自动双层停车场控制设计

1、河南科技大学课程设计说明书课程名称电气控制技术课程设计题 目景观喷泉PLC控制学院 农业装备工程学院班级 农电131班学生姓名 鲁泳泳指导教师 王甲甲日 期2016 年6月22日电气控制技术课程设计任务书姓名班级学号设计题目景观喷泉PLC$制 课题完成的功能、设计任务及要求、技术参数 实现功能喷泉可以起到净化空气，美化环境的作用，系统功能如下：（1）喷泉有A、B、C三组喷头；（2）按下开始按钮后，A组先喷，10s后停，然后B组和C组同时喷；（3） 10s后B停，再10s后C停；（4） A、B又喷，5s后，C也喷，持续 10s后全停；（5）再5s后重复上（2） （4）步；（6）按下停止按钮后，

2、A、B、C3组喷头 全部停止。喷泉水柱的高低由水泵控制，水泵是由三相异步电动机组成的，由变频器控制 电机的转速，使水柱发生变化 设计任务及要求1、根据系统功能，确定输入输出点数，选择 PLC的型号和扩展模块；2、设计电机主电路；3、建立I/O分配表，完成PLC与输入/输出信号的的外部接线；4、按系统的控制要求，用梯形图设计程序；5、上机调试、完善程序；6、按学校规定格式，撰写、打印设计说明书一份；设计说明书应在4000字以上。技术参数1 .三相异步电动：额定功率 1Kw,额定电压380V,额定转速1450rpm。设计任务及要求2 .根据控制要求，制定合理的设计方案。3 .正确选用PLG确定输入

3、、输出设备。完成 PLCI/O点分配，并绘制接线图。4 .设计PLC$制程序（1）绘制系统功能表图（2）设计梯形图，并加以注释 （3）模拟调试5 .绘制有关图纸：电气控制原理图（主电路和控制电路）6 .完成课程设计说明书，总量不少于15页A4纸。设计时间安排查阅资料（1天）、设计并绘制电气控制原理图（2天）、设计PLC$制程序（2天）、模拟调试（2天）、撰写课程设计说明书（2天）、答辩（1天）主要参考文献1 .黄永红.电气控制与PLCZ用技术，北京：机械工业出版社，2011.2 .王建华.电气工程师手册，北京：机械工业出版社，2006.3 .吴晓君.电气控制课程设计指导，北京：中国建材工业出版

4、社，2007.指导教师签字:摘要随着人民生活水平的提高，城市环境建设日益为人们所重视。喷泉作为一种观 赏性较高的艺术水景，不断出现在城市广场、居民小区、公园等场所。它不仅可以 增加空气湿度，减少空气中的尘埃，降低空气湿度，更为人们生活增添了不少情趣。 自动控制喷泉能自动且连续的改变其形态，呈现丰富多彩的花样变化，从而给人以 美好的视觉感受。由单片机或可编程控制器PLC组成的小型喷泉系统在软件及硬件均可较好的满 足控制喷泉花样变化的要求。自动喷泉控制实现的方法很多，本设计题目为基于可 编程逻辑控制器（S7-200系列PLQ的喷泉控制系统，用 PLC不仅能够进行多种 水型切换，而且能将各种水型，按

5、照预先设定的排列组合进行控制程序的设计，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。本设计是由PLC程序控制水泵的通断，由变频器来控制水泵的转速，从而控制 喷水柱的高低。关键词：花样喷泉；变频器；S7-200 PLC第1章绪论1.1 课题的提出喷泉是人工环境中观赏价值最高、最富有生命力的理想景观之一。规模可大 可小，射程可高可低，喷出的水，大者如珠，细者如雾，变化万千，引人入胜。 喷泉景观概括来说可以分为两大类：一是因地制宜，根据现场地形结构，仿照天 然水景制作而成，如：壁泉、涌泉、雾泉、管流、溪流、瀑布、水帘、跌水、水 涛、漩

6、涡等。二是完全依靠喷泉设备人工造景。这类水景近年来在建筑领域广泛 应用，发展速度很快，种类繁多，有音乐喷泉、程控喷泉、摆动喷泉、跑动喷泉、 光亮喷泉、游乐喷泉、超高喷泉、激光水幕电影等。在游人和居民经常光顾的场所，如公园、广场、旅游景点及一些知名建筑前， 经常会修建一些喷泉供人们休闲、观赏。这些喷泉按一定的规律改变喷水式样， 如果再与五颜六色的灯光相配合，在和和谐优雅的音乐中，更使人心旷神怡，流 连忘返。利用PLC控制喷泉喷水方式，产生各样的样式。在系统的硬件组成以及 软件的实现，通过PLC控制电磁阀开关来决定喷水的效果。实际应用效果良好。 供人们休闲、观赏。花式喷水池是近年来出现的一种园林建

7、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。使用PLC控制花式喷泉，具有使用方便、运行可靠、控制程序设计简单等优点。 PLC编程简便，若需要改变喷水花样和喷水时间，设计方案不必作很大调整，只要 把控制程序作相应的修改，即可实现控制目的。1.2 喷泉的现状与发展不同环境选择不同的喷泉。现在喷泉的应用范围已经不再像原来那么狭窄了， 随着人们对喷泉的造景功能、娱乐功能、环保功能认识的提高，喷泉已经出现了 多种多样的形式。大大提高了可观赏性。适宜于喜庆节日、大型群众集会的广场喷泉和城市主题雕塑喷泉，其

8、水造型 往往是简捷、明快、庄重、大方，给予人们团结进取，凝聚向上的感受。在商业广场、购物中心以及游泳景点的大型激光彩色音乐喷泉，具动感十足 的“水表演”，既欢快、跳跃，又抒情、富有诗意的“水舞蹈”，有些喷泉配之以水幕电影，给人们以变幻无穷，绚丽多姿的视听效果。河、湖自然水面上喷水高度超过百米的高水柱喷泉，具雄伟、壮观的水造型往往成为这个城市或旅游景 点的特征之一。喷泉进入了住宅小区，多与建筑小品和雕塑相映、相伴，既有中、老年人们喜爱 的幽静、典雅的风格，也有适于儿童嬉水，趣味十足的形式。松驰、舒适的环境 氛围给人们愉悦的感受。喷泉是艺术和技术的结合物，建筑艺术、园林艺术、美术以至引伸到人文学、

9、 文学艺术、音乐艺术等都能蕴含到喷泉的设计、创作中。不少成功的作品都注意 喷泉的设计风格与周边的环境、建筑物风格的协调一致，注意当地人文、文化心 理，所以好的方案设计是至关重要的，它是成功的起点。在喷泉方案的制作上，短短的几年时间就从手工制图发展到 photo shop图片 再发展到三维动画制作的光盘描绘的动态喷水方案，计算机技术极大地丰富和开 拓了人们的思维空间。快速、直观、便于保存、易于修改的优点很快地就被建设 方接受，成为喷泉设计方案招投标的必备内容。喷泉的专用产品，设备也在不断地更新换代，新材料、新技术的采用，环保 型的产品更加安全、可靠，售后服务周到、及时，这些都为喷泉的良性发展提供

10、 了技术支撑，使得大多数的喷泉在美化环境之外，还发挥了良好的生态效应社会 效益和广告效应等间接的经济效益。第2章控制系统的设计2.1 喷泉的控制方案喷泉有A、B、C三组喷头（如图2.1）:按下开始按钮后，A组先喷，10s 后停，然后B组和C组同时喷；10s后B停，再10s后C停；A、B又喷，5s 后，C也喷，持续10s后全停；再5s后重复以上步骤；按下停止按钮后，A、B、 C 3组喷头全部停止，控制流程图如图2.2。喷泉水柱的高低由水泵控制，水泵 是由三相异步电动机组成的，由变频器控制电机的转速，使水柱发生变化。图2.1喷泉结构图图2.2控制系统流程图2.2 PLC的工作原理当PLC投入运行后

11、，其工作过程一般分为三个阶段，即输入采样、用户程 序执行和输出刷新三个阶段。完成上述三个阶段称作一个扫描周期。在整个运行 期间，PLC的CPU以一定的扫描速度重复执行上述三个阶段：(1)输入采样阶段在输入采样阶段，PLC以扫描方式依次地读入所有输入状态和数据， 并将它 们存入I/O映象区中的相应得单元内。输入采样结束后，转入用户程序执行和输 出刷新阶段。在这两个阶段中，即使输入状态和数据发生变化，I/O映象区中的相应单元的状态和数据也不会改变。 因此，如果输入是脉冲信号，则该脉冲信号 的宽度必须大于一个扫描周期，才能保证在任何情况下，该输入均能被读入。(2)用户程序执行阶段在用户程序执行阶段，

12、PLC总是按由上而下的顺序依次地扫描用户程序(梯 形图)。在扫描每一条梯形图时，又总是先扫描梯形图左边的由各触点构成的控 制线路，并按先左后右、先上后下的顺序对由触点构成的控制线路进行逻辑运算， 然后根据逻辑运算的结果，刷新该逻辑线圈在系统RAM存储区中对应位的状态； 或者刷新该输出线圈在I/O映象区中对应位的状态；或者确定是否要执行该梯形 图所规定的特殊功能指令。(3)输出刷新阶段当扫描用户程序结束后，PLC就进入输出刷新阶段。在此期间，CPU按照 I/O映象区内对应的状态和数据刷新所有的输出锁存电路，再经输出电路驱动相 应的外设。这时，才是PLC的真正输出PLC的基本结构图如图2.3所示。

13、输 入 接 口 部 件输 出 接 口 部 件中央处理单元 (CPUS)存储器电源部件、 一编程器或其它设备图2.3 PLC的基本结构2.3 总体实现方案根据设计要求，该口泉控制系统由PLG变频器、水泵和电磁阀组成，PLC对喷泉的水泵进行时序控制，而变频器对水泵的转速进行实时控制， 产生各种不 同的喷水造型。要求喷泉控制程序能够产生不同的喷水造型， 并且符合美学表追， 逻辑合理。第3章系统硬件的设计3.1 控制器的选择自二十世纪六十年代美国推出可编程逻辑控制器(Programmable LogicController, PLC)取代传统继电器控制装置以来，PLC得到了快速发展，在世界 各国得到了

14、广泛应用。PLC是由模仿原继电器控制原理发展起来的，二十世纪七十年代的PLC只有开关量逻辑控制，首先应用的是汽车制造行业。它以存储执行逻辑运算、顺序 控制、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，来控制各 类机械或生产过程。用户编制的控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的控制器，可以接收几千个I/O点。对于喷泉控制系统这样，被 控对象是设备连锁、回路很少，采用 PLC较为合适。PLC由于采用通用监控软 件，在组态软件设计方面要容易一些。且 PLC通常都支持现场总线，会使得系

15、 统通信得到有利保障，更适合实现上位机的远程监控。目前适用于喷泉控制的中小型 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。本方案采用S7-200PLC作为喷泉的主控制器来控制水泵的运行。S7-200PLC 是一种小型的PLC,它有5种CPU模块，最多可以扩展7个扩展模块，扩展到 248点数字量I/O或者38路模拟量I/O,最多有30多KB的程序存储空间和数据 存储空间。集成了 6个有12种工作模式的高速计数器和两点高速脉冲发生器、 脉冲宽度调制器。本设计方案可以选择 S7-200CPU224的PLC作为主控制器， 该型号的PLC共

16、14入10出24个I/O点。从I/O点分配方面来说很适合本设计的控制要求。实物图如图3.1。3.2 变频器的选择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。 变频器是利用电力半导体器件的通断作用将工频电源变换为另 一频率的电能控制装置。我们现在使用的变频器主要采用交一直一交方式(VVVF变频或矢量控制变频)，先把贡品交流电源通过整流器转换

17、成直流电源， 然后再把直流电源转换成频率、电压均可控制的交流电源以供给电动机。 整流部 分为三桥式不可控整流器，逆变比分为 IGBT三相桥式逆变器，且输出为 PWM 波形，中间直流环节为滤波、直流储能和缓冲无功功率。变频器选型时要确定以下几点：(1)采用变频的目的：包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。本设计是通过变频器速调技术来控制每环喷水的高度。我选用的是 VFD2200B43P系歹变频调速器。其实物图如图 3.2所示。3.3 水泵的选择水泵的种类根据不同的要求，分类比较多；

18、大致有卧式水泵和潜水泵。但都 是根据各自对水泵的扬程、流量、使用的场合、能耗比、性价比等来选择合适自 己水泵。根据本文的要求，选择采用潜水泵。因为潜水泵是放置在水下，因此不需要 泵房，这样可以降低造价。而且潜水泵能耗低，体积小，重量轻，不需灌引水， 使用维护及管理方便，并且达到了节约水资源的目的，具有卧式水泵所不具有的 优点，可以适应喷泉的喷水要求。本设计采用上海中一水泵制造有限公司生产的 QY型油浸式潜水泵，具额定 功率1KW,额定电压380V,额定转速1450rpm。QY型油浸式潜水电泵是由充油式 潜水电机与离心式水泵同轴联接组成。符合 JB/T8092-1996标准规定，产品取得全国 生

19、产许可证，经过三十多年来不断的改进和完善，广泛应用于农业灌溉、工矿排水、 水景喷泉、水产养殖，鱼塘增氧、防洪排涝等领域。具有泵电一体化、结构紧凑 的优点；无需引水、使用简便；双端密封、电器保护；设计合理、性能优良等特 点。水泵的使用条件是潜水深度不超过 5米；水温不超过+40C ； PH值应在5-9 之间，因此，很适合用本设计的要求。图3.3 QY型油浸式潜水泵3.4电磁阀的选择水下专用电磁阀是自动控制系统中常见的开关元件、为音乐喷泉的核心控制设备，特别适用于跑泉的水路控制。主要技术参数：(1)原理结构：直动膜片型、先导膜片型 控制方式：常闭式 流体范围: 水泵 使用寿命：25H次(2)流体温

20、度：-5C+50C；(3)接口形式：螺纹式、法兰式；(4)阀体材质：黄铜、304不锈钢；(5)标准电压：AC220V、DC24V;(6)电气连接：浇封预埋式防水电缆线； 防护等级：国际标准IP68。在这里要注意一点问题，PLC 一般的输出电压为24V，假如电磁阀的功率较 大的话驱动器就要使用中间驱动环节。但是在本设计中选择的水下电磁阀适合 PLC的输出电压故不需中间驱动环节继电器。水下专用电磁阀是利用介质压力差工作的直动式电磁阀门，它采用膜片结 构，具有启闭迅速、性能稳定、使用方便、可靠性高、寿命长等特点；该阀坑污 能力极强，可在江、河、湖、海及各种人工水域中长期使用，基高超的性能处于 国内领

21、先水平。图3.4电磁阀实物图3.5 PLC的外部接线在PLC控制系统中，PLC是主要控制设备，它与控制对象中各输入信号如 按钮，继电器触点和输出设备继电器、接触器、电磁阀的连接问题。现场的输入 信号如开关按钮、拨动开关、限位开关和其他一些检测原件输出的开关量和模拟 量，通过连接电路进入PLC。对于开关触点，当强电电路触点时，有些要求48V、 50mA左右或110V、15 20mA左右才能可靠接通，而输出模块的输入电源电压 一般不高，额定电流也是毫安级，要求注意模拟量输入信号的数值范围应与 PLC 的模拟量输入口数值相匹配。CPU224SB2Q0.0I0.0Q0.1Q0.2I0.1Q0.3Q0.

22、4Q0.51MN2M1LM2LL1L+SB1一.广KM1KM2KM3VF1VF2VF30220V3.6 系统中PLC的I/O分配表设计根据系统要求所选择的I/O分配表如表3.1所示:表3.1系统I/O分配表输入输出名称符号地址编号名称符号地址编号启动按钮SB1I0.01泵接触器KM1Q0.0停止按钮SB2I0.12泵接触器KM2Q0.13泵接触器KM3Q0.21变频器VF1Q0.32变频器VF2Q0.43变频器VF3Q0.53.7 系统硬件接线图系统的硬件连接图即PLC和系统中各个硬件的连线。具体的如图3.6所示:三相电源图3.6系统硬件接线图第4章系统的软件设计4.1 系统软件流程图PLC通

23、电后，进入工作状态，首先进行系统的初始化，包括：配置定时器和 变频器，如果按下启动按钮，喷泉装置进入工作状态，若不按，则回到初始状态， 接着按着“ A组先喷，10s后停；然后B组和C组同时喷；10s后B停；再10s 后C停，A、B又喷；5s后C也喷；持续10s后全停；再5s后重复以上步骤” 的要求进行执行程序，如果按下停止按钮，系统则停止运行，如果不按停止按钮， 系统则按照要求的顺序循环运行下去直到按下停止按钮，流程图如图见附录1。4.2 软件的选用本设计采用STEP 7软件进行编写系统程序，该软件主要有组态硬件；组态 通信连接；使用编程语言编写用户程序；下载和调试用户程序、启动、维护、文 件

24、建档、运行和诊断等功能。功能强大，很适合用来编写喷泉的控制程序。编程 软件界面如图4-2所示。图4.2编程软件界面4.3 梯形图程序见附录2第5章课程设计总结通过这一周的课程设计，我掌握了更多关于自动控制系统的知识， 明白了自 动喷泉控制系统的组成，西门子系列 PLC的功能及特点。使我更深入的学习了 PLC技术及应用这门课程，熟练掌握了 PLC的使用。并且由于希望更好的完成此 次设计使我搜索了很多这方面的资料，使我对自动喷泉控制系统的设计制作过程 有了很深的认识。对一个系统的设计步骤有了清楚的了解， 并且掌握了一个系统 的设计过程。学会了如何发现问题、解决问题。并在查阅资料的过程中对问题的 认识和问题的解决提出了新的见解， 分析问题出现的原因，使得对问题的理解更 加深刻。同时在老师的指导的过程中想老师学习到了解决问题的新方法、新思路。总之，经过这段时间的课程设计，使我在可编程控制这方面受益匪浅。参考文献1梅丽凤.电气控制与PLC应用技术M.机械工业出版社.20122胡学林.可编程控制器教程M.电子工业出版社.20053田淑珍.可编程控制控制器原理及应用M.北京：机械工业出版社，20084田效武.电气控制PLC应用技术M.北京：机械