plc課程設計--花樣噴泉的控制系統(tǒng)設計

1、<p><b>　　電氣控制與PLC</b></p><p><b>　　課程設計說明書</b></p><p>　　題 目： 花樣噴泉的控制系統(tǒng)設計 </p><p>　　專業(yè)班級： </p><p>　

2、　姓 名： </p><p>　　學 號： </p><p>　　指導教師： </p><p><b>　　目 錄</b></p><p>&l

3、t;b>　　1系統(tǒng)概述2</b></p><p><b>　　2方案論證3</b></p><p>　　2.1 方案選擇3</p><p>　　2.2方案總結.5</p><p><b>　　3 硬件設計5</b></p><p>　　3.1系統(tǒng)的

4、原理方框圖5</p><p><b>　　3.2 主電路6</b></p><p>　　3.3 I/O分配7</p><p>　　3.4 I/O接線圖...............................................................................................

5、.............8 </p><p>　　3.5 元器件選型9</p><p><b>　　4軟件設計9</b></p><p><b>　　4.1 主流程9</b></p><p>　　4.2 梯形圖10</p><p><b>　　5 系統(tǒng)調

6、試12</b></p><p><b>　　設計心得13</b></p><p><b>　　產(chǎn)考文獻14</b></p><p><b>　　1 系統(tǒng)概述</b></p><p>　　在現(xiàn)代社會中隨著人們對環(huán)境越來越重視，計算機硬件技術越來越普遍，噴泉的應用

7、也更加受歡迎。用PLC技術控制噴泉結構簡單，控制方便，可隨意改變控制功能達到變換噴泉噴水花樣的目的，所以在現(xiàn)代社會中有很大的發(fā)展空間。在這樣的背景下，花樣式噴泉就這樣出現(xiàn)的，花樣式噴泉能給人一樣自然地美感，而且花樣式噴泉有很多樣式，給人一種心曠神怡之感。花式噴泉是人造小氣候，在炎熱的夏日可以起到增濕和降溫的作用；也為水體充氧，有利于水體增加自凈能力，起到防止水體黑臭的作用。</p><p>　　花樣式噴泉有很多類

8、型，最先進的有音樂噴泉，它能根據(jù)音樂來改變噴</p><p>　　高度，我設計的這個花樣式噴泉比較簡單，系統(tǒng)由三相異步電機4KW 380V 50HZ拖動水泵，噴泉系統(tǒng)呈內外4圈圓形分布，噴泉從里到外分為第一組1個噴頭、第二組4個噴頭、第三組8個噴頭、第四組16個噴頭，共有39個噴頭，每組噴頭噴出相同的花樣，由一個電磁閥DC24V 5W控制，系統(tǒng)設有啟動停止按鈕。</p><p><b

9、>　　具體要求如下：</b></p><p>　　1、按下啟動按鈕后，第一組噴水；</p><p>　　2、第一組噴水5秒后第二組噴水。</p><p>　　3、第二組噴水6秒后第三組噴水。</p><p>　　4、第三組噴水8秒后第四組噴水。</p><p>　　5、第四組噴水5秒后第二組噴水。&l

10、t;/p><p>　　6、第二組噴水3秒后重復2、3、4、5步驟。</p><p>　　7、無論在何種噴水狀態(tài)下，按動停止按鈕后，系統(tǒng)停止。</p><p>　　本次課程設計的課題是花樣式噴泉，由其控制要求可知：控制過程是一個復雜，連續(xù)，靈巧的過程。在工業(yè)工程中，被選擇為控制的一般是：繼電器，PLC，單片機。由于絕大多數(shù)控制繼電器都是長期磨損和疲勞工作條件下進行的，容易

11、損壞。而且繼電器的觸點容易產(chǎn)生電弧，甚至會熔在一起產(chǎn)生誤操作，引起嚴重的后果。單片機是一種集成電路編程復雜，結構復雜等。而PLC可靠性高，抗干擾能力強，配套齊全，功能完善，適用性強，系統(tǒng)的設計、建造工作量小，維護方便，容易改造，體積小，重量輕，能耗低且易學易用，深受工程技術人員歡迎，在工業(yè)以及其他領域都得到廣泛的應用。因此，本次花樣噴泉的自動化控制也采用PLC控制。 接著，我想到的是用什么樣的PLC，由于我剛學過三棱的PLC——FX2N

12、系列的PLC，F(xiàn)X2N——32MR是繼電器輸出，有I/O口32個，16個輸入，16個輸出。這個已經(jīng)夠用，雖然電磁閥需要29個，但是電磁閥功率小，可以幾個公用一個輸出口，而且，在每圈的噴泉都是同時動作，這樣都大大節(jié)省了I/O口的數(shù)量，繼而大大節(jié)省了投資成本，而且也方便接線，方便管理，但是不好之處在于擴展能力都大大下降，，根據(jù)設計要求，這四圈噴泉要求在</p><p>　　為了按時完成任務我設定了下表，它包含了我對這

13、幾天完成設計要求的計劃，每一 天做什么，干什么，完成那些東西，做了大概的敘述</p><p>　　方案完成計劃表如表1.1所示：</p><p>　　表1.1 完成計劃表</p><p>　　按照以上表格所指定的計劃，來逐步完成設計任務。</p><p><b>　　2方案論證</b></p><p&

14、gt;<b>　　2.1 方案選擇</b></p><p>　　此系統(tǒng)可以有單片機或者PLC作為主控制器來完成，但用單片機完成的話，接線麻煩，雖然說可能便宜些，維修起來也相對麻煩一點，因為我先學習了PLC，所以我用PLC來作為主控制器，來完成這個任務，我選擇的PLC有三棱的PLC，和西門子的PLC，還有其他不同的控制期間，根據(jù)需要，根據(jù)實際情況我設計了兩種方案供選擇，一種較為簡單，較為便宜一

15、些，一種較為麻煩，較為貴重一些，一些表格詳細說明了我選擇的硬件。它包裹了生產(chǎn)廠家，型號，額定電流，額定功率，價格等參數(shù)。</p><p><b>　　第一種方案</b></p><p>　　表2.1 方案一 </p><p><b>　　第二種方案</b></p><p><b>　　表

16、2.2 方案2</b></p><p>　　這就是我設計的兩種方案，其價格相差2000元左右，主要是電機和水泵，由于PLC我用到的功能不是很多，所以價格不會相差很大，由于設計簡單，與實際還有點距離，所以一些功能沒有被考慮在內，又不全的地方以后再求改進。就性價比而言我就選第一種方案來完成這個設計要求。</p><p><b>　　2.2 方案總結</b>&l

17、t;/p><p>　　對比兩種方案，根據(jù)需要來選擇合適的方案設計方法，主要是經(jīng)濟實惠，設計系統(tǒng)工作穩(wěn)定可靠，維修方便，接線簡單。我先用了第一種方案來完成這個設計要求，設計成本較低，性價比較高，而且能夠很好的完成設計要求的內容。用電機帶動水泵，有PLC控制電磁閥的關和開，從而達到花樣式噴泉噴水要求。當然此設計也缺少一些細節(jié)問題，比如管道的排布，以及安裝。噴泉形狀的設計，噴泉形狀的多樣化，由于時間有限，這些都沒考慮在內如

18、果需要，以后再仔細考慮。</p><p><b>　　3 硬件設計</b></p><p>　　3.1系統(tǒng)原理方框圖</p><p>　　按照設計要求，我設計的花樣式噴泉雖然比較簡單，但是設計思想和那些復雜的花樣式噴泉的設計思想是一致的。為了簡單明了的表示出我設計的花樣式噴泉的原理，下面原理方框圖可以清楚的表名我的設計思路。原理方框圖如圖3.1

19、所示：</p><p>　　圖3.1 系統(tǒng)原理圖</p><p><b>　　3.2 主電路</b></p><p>　　對于主電路部分，主要是電機的控制，通過控制電機從而來控制水泵，通過控制水泵來控制噴泉的噴水的開始和終止。而電磁閥主要是控制噴泉的花樣，通過控制電磁閥的打開和關閉從而達到那個噴泉口噴水的目的，噴泉口噴水那個打開，那個關閉的不

20、同組合就形成了不同的噴水花樣，給你不同的視覺效果，就是復雜的音樂式噴泉也是這樣來控制的，不同的是他不是用的電磁閥他可能用到的是噴泉口能控制形狀的控制器，來達到控制不同噴泉形狀的目的。而我設計的花樣式噴泉比較簡單，它只有一種形狀，每個噴泉口噴出來的形狀都是一樣的，這就大大降低了設計的難度，同時也就失去的很好視覺的效果，但是設計的思想只要掌握住了，那么以后如果遇到這樣的設計，自己都會得心應手，可能還會遇到一些困難，但是能夠有下手的點了，不會

21、遇到會一臉的茫然。我設計的花樣式噴泉的主電路如下圖3.2所示，主電路中我選擇的熱繼電器和熔斷器，分別作為過載保護和短路保護。</p><p><b>　　圖3.2 主電路圖</b></p><p>　　3.3 I/O分配表</p><p>　　圖3.3 I/O分配表</p><p>　　3.4 I/O接線圖</p

22、><p>　　圖3.4 I/O接線圖</p><p>　　由上圖可知，系統(tǒng)方框圖中的PLC用到三個輸入端口，而輸出用到了5個端口，由于輸出是繼電器輸出，最大電流最好不要超過2A，由于電磁閥功率很小而且控制噴泉的電磁閥，具有同時打開和關閉的要求，這樣都大大節(jié)省了I/O口資源，但對24V的電源要求能提供1.7A的電流，F(xiàn)X2N-24M，內部電源應給能供這樣的電流。這是由于4個電磁閥同時工作的話要

23、有電源提供的電流為I=P/U*8=1.67A電流很大。但這樣大大節(jié)省了I/O口資源。當SB1閉合式開始噴水，首先Y5閉合電磁閥1開始工作，第一組工作噴泉噴水5S后，Y6閉合，Y5打開，隨著Y6的閉合電磁閥2開始工作，及第二組噴泉開始噴水，噴水6S后，Y6打開電磁閥2停止工作，噴泉停止噴水，同時Y7閉合，電磁閥3得電，閥門打開，第三組噴泉開始噴水，噴水8S后，Y7打開，電磁閥3失電，在彈簧的作用下閥門閉合，停止噴水，同時Y8閉合，電磁閥4

24、得電閥門打開，第四組噴泉開始噴水，噴水5S后，Y8打開，所對應的電磁閥也打開，停止噴水，同時Y6閉合，電磁閥2得電閥門打開，開始噴水，3S后Y6失電，所對應電磁閥閉合，停止噴水，這是Y5得電，就這樣循環(huán)下去。當有SB2按下時</p><p>　　水，這個系統(tǒng)的控制程序很簡單，就是一個典型的循環(huán)程序控制，但電磁閥的選型有點麻煩，對于我這個初學者來說應該是很麻煩的了，我找了一天的資料才找到比較合適的電磁閥。當然電機以

25、及水泵的選擇也是很重要的，特別是水泵的選擇，雖然功率相同的水泵的，但它們的揚水高度是不一樣的。對于花樣式噴泉來說，要選擇揚水高度比較高的水泵，才能達到很好的視覺效果。</p><p><b>　　3.5元器件選型</b></p><p>　　對于元器件選擇來說，上面已經(jīng)提及到，現(xiàn)在在大概說一下，電機來說，只要盡力選性能好的，水泵要揚水要高的，電磁閥要開關迅速的，電容絲

26、和熱繼電器由于電動的啟動電流就定，電機的額定電流大約是8A，電機不是頻繁的啟動，熱繼電器的額定電流大約是20A即可，而PLC選擇很多，因為此系統(tǒng)所有PLC的功能不是很多，不需要功能強大的PLC，還有用I/0口要求也不是很多，綜合上述三棱的FX2N-24M，有14輸入，10個輸出，已經(jīng)夠用了。而電磁閥的選擇只要迅速就可以了，而且要有效地關閉。其他的比如管道，管道排布這里不在討論，我只是設計電氣的東西，不管機械方面的知識。具體選擇，上面方案

27、選這種已經(jīng)給出，這里不在詳細說明。</p><p><b>　　4 軟件設計</b></p><p><b>　　4.1 主流程</b></p><p>　　軟件的主流程圖主要是循環(huán)程序，其流程圖如圖4.1所示，從軟件流程圖可以看出這個軟件控制程序很簡單就是一個循環(huán)程序，還有就是開關打開是不論那圈噴泉在噴水，都會停止，電機

28、也會停止工作。所有器件都停止工作。如果有再加上變頻器，就可以調節(jié)噴水的高度，這樣更有視覺效果，但是系統(tǒng)變得都發(fā)麻了，這可以以后再去設計。</p><p>　　圖4.1 系統(tǒng)主流程圖</p><p><b>　　4.2 梯形圖</b></p><p>　　我編寫的PLC程序如下：</p><p>　　當開關X0按下時，M0

29、為1，使M1為1，這是Y0閉合電機，水泵開始工作，同時Y5也為1，T0開始計時5S后T0為1。</p><p>　　T0為1使M2為1并保持這時Y6為1，同時T1開始計時，M2為1使Y5為0，6S到，T1為1，使M3為1，同時M3為1，使M2為0，這是Y6為0。</p><p>　　M3為1使Y7為1，T2開始計時，8S到，T2為1，使M4為1，M4為1使M3為0，M3為0使Y7為0。&l

30、t;/p><p>　　M4為1，使Y8為1，同時 T3開始計時，5S后，T3為1，使M5為1，M5為1，使M4為0，M4為0，使Y8為0，同時M5為1是Y5為1 ，使T4計時開始，三秒后T4為1。T4為1，使M6為1，會使M5為0，系統(tǒng)重新開始。如果有X1，或者X2閉合會使M0為0 ，輸出都為0，則系統(tǒng)停止工作。（Y x為0繼電器閉合，為1繼電器打開）。</p><p><b>　　

31、5.系統(tǒng)調試</b></p><p>　　把所寫程序通過三菱編程軟件進行調試，把所對應的每一圈的電磁閥用一個發(fā)光二極管來表示四圈從里到外分別用1，2,3,4二極管，可以看出當開關SB1沒按下是，所有的燈都不亮，同理用兩個二極管5,6分別代表電機，和水泵。當開關SB2按下時，5,6,1發(fā)光二極管發(fā)光，及電機，水泵，第一圈噴頭開始噴水，5S后1,發(fā)光二極管滅，2發(fā)光二極管亮，5，6發(fā)光二極管依然發(fā)光，及第

32、一圈噴頭停止噴水，第二圈噴頭開始噴水，電機和水泵繼續(xù)工作。再過6S后，2放光二極管熄滅，同時3二極管發(fā)光，5,6二極管狀態(tài)不變，及第二圈噴頭停止噴水，第三圈噴頭開始噴水，再過5S后，3發(fā)光二極管熄滅，同時4發(fā)光二極管發(fā)光，5,6不便，及第四圈噴頭開始噴水，第三圈噴頭停止噴水。再過三秒后4發(fā)光二極管熄滅，2發(fā)光二極管發(fā)光，5,6不變，及第四圈噴頭停止噴水，第二圈噴頭開始噴水，再過3S后第二圈停止噴水，第一圈開始噴水，就這樣開始循環(huán)。在這個

33、循環(huán)當中，只要有SB2按下都會使所以的發(fā)光二極管熄滅，及電機，水泵，電磁閥，都停止工作，及這個系統(tǒng)基本調試成功。</p><p><b>　　設計心得</b></p><p>　　通過這次設計我了解到了電磁閥的選擇，電機的選擇，以及水泵，PLC的選型，我了解到了花樣式噴泉的設計思想，以及花樣式噴泉的工作原理，我還學到了一些低壓電器的選型，以及選型的參數(shù)。我知道了怎樣選

34、擇熔斷器，怎樣選擇熱繼電器，繼電器以及他們的參數(shù)和價格，以及導線的橫截面積的選取。這次設計讓我知道了了解到自己的不足之處，自己哪些地方需要加強，由于這次設計追求的是簡化思路，和實際和有一些距離，但我通過的這次設計我知道了給別人開發(fā)產(chǎn)品的步驟，讓我為以后自己的發(fā)展墊下基礎,PLC的課程設計更使我意識到知識的重要性，只有在學校好好學習，在能在日益發(fā)展的社會中不被淘汰，才能為社會的發(fā)展貢獻自己的力量。</p><p>

35、<b>　　參考文獻</b></p><p>　　[1]任勝杰主編.《電氣控制與PLC系統(tǒng)》[M].機械工業(yè)出版社2013年</p><p>　　[2]吳明亮.蔡文忠主編.可編程控制器實訓教程.[M].化學工業(yè)出版社2005年</p><p>　?。?］賈德勝等主編《PLC應用開發(fā)實用子程序》[M].人民郵電出版社2006年</p>

36、<p>　?。?］陳忠華主編.可編程控制器與工業(yè)自動化.[M].機械工業(yè)出版社2005年</p><p>　　［5］崔元明主編.可編程器件應用導.[J].清華大學出版社2000年</p><p>　?。?］袁任光主編.可編程控制器選用手冊.[J].機械工業(yè)出版社2002年</p><p>　?。?］胡學林主編.可編程控制器教程（提高篇）.[M].電子工