花式喷水池的PLC控制课程设计.docx

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花式喷水池的PLC控制课程设计

测控技术与系统课程设计

题目花式喷水池的PLC控制

系（部）

班级

姓名

学号

指导教师

2012年2月27日至3月9日共2周

2012年3月9日

测控技术与系统课程设计任务书

一、设计题目、内容及要求

1、设计题目：

花式喷水池的PLC控制

2、设计内容：

在花式喷水时序确定的前提下，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。

控制器需满足要求如下：

（1）控制器电源开关接通后，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，1~4号喷水法的工作方式选择如下：

①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号喷水，延时2s后，2号喷水，再延时2s后，1号喷水，再一起喷水15s后停下。

若运行在连续状态时，将继续循环下去。

②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号喷水，延时2s后，3号喷水，再延时2s后，4号喷水，再一起喷水30s后停下。

若运行在连续状态时，将继续循环下去。

③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，1~4号全喷水，30s后停下。

若运行在连续状态时，将继续循环下去。

④选择开关在位置“4”时，按下启动按钮后，1→2→3→4按顺序延时2s喷水然后一起喷水30s，1、2、3和4号分别延时2s停止喷水，再延时1s，由4→3→2→1反向顺序延时2s喷水，然后一起喷水30s停止。

若运行在连续状态时，将继续循环下去。

（4）无论在什么工作方式下，按停止按钮，喷水池将停止运行。

I/O点的分配：

X0：

启动按钮Y0：

喷水池工作指示

X1：

选择开关在位置“1”Y1：

1号喷水电磁阀

X2：

选择开关在位置“2”Y2：

2号喷水电磁阀

X3：

选择开关在位置“3”Y3：

3号喷水电磁阀

X4：

选择开关在位置“4”Y4：

4号喷水电磁阀

X5：

停止按钮

X6：

单步/连续选择开关

3、设计要求：

1）确定电气传动控制方案，选择电动机；

2）根据控制要求确定所需的用户输入、输出设备。

据此确定PLC的I/O点数；

3）选择PLC,分配PLC的I/O点，设计I/O电气接口连接图（这一步也可结合第2步进行）；

4）进行PLC程序设计。

二、设计原始资料

三、要求的设计成果（课程设计说明书、设计实物、图纸等）

1．根据设计内容撰写《测控技术与系统课程设计报告》，要求不低于3000字。

2.绘制顺序功能图（A3）；

3.绘制电气原理图主电路、PLCI/O接线图（A3）。

四、进程安排

从2011年2月27日到2010年3月9日

序号

项目

具体内容

时间（天）

1

明确任务

1）了解设计任务书

2）借阅图书资料

1

2

总体方案设计及PLC选型

1）熟悉设计题目

2）查阅相关资料，进行PLC选型、电器元件选型

2

3

接线图设计

分配PLC的I/O点，设计I/O电气接口连接图

1

4

顺序功能图、梯形图设计

绘制顺序功能图、梯形图

4

5

撰写设计报告

撰写不少于3000字的《测控系统课程设计报告》

2

五、主要参考资料

[1]邓星钟.机电传动控制.武汉：

华中科技大学出版社,2001.

[2]静康.实用电工典型线路图例.北京：

中国水利水电出版社,1998.

[3]全国电气文件编制和图形符号标准化技术委员会.电气电工及相关标准汇编.北京：

中国电力出版社,2001.

[4]朱英韬.工厂电气控制技术.北京：

工业大学出版社，1991.

[5]杨长能,张兴毅.可编程程序控制器基础及应用.重庆:

：

重庆大学出版社,2001.

指导教师（签名）：

教研室主任（签名）：

课程设计成绩评定表

出勤

情况

出勤天数

缺勤天数

成

绩

评

定

出勤情况及设计过程表现（20分）

课设答辩（20分）

设计成果（60分）

总成绩（100分）

提问

（答辩）

问题

情况

综

合

评

定

指导教师签名：

年月日

1概述

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。

可编程控制器，简称PLC。

它在集成电路、计算机技术的基础上发展起来的一种新型工业控制设备。

具有1.可靠性高、抗干扰能力强2.设计、安装容易3.维修工作量少4.功能强、通用性好5.开发周期短、成功率高6.体积小、重量轻、功耗底等特点。

具有功能强、可靠性高、配置灵活、使用方便以及体积小、重量轻等优点，已经广泛应用于自动化控制的各个领域，并已成为工业生产自动化的支柱产品。

与继电——触发器系统相比系统更加可靠;价格上能与继电——接触器控制系统竞争；易于在现场变更程序；便于使用、维修、维护；能直接推动电磁阀、接触器与之相当的执行机构；能向中央执行机构。

在许多休闲广场、景区或游乐场里，经常看到喷水池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。

设计一花式喷水池，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，就可改变控制方式，达到显现各种复合状态的要求。

图1花式喷水池示意图

在图1中，在图中，4为中间喷水管，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。

2总体方案设计

工作原理

用PLC编程控制器来对花式喷水池的规律进行控制，该喷水池一共可以按照四种花式进行喷水，我们用四个档位进行控制，分别为花式一档位、花式二档位、花式三档位、花式四档位，当按下其中一个档位时，再按下启动按钮，喷水池即按照那种花式进行喷水，还设有停止按钮，当按下停止按钮时，无论喷水池处于哪种花式下工作，都立即停止喷水。

总体方案

对花式喷水池进行PLC控制，我们的总体思路是先设计硬件电路，再设计软件系统。

硬件电路设计思路是对PLC各个I/O口进行功能分配，共有四个档位按钮，一个启动按钮和一个停止按钮，单步/连续按钮和指示灯显示。

软件系统设计是利用步进指令进行编程控制其喷水规律。

设计过程中主要考虑以下几点：

（1）深入了解和分析花式喷水池的工艺条件和控制要求。

（2）确定I/O设备。

根据花式喷水池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PLC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口的接线图。

（5）设计花式喷水池系统的梯形图程序，根据工作要求设计出周密完整的梯形图。

（5）程序，这是整个花式喷水池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。

为方便编程，采用先编写状态转移图，再将状态转移图编写为梯形图的方式，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SET、STL，复位指令RST，总复位指令ZRST。

3硬件设计

设计课题硬件系统各模块功能简要介绍

（1）启动喷水装置：

控制器电源开关接通后，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。

（2）“单步/连续”装置：

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）四种花式档位选择装置：

方式选择开关用来选择喷水池的喷水花样

（4）停止喷水装置：

无论在什么工作方式下，按停止按钮，喷水池将停止运行。

硬件主电路原理图

如下图所示:

图2主电路原理图

PLC型号的选择

PLC的选择主要是结构形式、性能、容量、输入、输出功能及负载能力的选择。

3.3.1PLC的I/O选择

PLC的I/O选择非常重要，I/O点数既要满足需求也要考虑经济效益，一般I/O点数多的PLC价格比较贵，特别是大型PLC，虽然速度比较快，但体积大，价格高，不适合一般情况下使用。

在花式喷水池控制系统中，我们只用到了7个输入点和5个输出点，故选用小型PLC即可。

在本设计中，采用输入输出点数为16点的PLC。

3.3.2PLC的输出类型的选择

PLC的输出有三种类型:

（1）继电器输出型：

为有触点输出方式，用于接通或断开开关频率较低的直流负载或交流负载回路。

（2）可控硅输出型：

为无触点输出方式，用于接通或断开开关频率较高的交流电源负载。

（3）晶体管输出型：

为无触点输出方式，用于接通或断开开关频率较高的直流电源负载。

本设计采用晶体管输出。

3.3.3PLC的控制功能的选择

对于以开关量进行控制的系统，一般的低档机就能满足要求。

对于以开关量为主，带有少量的模拟量控制的系统，应选用带A/D、D/A转换，加减运算、数据传送功能的低档机。

对于控制比较复杂，控制性能要求较高的系统，可是控制规模及复杂的程度，选用中档机或者高档机。

对于工艺过程比较固定、环境比较好的场合，选用整体式结构PLC。

在花式喷水池的PLC控制系统中，主要以开关量进行控制，所以采用低档的PLC即可满足要求。

本设计采用的PLC型号为FX2N-32MT-001。

PLCI/O安排表

PLC的I/O安排表如下：

X0：

启动按钮Y0：

喷水池工作指示

X1：

选择开关在位置“1”Y1：

1号喷水电磁阀

X2：

选择开关在位置“2”Y2：

2号喷水电磁阀

X3：

选择开关在位置“3”Y3：

3号喷水电磁阀

X4：

选择开关在位置“4”Y4：

4号喷水电磁阀

X5：

停止按钮

X6：

单步/连续选择开关

PLC外部I/O接线图

图3PLC外部I/O接线图

4软件设计

软件流程图

N

Y

NNNN

YYYY

NNN

YYYY

图4花式喷水池程序流程图

系统顺序功能图

图5系统顺序功能图

系统程序梯形图及解释

PLC运行时，M8002脉冲信号驱动初始状态S0，输出Y000接通。

当停止按钮X005按下时，工作状态从S0转移到S20。

状态S20驱动后，所有的工作状态复位。

此时，当启动按钮X000按下，且按钮X001按下时，工作状态从S20转移到S21，喷泉按花式1喷水；当启动按钮X000按下，且按钮X002按下时，工作状态从S20转移到S31，喷泉按花式2喷水；当启动按钮X000按下，且按钮X003按下时，工作状态从S20转移到S41，喷泉按花式3喷水；当启动按钮X000按下，且按钮X004按下时，工作状态从S20转移到S51，喷泉按花式4喷水。

状态S21驱动后，输出Y004接通，4号喷水管喷水，同时定时器T0接通，2秒后，定时器T0触点接通，工作状态从S21转移到S22。

状态S22驱动后，输出Y003接通，3号喷水管喷水，同时定时器T1接通，2秒后，定时器T1触点接通，工作状态从S22转移到S23。

状态S23驱动后，输出Y002接通，2号喷水管喷水，同时定时器T2接通，2秒后，定时器T2触点接通，工作状态从S23转移到S24。

状态S24驱动后，输出Y001接通，1号喷水管喷水，同时定时器T3接通，15秒后，定时器T3触点接通，工作状态从S24转移到S25。

状态S25驱动后，若喷泉工作在单步状态即X006接通，则输出Y001、Y002、Y003、Y004同时断开，1-4号喷水管同时停止喷水；若喷泉工作在连续状态即X006断开，工作状态从S25转移到S21，喷泉按花式1连续喷水。

状态S31驱动后，输出Y001接通，1号喷水管喷水，同时定时器T4接通，2秒后，定时器T4触点接通，工作状态从S31转移到S32。

状态S32驱动后，输出Y002接通，2号喷水管喷水，同时定时器T5接通，2秒后，定时器T5触点接通，工作状态从S32转移到S33。

状态S33驱动后，输出Y003接通，3号喷水管喷水，同时定时器T6接通，2秒后，定时器T6触点接通，工作状态从S33转移到S34。

状态S34驱动后，输出Y004接通，4号喷水管喷水，同时定时器T7接通，30秒后，定时器T7触点接通，工作状态从S34转移到S35。

状态S35驱动后，若喷泉工作在单步状态即X006接通，则输出Y001、Y002、Y003、Y004同时断开，1-4号喷水管同时停止喷水；若喷泉工作在连续状态即X006断开，工作状态从S35转移到S41，喷泉按花式2连续喷水。

状态S41驱动后，输出Y001和Y003接通，1、3号喷水管同时喷水，同时定时器T8接通，3秒后，定时器T4触点接通，工作状态从S41转移到S42。

状态S42驱动后，输出Y002和Y004接通，Y001和Y003断开，2、4号喷水管同时喷水，1、3号喷水管停止喷水，同时计数器C100接通，喷泉在S41状态和S42状态交替运行5次，然后工作状态从S42转移到S43。

状态S43驱动后，输出Y001、Y002、Y003、Y004都接通，1-4号喷水管同时喷水，同时定时器T9接通，30秒后，定时器T9触点接通，工作状态从S43转移到S44。

状态S44驱动后，若喷泉工作在单步状态即X006接通，则输出Y001、Y002、Y003、Y004同时断开，1-4号喷水管同时停止喷水；若喷泉工作在连续状态即X006断开，工作状态从S44转移到S41，喷泉按花式3连续喷水。

图6系统程序梯形图

状态S51驱动后，输出Y001接通，1号喷水管喷水，同时定时器T10接通，2秒后，定时器T10触点接通，输出Y002接通，2号喷水管喷水，同时定时器T11接通，2秒后，定时器T11触点接通，输出Y003接通，3号喷水管喷水，同时定时器T12接通，2秒后，定时器T12触点接通，输出Y004接通，4号喷水管喷水，同时定时器T13接通，30秒后，定时器T13触点接通，工作状态从S51转移到S52。

状态S52驱动后，输出Y001断开，1号喷水管停止喷水，同时定时器T14接通，2秒后，定时器T14触点接通，输出Y002断开，2号喷水管停止喷水，同时定时器T15接通，2秒后，定时器T15触点接通，输出Y003断开，3号喷水管停止喷水，同时定时器T16接通，2秒后，定时器T16触点接通，输出Y004断开，4号喷水管停止喷水，同时定时器T17接通，1秒后，定时器T17触点接通，工作状态从S52转移到S53。

状态S53驱动后，输出Y004接通，4号喷水管喷水，同时定时器T18接通，2秒后，定时器T18触点接通，输出Y003接通，3号喷水管喷水，同时定时器T19接通，2秒后，定时器T19触点接通，输出Y002接通，2号喷水管喷水，同时定时器T20接通，2秒后，定时器T20触点接通，输出Y001接通，1号喷水管喷水，同时定时器T21接通，30秒后，定时器T21触点接通，工作状态从S53转移到S54。

状态S54驱动后，若喷泉工作在单步状态即X006接通，则输出Y001、Y002、Y003、Y004同时断开，1-4号喷水管同时停止喷水；若喷泉工作在连续状态即X006断开，工作状态从S54转移到S51，喷泉按花式4连续喷水。

5结论

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，尤其是对步进指令的使用。

在这次课程设计不仅仅是学会灵活应用PLC这门课程，同时还将其他学科的知识内容融会贯通。

系统主要以可编程控制器PLC和变频器的强大的控制功能，实现了利用可编程控制器和变频器控制花式喷泉的功能，具有接线简单、编程直观、扩展容易等特点。

当花式喷泉的功能增加时，只需增加相应程序以及输出的功能，要改动的地方也较少，调试结果表明，在适应性、灵活性、精确性和可靠性方面，都达到了设计要求，表明该设计方案是可行的。

参考文献

[1]邓星钟.机电传动控制.武汉：

华中科技大学出版社,2001.

[2]静康.实用电工典型线路图例.北京：

中国水利水电出版社,1998.

[3]全国电气文件编制和图形符号标准化技术委员会.电气电工及相关标准汇编.北京：

中国电力出版社,2001.

[4]朱英韬.工厂电气控制技术.北京：

工业大学出版社，1991.

[5]杨长能,张兴毅.可编程程序控制器基础及应用.重庆:

：

重庆大学出版社,2001.