PLC课程设计-自动喷泉的控制系统设计-

电气限制技术

课程设计题目： 自动喷泉的限制系统设计院系名称： 电气工程学院专业班级： 学生姓名： 学号： 指导老师： 成果:指导老师签名:日期：Y1-^-0 (■^0-0 O XO Y2Y3Y4XIYS丫6X2Y7YiOX3 Yi1Y12Yt3X4Y14YISXSYi6Yi7Y2OCOKI aOKI -^0 —^(S?) O 6d O LS0- -^0- SflO SB4_—^0 -^0 > O -^0 -^0 ^0^——图3-3系统I/O接线图3.5元器件选型⑴PLC选型在PLC系统设计时，首先应确定限制方案，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,应具体分析工艺过程的特点、限制要求，限制任务和范围确定所需的操作和动作，然后依据限制要求，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，最终选择有较高性能价格比的PLC和设计相应的限制系统输入输出（I/O）点数的估算：I/O点数估算时应考虑适当的余量，通常依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存储器容量的估算：存储器容量是可编程序限制器本身能供应的硬件存储单元大小，程序容量是存储器中用户应用项目运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肯定估算，通常采纳存储器容量的估算来代替限制功能的选择：该选择包括运算功能、限制功能、通信功能、编程功能、诊断功能和处理速度等特性的选择。依据本课题所设计限制的需求通过对输入/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。该限制系统选用三菱公司FX2N系列的PLC。它体积小，重量轻，运用寿命长，编程和维护便利，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，16个输出，因此，选用型号为FX2N-48MR的PLC(2)变频器选型我设计的是通过变频器调速技术来限制每环喷水管的高度。我选FR-S520(S)E系列变频调速器(3)水泵的选型由于喷泉的水泵必需满意大功率快速精确起停，而且其输出功率必需能够精确的进行限制。我选用品牌为DESHB(德士比)的QYPI00-4.5-2.2喷泉泵。具有以下优点:结构紧凑：无需引水、运用简便：双端密封、电器爱护；设计合理、性能优良：经久耐用、平安牢靠。并且水泵出口采纳圆法兰结构，电机为F级绝缘，适用于音乐喷泉等场合对电机频繁启动的要求，叶轮具有防松装置，不怕反转。其实物图见其图3-4所示图3-4QYP喷泉泵的实物图4软件设计4.1主流程依据喷泉一、喷泉二、喷泉三、喷泉四的限制要求，画出PLC限制系统限制自动喷泉的程序流程图，首先通过启动按钮来限制PLC的开关，由选择按钮SB1、SB2、SB3、SB4来限制喷泉的四种花样模式。流程图如下图4-1所示按下启动按钮开关SB1是否按下开关开关SB1是否按下开关SB2是否按下开关B3是否按下开关B4是否按下执行模式一执行模式一执行模式一一执行模式四执行模式一执行模式一执行模式一一执行模式四按下停止按钮结束

图4-1自动喷泉程序流程图Pl4.2梯形图xoooX001MOMOX002X001(MlMlMlM30(Y006K1O(T1T1(Y013K1O(T224M2nM30好T2

n<Y007K1O(T3T3n(Y012K50(T4T4n(M30MOX003XOO1P212—II1I一厂好M3TlM3M10447TI ——T5M10453TI(Y014K20(T6T6M10459-||"q(Y016K20(T7T7M10465Tl——(Y005K100(T871T8

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nX005X001122125128131137\I5nM5nM5nM5nM5nT14T卜T14T14T14T14(Y001(Y004(Y020(Y015K600(T14P4141[EXD1415系统调试PLC程序的调试可以分为模拟调试和现场调试两个调试过程，在此之前首先对PLC外部接线作细致检查，这一个环节很重要。外部接线肯定要精确无误。也可以用事先编写好的试验程序对外部接线做扫描通电检查来查找接线故障。不过，为了平安考虑，最好将主电路断开。当确认接线无误后再连接主电路，将模拟调试好的程序送入用户存储器进行调试，直到各部分的功能都正常，并能协调一样地完成整体的限制功能为止,本次调试为模拟调试，调试结果如下图所示喷泉模式一调试结果如图5-1所示:图5-1喷泉模式一调试结果图按下启动按钮，再按下花样选择开关SB1,选择模式一，6号喷头先喷，1s后］号喷1s后7号喷，1s后10号喷，同时喷5s后，6、7、10、11都停，假如不按其他花样选择开关或停止按钮,将接着重复上述过程.图5-2喷泉模式二调试结果图按下SB2选择花样喷泉2模式,3号喷头先喷，2s后12号喷2s后14号喷头喷,2s后5号喷,3、12、14、5同时喷10s,假如不按其他花样选择开关或停止按钮，将接着重复上述过程.图5-3喷泉模式三调试结果图按下SB3选择花样喷泉3模式,2、8、15、9同时先喷10再1s后一次间隔1s停假如不按其他花样选择开关或停止按钮，将接着重复上述过程.图5-4喷泉模式四调试结果图按下SB4选择花样喷泉4模式1、4、16、13同时喷1分钟后同时停，假如不按其他花样选择开关或停止按钮,将接着重复上述过程书目TOC\o"1-5"\h\z\o"CurrentDocument"1系统概述1\o"CurrentDocument"1.1设计的目的1\o"CurrentDocument"L2设计内容1\o"CurrentDocument"1.3实现的目标1\o"CurrentDocument"2方案论证2\o"CurrentDocument"1方案比较2\o"CurrentDocument"2方案选择4\o"CurrentDocument"3硬件设计5\o"CurrentDocument"1系统的原理框图5\o"CurrentDocument"2主电路5\o"CurrentDocument"I/O安排6\o"CurrentDocument"I/O接线图7\o"CurrentDocument"5元器件选型8\o"CurrentDocument"4软件设计10\o"CurrentDocument"1主流程10\o"CurrentDocument"4.2梯形图11\o"CurrentDocument"5系统调试13\o"CurrentDocument"设计心得18\o"CurrentDocument"参考文献18附录1元件清单19附录二语句表20设计心得两周来所做PLC的设计，让我进一步对PLC的应用及功能做了了解，对软件梯形图的应用也变的娴熟。我驾驭了更多关于自动限制系统的学问，明白了自动喷泉限制系统的组成，FX2N-48MR的PLC的功能及特点。无论是在硬件还是软件设计上，我都遇到了不少的问题，在克服困难的过程中，我学到了很多，特殊是在课堂上学不到的东西。使我重新系统的学习了网络测控，可编程限制器等课程，熟识驾驭了PLC的运用。对一个系统的设计步骤有了清晰的了解，并驾驭了一个系统的设计过程。学会了如何发觉问题，解决问题。并在查阅资料的过程中对问题的相识和问题的解决提出了新的见解，分析问题出现的缘由，使得对问题理解也更加深刻。我觉得本次设计最大的优点就是采纳PLC设计自动喷泉限制系统，而没有采纳单片来设计，虽然是用单片机也能完成本次设计，但是采纳PLC,不但价格低廉，而且系统整体造价会比工控机低，而且不会降低系统的稳定性。但是我觉得本次设计还是有很多的不足，首先，我觉得在梯形图设计上，没有设计出较完整的方案，而且我的原件选型方面，做的还不严谨。不过能够设计出本套装置系统，是自动喷泉可以完成四种花型，解电器限制系统的一般设计思路，熟识和驾驭外围电路系统和软件设计的方法，并驾驭利PLC工作状况进行监控的方法。我觉得这就是本次设计的重要意义。参考文献[1]陈贵银.单片机原理及接口技术.北京：电子工业出版社，2023.1[2]王雅芳.驱动电路设计与应用.北京：机械工业版社，2023.7[3]俞国亮.PLC原理与应用（三菱FX系列）.北京：清华高校出版社，2023.6[4]谢克明、夏路易.可编程限制器原理与程序设计. 北京：电子工业出版社[5]张兴国.可编程限制器技术及应用.北京：中国电力出版社，2023[6]陶权.PLC限制系统设计、安装与调试.北京：北京理工高校出版社，2023.3[7]宋德玉.可编程序限制器原理及应用系统设计技术.北京:冶金工业出版2023附录1元件清单名称型号（参数）个数电机3KV,380V4PLCFX2N-48MR1水泵1电源24V2电源220V1彩灯16选择按钮4附录二语句表附录二语句表LDX000ORMOANIX001OUTMOANDX002ORMlANIX001OUTMlLDMlANIM30MPSOUTY006MRDOUTT1K10MRDANDT1OUTY013OUTT2K10MPPANDT2OUTM2LDM2ANIM30MPSOUTY007OUTT3K10MRDANDT3OUTY012OUTT4K50MPPANDT4OUTM30OUTCJPl以上是喷泉模式一的语句表，按下启动按钮xooo,再按下花样选择按钮X002,就启动了模式一。LDM0ANDX003ORM3ANIX001OUTM3LDM3ANIM104OUTY003OUTT5K20LDT5ANIM104OUTYOUK20K20LDT5ANIM104OUTYOUOUTT6K20LDT6ANIM104OUTY016OUTT7K20LDT6ANIM104OUTY005OUTT8K1OOLDT8OUTM104OUTCJP2以上是喷泉模式二语句表按下花样选择开关X003,就启动模式二LDM0ANDX004ORM4ANIX001OUTM4LDM4ANIT9LDM4ANIT10OUTY010LDM4ANITHOUTY017LDM4ANIT12OUTYOUOUTT13K100LDT13ANIT12OUTT9K100LDT9OUTT10K10LDT10OUTTHK10LDTHOUTT12K10LDT12OUTCJP3以上是喷泉模式三语句表，按下花样选择开关X004,就启动模式三LDMOANDX005ORM5ANIXOO1OUTM5LDM5ANIT14OUTYOO1LDM5ANIT14OUTY004LDM5ANIT14OUTY020LDM5ANIT14OUTY015OUTT14K600LDT14OUTCJP4END以上是模式四语句表，按下花样选择开关X005,就启动模式四。1系统概述设计的目的通过对自动喷泉PLC限制系统的工作原理的分析、系统设计、编程、及上机调试工作的实践，了解电器限制系统的一般设计思路，熟识和驾驭外围电路系统和软件设计的方法，并驾驭PLC工作状况进行监控的方法.设计内容有16个阀门（喷头），有4个选择按钮，如下图所示。实现四种以上的自动喷泉花KV2OKV6OKV10OKV14OSB2OKV3OKV7OKV11OKV15OSB3OKV4OKV8OKV12OKV16OSB4O主要内容包括:1.设计出硬件系统的结构图、接线图、时序图等;2.系统有启动/停止按钮;3.实现四种以上的自动喷泉花样限制；（自己定义）5.程序结构与限制功能自行创新设计;6.进行系统调试，实现自动喷泉的限制要求。7.电机1.设计出硬件系统的结构图、接线图、时序图等;2.系统有启动/停止按钮;3.实现四种以上的自动喷泉花样限制；（自己定义）5.程序结构与限制功能自行创新设计;6.进行系统调试，实现自动喷泉的限制要求。7.电机3KW,380VL3实现的目标依据设计要求有16个彩灯代表16个喷头，有4个选择按钮，实现四种以上的自动喷泉花样，4个选择按钮分别限制4种喷泉花样，同时四种喷泉花样应当相互独立，依据要求设计出如下四种喷泉花样，喷泉一、喷泉二、喷泉三、喷泉四,系统限制流程如下四个喷泉限制过程喷泉一：1按下启动按钮X0,再按下SB1按钮选择花样喷泉1模式6号喷头先喷，1s后11号喷1s后7号喷，1s后10号喷4同时喷5s后，6、7、10、11都停5重复循环②一④步骤喷泉二：按下SB2选择花样喷泉2模式3号喷头先喷，2s后12号喷2s后14号喷头喷，2s后5号喷3、12、14、5同时喷10s重复循环②一④步骤喷泉三：按下SB3选择花样喷泉3模式2、8、15、9同时先喷10s再Is后一次间隔Is停重复循环②一③步骤喷泉四：1按下SB4选择花样喷泉4模式1、4、16、13同时喷1分钟后同时停重复循环②一③步骤方案论证2.1方案比较方案1:运用单片机限制花式喷泉单片机的特点是限制性能和牢靠性高，体积小、价格低、易于产品化。由于单片机具有良好的限制性能和敏捷的嵌入品质，近年来在智能仪表、机电一体化产品、实时工业限制家用电器等各个领域都获得了极其广泛的应用自动喷泉的原理是利用限制器限制水泵的喷水的方式，此方案采纳AT80c51系列单片机作为主限制器来限制喷泉的喷水方式。单片机的成本较低，适合用于限制小型的花式喷泉。单片机通过限制步进电机来限制电磁阀,实现对喷头流量的制,从而使喷泉水姿、灯光色调产生改变。但采纳单片机限制原理，是以可控硅作为功率开关元件，由于可控硅承受过电压、过电流的实力较差，因而不能长时间运行，单片机形式的喷泉如图2-1所示.图2-1单片机自动喷泉原理框图方案二采纳限制继电器来限制继电器是指当输入量或激励量，满意某些规定的条件是能在一个或多个电器输出电路中产生跃变的一种器件。今日继电器已应用到家庭及工业限制的各个领域，他们比以往的产品具有更高的牢靠性。但是，这也是随之带来的一些问题。如绝大多数限制继电器都是长期磨损和疲惫工作条件下进行的，简洁损坏。而且继电器的触点简洁产生电弧，甚至会熔在一起产生误操作，引起严峻的后果。在全负荷运载的状况下，大的继电器将产生大量的热及噪声，同时也消耗了大量的电能。并且继电器限制系统必需是手工接线、安装，假如有简洁的改动，也须要花费大量时间及人力和物力去改制、安装和调试。用继电器限制的花式喷泉现在明显不能满意高要求，一旦有一个继电器损坏，那将难以解除其故障方案三:PLC喷泉限制自二十世纪六十年头美国推出可编程逻辑限制器(ProgrammableLogicController,PLC)取代传统继电器限制装置以来，PLC得

到了快速发展，在世界各国得到了广泛应用。PLC是由仿照原继电器限制原理发展起来的，二十世纪七十年头的PLC只有开关量逻辑限制，首先应用的是汽车制造行业。它以存储执行逻辑运算、依次限制、定时、计数和运算等操作的指令；并通过数字输入和输出操作，来限制各类机械或生产过程。用户编制的限制程序表达了生产过程的工艺要求，并事先存入PLC的用户程序存储器中。运行时按存储程序的内容逐条执行，以完成工艺流程要求的操作。一个PLC的限制器，可以接收几千个I/O点。对于喷泉限制系统这样，被控对象是设备连锁、回路很少，采纳PLC较为合适。PLC由于采纳通用监控软件，在组态软件设计方面要简洁一些。且PLC通常都支持现场总线，会使得系统通信得到有利保障，更适合实现上位机的远程监控目前适用于喷泉限制的中小型PLC种类繁多，价格低廉。使设计者会有更多的选择余地。系统整体造价会比工控机低，而且不会降低系统的稳定性.PLC形式的自动喷泉如图2-2所示启动 选择 停止一、7FX2N-48MR喷泉模式一喷泉