLC控制系统设计学院：电气与信息工程学院专业：电气工程及其自动化、目标设计一个基于PLC的自动喷泉控制系统。 在许多休闲广场、 景区或游乐场里， 经 常看到喷水按一定的规律喷水或变化式样，若在夜晚配上各种彩色的灯光显示，更加 迷人。如图1所示为一花式喷水池， 采用PLC控制是比较方便的， 在花式喷水时序确 定的前提下，可以通过改变时序或者改变控制开关，就可以改变控

2、制方式，达到显现 各种复合状态的要求。在图1中，4为中间喷水管，3为内环状喷水管,2为一次外环形状喷水管,外环形状喷水管。内 容 及 任 务4321第四花样付 A (第三花样第二花样第一花样(a)花式喷水池演示示意图(b)操作控制开关面板图图1花式喷水池示意图二、任务根据控制要求，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。主要内容包括:1. 设计该系统电气控制硬件系统；2. PLC选择及I/O及其它PLC元器件分配。3 选择电器元件，编制元件目录

3、表。4设计该系统PLC控制梯形图。5.用计算机绘制 PLC控制电路图。6 进行系统调试，实现自动喷泉的控制要求。7.编写设计说明书。三、要求某一喷水池的控制器需满足下列要求：1控制器电源开关接通后，按下启动按钮，喷水装置开始工作。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，喷水池只运行一次循环；在连续位置时， 喷水池运行一直继续下去。3方式选择开关用来选择喷水池的喷水花样，14号喷水管的工作方式选择如下： 选择开关在位置“ 1”时。按下启动按钮后， 4号喷水，延时2s后，3号也喷 水，延时2s后，2号接着喷水，再延时 2s, 1号喷

4、水，这样，一起喷水 15s后停下。 若在连续状态时，将继续循环下去。 选择开关在位置“ 2”时。按下启动按钮后，1号喷水，延时2s后，2号也喷 水，延时2s后，3号接着喷水，再延时2s, 4号喷水，这样，一起喷水30s后再停下。 若在连续状态时，将继续循环下去。 选择开关在位置“ 3”时。按下启动按钮后，1、3号同时喷水，延时 3s后，2、 4号喷水，1、3号停止喷水；交替运行 5次后，14号全喷水，30s后停止。若在连 续状态时，将继续循环下去。 选择开关在位置“ 4”时。按下启动按钮后，喷水池14号喷水管的工作顺序为：12t3t4号按顺序延时2s喷水，然后一起喷水 30s, 1、2、3和4

5、号分别延时 2s停水，再延时1s，由4t3t2t 1号反向顺序按2s顺序喷水，一起喷水 30s后停 止。若在连续状态时，将继续循环下去。4.不论在什么工作方式下，按下停止按钮，喷水池将停止运行。主要参考资料1史国生电气控制与可编程控制器技术岡。北京：化学工业出版社，2012。2于广庆可编程控制器原理及系统设计Mo北京：清华大学出版社，2004。3吴启红变频器、可编程控制器及触摸屏综合应用技术实操指导书（第二版）Mo北京：机械工业出版社，2010。4史国生，鞠勇电气控制与可编程控制器技术实训教程岡。北京：化学工业出版社，2010。5于晓云，许连阁可编程控制技术应用一项目化教程岡。北京：化学工业出

6、版社，2011。6廖常初 PLC编程及应用M。北京：机械工业出版社，2005年。7胡学林可编程控制器应用技术M。北京：高等教育出版社，2001年。8三菱FX系列可编程序控制器编程手册 M。三菱公司编，2001年。9三菱可编程序控制器应用101例M。三菱公司编，1994年。10史宜巧，孙业明，景绍学 PLC技术及应用项目教程岡。北京：机械工业出版 社，2009。教 研 室意 见教研室主任：（签字） 年 月曰1.1课题研究背景随着城市化进程的加速，花式喷泉可以在人们周围随处可见。比如广场，大厦，小区等。花式喷泉是人造小气候，在炎热的夏日可以起到增湿和降温的作用； 也为水体充氧，有利于水体增加自净能

7、力，起到防止水体黑臭的作用。花式喷泉运行的灵活性是评价花式喷泉优劣的关键，而这与花式喷泉的控 制系统息息相关。花式喷泉可以根据自己的设计，设计出各种各样的花样，加上 灯光，能给人有种不错的视觉享受。1985年国际电子委员会（iec ）对pic的定义如下：Pic是自动控制技术，计算机技术和通讯技术于一体的一种新型工业控制 装置，已跃居工业自动化三大支柱（pic、robot、cad/cam）的首位。可编程控 制器，简称pic。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、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

8、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pic控制系统的设计，可以推动喷泉行业的发展， 扩大pic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课题设计的目的和意义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

9、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。2系统控制方案的确定2.1采用PLC控制花式喷泉的优点（1）控制方式上看：PLC软接线，只需改变控制程序就可轻易改变逻辑或增加 功能。（2）工作方式看：PLC串行工作，不受制约。（3）控制速度上看：PLC通过半导体来控制，速度很快，无触点，顾而五抖动 一说。（4）定时、计数看：PLC时钟脉冲由晶振产生，精度高，定时范

10、围宽，有记忆 功能。（5）可靠、维护看：PLC无触点，寿命长，且有自我诊断功能，对程序执行的 监控功能，现场调试和维护方便2.2系统设计的基本步骤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，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）

11、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。2.3系统控制方案花式喷泉系统的控制要求如下：1、控制器电源开关接通后，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/连续开关决定。2、“单步/连续”开关在单步位置时，喷水池只运行一次循环：在连续位置时， 喷水池运行一直继续下去。3、方式选择开关用来选择喷水池的喷水花样，14号喷水管的工作方式选择如 下（1） 选择开关在位置“1”时。按下启动按钮后，4号喷水，延时2s后，3号 也喷水，延时2s后，2号接着喷水，再延时2s，1号喷水，这样，一起喷水1

12、5s后停下。若在连续状态时，将继续循环下去。（2）选择开关在位置“ 2”时。按下启动按钮后，1号喷水，延时2s后，2号 喷水，延时2s后，3号接着喷水，再延时2s，4号喷水，这样，一起喷水 30s后 再停下。若在连续状态时，将继续循环下去。（3） 选择开关在位置“ 3”时。按下启动按钮后，1、3号同时喷水，延时3s后，2、4号喷水，1、3号接着喷水：交替运行5次后，14号全喷水，30s后停止在连续状态时，将继续循环下去。(4) 选择开关在位置“ 4”时。按下启动按钮后，喷水池 14号水管的工作顺 序为：1 -2-3-4按顺序延时2s喷水，然后一起喷水30s, 1、2、3和4号分别 延时2s停水

13、，再延时1s，由4-3-2-1反向顺序按2s顺序喷水，一起喷水30s 后停止。若在连续状态时，将继续循环下去 4、不论在什么工作方式下，按下停止按钮，喷水池将停止运行 花式喷泉池示意图如图2-1所示:KI3-I花成曜展池云爲悔2.4花式喷泉控制系统的原理图在喷泉中，通过按钮开关信号来控制PLC因为有4层喷水，因此用了 1个变频器控制4个水泵。花式喷泉控制系统的原理如图2-2所示：3系统硬件设计3.1可编程控制器（PLC的选择3.1.1 PLC 概述可编程控制器，英文称Progammable Controller简称PLC,本课题中用PLC 作为它的简称。PLC是用于工业现场的电控制器。它源于继

14、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。3.1.2PLC的选型在PLC系统设计时，首先

15、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 是存储器中用户应

16、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。根据本课题所设计控制的需求，主要介绍一下几种功能的选 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，有时也采用专用的智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

17、编程方式：PLC和编程器公用一个CPU编程器在编程模式时，CPL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寸现场设备进行控制，不能进行编程。离线编程方式降低系统成本，但 使用和调试不方便。在离线编程方式：CU和编程器有各自的CPU主机CPL负载 现场控制，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主机，下一扫描周期，主机就根据新收到的程序运行。五种标准化编程语言：顺序功能（SFQ、梯形图（LD）、功能模式图块（FBD） 三种图形化语言和语句表（il ）、结构体文（ST）两种文本语言。选用的编程语 言应遵守其标准（IEC

18、113123）,同时，还应该支持多种语言编程方式，如C,Basic 等，以满足特殊控制场合的控制要求。3. 诊断功能PLC的诊断功能包括硬件和软件的诊断。硬件诊断通过硬件的逻辑判断确 定硬件的故障位置，软件诊断分内诊断和外诊断。通过软件对PLC内部的性能和 功能进行诊断是内诊断，通过软件对PLC的CPU与外币输入输出等部件信息交换功能进行诊断是外诊断PLC的诊断功能的强弱，直接影响对操作和维护人员技术能力的要求，并影 响平均维修时间。4 机型的选择通过对输入/输出点的选择、对存储量的选择？对I/O响应时间的选择输出 负载的特点选型的分许。该控制系统选用三菱公司FXON系列的PLC它体积小，重量

19、轻，使用寿命 长，编程和维护方便，故障率低，通过扩展模块的链接，可以增加输入/输出点数。我设计的花式喷泉模型共有6个输入，11个输出，因此，选用型号为FX2N-32MR 的PLC4系统软件设计4.1 PLC梯形图概述梯形图时使用的最多的图形编程语言， 被称为PLC的第一编程语言。梯形图 与电器控制系统的电路图很相似，具有直观易懂的优点，很容易被工厂电气人员 掌握，特别适用于开关量逻辑控制。梯形图常被称为电路或程序，梯形图的设计 成为编程。PLC梯形图中的某些编程元件沿用了几点起这一名称，如输入继电器、输出 继电器、内部继电器等，该存储单元如果为“ T状态，则表示梯形图中对应软 继电器的线圈“通

20、电”，其常来触电接通，常闭触点断开，称这种状态时该软继 电器的“ 1”或“ON状态。如果该存储单元为“ 0”状态，对应软继电器的线圈 和触点的状态与上述的相反，称该软继电器为“ 0”或“OFF状态。使用中也常 将这些“软继电器”称为编程元件。4.2 I/O分配表输入I/O分配表序号输入说明1X0启动按钮2X1停止按钮3X2连续按钮4X3单步按钮5X4方式1选择开关SA16X5方式2选择开关SA27X6方式3选择开关SA38X7方式3选择开关SA4输出I/O分配表序号输出说明1Y0电磁阀YA12Y1电磁阀YA23Y2电磁阀YA34Y3电磁阀YA44.3 I/O接线图4.4流程图自动喷泉设计是主要

21、用了跳转指令完成过程循环的过程，用定时器定时实现喷头之间的运行，通过互锁实现单独的工作方式运行不会出现多种方式共同运行 的情况。通电后，进入工作状态。如按下启动按钮，喷泉装置进入准备工作状态， 若不按，则回到初始状态。如按下启动按钮，喷泉按照设定的程序开始运行。如 果按下停止按钮，系统则停止运行，如果不按停止按钮，系统则按照选择的花样 继续运行下去直到按下停止按钮。开始是否是否是否打开按下启动按钮停止按钮是开关在1位置开关在2位置否是开关在3位置否是开关在4位置执行工作方式1执行工作方式2执行工作方式3执行工作方式44.5自动喷泉的程序设计系统总程序如附录所示。各样式工作程序如下所示：（1）样

22、式选择1:选择开关在位置“1”时。按下启动按钮后，4号喷水， 延时2s后，3号也喷水，延时2s后，2号接着喷水，再延时2s，1号喷水，这样，一起喷水15s后停下。若在连续状态时，将继续循环下去。样式选择1程序如图3所示。51L414?70O?001K20SETSTL5J2YD03K?CnfjSETT1S1&3B)0S3ES3EYD0212Ml_ZKS1TULM ON兀丁520TT103T卜ZR57TC01CN图3样式选择1程序2）样式选择2:选择开关在位置“ 2”时。按下启动按钮后，1号喷水，延 时2s后，2号也喷水，延时2s后，3号接着喷水，再延时2s，4号喷水，这样， 一起喷水30s后再停

23、下。若在连续状态时，将继续循环下去。样式选择2程序如oo00图4样式选择2程序(3)样式选择3:选择开关在位置“ 3”时。按下启动按钮后，1、3号同时喷水，延时3s后，2、4号喷水，1、3号停止喷水；交替运行5次后，14号全喷水7_30s 后停止。若在连续状态时，将继续循环下去。样式选择 如图5所示。T1图5样式选择3程序（4）样式选择4：选择开关在位置“ 4”时。按下启动按钮后，喷水池14号喷水管的工作顺序为:1-2-3-4号按顺序延时2s喷水，然后一起喷水30s，1、2、3和4号分别延时2s停水，再延时1s,由4-3-2-1号反向顺序按2s 顺序喷水，一起喷水30s后停止。若在连续状态时，将继续循环下去。样式选择 4程序如图6所示。107DllTtOl(TLTOSE2STL22 d1RFTO；203Yin?K2AT1jETSS3pTL553YOU 3貯T1T2KM21CiSETTOddK3C012SdbvnniSETY00