完整版基于PLC控制的喷泉系统2毕业设计.docx
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完整版基于PLC控制的喷泉系统2毕业设计
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江苏晓庄学院
毕业论文
基于PLC控制的喷泉系统设计
学生姓名
所在系
班级
专业
指导教师
20**年6月8日
摘要
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。
使用PLC控制花式喷泉，具有使用方便，运行可靠，控制程序设计简单等优点。
用SFC方法编程，可以使设计思路清晰，编程简便.若需要改变喷水花样和喷水时间，设计方案不必作很大调整，只要把控制程序作相应的修改，即可实现控制目的。
本设计以4环花式喷泉为研究对象，采用了三菱FX1N系列可编程序控制器作为喷泉的控制器。
对花式喷水池的控制系统的总体功能进行了分析，阐述了可编程控制器的组成和工作原理。
并提出了喷水池硬件的各组成模块及详细的硬件模块设计方案。
本设计改善了喷泉系统的控制品质，并达到了实时控制的要求。
关键字：
喷泉、PLC、SFC编程
摘要1
目录2
绪论3
第一章喷泉总体设计4
1.1喷泉的布局设计4
1.2控制要求5
第二章系统硬件设计7
2.1PLC的选择7
2.1.1PLC介绍7
2.1.2PLC选型7
2.2泵的选择8
2.1.1潜水泵介绍8
2.2.2泵的选型8
2.3喷头的选择10
2.3.1喷头的介绍10
2.3.2各种喷头的选择10
2.4阀的选择13
2.5灯具的选择13
第三章系统软件设计14
3.1IO分配14
3.2梯形图设计14
3.2.1SFC程序分步介绍15
第四章组态王监控系统设计18
4.1组态王与设备通信19
4.2监控画面19
4.2.1按钮单元介绍19
4.2.2彩灯单元介绍20
4.2.3计时计数单元20
4.2.4喷泉模拟单元介绍21
第五章系统调试21
结束语24
致谢25
附录A系统程序I
附录BPLC接线图III
附录C组态王监控画面IV
参考文献V
绪论
喷泉是一种将水或其他液体经过一定压力通过喷头喷洒出来具有特定形状的组合体，提供水压的一般为水泵。
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。
喷泉原是一种自然景观，是承压水的地面露头。
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。
随着我国人民物质和精神生活水平的不断提高，现在许多城市的市民广场、单位居民生活区里都能看到各种形式的喷泉。
随着科学技术突飞猛进的发展，在喷泉工程中采用了大量的高新技术，在人们的视觉和听觉上形成和谐的统一，使人们在精神上有种愉悦的感受。
从而使喷泉效果更多绚丽多彩，阿罗多姿，令人赏心悦目、流连忘返。
第一章喷泉总体设计
1.1喷泉的布局设计
图1-1喷泉布局图
本设计布局如图1-1所示。
图1-1中A组喷水管，有一个喷水管该喷水管所喷出的水柱为4组喷水管最大，喷射高度为4组喷水管最高为8（m）。
图1-1中B组喷水管所处的圆上由8个喷水管组成，该组喷水管所喷出的水柱为比A组的水柱略小，所喷高度比A组的高度略底，所喷高度为6（m）。
图1-1中C组喷水管所处的圆上由20个喷水管组成，该组所喷出的水柱比B组的水柱小，所喷高度比B组水柱低，所喷高度为4（m）。
图1-1中D组喷水管所处的圆上组由30个喷水管组成，该组所喷水柱为4组中水柱最小，所喷高度最低的一组。
所喷高度为2（m）。
为了在每组喷水管工作时能够更好的欣赏，能区别4组所喷出的水柱，所以B组所处的圆的半径为R=2（m），C组所处的圆的半径为R=4（m），D组所处的圆的半径为R=6（m）。
本设计中A组喷头所喷的水柱最高，本设计中4组喷头所喷的水柱高度为2-8（m）。
本设计的最多时有A、B、C三组喷头同时喷出水柱，最少时有两组喷头喷出水柱，所以流量为（m3）。
QY系列潜水泵QY型潜水电泵由电动机、水泵和密封三部分组成。
电泵的上端，多为离心式水泵；下端为三相鼠笼立式异部电动机。
电机全部采用优质整圆硅钢片，效率高，耗电少潜水深度不超过5米水温不超过+40℃。
流量：
10-300（m3）。
QX系列潜水泵工程潜水泵泵电一体，结构紧凑，非常适合于基建及矿山的搬运和安装无需引水，使用简便双端密封，电器保护设计合理、性能优良、几无噪音。
流量：
5-20（m3）
QJ系列潜水泵电机与水泵直联，机组全部潜入水中工作，具有结构紧凑、安装、维护方便、体积小、重量轻、高效节能等特点。
工作条件1、工作介质为清水或化学性质类似于清水的液体。
额定扬程：
150米额定流量：
10立方米小时。
从该喷泉所需的扬程、流量、水质、价格等方面考虑该喷泉选择QS系列的潜水泵，如图2-2所示。
图2-2QS系列潜水泵
2.3喷头的选择
2.3.1喷头的介绍
喷泉喷头也称喷泉喷嘴全部采用铜或不锈钢制作，这样具有黄金的色彩或银光闪闪，喷头显得豪华气派。
其工艺精巧美观，结构合理，性能高效节能。
其中常用的有：
可调直流喷头、半球形喷头、树冰形喷头、礼花喷头、涌泉喷头、加气喷头、直上喷头等产品系列。
2.3.2各种喷头的选择
1：
A组喷头的选择
A组位于中间位置，需要喷出雄壮并且喷射高度高得水柱，所以A组喷头选择直上喷头。
直上喷头是在同一个配水室上安装多角度直射喷嘴，这些喷嘴规格相同时，喷出的水姿雄壮笔直、粗狂美观；这些喷嘴规格不完全相同时，大小喷嘴布设得当，喷出的水姿粗壮有力、层次分明、主题突出、是大型喷泉中心必备的主要喷头。
该喷头也叫中心喷头。
可调节射流的方向。
喷头材质：
铸铜、不锈钢，如图2-3所示。
图2-3直上喷头实物图及安装简图
2：
B组喷头的选择
B组位于第二层的位置，所喷出的水柱应该比A组所喷出的水柱稍细比A组所喷的水柱要低。
所以我B组选择可调直流喷头。
可调节直流喷头在各种场合的喷水池中广泛应用，并是音乐喷泉的必备喷头，这种喷头装有球形接头，可沿垂直方向向15度进行调节。
可调直流喷头可组合各种不同形状的喷射果，射流的高低和角度的变化，可根据水池形状大小决定。
喷头材质：
铸铜、不锈钢，如图2-4所示。
图2-4可调直流喷头实物图及安装简图
3：
C组喷头的选择
C组喷头应该比B组喷头喷射高度略低比D组略高，所喷水柱比B组水柱略粗壮、挺拔。
所以C组喷头选择树冰形喷头。
树冰形喷头喷水时外观效果庞大丰满，粗壮挺拔，抗风力较强。
喷头安装在导流筒上端与水面齐平，喷水时能将池水带出，形成粗大壮观的水柱。
喷头材质：
铸铜、不锈钢，如图2-5所示。
图2-5树冰形喷头实物图及安装简图
4：
D组喷头的选择
D组位于该喷泉的最外侧，水柱所喷高度应该最低，水量应该较大，择所喷水柱比较灵动。
所以选择涌泉喷头。
涌泉喷头也是加气喷头的一种，又称鼓泡喷头、珍珠喷头。
喷水时能将气吸入，使水姿形成充满空气的白色水丘，水沫轻溅，古朴灵动。
加气喷头用射流泵的原理，喷水时将空气吸入，以少量的水产生丰满的射流，喷出的水柱呈白色不透明状，反光效果好。
喷头材质：
铸铜、不锈钢，如图2-6所示。
图2-6涌泉喷头实物图及安装简图
2.4阀的选择
喷泉常用的阀门有球阀、蝶阀、闸阀、止回阀、水下液压阀、水下电磁阀、水下数控阀等。
本设计的喷泉采用PLC控制同时在工作时会接触水，所以选择DC24V水用电磁阀。
如图2-7所示。
图2-7水用电磁阀
2.5灯具的选择
该喷泉用四组彩灯分别为红，绿，黄，蓝。
从里到外分别对应A处用红色的彩灯，B处为绿色的彩灯，C处为黄色彩灯，D处为蓝色彩灯。
每一个喷头处对应一个相应颜色的彩灯。
因为喷泉用彩灯都是安装在水下所以对光线的要求高，对安全性能的要求也要很高，同时对使用寿命要求要长。
LED水下灯能够达到上述的要求，所以本设计选择AC220VLED水下灯，如图2-8所示
图2-8LED水下灯
第三章系统软件设计
3.1IO分配
根据第一章的介绍可以得出该喷泉的开始、停止、单周期、连续需要用到四个按钮，这四个按钮开关分别接到PLC的四个输入口上。
而A、B、C、D四组喷泉口需要用到四个水用电磁阀，这四个电磁阀需要接到PLC上面的四个输出口上。
红绿黄蓝四组彩灯、指示灯、报警器和控制水泵的接触器也需要接到PLC的七个输出口上，所以该系统需要用到四个输入口和十一个输出口。
表3-1为它们所对应的IO口。
表3-1IO分配表
输入口
输出口
设备符号
设备名称
PLC口
设备符号
设备名称
PLC口
SB1
开始按钮
X1
KM1
A口喷头电磁阀
Y0
SB2
停止按钮
X2
KM2
B口喷头电磁阀
Y1
SB3
单周期按钮
X3
KM3
C口喷头电磁阀
Y2
SB4
连续按钮
X4
KM4
D口喷头电磁阀
Y3
LR
红色彩灯
Y4
LG
绿色彩灯
Y5
LY
黄色彩灯
Y6
LB
蓝色彩灯
Y7
HL
指示灯
Y10
HA
报警器
Y11
KM
控制泵的接触器器
Y12
3.2梯形图设计
为了解决应用可编程控制器（PLC）的基本逻辑指令编写顺序控制梯形图时所存在的编程复杂、不易理解等问题,采用PLC的顺序功能图（SFC）来编写顺序控制梯形图是一种非常有效的方法,该方法具有编程简单而且直观等特点。
本设计采用顺序功能图（SFC）的方法编写其控制梯形图,从编程结果可以看出,与应用PLC的基本逻辑指令方法相比具有简单、直观、逻辑性强,提高编程的效率。
与梯形图相比简单，出现错误时更容易检查。
3.2.1SFC程序分步介绍
如图3-1所示为PLC从停止→启动运行切换瞬间使特殊辅助继电器M8002接通，从而使状态器S0被激活。
图3-1系统启动程序
如图5-2所示为按下启动按钮X0使状态器S20被激活，Y10得电，指示灯点亮等待用户选择运行模式。
图3-2按下开始系统等待用户选择运行模式程序
如图3-3所示为用户按下X4选择连续运行，使状态器S21被激活（用户按下X3选择单次运行，使状态器S28被激活）。
Y0、Y3、Y12得电，使水泵开始工作同时A组和D组的电磁阀导通，使A组和C组同时喷出水柱。
同时红绿黄蓝四组彩灯间隔一秒点亮。
同时当选择连续时TO开始计时6秒（当选择单次运行时T5开始计时6秒）。
图3-3用户选择连续（单次）运行AD同时喷水程序
如图3-4所示为选择连续时TO计时6秒时间到，T0的常开触点闭合，使状态器S22被激活（选择单次时T5计时6秒时间到，T5的常开触点闭合，使状态器S29被激活）。
Y0、Y2、Y12得电，水泵工作同时A组和C组的电磁阀导通使A组和C组喷出水柱。
同时红绿黄蓝四组彩灯间隔一秒点亮。
同时当选择连续运行时T1开始计时7秒（当选择单次运行时T6开始计时7秒）。
图3-4AC同时喷水程序
如图3-5所示为当选择连续运行时T1计时7秒时间到，T1的常开触点闭合，使状态器S23被激活（当选择单次运行时T6计时7秒时间到，T6的常开触点闭合，使状态器S30被激活）。
Y1、Y3、Y12得电，水泵工作同时B组和D组的电磁阀导通使B组和D组喷出水柱。
同时红绿黄蓝四组彩灯间隔一秒点亮。
同时当选择连续运行时T2开始计时10秒（当选择单次运行时T7开始计时10秒）。
图3-5BD同时运行程序
如图3-6所示为当选择连续运行时T2计时10秒时间到，T2的常开触点闭合，使状态器S24被激活（当选择单次运行时T7计时10秒时间到，使状态器S31被激活）。
Y0、Y1、Y2、Y12得电，水泵工作同时A组、B组和C组的电磁阀导通使A组、B组和C组喷出水柱。
同时红绿黄蓝四组彩灯间隔一秒点亮。
同时当选择连续运行时T3开始计时5秒（当选择单次续运行时T8开始计时5秒）。
图3-6ABC同时运行程序
如图3-7所示为为当选择连续运行时T3计时5秒时间到，T3的常开触点闭合，使状态器S25被激活。
T4开始计时2秒（当选择单次运行时T8计时5秒时间到，T8的常开触点闭合，使状态器S25被激活。
T9开始计时2秒）。
图3-7系统停止运行2秒程序
如图3-8所示为为T4计时2秒时间到，T4的常开触点闭合，使状态器S26被激活。
C0开始计数20次。
图3-8计数器计数20次程序
如图3-9所示为当选择连续运行时C0计数在未达到20次则跳转到状态器S21处循环运行，当CO计数达到20次则C0的常开触点闭合状态器S27被激活，同时特殊辅助继电器M8013被激活，同时Y11得电，报警器报警。
同时计数器CO复位。
图3-9选择连续运行时报警和返回S21程序
如图3-10所示为当选择的是单次运行时当T9计时2秒时间到，T9的常开触点闭合，状态器S33被激活，特殊辅助继电器M8013被激活，同时Y11得电，报警器报警。
图3-10单次运行时报警程序
如图3-11所示为按下停止按钮X2后后系统停止报警，同时回到系统开始。
图3-11系统停止运行程序
总程序见附录A。
第四章组态王监控系统设计
组态王开发监控系统软件，是新型的工业自动控制系统，它以标准的工业计算机软、硬件平台构成的集成系统取代传统的封闭式系统。
4.1组态王与设备通信
“组态王”把每一台与之通讯的设备看作是外部设备，为实现组态王和外部设备的通讯，组态王内置了大量设备的驱动作为组态王和外部设备的通讯接口，在开发过程中您只需根据工程浏览器提供的“设备配置向导”一步步完成连接过程即可实现组态王和相应外部设备驱动的连接。
在运行期间，组态王就可通过驱动接口和外部设备交换数据，包括采集数据和发送数据指令。
每一个驱动都是一个COM对象，这种方式使驱动和组态王构成一个完整的系统，既保证了运行系统的高效率，也使系统有很强的扩展性。
4.2监控画面
本设计的仿真画面分为4个单元，分别为按钮单元，彩灯单元，计时计数单元，喷泉模拟单元。
4.2.1按钮单元介绍
图4-1组态王按钮单元
如图4-1所示该单元由绿色、红色、粉红色、黄色四个按钮组成。
它们分别绿色对应开始按钮，红色对应停止按钮，粉红色对应单周期按钮，连续对应连续按钮。
4.2.2彩灯单元介绍
图4-2组态王彩灯单元
彩灯单元由两排六盏灯组成，其中第一排由红色、绿色、黄色、蓝色四盏灯。
它们分别对应红色、绿色、黄色、蓝色四组LED灯。
第二排由紫色和红色的两盏小一些的灯组成，它们分别对应着系统开始的指示灯和报警灯。
4.2.3计时计数单元
图4-3组态王计时计数单元
计时计数单元由6组数据组成，前面5组是计时长的数据，第一组为AD两组同时喷水的时长。
第二组为AC两组同时喷水的时长，第三组为BD两组同时喷水的时长，第四组为ABC三组同时喷水的时长，第五组为循环结束后停止时间的时长。
第六组是选择连续时完成了几次循环的计数器。
4.2.4喷泉模拟单元介绍
图4-4组态王喷泉模拟单元
喷泉模拟单元由四个长方体组成，分别代表A、B、C、D四组喷头，当所对应的喷头工作时四个长方体会填充满并变为蓝色。
组态王监控画面见附录C。
第五章系统调试
在系统调试时先将附录A中的系统程序烧到PLC里，然后打开组态王软件监控系统的运行情况。
当PLC上电后点击监控系统中的开始按钮，监控画面中的指示灯点亮等待用户选择运行模式。
如图5-1所示。
图5-1点击开始后指示灯亮监控画面
当指示灯点亮后点击单周期或者连续，监控画面中代表A、D两组喷头的A、D两长方体填充上蓝色，AD的计时器开始计时，同时红绿黄蓝四盏灯循环点亮。
如图5-2所示。
图5-2AD同时运行监控画面
到AD计时器到6秒后，监控画面中代表D组喷头的D长方体缩回，代表C组喷头的C长方体填充上蓝色。
AC计时器开始计时，同时红绿黄蓝四盏灯循环点亮。
如图5-3所示。
图5-3AC同时运行监控画面
当AC计时器计时到7秒后A、C缩回，B、D填充上蓝色，计时器BD开始计时，红绿黄蓝四盏灯循环点亮。
如图5-4所示。
图5-4BD同时运行监控画面
当BD计时器计时到10秒后D缩回，A、C填充上蓝色，计时器ABC开始计时，红绿黄蓝四盏灯循环点亮。
如图5-5所示。
图5-5ABC同时运行监控画面
当ABC计时器计时到5秒后，A、B、C、D停止运行，计时器计时2秒后如果选择的是连续则计数器加1后继续运行，当计数器计数到20次后，报警器报警。
如果选择的是单周期则ABC计时器计时到5秒后，报警器开始报警。
如图5-6所示。
图5-6报警器报警
做完上面的工作后，用11盏灯代表电磁阀、LED灯、交流接触器、报警器等，并按照附录B的PLC接线图将它们接到PLC上如图5-1所示。
图中上起依次代表A组喷头的电磁阀，B组喷头的电磁阀，C组喷头的电磁阀，D组喷头的电磁阀，红色LED灯，绿色LED灯，黄色LED灯，蓝色LED灯，系统开始指示灯，报警器，控制泵的交流接触器。
按照上面的工作工程再来一遍，并录像。
图5-7系统接线实物图
结束语
在这几个月的毕业设计过程过我学到了很多知识，同时也发现了自己的很多不足之处。
通过这次毕业设计使我把平时所学的理论知识在得到了应用，使我对这些知识得到了巩固。
通过查资料也学会了很多在课堂上没学到的很多东西，使我的自学能力得到了提高。
在即将进入工作岗位前通过做这次的毕业设计让我先熟悉了以后工作中将会遇到的一些东西，这使我在以后的工作中遇到这些东西时能够得心应手而不会感觉到无从下手。
能使我更有竞争力，不会在以后工作中被淘汰。
通过这次毕业设计增长了知识面，学会了怎样把很多独立的东西结合起来用，结合起来设计成一个系统。
致谢
首先诚挚的感谢指导老师侯洪政老师，在你的悉心教导下使我的毕业设计能够顺利的完成。
不时的讨论并指点我正确的方向，使我在毕业设计这段时间中获益匪浅。
让我在以后的工作中能够做得更好。
在三年大学生涯快要结束的时候还要感谢这三年来遇到的每个老师对我的关心和照顾。
在这三年里你们不仅教会了我很多知识，还教会了我很多做人的道理，让我懂得了人生的价值观，能让我在以后的人生路上少走弯路。
祝福各位老师工作顺利，身体健康，家庭和睦。
最后还要感谢我的每一个同学，是你们让我懂得了集体，让我懂得了友情，这是我人生的一大财富。
再过不了多久我们就要各奔东西去追求自己的理想，希望以后我们都能实现自己的理想，在很多年后当我们想起这三年的酸甜苦辣时，相信我们都会感到幸福。
附录A系统程序
附录BPLC接线图
附录C组态王监控画面
参考文献
【1】章国华、苏东《典型生产线原理、安装与调试》北京理工大学出版社2009.04
【2】计时鸣《机电一体化控制技术与系统》西安电子大学出版社2009.06
【3】华满香《电气控制及PLC应用》人民邮电出版社20090.5
【4】邓其贵、周炳《变频器操作与工程项目应用》北京理工大学出版社2009.08
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