【基于三菱PLC的花样喷泉控制系统设计8600字（论文）】

基于三菱PLC的花样喷泉控制系统设计目录摘要 Iabstract II第一章绪论 11.1论文研究的背景 11.2论文设计的内容 21.3论文设计的目的和意义 21.4相关理论知识介绍 21.4.1PLC概述 21.4.2PLC的结构 31.4.3PLC的应用领域 4第二章系统控制方案的确定 52.1花式喷泉的概述 52.2采用PLC控制花式喷泉的优点 52.3系统设计的基本步骤 52.4喷泉系统控制方案 72.5喷泉控制系统的原理图 8第三章系统硬件设计 93.1PLC的选型 93.1.1常用PLC介绍 93.1.2确认三菱FX2N系列可编程控制器 93.2变频器的选型 103.3泵的选型 103.4硬件接线图 11第四章喷泉控制系统的软件设计 144.1花式喷泉的PLC控制流程图 144.2I/O分配表 154.2.1输入信号 154.2.2输出信号 164.3I/O接线图 164.4系统工作过程分析 164.5控制系统程序设计 164.5.1喷泉的第一种花样 164.5.2喷泉的第二种花样 194.5.3喷泉的第三种花样 21第五章系统的仿真和调试 235.1仿真软件的选用 235.2系统的调试 23结论 28参考文献 30摘要在如今，有很多方法可以控制喷泉。本文主要设计基于可编程逻辑控制器（PLC）的喷泉控制系统。可编程控制器控制喷泉，不仅可以在不同类型的液体之间切换，而且还可以改变不同大小的水流。照明是根据预定义的布局和组合设计的，因此照明可以实现丰富多彩的变化。喷泉的状态和喷泉的效果是通过计算机和PLC之间的通信控制，以达到可以顺利实现要求的目标。具有低功耗，高性价比，安全可靠运行等基础。喷泉融合了花园建筑和近年出现的奇异景观。随着中国程序控制器的快速发展，对喷泉控制的要求越来越高。这意味着越来越多的控件需要可编程的控件本文首先对系统控制方案进行确定，之后，设计了系统硬件，设计了喷泉控制系统软件，最后对系统进行了仿真与调试。关键字：喷泉；仿真调试；三菱PLC

绪论1.1论文研究的背景通过计算机将美妙的音乐，各种类型的喷泉，水下照明和神奇的激光图形有机地结合在一起，为人们提供音乐，视觉和音乐的超自然享受。也跟随着时代与科技的快速发展与进步，喷泉工程采用了许多先进技术。使人们视听的和谐，使人精神愉悦。图1喷泉实际示意图可编程控制器是用于执行数字任务的电子系统。使用可编程存储器存储和执行逻辑运算并使用各种类型的数字或模拟输入/输出设备的工业应用控制器。执行和控制时间步和算术运算生产过程顺序。PLC是一种融合了自动控制，计算机技术和通信技术的新型工业控制设备。它是工业自动化（PLC，机器人，CAD/CAM）的第一支柱的可编程控制器。一种基于集成电路和计算技术的新型工业设备，具有以下优点：1.高可靠性和抗干扰能力2.易于构建和安装，减少维护3.性能和多功能性4.开发周期短，成功率高5.小巧轻便，节能省电PLC具有强大、可靠、灵活的配置、易于控制、小而轻的优点，应用于自动化的各个领域，已成为工业自动化的主要产品，这一系统比触头系统更可靠。触头价格比触头系统可以与触头系统相媲美:现场可轻松更改的程序，可实现电磁阀的直接压力、能够将数据传输到：中央执行中央计算系统的能力，例如联系人恢复。PLC控制系统的发展可以促进水生植物的发展，拓宽PLC在自动控制领域的应用范围，具有一定的经济和理论价值。1.2论文设计的内容在这个项目中喷泉控制系统研究和论证从以下几个方面：。（1）选择喷泉的类型。结合喷泉的特点和要求，对这一主题的主要研究是有三种类型的喷水方法可供选择：每个喷嘴环的高度可以控制：喷水时有灯光显示；可能在一年中的不同时间，并在不同情况下更改喷涂模式。根据预设的布置和组合设计各种水和灯光的控制程序，并通过计算机运行plc程序发送控制信号，以便在各种水类型和灯光的来回变化。(2)喷泉硬件系统的设计。本主题中设计的花式喷泉需要快速操作和高精度。喷泉的每一层的检测系统使用大量具有高检测精度，使用寿命长和良好的稳定性接近传感器，并且传感器的切换信号送至PLC控制。由于这个问题的特殊要求，硬件系统的设计主要是考虑到经济，实用，稳定，灵活，美观的需求。1.3论文设计的目的和意义随着中国微电子和计算机技术的快速发展，中国城市化进程的加快和人口高度集中，一个良好的环境越来越重要，喷泉的优美外形，美丽的喷柱，绚丽的组合在一起，有助于改良社区的面貌和改善居民的心情可编程控制器(PLC)稳定、可靠、简单、经济、易学、功能强大、操作方便，已成为现代工业自动化控制的支柱，喷泉控制要求设备易于访问、系统配置简单的编程、用户界面人性化以及应用程序库的加速编程和调试，PLC旨在提高喷泉控制水平和改善喷泉通风。1.4相关理论知识介绍1.4.1PLC概述可编程控制器(eng)是一种电气控制器，用于基于继电器控制技术的工业设备，在vault中启动程序时，从输入电路的物理过程中获取的输入信息将转换为所需的输出信息，然后使用输出电路的物理过程执行负载控制当普通计算机转换输入输出信息时，大多数计算机都忽略了PLC信息的导入和导出物理过程，必须考虑信息的可靠性、实时接收和传输功能以及信息的实际使用，特别是如何与工业环境(如易于安装、维护和耐用性、输入和输出信息转换以及PLC控制的物理实现)相适应PLC有多个命令、I/O接口、通信接口、大容量存储和可靠的自助系统，可提供基本的控制功能1逻辑处理功能2数据计算功能3精确计算函数功能4“快速计算器”函数5业务中断功能(允许广泛的内部和外部中断)6程序和数据存储功能7网路流量功能8自我控制PLC可执行一般小型电脑所能执行的几乎所有功能。1.4.2PLC的结构PLC基本上与普通微机相同，它有两个部分:硬件和软件系统PLC由微处理器(CPU)、存储(EPROM)、输入输出组件(I/O)、电源组件、程序员、构成其设计几何图形I/O扩展的控制单元组成图2PLC结构图系统程序是每个API产品的一部分，API制造商必须提供对API操作本身的控制。EPROM中的系统程序是用户用来控制硬件和软件系统的程序，是完整的PLC系统，是补充和不可替代的。1.4.3PLC的应用领域PLC目前应用于冶金、石油、化工、机械工程、电力、汽车、工业等多种行业从应用类型来看API应用可概括为以下几个方面(1)打开和关闭逻辑检查使用基本的PLC功能进行逻辑控制，例如逻辑运算、计时、计数等。，取代对单一电脑的控制、多单位控制、自动factory控制(例如机器、注射机器、装配线、电气布线、电梯控制等)。，这是基本的API应用程序，也是最常用的API应用程序域(4)数据处理现代API具有数学运算、资料传输、转换、排序和表格搜寻等功能，可透过通讯介面将资料收集和处理至其他智慧装置，例如电脑数位控制(CNC)(五)通信与PLC的通信包括PLC与PLC、PLC及其他智能设备之间的通信，PLC与通用计算机之间的连接通过通信单元建立直接信息交换或信息交换，以及通信单元多级分布式控制系统集中控制和分布式控制(AM)满足工业自动化系统开发的要求。

第二章系统控制方案的确定2.1花式喷泉的概述喷泉是可以在一定压力下通过喷嘴喷射的特定形状，通常由泵引导现代城市的喷泉非常丰富，这取决于结构和压力的大小，喷泉可以是高的或珍珠的，也可以是雾，分为七种类型的花瓶(1)普通喷泉:用水量少，光线简单，控制喷泉的开启和关闭运动，水的类型和光线的变化(2)程序喷泉:基于默认布局和不同类型的水和照明组合的编程控件，通过计算机程序发送可更改不同类型的水和灯的控制信号(3)音乐喷泉:将音乐控制系统添加到由程序控制的喷泉中，计算机对音频和MIDI信号进行解码和编码，并将其发送到控制系统以改变墨水的形状和灯光，从而使音乐保持同步(4)激光水喷泉:将激光发射的激光投影到喷水的水膜上，通过激光控制系统对其进行编程和控制，使其发出不同的图案和颜色，并使透明晶体在膜上发光，从而产生令人眼花缭乱的惊人效果(5)珠喷泉:使用特殊声波将水转换为具有高速视觉效果的球体的喷水装置(6)电游喷泉又称喷泉感测器，它对游客的运动产生反应，从而增加了娱乐(7)跳跃泉又称食泉是一种高科技的海洋艺术，水的形状像冰晶的根，一系列的冰晶在空中漂浮，跳舞。2.2采用PLC控制花式喷泉的优点(1)就控制模式而言，PLC软件电缆有助于更改逻辑或添加功能。（2）PLC的连续运行不受工作模式的限制。（3）速度控制：PLC由快速，接触和无抖动的半导体控制。（4）时间和数量：PLC时钟由高精度晶体振荡器产生，并且宽范围的时间范围：具有计数功能。（5）可靠性和维护性：PLC非接触式，寿命长，可自动诊断，程序执行监控，调试和现场维护。2.3系统设计的基本步骤图3可编程控制器的系统设计的流程图了解和分析喷泉控制条件和要求根据系统功能要求，系统所需的输入和输出设备的名称以及常见的输入设备包括其他常用的输出设备，包括按钮，开关和指示器。(3)根据I/O点选择适合开口销的PLC类型(4)I/o点分布、PLC输入/输出点的分配，以及出口赞助商输入/输出面板或连接器的接线图的编辑(5)为大型饰面而设计的喷泉系统，需要完整的油漆设计(6)浏览至PLC程序，测试软件，并找到可改进系统程序的错误。2.4喷泉系统控制方案喷泉系统需要以下控制项(1)1和2为外部软管，3为内部软管，4为星形照明系统由三个分支组成:绿色光(1、2之间)、黄色光(2、3之间)和红色光(3和4之间)(2)喷泉有三种型号可供选择，按下“开始”按钮，喷泉就开始工作。按下停止键停止喷水(3)喷泉有三种喷射模式第一个解决方案是每隔两秒钟依次喷水4、3、2和1，然后停止喷水1、2、3和4，然后在15秒后停止，重复第二个模型同时喷水1和3在延迟后停止供水1和3，同时喷水2和4，并在连续5次操作中喷水2循环1、2、3和4，30秒后停止供水3.样本1、2、3、4在2秒后喷洒，然后30秒后喷洒。然后，喷雾会停止1、2、3和4秒，并重复循环(4)可以使用第一个示意图中的转换器来控制每个环的高度，管道1和3缓慢向前喷射，管道2和4以平均速度向前喷射水(5)照明控制：PLCX5输入是一个选择按钮，用于控制照明系统。如有必要，可以连接X5输入。在3楼或4楼的每层上喷水时，三向灯会亮起2.当喷水时，黄灯会亮，绿灯会亮。喷完所有喷嘴后，指示灯会亮起。喷泉示意图，如图4所示。图4喷泉布局图2.5喷泉控制系统的原理图在喷泉中PLC由按钮开关信号控制，由于有四层喷水，因此使用一台变频器来控制四台水泵。新喷泉控制系统的框图被示出在图5中。图5喷泉控制系统原理图图6开关控制面板图转换器是运动控制系统中的能量转换器，它是一种功率控制工具，可使用半导体开关效应将电能转换为不同频率的电能，以交换不同频率此控制电路是PLC计算的结果，用于控制当模拟输出模组(AO)向转换器传送控制信号(电气或电子信号)时，使用转换器控制四个电机，可让设定从PLC到电机的速度，并提供对不同类型的喷泉的控制。

第三章系统硬件设计3.1PLC的选型3.1.1常用PLC介绍PLC已经发展好几年了。其技术先进，型号众多，制造商各异，每个键的开发方向也不尽相同，因此请考虑如何根据设计要求进行选择(1)西门子S7-200可编程控制器的缩写西门子在中国从事信息和通信、自动化和控制、能源、交通、医疗、照明和家用电器等行业，作为西门子SIMATICPLC家族中最小的成员，S7-200具有体积小、配置灵活、功能强大的特点，在中国的许多生活领域中，其结构紧凑、速度快、用途广泛，经常被工业公司用作花瓶此范围可能包括更复杂的自动控制功能，取代了S7-200系列继电器的简单控制功能，这些功能通常用于自动操控盘(2)三菱FX系列可编程控制器简介FX系列可编程控制器是韩国和国外唯一的代表性小型PLC，除了基本的FX160指令列表编程方法外，还可以使用SFC序列编程和为序列编程而设计的程序。关于专用控制器，PLC不仅具有模拟输入/输出功能，还具有位置控制和PID通讯控制功能，可以轻松地将其连接到计算机以进行数据交换和管理。3.1.2确认三菱FX2N系列可编程控制器本文所需求既快速又稳定的PLC，同时还考虑了价格。不会有太多的I/O端口，所以选择三菱FX-2NPLC。如图7所示。图7三菱FX2NPLC3.2变频器的选型 变频调速技术是在恒定功率频率（50Hz）下节能的一种措施。尽管它是发电的最佳频率，但并不是所有电气设备的最佳工作频率，因此许多设备将长期工作。实际上，大多数交流电动机的低功耗是空气比仍以恒定的频率和速度运行。而运行效率约为60%的转换器使用此设计来提高效率选择“反向”时，需要指定以下内容：（1）使用频率变化的目的是控制恒定电压或恒定电流等。（2）在确定所用方法的负载曲线时，应注意变矩器（例如压力泵或活塞泵）的负载类型。（3）平等问题在使用变频器控制电动机的情况下，由于高速电动机的低电压导致谐波增加，并且高速电动机的输出电流增加，因此是使用变频器的变频器。高速电动机比普通电动机略高。如果要使用更长的电缆，请确保更长的电缆不影响地面，并且不要在输出连接器上安装输出传感器。在高温，高海拔等特殊情况下，必须减少整流次数，将变频器的容量提高一级。最初设计换能器时，为每种喷雾选择fr-s520（e系列换能器）。3.3泵的选型现在通常用于喷泉的潜水泵包括QS，QY，QX和QJ系列。QS系列潜水泵体积小，三者性能稳定。机械和泵集成以及水下操作的主要优点是运行可靠，耐用，易于操作，功率大，故障少且维护成本低。QY系列潜水泵QY系列潜水泵由三部分组成：电动机，水泵和密封件。电动泵的顶部基本上是离心水泵。底部是三相鼠笼式垂直分离电动机。所有发动机均使用高质量，高效率，低功率的硅钢板，浸入深度不超过5m，水温不超过+40C。考虑到喷泉的升程，流量，水质，价格和其他要求，我们为喷泉选择了QS系列潜水泵，如图8所示。图8QS系列潜水泵3.4硬件接线图系统设备连接图是PLC控制器与系统中各种设备之间的连接。具体的如图9、10所示。图9PLC控制布局接线图如图，喷泉系统控制装置示意图，控制开关如下：（1）按下开始按钮和灯光控制按钮开始工作，（2）将开关按到位置1，这是第一种类型的喷泉，（3）将开关按到位置2，这是第二种喷泉，（4）将开关按到位置3，这是第三种喷泉。图10变频器和水泵接线图通过逆变器控制，改变电机速度以控制水流和喷雾高度，最后将光与光结合形成各种喷泉模型。

第四章喷泉控制系统的软件设计4.1花式喷泉的PLC控制流程图花式喷泉的详细程序控制流程图可见下图11。 图11系统控制流程图如图11所示打开电源后，它将进入工作状态。当您按下开始按钮时，装置准备就绪，如果您不按它，它将返回到初始状态。然后选择喷涂模式，共有三种喷涂模式可供选择。如果您未选择喷水模式，则系统将保持打开状态。当您按下型号选择开关时，喷泉将按照设置的时间表运行。4.2I/O分配表4-1输入I/O分配表4-2输入I/O分配表4.2.1输入信号停止按钮SQ1：I/0.0，启动按钮SQ2：I/0.1，型号选择位置开关1SQ3：I/0.2，型号选择位置开关2SQ4：I/0.3，位置开关型号选择3SQ5：I/0.4，红色灯光控制开关SQ6：I0.54.2.2输出信号KM1:Q0.1接触器的孔径n2KM2:Q0.2喷嘴开关接触器n3KM3:Q0.3喷嘴开关接触器4KM4:Q0.4喷油器接触器开关4.3I/O接线图KM1KM2KM1KM2KM3KM41L1MI0.0I0.1I0.2I0.3I0.4I0.5I0.6Q0.0Q0.1Q0.2Q0.3Q0.4Q0.5图12PLC接线图4.4系统工作过程分析（1）按开始按钮和变暗按钮开始。（2）将开关按到位置1，这是第一种类型的喷泉。（3）将开关按到位置2，这是第二种类型的喷泉（4）将开关按到3位置，这是第三种类型的喷泉。（5）不论采用哪种喷泉模式，在喷涂第三层或第四层水时，黄灯都会亮起。喷涂第二层时，红灯亮。喷完所有水后，绿灯亮。（6）按停止按钮以完成操作。4.5控制系统程序设计4.5.1喷泉的第一种花样按下启动按钮 4楼的洒水器开始喷水，第4、3、2和1层依次以2秒的间隔喷水。其如图13所示。第1层喷水第2层喷水第3层喷水第4层喷水2s2s2s15s15s 第1层喷水第2层喷水第3层喷水第4层喷水第4层喷水第3层喷水第2层喷水第1层喷水2s2s2s15s15s 第4层喷水第3层喷水第2层喷水第1层喷水图13喷泉的第一种花样流程图当选择开关位置2时，喷泉将执行第一个模式：4、3、2，l每2秒依次喷水，l整体喷水5秒钟然后停止，之后按l，2、3、4每2秒依次喷水，一起喷15秒钟然后停止，效果会很平稳。1、3个管道以缓慢的正向旋转喷水，2和4管道以中等速度喷水。喷涂第三层或第四层时，黄色指示灯亮起：喷涂第二层时，红色指示灯亮起：所有水都喷涂完毕后，绿色指示灯亮起。梯形图如图14所示：图14第一种花样的梯形图注意：I0.2是选择器2；I0.0是停止开关；Q0.0，Q0.7为第四喷胶软管；Q0.1，Q0.6为第三喷胶软管；Q0.2，Q0.5是2号喷雾软管；Q0.3和Q0.4是第一喷水软管；T37至T44是100ms定时器；M3.4是显示的黄色LED，M0.2是显示的红色LED，M0.0是显示的绿色LED。4.5.2喷泉的第二种花样1楼和3楼的喷嘴开始喷水，三秒钟后，开始在2楼和4楼喷水。流程图如图15所示：第2,4层喷水水喷水喷水第1,3喷水水喷水喷水 3s 3s第2,4层喷水水喷水喷水第1,3喷水水喷水喷水5次30s第4层喷水第3层喷水第2层喷水第1层喷水第4层喷水第3层喷水第2层喷水第1层喷水图15喷泉的第二种花样流程图当选择开关3的位置时，第二个喷泉模型为:l和3同时喷水，3秒后l和3停止喷水，然后交替启动1、2、3，并按照此规则停止和重复，以缓慢的正方向喷水2或4管道，在第三或第四层喷水时以平均速度向前喷水，黄色灯亮:当第二层喷水时，红色灯亮:当楼梯完成时，绿色灯亮图16第二种花样的梯形图注意：I0.3是选择器3；I0.0是停止开关；Q0.0，Q0.4是第一喷水软管；Q0.2，Q0.6是3号喷水软管;Q0.1，Q0.5是2号喷雾软管;Q0.3和Q0.7是4号喷雾软管;T37至T39是100ms定时器；C1是一个计数器；M3.4显示黄灯，M0.2显示红灯，M0.0显示绿灯。4.5.3喷泉的第三种花样四层以2s的间隔依次停止喷涂。如图17所示。第4层停喷水第3层停喷水第2层停喷水第1层停喷水2s2s2s15s 第4层停喷水第3层停喷水第2层停喷水第1层停喷水图17喷泉的第三种花样流程图当选择开关位置4时，第三个模型：I，2、3、4依次延迟喷水2秒，然后一起喷水30秒，然后延迟1，2，3和4持续2秒钟以停止喷涂。在此法中移动。1、3个管道以缓慢的正向旋转方式喷水。2、4根管道中速喷水，第三四层喷水时，黄灯常亮；喷涂第二层时，红灯亮。喷完所有水后绿灯亮。梯形图如下图18第三种花样的梯形图注意：I0.4是选择器4；I0.0是停止开关；Q0.3是第四根喷雾软管；Q0.2是第三根喷雾软管；Q0.15是第二喷水软管；Q0.0花园软管n°1;Q0.4至Q0.7是辅助线圈;T37至T44是100ms定时器；M3.4显示黄灯，M0.2显示红灯，M0.0显示绿灯。

第五章系统的仿真和调试5.1仿真软件的选用第一，模拟控制器会暂时停止使用者程式的执行，而不会影响程式的状态；第二，PLC模拟会从启动模式切换到停止模式，而不会变更相同检视物件的输出状态；第四个模拟处理器会立即变更实际的储存区域，直到第四个模拟处理器完成扫描或连续的托盘扫描；第五个模拟程式可以自动或手动启动计时器；第六个模拟控制器可以手动重新启动或重置以处理阴影和周边储存程序本项目使用GXdeveloper8软件模拟系统并运行自定义程序来测试系统功能。5.2系统的调试花样一仿真图见图19和20。图19花样1仿真图a如果按下「开始」按钮I0.0，按下「模型选取」按钮1I0.2，M0.1会通电，当按下「停止」按钮时，会同时收到电源(Q0.2和Q0)。图20花样1仿真图b如果按下「开始」按钮I0.0并选取组态参数1I0.2，则当电源开启时，M0.1会启动，而当电源开启时，Q0.1和Q0.3会同时关闭系统电源，按下「停止」按钮I0.1。图20和图21为模型2的仿真图。图21花样2仿真图a当按下开始按钮I0.0并按下模式1选择器开关I0.3时，M0.0通电，M0.2通电，当M1.2通电时Q1.1通电。当按下停止按钮I0.1时系统关闭。图22花样2仿真图b按下“StartI0.0”按钮并按下模式选择开关1I0.3时，M0.2通电，M1.5关机时，m0.2通电，Q1.4通电。模式3的仿真图如图23和图24所示。图23花样3仿真图a当按下开始按钮I0.0并按下模式1选择器开关I0.4时，M0.0通电，M0.3通电，当M2.2通电时Q2.2通电。当按下停止按钮I0.1时系统关闭。图24花样3仿真图b当按下I0.0开始按钮并按下模式1选择器开关I0.4时，M0.0通电，M0.3通电，当M2.4通电时Q2.3通电。当按下停止按钮I0.1时系统关闭。图25和图26为自动操作仿真图。图25自动运行仿真图a按下自动开关I0.5，M0.1得电，当M1.3得电时Q1.2得电。图26自动运行仿真图b按下自动开关I0.5，当M0.3打开时，Q2.2电压将启动通过系统仿真调试，可以看到当按下“StartI0.0”按钮时，M0.0将通电并在选择“modelu”(型号)开关后继续工作，系统将按照设置的程序运行，并在按下“autostart(自动启动)”按钮后实施支持，系统将在按下“starti0.0(停止)”按钮后立即进入自动运行状态。结论本毕业设计利用PLC在控制系统中的优势，使喷水池在现实生活