PLC课程设计自动喷泉的控制系统设计精品

1、电气控制技术课程设计题 目：自动喷泉的控制系统设计院系名称：电气工程学院专业班级：学生姓名：学 号：指导教师：成绩：指导老师签名: 日期:目录1 系统概述 11.1 设计的目的 11.2 设计内容 11.3 实现的目标 12 方案论证 22.1 方案比较 22.2 方案选择 43 硬件设计 53.1 系统的原理框图 53.2 主电路 53.3 I/O分配 63.4 I/O接线图 73.5 元器件选型 84 软件设计 104.1 主流程 104.2 梯形图 115 系统调试 13设计心得 18参考文献 18附录 1 元件清单 19附录二语句表 201系统概述1.1 设计的目的通过对自动喷泉PLC

2、控制系统的工作原理的分析、系统设计、编程、及上机调试 工作的实践，了解电器控制系统的一般设计思路，熟悉和掌握外围电路系统和软件 设计的方法，并掌握PLC工作状况进行监控的方法.1.2 设计内容有16个阀门（喷头），有4个选择按钮，如下图所示。实现四种以上的自动喷泉花 样KV1KV2KV3KV4OOOOKV5KV6KV7KV8唳OOOOKV9KV10KV1 1KV12头OOOOKV13KV14KVL5KV16OOOO按SB1SB2SB3SB4J -4 illOOOO主要内容包括：1 .设计出硬件系统的结构图、接线图、时序图等；2 .系统有启动/停止按钮；3 .实现四种以上的自动喷泉花样控制；（自

3、己定义）5 .程序结构与控制功能自行创新设计；6 .进行系统调试，实现自动喷泉的控制要求。7 .电机 3KW,380V8 .3实现的目标按照设计要求有16个彩灯代表16个喷头，有4个选择按钮，实现四种以上的自 动喷泉花样，4个选择按钮分别控制4种喷泉花样，同时四种喷泉花样应该相互独立，按照要求设计出如下四种喷泉花样，喷泉一、喷泉二、喷泉三、喷泉四,系统控制流程如下四个喷泉控制过程喷泉一：1按下启动按钮X0,再按下SB1按钮选择花样喷泉1模式2 6 号喷头先喷，1s 后 11 号喷3 1s后7号喷，1s后10号喷4 同时喷 5s 后，6、 7、 10、 11 都停5 重复循环- 步骤喷泉二 :1

4、 按下SB2选择花卞¥喷泉2模式2 3 号喷头先喷，2s 后 12 号喷3 2s 后 14 号喷头喷，2s 后 5 号喷4 3、 12、 14、 5同时喷 10s5 重复循环- 步骤喷泉三 :1 按下SB3选择花卞¥喷泉3模式2 2 、 8、 15、 9同时先喷10s3 再 1s 后一次间隔1s 停4 重复循环- 步骤喷泉四 :1按下SB4选择花卞¥喷泉4模式2 1、 4、 16、 13同时喷3 1 分钟后同时停4 重复循环- 步骤2 方案论证2.1 方案比较方案 1：使用单片机控制花式喷泉单片机的特点是控制性能和可靠性高，体积小、价格低、易于产品化。由于单片机具

5、有良好的控制性能和灵活的嵌入品质，近年来在智能仪表、机电一体化产品、 实时工业控制家用电器等各个领域都获得了极其广泛的应用自动喷泉的原理是利用控制器控制水泵的喷水的方式，此方案采用AT80C51系歹I单片机作为主控制器来控制喷泉的喷水方式。单片机的成本较低，适合用于控制小型的花式喷泉。单片机通过控制步进电机来控制电磁阀，实现对喷头流量的制，从而使喷泉水姿、灯光色彩产生变化。但采用单片机控制原理，是以可控硅作为功率开关元件，由于可控硅承受过电压、过电流的能力较差，因而不能长时间运行，单片机形式的喷泉如图2-1所示.图2-1单片机自动喷泉原理框图方案二采用控制继电器来控制继电器是指当输入量或激励量

6、，满足某些规定的条件是能在一个或多个电器输出 电路中产生跃变的一种器件 。今天继电器已应用到家庭及工业控制的各个领域， 他们比以往的产品具有更高的可靠性。但是，这也是随之带来的一些问题。如绝大 多数控制继电器都是长期磨损和疲劳工作条件下进行的，容易损坏。而且继电器的 触点容易产生电弧，甚至会熔在一起产生误操作，引起严重的后果。在全负荷运载 的情况下，大的继电器将产生大量的热及噪声，同时也消耗了大量的电能。并且继 电器控制系统必须是手工接线、安装，如果有简单的改动，也需要花费大量时间及 人力和物力去改制、安装和调试。用继电器控制的花式喷泉现在显然不能满足高要 求，一旦有一个继电器损坏，那将难以排

7、除其故障方案三:PLC喷泉控制自二十世纪六十年代美国推出可编程逻辑控制器 (Programmable Logic Controller , PLC跟代传统继电器才5制装置以来，PLC得到了快速发展，在世界各国得到了广泛应用。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PL

8、C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.PLC形式的自动喷泉如图2-2所示2.2 方案选择根据比较，单片机控制系统用于喷泉控制是完全可行的但由于单片机需要附属很多的外围电路，对电路的设计水平要求很高，否则便很可能降低系统的稳定性。而且，由于喷泉控制

9、系统很少会有批量生产的情况，对于小规模制作时，PCB印刷电路板的制作成本是很高的.继电器控制系统大多都是长期磨损和疲劳工作条件下 进行的，容易损坏。而且继电器的触点容易产生电弧，甚至会熔在一起产生误操作， 引起严重的后果，所以根据综合分析最终选择PLC控制器来控制花式喷泉。这样更经 济、耐用和适合时代的大潮流.3硬件设计3.1 系统的原理框图在喷泉中，通过按钮开关信号来控制 PLC:因为有4层喷水，因此用了 1个变额器 来控制4个水泵。自动喷泉控制系统的原理图如图 3-1所示3.2 主电路主电路主要有四台电动机和变频器组成，合上开关QS接通三相电源，然后合上开关QS1使变频器接通三相电源，如果

10、需要第一层喷泉喷，则合上 QS2 KM1 KM2其他的依次类推。其接线图如图3-2所示图3-2变频器和水泵的接线图3.3 I/O 分配通过对系统的分析，我进行了 I/O分配，分配情况如表3-1所示表3-1 I/O 口分配表功能原件输入点功能原件输出点启动按钮X。X0指示灯L1Y1停止按钮XIXI指示灯L2Y2花样选择按钮SE1X2指示灯L3Y3花样选择按钮SE2X3指示灯L4Y4花样选择按钮SB3X4指示灯L5Y5花样选择按钮SB4X5指示灯L6Y6指示灯L7Y7指示灯L8Y10指示灯L9Y11指示灯L10Y12中旨不灯L11Y13指示灯L12Y14指示灯L13Y15指示灯L14Y16指不灯L

11、15Y17灯 L16Y203.4 I/O接线图系统外部接线情况如图3-3所示图3-3系统I/O接线图3.5 元器件选型PLC选型在PLC系统设计时，首先应确定控制方案，下一步工作就是PLC工程设计选型。工艺流程的特点和应用要求是设计选型的主要依据。因此，工程设计选型和估算时，应详细分析工艺过程的特点、控制要求，控制任务和范围确定所需的操作和动作， 然后根据控制要求，估算输入输出点数、所需存储器容量、确定PLC的功能、外部设备特性等，最后选择有较高性能价格比的PLC和设计相应的控制系统输入输出（I/O）点数的估算：I/O点数估算时应考虑适当的余量，通常根据统计 的输入输出点数，再增加10%20的

12、可扩展余量后，作为输入输出点数估算数据存储器容量的估算：存储器容量是可编程序控制器本身能提供的硬件存储单元大 小，程序容量是存储器中用户应用项目使用的存储单元的大小，因此程序容量小于存储器容量。设计阶段，由于用户应用程序还未编制，因此，程序容量在设计阶段 是未知的，需在程序调试之后才知道。为了设计选型时能对程序容量有一定估算， 通常采用存储器容量的估算来代替控制功能的选择：该选择包括运算功能、控制功 能、通信功能、编程功能、诊断功能和处理速度等特性的选择。根据本课题所设计 控制的需求通过对输入/输出点的选择、对存储量的选择，对I/O响应时间的选择输 出负载的特点选型的分许。该控制系统选用三菱公

13、司FX2N系歹IJ的PLC它体积小，重量轻，使用寿命长，编程和维护方便，故障率低，通过扩展模块的链接，可以增 加输入/输出点数。我设计的花式喷泉模型共有 6个输入，16个输出，因此，选用 型号为FX2N-48MR勺PLC(2)变频器选型我设计的是通过变频器调速技术来控制每环喷水管的高度。我选FR-S520 (S)E系列变频调速器(3)水泵的选型由于喷泉的水泵必须满足大功率快速精确起停，而且其输出功率必须能够精确的 进行控制。我选用品牌为DESHBg士比)的QYPI00-4.5-2.2喷泉泵。具有以下优点: 结构紧凑：无需引水、使用简便：双端密封、电器保护；设计合理、性能优良：经 久耐用、安全可

14、靠。并且水泵出口采用圆法兰结构，电机为F级绝缘，适用于音乐喷泉等场合对电机频繁启动的要求，叶轮具有防松装置，不怕反转。其实物图见其 图3-4所示4软件设计4.1主流程根据喷泉一、喷泉二、喷泉三、喷泉四的控制要求，画出PLC控制系统控制自动喷泉的程序流程图，首先通过启动按钮来控制 PLC的开关，由选择按钮SB幺SB2SB3 SB4来控制喷泉的四种花样模式。流程图如下图 4-1所示图4-1自动喷泉程序流程图P14.2梯形图X001X002X001MlMlM3Q(Y006K10<T124M30好IIn12uT4o(YQ13K10T2(M2(V007K10(T3(¥乳2K50(T4(M

15、30PlCJMO X003 XOO1P2 12Tl燃 )M3TlM3 M104行T Iyt-q邰侬)K20(T5)T5 M10453一| |d'L(V0UK20(T6T6 M104的I。36K20T7 M10465Tl(T7(Y0G5K1QO(T81371| |(Ml 04即 P2MO XOM X001P3?6 | |1 |:晅M4TIM4T9：4M4TLOJIHM4TH87 T I对T12%IMT13T129J |苏T9IS | .TW105| 卜Til109一| 卜T12口31 卜K100（T9）KIO-（T10>K1O （ni ）K10（门 2）CJ P3P4MO X005

16、X001i J I-M5M5 T143TlH"001M5TH125T IHM5TL4i羽 T IK（¥004（Y020M5 T14T IT14T卜1415系统调试PLC程序的调试可以分为模拟调试和现场调试两个调试过程，在此之前首先对PLC 外部接线作仔细检查，这一个环节很重要。外部接线一定要准确无误。也可以用事 先编写好的试验程序对外部接线做扫描通电检查来查找接线故障。不过，为了安全 考虑，最好将主电路断开。当确认接线无误后再连接主电路，将模拟调试好的程序 送入用户存储器进行调试，直到各部分的功能都正常，并能协调一致地完成整体的 控制功能为止，本次调试为模拟调试，调试结果如

17、下图所示喷泉模式一调试结果如图5-1所示:（1（2，（ 3 J V.一（ZJ flB，）包（13（14if 15（16 ftjKvTk-JrJFJfJr图5-1喷泉模式一调试结果图按下启动按钮，再按下花样选择开关SB1,选择模式一，6号喷头先喷，1s后1号 喷1s后7号喷，1s后10号喷，同时喷5s后，6、7、10、11都停，如果不按其他花 样选择开关或停止按钮，将继续重复上述过程.喷泉模式二调试结果如图5-3所示图5-2喷泉模式调试结果图按下SB2选择花中¥喷泉2模式,3号喷头先喷，2s后12号喷2s后14号喷头喷， 2s后5号喷,3、12、14、5同时喷10s,如果不按其他花样选

18、择开关或停止按钮，将 继续重复上述过程.喷泉模式三调试结果如图5-5所示如果不按其他花样选择开关或停止按钮，将继续重复上述过程图5-3喷泉模式三调试结果图按下SB3选择花中¥喷泉3模式,2、8、15、9同时先喷10再1s后一次间隔1s停喷泉模式四调试结果如图5-7所示按其他花样选择开关或停止按钮，将继续重复上述过程图5-4喷泉模式四调试结果图如果不按下SB4选择花中¥喷泉4模式1、4、16、13同时喷 1分钟后同时停,设计心得两周来所做PLC的设计，让我进一步对PLC的应用及功能做了了解，对软件梯形图的应用也变的熟练。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

19、统的组成，FX2N-48MR勺PLC的功能及特点。无论是在硬件还是软件设计上，我都遇到了不少的问题，在克服困难的过程中，我学到了许多，特别是在课堂上学不到的东西。使我重新系统的学习了网络测控，可编程控制器等课程，熟悉掌握了PLC的使用。对一个系统的设计步骤有了清楚的了解，并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，使得对问题理解也更加深刻。我觉得本次设计最大的优点就是采用 PLC设计自动喷泉控制系统，而没有采用单 片来设计，虽然是用单片机也能完成本次设计，但是采用 PLC不但价格低廉，而 且系统整体造

20、价会比工控机低，而且不会降低系统的稳定性。但是我觉得本次设计还是有许多的不足，首先，我觉得在梯形图设计上，没有设计出较完整的方案，而且我的原件选型方面，做的还不严谨。不过能够设计出本套装置系统，是自动喷泉可以完成四种花型，解电器控制系统的一般设计思路，熟悉和掌握外围电路系统和软件设计的方法，并掌握利 PLC工作状况进行监控的方法。我觉得这就是本次设 计的重要意义。参考文献1 陈贵银 . 单片机原理及接口技术. 北京：电子工业出版社，2004.12 王雅芳 . 驱动电路设计与应用. 北京：机械工业版社，2004.73 俞国亮.PLC原理与应用（三菱FX系列）.北京：清华大学出版社，2005.64

21、 谢克明、 夏路易 . 可编程控制器原理与程序设计. 北京： 电子工业出版社5 张兴国 . 可编程控制器技术及应用. 北京：中国电力出版社，20066 陶权.PLC控制系统设计、安装与调试.北京：北京理工大学出版社，2006.37 宋德玉 . 可编程序控制器原理及应用系统设计技术. 北京： 冶金工业出版2001附录1元件清单名称型号（参数）个数电机3KV,380V4PLCFX2N-48MR1水泵QYPIOO-4.5-2.21电源24V2电源220V1彩灯16选择按钮4LD X000OUT T3OR M0K10ANI X001MRDOUT M0AND T3AND X002OUT Y012OR M1OUT T4ANI X001K50OUT M1MPPLD M1AND T4ANI M30OUT M30MPSOUT CJ P1OUT Y006以上是喷泉模式一的语句表，按下启动按钮MRD再按卜花样选择按钮X002,就启动了模式OUT T1K10