花式喷泉的PLC控制方案设计.doc

电气控制技术课程设计阐明书自动喷泉PLC控制系统设计 学 院： 电气与信息工程学院 学生姓名： 指引教师： 职称 专 业： 电气工程及其自动化班 级： 学 号： 完毕时间： 湖南工学院电气控制技术课程设计课题任务书学院：电气与信息工程学院 专业：电气工程及其自动化 指引教师学生姓名丁望望课题名称自动喷泉PLC控制系统设计内容及任务一、目的设计一种基于PLC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规律喷水或变化式样，若在夜晚配上各种彩色灯光显示，更加迷人。如图1所示为一花式喷水池，采用PLC控制是比较以便，在花式喷水时序拟定前提下，可以通过变化时序或者变化控制开关，就可以变化控制方式，达到显现各种复合状态规定。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，1为外环形状喷水管。 (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、任务依照控制规定，明确设计任务，拟定设计方案与进度筹划，运用所学理论知识，进行自动喷泉控制原理设计、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能力。重要内容涉及：1. 设计该系统电气控制硬件系统；2PLC选取及I/O及其他PLC元器件分派。3选取电器元件，编制元件目录表。 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，实现自动喷泉控制规定。7. 编写设计阐明书。三、规定某一喷水池控制器需满足下列规定：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。工作方式由选取开关和单步/持续开关来决定。2“单步/持续开关”在单步位置时，喷水池只运营一次循环；在持续位置时，喷水池运营始终继续下去。3方式选取开关用来选取喷水池喷水花样，14号喷水管工作方式选取如下：选取开关在位置“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。若在持续状态时，将继续循环下去。选取开关在位置“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。若在持续状态时，将继续循环下去。选取开关在位置“3”时。按下启动按钮后，1、3号同步喷水，延时3s后，2、4号喷水，1、3号停止喷水；交替运营5次后，14号全喷水，30s后停止。若在持续状态时，将继续循环下去。选取开关在位置“4”时。按下启动按钮后，喷水池14号喷水管工作顺序为：1234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4321号反向顺序按2s顺序喷水，一起喷水30s后停止。若在持续状态时，将继续循环下去。4无论在什么工作方式下，按下停止按钮，喷水池将停止运营。重要参照资料1 史国生. 电气控制与可编程控制器技术M。北京：化学工业出版社，。2 于广庆. 可编程控制器原理及系统设计M。北京：清华大学出版社，。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引书（第二版）M。北京：机械工业出版社，。4 史国生，鞠勇. 电气控制与可编程控制器技术实训教程M。北京：化学工业出版社，。5 于晓云，许连阁. 可编程控制技术应用项目化教程M。北京：化学工业出版社，。 6 廖常初. PLC编程及应用M。北京：机械工业出版社，。7 胡学林. 可编程控制器应用技术M。北京：高等教诲出版社，。8 三菱FX系列可编程序控制器编程手册M。三菱公司编，。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M。北京：机械工业出版社，。教研室意见 教研室主任：（签字）年 月 日1 绪 论1.1课题研究背景随着都市化进程加速，花式喷泉可以在人们周边随处可见。例如广场，大厦，社区等。花式喷泉是人造小气候，在炎热夏日可以起到增湿和降温作用；也为水体充氧，有助于水体增长自净能力，起到防止水体黑臭作用。花式喷泉运营灵活性是评价花式喷泉优劣核心，而这与花式喷泉控制系统息息有关。花式喷泉可以依照自己设计，设计出各种各样花样，加上灯光，能给人有种不错视觉享有。1985年国际电子委员会（iec）对plc定义如下：Plc是自动控制技术，计算机技术和通讯技术于一体一种新型工业控制装置，已跃居工业自动化三大支柱（plc、robot、cad/cam）首位。可编程控制器，简称plc。它在集成电路、计算机技术基本上发展起来一种新型工业控制设备。具备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、成功率高6.体积小、重量轻、功耗底等特点。具备功能强、可靠性高、配备灵活、使用以便以及体积小、重量轻等长处，已经广泛应用于自动化控制各个领域，并已成为工业生产自动化支柱产品。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、接触器与之相称执行机构；能向中央执行机构。因而，进行花式喷泉plc控制系统设计，可以推动喷泉行业发展，扩大plc在自动控制领域应用，具备一定经济和理论研究价值。1.2课题设计目和意义随着国内经济高速发展，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时代，其应用越来越广。而随着国内都市化进程加快和人口大量集聚，环境越来越重要，好环境能使心身高兴，做事效率提高。其中喷泉可以湿润周边空气，减少尘埃，减少气温。喷泉细小水珠同空气分子撞击，能产生大量负氧离子，有益于改进社区面貌和增进居民身心健康。2 系统控制方案拟定2.1采用PLC控制花式喷泉长处 （1）控制方式上看：PLC软接线，只需变化控制程序就可容易变化逻辑或增长功能。 （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，速度不久，无触点，顾而五抖动一说。（4）定期、计数看：PLC时钟脉冲由晶振产生，精度高，定期范畴宽，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，对程序执行监控功能，现场调试和维护以便。2.2系统设计基本环节在花式喷泉控制系统设计过程中重要考虑如下几点：（1）进一步理解和分析花式喷泉工艺条件和控制规定。（2）拟定I/O设备。依照花式喷泉控制系统功能规定，拟定系统所需输入、输出设备。惯用输入设备有按钮、选取开关等，惯用输出设备有批示灯等。（3）依照I/O点数选取适当PLC类型。（4）分派I/O点，分派PLC输入输出点，编制出输入输出分派表或输入输出端子 接线图。（5）设计花式喷泉系统梯形图程序，依照工作规定设计出周密完整梯形图（6）程序，这是整个花式喷泉系统设计核心工作。（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控制规定如下：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。工作方式由选取开关和单步持续开关决定。2、 “单步持续”开关在单步位置时，喷水池只运营一次循环：在持续位置时， 喷水池运营始终继续下去。3、 方式选取开关用来选取喷水池喷水花样，14号喷水管工作方式选取如下（1）选取开关在位置“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。若在持续状态时，将继续循环下去。（2） 选取开关在位置“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。若在持续状态时，将继续循环下去。（3）选取开关在位置“3”时。按下启动按钮后，1、3号同步喷水，延时3s后，2、4号喷水，1、3号接着喷水：交替运营5次后，14号全喷水，30s后停止。若在持续状态时，将继续循环下去。（4）选取开关在位置“4”时。按下启动按钮后，喷水池14号水管工作顺序为： 1234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4321反向顺序按2s顺序喷水，一起喷水30s后停止。若在持续状态时，将继续循环下去。4、 无论在什么工作方式下，按下停止按钮，喷水池将停止运营。花式喷泉池示意图如图2-1所示： 2.4花式喷泉控制系统原理图在喷泉中，通过按钮开关信号来控制PLC：由于有4层喷水，因而用了1个变频器控制4个水泵。花式喷泉控制系统原理如图2-2所示： 3 系统硬件设计3.1 可编程控制器（PLC）选取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作为它简称。PLC是用于工业现场电控制器。它源于继电器控制技术，但基于电子计算机。它通过运营存储在其内存中程序，把经输入电路物理过程得到输入信息，变换为所规定输出信息，进而再通过输出电路物理过程去实现对负载控制。PLC有丰富指令系统，有各种各样I/O接口、通信接口，有大容量内存，有可靠自身监控系统，因而具备如下基本功能：1.逻辑解决功能；2.数据运算功能；3.准拟定期功能；4.高速计数功能；5.中断解决（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功能，PLC几乎也都可以做到。3.1.2PLC选型 在PLC系统设计时，一方面应拟定控制方案，下一步工作就是PLC工程设计选型。工艺流程特点和应用规定是设计选型重要根据。因而，工程设计选型和估算时，应详细分析工艺过程特点、控制规定，控制任务和范畴拟定所需操作和动作，然后依照控制规定，估算输入输出点数、所需存储器容量、拟定PLC功能、外部设备特性等，最后选取有较高性能价格比PLC和设计相应控制系统。（1）输入输出（I/O）点数估算I/O点数估算时应考虑恰当余量，普通依照记录输入输出点数，再增长10%20%可扩展余量后，作为输入输出点数估算数据。（2）存储器容量估算存储器容量是可编程序控制器自身能提供硬件存储单元大小，程序容量是存储器中顾客应用项目使用存储单元大小，因而程序容量不大于存储器容量。设计阶段，由于顾客应用程序尚未编制，因而，程序容量在设计阶段是未知，需在程序调试之后才懂得。为了设计选型时能对程序容量有一定估算，普通采用存储器容量估算来代替。（3）控制功能选取该选取涉及运算功能、控制功能、通信功能、编程功能、诊断功能和解决速度等特性选取。依照本课题所设计控制需求，重要简介一下几种功能选取。1.控制功能PLC重要用于顺序逻辑控制，因而，大多数场合常采用单回路或多回路控制器解决模仿量控制，有时也采用专用智能输入输出单元完毕所需控制功能，提高PLC解决速度和节约存储器容量。2.编程功能离线编程方式：PLC和编程器公用一种CPU，编程器在编程模式时，CPU只为编程器提供服务，不对现场设备进行控制。完毕编程后，编程器切换到运营模式，CPU对现场设备进行控制，不能进行编程。离线编程方式减少系统成本，但使用和调试不以便。在离线编程方式：CU和编程器有各自CPU，主机CPU负载现场控制，并在一种扫描周期内与编程器进行数据互换，编程器把在线编制程序或数据发送到主机，下一扫描周期，主机就依照新收到程序运营。五种原则化编程语言：顺序功能（SFC）、梯形图（LD）、功能模式图块(FBD)三种图形化语言和语句表（il）、构造体文（ST）两种文本语言。选用编程语言应遵守其原则（IEC113123），同步，还应当支持各种语言编程方式，如C,Basic等，以满足特殊控制场合控制规定。3.诊断功能PLC诊断功能涉及硬件和软件诊断。硬件诊断通过硬件逻辑判断拟定硬件故障位置，软件诊断分内诊断和外诊断。通过软件对PLC内部性能和功能进行诊断是内诊断，通过软件对PLCCPU与外币输入输出等部件信息互换功能进行诊断是外诊断。PLC诊断功能强弱，直接影响对操作和维护人员技术能力规定，并影响平均维修时间。 4机型选取 通过对输入/输出点选取、对存储量选取？对I/O响应时间选取输出负载特点选型分许。 该控制系统选用三菱公司FXON系列PLC。它体积小，重量轻，使用寿命长，编程和维护以便，故障率低，通过扩展模块链接，可以增长输入/输出点数。我设计花式喷泉模型共有6个输入，11个输出，因而，选用型号为FX2N-32MRPLC。4 系统软件设计4.1 PLC梯形图概述梯形图时使用最多图形编程语言，被称为PLC第一编程语言。梯形图与电器控制系统电路图很相似，具备直观易懂长处，很容易被工厂电气人员掌握，特别合用于开关量逻辑控制。梯形图常被称为电路或程序，梯形图设计成为编程。PLC梯形图中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“1”状态，则表达梯形图中相应软继电器线圈“通电”，其常来触电接通，常闭触点断开，称这种状态时该软继电器“1”或“ON”状态。如果该存储单元为“0”状态，相应软继电器线圈和触点状态与上述相反，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分派表输入I/O分派表序号输入阐明1X0启动按钮2X1停止按钮3X2持续按钮4X3单步按钮5X4方式1选取开关SA16X5方式2选取开关SA27X6方式3选取开关SA38X7方式3选取开关SA4输出I/O分派表序号输出阐明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 自动喷泉设计是重要用了跳转指令完毕过程循环过程，用定期器定期实现喷头之间运营，通过互锁实现单独工作方式运营不会浮现各种方式共同运营状况。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，喷泉按照设定程序开始运营。如果按下停止按钮，系统则停止运营，如果不按停止按钮，系统则按照选取花样继续运营下去直到按下停止按钮。开始按下启动按钮停止按钮与否打开是开关在1位置开关在2位置开关在4位置开关在3位置是是是是否否否否执行工作方式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） 样式选取1：选取开关在位置“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。若在持续状态时，将继续循环下去。样式选取1程序如图3所示。图3 样式选取1程序2）样式选取2：选取开关在位置“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。若在持续状态时，将继续循环下去。样式选取2程序如图4所示。图4 样式选取2程序（3）样式选取3：选取开关在位置“3”时。按下启动按钮后，1、3号同步喷水，延时3s后，2、4号喷水，1、3号停止喷水；交替运营5次后，14号全喷水，30s后停止。若在持续状态时，将继续循环下去。样式选取3程序如图5所示。图5 样式选取3程序（4） 样式选取4：选取开关在位置“4”时。按下启动按钮后，喷水池14号喷水管工作顺序为：1234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4321号反向顺序按2s顺序喷水，一起喷水30s后停止。若在持续状态时，将继续循环下去。样式选取4程序如图6所示。图6 样式选取4程序参照文献1 史国生. 电气控制与可编程控制器技术M。北京：化学工业出版社,。2 于广庆. 可编程控制器原理及系统设计M。北京：清华大学出版社,。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引书（第二版）M。北京：机械工业出版社，。4 史国生，鞠勇. 电气控制与可编程控制器技术实训教程M。北京：化学工业出版社，。5 于晓云，许连阁. 可编程控制技术应用项目化教程M。北京：化学工业出版社，。 6 廖常初. PLC编程及应用M。北京：机械工业出版社，。7 胡学林. 可编程控制器应用技术M。北京：高等教诲出版社，。8 三菱FX系列可编程序控制器编程手册M。三菱公司编，。9 三菱可编程序控制器应用101例M。三菱公司编，250。10 史宜巧，孙业明，景绍学. PLC技术及应用项目教程M。北京：机械工业出版社，。结论本系统重要以可编程控制器PLC和变频器强大控制功能，实现了运用可编程控制器和变频器控制花式喷泉功能，具备接线简朴、编程直观、扩展容易等特点。当花式喷泉功能增长时，只需增长相应程序以及输出功能，要改动地方也较少，调试成果表白，在适应性、灵活性、精准性和可靠性方面，都达到了设计规定，表白该设计方案是可行。通过本设计，我学习到了诸多东西，在工作细心上也得到了提高。并且，更理解里关于可编程器件和变频器功能。我选取这个设计，也是为了弥补此前学习上局限性，这次设计，使我理解到教师专心良苦，并且从教师那学到了诸多宝贵知识。