花式喷水池的PLC控制课程设计.doc

测控技术与系统测控技术与系统 课课 程程 设设 计计 题题 目目 花式喷水池的花式喷水池的 PLCPLC 控制控制 系系 部部 班班 级级 姓姓 名名 学学 号号 指导教师指导教师 20122012 年年 2 2 月月 2727 日至日至 3 3 月月 9 9 日日 共共 2 2 周周 20122012 年年 3 3 月月 9 9 日日 测控技术与系统测控技术与系统课程设计任务书课程设计任务书 一 设计题目 内容及要求一 设计题目 内容及要求 1 1 设计题目 设计题目 花式喷水池的 PLC 控制 2 2 设计内容 设计内容 在花式喷水时序确定的前提下 通过改变时序或者改变控制开关就 可以改变控制方式 达到显现各种复合状态的要求 控制器需满足要求如下 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 1 4 号喷水法的工作方式选择如 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 喷水 延时 2s 后 2 号喷水 再延时 2s 后 1 号喷水 再一起喷水 15s 后停下 若运行在连 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 号喷 水 延时 2s 后 3 号喷水 再延时 2s 后 4 号喷水 再一起喷水 30s 后停下 若 运行在连续状态时 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 1 4 号全喷水 30s 后停下 若运行在连续状态时 将继续循环下去 选择开关在位置 4 时 按下启动按钮后 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 停止喷水 再延时 1s 由 4 3 2 1 反向顺序延时 2s 喷水 然后一起喷水 30s 停止 若运行在连续状态时 将继续循环下去 4 无论在什么工作方式下 按停止按钮 喷水池将停止运行 I O 点的分配 X0 启动按钮 Y0 喷水池工作指示 X1 选择开关在位置 1 Y1 1 号喷水电磁阀 X2 选择开关在位置 2 Y2 2 号喷水电磁阀 X3 选择开关在位置 3 Y3 3 号喷水电磁阀 X4 选择开关在位置 4 Y4 4 号喷水电磁阀 X5 停止按钮 X6 单步 连续选择开关 3 3 设计要求 设计要求 1 确定电气传动控制方案 选择电动机 2 根据控制要求确定所需的用户输入 输出设备 据此确定 PLC 的 I O 点数 3 选择 PLC 分配 PLC 的 I O 点 设计 I O 电气接口连接图 这一步也可结合第 2 步进行 4 进行 PLC 程序设计 二 设计原始资料二 设计原始资料 三 要求的设计成果 课程设计说明书 设计实物 图纸等 三 要求的设计成果 课程设计说明书 设计实物 图纸等 1 根据设计内容撰写 测控技术与系统课程设计报告 要求不低于 3000 字 2 绘制顺序功能图 A3 3 绘制电气原理图主电路 PLC I O 接线图 A3 四 进程安排四 进程安排 从 2011 年 2 月 27 日到 2010 年 3 月 9 日 序号序号项目项目具具 体体 内内 容容 时间时间 天 天 1 明确任务 1 了解设计任务书 2 借阅图书资料 1 2 总体方案设计及 PLC 选型 1 熟悉设计题目 2 查阅相关资料 进行 PLC 选 型 电器元件选型 2 3 接线图设计 分配 PLC 的 I O 点 设计 I O 电气接口连接图 1 4 顺序功能图 梯形图设计绘制顺序功能图 梯形图 4 5 撰写设计报告 撰写不少于 3000 字的 测控系 统课程设计报告 2 五 主要参考资料五 主要参考资料 1 邓星钟 机电传动控制 武汉 华中科技大学出版社 2001 2 静 康 实用电工典型线路图例 北京 中国水利水电出版社 1998 3 全国电气文件编制和图形符号标准化技术委员会 电气电工及相关标准汇编 北京 中国电力出版社 2001 4 朱英韬 工厂电气控制技术 北京 工业大学出版社 1991 5 杨长能 张兴毅 可编程程序控制器基础及应用 重庆 重庆大学出版社 2001 指导教师 签名 指导教师 签名 教研室主任 签名 教研室主任 签名 课程设计成绩评定表课程设计成绩评定表 出勤天数 出勤 情况 缺勤天数 出勤情况及设计过程表现 20 分 课设答辩 20 分 设计成果 60 分 成 绩 评 定 总成绩 100 分 提问 答辩 问题 情况 综 合 评 定 指导教师签名 年 月 日 目 录 1 概述 1 2 总体方案设计 2 2 1 工作原理 2 2 2 总体方案 2 3 硬件设计 3 3 1 设计课题硬件系统各模块功能简要介绍 3 3 2 硬件主电路原理图 3 3 3 PLC 型号的选择 4 3 3 1 PLC 的 I O 选择 4 3 3 2 PLC 的输出类型的选择 4 3 3 3 PLC 的控制功能的选择 4 3 4 PLC I O 安排表 4 3 5 PLC 外部 I O 接线图 5 4 软件设计 6 4 1 软件流程图 6 4 2 系统顺序功能图 7 4 3 系统程序梯形图及解释 8 5 结论 13 参考文献 14 唐唐 山山 学学 院院 课课 程程 设设 计计 1 1 概述 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 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 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 在许多休闲广场 景区或游乐场里 经常看到喷水池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 设计一花式喷水池 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 就可改变控制方式 达到显现各种复合状态的要求 图 1 花式喷水池示意图 在图 1 中 在图中 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 唐唐 山山 学学 院院 课课 程程 设设 计计 2 2 总体方案设计 2 1 工作原理 用 PLC 编程控制器来对花式喷水池的规律进行控制 该喷水池一共可以按照 四种花式进行喷水 我们用四个档位进行控制 分别为花式一档位 花式二档位 花式三档位 花式四档位 当按下其中一个档位时 再按下启动按钮 喷水池即 按照那种花式进行喷水 还设有停止按钮 当按下停止按钮时 无论喷水池处于 哪种花式下工作 都立即停止喷水 2 2 总体方案 对花式喷水池进行 PLC 控制 我们的总体思路是先设计硬件电路 再设计软 件系统 硬件电路设计思路是对 PLC 各个 I O 口进行功能分配 共有四个档位按 钮 一个启动按钮和一个停止按钮 单步 连续按钮和指示灯显示 软件系统设计 是利用步进指令进行编程控制其喷水规律 设计过程中主要考虑以下几点 1 深入了解和分析花式喷水池的工艺条件和控制要求 2 确定 I O 设备 根据花式喷水池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 端口的接线图 5 设计花式喷水池系统的梯形图程序 根据工作要求设计出周密完整的梯形 图 5 程序 这是整个花式喷水池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 采用先编写状态转移图 再将状态转移图编写为梯形图的方式 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 唐唐 山山 学学 院院 课课 程程 设设 计计 3 3 硬件设计 3 1 设计课题硬件系统各模块功能简要介绍 1 启动喷水装置 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 2 单步 连续 装置 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 四种花式档位选择装置 方式选择开关用来选择喷水池的喷水花样 4 停止喷水装置 无论在什么工作方式下 按停止按钮 喷水池将停止运 行 3 2 硬件主电路原理图 如下图所示 图 2 主电路原理图 唐唐 山山 学学 院院 课课 程程 设设 计计 4 3 3 PLC 型号的选择 PLC 的选择主要是结构形式 性能 容量 输入 输出功能及负载能力的选择 3 3 1 PLC 的 I O 选择 PLC 的 I O 选择非常重要 I O 点数既要满足需求也要考虑经济效益 一般 I O 点数多的 PLC 价格比较贵 特别是大型 PLC 虽然速度比较快 但体积大 价 格高 不适合一般情况下使用 在花式喷水池控制系统中 我们只用到了 7 个输 入点和 5 个输出点 故选用小型 PLC 即可 在本设计中 采用输入输出点数为 16 点的 PLC 3 3 2 PLC 的输出类型的选择 PLC 的输出有三种类型 1 继电器输出型 为有触点输出方式 用于接通或断开开关频率较低的直 流负载或交流负载回路 2 可控硅输出型 为无触点输出方式 用于接通或断开开关频率较高的交 流电源负载 3 晶体管输出型 为无触点输出方式 用于接通或断开开关频率较高的直 流电源负载 本设计采用晶体管输出 3 3 3 PLC 的控制功能的选择 对于以开关量进行控制的系统 一般的低档机就能满足要求 对于以开关量为主 带有少量的模拟量控制的系统 应选用带 A D D A 转换 加减运算 数据传送功能的低档机 对于控制比较复杂 控制性能要求较高的系统 可是控制规模及复杂的程度 选用中档机或者高档机 对于工艺过程比较固定 环境比较好的场合 选用整体式结构 PLC 在花式喷水池的 PLC 控制系统中 主要以开关量进行控制 所以采用低档的 PLC 即可满足要求 本设计采用的 PLC 型号为 FX2N 32MT 001 3 4 PLC I O 安排表 PLC 的 I O 安排表如下 X0 启动按钮 Y0 喷水池工作指示 X1 选择开关在位置 1 Y1 1 号喷水电磁阀 X2 选择开关在位置 2 Y2 2 号喷水电磁阀 唐唐 山山 学学 院院 课课 程程 设设 计计 5 X3 选择开关在位置 3 Y3 3 号喷水电磁阀 X4 选择开关在位置 4 Y4 4 号喷水电磁阀 X5 停止按钮 X6 单步 连续选择开关 3 5 PLC 外部 I O 接线图 图 3 PLC 外部 I O 接线图 唐唐 山山 学学 院院 课课 程程 设设 计计 6 4 软件设计 4 1 软件流程图 N Y N N N N Y Y Y Y N N N Y Y Y Y 系统启动按 钮是否按下 开始 选择花式 花式 1花式 2花式 3花式 4 连续 连续 连续 连续 停止 停止 停止 停止 停止喷水 结束 唐唐 山山 学学 院院 课课 程程 设设 计计 7 图 4 花式喷水池程序流程图 4 2 系统顺序功能图 S0 S20 SET Y0 8002 X5 S21SET Y4 X0 X1 T0 T0K20 S22SET Y3 T1 T1K20 S23SET Y2 T2 S24SET Y1 T3 T2K20 T3 K150 S25ZRSTY1 X6 S21 S31SET Y1 X2 T4 T4K20 S32SET Y2 T5 T5K20 S33SET Y3 T6 S34SET Y4 T7 T6K20 T7 K150 S35ZRST Y1 X6 S31 X3 S41SET Y1 SET Y3 T8K30 S42SET Y2 SET Y4 RST Y1 RST Y3 C0 K5 T8 S43SET Y1 SET Y2 SET Y3 SET Y4 T9K300 C0 T9 S44 ZRSTY1 S41 S51Y1 X4 T10 T10 K20 Y2 T11 T11 K20 T12 RST Y1 T14 T14 K20 ZRST S21 S54 RST Y2 T15 T15 K20 T16 T16 K20 T17 T17 K10 Y4 T18 T18 K20 Y3 T19 T19 K20 Y2 T20 T20 K20 Y1 T21 T21 K300 ZRST Y1 X6 S51 C0 Y4 Y4 Y4 S52 RST Y3 RST Y4 S53 Y3 T12 K20 Y4 T13 K300 T13 Y4S54 图 5 系统顺序功能图 唐唐 山山 学学 院院 课课 程程 设设 计计 8 4 3 系统程序梯形图及解释 PLC 运行时 M8002 脉冲信号驱动初始状态 S0 输出 Y000 接通 当停止按钮 X005 按下时 工作状态从 S0 转移到 S20 状态 S20 驱动后 所有的工作状态复位 此时 当启动按钮 X000 按下 且按钮 X001 按下时 工作状态从 S20 转移到 S21 喷泉按花式 1 喷水 当启动按钮 X000 按下 且按钮 X002 按下时 工作状态从 S20 转移到 S31 喷泉按花式 2 喷水 当启动按钮 X000 按下 且按钮 X003 按下时 工 作状态从 S20 转移到 S41 喷泉按花式 3 喷水 当启动按钮 X000 按下 且按钮 X004 按下时 工作状态从 S20 转移到 S51 喷泉按花式 4 喷水 状态 S21 驱动后 输出 Y004 接通 4 号喷水管喷水 同时定时器 T0 接通 2 秒后 定时器 T0 触点接通 工作状态从 S21 转移到 S22 状态 S22 驱动后 输出 Y003 接通 3 号喷水管喷水 同时定时器 T1 接通 2 秒后 定时器 T1 触点接通 工作状态从 S22 转移到 S23 唐唐 山山 学学 院院 课课 程程 设设 计计 9 状态 S23 驱动后 输出 Y002 接通 2 号喷水管喷水 同时定时器 T2 接通 2 秒后 定时器 T2 触点接通 工作状态从 S23 转移到 S24 状态 S24 驱动后 输出 Y001 接通 1 号喷水管喷水 同时定时器 T3 接通 15 秒后 定时器 T3 触点接通 工作状态从 S24 转移到 S25 状态 S25 驱动后 若喷泉工作在单步状态即 X006 接 通 则输出 Y001 Y002 Y003 Y004 同时断开 1 4 号喷水管同时停止喷水 若 喷泉工作在连续状态即 X006 断开 工作状态从 S25 转移到 S21 喷泉按花式 1 连 续喷水 状态 S31 驱动后 输出 Y001 接通 1 号喷水管喷水 同时定时器 T4 接通 2 秒后 定时器 T4 触点接通 工作状态从 S31 转移到 S32 状态 S32 驱动后 输出 Y002 接通 2 号喷水管喷水 同时定时器 T5 接通 2 秒后 定时器 T5 触点接通 工作状态从 S32 转移到 S33 状态 S33 驱动后 输出 Y003 接通 3 号喷水管喷水 同时定时器 T6 接通 2 秒后 定时器 T6 触点接通 工作状态从 S33 转移到 S34 状态 S34 驱动后 输出 Y004 接通 4 号喷水管喷水 同时定时器 T7 接通 30 秒 后 定时器 T7 触点接通 工作状态从 S34 转移到 S35 唐唐 山山 学学 院院 课课 程程 设设 计计 10 状态 S35 驱动后 若喷泉工作在单步状态即 X006 接通 则输出 Y001 Y002 Y003 Y004 同时断开 1 4 号喷水管同时停止喷水 若喷泉工作在 连续状态即 X006 断开 工作状态从 S35 转移到 S41 喷泉按花式 2 连续喷水 状态 S41 驱动后 输出 Y001 和 Y003 接通 1 3 号喷水管同时喷水 同时定 时器 T8 接通 3 秒后 定时器 T4 触点接通 工作状态从 S41 转移到 S42 状态 S42 驱动后 输出 Y002 和 Y004 接通 Y001 和 Y003 断开 2 4 号喷水管同时喷水 1 3 号喷水管停止喷水 同时计数器 C100 接通 喷泉在 S41 状态和 S42 状态交替 运行 5 次 然后工作状态从 S42 转移到 S43 状态 S43 驱动后 输出 Y001 Y002 Y003 Y004 都接通 1 4 号喷水管同时喷水 同时定时器 T9 接通 30 秒后 定时器 T9 触点接通 工作状态从 S43 转移到 S44 状态 S44 驱动后 若 喷泉工作在单步状态即 X006 接通 则输出 Y001 Y002 Y003 Y004 同时断开 1 4 号喷水管同时停止喷水 若喷泉工作在连续状态即 X006 断开 工作状态从 S44 转移到 S41 喷泉按花式 3 连续喷水 唐唐 山山 学学 院院 课课 程程 设设 计计 11 图 6 系统程序梯形图 状态 S51 驱动后 输出 Y001 接通 1 号喷水管喷水 同时定时器 T10 接通 2 秒后 定时器 T10 触点接通 输出 Y002 接通 2 号喷水管喷水 同时定时器 T11 接通 2 秒后 定时器 T11 触点接通 输出 Y003 接通 3 号喷水管喷水 同时定 时器 T12 接通 2 秒后 定时器 T12 触点接通 输出 Y004 接通 4 号喷水管喷水 唐唐 山山 学学 院院 课课 程程 设设 计计 12 同时定时器 T13 接通 30 秒后 定时器 T13 触点接通 工作状态从 S51 转移到 S52 状态 S52 驱动后 输出 Y001 断开 1 号喷水管停止喷水 同时定时器 T14 接 通 2 秒后 定时器 T14 触点接通 输出 Y002 断开 2 号喷水管停止喷水 同时 定时器 T15 接通 2 秒后 定时器 T15 触点接通 输出 Y003 断开 3 号喷水管停 止喷水 同时定时器 T16 接通 2 秒后 定时器 T16 触点接通 输出 Y004 断开 4 号喷水管停止喷水 同时定时器 T17 接通 1 秒后 定时器 T17 触点接通 工作 状态从 S52 转移到 S53 状态 S53 驱动后 输出 Y004 接通 4 号喷水管喷水 同 时定时器 T18 接通 2 秒后 定时器 T1