基于PLC音乐喷泉系统控制设计

皖西学院本科毕业论文 设计 第 1 页 皖 西 学 院 本科毕业论文 设计 论 文 题 目 基于 PLC 喷泉系统控制设计 姓名 学号 系 别 机械与电子工程学院 专 业 机械设计制造及其自动化 导 师 姓 名 二 一 二 年 六 月 皖西学院本科毕业论文 设计 第 2 页 基于基于 PLCPLC 喷泉系统控制设计喷泉系统控制设计 作 者 王祥 指导教师 卢承领 摘要摘要 喷泉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 针对传统的喷泉控制系统一旦设计好控制电路 就不能随意改变喷水花样及喷水时间等问题 本 设计采用了三菱 FX2N 系列可编程序控制器作为喷泉的控制器 能适应不同季节 不同场合的喷水要求目 的的花样喷泉系统 该喷泉控制系统不但实现了自动转换喷泉的喷水样式 而且提高了系统的可靠性和 安全性 具有一定的工程应用和推广价值 关键字关键字 喷泉 PLC 梯形图 三菱 皖西学院本科毕业论文 设计 第 3 页 Fountain control system design based on PLC Abstract The fountain is a landscape architecture and fancy watch emerged in recent years a combination of a product With the rapid development of programmable controllers in China the fountain control requirements have become more sophisticated more and more control part of the programmable controller Traditional fountain control system designed control circuit it can not arbitrarily change the spray pattern and spray time this design uses Mitsubishi FX1N series programmable controller as the fountain controller can adapt to different seasons different occasions sprinkler requirements purpose tricks fountain system The fountain control system not only to achieve the automatic conversion fountain spray style and improve system reliability and security engineering applications and promotional value Key words Fountain PLC Ladder diagram Mitsubishi 皖西学院本科毕业论文 设计 第 4 页 目录目录 摘要摘要 2 AbstractAbstract 3 1 1 绪论绪论 6 1 1 论文研究的背景 6 1 2 论文设计的内容 8 1 3 论文设计的目的和意义 8 1 4 相关理论知识介绍 8 1 4 1 PLC 概述 8 1 4 2 PLC 的结构 9 1 4 3 PLC 的应用领域 10 2 2 系统控制方案的确定系统控制方案的确定 11 2 1 花式喷泉的概述 11 2 2 采用 PLC 控制花式喷泉的优点 12 2 3 系统设计的基本步骤 12 2 4 喷泉系统控制方案 13 2 5 喷泉控制系统的原理图 14 3 3 系统硬件设计系统硬件设计 16 3 1PLC 的选型 16 3 1 1 常用 PLC 介绍 16 3 1 2 确定三菱 FX2N 系列可编程控制器 17 3 2 变频器的选型 18 3 3 泵的选型 19 3 4 硬件接线图 20 4 4 喷泉控制系统的软件设计喷泉控制系统的软件设计 22 4 1 花式喷泉的 PLC 控制流程图 22 4 2 I O 分配表 23 4 2 1 输入信号 23 4 2 2 输出信号 24 4 3 I O 接线图 24 4 4 系统工作过程分析 24 4 5 控制系统程序设计 24 4 5 1 喷泉的第一种花样 24 4 5 2 喷泉的第二种花样 27 4 5 3 喷泉的第三种花样 30 4 5 喷泉控制系统的指令表 32 5 5 系统的仿真和调试系统的仿真和调试 33 5 1 仿真软件的选用 33 5 2 系统的调试 33 结论结论 38 致谢致谢 39 参考文献参考文献 40 附录附录 1 1 喷泉总体硬件接线图喷泉总体硬件接线图 41 附录附录 2 2 指令表指令表 41 皖西学院本科毕业论文 设计 第 5 页 1 1 绪论绪论 1 11 1 论文研究的背景论文研究的背景 喷泉是人工环境中最富有生命力的景象 它具有分隔空间 增加层次 净化空气美化环 境的作用 现代高科技把美妙的音乐 各种喷泉造型 水下灯光 神奇的激光图文 通过 计算机有机的结合在一起 给人以音乐声响 视觉形象 色彩变换三位一体的超自然享受 随着我国人民物质和精神生活水平的不断提高 现在许多城市的市民广场 单位居民生活区 里都能看到各种形式的喷泉 随着科学技术突飞猛进的发展 在喷泉工程中采用了大量的高 新技术 在人们的视觉和听觉上形成和谐的统一 使人们在精神上有种愉悦的感受 从而使 喷泉效果更多绚丽多彩 阿罗多姿 令人赏心悦目 流连忘返 图 1 喷泉实际示意图 喷泉控制的实现方法很多 本设计题目基于可编程逻辑控制器 PLC 的喷泉控制系统 可编程逻辑控制器 PLC 不仅能够进行多种水型切换 而且能够将各种水型 灯光 按照 预先设定的排列组合进行控制程序的设计 使水型 灯光实现多姿多彩的变化 通过计算机 与 PLC 之间的通信来监控喷泉的状态与效果 进而控制电动机 以达到顺利实现工业控制的 要求及目的 同时还要达到低功耗 高性价比 运行安全可靠等基本要求 可编程控制器是一种进行数字运算的电子系统 是专为在工业环境下的应用而设计的工 业控制器 它采用了可以编程的存储器 用来在其内部存储执行逻辑运算 顺序控制 定时 计数和算术运算等操作的指令 并通过数字或模拟式的输入和输出 控制各种类型机械的生 皖西学院本科毕业论文 设计 第 6 页 产过程 PLC 是继电器逻辑控制系统发展而来 所以它在数学处理 顺序控制方面具有一定优势 继电器在控制系统中主要起两种作用 l 逻辑运算 2 弱电控制强电 PLC 是集自动控制技术 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 PLC ROBOT CAD CAM 的首位 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 可靠性高 抗干扰能力强 1 设计 安装容易 维护工作量少 2 功能强 通用性好 3 开发周期短 成功率高 4 体积小 重量轻 功耗低等特点 5 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 并已成为实现工业生产自动化的支柱产品 与继电 接触器 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 维护 维修 能直接推动电磁阀 接触器与于之相当的执行机构 能向中央执行 机构 能向中央数据处理系统直接传输数据等 因此 进行 喷泉的 PLC 控制系统的设计 可以推动喷泉行业的发展 扩大 PLC 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 21 2 论文设计的内容论文设计的内容 本设计将在以下几个方面对喷泉的控制系统进行研究和论证 1 喷泉类型的选择 综合喷泉的类别和各类的特点和要求 在本课题中主要研究能有 三种喷水花样可供选择 能够控制每环喷水管喷水的高度 喷水时要有灯光显示 可以根据 不同的季节 不同的场合可改变喷水的花样 将各种水型及灯光 按照预先设定的排列组合 进行控制程序的设计 通过计算机运行程序发出控制信号 使水型及灯光有各种各样的变化 2 喷泉硬件系统的设计 本课题设计的花式喷泉要求运行迅速准确度高 在喷泉的各 层检测系统中大量运用的具有检测精度高 寿命长 稳定性能好的接近传感器 运用感应器 的开关量信号输入给 PLC 来实现控制 由于本课题的具体需求在硬件系统的设计过程中主要 考虑了喷泉的经济实用 稳定 灵活 美观的需要 皖西学院本科毕业论文 设计 第 7 页 3 喷泉控制系统软件的设计 在本设计中选用了目前运用最多的 PLC 编程语言梯形图 梯形图的编程能直观明了的设计喷泉控制的要求 1 31 3 论文设计的目的和意义论文设计的目的和意义 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 交流变频调速技术已进入个崭新的时代 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 可编程序控制器 PLC 因为稳定可靠 结构简单 成本低廉 简单易学 功能强大和使 用方便已经成为应用面最为广泛的通用工业控制装置 成为当代工业自动化的主要支柱之一 喷泉控制要求接入设备使用简便 对应于系统组态的编程简单 具有人性化的人机界面 配备应用程序库 加快编程和调试速度 通过 PLC 对程序设计 提高了喷泉的控制水平 并 改善了喷泉的样式 1 41 4 相关理论知识介绍相关理论知识介绍 1 4 11 4 1 PLCPLC 概述概述 可编程控制器 英文称 Programmablc Controllcr 简称 PLC PLC 是用于工业现场的 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 基于电子计算机 但并不等同于普通计算机 普通计算机进行入出信息变换时 大 多只考虑信息本身 信息入出的物理过程一般不考虑的 而 PLC 则要考虑信息入出的可靠性 实时性 以及信息的实际使用 特别要考虑怎么适应于工业环境 如便于安装 便于维修及 抗干扰等问题 入出信息变换及可靠的物理实现 可以说是 PLC 实现控制的两个基本要点 PLC 可以通过它的外设或通信接口与外界交换信息 其功能要比继电控制装置多的多 强的 多 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 逻辑处理功能 1 数据运算功能 2 准确定时功能 3 皖西学院本科毕业论文 设计 第 8 页 高速计数功能 4 中断处理 可以实现各种内外中断 功能 5 程序与数据存储功能 6 联网通信功能 7 自检测 白诊断功能 8 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 像 PLC 这样 有很丰富的功能 是别的电控器所没有的 更是传统的继电控制电路所无 法比拟的 丰富的功能为 PLC 的广泛应用提供了可能 同时 也为自动门行业的远程化 信 息化及智能化创造了条件 1 4 21 4 2 PLCPLC 的结构的结构 PLC 和一般的微型计算机基本相同 也是由硬件系统和软件系统两大部分组成的 PLC 的硬 件系统由微处理器 CPU 存储器 EPROM ROM 输入输出 I O 部件 电源部件 编程器 I O 扩展单元和其他外围设备组成 各部分通过总线 电源总线 控制总线 地址总线 数 据总线 连接而成 其结构简图如下 图 2 PLC 结构图 存储器 EPRO EPR 微处理器 运算器 控制器 输 出 部 件 受 控 元 件 输 入 部 件 输 入 信 号 I O 扩 展 接 外 部 设 备 I O 扩 展 单 外 设 I O 接 电源 皖西学院本科毕业论文 设计 第 9 页 PLC 的软件系统是指 PLC 所使用的各种程序的集合 通常可分为系统程序和用户程序两 大部分 系统程序是每一个 PLC 成品必须包括的部分 由 PLC 厂家提供 用于控制 PLC 本身 的运行 系统程序固化在 EPROM 中 用户程序是由用户根据控制需要而编写的程序 硬件系 统和软件系统组成了一个完整的 PLC 系统 他们是相辅相成 缺一不可的 1 4 31 4 3 PLCPLC 的应用领域的应用领域 目前 在国内外 PLC 已广泛应用冶金 石油 化工 建材 机械制造 电力 汽车 轻 工 环保及文化娱乐等各行各业 随着 PLC 性能价格比的不断提高 其应用领域不断扩大 从应用类型看 PLC 的应用大致可归纳为以下几个方面 1 开关量逻辑控制 利用 PLC 最基本的逻辑运算 定时 计数等功能实现逻辑控制 可以取代传统的继电器控 制 用于单机控制 多机群控制 生产自动线控制等 例如 机床 注塑机 印刷机械 装 配生产线 电镀流水线及电梯的控制等 这是 PLC 最基本的应用 也是 PLC 最广泛的应用领 域 2 运动控制 大多数 PLC 都有拖动步进电机或伺服电机的单轴或多轴位置控制模块 这一功能广泛用 于各种机械设备 如对各种机床 装配机械 机器人等进行运动控制 3 过程控制 大 中型 PLC 都具有多路模拟量 I O 模块和 PID 控制功能 有的小型 PLC 也具有模拟量输 入输出 所以 PLC 可实现模拟量控制 而且具有 PID 控制功能的 PLC 可构成闭环控制 用于 过程控制 这一功能已广泛用于锅炉 反应堆 水处理 酿酒以及闭环位置控制和速度控制 等方面 4 数据处理 现代的 PLC 都具有数学运算 数据传送 转换 排序和查表等功能 可进行数据的采集 分析和处理 同时可通过通信接口将这些数据传送给其它智能装置 如计算机数值控制 CNC 设备 进行处理 5 通信联网 PLC 的通信包括 PLC 与 PLC PLC 与上位计算机 PLC 与其它智能设备之间的通信 PLC 系统与通用计算机可直接或通过通信处理单元 通信转换单元相连构成网络 以实现信息的 交换 并可构成 集中管理 分散控制 的多级分布式控制系统 满足工厂自动化 FA 系 统发展的需要 皖西学院本科毕业论文 设计 第 10 页 2 2 系统控制方案的确定系统控制方案的确定 2 12 1 花式喷泉的概述花式喷泉的概述 喷泉是一种将水或其他液体经过一定压力通过喷头喷洒出来具有特定形状的组合体 提 供水压的一般为水泵 现代城市中的喷泉形式已十分丰富 随着构筑物的大小及水压等的变化 喷泉或高或低 或珠或雾 精彩纷呈 可分为以下 7 种 1 普通喷泉 只有简单的几种固定水型及灯光 随着电源的开闭而控制喷泉的运行 水型和灯光变化 2 程控喷泉 将各种水型及灯光 按照预先设定的排列组合进行控制程序的设计 通 过计算机运行程序发出控制信号 使水型及灯光有各种各样的变化 3 音乐喷泉 程序控制喷泉基础上加入了音乐控制系统 计算机通过对音频及 MIDI 信 号的识别 进行译码和编码 最终将信号输出到控制系统 使喷泉的造型及灯光的变化与音 乐保持同步 4 水幕激光喷泉 将激光器发出的激光束射在水幕喷头喷出的水膜上 激光束由激光 控制系统编程控制 可发出多种多样的图案及色彩 照射在晶莹透明的水膜上 形成斑斓夺 目的奇异效果 5 水珍珠喷泉 利用特殊音波将水变成球体的喷水装置和全频高速闪光灯的视觉图像 效果的产品组成 6 游戏喷泉 又称感应泉 喷泉水柱根据游人的动作产生反应 而且这种反应具有不 确定性 是一种互动式喷泉 增强了娱乐氛围 7 跳跳喷泉 又名光亮泉 是一种高科技水景艺术 水形似根根晶莹透彻地冰柱 一 串串飞向空中 轻舞飞扬 2 22 2 采用采用 PLCPLC 控制花式喷泉的优点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 工作方式上看 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 顾而无抖动一说 4 定时 记数看 PLC 时钟脉冲由晶振产生 精度高 定时范围宽 有记数功能 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 皖西学院本科毕业论文 设计 第 11 页 2 32 3 系统设计的基本步骤系统设计的基本步骤 N N Y 图 3 可编程控制器的系统设计的流程图 1 深入了解和分析喷泉的工艺条件和控制要求 2 确定 I O 设备 根据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者输入输出端子的 接线图 5 设计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程序 这是整 确定控制对象 及控制范围 PLC 型号选择 硬件设计 投入运行 调整硬件调整软件 调试 软件设计 及模拟 是否 符合设计 要求 皖西学院本科毕业论文 设计 第 12 页 个喷泉系统设计的核心工作 6 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 42 4 喷泉系统控制方案喷泉系统控制方案 喷泉系统的控制要求如下 1 1 2 均为外环形状的喷水管 3 为内环形状的喷水管 4 为星形喷水管 灯光系统 由三条支路组成 分别为绿色灯支路 在 l 2 之间 黄色灯支路 在 2 3 之间 红色灯 支路 在 3 4 之间 2 该喷泉共有三种花样可供选择 按下启动按钮 喷泉即开始工作 按下停止按钮 则停止喷水 喷泉的工作方式 即喷水花样 由选择开关来实现 3 该花式喷泉有三种喷水花样可供选择 第一种花样 4 3 2 1 隔 2 秒依次喷水 一起喷水 1 5 秒后停下 在按 1 2 3 4 的次序隔 2 秒依次喷水 再一起喷 15 秒后停下 以此规律循环 第二种花样 l 3 同时喷水 延时 3 秒后 1 3 停喷 同时 2 4 喷水 交替运行 5 次 后 1 2 3 4 一起喷水 30 秒后停止 以此规律循环 第三种花样 1 2 3 4 按顺序延时 2 秒喷水 然后一起喷 30 秒后 1 2 3 4 再分 别延时 2 秒停喷 以此规律循环 4 通过变频器可以控制每环喷水管的高度 在第一种花样中 1 3 管为慢速正转喷水 2 4 管为中速正转喷水 5 灯光系统的控制 由 PLC 的 X5 输入端为灯光系统控制的选择按钮 当需要灯光配合 时 接通 X5 输入端 此时可实现三路灯光的控制 即 3 4 任意一层喷水时 红色灯亮 2 喷水时 黄色灯亮 所有的喷头喷水时 绿色灯亮 喷泉池示意图如图 所示 皖西学院本科毕业论文 设计 第 13 页 图 4 喷泉布局图 2 52 5 喷泉控制系统的原理图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 个变频器来控 制 4 个水泵 花式喷泉控制系统的原理图如图 所示 按钮 开关信号PLC 电源 变频器水泵 图 5 喷泉控制系统原理图 皖西学院本科毕业论文 设计 第 14 页 图 6 开关控制面板图 其中变频器是运动控制系统中的功率转换器 变频器是利用半导体器件的通断作用将工 频电源转换成为另一频率的电能控制装置 能实现不同频率的交换 本次控制方案是过 PLC 程序按一定得控制目的运算后 由 AO 模块 模拟量输出模块 输 出控制信号 电流或电压信号 至变频器 从而利用一台变频器控制四台电动机 即可实现 PLC 到电机的调速 最终实现对各种喷泉花样的控制 皖西学院本科毕业论文 设计 第 15 页 3 3 系统硬件设计系统硬件设计 3 1PLC3 1PLC 的选型的选型 3 1 13 1 1 常用常用 PLCPLC 介绍介绍 PLC 发展这么多年 技术成熟 各种型号的也很多 各个厂家生产的也有一定区别 各 个重点发展方向也不同 所以我们必须根据自己设计需要 考虑如何选择 1 西门子 S7 200 系列可编程控制器介绍 SIMATIC S7 200 系列 PLC 是德国西门子 Siemens 公司生产的具有很高性能价格比的 微型可编程控制器 西门子是世界上最大的电气和电子公司之一 西门子的中国业务是其亚 太地区业务的主要支柱 活跃在中国的信息与通讯 自动化与控制 电力 交通 医疗 照 明以及家用电器等各个行业中 其核心业务领域是基础设施建设和工业解决方案 S7 200 作为西门子 SIMATIC PLC 家族中的最小成员 以其超小体积 灵活的配置 强大的内置功能 多年来一直广泛服务于国内的各行各业 由于它具有结构小巧 运行速度快 多功能多用 途等特点 因此在工业企业中得到了广泛的应用 S7 200 系列 PLC 在集散自动化系统中充分发挥其强大功能 使用范围可覆盖从替代继 电器的简单控制到更复杂的自动化控制 S7 200 产品凭借其先进性 成熟性和广泛的适用 性在自动化产品中受到广泛的重视 相信此次发布的新产品一定能够满足部分用户的需求 同时在自动化领域中获得更广泛的应用 2 三菱 FX 系列可编程控制器介绍 FX 系列可编程控制器是当今国内外最新 最具特色 最具代表性的微型 PLC 日本三菱 电机公司研发的 在 FX 中 除基本的指令表编程方式外 还可以采用梯形土编程及对应机 械动作流程进行顺序设计的 SFC 顺序功能图编程 而且这些程序可互相转换 FX 系列 PLC 在特殊控制方面不但具备模拟量输入输出控制 而且具有定位控制几 PID 系统控制 在通信方面 能够方便地与 PC 计算机链接实现数据交换与管理 3 1 23 1 2 确定三菱确定三菱 FX2NFX2N 系列可编程控制器系列可编程控制器 三菱与西门子优缺点比较 三菱 PLC 结构灵活 传输质量高 速度快 带宽稳定 范围 广 成本低 适用面广但是数据处理比西门子弱 西门子 PLC 性能强大 可操作性强 有相配套的伺服系统和组态软件但是价钱太高 本设计从速度快稳定同时从价格等方面考虑 所使用的 I O 口不是太多 而且三菱的编 程软件比西门子简单易上手 所以我们选择三菱 FX 2N 型 PLC 如图 所示 皖西学院本科毕业论文 设计 第 16 页 图 7 三菱 FX2N PLC 3 23 2 变频器的选型变频器的选型 变频调速技术是针对固定工频而采取的高效节能措施 工频 50Hz 是发电的最佳频率 但它并非是所有用电设备的最佳工作频率 因而导致许多设备长期处于低频率 低功率引述 运行状态 占全国耗电 2 3 的交流电动机目前大多数还在工频 恒速下运动 运行效率只有 60 左右 为了提高效率 所以在本设计中用到变频器 变频器选型时要确定以下几点 1 采用变频的目的 恒压控制或恒流控制等 2 变频器的负载类型 如叶片泵或容积泵等 特别注意负载的性能曲线 性能曲线决定 了应用时的方式方法 3 变频器与负载的匹配问题 在使用变频器驱动告诉电机时 由于高速电机的电抗小 高次谐波增加导致输出电流地 阿牛值增大 因此用于高速电机的变频器的选型 其容量要稍大于普通电机的选型 变频器如果要长电缆运行时 此时要采取措施抑制长电缆对地耦合电容的影响 避免变 频器出力不足 所以在这样的情况下 变频器容量要更大一档或者在变频器的输出端安装输 出电抗器 对于一些特殊的应用场合 如高温 高海拔 此时会引起变频器的降容 变频器的容量 要放大一档 本设计是通过变频器苏调技术来控制每环喷水的高度 我选用的是 FR S520 E 系列变频调 皖西学院本科毕业论文 设计 第 17 页 速器 3 33 3 泵的选型泵的选型 现在喷泉常用的潜水泵有 QS QY QX QJ 等系列 QS 系列潜水泵体积小 性能可靠 机泵一体 潜入水中运行主要优越性是 运行可靠 经久耐用 使用方便 功率大 故障少 维修费用低等 QY 系列潜水泵 QY 型潜水电泵由电动机 水泵和密封三部分组成 电泵的上端 多为离 心式水泵 下端为三相鼠笼立式异部电动机 电机全部采用优质整圆硅钢片 效率高 耗电 少潜水深度不超过 5 米水温不超过 40 QX 系列潜水泵工程潜水泵泵电一体 结构紧凑 非常适合于基建及矿山的搬运和安装 无需引水 使用简便双端密封 电器保护设计合理 性能优良 几无噪音 QJ 系列潜水泵电机与水泵直联 机组全部潜入水中工作 具有结构紧凑 安装 维护 方便 体积小 重量轻 高效节能等特点 工作条件 1 工作介质为清水或化学性质类似 于清水的液体 额定扬程 150 米额定流量 10 立方米 小时 从该喷泉所需的扬程 流量 水质 价格等方面考虑该喷泉选择 QS 系列的潜水泵 如 图 8 所示 图 8 QS 系列潜水泵 皖西学院本科毕业论文 设计 第 18 页 3 43 4 硬件接线图硬件接线图 系统的硬件连接图即 PLC 控制和系统中各个硬件的连线 具体的如图 9 10 所示 图 9 PLC 控制布局接线图 如图所示喷泉系统控制布局 控制开关如下 1 按下启动按钮和灯控按钮 开始运行 2 按下位置开关 1 则是第一种花样喷泉 3 按下位置开关 2 则是第二种花样喷泉 4 按下位置开关 3 则是第三种花样喷泉 皖西学院本科毕业论文 设计 第 19 页 KM7KM8 QS5 M FR4 KM5KM6 QS4 M FR3 KM4 QS3 M FR2 KM2 QS2 M FR1 L1 L2 L3 PH U 变 频 器 V W QS1 KM1KM3 QS L1 L2 L3 图 10 变频器和水泵接线图 如图是变频器与水泵的硬件接线电路 通过变频器的控制从而改变电动机的转速来控制 水的流量与喷射高度 最终与灯光的组合形成各种喷泉花样 皖西学院本科毕业论文 设计 第 20 页 4 4 喷泉控制系统的软件设计喷泉控制系统的软件设计 4 14 1 花式喷泉的花式喷泉的 PLCPLC 控制流程图控制流程图 花式喷泉的程序控制流程图见图 11 N Y NN YY NN YY 图 11 系统控制流程图 如图 11 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 开始 是否按下自动运行 是否按下花样选择 水泵进入工作状态 是否按下启动 水泵进入工作状态 系统按设定程序自动运行 花样选择 3 花样选择 2 花样选择 1 系统按设定程序自动运行 是否按下停止是否按下停止 结束 皖西学院本科毕业论文 设计 第 21 页 不按 则回到初始状态 接着选择喷水花样 共三种喷水花样可供选择 如不选择喷水花样 系统则只保持通电状态 如按下花样选择开关 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 4 24 2 I OI O 分配表分配表 4 1 输入 I O 分配表 序号输入说明 1X0 停止说明 2X1 启动按钮 3X2 选择开关 1 的位置 4X3 选择开关 2 的位置 5X4 选择开关 3 的位置 6X5 灯控按钮 4 2 输入 I O 分配表 序号输出说明 1Y0 电源指示 2Y1 控制 1 管喷水 3Y2 控制 2 管喷水 4Y3 控制 3 管喷水 5Y4 控制 4 管喷水 6 红色灯红色灯 7Y6 黄色灯 8Y7 绿色灯 9Y8 中速 10Y9 慢速 11Y10 正转 4 2 14 2 1 输入信号输入信号 停止按钮 SQ1 I 0 0 启动按钮 SQ2 I 0 1 花样选择位置 1 开关 SQ3 I 0 2 花样选 择位置 2 开关 SQ4 I 0 3 花样选择位置 3 开关 SQ5 I 0 4 红灯控制开关 SQ6 I0 5 皖西学院本科毕业论文 设计 第 22 页 4 2 24 2 2 输出信号输出信号 1 号喷头喷水开关接触器 KM1 Q0 1 2 号喷头喷水开关接触器 KM2 Q0 2 3 号喷头喷水开关接触器 KM3 Q0 3 4 号喷头喷水开关接触器 KM4 Q0 4 4 34 3 I OI O 接线图接线图 KM1 KM2 KM3 KM4 1L 1MI0 0I0 1I0 2I0 3I0 4I0 5I0 6 Q0 0 Q0 1 Q0 2 Q0 3 Q0 4 Q0 5 图 12 PLC 接线图 4 44 4 系统工作过程系统工作过程分析分析 1 按下启动按钮和灯控按钮 开始运行 2 按下位置开关 1 则是第一种花样喷泉 3 按下位置开关 2 则是第二种花样喷泉 4 按下位置开关 3 则是第三种花样喷泉 5 无论哪种花样喷泉 只要当第三或者第四任意一层喷水的时候 黄灯亮 当第二层 喷水的时候 红灯亮 当所有喷水时 绿灯亮 6 按下停止按钮 则运行结束 4 54 5 控制系统程序设计控制系统程序设计 4 5 14 5 1 喷泉的第一种花样喷泉的第一种花样 按下启动按钮 第 4 层的喷头开始喷水 依次实现第 4 层 第 3 层 第 2 层 第 1 层的喷水 间隔 2s 其如 图所示 2s 2s 2s 15s 15s 2s 2s 2s 15s 15s 第 4 层喷水 第 1 层喷水 第 2 层喷水 第 3 层喷水 第 1 层喷水 第 4 层喷水 第 3 层喷水 第 2 层喷水 皖西学院本科毕业论文 设计 第 23 页 当选择开关 2 的位置时 喷泉运行第一种花样 4 3 2 l 隔 2 秒依次喷水 一起喷 水 l 5 秒后停下 再按 l 2 3 4 的次序隔 2 秒依次喷水 再一起喷 l5 秒后停下 以此规 律循环 l 3 管以慢速正转喷水 2 4 管以中速正转喷水 当第三或者第四任意一层喷水 的时候 黄灯亮 当第二层喷水的时候 红灯亮 当所有喷水时 绿灯亮 梯形图如下 Network1 10 210 0T40Q0 0 Q0 0 T44 T3710 0T40Q0 1 IN PT TON Network2 20 IN PT TON 20 T38 Q0 1 Network3 T3810 0T40Q0 2 Q0 2 IN PT TON 20 T38 T39 皖西学院本科毕业论文 设计 第 24 页 Network5 T4010 0T44Q0 4 Q0 4 T4110 0T44Q0 5 IN PT TON Network6 20 IN PT TON 20 T42 Q0 5 T41 Network7 T4210 0T44Q0 6 Q0 5 T4310 0T44Q0 7 IN PT TON Network8 20 IN PT TON 150 T44 Q0 7 T43 皖西学院本科毕业论文 设计 第 25 页 图 13 第一种花样的梯形图 注释 I0 2 为选择开关 2 I0 0 为停止开关 Q0 0 Q0 7 为四号喷水管 Q0 1 Q0 6 为三 号喷水管 Q0 2 Q0 5 为二号喷水管 Q0 3 Q0 4 为一号喷水管 T37 到 T44 为 100ms 的的定时器 M3 4 为显示的黄灯 M0 2 为显示的红灯 M0 0 为显示的绿灯 4 5 24 5 2 喷泉的第二种花样喷泉的第二种花样 第 1 3 层的喷头开始喷水 间隔 3s 后 第 2 4 层开始喷水 如图 3s3s 5 次 30s 当选择开关 3 的位置时 喷泉第二种花样 l 3 同时喷水 延时 3 秒后 l 3 停喷 同时 2 4 喷水 交替运行 5 次后 l 2 3 4 一起喷水 30 秒后停止 以此规律循环 1 3 管 以慢速正转喷水 2 4 管以中速正转喷水 当第三或者第四任意一层喷水的时候 黄灯亮 当第二层喷水的时候 红灯亮 当所有喷水时 绿灯亮 梯形图如下 第 1 层喷水 第 4 层喷水 第 3 层喷水 第 2 层喷水 第 2 4 层喷水水 喷水喷水 第 1 3 喷水水喷 水喷水 皖西学院本科毕业论文 设计 第 26 页 Network5 Q0 2M3 4 Q0 3 Q0 6 Q0 7 Network6 Q0 2M3 4 Q0 3 Network7 Q0 1M0 2 Q0 3Q0 0M0 0 Network8 皖西学院本科毕业论文 设计 第 27 页 图 14 第二种花样的梯形图 注释 I0 3 为选择开关 3 I0 0 为停止开关 Q0 0 Q0 4 为一号喷水管 Q0 2 Q0 6 为三 号喷水管 Q0 1 Q0 5 为二号喷水管 Q0 3 Q0 7 为四号喷水管 T37 到 T39 为 100ms 的的定时器 C1 为计数器 M3 4 为显示的黄灯 M0 2 为显示的红灯 M0 0 为显示的 绿灯 4 5 34 5 3 喷泉的第三种花样喷泉的第三种花样 四层逐次停喷 间隔 2s 如图所示 2s 2s 2s 15s 当选择开关 4 的位置时 第三种花样 I 2 3 4 按顺序延时 2 秒喷水 然后一起喷 30 秒后 l 2 3 4 再分别延时 2 秒停喷 以此规律循环 1 3 管以慢速正转喷水 2 4 管以中速正转喷水 第三或者第四任意一层喷水的时候 黄灯亮 当第二层喷水的时候 红 灯亮 当所有喷水时 绿灯亮 梯形图如下 第 1 层停喷 水 第 4 层停喷 水 第 3 层停喷 水 第 2 层停喷 水 皖西学院本科毕业论文 设计 第 28 页 图 15 第三种花样的梯形图 注释 I0 4 为选择开关 4 I0 0 为停止开关 Q0 3 为四号喷水管 Q0 2 为三号喷水管 皖西学院本科毕业论文 设计 第 29 页 Q0 15 为二号喷水管 Q0 0 为一号喷水管 Q0 4 到 Q0 7 为辅助线圈 T37 到 T44 为 100ms 的的定时器 M3 4 为显示的黄灯 M0 2 为显示的红灯 M0 0 为显示的绿灯 4 54 5 喷泉控制系统的喷泉控制系统的指令表指令表 见附录 见附录 皖西学院本科毕业论文 设计 第 30 页 5 5 系统的仿真和调试系统的仿真和调试 5 15 1 仿真软件的选用仿真软件的选用 仿真 PLC 具有实际 PLC 所没有的功能 首先 仿真 PLC 可以立即暂时停止执行用户程序 对程序状态不会有什么影响 其次 仿真 PLC 由 RUN 模式进入 STOP 模式不会改变输出的状 态 再次 在视图对象中的变动立即使对应的存储区中的内容发生相应改变 实际的 CPU 要 等到扫描结束时才会修改存储区 第四 仿真 PLC 可以选择单次扫描或者连续扫描 第五 可使定时器自动运行或者手动运行可以手动复位全部定时器或复位制定的定时器 第六 仿 真 PLC 可以对过程影存储器与外设存储器的处理等 本设计采用 GX developer8 软件进行系统的仿真 通过执行用户程序来检查系统的功能 5 25 2 系统的调试系统的调试 花样一仿真图见图 16 和 17 图 16 花样 1 仿真图 a 当按下 I0 0 启动按钮后 按下花样 1 选择开关 I0 2 时 M0 0 得电 M0 1 得电 当 M0 6 得电的时候 Q0 2 和 Q0 4 同时得电 按下停止按钮 I0 1 时 系统断电 皖西学院本科毕业论文 设计 第 31 页 图 17 花样 1 仿真图 b 当按下 I0 0 启动按钮后 按下花样 1 选择开关 I0 2 时 M0 0 得电 M0 1 得电 当 M0 5 得电的时候 Q0 1 和 Q0 3 同时得电 按下停止按钮 I0 1 时 系统断电 花样 2 仿真图见图 18 和图 19 图 18 花样 2 仿真图 a 当按下 I0 0 启动按钮后 按下花样 1 选择开关 I0 3 时 M0 0 得电 M0 2 得电 当 M1 2 得电的时候 Q1 1 得电 按下停止按钮 I0 1 时 系统断电 皖西学院本科毕业论文 设计 第 32 页 图 19 花样 2 仿真图 b 当按下 I0 0 启动按钮后 按下花样 1 选择开关 I0 3 时 M0 0 得电 M0 2 得电 当 M1 5 得电的时候 Q1 4 得电 按下停止按钮 I0 1 时 系统断电 花样 3 仿真图见图 20 和图 21 图 20 花样 3 仿真图 a 当按下 I0 0 启动按钮后 按下花样 1 选择开关 I0 4 时 M0 0 得电 M0 3 得电 当 M2 2 得电的时候 Q2 2 得电 按下停止按钮 I0 1 时 系统断电 皖西学院本科毕业论文 设计 第 33 页 图 21 花样 3 仿真图 b 当按下 I0 0 启动按钮后 按下花样 1 选择开关 I0 4 时 M0 0 得电 M0 3 得电 当 M2 4 得电的时候 Q2 3 得电 按下停止按钮 I0 1 时 系统断电 自动运行仿真图见图 22 和图 23 图 22 自动运行仿真图 a 按下自动开关 I0 5 M0 1 得电后 当 M1 3 得电时 Q1 2 得电 皖西学院本科毕业论文 设计 第 34 页 图 23 自动运行仿真图 b 按下自动开关 I0 5 M0 3 得电后 当 M2 3 得电时 Q2 2 得电 通过对本系统的仿真调试 可以看出 当按下启动按钮 I0 0 时 M0 0 得电并保持 按 下花样选择开关以后 系统按照设定的程序运行并最终得到实现 当按下自动运行开关时 系统进入自动运行状态 当按下停止按钮 I0 1 时 系统立即停止运行 皖西学院本科毕业论文 设计 第 35 页 结论结论 通过本次毕业设计 利用 PLC 在控制系统上的优越性 使喷泉在现实生活中的喷水花 样 变化更多样 更加完美 本设计利用了 PLC 体积小 功能强 可靠性高 且具有较大的 灵活性和可扩展性的特点 通过改变喷泉的控制系统程序或改变方式选择开关 从而可以改变 喷泉的喷水规律 从而变换出各式花样 以适应不同季节 不同场合的喷水要求 能给人的视 觉上带来一种更加美的享受 近年来 可编程控制器技术在中国的发展异常迅猛 各生产厂家也推出了许多功能强大 的新型 PLC 特殊功能模块和通信联网器件 使可编程控制器成为集微机技术 自动化技术 通讯技术于一体的通用工控机装置 且使其成为实现工业自动化的一种强有力的工具 在工 业控制的各个领域得到了广泛的应用 皖西学院本科毕业论文 设计 第 36 页 致谢致谢 随着毕业日子的到来 毕业设计也接近尾声 通过这次毕业设计发现自己的有很多不 足之处 书到用时方恨少 这是我这次做毕业设计感受最大的一个问题 平时我们学习是 没有带着目的去学习 而是单纯的应付考试 所以学了知识很快也会忘掉 而且本次毕业设 计也涉及了很多专业软件和基本办公软件的操作的运用 这些其实都是平时在学校里可以锻 炼与提高的 可是我却没有好好把握 所以这也给了我一个大大的警钟 本毕业设计从开始设计到最终的完成都离不开我的指导老师卢承领老师的悉心指导和 帮助 在设计过程中 我通过查阅大量有关资料 与同学交流经验和自学 并向老师请教等 方式 使自己学了不少知识 也经历了不少艰辛 但也得到了巨大的收获 在整个设计中我 懂得了许多东西 也培养了我独立工作的能力 提高了自己动手能力 树立了对自己工作能 力的信心 使我充分体会到了在创造过程中探索的艰辛和成功的喜悦 虽然我的这个设计不 太好 但是在设计过程中所学到的东西是这次毕业设计给我的最大收获和财富 这将会对我 以后有很大的帮助 在完成设计的过程中 感谢众多同学和任课教师的热情帮助 最后 衷心感谢各位老师对我的设计进行评审 有不足之处 敬请批评指正 皖西学院本科毕业论文 设计 第 37 页 参考文献参考文献 1 陈刚 基于 S7 200PLC 控制的邮件自动分拣系统 机电一体化 2008 03 期 2 郑堤 唐可洪 机电一体化基础 北京 机械工业出版社 1997 7 3 王庭 可编程控制器原理及应用 北京 国防工业出版社 2005 7 4 秦春斌 张继伟 PLC 基础及应用教程 三菱 FX2N 系列 北京 机械工业出版社 2010 10 5 颜全生 PLC 编程设计与实例 北京 机械工业出版社 2009 7 6 朱文胜 赵斯军 电气与 PLC 综合控制技术 苏州大学出版社 2008 7 路林吉 王坚 可编程控制器原理及应用 清华大学出版社 2002 8 廖常初 FX 系列 PLC 编程及应用 北京 机械工业出版社 2005 9 杨青杰等 三菱 FX 系列 PLC 应用设计指南 北京 机械工业出版社出版社 2008 年 10 章国华 苏东 典型生产线原理 安装与调试 北京理工大学出版社 2009 04 11 计时鸣 机电一体化控制技术与系统 西安电子大学出版社 2009 06 12 华满香 电气控制及 PLC 应用 人民邮电出版社 20090 5 13 邓其贵 周炳 变频器操作与工程项目应用 北京理工大学出版社 2009 08 14 张玉华 陈金艳 贾玉芬 可编程控制器原理及应用 三菱机型 M 北京大学出版社 2009 15 殷培