花式喷水池的PLC设计.docx
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花式喷水池的PLC设计
1绪论………………………………………………………………….………1
1.1课程题目…………………………………………………………………1
1.2设计目的及要求…………………………………………………………1
1.3原始资料…………………………………………………………………1
1.4课题要求…………………………………………………………………4
1.5日程安排…………………………………………………………………4
1.6主要参考书………………………………………………………………4
2器件选择……………………………………………………………….…5
2.1总体结构…………………………………………………………………3
2.2具体器件的选择…………………………………………………………3
2.2.1PLC的选择……………………………………………………….…3
2.2.2水泵的选择……………………………………………………….….4
2.2.3电磁阀的选择…………………………………………………….…5
2.2.5接触器的选择………………………………………………….……5
2.2.6热继电器的选择………………………………………………….…6
3程序设计……………………………………………………………….....…10
3.1总体设计思路…………………………………………………….…….10
3.2PLC输入输出口分配…………………………………….…….....…….10
3.3主电路设计……………………………………………….……....…….11
3.4喷水池控制器的输入输出接线图……………………….……….…….12
3.5喷水池控制器的状态转移（SFC）图…………………..……….…….12
3.6喷水池控制器的梯形图………………………………………….…….13
3.7喷水池控制器的助记符………………………………………….…….14
4安装、接线及系统联合测试………………………………………..…17
5总结…………………………………………………………………..….……18
6参考文献…………………………………………………………….………19
1绪论
1.1课程题目
花式喷水池的PLC设计
1.2设计目的及要求
1、熟悉电气控制系统的一般设计原则、设计内容及设计程序。
2、掌握电气设计制图的基本规范，熟练掌握PLC程序设计的方法和步骤。
3、学会收集、分析、运用电气设计有关资料及数据。
4、培养独立工作和工程设计能力以及综合运用专业知识解决实际工程技术问题的能力。
1.3原始资料
1.3.1设备概况
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。
如图所示为一花式喷水池，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卉关，就可改变控制方式，达到显现各种复合状态的要求。
1.3.2．控制要求
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／连续开关来决定。
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号喷水管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号也喷水，延时2e后，2号接着喷水，再延时2。
，1号喷水，这样，一起喷水15s后停下。
若在连续状态时，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号接着喷水，再延时2s，4号喷水，这样，一起喷水30s后再停下。
若在连续状态时，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后停止。
若在连续状态时，将继续循环下去。
④选择开关在位置“4”时。
按下启动按钮后，喷水池1-4号水管的工作顺序为：
1—2—3—4接顺序延时2s喷水，然后一起喷水30s，1、2、3和·4号分别延时2e停水，再延时1s，由4—3—2—1反向顺序按2s顺序喷水，一起喷水30e后停止。
若在连续状态时，将继续循环下去。
4．不论在什么工作方式下，按下停止按钮，喷水池将停止运行。
1.4课题要求
1、设计原则：
国家现行有关电气设计规范及主管部门规定等。
2、设计范围：
控制系统主电路及控制电路设计，电器设备选型。
3、设计成果：
课程设计报告（设计说明书及计算书等），主电路图、控制电路图、流程图、I/O端子接线图、梯形图及程序。
（所有成果均应为打印稿）。
1.5日程安排
本次课程设计时间共一周，进度安排如下：
1、设计准备，熟悉有关电气设计规范，熟悉课题设计要求及内容。
（1天）
2、分析控制要求、主电路及控制电路方案设计。
（1天）
3、绘制控制流程图、I/O端子接线图。
（1天）
4、梯形图设计、编制程序及程序说明。
（1天）
5、整理计算书及图纸、写课程设计报告。
（1天）
1.6主要参考书
1、《电气控制与可编程控制器应用技术》郁汉琪主编东南大学出版社
2、《工厂电气控制技术》方承远主编机械工业出版社
3、《可编程控制器原理应用网络》徐世许主编中国科学技术大学出版社
4、《工厂常用电气设备手册》（第2版）上、下册中国电力出版社
2器件选择
2.1总体结构
花式喷水池的总体结构是，由水泵抽水产生水柱，而水柱的时序由四个电磁阀控制，电磁阀由PLC控制，时序模式的选择有与PLC输入接口连接的控制面板选择，水泵是由三相异步电动机组成。
2.2具体器件的选择
2.2.1可编程控制器（PLC）的选择
可编程控制器，英文称ProgammableController,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，但基本电子计算机，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的类型很多，目前市场上有从大到小的全系列产品，可以满足各种各样的需求。
在中国市场上最具竞争力的有西门子、三菱、和欧姆龙公司，他们的各系列产品也具有其各自的优缺点。
系统共有开关量输入点7个，开关量输出点5个，参照三菱FX3UPLC产品目录及市场实际价格，选用主机为FX3U64MR的PLC为系统核心控制.
2.2.2水泵的选择
泵是一种面大量广通用型号机械设备，它广泛地应用于石油、化工、电力、冶金、矿山、轻工、农业、民用和国防各部门，在国民经济中占有重要的地位。
泵的电能消耗起了积极作用。
但是目前在国民经济各个领域中，由于选型不合理，许多的泵处于不合理运行状况，运行效率低，浪费了大量能量。
还有的泵由于选型不合理，根本不能使用，或者使用维修成本增加，经济效益低。
由此可见，合理选泵对节约能源同样具有重要的意义。
所谓合理选泵，就是要综合考虑泵机组和泵站的投资和运行费用等综合性的技术经济指标，使之符合经济、安全、适用的原则。
具体说，有以下几个方面:
必须满足使用流量和杨程的要求，即要求泵的运行工次点经常持在高效间运行，这样既能剩动力又不易损坏。
所选择的水泵既要体积小、重量轻、造价便宜，又要具有良好的特性和较高的效率。
具有良好的抗气蚀性能，这样既能减小泵房的开挖深度，又不使水泵发生气蚀，运行平衡、寿命长。
由于喷水池的水泵必须满足大功率快速精确启停，这里我们选择电机功率为3KW，AC380V。
2.2.3接触器的选择
CJ20系列交流接触器CJ20系列交流接触器适用于交流50Hz、电压至660V、电流至630A的电力系统，供远距离接通和分断线路，以及频繁地起动及控制电动机用。
其机械寿命高达1000万次，电寿命为120万次，主回路电压可由380V至660V，部分可达1140V，规格齐全，直流控制可考虑特殊订货。
CJ20系列参数见表2.1。
本课题选择CJ20-10型号的接触器。
表2.1CJ20系列参数
2.2.4热继电器的选择
JR20系列热继电器JR20系列热继电器是一种双金属片式热继电器，在电力线路中用于长期或间断工作的一般交流电动机的过载保护，并且能在三相电流严重不平衡时起保护作用。
JR20系列热继电器的规格、整定电流范围见表2.2。
本课题选择JR20-16/3S。
表2.2JR20系列热继电器的规格、整定电流范围
2.2.5熔断器电器的选择
RL6、RL7、RL96、RL52系列螺旋式熔断器本系列熔断器适用于交流45—62Hz、电压在500V及以下的电路，作过载和短路保护用。
其中Riff、RL7、RL96系列熔断器用于电缆和线路保护，RLS2系列快速熔断器则用于半导体元器件保护，而RL96系列适用于船舶。
上述产品已达到国外同类产品20世纪80年代水平，可以分别取代RLl、RL93、RI_S1系列熔断器。
本系列熔断器由载熔件（瓷帽）、熔断体（芯子）及底座三部分组成。
其绝缘件均由电瓷制成，熔断体内装有熔体并填充石英砂，装有非互换性的限位装置。
熔断体端面有明显的熔断指示器，当电路分断时，指示器跳出，通过载熔件上的观察孔可见。
但当熔体一旦熔断，必须及时更换熔断体。
本系列熔断器具有较高的分断能力，限流特性好，选择性好。
本课题选择RL16-25型号熔断器。
型号含义:
表2.3熔断器型号参数
2.2.5刀开关的选择
HR5系列熔断器式刀开关，本系列开关主要用于交流50Hz、电压至660V、电流为100~630A、有大短路电流的配电网络和电动机电路，用作电源开关、隔离开关，并可作短路保护用。
HR5系列开关通断能力见表2.2。
本课题选用HR-100型号的刀开关。
表2.4HR5，系列开关通断能力参数
3程序设计
3.1总体设计思路
本课题由于需要的延时继电器和控制模式较多适合采用步进指令和定时指令实现程序控制，四种时序方式选择可采用主控指令中并形分支与汇合指令实现。
程序流程图如下：
Y
N
3.2PLC输入输出口分配
输入信号
输出信号
启动按钮
X0
喷水池工作指示
Y0
停止按钮
X1
1号喷水电磁阀
Y1
单步／连续选择开关
X2
2号喷水电磁阀
Y2
选择开关在位置“1”
X3
3号喷水电磁阀
Y3
选择开关在位置“2”
X4
4号喷水电磁阀
Y4
选择开关在位置“3”
X5
选择开关在位置“4”
X6
3.3主电路设计（见下图）
3.4花式喷水池PLC控制器的输入输出接线图（见下图）
3.5喷水池控制器的状态转移（SFC）图
见附录
（1）
3.6喷水池控制器的梯形图
见附录
（2）
3.6喷水池控制器的助记符
见附录（3）
4安装、接线及系统联合测试
4.1硬件调试
PLC内部为输入电路所提供的电压，恰好可以直接驱动负载，满足其输出指标，按接线图接好线，证明PLC选型正确,各个器件的选择符合要求。
4.2软件调试和模拟调试
按接线图接好线后，将程序的指令用三菱编程软件输入到PLC系统中，编程器直接对PLC的用户程序储存器进行读写操作。
采用脱机编程方式将所编制的用户程序存入编程器的ROM中后，经过多次调试。
将设计好的程序下载到PLC主单元中。
由外接信号源加入测试信号，可用按钮或小开关模拟输入信号，用指示灯模拟负载，通过各种指示灯的亮暗情况了解程序运行的情况，观察输入/输出之间的变化关系及逻辑状态是否符合设计要求，并及时修改和调整程序，直到满足设计要求为止。
三菱程序模拟调试的基本思想是，以方便的形式模拟产生现场实际状态，为程序的运行创造必要的环境条件。
根据产生现场信号的方式不同，模拟调试有硬件模拟法和软件模拟法两种形式。
1）硬件模拟法是使用一些硬件设备（如用另一台PLC或一些输入器件等）模拟产生现场的信号，并将这些信号以硬接线的方式连到PLC系统的输入端，其时效性较强。
2）软件模拟法是在欧姆龙中另外编写一套模拟程序，模拟提供现场信号，其简单易行，但时效性不易保证。
模拟调试过程中，可采用分段调试的方法，并利用编程器的监控功能。
4.2系统联合调试
在模拟调试合格的前提下，将PLC与现场设备连接。
现场调试前要全面检查整个PLC控制系统，包括电源、接地线、设备连接线、I/O连线等。
在保证整个硬件连接正确无误的情况下才可送电。
将PLC的工作方式置为“RUN”。
反复调试，消除可能出现的问题。
当试运一定时间且系统运行正常后，可将程序固化在具有长久记忆功能的存储器中，做好备份。
全部调试完毕后，交付试运行。
经过一段时间运行，如果工作正常、程序不需要修改，应将程序固化到EPROM中，以防程序丢失。
5后期工作
整个课题结束后就整理实验器材并整理相关资料，包括程序流程图、主电路图，控制电路图，SFC图，梯形图，助记符程序。
并编写相关课题报告，总结整个课程设计过程中遇到的问题。
6总结
通过一周时间的努力,终于完成了老师给的PLC课程设计的内容——花式喷水池控制系统。
这次课程设计能够顺利的完成主要是靠指导老师的谆谆指导和指点，其次就是组员之间的团结协作，自己动手查阅有关资料，认真积极地完成老师布置的任务，遇到问题能够自己独立解决同时训练我们的分工合作能力。
本次课程设计让我们对PLC这门课有了更深刻的了解和认识，知道了如何实现PLC在实际生活中的作用。
利用工作软件实现对花式喷泉电气控制，经安装调试后，其各项性能均达到了设计要求，运行良好。
在设计中,我们为涉及到的每一个电气元件,电动机,低压元件,都查阅了大量的相关资料,并且仔细阅读,在纸上列出各元器件的作用，并知晓他们应用场合，经过大量的查阅了解，很快便开始投入设计。
当然遇到的问题与经验也是值得总结的，如下：
1在每一个状态转换的时候，如果同时存在有多个跳转语句，一定要有时间上或者逻辑上的先后顺序，不然有可能会出现程序在这多个状态之间反复跳转，程序会在此跑飞。
2不能从STL指令内母线中直接使用MPS/MRD/MPP指令，不然会出错。
3OUT指令和SET指令对于STL指令后的状态（S）具有同样的功能。
4在不同的分支之间会存在很多相同的状态，它们可以公用此相同状态，前提是在这个相同状态里要加上判断语句。
5在互斥的分支之间可以调用相同的器件（如时间继电器、输出、计数器等），编程软件可能会提示“双线圈错误”，但是只要逻辑上没有错，程序也能运行并且运行结果和预期一样。
这次设计的整个过程不仅是一个技术革新的过程,而且也是一个我们不断地学习的过程.这次课程设计提高了我的动手水平,独立思考的能力,在我接完线，通电成功的那一刻，幸福的感觉溢满全身，更重他要的是团队合作精神,我和搭档的分工合作使得本次设计能有条不紊的进。
行,同时搭档提出的宝贵建议使我受益匪浅,以后的工作也是如此，既要独立完成，亦需分工合作！
设计不仅仅是学习和拓展，更考验我们更多的能力！
7参考文献
1、《电气控制与可编程控制器应用技术》郁汉琪主编东南大学出版社
2、《工厂电气控制技术》方承远主编机械工业出版社
3、《可编程控制器原理应用网络》徐世许主编中国科学技术大学出版社
4、《工厂常用电气设备手册》（第2版）上、下册中国电力出版社
附录
（1）SFC图
附录
（2）梯形图
附录（3）助记符程序
0LDM8002
1SETS0
3STLS0
4LDX000
5SETS20
7STLS20
8LDIX001
9OUTY000
10MPS
11ANDX003
12SETS21
14MRD
15ANDX004
16SETS31
18MRD
19ANDX005
20SETS41
22MPP
23ANDX006
24SETS51
26STLS21
27LDIX001
28OUTY004
29OUTT0K20
32LDT0
33SETS22
35STLS22
36LDIX001
37OUTY003
38OUTY004
39OUTT1K20
42ANDT1
43SETS23
45STLS23
46LDX001
47OUTY003
48OUTY004
49OUTY002
50OUTT2K20
53ANDT2
54SETS24
56STLS31
57LDIX001
58OUTY001
59OUTT0K20
62ANDT0
63SETS32
65STLS32
66LDIX001
67OUTY002
68OUTY001
69OUTT1K20
72ANDT1
73SETS33
75STLS33
76LDIX001
77OUTY002
78OUTY001
79OUTY003
80OUTT2K20
83ANDT2
84SETS24
86STLS24
87LDIX001
88OUTY001
89OUTY002
90OUTY003
91OUTY004
92OUTT3K150
95ANDT3
96SETS100
98STLS41
99LDIX001
100OUTY003
101OUTY001
102OUTT4K30
105ANDT4
106SETS42
108STLS42
109LDIX001
110OUTY004
111OUTY002
112OUTC1K5
115MPS
116ANIC1
117OUTT5K30
120MRD
121ANDT5
122SETS41
124MRD
125ANDC1
126OUTT6K300
129OUTY001
130OUTY003
131MPP
132ANDT6
133RSTC1
135SETS100
137STLS51
138LDIX001
139OUTY001
140OUTT7K20
143ANDT7
144SETS52
146STLS52
147LDIX001
148OUTY001
149OUTY002
150OUTT8K20
153ANDT8
154SETS53
156STLS53
157LDIX001
158OUTY001
159OUTY002
160OUTY003
161OUTT9K20
164ANDT9
165SETS54
167STLS54
168LDIX001
169OUTY001
170OUTY002
171OUTY003
172OUTY004
173OUTT10K300
176ANDT10
177SETS55
179STLS55
180LDIX001
181OUTY001
182OUTY002
183OUTY003
184OUTT11K20
187ANDT11
188SETS56
190STLS56
191LDIX001
192OUTY001
193OUTY002
194OUTT12K20
197ANDT12
198SETS57
200STLS57
201LDIX001
202OUTT13K20
205MPS
206ANIT13
207OUTY001
208MPP
209OUTT14K30
212ANDT14
213SETS58
215STLS58
216LDIX001
217OUTY001
218OUTY002
219OUTY003
220OUTY004
221OUTT15K300
224ANDT15
225SETS100
227STLS100
228LDX002
229SETS20
231RET
232LDX000
233OUTY000
234END
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