plc課程設計--自動噴泉的控制系統(tǒng)設計

1、<p><b>　　電氣控制技術</b></p><p><b>　　課程設計</b></p><p>　　題 目: 自動噴泉的控制系統(tǒng)設計 </p><p>　　院系名稱： 電氣工程學院

2、 </p><p>　　專業(yè)班級： </p><p>　　學生姓名： </p><p>　　學 號： </p><p>　　指導教師：

3、 </p><p><b>　　目錄</b></p><p><b>　　1系統(tǒng)概述1</b></p><p>　　1.1設計的目的1</p><p><b>　　1.2設計內容1</b></p>

4、<p>　　1.3實現的目標1</p><p><b>　　2方案論證2</b></p><p><b>　　2.1方案比較2</b></p><p><b>　　2.2方案選擇4</b></p><p><b>　　3硬件設計5</b&

5、gt;</p><p>　　3.1系統(tǒng)的原理框圖5</p><p><b>　　3.2主電路5</b></p><p>　　3.3 I/O分配6</p><p>　　3.4 I/O接線圖7</p><p>　　3.5元器件選型8</p><p><b>

6、　　4軟件設計10</b></p><p><b>　　4.1主流程10</b></p><p><b>　　4.2梯形圖11</b></p><p><b>　　5系統(tǒng)調試13</b></p><p><b>　　設計心得18</b>

7、;</p><p><b>　　參考文獻18</b></p><p>　　附錄1元件清單19</p><p><b>　　附錄二語句表20</b></p><p><b>　　1系統(tǒng)概述</b></p><p><b>　　1.1設計的目

8、的</b></p><p>　　通過對自動噴泉PLC控制系統(tǒng)的工作原理的分析、系統(tǒng)設計、編程、及上機調試工作的實踐，了解電器控制系統(tǒng)的一般設計思路，熟悉和掌握外圍電路系統(tǒng)和軟件設計的方法，并掌握PLC工作狀況進行監(jiān)控的方法.</p><p><b>　　1.2設計內容</b></p><p>　　有16個閥門（噴頭），有4個選擇按鈕

9、，如下圖所示。實現四種以上的自動噴泉花樣</p><p><b>　　主要內容包括：</b></p><p>　　1. 設計出硬件系統(tǒng)的結構圖、接線圖、時序圖等；</p><p>　　2. 系統(tǒng)有啟動/停止按鈕；</p><p>　　3. 實現四種以上的自動噴泉花樣控制；（自己定義）</p><p&g

10、t;　　5. 程序結構與控制功能自行創(chuàng)新設計；</p><p>　　6. 進行系統(tǒng)調試，實現自動噴泉的控制要求。</p><p>　　7. 電機3KW,380V</p><p><b>　　1.3實現的目標</b></p><p>　　按照設計要求有16個彩燈代表16個噴頭，有4個選擇按鈕，實現四種以上的自動噴泉花樣，

11、4個選擇按鈕分別控制4種噴泉花樣，同時四種噴泉花樣應該相互獨立，按照要求設計出如下四種噴泉花樣，噴泉一、噴泉二、噴泉三、噴泉四,</p><p>　　系統(tǒng)控制流程如下四個噴泉控制過程</p><p><b>　　噴泉一：</b></p><p>　　1 按下啟動按鈕X0，再按下SB1按鈕選擇花樣噴泉1模式 </p>&

12、lt;p>　　2 6號噴頭先噴，1s后11號噴       </p><p>　　3 1s后7號噴，1s后10號噴        </p><p>　　4 同時噴5s后，6、7、10、11都停 &

13、#160;      </p><p>　　5 重復循環(huán)②--④步驟</p><p><b>　　噴泉二:</b></p><p>　　1 按下SB2選擇花樣噴泉2模式      </p><

14、p>　　3號噴頭先噴，2s后12號噴       </p><p>　　2s后14號噴頭噴，2s后5號噴       </p><p>　　3、12、14、5同時噴10s      &#

15、160;</p><p>　　5 重復循環(huán)②--④步驟</p><p><b>　　噴泉三:</b></p><p>　　1 按下SB3選擇花樣噴泉3模式</p><p>　　2 2、8、15、9同時先噴10s</p><p>　　再1s后一次間隔1s停</p><

16、p>　　4 重復循環(huán)②--③步驟</p><p><b>　　噴泉四:</b></p><p>　　1 按下SB4選擇花樣噴泉4模式      </p><p>　　2 1、4、16、13同時噴 </p><p>　　3 

17、;1分鐘后同時停 </p><p>　　4 重復循環(huán)②--③步驟</p><p><b>　　2方案論證</b></p><p><b>　　2.1方案比較</b></p><p>　　方案1：使用單片機控制花式噴泉</p><p>　　單片機的特點是控制

18、性能和可靠性高，體積小、價格低、易于產品化。由于單片機具有良好的控制性能和靈活的嵌入品質，近年來在智能儀表、機電一體化產品、實時工業(yè)控制家用電器等各個領域都獲得了極其廣泛的應用</p><p>　　自動噴泉的原理是利用控制器控制水泵的噴水的方式，此方案采用AT80C51系列單片機作為主控制器來控制噴泉的噴水方式。單片機的成本較低，適合用于控制小型的花式噴泉。單片機通過控制步進電機來控制電磁閥,實現對噴頭流量的制,

19、從而使噴泉水姿、燈光色彩產生變化。但采用單片機控制原理，是以可控硅作為功率開關元件，由于可控硅承受過電壓、過電流的能力較差，因而不能長時間運行,單片機形式的噴泉如圖2-1所示.</p><p>　　圖2-1 單片機自動噴泉原理框圖</p><p>　　方案二采用控制繼電器來控制</p><p>　　繼電器是指當輸入量或激勵量，滿足某些規(guī)定的條件是能在一個或多個電器輸

20、出電路中產生躍變的一種器件 。今天繼電器已應用到家庭及工業(yè)控制的各個領域，他們比以往的產品具有更高的可靠性。但是，這也是隨之帶來的一些問題。如絕大多數控制繼電器都是長期磨損和疲勞工作條件下進行的，容易損壞。而且繼電器的觸點容易產生電弧，甚至會熔在一起產生誤操作，引起嚴重的后果。在全負荷運載的情況下，大的繼電器將產生大量的熱及噪聲，同時也消耗了大量的電能。并且繼電器控制系統(tǒng)必須是手工接線、安裝，如果有簡單的改動，也需要花費大量時

21、間及人力和物力去改制、安裝和調試。用繼電器控制的花式噴泉現在顯然不能滿足高要求，一旦有一個繼電器損壞，那將難以排除其故障</p><p>　　方案三:PLC噴泉控制</p><p>　　自二十世紀六十年代美國推出可編程邏輯控制器(Programmable Logic Controller，PLC)取代傳統(tǒng)繼電器控制裝置以來，PLC得到了快速發(fā)展，在世界各國得到了廣泛應用

22、。</p><p>　　PLC是由模仿原繼電器控制原理發(fā)展起來的，二十世紀七十年代的PLC只有開關量邏輯控制，首先應用的是汽車制造行業(yè)。它以存儲執(zhí)行邏輯運算、順序控制、定時、計數和運算等操作的指令；并通過數字輸入和輸出操作，來控制各類機械或生產過程。用戶編制的控制程序表達了生產過程的工藝要求，并事先存入PLC的用戶程序存儲器中。運行時按存儲程序的內容逐條執(zhí)行，以完成工藝流程要求的操作。</p>&l

23、t;p>　　一個PLC的控制器，可以接收幾千個I/O點。對于噴泉控制系統(tǒng)這樣，被控對象是設備連鎖、回路很少，采用PLC較為合適。PLC由于采用通用監(jiān)控軟件，在組態(tài)軟件設計方面要容易一些。且PLC通常都支持現場總線，會使得系統(tǒng)通信得到有利保障，更適合實現上位機的遠程監(jiān)控</p><p>　　目前適用于噴泉控制的中小型PLC種類繁多，價格低廉。使設計者會有更多的選擇余地。系統(tǒng)整體造價會比工控機低，而且不會降低系

24、統(tǒng)的穩(wěn)定性.PLC形式的自動噴泉如圖2-2所示</p><p>　　圖2-2 PLC自動噴泉原理圖</p><p><b>　　2.2方案選擇</b></p><p>　　根據比較，單片機控制系統(tǒng)用于噴泉控制是完全可行的但由于單片機需要附屬很多的外圍電路，對電路的設計水平要求很高，否則便很可能降低系統(tǒng)的穩(wěn)定性。而且，由于噴泉控制系統(tǒng)很少會有批

25、量生產的情況，對于小規(guī)模制作時，PCB印刷電路板的制作成本是很高的. 繼電器控制系統(tǒng)大多都是長期磨損和疲勞工作條件下進行的，容易損壞。而且繼電器的觸點容易產生電弧，甚至會熔在一起產生誤操作，引起嚴重的后果,所以根據綜合分析最終選擇PLC控制器來控制花式噴泉。這樣更經濟、耐用和適合時代的大潮流.</p><p><b>　　3硬件設計</b></p><p>　　3.1

26、系統(tǒng)的原理框圖</p><p>　　在噴泉中，通過按鈕開關信號來控制PLC:因為有4層噴水，因此用了1個變額器來控制4個水泵。自動噴泉控制系統(tǒng)的原理圖如圖3-1所示</p><p>　　圖3-1 自動噴泉控制系統(tǒng)原理圖</p><p><b>　　3.2主電路</b></p><p>　　主電路主要有四臺電動機和變頻器組

27、成,合上開關QS接通三相電源,然后合上開關QS1使變頻器接通三相電源,如果需要第一層噴泉噴，則合上QS2，KM1，KM2。其他的依次類推。其接線圖如圖3-2所示。</p><p>　　圖3-2 變頻器和水泵的接線圖</p><p><b>　　3.3 I/O分配</b></p><p>　　通過對系統(tǒng)的分析,我進行了I/O分配,分配情

28、況如表3-1所示</p><p>　　表3-1 I/0口分配表</p><p>　　3.4 I/O接線圖</p><p>　　系統(tǒng) 外部接線情況如圖3-3所示。</p><p>　　圖3-3 系統(tǒng)I/O接線圖</p><p><b>　　3.5元器件選型</b></p><p&

29、gt;<b>　　PLC選型</b></p><p>　　在PLC系統(tǒng)設計時，首先應確定控制方案，下一步工作就是PLC工程設計選型。工藝流程的特點和應用要求是設計選型的主要依據。因此，工程設計選型和估算時，應詳細分析工藝過程的特點、控制要求，控制任務和范圍確定所需的操作和動作，然后根據控制要求，估算輸入輸出點數、所需存儲器容量、確定PLC的功能、外部設備特性等，最后選擇有較高性能價格比的PL

30、C和設計相應的控制系統(tǒng)</p><p>　　輸入輸出（I/O）點數的估算:I/O點數估算時應考慮適當的余量，通常根據統(tǒng)計的輸入輸出點數，再增加10%~20%的可擴展余量后，作為輸入輸出點數估算數據</p><p>　　存儲器容量的估算: 存儲器容量是可編程序控制器本身能提供的硬件存儲單元大小，程序容量是存儲器中用戶應用項目使用的存儲單元的大小，因此程序容量小于存儲器容量。設計階段，由于用戶

31、應用程序還未編制，因此，程序容量在設計階段是未知的，需在程序調試之后才知道。為了設計選型時能對程序容量有一定估算，通常采用存儲器容量的估算來代替控制功能的選擇: 該選擇包括運算功能、控制功能、通信功能、編程功能、診斷功能和處理速度等特性的選擇。根據本課題所設計控制的需求通過對輸入/輸出點的選擇、對存儲量的選擇,對I/O響應時間的選擇輸出負載的特點選型的分許。該控制系統(tǒng)選用三菱公司FX2N系列的PLC。它體積小，重量輕，使用壽命長，編程和

32、維護方便，故障率低，通過擴展模塊的鏈接，可以增加輸入/輸出點數。我設計的花式噴泉模型共有6個輸入，16個輸出，因此，選用型號為FX2N-48MR的PLC</p><p><b>　　變頻器選型</b></p><p>　　我設計的是通過變頻器調速技術來控制每環(huán)噴水管的高度。我選FR-S520 (S)E系列變頻調速器</p><p>&

33、lt;b>　?。?）水泵的選型</b></p><p>　　由于噴泉的水泵必須滿足大功率快速精確起停，而且其輸出功率必須能夠精確的進行控制。我選用品牌為DESHB(德士比)的QYPI00-4.5-2.2噴泉泵。具有以下優(yōu)點：結構緊湊：無需引水、使用簡便：雙端密封、電器保護；設計合理、性能優(yōu)良：經久耐用、安全可靠。并且水泵出口采用圓法蘭結構，電機為F級絕緣，適用于音樂噴泉等場合對電機頻繁啟動的要求

34、，葉輪具有防松裝置，不怕反轉。其實物圖見其圖3-4所示</p><p>　　圖3-4 QYP噴泉泵的實物圖</p><p><b>　　4軟件設計</b></p><p><b>　　4.1主流程</b></p><p>　　根據噴泉一、噴泉二、噴泉三、噴泉四的控制要求，畫出PLC控制系統(tǒng)控制自動噴

35、泉的程序流程圖，首先通過啟動按鈕來控制PLC的開關，由選擇按鈕SB1、SB2、SB3、SB4來控制噴泉的四種花樣模式。流程圖如下圖4-1所示</p><p>　　圖4-1 自動噴泉程序流程圖</p><p><b>　　4.2梯形圖</b></p><p><b>　　5系統(tǒng)調試</b></p><p&

36、gt;　　PLC程序的調試可以分為模擬調試和現場調試兩個調試過程，在此之前首先對PLC外部接線作仔細檢查，這一個環(huán)節(jié)很重要。外部接線一定要準確無誤。也可以用事先編寫好的試驗程序對外部接線做掃描通電檢查來查找接線故障。不過，為了安全考慮，最好將主電路斷開。當確認接線無誤后再連接主電路，將模擬調試好的程序送入用戶存儲器進行調試，直到各部分的功能都正常，并能協調一致地完成整體的控制功能為止,本次調試為模擬調試,調試結果如下圖所示</p&

37、gt;<p><b>　　:</b></p><p>　　噴泉模式一調試結果如圖5-1所示:</p><p>　　圖5-1 噴泉模式一調試結果圖</p><p>　　按下啟動按鈕,再按下花樣選擇開關SB1,選擇模式一, 6號噴頭先噴，1s后1號噴1s后7號噴，1s后10號噴,同時噴5s后，6、7、10、11都停,如果不按其他花樣選

38、擇開關或停止按鈕,將繼續(xù)重復上述過程.</p><p>　　噴泉模式二調試結果如圖5-2所示</p><p>　　圖5-2 噴泉模式二調試結果圖</p><p>　　按下SB2選擇花樣噴泉2模式,3號噴頭先噴，2s后12號噴2s后14號噴頭噴，2s后5號噴,3、12、14、5同時噴10s, 如果不按其他花樣選擇開關或停止按鈕,將繼續(xù)重復上述過程.</p>

39、<p>　　噴泉模式三調試結果如圖5-3所示</p><p>　　圖5-3 噴泉模式三調試結果圖</p><p>　　按下SB3選擇花樣噴泉3模式,2、8、15、9同時先噴10再1s后一次間隔1s停如果不按其他花樣選擇開關或停止按鈕,將繼續(xù)重復上述過程.</p><p>　　噴泉模式四調試結果如圖5-4所示</p><p>　　

40、圖5-4噴泉模式四調試結果圖</p><p>　　按下SB4選擇花樣噴泉4模式1、4、16、13同時噴 1分鐘后同時停, 如果不按其他花樣選擇開關或停止按鈕,將繼續(xù)重復上述過程</p><p><b>　　設計心得</b></p><p>　　兩周來所做PLC的設計，讓我進一步對PLC的應用及功能做了了解，對軟件梯形圖的應用也變的熟練

41、。我掌握了更多關于自動控制系統(tǒng)的知識，明白了自動噴泉控制系統(tǒng)的組成，FX2N-48MR的PLC的功能及特點。無論是在硬件還是軟件設計上，我都遇到了不少的問題，在克服困難的過程中，我學到了許多，特別是在課堂上學不到的東西。使我重新系統(tǒng)的學習了網絡測控，可編程控制器等課程，熟悉掌握了PLC的使用。對一個系統(tǒng)的設計步驟有了清楚的了解，并掌握了一個系統(tǒng)的設計過程。學會了如何發(fā)現問題，解決問題。并在查閱資料的過程中對問題的認識和問題的解決提出了新

42、的見解，分析問題出現的原因，使得對問題理解也更加深刻。</p><p>　　我覺得本次設計最大的優(yōu)點就是采用PLC設計自動噴泉控制系統(tǒng)，而沒有采用單片來設計，雖然是用單片機也能完成本次設計，但是采用PLC，不但價格低廉，而且系統(tǒng)整體造價會比工控機低，而且不會降低系統(tǒng)的穩(wěn)定性 。但是我覺得本次設計還是有許多的不足，首先，我覺得在梯形圖設計上，沒有設計出較完整的方案，而且我的原件選型方面，做的還不嚴謹。不過

43、能夠設計出本套裝置系統(tǒng)，是自動噴泉可以完成四種花型，解電器控制系統(tǒng)的一般設計思路，熟悉和掌握外圍電路系統(tǒng)和軟件設計的方法，并掌握利PLC工作狀況進行監(jiān)控的方法。我覺得這就是本次設計的重要意義。</p><p><b>　　參考文獻</b></p><p>　　[1] 陳貴銀.單片機原理及接口技術 .北京：電子工業(yè)出版社，2004.1 &l

44、t;/p><p>　　[2] 王雅芳.驅動電路設計與應用.北京：機械工業(yè)版社，2004.7 </p><p>　　[3] 俞國亮.PLC原理與應用（三菱FX系列）.北京：清華大學出版社，2005.6 </p><p>　　[4] 謝克明、夏路易.可編程控制器原理與程序設計.  北京：電子工業(yè)出版社&#

45、160;</p><p>　　[5] 張興國.可編程控制器技術及應用.北京：中國電力出版社，2006 </p><p>　　[6] 陶權.PLC控制系統(tǒng)設計、安裝與調試.北京：北京理工大學出版社，2006.3 </p><p>　　[7] 宋德玉.可編程序控制器原理及應用系統(tǒng)設計技術.北京：冶金工業(yè)出版2001

46、60;</p><p><b>　　附錄1元件清單</b></p><p><b>　　附錄二語句表</b></p><p>　　LD X000 OUT T3</p><p>　　OR M0 K10</

47、p><p>　　ANI X001 MRD</p><p>　　OUT M0 AND T3</p><p>　　AND X002 OUT Y012</p><p>　　OR M1 OUT

48、T4</p><p>　　ANI X001 K50</p><p>　　OUT M1 MPP</p><p>　　LD M1 AND T4</p><p>　　ANI M30

49、 OUT M30</p><p>　　MPS OUT CJ P1</p><p>　　OUT Y006 以上是噴泉模式一的語句表，按下啟動按鈕X000，</p><p>　　MRD 再按下花樣選擇按鈕X002，就啟動了模式一。<

50、;/p><p>　　OUT T1 </p><p>　　K10 LD M0</p><p>　　MRD AND X003</p><p>　　AND T1 OR M3</p

51、><p>　　OUT Y013 ANI X001</p><p>　　OUT T2 OUT M3</p><p>　　K10 LD M3</p><p>　　MPP ANI M10

52、4</p><p>　　AND T2 OUT Y003</p><p>　　OUT M2 OUT T5</p><p>　　LD M2 K20</p><p>　　ANI M30

53、 LD T5</p><p>　　MPS ANI M104</p><p>　　OUT Y007 OUT Y014</p><p>　　MRD OUT T6 </p><p>　　K20

54、 LD M4</p><p>　　LD T5 ANI T10</p><p>　　ANI M104 OUT Y010</p><p>　　OUT Y014 LD M4</p><p>　　OUT

55、T6 ANI T11</p><p>　　K20 OUT Y017</p><p>　　LD T6 LD M4</p><p>　　ANI M104 ANI T12</p><p>

56、;　　OUT Y016 OUT Y011</p><p>　　OUT T7 OUT T13</p><p>　　K20 K100</p><p>　　LD T6 LD T13</p>

57、<p>　　ANI M104 ANI T12</p><p>　　OUT Y005 OUT T9</p><p>　　OUT T8 K100</p><p>　　K100 LD T9<

58、/p><p>　　LD T8 OUT T10</p><p>　　OUT M104 K10</p><p>　　OUT CJ P2 LD T10</p><p>　　以上是噴泉模式二語句表 OUT T11<

59、/p><p>　　按下花樣選擇開關X003,就 K10</p><p>　　啟動模式二 LD T11</p><p>　　LD M0 OUT T12</p><p>　　AND X004 K10</p&

60、gt;<p>　　OR M4 LD T12</p><p>　　ANI X001 OUT CJ P3</p><p>　　OUT M4 以上是噴泉模式三語句表，按下花樣選擇開關X004，</p><p>　　LD M4

61、 就啟動模式三</p><p>　　ANI T9 </p><p>　　OUT Y002 </p><p><b>　　LD M0</b></p><p><b>　　AND X005</b&g

62、t;</p><p><b>　　OR M5</b></p><p><b>　　ANI X001</b></p><p><b>　　OUT M5</b></p><p><b>　　LD M5</b></p><p><b

63、>　　ANI T14</b></p><p><b>　　OUT Y001</b></p><p><b>　　LD M5</b></p><p><b>　　ANI T14</b></p><p><b>　　OUT Y004</b>&

64、lt;/p><p><b>　　LD M5</b></p><p><b>　　ANI T14</b></p><p><b>　　OUT Y020</b></p><p><b>　　LD M5</b></p><p><b&g

65、t;　　ANI T14</b></p><p><b>　　OUT Y015</b></p><p><b>　　OUT T14</b></p><p><b>　　K600</b></p><p><b>　　LD T14</b></p