花样喷泉的控制系统设计

1、电气控制与PLC课程设计说明书题 目：花样喷泉的控制系统设计专业班级：姓 名：学 号：指导教师：成绩：指导老师签名: 日期:目录1 系统概述错. 误 !未定义书签2 方案论证 52.1 方案选择 5.2.2 方案完成计划表 6.2.3方案总结 . 7.3 硬件设计 7.3.1 系统的原理方框图 7.3.2 主电路 8.3.3 I/O 分配 93.4 元器件选型 1.0.4 软件设计 1.0.4.1 主流程1.0.4.2 梯形图错. 误 !未定义书签5 系统调试错. 误 !未定义书签设计心得错. 误 !未定义书签产考文献错. 误 !未定义书签1系统概述随着社会的发展，人们的经济水平的提高，人们再

2、也不用为吃喝而发愁，越来 越重视享受生活，在闲余的时间去外面旅游，看看风景，放松放松心情，而社会 也在力求美化社区，美化城市，在这样的背景下，花样式喷泉就这样出现的，花 样式喷泉能给人一样自然地美感，而且花样式喷泉有很多样式，给人一种心旷神 怡之感。花式喷泉是人造小气候，在炎热的夏日可以起到增湿和降温的作用；也为水体充氧，有利于水体增加自净能力，起到防止水体黑臭的作用。花样式喷泉有很多类型，最先进的有音乐喷泉，它能根据音乐来改变喷 的高度，我设计的这个花样式喷泉比较简单，它有四个圆围成4圈，共有29个喷头，从第一圈到第四圈喷头个数分别为 1，4,8,16.为了简单期间我 用电磁阀来代表喷头，电

3、磁阀为24v5W的,是直流控制的电磁阀，达到的这 样的过程，1、按下启动按钮后，第一组喷水；2、第一组喷水5秒后第二组喷水。3、第二组喷水6秒后第三组喷水。4、第三组喷水8秒后第四组喷水。5、第四组喷水5秒后第二组喷水。&第二组喷水3秒后重复2、3、4、5步骤。7 、无论在何种喷水状态下，按动停止按钮后，系统停止。其设计喷头的如下图1.0所示的形状：要完成以上的要求可以有很多方案，可以用单片机来完成这个控制任务，也可 以用PLC可编程逻辑控制器来完成此任务，由于我刚学过 PLC所以就运用PLC 来完成这个控制任务。接着，我想到的是用什么样的 PLC由于我刚学过三棱的PLCFX2n系列的

4、 PLC FX2n32MF是继电器输出，有l/o 口 32个，16个输入，16个输出。这 个已经够用，虽然电磁阀需要 29个，但是电磁阀功率小，可以几个公用一个输 出口，而且，在每圈的喷泉都是同时动作，这样都大大节省了l/o 口的数量，继而大大节省了投资成本，而且也方便接线，方便管理，但是不好之处在于扩展能 力都大大下降，但这是我自己设计的比较简单， 所以都不考虑那么多了，根据设 计要求，这四圈喷泉要求在一定的时间内只有一圈在工作，而且要形成循环，只要工作都这样持续下去，我使用的FX2n 32MF是继电器输出，有l/o 口 32个， 16个输入，16个输出。已经够用，因为是继电器输出，它能经受

5、的电流是有限 的，一般来说不大于2A为了安全期间，我设计的每个继电器流过的电流最大为 1A,这样不会对PLC造成危害，也避免了影响 PLC的功能，由于F茨一一32MR 是集成式的PLC，它内部带有24V的电源模块，这样节省了由于外加电源而产生 的费用，也简化了电路，方便接线，由于是使用的 PLC控制，它的稳定性好，所 以此系统稳定性好，便于接线，便于维修，系统工作的流程图如下图1,1所示：有上图1.1可以清晰的看出我设计的思路以及工作流程2方案论证2.1方案选择此系统可以有单片机或者PLC作为主控制器来完成，但用单片机完成的话，接线 麻烦，虽然说可能便宜些，维修起来也相对麻烦一点，因为我先学习

6、了PLC所以我用PLC来作为主控制器，来完成这个任务，我选择的 PLC有三棱的PLC和 西门子的PLC还有其他不同的控制期间，根据需要，根据实际情况我设计了两 种方案供选择，一种较为简单，较为便宜一些，一种较为麻烦，较为贵重一些， 一些表格详细说明了我选择的硬件。它包裹了生产厂家，型号，额定电流，额定 功率，价格等参数。第一种方案类型 仪器型号厂家价格(元)个数额定 功率(W额定电流(A)PLCFX1N-24M-001三棱公司7301电机YEJ7123上海德东电机57514K8.8水泵40 250（ I）BTQL天泉水泵185014K继电器(KMHHC/1BCJQ38F温州大华 仪器有限 公司

7、38140热继电器(FRJES1-12.5SHEK23112开关HD11F-10/38SHNAIGEF 431100按钮(SBGQ22-11ONPOW432熔断器(FUKF-32KKACOM114<=32电磁阀4M210-08CFNL25294W0.8总合计：4664元第二种方案类型仪器、型号厂家价格(元)额定 功率(W个数额定电流(A)PLCEM22316 输入16输出西门子10001电机Y112M 2杰速17004K18.8水泵80125A（I）BTQR天泉水 泵31004K1继电器(KMHHC/1BCJQ：38F温州大 X华仪器有限公 司38140热继电器(FRJES1-12.5S

8、HEK23112开关HD11F-10/38SHAIGER431100按 钮(SBLASO-B1YONPOWV 10.42熔断器(FUKF-32KKACOM1 114<=32电磁阀4M210-08CFNL254W290.8总合计：6693.4元这就是我设计的两种方案，其价格相差 2000元左右，主要是电机和水泵，由于 PLC我用到的功能不是很多，所以价格不会相差很大，由于设计简单，与实际还 有点距离，所以一些功能没有被考虑在内，又不全的地方以后再求改进。就性价 比而言我就选第一种方案来完成这个设计要求。2.2方案完成计划表就以上方案我设定了下表，它包含了我对这几天完成设计要求的计划， 每一

9、 天做什么，干什么，完成那些东西，做了大概的叙述方案完成计划表如图1.2所示：时间 任务第一天第二天第三天第四-五 天熟悉课程设计 任务及要求， 查阅技术资 料，确定设计方<0按照确定的方 案设计单元电 路。要求画出 单元电路图， 元件及元件参 数选择要有依 据，各单元电 路的设计要有 详细论述。软件设计，编 写程序撰写课程 设计报告按照以上表格所指定的计划，来逐步完成设计任务。2.3方案总结对比两种方案，根据需要来选择合适的方案设计方法， 主要是经济实惠，设 计系统工作稳定可靠，维修方便，接线简单。我先用了第一种方案来完成这个设 计要求，设计成本较低，性价比较高，而且能够很好的完成设计

10、要求的内容。用 电机带动水泵，有PLC控制电磁阀的关和开，从而达到花样式喷泉喷水要求。 当 然此设计也缺少一些细节问题，比如管道的排布，以及安装。喷泉形状的设计， 喷泉形状的多样化，由于时间有限，这些都没考虑在内如果需要，以后再仔细考 虑。3硬件设计3.1系统原理方框图与设计要求，我设计的花样式喷泉虽然比较简单，但是设计思想和那些复杂 的花样式喷泉的设计思想是一致的。为了简单明了的表示出我设计的花样式喷泉 的原理，下面原理方框图可以清楚的表名我的设计思路。原理方框图如图1.3所示：由上图可知，系统方框图中的 PLC用到三个输入端口，而输出用到了 6个端口,由于输出是继电器输出，最大电流最好不要

11、超过2A,由于电磁阀功率很小，而且控制喷泉的电磁阀， 具有同时打开和关闭的要求， 这样都大大节省了 I/O 口资 源，但对24V的电源要求能提供1.7A的电流，FX2n-24M,内部电源应给能提供这 样的电流。为什么要求那么大的电流呢 ?这是由于 8个电磁阀同时工作的话要有 电源提供的电流为 I=P/U*8=1.67A, 电流很大。但这样大大节省了 I/O 口资源。 当 SB1 闭合式开始喷水，首先 Y0 闭合，是最内的一个电磁阀工作喷泉喷水 5S 后，丫5闭合，丫0打开，随着丫5的闭合第二圈电磁阀2,3,4,5开始工作。及第二 圈喷泉开始喷水，喷水6S后，丫5闭合第二圈电磁阀2,3,4,5停

12、止工作，第二圈 喷泉停止喷水，同时 丫6闭合，第三圈电磁阀 6,7,8,9,10,11,12,13, 得电，阀门 打开，第三圈喷泉开始喷水，喷水8S后，丫6打开，电磁阀6,7,8,9,10 ，11, 12,13 失电， 在弹簧的 作用下阀门闭 合 ， 停 止喷水 ， 同时 丫7 闭合 ， 电磁阀 14,15,16,17.18,19,20,21,22,23,24,25,26,27,28,29 得电阀门打开， 第四圈喷 泉开始喷水，喷水5S后，Y7打开，所对应的电磁阀也打开，停止喷水，同时 丫5 闭合，2,3,4,5电磁阀得电阀门打开，开始喷水，3S后丫5失电，所对应电磁阀 闭合，停止喷水，这是丫

13、0得电，就这样循环下去。当有 SB2按下时不论那一圈 在喷水所有电磁阀都失电，电机也失电，所有设备停止工作。当SB1闭合是，有开始喷水。这个系统的控制程序很简单， 就是一个典型的循环程序控制， 但电磁阀的选 型有点麻烦， 对于我这个初学者来说应该是很麻烦的了， 我找了一天的资料才找 到比较合适的电磁阀。 当然电机以及水泵的选择也是很重要的， 特别是水泵的选 择，虽然功率相同的水泵的， 但它们的扬水高度是不一样的。 对于花样式喷泉来 说，要选择扬水高度比较高的水泵，才能达到很好的视觉效果。3.2 主电路对于主电路部分， 主要是电机的控制， 通过控制电机从而来控制水泵， 通过 控制水泵来控制喷泉的

14、喷水的开始和终止。 而电磁阀主要是控制喷泉的花样， 通 过控制电磁阀的打开和关闭从而达到那个喷泉口喷水的目的， 喷泉口喷水那个打 开，那个关闭的不同组合就形成了不同的喷水花样， 给你不同的视觉效果， 就是 复杂的音乐式喷泉也是这样来控制的， 不同的是他不是用的电磁阀他可能用到的 是喷泉口能控制形状的控制器， 来达到控制不同喷泉形状的目的。 而我设计的花 样式喷泉比较简单， 它只有一种形状， 每个喷泉口喷出来的形状都是一样的， 这 就大大降低了设计的难度， 同时也就失去的很好视觉的效果， 但是设计的思想只 要掌握住了， 那么以后如果遇到这样的设计， 自己都会得心应手， 可能还会遇到 一些困难，

15、但是能够有下手的点了， 不会遇到会一脸的茫然。 我设计的花样式喷 泉的主电路如下。主电路图如下 1.4lHf*厂*1W貳i 如i H > i jA V £ 4 4LCrX2N-24T730十KM1HH卜jQX_3BF八 IL i 1 cGMYi: ?m_e17C041-40-E-3CCBTQL1R5Q3ICFR)51 HEfIPM OS HLilF-100/38Shinaige r43IOC?4is _ -K F-PKl« ci c- o nu< = *pum4M210-0 AFNL&5我的还在主电路图上及CAD图上插入了设备器件的价格，型号等参数表格，

16、以 便于购买。主电路中我选择的热继电器和熔断器，分别作为过载保护和短路保护3.3 I/O分配表X0喷泉开始开关SB1X1喷泉停止开始SB2X2热继电器FRY0继电器KM1Y51号电磁阀Y62,3,4,5号电磁阀Y76,7,8,9,10,11,12,13号电磁阀Y814,15,16,17,18,19,21,22 号电磁阀Y923,24,25,26,27,28,28,号电磁阀3.4元器件选型对于元器件选择来说，上面已经提及到，现在在大概说一下，电机来说，只要尽 力选性能好的，水泵要扬水要高的，电磁阀要开关迅速的，电容丝和热继电器由 于电动的启动电流就定，电机的额定电流大约是8A,电机不是频繁的启动

17、，热继电器的额定电流大约是20A即可，而PLC选择很多，因为此系统所有PLC的功 能不是很多，不需要功能强大的 PLC还有用I/O 口要求也不是很多，综合上述 三棱的FX2n-24M,有14输入，10个输出，已经够用了。而电磁阀的选择只要迅 速就可以了，而且要有效地关闭。其他的比如管道，管道排布这里不在讨论，我 只是设计电气的东西，不管机械方面的知识。具体选择，上面方案选这种已经给 出，这里不在详细说明。4软件设计4.1主流程软件的主流程图主要是循环程序，其流程图如图1.4所示从软件流程图可以看出这个软件控制程序很简单就是一个循环程序，还有就是开关打开是不论那圈喷泉在喷水，都会停止，电机也会停

18、止工作。所有器件都停止 工作。如果有再加上变频器，就可以调节喷水的高度，这样更有视觉效果，但是 系统变得都发麻了，这可以以后再去设计。4.2梯形图我编写的PLC程序如下:XjO当开关X0按下时，M0为1,使M1为1,这是丫0闭合电机，水泵开始工作，通 知丫5也为1, T0开始计时5S后T0为1.JO20K0(11T132HM3H IT0为1使M2为1并保持这时丫6为1,同时T1开始计时，M2为1使丫5为0, 6S 到，T1为1,使M3为1，同时M3为1，使M2为0,这是丫6为0。M3K80<T2T2M4M3为1使Y7为1, T2开始计时，8S到，T2为1,使M4为1, M4为1使M3 为

19、0, M3为0使Y7为0。KjOM4为1,使Y8，Y9为1，同时 T3开始计时，5S后，T3为1,使M5为1，M5为1,使M4为0, M4为0,使Y8 , Y9为0,同时M5为1是Y5为1，使T4计时开始，三秒后T4 为 1。62TO Y0I卜< IET4为，使M6为1,会使M5为0,系统重新开始。如果有X1 ,或者X2闭合会使M0为0 , 输出都为0,则系统停止工作。（Yx为0继电器闭合，为1继电器打开）。5.系统调试把所写程序通过GX devepoler软件进行调试，把所对应的每一圈的电磁阀 用一个发光二极管来表示四圈从里到外分别用1, 2,3,4二极管，可以看出当开关SB1没按下是，所有的灯都不亮，同理用两个二极管5,6分别代表电机，和水 泵。当开关SB2按下时，5,6,1发光二极管发光，及电机，水泵，第一圈喷头开 始喷水，5S后1,发光二极管灭，2发光二极管亮，5, 6发光二极管依然发光， 及第一圈喷头停止喷水，第二圈喷头开始喷水，电机和水泵继续工作。再过6S后，2放光二极管熄灭，同时3二极管发光，5,6二极管状态不变，及第二圈喷 头停止喷水，第三圈喷头开始喷水，再过 5S后，3发光二极管熄灭，同时4发 光二极管发光，