花式喷水池的PLC控制系统设计PLC课程设计

1、 2011 级课程设计说明书花式喷水池的PLC 控制系统设计院 、 部：电气与信息工程 学生姓名：指导教师：职称 助教 专 业：自动化 班 级：自本1103 时 间：摘 要花式喷水池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。在游人和居民光顾的场所，如公园、广场、旅游景点及一些知名建筑前，经常会修建一些喷水池供人们休闲、观赏，这些喷水池按一定的规律改变喷水式样。而且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。该设计书以4环花式喷水池为研究对象，采用了FX 系列可编程序控制器作为喷水池的控制器。对花式喷水池的控制系统

2、的总体功能进行了分析，详细介绍了系统的硬件配置、设计方案及软件设计顺序功能图。该设计改善了喷泉系统的控制品质，并真正地达到了实时控制的要求。当控制要求发生改变时，只需要改变程序，硬件接线不变或作较小变动即可，方便简单。而且采用PLC 控制时，利用其体积小、功能强、可靠性高，并具有较大的灵活性和可扩展性的特点，改变控制方式或改变选择开关，即可改变喷水规律，变换出不同的花样。所以PLC 在当前工业控制中得到广泛应用。关键词： 花式喷水池装置； 可编程控制器； 定时器ABSTRACTWith the continuous development of society , with the needs

3、 of human life , the application of the PLC has penetrated into all areas of the national economy, people's production and life has played a huge role can not be replaced , while driving the rapid updating of traditional control testing . Understand and apply knowledge PLC is a strong and profou

4、nd usability thing this system is the use of programmable logic controller (PLC, PLC- based controller, to achieve full control of fancy fountain . Systems with a high degree of automation stable operation, high precision, easy to control, is widely used in various places of life. This article discu

5、sses the fancy fountain control systems, completed a fancy fountain system, all the basic work . On the use of personnel is also limited to a simple button operation, basically automated control .This topic describes the use of the production of Mitsubishi FX2N-32MR series of programmable controller

6、s , use ladder programming , while the overall function of the spray pond fancy control system is analyzed , elaborated composition and working principle of the programmable controller .This design improves the quality fountain control systems , and achieve real-time control. In order to satisfy the

7、 diversified , growing needs, such as high-end PLC technology slowly into people's lives, and has been widely promoted and applied. In order to continue to meet the growing needs of people .Keywords fancy fountains；programmable controller ；state transition目 录1系统控制方案的确定 . 11.1我国喷泉的发展. 11.2喷泉的种类.

8、11.3花式喷泉的概述. 21.4采用PLC 控制花式喷泉的优点. 21.5喷泉中的一些新技术. 32 花式喷泉的工作. 42.1工作分析. 42.2设计要求. 43花式喷水池装置PLC 控制系统的硬件电路设计 . 63.1主电路设计. 63.3 花式喷水池装置PLC 控制系统I/O分配表 . 73.4 PLC接线图. 83.5控制系统程序流程图. 94 运用GX Developer对系统进行仿真. 114.1在PLC 实物箱上进行调试. 13总 结. 16参考文献. 17致 谢. 18附录. 191系统控制方案的确定1.1我国喷泉的发展国内在二十世纪八十年代以前，喷泉只是建筑给排水和园林造景

9、专业的一个技术细节，从设计到产品制作，工程安装都没有形成规模。只是在展览馆等公共建筑和公园里能见到一些中、小喷泉，产品的水平也是简单、粗放的。二十世纪八十年以后，随着国民经济的恢复和发展，人民生活水平的提高，一些城市的城建、园林主管部门在城市建设、改造的过程中，以及环境的美化和文化氛围的营造上对喷泉提出了求新的要求，一部分建筑、园林、水利的设计院、研究所及大专院校，综合了土建结构、给排水、机电控制等传统的专业技术，加上当时先进的单片机，通过电磁阀和直流电机调速实行变量控制，设计出一批喷泉、水景。得到了良好的社会反映和社会效益。在这个时期，一些喷泉设备专业加工厂和公司开始组建、发展，为喷泉的专业

10、化发展提供了力量，打下了基础。二十世纪九十年代以后，社会主义市场经济快速发展，全国城市建设速度加快，人们也追求高质量的文化生活和环境美。市场的需求推动了喷泉行业的发展。喷泉走出公园、园林的围墙和广场的中心，深入延伸到人们的各个社会活动场所。许多喷泉专业的生产厂商和专业公司，在这段时间内应运而生，迅速发展起来。专业技术人员把计算机技术、信息技术，以及声、光、电、雾、火、激光、音乐、水幕电影等学科的技术应用到喷泉之中，把喷泉行业的技术水平推上了一个新的层面，开拓了广阔的应用空间，喷泉行业得到了快速发展。2001年中国建筑金属结构协会、给水排水设备分会成立了水景喷泉专业委员会，行业组织为城镇、园林的

11、主管部门、设计院、所及专业生产厂商、公司提供服务，促进喷泉行业健康有序地发展。一些大学和中专的建筑、园林专业也开设了水景、喷泉课程，为喷泉行业的今后发展提供了知识储备。喷泉行业的发展进入到一个新的阶段。1.2喷泉的种类 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，普通喷泉分音乐喷泉、程控喷泉、旱地喷泉、跑动喷泉、光亮喷泉、趣味喷泉、激光水幕电影、超高喷泉等。1.3花式喷泉的概述喷泉是一种将水或其他液体

12、经过一定压力通过喷头洒出来具有一定形状的组合体，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、水型和灯光的变化。（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：在程序控制喷泉的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。（

13、4）水幕激光喷泉：将激光器发出的激光束射在水幕喷头的水幕上，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，形成斑斓夺目的起义效果。（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。1.4采用PLC 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

14、）工作方式看：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，顾而五抖动一说。（4）定时、计数看：PLC 时钟脉冲由晶振产生，精度高，定时范围宽，有记忆功能。（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。1.5喷泉中的一些新技术漂浮式：整座水景喷泉的管道系统全部安装在浮箱上，所以喷泉设备的运行不受季节性水位高低的影响。漂浮式喷泉制作、安装工艺技术性强，但维护方便，易于保养。在大型自然湖泊或各种人工湖中广泛应用。跑泉：多个喷头，按时序控制，构成各种形态瞬时变化的水型。可以形成跑动、跳动、波动等形

15、状，又可以成固定造型的喷水形态，气势雄伟，变化多端。水幕激光：采用特殊的入映机播放，使用的影片也是专门为水幕电影特制的影带。由于电影的屏幕是透明的水膜，因此在电影播放时会有一种特殊的光学效果，屏幕的视觉穿透性可使画面具有一种立体感，影片的内容可与水面巧妙的结合，更有一种身临其境般的奇幻感觉。2 花式喷泉的工作2.1工作分析在花式喷泉控制系统的设计过程中主要考虑以下几点：（1）深入了解和分析花式喷泉的工艺条件和控制要求。（2）确定I/O设备。根据花式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PL

16、C 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输入输出端子 的接线图。（5）设计花式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（6）程序，这是整个花式喷泉系统设计的核心工作。（7）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。2.2设计要求在许多休闲广场、景区或游乐场里，经常看到喷水按一定的规律喷水或变化式样，若在夜晚配上各种彩色的灯光显示，更加迷人。如图1所示为一花式喷水池，采用PLC 控制是比较方便的，在花式喷水时序确定的前提下，可以通过改变时序或者改变控制开关，就可以改变控制方式，达到显现各种复合状态的要求。在图1中，4为中间

17、喷水管，3为内环状喷水管，2为一次外环形状喷水管，1为外环形状喷水管。 第一花样第二花样第四花样第三花样(a 花式喷水池演示示意图(b 操作控制开关面板图图1 花式喷水池示意图某一喷水池的控制器需满足下列要求：（1）控制器电源开关接通后，按下启动按钮，喷水装置开始工作。按下停止按钮，则停止喷水。工作方式由选择开关和单步/连续开关来决定。（2）“单步/连续开关”在单步位置时，喷水池只运行一次循环；在连续位置时，喷水池运行一直继续下去。（3）方式选择开关用来选择喷水池的喷水花样，14号喷水管的工作方式选择如下：选择开关在位置“1”时。按下启动按钮后，4号喷水，延时2s 后，3号也喷水，延时2s 后

18、，2号接着喷水，再延时2s ，1号喷水，这样，一起喷水15s 后停下。若在连续状态时，将继续循环下去。选择开关在位置“2”时。按下启动按钮后，1号喷水，延时2s 后，2号也喷水，延时2s 后，3号接着喷水，再延时2s ，4号喷水，这样，一起喷水30s 后再停下。若在连续状态时，将继续循环下去。选择开关在位置“3”时。按下启动按钮后，1、3号同时喷水，延时3s 后，2、4号喷水，1、3号停止喷水；交替运行5次后，14号全喷水，30s 后停止。若在连续状态时，将继续循环下去。选择开关在位置“4”时。按下启动按钮后，喷水池14号喷水管的工作顺序为：1234号按顺序延时2s 喷水，然后一起喷水30s

19、，1、2、3和4号分别延时2s 停水，再延时1s ，由4321号反向顺序按2s 顺序喷水，一起喷水30s 后停止。若在连续状态时，将继续循环下去。3花式喷水池装置PLC 控制系统的硬件电路设计3.1主电路设计系统主电路图如图1所示。图中M1-M4分别表示控制花样1至花样4的水泵，我们使用隔离变压器给PLC 控制器提供220V 交流电，这样做重在保护PLC 控制器，在主电路的发生故障时不至于直接影响到PLC ，避免不必要的损失。接触器KM1-KM4的常开主触点来控制水泵M1-M4运行，当KM1-KM4得电使得常开主触点闭合，进而启动水泵M1-M4，喷水池工作。 当发生短路时，电流过大使得熔断器F

20、U1-FU4熔断，断开电路，所以熔断器FU1-FU4和热继电器FR1-FR4分别实现对水泵的短路过载的保护，同时我们也对水泵M1-M4接地保护，提升安全系数。QS1为主电路的隔离开关，在电路不需要工作或者需要进行维修时断开触点；整个电路断电，防止触电事故发生。图2 主电路图L1L2L33.2 PLC的选择根据本次设计的要求，所选PLC 输出要接到接触器的线圈上，输出应为直流，同时应用市电电源；继电器输出模块具有价格低、使用电压范围广，故采用继电器输出，同时硬件系统中有9个输入，4个输出，考虑到10%20%的I/0口余量以便以后的扩展用，所以选择三菱PLC 的FX2N-32MR 系列，该系列在P

21、LC 在各行各业的领域中有着广泛的应用。3.3 花式喷水池装置PLC 控制系统I/O分配表该系统需8个输入和4个输出，见表1 I/O分配表。表1 I/O分配表 注：循环开关为带自锁的开关，选择开关也为带自锁的开关，启动开关为点动的 按钮3.4 PLC接线图 SB0SA1-3SA1-4图3的常闭触点断开，断开接触器KM1-KM4线圈与PLC 输出端的连接，保护水泵以免被烧坏，同时在KM1-KM4线圈上并联RC 回路，避免其线圈在断电时因为感应电动势的作用而烧坏线圈。左边为输入X 包括启动按钮，循环开关，选择花样开关，右边为输出Y ，包括花样1花样2花样3花样4对应Y1 ，Y2，Y3，Y4。启动开

22、关X1 选择开关X2-X4，以及循环选择开关X5-X9 图4 控制系统组成框图控制系统组成中按钮开关接在PLC 控制器的输入端，安装在操作屏上，由工作人员具体操作；电源由市电供应，供给PLC 的电压需要经过隔离变压器来间接供给，起保护PLC 的作用；PLC 是FX2N-32MR 系列继电器输出。PLC 控制器的输出端接电机控制接触器的线圈，电源接到电机控制接触器的常开触点，运用接触器来间接控制电路的通断较为安全，便于控制。3.5控制系统程序流程图由设计要求可以知道花式喷水池中有四种工作形式以及四种喷水花样，所以可以通过PLC 来控制四种不同的喷水花样的水泵，并可以用步进的指令来实现对四种不同工

23、作形式的控制与切换，以此为基本的思维进行设计。同时由设计要求可以画出如图4所示的流程图。 图5 流程图N4 运用GX Developer对系统进行仿真为了编程结构的简单明了在主程序中引用了中间继电器，多个X0x0为操作按钮开关信号， 同时我们用中间继电器M 进行自锁和互锁功能，便于实现更好的控制。（1）花样1仿真：X1接启动按钮，按钮按下后M14接通并自锁，为后面的选择工作方式做铺垫；X11接的是循环按钮，当按钮按下后M14自锁当程序进入某一工作方式后将连续工作. 仿真如下： 图6（2）花样2仿真：初始化程序中按下与X1相接的按钮，再按下选择方式2的按钮X20，辅助继电器M21得电自锁，喷泉进

24、入方式2的工作模式，如果需要循环工作方式2则按下循环按钮X21. 仿真如下： 图7 （3）花样3仿真：初始化程序中按下与X1相接的按钮，再按下选择方式3的按钮X30，辅助继电器M31得电自锁，喷泉进入方式3的工作模式，如果需要循环工作方式2则按下循环按钮X31. 可看出计数器在计时。仿真如下：图8（4）花样4仿真：初始化程序中按下与X1相接的按钮，再按下选择方式4的按钮X40，辅助继电器M41得电自锁，喷泉进入方式4的工作模式，如果需要循环工作方式2则按下循环按钮X41. 由图可知花样4的工作方式 仿真如下： 图94.1在PLC 实物箱上进行调试 图10 图11 图12 图13 图14总 结课

25、程设计是培养学生综合运用所学知识、发现、提出、分析和解决实际问题，锻炼实践能力的重要环节，是对学生实际工作能力的具体训练和考察过程。随着科学技术发展的日新月异，PLC 已经成为当今计算机应用中的领域，生活中可以说是无处不在。因此对于二十一世纪的大学生来说掌握PLC 技术是十分重要的。回顾此次PLC 课程设计，我感慨颇多，的确，通过这次对数码管工作的PLC 控制，让我们对PLC 梯形图、指令表、外部接线图有了更好的了解，也让我了解了关于PLC 设计原理。有很多设计理念来源于实际，从中找出做适合的设计方法。从理论到实践，在一星期的日子里，可以说得是苦多于甜，但是可以学到很多很多的东西，同时不仅可以巩固了以前所学的知识，而且学到了很多在书本上没有的知识。通过这次课程设计使我懂得了理论与实践相结合是很重要的，只有理论知识是远远不够的，只有把理论与实践结合起来，从理论中得出结论，才能真正为社会服务，从而提高自己的实际动手能力和独立思考的能力。在设计的过程中遇到的问题，可以说得是困难重重，这毕竟是第一次做的，难免会遇到各种各样的问题，同时在设计的过程中发现自己的不足之处，对以前所学的知识理解的不够深刻，掌握的不够牢固，比喻说不懂一些元器件的使用方法，对PLC 编程掌握的不好通过这次课程设计之后，一定要把以前的知识重新温习。在本次设计中，我们还需要大量的以前没有学到