基于施耐德PLC的花样喷泉控制系统设计-自动控制本科设计说明书

毕业设计说明书基于PLC花样喷泉控制系统设计11050543X2811050543X28信息商务学院伊振华学生姓名：学号：信息商务学院伊振华自动控制系学院：自动控制系自动化系名：自动化安道新专业：安道新指导教师：2015年6月基于PLC花样喷泉控制系统设计摘要：进入二十一世纪以来,随着花样喷泉景观的出现与PLC在中国的前景越来越明朗,人们的审美和要求越来越高导致控制实现花样喷泉越来越难,更多的控制需要使用PLC实现。用PLC控制花样喷泉的优点是运行方便，过程稳定，机构简单，原理清晰。用梯形图编写的程序，逻辑清晰，程序简单。在修改的时候也很方便，如果需要改变喷射模式和喷射时间，结构逻辑不必做出重大调整，只要对控制程序进行修改，就可以实现控制目标。这里研究的喷泉用施耐德系列可编程控制器作为控制喷泉的控制器。本文对花式喷泉整体功能进行了分析，组成和工作原理的研究，并且介绍了可编程控制器的详细情况。本设计提高了喷泉的质量控制系统和实现了对喷泉的实时性控制。关键词：喷泉，PLC，梯形图GraduationdesignfountainPLCcontrolsystemAbstract:Sinceenteringthe21stcentury,withtheemergenceoffountainlandscapepatternandtheprospectsofPLCinChinamoreandmoreclear,people'saestheticandthedemandishigherandhigherinfountaincontrolimplementationpatternismoreandmoredifficult,moreneedtousePLCtorealizecontrol.WithPLCcontrolpatternfountainhastheadvantageofconvenientoperation,processstability,simplestructure,clearprinciple.Program,writteninladderdiagramlogicisclear,simpleprocedures.Whenchangesveryconvenientalso,ifyouneedtochangetheinjectionmodeandinjectiontime,structurelogicdoesn'thavetomakeamajoradjustment,aslongastomodifythecontrolprogram,you'llbeabletocontrolthetarget.Thisresearchfountainwithschneiderseriesprogrammablecontrollerasthecontrollertocontrolthefountain.Areanalyzedinthispaper,thefancyfountainoverallfunction,compositionandworkingprincipleoftheresearch,andintroducesthedetailsoftheprogrammablecontroller.Thedesignandimprovethequalityofthefountaincontrolsystemrealizedthereal-timecontrolofthefountain.Keywords:Thefountain,PLC,Ladderdiagram中北大学信息商务学院2015届毕业设计说明书第Ⅰ页共Ⅰ页目录TOC\o"1-3"\h\u207011引言 页共26页1引言1.1喷泉的概述1.1.1国内外研究现状随着经济的飞速发展，房子盖的越来越多，建筑业发展越来越繁荣，人们的生活水平也越来越好，对于精神文化生活的要求也越来越高，花样喷泉越来越多的出现在人们的视野中[1]。生产厂家把一些新的技术逐渐用到喷泉上，让喷泉的发展更加的快速，并且其应用的广阔度也得到了有效的扩展，同时政府部门加大了对于喷泉设计建设的管理，鼓励。这有效的促进了喷泉行业健康稳定的飞速发展。同时很多院校也开设了相关课程，相关专业。为其未来发展提供了有效的书本依据[2]。现阶段我们国家的喷泉发展已经趋于成熟，与国外相比，差距已经降到了很低，至此，喷泉在我国的发展已经逐渐步入了一个不同的层面[3]。1.1.2喷泉研究意义随着经济的飞速发展，房子盖的越来越多，建筑业发展越来越繁荣，花样喷泉越来越多的出现在人们的视野中[4]。例如人们经常去的标志性建筑以及很多休闲放松的建筑旁等。花样喷泉是不仅是人们在炎热的夏天避暑纳凉的好去处，还可以丰富人们的业余生活，而且对气候的改善也有一定的作用[5]。在花样喷泉的技术方面，以前大都使用单片机控制原理，单片机控制的缺点是不能长时间运行，程序太复杂且不利于修改，必须有很多的保护电路，诸多因素导致其抗干扰能力不好。为了解决这些问题，我们最后就用PLC来控制花样喷泉，这样我们就可以随意设计自己喜欢的花样，并且易于修改程序，更好的应用在实际当中[6]。所以，通过研究花样喷泉，可以发展喷泉行业，给人们提供更好的文化生活[7]。1.2主要研究内容本课题研究的主要内容是花样喷泉，在经济越来越发达的今天，人们越来越注重于文化生活，与此同时，也对花样喷泉的要求越来越高，而花样喷泉的控制器正是其关键技术[8]。在这个工业发达的21世纪，随着计算机的问世，工业进入了一个新的时代，而这个时代的代表就是可编程逻辑控制器，就是一种可以随意编写需要实现的功能的程序的微型计算机[9]。可以实现喷泉控制的方法有很多，这里我们用的就是可编程逻辑控制器，用PLC控制喷泉不仅简单方便，而且可以更换很多种不同的模式[10]。所以，我们的主要方案设计就是用PLC实现一种可行的，实用的，满足人们需求的一种喷泉[11]。本设计说明书中的主要内容包括：（1）硬件电路设计：PLC和传感器的选择，按键电路的设计，驱动电路的设计。（2）软件设计：控制程序的编程和原理图的绘制。（3）调试和仿真：对系统进行测试，分析系统可行性，调整不足部分。2硬件方案设计2.1基于PLC花样喷泉的控制要求花样选择开关用于选择喷泉的喷水花样。现考虑四种喷水花样。（1）按一下start松开，花样选择开关kai1时，按照4，3，2，1的顺序依次喷水，喷水间隔2s，10s后，如果不继续工作则停止喷水。如果继续工作，则按下xunhuan继续循环下去。（2）按一下start松开，花样选择开关kai2时，按照1，2，3，4的顺序依次喷水，喷水间隔2s，10s后，如果不继续工作则停止喷水。如果继续工作，则按下xunhuan继续循环下去。（3）按一下start松开，花样选择开关kai3时，按照1，3同时喷水3s后2，4同时喷水3s的顺序交替运行15s后，4组喷头一起喷水，3s后，如果不继续工作则停止喷水。如果继续工作，则按下xunhuan继续循环下去。（4）按一下start松开，花样选择开关kai4时，按照1，2，3，4的顺序依次喷水，喷水间隔2s，然后一起喷水。10s后，按照4，3，2，1的顺序依次停止喷水，间隔2s，如果不继续工作则停止喷水。如果继续工作，则按下xunhuan继续循环下去。2.2系统方案设计框图系统方案设计框图：驱动电路水泵主控驱动电路水泵主控制器按钮开关信号图2.1系统方案设计框图从PLC输出信号送到驱动电路，直接控制电机转动已达到喷头喷水的目的。2.3主控制器主控制器选择PLC，PLC由CPU和电源等6个部件组成，相对于本设计比较简单，并且通过比较单片机，选择用PLC做控制器最为简单方便，抗干扰性也很好，可以很好地实现设计目的[12]。2.4驱动电路驱动电路采用接触器直接接收主控制器信号控制水泵。3软件方案设计3.1软件功能模块框图如图3.1软件功能模块框图开关控制器开关控制器花样开关定时按键模块花样开关定时按键模块循环循环停止停止图3.1软件功能模块框图3.2按键模块按键模块包括总开关，花样开关，启动，循环，停止。喷泉的花样开始运行之后的花样通过花样选择开关控制，工作方式由单步开关和连续循环开关控制。结束工作按停止开关。3.3定时模块定时模块由程序中的定时器进行定时。4硬件电路设计4.1硬件电路设计如图4.1硬件电路图图4.1硬件电路图4.2可编程控制器PLC的选取与其特点M218PLC是施耐德电气推出的小型PLC平台，集合了施耐德科研人员的核心技术，实现了功能强大，体形娇小，性价比高等处理小型项目的优点[13]。施耐德公司的M218系列PLC优点[14]：（1）身材较小，节省空间[15]。（2）处理能力强大[16]。（3）Ethernet服务功能，易于维护[17]。（4）简单的程序开发软件，支持六种编程语言，容易学习[18]。（5）丰富的通讯端口[19]。（6）性价比高，适用于小型项目。控制器型号参数TM218LDA40DR4PHN: 一体型控制器，220VAC，20路正常输入，4路快速输入，16路正常输出，2路A/B正交编码/4路单向HSC通道，12路继电器输出，4路晶体管输出(可供PTO/PWM复用)，2路模拟量输入，2路模拟量输出。最多7个扩展模块。定时器和日历。可插拔终端块[20]。完全可以实现控制要求。4.3PLC外部接线图PLC外部接线图如图4.2所示图4.2PLC外部接线图IX0.0代表启动按钮，IX0.6代表停止按钮，IX0.1、IX0.2、IX0.3、IX0.4分别代表四种花样，IX0.5代表模式选择（按下表示重复）；QX0.1、QX0.2、QX0.3、QX0.4分别代表4个喷头。PLCI/O口地址分配表如表4.3所示表4.3PLCI/O口地址分配表输入信号地址符号功能IX0.0start启动按钮IX0.1Kai1花样1开关IX0.2Kai2花样2开关IX0.3Kai3花样3开关IX0.4Kai4花样4开关IX0.5xunhuan循环IX0.6STOP停止输出信号地址元件功能QX0.1pq1喷头1QX0.2pq2喷头2QX0.3pq3喷头3QX0.4pq4喷头45软件设计5.1程序流程图开始开始按下启动按钮选择花样开关选择花样开关花样1花样2花样3花样4花样1花样2花样3花样4进行一个循环进行连续循环停止按下停止按钮停止结束选择单步按钮选择连续按钮图5.1花样喷泉流程图如图5.1，通电后，进入工作状态。按下启动按钮，喷泉装置进入准备工作状态，选择花样，按下单步按钮，系统按设定程序进行一个循环后停止。按下连续按钮，系统按设定程序进行连续循环。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。5.2花样喷泉的梯形图本论文的梯形图采用施耐德公司SoMachine3.1版软件编程并截图而得。花样一对应的梯形图如图5.2、5.3、5.4、5.5所示。图5.2花样一梯形图图5.3花样一梯形图图5.4花样一梯形图图5.5花样一梯形图如图5.2、5.3、5.4、5.5，按一下网络1的start是启动并且置位zhong1，然后按下网络3的kai4，pq4开始喷水，并且T0开始计时，2s后网络5的T0接通导致zhong2置位，zhong1复位，pq4停止喷水，pq3开始喷水，下面的网络6,7,8，9,10都是按照3,5,6的程序进行运行。到了网络11，如果不继续则按下网络2的stop。如果继续则按下xunhuan，T3计时10秒开始zhong4复位终止上一次运行。zhong1置位开始下一个循环。花样二对应的梯形图如图5.6、5.7、5.8、5.9所示。图5.6花样二梯形图图5.7花样二梯形图图5.8花样二梯形图图5.9花样二梯形图如图5.6、5.7、5.8、5.9，按一下网络1的start是启动并且置位zhong1，然后按下网络3的kai2，pq4开始喷水，并且T0开始计时，2s后网络5的T0接通导致zhong2置位，zhong1复位，pq4停止喷水，pq2开始喷水，下面的网络6,7,8，9,10都是按照3,5,6的程序进行运行。到了网络11，如果不继续则按下网络2的stop。如果继续则按下xunhuan，T3计时10秒开始zhong4复位终止上一次运行。zhong1置位开始下一个循环。花样三对应的梯形图如图5.10、5.11、5.12、5.13、5.14、5.15、5.16、5.17所示。图5.10花样三梯形图图5.11花样三梯形图图5.12花样三梯形图图5.13花样三梯形图图5.14花样三梯形图图5.15花样三梯形图图5.16花样三梯形图图5.17花样三梯形图如图5.10、5.11、5.12、5.13、5.14、5.15、5.16、5.17，按一下网络1的start是启动并且置位zhong1，然后按下网络3的kai3，pq1，pq3开始喷水，并且T0开始计时，3s后网络4的T0接通导致zhong2置位，zhong1复位，pq1，pq3复位，停止喷水。pq2，pq4开始喷水，下面的网络6,7,8，9,10,11,12都是按照3,4,5的程序进行运行。到了网络13，zhong6置位，所有喷泉一起喷水。如果不继续则按下网络2的stop。或者3s后自动停止，如果继续则按下xunhuan，T5计时3s开始zhong6，pq1，pq2，pq3，pq4复位终止上一次运行。zhong1置位开始下一个循环。、花样四对应的梯形图如图5.18、5.19、5.20、5.21、5.22所示。图5.18花样四梯形图图5.19花样四梯形图图5.20花样四梯形图图5.21花样四梯形图图5.22花样四梯形图如图5.18、5.19、5.20、5.21、5.22，按一下网络1的start是启动并且置位zhong1，然后按下网络3的kai4，pq1开始喷水，并且T0开始计时，2s后网络4的T0接通导致zhong2置位，zhong1复位，pq1停止喷水。pq2开始喷水，下面的网络7,8都是按照3,4,5的程序进行运行。到了网络9，10，zhong4置位，所有喷泉一起喷水,10s后zhong7置位，并且zhong5置位，zhong4复位，网络12的pq4复位停止喷水，依次延时2s，pq3，pq2，pq1停止喷水。然后zhong5复位，zhong6置位，网络13的t8计时10s，如果不继续则按下网络2的stop。如果继续则按下xunhuan，zhong6复位终止上一次运行。zhong1置位开始下一个循环。5.3花样喷泉的仿真结果图5.23SoMachine3.1仿真软件界面花样一的实验结果如图5.24所示。图5.24花样一的实验结果截图花样二的实验结果如图5.25所示。图5.25花样二的实验结果截图花样三的实验结果如图5.26所示。图5.26花样三的实验结果截图花样四的实验结果如图5.27、5.28所示。图5.27花样四的实验结果截图图5.28花样四的实验结果截图6结论通过SoMachine3.1的梯形图编程得到这个设计的程序，并且在SoMachine3.1上运行后，得到的结果符合这个设计的基本要求，在整个的设计过程中，查阅了很多的学习资料，了解了有关喷泉的发展和主要构造和运作原理。知道了PLC的前世今生，虽然不能把所有的PLC都了解学习，但是通过这个过程先了解了PLC的基本结构，原理，作用等等。由一开始的思路不合理，逻辑不清晰所导致的编程失败到现在清楚明了的仿真运行，通过一次次碰到问题，调试解决到现在逐步掌握了程序编写仿真调试的技术，并且最终完成了设计而且经过检测，此设计是完整的、可行的设计。但是由于本人的知识量很少，所以该设计只能实现一些基本功能，希望各位多多包涵，多多批评。参考文献[1]郑阿奇,徐斌,曹弋.PLC实用教程.北京:工业出版社,2009[2]王克强.我国喷泉技术之现状及发展方向.清华大学出版社，1993[3]何文雪,刘华波,吴贺荣.PLC编程与应用.北京：北京机械出版社,2010[4]廖常初.S7200基础教程.北京：机械工业出版社,2006

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