电器控制与PLC论文课程设计

1、电气控制与plc课程设计题 目: 自动喷泉的plc控制 院系名称： 电气工程学院 专业班级： 自动化0702 学生姓名： 王亮 学 号： 20074280223 指导教师： 马利 设计地点： 中2-211 设计时间： 2010.06.21-2010.06.26 成绩：指导老师签名： 日期： iii摘 要可编程控制器控制固态继电器的工作情况，它所具有的准确、精密、快速、稳定的特点和多点控制的功能已使它成为现代高技术喷泉工程中不可缺少的设备。 本系统采用plc作为控制器设计喷泉控制系统，以晶闸管作为功率开关元件，由于晶闸管承受过电压、过电流的能力较差，因而不能长时间运行。但采用plc能有效的解决这

2、一问题，同时，plc具有很强的自诊断功能，迅速方便的检查出故障，缩短检修时间。设计中采用三菱fx2n系列plc，设计了一个具有四种喷泉选择并用彩灯作指示的简易喷泉系统，并介绍了硬件配置、设计方案以及软件设计和梯形图。关键词 ：喷泉、接触器、自动控制系统、梯形图、plc目录1 引言111 系统设计方案1111 功能描述1112 方案论证2113 控制方案32 硬件设计321 电器元件的选择3211 接触器的选择3212 指示灯的选择3213 plc的选择323 执行器的选择424 i/o分配425 电路图43 软件设计531 控制方案的描述532 流程图733 程序834 中间变量的记录94 调

3、试记录105 总结10设计心得11参 考 文 献121 引言在许多休闲广场、景区或游乐场所里,人们经常看到喷泉按一定的规律喷水,景色迷人;若在夜晚配上各种颜色的灯光显示,则更加绚丽多彩。传统的喷泉控制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。若采用plc 控制,利用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程序或改变方式选择开关,就可以改变花式喷泉的喷水规律,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。喷泉原是一种自然景观，是承压水的地面露头。园林中的喷泉，一般是为了造景的需要，人工建造的具有装饰性的喷水装置。喷泉可以湿润周

4、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。因此，喷泉有益于改善城市面貌和增进居民身心健康。 传统的喷泉控制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。若采用plc 控制,利用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程序或改变方式选择开关,就可以改变花式喷泉的喷水规律,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11 系统设计方案111 功能描述在喷泉控制系统中，应用单片机控制原理，通过可控硅作为功率开关元件，完成对潜水泵间歇工作的控制，可实现各种花样的喷水，但是这种控制系统在实践中存在以下

5、缺点：由于可控硅承受过电压、过电流的能力差，因而不能长时间运行；需要配置较多的保护电路；程序的增减、修改和运行监视不灵活；抗干扰能力差；功率因数较低等。为有效解决上述问题，确保控制系统的正常运行，采用plc来控制喷泉控制系统采用plc来控制喷泉控制系统，有效的解决单片机控制的不稳定性，提高了系统运行的可靠性，同时利用plc的定时功能，计数功能，步进功能，可灵活地编写，增减和修改程序。而且，plc还具有很强的自诊断功能，迅速方便的检查判断出故障，缩短检修时间，也不需要很多配套的外围设备和大量的复杂的接线，因而大大缩短设计、施工和投产周期。 该plc控制的喷泉系统中有三个环形喷管，一个中心喷管。分

6、别用四个彩灯指示四个喷管的工作状态。一个启动按钮和一个停止按钮分别控制系统的开始工作和停止工作。另有四个按钮分别控制四种喷泉方式，四个按钮由机械作用每次只能有其中一个按下，即确保每次只有一种喷泉方式处于工作状态。112 方案论证（1）plc plc英文全称programmable logic controller ,中文全称为可编程逻辑控制器，定义是:一种数字运算操作的电子系统，专为在工业环境应用而设计的。它采用一类可编程的存储器，用于其内部存储程序，执行逻辑运算,顺序控制，定时，计数与算术操作等面向用户的指令，并通过数字或模拟式输入/输出控制各种类型的机械或生产

7、过程。plc具有通用性强、使用方便、适应面广、可靠性高、抗干扰能力强、编程简单等特点。plc在工业自动化控制特别是顺序控制中的地位，在可预见的将来，是无法取代的。 plc取代传统的继电器电路，实现逻辑控制、顺序控制，既可用于单台设备的控制，也可用于多机群控及自动化流水线。作为工业控制计算机，plc能编制各种各样的控制算法程序，完成闭环控制。在处理模拟量能力、数字运算能力、人机接口能力和网络能力得到大幅度提高，plc逐渐进入过程控制领域，在某些应用上取代了在过程控制领域处于统治地位的dcs系统。 （2）单片机 单片机具有体积小、功耗低、控制功能强、扩展灵活、微型化和使用方便等优点，广泛应用于仪器

8、仪表中，结合不同类型的传感器，可实现物理量各样的控制算法程序，完成闭环控制。在处理模拟量能力、数字运算能力、人机接的测量。今的单片机正向着提高工业环境下控制系统的可靠性和灵活方便地构成应用系统界面的方向发展，并且控制功能越来越丰富。单片机比专用处理器最适合应用于嵌入式系统，因此它得到了最多的应用。特别是它体积小，集成度高。性能稳定，可靠性高。在单片机控制中，由于可控硅承受过电压、过电流的能力差，因而系统不能长时间运行；需要配置较多的保护电路；程序的增减、修改和运行监视不灵活；抗干扰能力差；功率因数较低等。而且单片机价格较高。通过比较论证，从经济因素和使用环境、性能方面考虑，选用plc作为自动喷

9、泉控制系统的控制器。113 控制方案根据喷水控制系统的工艺要求，工作特点，环境等条件，选择合理的设计方案，控制系统采用fx2型plc作为中心控制环节，利用plc的定时控制 ，计数控制以及步进控制来实现外层，内一层，内二层，中心层的不同时序，交替变换的喷水过程。主电路采用交流接触器来控制各层的潜水泵，外层喷水由一台75kw 潜水泵拖动；内一层、内二层喷水分别由一台3kw潜水泵拖动，中心层的喷水由一台55kw 的潜水泵拖动。系统中有三个环形喷管，一个中心喷管。分别用四个彩灯指示四个喷管的工作状态。一个启动按钮和一个停止按钮分别控制系统的开始工作和停止工作。另有四个按钮分别控制四种喷泉方式，四个按钮

10、由机械作用每次只能有其中一个按下，即确保每次只有一种喷泉方式处于工作状态。2 硬件设计21 电器元件的选择211 接触器的选择选用额定电压220v 、 ac-4型的接触器。它有电流余量大、分断能力强、机械寿命长、最大允许操作频率大等特点。广泛应用于风机、泵、机床的接通与分断。212 指示灯的选择 由plc的输入端作为灯光控制的选择按钮，当需要灯光配合时，接通相应输入端。中心层喷水时，红色灯亮；内一层喷水时，黄色灯亮；内2层喷水时，绿色灯亮；外层喷水时，紫色灯亮，起到指示作用。所以选用普通的额定电压220v的ac彩灯即可满足要求。213 plc的选择该控制系统选用三菱公司fx2n 系列的plc。

11、它体积小,重量轻,使用寿命长,编程和维护方便,故障率低,通过扩展模块的连接, 可以增加输入/ 输出点数。本次设计的花式喷泉模型共有7 个输入,5个输出,因此,选用型号为fx2n-32mr 继电器输出型的plc。23 执行器的选择利用plc的定时控制 j，计数控制以及步进控制来实现外层，内一层，内二层，中心层不同时序，交替变换的喷水过程。主电路采用交流接触器来控制各层的潜水泵，外层喷水由一台75kw 潜水泵拖动；内一层、内二层喷水分别由一台3kw潜水泵拖动，中心层的喷水各由一台55kw 的潜水泵拖动，潜水泵的技术参数见表2.3表2.3 潜水泵参数功率额定扬程水泵型式额定电压额定电流绝缘等级额定转

12、速3k7m轴流泵380v7.5ae28605.5k10m离心泵380v11.6ab28007.5k15m离心泵380v15ab280024 i/o分配 表2.4 i/o分配表 输入信号 输出信号 地址 元件功能 地址 元件 功能 x0 sb1启动按钮y0km1喷头1（中心层） x1 sb2停车按钮y1km2喷头2（内2层） x2sa1花样选择开关位置1y2km3喷头3（内1层） x3sa2花样选择开关位置2y3km4喷头4（外层） x4sa3花样选择开关位置3 x5sa4花样选择开关位置425 电路图 喷泉控制系统电路图如下图所示：3 软件设计31 控制方案的描述 控制系统采用fx2型plc作

13、为中心控制环节，利用plc的定时控制 ，来实现外层，内一层，内二层，中心层的不同时序，交替变换的喷水过程。主电路采用交流接触器来控制各层的潜水泵，有三个环形喷管，一个中心喷管。分别用四个彩灯指示四个喷管的工作状态。一个启动按钮和一个停止按钮分别控制系统的开始工作和停止工作。另有四个按钮分别控制四种喷泉方式，四个按钮由机械作用每次只能有其中一个按下，即确保每次只有一种喷泉方式处于工作状态喷泉系统平面布置如图3.1所示，其中有外层环形状的喷水管，内1、2层环形状的喷水管,中心层星形喷水管。该花式喷泉有四种喷水花样可供选择：按钮x2被按下时工作在第一种花样,内1层开始喷水。5秒后，中心层开始喷水并持

14、续5秒，同时内1层停止喷水，5秒后内1层再次开始喷水依次循环。按钮x3被按下时工作在第二种花样，外层先喷水3秒后，内2层开始喷水并持续3秒，同时外层停止喷水，3秒后外层再次开始喷水依次循环。按钮x4被按下时工作在第三种花样,外层首先喷水并持续3秒，之后内1层开始喷水，同时外层停止喷水。间隔3秒后内2层开始喷水，同时内1层停止喷水。持续3秒后中心层开始喷水，同时内2层停止喷水。中心层开始喷水3秒后停止彭水，同时外层再次开始喷水，间隔3秒依次循环。按钮x5被按下时工作在第四种花样, 内层首先喷水并持续2秒，之后内2层开始喷水，同时外层停止喷水。间隔2秒后内1层开始喷水，同时内2层停止喷水。持续秒后

15、外层开始喷水，同时内1层停止喷水。外层持续喷水10秒后停止实现单周期喷水。图3.1喷泉系统平面布置图32 流程图 方式1 方式2 方式3 方式4图3花样喷泉顺序功能流程图程序33 程序喷泉控制系统梯形图程序34 中间变量的记录 按下sb1整个系统开始工作 ，按下sb2系统停止工作， sa1、sa、sa3、sa4是花样选择开关在sb1按下情况按不同花样进行喷水，彩灯l1、l2、l3、l4分别指示各层的工作情况。系统工作借助内部辅助寄存器m0-m7、m100-m103实现控制作用，借助定时器实现定时控制，特殊用辅助继电器m8002实现单周期控制。 4 调试记录开启启动按钮后，按下选择按钮，每一时刻

16、只有一个彩灯指示：x1被按下时指示彩灯点亮顺序：l3亮5sl1亮5s l3亮5s x2被按下时指示彩灯点亮顺序：l4亮3sl2亮3sl4亮3s x3被按下时指示彩灯点亮顺序：l4亮3sl3亮3sl2亮3sl1亮3sl4亮3sx4被按下时指示彩灯点亮顺序：l1亮2sl2亮2sl3亮2sl4亮2s全部熄灭5 总结通过对plc的课程设计来控制喷泉控制系统，我认识到plc能有效的解决单片机控制的不稳定性，提高了系统运行的可靠性，同时利用plc时功能，计数功能，步进功能，可灵活地编写，增减和修改程序。而且，它具有很强的自诊断功能，迅速方便的检查判断出故障，缩短检修时间，也不需要很多配套的外围设备和大量的

17、复杂的接线，因而大大缩短设计、施工和投产周期。实现了用选择开关控制喷水花样,因而使整个控制系统具有更大的灵活性。该控制系统只适合输入/ 输出点数不超过20 点的喷泉使用。若用于大型喷泉的控制,只需增加一个i/ o 扩展模块即可。同时此系统也存在许多不足，比如可以增加一个显示模块或着上位机组态可以更方便、直观地改变喷水时间,从而改变喷水规律,提高控制系统的易操作性。另外plc的程序编程设计简单、通过对梯形图的设计能有效的完成控制。设计心得通过一周的plc课程设计，让我很好的锻炼了理论联系实际，与具体项目、课题相结合开发、设计产品的能力。既让我们懂得了怎样把理论应用于实际，又让我们懂得了在实践中遇

18、到的问题怎样用理论去解决。在本次设计中，我们还需要大量的以前没有学到过的知识，于是图书馆和internet成了我们很好的助手。在查阅资料的过程中，我们要判断优劣、取舍相关知识，不知不觉中我们查阅资料的能力也得到了很好的锻炼。我们学习的知识是有限的，在以后的工作中我们肯定会遇到许多未知的领域，这方面的能力便会使我们受益非浅。在设计过程中，总是遇到这样或那样的问题。有时发现一个问题的时候，需要做大量的工作，花大量的时间才能解决。自然而然，我的耐心便在其中建立起来了。为以后的工作积累了经验，增强了信心。参 考 文 献1 常晓玲主编.电气控制系统与可编程控制器.北京:机械工业出版社,2004.1(1) 2 可编程控制应用技术.廖常初，重庆大学出版社 3 电器控制.李仁,机械工业出版社4 可编程控制器原理及应用教程.孙振强，清华大学出版社5 可编程控制器原理及应用. 范建东，华南理工大学出版社6 plc应用开发技术与工程实践.求是科技