基于plc花式喷泉喷水池.docx
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基于plc花式喷泉喷水池
石家庄铁道大学
课程设计
课程名称：
可编程控制原理
题目：
PLC控制的花式喷泉
专业班次：
姓名：
学号：
日期：
目录
第一章引言1
1.1可编程控制器控制喷泉的意义1
1.3喷泉的控制设计要求3
第二章系统设计方案分析5
2.1喷泉控制原理5
2.2任务设计思路5
第三章系统硬件设计6
3.1PLC的选型6
3.2I/O地址分配8
3.3PLCI/O接口分配接线图8
第四章软件设计9
4.1软件流程图9
4.2系统状态转移图10
4.3系统程序梯形图11
4.4程序指令14
课设总结16
参考文献17
第一章引言
1.1可编程控制器控制喷泉的意义
喷泉是人工环境中观赏价值最高、最富有生命力的理想景观之一。
规模可大可小，射程可高可低，喷出的水，大者如珠，细者如雾，变化万千，引人入胜。
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，有音乐喷泉、程控喷泉、摆动喷泉、跑动喷泉、光亮喷泉、游乐喷泉、超高喷泉、激光水幕电影等。
在游人和居民经常光顾的场所，如公园、广场、旅游景点及一些知名建筑前，经常会修建一些喷泉供人们休闲、观赏。
这些喷泉按一定的规律改变喷水式样，如果再与五颜六色的灯光相配合，在和和谐优雅的音乐中，更使人心旷神怡，流连忘返。
利用PLC控制喷泉喷水方式，产生各样的样式。
在系统的硬件组成以及软件的实现，通过PLC控制电磁阀开关来决定喷水的效果。
实际应用效果良好。
供人们休闲、观赏。
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。
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。
1.2喷泉的现状与发展
不同环境选择不同的喷泉。
现在喷泉的应用范围已经不再像原来那么狭窄了，随着人们对喷泉的造景功能、娱乐功能、环保功能认识的提高，喷泉已经出现了多种多样的形式。
大大提高了可观赏性。
适宜于喜庆节日、大型群众集会的广场喷泉和城市主题雕塑喷泉，其水造型往往是简捷、明快、庄重、大方，给予人们团结进取，凝聚向上的感受。
在商业广场、购物中心以及游泳景点的大型激光彩色音乐喷泉，其动感十足的“水表演”，既欢快、跳跃，又抒情、富有诗意的“水舞蹈”，有些喷泉配之以水幕电影，给人们以变幻无穷，绚丽多姿的视听效果。
河、湖自然水面上喷水高度超过百米的高水柱喷泉，其雄伟、壮观的水造型往往成为这个城市或旅游景点的特征之一。
喷泉进入了住宅小区，多与建筑小品和雕塑相映、相伴，既有中、老年人们喜爱的幽静、典雅的风格，也有适于儿童嬉水，趣味十足的形式。
松驰、舒适的环境氛围给人们愉悦的感受。
商场内、酒楼里的喷泉小巧、别致，既调节了室内小气候，又增添了画意。
依托大型建筑物和自然地形建成的人工瀑布及溢水造景给人们以清新和另有韵味的感受。
喷泉的电视转播厅和大型歌舞上频频出现，调谐得当的水形烘托着演出的效果。
精巧的微型喷泉进入了办公室和居室，给室内增添了动态的装饰。
喷泉是艺术和技术的结合物，建筑艺术、园林艺术、美术以至引伸到人文学、文学艺术、音乐艺术等都能蕴含到喷泉的设计、创作中。
不少成功的作品都注意喷泉的设计风格与周边的环境、建筑物风格的协调一致，注意当地人文、文化心理，所以好的方案设计是至关重要的，它是成功的起点。
喷泉的专用产品，设备也在不断地更新换代，新材料、新技术的采用，环保型的产品更加安全、可靠，售后服务周到、及时，这些都为喷泉的良性发展提供了技术支撑，使得大多数的喷泉在美化环境之外，还发挥了良好的生态效应社会效益和广告效应等间接的经济效益。
随着我国的经济的高速发展，微电子技术、计算机技术和自动控制技术也得到了迅速的发展，交流变频调速技术已进入个崭新的时代，其应用越来越广。
而随着我国城市化进程的加快和人口大量集聚，环境越来越重要，好的环境能使心身愉快，做事效率提高。
其中喷泉可以湿润周围空气，减少尘埃，降低气温。
喷泉的细小水珠痛空气分子撞击，能产生大量的负氧离子，有益于改善社区面貌和增进居民身心健康。
可编程序控制器（PLC）因为稳定可靠、结构简单、成本低廉、简单易学、功能强大和使用方便已经成为应用面最广、最广泛的通用工业控制装置，成为当代工业自动化的主要支柱之一。
花式喷泉控制要求接入设备使用简便，对应于系统组态的编程简单，具有人性化的人机界面，配备应用程序库，加快编程和调试速度。
通过PLC对程序设计，提高了喷泉的控制水平，并改善了喷泉的样式。
1.3喷泉的控制设计要求
1、某一喷水池的控制器，形式如下：
图2.2花式喷水池喷嘴布局示意图图2.3花式喷水池控制开关面板图
图a中4为中间喷水管，3为内环状喷水管，2为中环形状喷水管，1为外环形状喷水管。
图b中的选择开关可有4种选择，可分别用4个开关模拟实现；单步/连续开关为“1”=单步，“0”=连续，其他为单一功能开关。
2、控制要求：
（1）水池控制电源开关接通后，按下启动按钮，喷水装置即开始工作。
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，喷水池只运行一个循环；在连续位置时，喷水池反复循环运行。
（3）方式选择开关用以选择喷水池的喷水花样，1～4号喷水管的工作方式选择如下：
a）选择开关在位置“1”——按下启动按钮后，4号喷水，延时2s，3号喷水，再延时2s，2号喷水，再延时2s，1号喷水，接着一起喷水15s为一个循环。
b）选择开关在位置“2”——按下启动按钮后，1号喷水，延时2s，2号喷水，再延时2s，3号喷水，再延时2s，4号喷水，接着一起喷水30s为一个循环。
c）选择开关在位置“3”——按下启动按钮后，1、3号同时喷水，延时3s后，2、4号同时喷水，1、3号停止喷；交替运行5次后，再1～4号全部喷水30s为一个循环。
d）选择开关在位置“4”——按下启动按钮后，喷水池1～4号水管的工作顺
序为：
1→2→3→4按顺序延时2s喷水，然后一起喷水30s后，1、2、3和4号水管分别延时2s停水，再等待1s，由4→3→2→1反序分别延时2s喷水，然后再一起喷水30s为一个循环。
（4）不论在什么工作方式，按下停止按钮，喷水池立即停止工作，所有存储器复位。
3、I/O编址·
4、编程并调试
5、I/O端子接线图
第二章系统设计方案分析
2.1喷泉控制原理
本次设计的喷泉控制系统由启动控制程序、位移脉冲控制程序、复位控制程序、驱动控制程序、停止控制程序组成。
通过启动控制程序实现喷泉的准备，通过位移脉冲控制程序实现子元件中的内容在存储器间的移动，通过复位控制程序实现喷泉花样的循环，通过驱动控制程序实现喷泉的喷射，通过停止程序来实现对喷泉的停止。
图2.1喷泉控制原理图
2.2任务设计思路
经分析及老师建议本设计题目使用顺序控制指令完成，思路清晰、易于理解。
而顺序控制指令是PLC生产厂家为用户提供的可视功能图编程简单化和规范化的指令。
本设计中使用顺序控制指令虽梯形图网络众多，操作比较繁琐，但思路清晰、易于理解。
故选择顺序控制指令完成。
本设计中涉及可选择的分支和链接、跳转和循环。
为方便编程，我采用先编写状态转移图后再将状态转移图编写为梯形图，这样方便分析每一步的步骤。
使用三菱编程软件编写梯形图，使用步进指令SETSTL复位指令RST总复位指令ZRST。
第三章系统硬件设计
3.1PLC的选型
3.1.1PLC概述
可编程控制器，英文称ProgrammableController，简称PLC，本课题中用PLC作为它的简称。
PLC是用于工业现场的电控制器。
它源于继电器控制技术，但基于电子计算机。
它通过运行存储在其内存中的程序，把经输入电路的物理过程得到的输入信息，变换为所要求的输出信息，进而再通过输出电路的物理过程去实现对负载的控制。
PLC基于电子计算机，但并不等同于普通计算机。
普通计算机进行入出信息变换时，大都只考虑信息本身，信息入出的物理过程一般不考虑的。
而PLC则要考虑信息入出的可靠性、实用性，以及信息的事迹使用。
特别要考虑怎么适应于工业环境，如便于安装，便于维修及抗干扰等问题，入出信息变换及可靠的物理实现，可以说是PLC实现控制的两个基本要点。
PLC可以通过它的外设或通信接口与外界交换信息。
其功能要比继电控制装置多得多，强得多。
PLC有丰富的指令系统，有各种各样的I/O接口、通信接口，有大容量的内存，有可靠的自身监控系统，因而具有以下基本的功能：
逻辑处理功能；数据运算功能；准确定时功能；高速计数功能；中断处理功能；程序与数据存储功能联网通信功能；自检测、自诊断功能；
可以说，凡普通小型计算机能实现的功能，PLC几乎也都可以做到。
像PLC这样，有很丰富的功能，是别的电控器所没有的，更是传统的继电控制电路所无法比拟的。
丰富的功能为PLC的广泛应用提供了可能。
3.1.2PLC的选择
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。
1.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%的可扩展。
余量后，作为输入输出点数估算数据。
2.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。
存储器内存容量的估算没有固定的公式，许多文献资料中给出了不同公式，大体上都是按数字量I/O点数的10-15倍，加上模拟I/O点数的100倍，以此数位内存的总字数（16位为一个字），另外再按次数的25%考虑余量。
因此本课题的PLC内存容量选择应能存储2000条梯形图，这样才能在以后的改造过程中有足够的空间
3.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。
（1）控制功能
PLC主要用于顺序逻辑控制，因此，大多数场合常采用单回路或多回路控制器解决模拟量的控制，有时也采用专门的只能输入输出单元完成所需的控制功能，提高PLC的处理速度和节省存储器容量。
（2）编程功能
离线编程方式：
PLC和编程器公用一个CPU，编程器在编程模式时，CPU只为编程器提供服务，不对现场设备进行控制。
完成编程后，编程器切换到运行模式，CPU对现场设备进行控制，不能进行编程。
离线编程方式可降低系统成本，但使用和调试不方便。
在线编程方式：
CPU和编程器有各自的CPU，主机CPU负责现场总线控制，并在一个扫描周期内与编程器进行数据交换，编程器把在线编制的程序或数据发送到逐句，下一扫描周期，主机就根据新收到的程序运行。
这种方式成本较高，但系统调试和操作方便，在大中型PLC中常采用。
五种标注化编程语言：
顺序功能图（SFC）、梯形图（LD）、功能模块图（FBD）三种图形化语言和语句表（IL）、结构文本（ST）两种文本语言。
选用的编程语言应遵守其标准（IEC6113123），同时，还应支持多种语言编程形式，如C，Basic等，以满足特殊控制场合的控制要求。
4.机型的选择
通过对输入输出点的选择、对存储容量选择、对I/O响应时间的选择以及输出负载的特点选型的分析。
该控制系统选用三菱公司FX2N系列的PLC。
它体积小，重量轻，使用寿命长，编程和维护方便，故障率低，通过扩展模块链接，可以增加输入/输出点。
3.2I/O地址分配
表3.1I/O地址分配表
名称
元件
PLC元件
说明
输入
启动按钮
开关SA1
X0
启动喷泉系统
单步／循环选择开关
开关SA2
X6
选择是否循环状态
停止按钮
开关SA3
X5
停止喷泉系统
1号方式选择开关
选择器开关1
X1
喷泉选择1号方式喷水
2号方式选择开关
选择器开关2
X2
喷泉选择2号方式喷水
3号方式选择开关
选择器开关3
X3
喷泉选择3号方式喷水
4号方式选择开关
选择器开关4
X4
喷泉选择4号方式喷水
输出
喷水池工作指示
电源指示灯
Y0
1号喷水阀工作
1号喷水阀
Y1
1号喷水阀喷水
2号喷水阀工作
2号喷水阀
Y2
2号喷水阀喷水
3号喷水阀工作
3号喷水阀
Y3
3号喷水阀喷水
4号喷水阀工作
4号喷水阀
Y4
4号喷水阀喷水
3.3PLCI/O接口分配接线图
图3.2I/O口分配接线图
第四章软件设计
4.1软件流程图
图4.1系统流程图
4.2系统状态转移图
4.3系统程序梯形图
4.4程序指令
课设总结
本次PLC课程设计题目与实际生活联系紧密，使我充分认识到了这门课程的实际意义和现实重要性。
通过本次课程设计我掌握了电气控制的原理设计的基本方法，并能达到熟练使用可编程控制器实现简单控制系统的控制要求，尤其是对于顺序控制指令的使用。
基本可以熟练地进行系统外围电路设计、接线、编程、调试等工作。
通过本次课程设计，我学到很多东西，不只是PLC这门课程的知识，还体会到了很多道理。
从刚拿到题目时的无从下手到盲目翻阅资料的同时居然忘记看老师给的重要设计指导，从完成设计大体框架的兴奋到被小问题阻碍的不知所措，直到最后多方请教、多方咨询终于完成设计，收获了满满的成就感。
最重要的是让我明白：
坚持就是胜利。
最简单却最有效的成功方法。
作为一名学生，在设计的思想、经验等等方面难免有所欠缺和不足之处，但是，经过老师和同学们的帮助，我还是顺利的完成了课程设计。
在此，我要感谢张继伟老师给了我这样一个把三年来的所学与实际应用相结合的锻炼机会，让我在完成毕业设计的过程中学到了很多很多。
也要感谢同学们在此期间对我的帮助。
参考文献
[1]周军.电气控制及PLC[M].北京:
机械工业出版社,2001.:
P55-127
[2]、《PLC操作实训（三菱）》孙德胜、李伟机械工业出版社2007.8:
P148-P164.
[3]、《PLC编程及应用》廖常初机械工业出版社2002:
P95-P103.
[4]、齐从谦.PLC技术及应用[M].北京机械工业出版社,2002：
P95-P103.
[5]、《流行PLC实用程序及设计（三菱FX2系列）》贺哲荣石帅军西安电子科技大学出版社2006:
P78_105
[6]、《FX系列PLC编程及应用》廖常初机械工业出版社2005.2：
P155-178.
[7]、《日本三菱公司.FX系列PLC编程手册[Z]》.1999：
P235-P260.
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