喷泉控制方向.docx

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喷泉控制方向

电气与电子信息工程学院

《电气控制与PLC实训》

设计报告

名称：

喷泉控制方向

　　　专业名称：

　电气工程及其自动化

班级：

　　　学　　号：

姓名：

指导教师：

设计时间：

设计地点：

电气控制与PLC实训成绩评定表

姓名

学号

专业班级

2013电气工程及其自动化专升本

题目：

喷泉控制方向

答辩记录：

问题1.开关X21、X22和X23的具体功能分别是什么？

答：

开关X21是系统启动按钮，给系统通电，喷泉花样全部走一遍，是一切后续动作的前提；X22是花样循环按钮，按下X22，喷泉花样循环执行，不会停止；X23是控制系统停止的按钮，结束系统的一切动作。

问题2.梯形图中控制时间长短的符号以及控制时间最短的是什么？

答：

梯形图中用定时器来控制灯的亮灭时间长短，用T来表示，其中时间最短的间隔时间为K1，为0.1s。

成绩评定及依据：

1.考勤情况（10%）：

2.设计调试情况（30%）：

3.设计答辩（20%）：

4.设计报告（完成情况、报告规范性等情况40%）：

最终评定成绩（以分数和优、良、中、及格、不及格评定）：

指导教师签字：

设计任务书

2031～2034学年第2学期

学生姓名：

专业班级：

指导教师：

工作部门：

电气与电子信息工程学院

一、设计题目

课题1：

.电动机的综合控制方向

课题2：

竟猜抢答系统的设计方向

课题3：

交通灯控制方向

课题4：

电梯控制方向

课题5：

喷泉或彩灯控制方向

二、设计内容（含技术指标）

1、用PLC实现四台以上电动机综合控制，要求模拟实际的工况，包括电机的顺序控制、电机的连锁和互锁控制，电机间的逻辑联系应具有一定的复杂程度，画出主电路和接线图，接好线，编程并进行调试。

2、用PLC实验装置设计竟猜抢答系统，要求不少于5组，有必要的组号显示、记时显示和模拟记分系统，有优先抢答功能，画出主电路和接线图，接好线，编程并进行调试。

3、用PLC实现各种路口的交通信号灯控制，要求与实际交通灯工作情况基本相符，具有必要显示和通过外部设备进行设定功能，画出主电路和接线图，接好线，编程并进行调试。

4、用PLC实现电梯控制，要求与实际基本相符，电梯层数不少于4层，画出主电路和接线图，接好线，编程并进行调试。

5、用PLC实现喷泉控制，要求花样不少于6种，能自动循环、单循环、和手动控制，画出主电路和接线图，接好线，编程并进行调试。

6、同组同学要求不能完全重复，必须有自己的亮点，对思路新颖的、和用到更多功能指令的有加分。

7、所有小组均应在开题的过程中，由指导老师对与题目相关的具体的设计控制要求进行审核。

三、设计进度安排

序号

内容

学时安排（天）

1

选题、讲解设计要求、查资料；

1

2

方案论证、说题及硬件选型和设计

2

3

软件设计

2

4

程序及系统调试

3

5

绘制图纸、撰写和打印设计报告

1

6

设计答辩

1

合计

10

设计指导答辩地点：

K3——PLC实验室

四、基本要求

设计报告：

不少于5000字，Ａ４幅面，统一复印封面。

1封面、设计任务书

2目录

1）方案选择，方案论证（综述、任务详解及设计思路，PLC选型等）

2）系统硬件设计（系统功能及原理、系统组成框图、器件选择、电路原理图、I/O分配及接线）

3）系统软件设计（各软件模块的功能，梯形图及说明）

4）系统调试（调试步骤、方法及调试过程中的问题及如何解决等）

5）结果分析及展望（最后的结果成功点和不足之处、总结及改进等）

3附录---参考文献

五、设计考核办法与成绩评定

根据过程、报告、答辩等确定设计成绩，成绩按得分0～100分，可分为优、良、中、及格、不及格五等。

评定项目

基本内涵

分值

设计考勤

考勤、自行设计、按进度完成任务等情况

10

设计调试

软硬件调试过程及完成情况

30

设计答辩

回答问题等情况

20

设计报告

完成情况、报告规范性、创新性、雷同率等情况

40

90～100分：

优；80～89分：

良；70～79分：

中；60～69分，及格；60分以下：

不及格

六、参考资料

[1]李仁主编，电气控制，北京：

机械工业出版社，2000

[2]陈立定等主编，电气控制与可编程控制器，广州：

华南理工大学出版社，2001

[3]王仁祥主编，常用低压电器原理及其控制技术，北京：

机械工业出版社，2002

[4]郑萍主编，现代电气控制技术，重庆：

重庆大学出版社，2001

[5]佟为明等编，低压电器继电器及其控制系统，哈尔滨：

哈尔滨工业大学出版社，2000

[6]王海，李洪奎，刘晓。

基于PLC的多轴控制研究[J]。

机械工程学报,2008, 6（4）:

 470-472.

[7]杨东, 黄永红, 张新华, 吉敬华. 用PLC基本指令实现自动运动定位控制的研究[J]. 微计算机信息, 2010, 26（2-1）:

 62-64。

[8]秦琴，王忠庆.。

利用PLC的高速计数功能实现轴的精确定位控制.。

电气技术。

2009（3）。

[9]陈婵娟, 薛恺. 基于PLC的步进电动机单双轴运动控制的实现. 机械设计与制造. 2009（3）。

[10]杨涛, 王启江等。

 基于PLC绕线机控制系统设计[J]。

组合机床与自动化加工技术， 2005（8）：

58-59。

教研室主任：

2038年2月20日

目录

一.方案设计-1-

1.1喷泉的概况-1-

1.2PLC的选型-1-

1.3设计思路-1-

1.4任务详解-1-

二.系统硬件设计-2-

2.1模拟喷泉喷头的分布图-2-

2.2系统的功能及原理-2-

2.3喷泉的花样设计-3-

2.4系统主电路图-3-

2.5花样喷泉控制系统结构框图..........................................................................................-4-

2.6花样喷泉系统外部的I/O接线图-4-

2.7花样喷泉控制系统的I/O分配表..................................................................................-5-

三.系统软件设计-6-

3.1喷泉流程图的设计-6-

3.2梯形图及说明-6-

四.系统调试-14-

五.结果分析与展望-14-

附录-15-

参考文献-30-

一.方案设计

1.1喷泉的概况

喷泉是园林中常见的景观，主要以人工形式在园林中运用，利用动力驱动水流，根据喷射的速度、方向、水花等创造出不同的喷泉状态。

园林中的喷泉一般是为了造景的需要，人工建造的具有装饰性的喷水装置。

喷泉可以湿润周围空气，减少尘埃，降低气温。

喷泉的细小水珠同空气分子撞击，能产生大量的负氧离子。

因此，喷泉有益于改善城市面貌和增进居民身心健康。

现代城市中的喷泉形式已十分丰富，醉着构筑物的大小及水压等的变化，喷泉或高或低、或珠或雾，精彩纷呈。

可分为以下8中：

单线喷：

由下往上或向侧面单孔直喷，形成一条独立的抛物线，如表现“游鱼吐水”等。

组合喷：

由多个单线喷组成一定的图形或花样的喷泉。

面壁喷：

喷泉直接向壁面喷射，如打壁球般，而壁面或成为墙面，或为壁雕，多具特色。

花样喷：

由粗细不同的单线喷头构成较为复杂的花样，或如珠状，或如雾状。

喷柱：

集中相当数量的单孔喷眼于一处，齐喷如柱，可构成极为壮观的喷泉群。

喷雾：

出于设计构思需要，或植物保养需要，喷泉喷水如雾。

自然风向喷泉：

利用风向转动仪，以自动风力来控制喷泉的吹向与高低。

复合喷泉：

利用各种构筑物小品，如墙体、池边、盆花等，形成多层次，多方位，多水态的复合喷泉。

本次试验中，用礼花之光的模块来代替喷泉的喷头分布情况，此次试验中主要实现对喷泉花样变换的控制。

1.2PLC的选型

对于PLC的选择，我们必须考虑多方面的因素。

例如输入、输出的最多点；扫描速度；内存容量；指令条数；功能模块等。

同时还要考虑其经济适用性以及工作环境对其的影响。

三菱FX系列可编程控制器介绍：

FX系列可编程控制器是当今国内外最新，最具特色、最具代表性的微型PLC。

日本三菱电机公司研发的。

在FX中，除基本的指令表编程方式外，还可以采用梯形图编程及对应机械动作流程进行顺序设计的SFC顺序功能图编程，而且这些程序可互相转换。

FX系列PLC在特殊控制方面不但具备模拟量输入输出控制，而且具有定位控制机PID系统控制。

在通信方面，能够方便地与PC计算机链接实现数据交换与管理。

对于本系统，我选取三菱FX0N-40MR。

1.3设计思路

本次试验的课题为花样喷泉设计，我们为了便于方便调试，用实验室中的礼花之光的模块替代喷泉的喷组位置。

通过改变礼花之光二极管的亮灭，表示喷嘴的喷射，同时达到改变花型的要求。

本系统一共设计四个开关，分别控制喷泉的启动开关，停止开关，花样的循环开关和喷泉喷嘴好坏的检测开关。

1.4任务详解

本系统设置了四个控制按钮，分别为：

启动按钮，循环按钮，检测按钮，停止按钮。

系统启动按钮：

将系统通电，并且是实现喷泉的后续动作的前提。

接通启动按钮后，喷泉的六种花样全部循环一遍，然后全部熄灭。

系统循环按钮：

是使系统的六种花型循环亮，不会停止。

系统检测按钮：

使全部灯依次都亮起来，每个灯间间隔0.2s。

系统停止按钮，是使系统停止，优先于循环按钮和检测按钮的信号。

对于花样的设计，二极管与对应的Y端口连接关系密切。

我们需要分配好二极管的端口控制，然后给每个控制端口不同的信号，从而达到改变花型的目的。

二.系统硬件设计

2.1模拟喷泉喷头的分布图

由21个小灯组成的“礼花之光”板模拟喷泉的喷头，如上图所示。

由21个输出、21个小灯式发光二极管组成4层。

最中间一层为L0，第二层由L1~L4组成，第三层由L5~L12（8个组成），最外一层由L13~L20（8个组成）。

2.2系统的功能及原理

输入控制类：

X21：

系统启动按钮，将系统通电，并且是实现喷泉的后续动作的前提。

接通启动按钮后，喷泉的六种花样全部循环一遍，然后全部熄灭。

X22：

系统停止按钮，是使系统的六种花型循环亮，不会停止。

X23：

系统循环按扭，使全部灯依次都亮起来，每个灯间间隔0.2s。

X24：

系统检测按钮，是使系统停止，优先于循环按钮和检测按钮的信号。

输出控制类

L0~L4为一个整体亮灭模块

L15、L19为一个整体亮灭模块

L5~L14、L16~L18和L20为14个单个亮灭的二极管

2.3喷泉的花样设计

花样1

花样2

花样3

花样4：

花样5：

花样6：

2.4系统主电路图

三相异步电机的选取

JO2-41-4：

额定功率5.5KW，额定电流11A，额定转速1440r/min，功率因0.88，堵转电流7.0A。

熔断器的选取

使用220V三相交流电源供电，则：

IFU=IN（1.5-2.5），取IFU=22A

产品型号：

3NA38142C；适用于交流50Hz，额定电压交流380、500V，额定电流35A的配电线路中，作过载和短路保护。

变频器的选择

正确选用变频器的选型，首先按照生产机械的类型、调速范围、静态速度精度、起动转矩的要求，然后决定选用哪种控制方式的变频器最合适。

所谓合适是既要好用，又要经济，一满足工艺和生产的基本条件和要求为前提。

通过对变频器的参数设置可以控制水泵电机的转速从而控制每圈喷射管的喷射高度。

2.5花样喷泉控制系统结构框图

2.6花样喷泉系统外部的I/O接线图

2.7花样喷泉控制系统的I/O分配表

输入

X21

喷泉起动按钮

X22

喷泉停止按钮

X23

循环按钮

X24

检测按钮

输出

Y0

礼花灯L0、L1、L2、L3、L4

Y1

礼花灯L5

Y2

礼花灯L6

Y3

礼花灯L7

Y4

礼花灯L8

Y5

礼花灯L9

Y6

礼花灯L10

Y7

礼花灯L11

Y10

礼花灯L12

Y11

礼花灯L13

Y12

礼花灯L14

Y13

礼花灯L15、L19

Y14

礼花灯L16

Y15

礼花灯L17

Y16

礼花灯L18

Y17

礼花灯L20

三.系统软件设计

3.1喷泉流程图的设计

3.2梯形图及说明

开关按钮环节

花样1

花样2

花样3

花样4

花样5

花样6

4.系统调试

PLC程序的调试可以分为模拟调试和现场调试两个调试过程，将模拟调试好的程序送入用户存储器进行调试，直到各部分的功能都正常，并能协调一致的完成整体的控制功能为止。

程序的模拟调试：

将设计好的程序写入PLC后，首先逐条仔细检查，并改正写入时出现的错误。

用户程序在实验室模拟调试，实际的输入信号可以用按钮来模拟，各输出量的通/断状态用PLC上有关的发光二极管来显示，不用接PLC实际的负载。

本设计使用最多是顺序控制，对于顺序控制程序，调试程序的主要任务是检查程序的运行是否符合功能表图的规定，即在某一转换条件实现时，是否发生步的活动状态的正确变化，即该转换所有的前级是否变为不活动步，所有的后续步是否变为活动步，以及各步被驱动的负载是否发生相应的变化。

在调试时，应充分考虑各种可能的情况，对系统各种不同的工作方式，有选择序列的功能表图中的每一条支路、各种可能的进展路线，都应逐一检查，不能遗漏。

发现问题后应及时修改梯形图和PLC中的程序，直到在各种可能的情况下输入量与出入量之间的关系完全符合要求。

现场调试：

实验室中连接好礼花之光的模块，将各个二极管的的控制端口与其对应的输出端口连接，公用端口要二极管控制端口要先串联后再与输出端口连接，输入端的COM口与输出端的COM口相连，然后与电源正极相连。

将PLC的外围电路都已经接好，接通电源，将程序导入到PLC内。

将PLC的运行停止开关（RUN/STOP）拨到运行（RUN）位置，程序就开始运作，PLC的调试主要有，程序检查和参数检查。

五.结果分析与展望

本次试验的程序设计非常简单，一眼就可明了。

在启动前首先按下启动按钮，喷泉的花样全部都走一遍，就可看出所有花样的效果。

按下停止按钮就可停止系统的所有程序指令。

循环按钮则是实现喷泉不停止的循环变换花样的作用。

检测按钮则是检测每个喷嘴的好坏，这个设计使得平时的维护工作更加的简单。

只要简单的一个按钮，就可以看出哪些喷嘴有问题，减少了检查的时间，提高了维护工作的效率。

然而实验中的不足是不能单个的选择喷泉花样的循环。

通过本次设计，利用PLC在控制上的优越性，使喷泉在实际生活中的喷水花样，变化更多，更加完美。

本设计采用PLC控制，利用PLC体积小、功能强、可靠性高，且具有较大的灵活性和可扩展性的特点，通过改变喷泉的控制程序或改变方式选择开关，就可以干煸花样喷泉的喷水规律，从而变换出各式花样，以适应不同季节、不同场合的喷水要求。

能给人的视觉系统带来一种更加美的享受。

附录

参考文献

[1]李仁主编，电气控制，北京：

机械工业出版社，2000

[2]陈立定等主编，电气控制与可编程控制器，广州：

华南理工大学出版社，2001

[3]王仁祥主编，常用低压电器原理及其控制技术，北京：

机械工业出版社，2002

[4]郑萍主编，现代电气控制技术，重庆：

重庆大学出版社，2001

[5]佟为明等编，低压电器继电器及其控制系统，哈尔滨：

哈尔滨工业大学出版社，2000

[6]王海，李洪奎，刘晓。

基于PLC的多轴控制研究[J]。

机械工程学报,2008, 6（4）:

 470-472.

[7]杨东, 黄永红, 张新华, 吉敬华. 用PLC基本指令实现自动运动定位控制的研究[J]. 微计算机信息, 2010, 26（2-1）:

 62-64。

[8]秦琴，王忠庆.。

利用PLC的高速计数功能实现轴的精确定位控制.。

电气技术。

2009（3）。

[9]陈婵娟, 薛恺. 基于PLC的步进电动机单双轴运动控制的实现. 机械设计与制造. 2009（3）。

[10]杨涛, 王启江等。

 基于PLC绕线机控制系统设计[J]。

组合机床与自动化加工技术， 2005（8）：

58-59。