PLC課程設計花式噴水池的PLC控制系統(tǒng)設計

1、 2011 級課程設計說明書 花式噴水池的PLC控制系統(tǒng)設計 院 、 部： 電氣與信息工程 學生姓名： 指導教師： 職稱 專 業(yè)： 自動化 班 級： 摘 要花式噴水池是近年來出現的一種園林建筑與花式觀賞相結合的一種產物。在游人和居民光顧的場所，如公園、廣場、旅游景點及一些知名建筑前，經常會修建一些噴水池供人們休閑、觀賞，這些噴水池按一定的規(guī)律改變噴水式樣。而且隨著可編程控制器在我國的迅速發(fā)展，對花式噴泉的控制要求也越來越高，使得越 來越多的控制部分需要可編程控制器來實現。該設計書以4環(huán)花式噴水池為研究對象，采用了FX系列可編程序控制器作為噴水池的控制器。對花式噴水池的控制系統(tǒng)的總體功能進行了分

2、析，詳細介紹了系統(tǒng)的硬件配置、設計方案及軟件設計順序功能圖。該設計改善了噴泉系統(tǒng)的控制品質，并真正地達到了實時控制的要求。當控制要求發(fā)生改變時，只需要改變程序，硬件接線不變或作較小變動即可，方便簡單。而且采用PLC控制時，利用其體積小、功能強、可靠性高，并具有較大的靈活性和可擴展性的特點，改變控制方式或改變選擇開關，即可改變噴水規(guī)律，變換出不同的花樣。所以PLC在當前工業(yè)控制中得到廣泛應用。關鍵詞： 花式噴水池裝置； 可編程控制器； 定時器ABSTRACTWith the continuous development of society , with the needs of human l

3、ife , the application of the PLC has penetrated into all areas of the national economy, people's production and life has played a huge role can not be replaced , while driving the rapid updating of traditional control testing . Understand and apply knowledge PLC is a strong and profound usabilit

4、y thing this system is the use of programmable logic controller (PLC), PLC- based controller, to achieve full control of fancy fountain . Systems with a high degree of automation stable operation, high precision, easy to control, is widely used in various places of life. This article discusses the f

5、ancy fountain control systems, completed a fancy fountain system, all the basic work . On the use of personnel is also limited to a simple button operation, basically automated control .This topic describes the use of the production of Mitsubishi FX2N-32MR series of programmable controllers , use la

6、dder programming , while the overall function of the spray pond fancy control system is analyzed , elaborated composition and working principle of the programmable controller . This design improves the quality fountain control systems , and achieve real-time control. In order to satisfy the diversif

7、ied , growing needs, such as high-end PLC technology slowly into people's lives, and has been widely promoted and applied. In order to continue to meet the growing needs of people .Keywords fancy fountains；programmable controller ；state transition目 錄1系統(tǒng)控制方案的確定11.1我國噴泉的發(fā)展11.2噴泉的種類11.3花式噴泉的概述21.4采

8、用PLC控制花式噴泉的優(yōu)點21.5噴泉中的一些新技術32 花式噴泉的工作42.1工作分析42.2設計要求43花式噴水池裝置PLC控制系統(tǒng)的硬件電路設計63.1主電路設計63.3 花式噴水池裝置PLC控制系統(tǒng)I/O分配表73.4 PLC接線圖83.5控制系統(tǒng)程序流程圖94 運用GX Developer對系統(tǒng)進行仿真114.1在PLC實物箱上進行調試13總 結16參考文獻17致 謝18附錄191系統(tǒng)控制方案的確定 1.1我國噴泉的發(fā)展國內在二十世紀八十年代以前，噴泉只是建筑給排水和園林造景專業(yè)的一個技術細節(jié)，從設計到產品制作，工程安裝都沒有形成規(guī)模。只是在展覽館等公共建筑和公園里能見到一些中、小噴

9、泉，產品的水平也是簡單、粗放的。二十世紀八十年以后，隨著國民經濟的恢復和發(fā)展，人民生活水平的提高，一些城市的城建、園林主管部門在城市建設、改造的過程中，以及環(huán)境的美化和文化氛圍的營造上對噴泉提出了求新的要求，一部分建筑、園林、水利的設計院、研究所及大專院校，綜合了土建結構、給排水、機電控制等傳統(tǒng)的專業(yè)技術，加上當時先進的單片機，通過電磁閥和直流電機調速實行變量控制，設計出一批噴泉、水景。得到了良好的社會反映和社會效益。在這個時期，一些噴泉設備專業(yè)加工廠和公司開始組建、發(fā)展，為噴泉的專業(yè)化發(fā)展提供了力量，打下了基礎。二十世紀九十年代以后，社會主義市場經濟快速發(fā)展，全國城市建設速度加快，人們也追求

10、高質量的文化生活和環(huán)境美。市場的需求推動了噴泉行業(yè)的發(fā)展。噴泉走出公園、園林的圍墻和廣場的中心，深入延伸到人們的各個社會活動場所。許多噴泉專業(yè)的生產廠商和專業(yè)公司，在這段時間內應運而生，迅速發(fā)展起來。專業(yè)技術人員把計算機技術、信息技術，以及聲、光、電、霧、火、激光、音樂、水幕電影等學科的技術應用到噴泉之中，把噴泉行業(yè)的技術水平推上了一個新的層面，開拓了廣闊的應用空間，噴泉行業(yè)得到了快速發(fā)展。2001年中國建筑金屬結構協(xié)會、給水排水設備分會成立了水景噴泉專業(yè)委員會，行業(yè)組織為城鎮(zhèn)、園林的主管部門、設計院、所及專業(yè)生產廠商、公司提供服務，促進噴泉行業(yè)健康有序地發(fā)展。一些大學和中專的建筑、園林專業(yè)也

11、開設了水景、噴泉課程，為噴泉行業(yè)的今后發(fā)展提供了知識儲備。噴泉行業(yè)的發(fā)展進入到一個新的階段。 1.2噴泉的種類噴泉景觀概括來說可以分為兩大類：一是因地制宜，根據現場地形結構，仿照天然水景制作而成，如：壁泉、涌泉、霧泉、管流、溪流、瀑布、水簾、跌水、水濤、漩渦等。二是完全依靠噴泉設備人工造景。這類水景近年來在建筑領域廣泛應用，發(fā)展速度很快，種類繁多，普通噴泉分音樂噴泉、程控噴泉、旱地噴泉、跑動噴泉、光亮噴泉、趣味噴泉、激光水幕電影、超高噴泉等。1.3花式噴泉的概述噴泉是一種將水或其他液體經過一定壓力通過噴頭灑出來具有一定形狀的組合體，提供水壓的一般為水泵。現代城市中的噴泉形式已十分豐富。隨著構筑

12、物的大小及水壓等的變化，噴泉或高或低、或珠或霧，精彩紛呈?？煞譃橐韵?種：（1）普通噴泉：只有簡單的幾種固定水型及燈光，隨著電源的開閉而控制噴泉的運行、水型和燈光的變化。 （2）程控噴泉：將各種水型及燈光，按照預先設定的排列組合進行控制程序的設計，通過計算機運行程序發(fā)出控制信號，使水型及燈光有各種各樣的變化。 （3）音樂噴泉：在程序控制噴泉的基礎上加入了音樂控制系統(tǒng)，計算機通過對音頻及MIDI信號的識別，進行譯碼和編碼，最終將信號輸出到控制系統(tǒng)，使噴泉的造型及燈光的變化與音樂保持同步。 （4）水幕激光噴泉：將激光器發(fā)出的激光束射在水幕噴頭的水幕上，激光束由激光控制系統(tǒng)編程控制，可發(fā)出多種多樣的

13、圖案及色彩，照射在晶瑩透明的水膜上，形成斑斕奪目的起義效果。 （5）水珍珠噴泉：利用特殊音波將水變成球體的噴水裝置和全頻高速閃光燈的視覺圖像效果的產品組成。 （6）游戲噴泉：又稱感應泉，噴泉水柱根據游人的動作產生反應，而且這種應具有不確定性，是一種互動式噴泉，增強了娛樂氛圍。 （7）跳跳噴泉：又名光亮泉。是一種高科技水景藝術，水形似根根晶瑩透徹地冰柱，一串串飛向空中，輕舞飛揚。1.4采用PLC控制花式噴泉的優(yōu)點 （1）控制方式上看：PLC軟接線，只需改變控制程序就可輕易改變邏輯或增加功能。 （2）工作方式看：PLC串行工作，不受制約。 （3）控制速度上看：PLC通過半導體來控制，速度很快，無觸

14、點，顧而五抖動一說。 （4）定時、計數看：PLC時鐘脈沖由晶振產生，精度高，定時范圍寬，有記憶功能。 （5）可靠、維護看：PLC無觸點，壽命長，且有自我診斷功能，對程序執(zhí)行的監(jiān)控功能，現場調試和維護方便。1.5噴泉中的一些新技術漂浮式：整座水景噴泉的管道系統(tǒng)全部安裝在浮箱上，所以噴泉設備的運行不受季節(jié)性水位高低的影響。漂浮式噴泉制作、安裝工藝技術性強，但維護方便，易于保養(yǎng)。在大型自然湖泊或各種人工湖中廣泛應用。跑泉：多個噴頭，按時序控制，構成各種形態(tài)瞬時變化的水型?？梢孕纬膳軇?、跳動、波動等形狀，又可以成固定造型的噴水形態(tài)，氣勢雄偉，變化多端。水幕激光：采用特殊的入映機播放，使用的影片也是專門

15、為水幕電影特制的影帶。由于電影的屏幕是透明的水膜，因此在電影播放時會有一種特殊的光學效果，屏幕的視覺穿透性可使畫面具有一種立體感，影片的內容可與水面巧妙的結合，更有一種身臨其境般的奇幻感覺。 2 花式噴泉的工作2.1工作分析 在花式噴泉控制系統(tǒng)的設計過程中主要考慮以下幾點：（1）深入了解和分析花式噴泉的工藝條件和控制要求。（2）確定I/O設備。根據花式噴泉控制系統(tǒng)的功能要求，確定系統(tǒng)所需的輸入、輸出設備。常用的輸入設備有按鈕、選擇開關等，常用的輸出設備有指示燈等。（3）根據I/O點數選擇合適的PLC類型。（4）分配I/O點，分配PLC的輸入輸出點，編制出輸入輸出分配表或輸入輸出端子 的接線圖。

16、（5）設計花式噴泉系統(tǒng)的梯形圖程序，根據工作要求設計出周密完整的梯形圖（6）程序，這是整個花式噴泉系統(tǒng)設計的核心工作。（7）將程序輸入PLC進行軟件測試，查找錯誤，使系統(tǒng)程序更加完善。 2.2設計要求在許多休閑廣場、景區(qū)或游樂場里，經常看到噴水按一定的規(guī)律噴水或變化式樣，若在夜晚配上各種彩色的燈光顯示，更加迷人。如圖1所示為一花式噴水池，采用PLC控制是比較方便的，在花式噴水時序確定的前提下，可以通過改變時序或者改變控制開關，就可以改變控制方式，達到顯現各種復合狀態(tài)的要求。在圖1中，4為中間噴水管，3為內環(huán)狀噴水管，2為一次外環(huán)形狀噴水管，1為外環(huán)形狀噴水管。 (a) 花式噴水池演示示意圖 (

17、b) 操作控制開關面板圖 圖1 花式噴水池示意圖 某一噴水池的控制器需滿足下列要求：（1）控制器電源開關接通后，按下啟動按鈕，噴水裝置開始工作。按下停止按鈕，則停止噴水。工作方式由選擇開關和單步/連續(xù)開關來決定。（2）“單步/連續(xù)開關”在單步位置時，噴水池只運行一次循環(huán)；在連續(xù)位置時，噴水池運行一直繼續(xù)下去。（3）方式選擇開關用來選擇噴水池的噴水花樣，14號噴水管的工作方式選擇如下：選擇開關在位置“1”時。按下啟動按鈕后，4號噴水，延時2s后，3號也噴水，延時2s后，2號接著噴水，再延時2s，1號噴水，這樣，一起噴水15s后停下。若在連續(xù)狀態(tài)時，將繼續(xù)循環(huán)下去。選擇開關在位置“2”時。按下啟動

18、按鈕后，1號噴水，延時2s后，2號也噴水，延時2s后，3號接著噴水，再延時2s，4號噴水，這樣，一起噴水30s后再停下。若在連續(xù)狀態(tài)時，將繼續(xù)循環(huán)下去。選擇開關在位置“3”時。按下啟動按鈕后，1、3號同時噴水，延時3s后，2、4號噴水，1、3號停止噴水；交替運行5次后，14號全噴水，30s后停止。若在連續(xù)狀態(tài)時，將繼續(xù)循環(huán)下去。選擇開關在位置“4”時。按下啟動按鈕后，噴水池14號噴水管的工作順序為：1234號按順序延時2s噴水，然后一起噴水30s，1、2、3和4號分別延時2s停水，再延時1s，由4321號反向順序按2s順序噴水，一起噴水30s后停止。若在連續(xù)狀態(tài)時，將繼續(xù)循環(huán)下去。3花式噴水池

19、裝置PLC控制系統(tǒng)的硬件電路設計3.1主電路設計系統(tǒng)主電路圖如圖1所示。圖中M1-M4分別表示控制花樣1至花樣4的水泵，我們使用隔離變壓器給PLC控制器提供220V交流電，這樣做重在保護PLC控制器，在主電路的發(fā)生故障時不至于直接影響到PLC，避免不必要的損失。 接觸器KM1-KM4的常開主觸點來控制水泵M1-M4運行，當KM1-KM4得電使得常開主觸點閉合，進而啟動水泵M1-M4，噴水池工作。 當發(fā)生短路時，電流過大使得熔斷器FU1-FU4熔斷，斷開電路，所以熔斷器FU1-FU4和熱繼電器FR1-FR4分別實現對水泵的短路過載的保護，同時我們也對水泵M1-M4接地保護，提升安全系數。QS1為

20、主電路的隔離開關，在電路不需要工作或者需要進行維修時斷開觸點；整個電路斷電，防止觸電事故發(fā)生。 圖2 主電路圖3.2 PLC的選擇 根據本次設計的要求，所選PLC輸出要接到接觸器的線圈上，輸出應為直流，同時應用市電電源；繼電器輸出模塊具有價格低、使用電壓范圍廣，故采用繼電器輸出，同時硬件系統(tǒng)中有9個輸入，4個輸出，考慮到10%20%的I/0口余量以便以后的擴展用，所以選擇三菱PLC的FX2N-32MR系列，該系列在PLC在各行各業(yè)的領域中有著廣泛的應用。3.3 花式噴水池裝置PLC控制系統(tǒng)I/O分配表該系統(tǒng)需8個輸入和4個輸出，見表1 I/O分配表。表1 I/O分配表 輸入信號 輸出信號1啟動

21、按鈕X001SB1花樣1Y001M12選擇開關1X0010SA12花樣2Y002M23選擇開關2X0020SA23花樣3Y003M34選擇開關3X0030SA34花樣4Y004M45選擇開關4X0040SA46循環(huán)開關1X0011SA57循環(huán)開關2X0021SA68循環(huán)開關3X0031SA79循環(huán)開關4X0041SA8注：循環(huán)開關為帶自鎖的開關，選擇開關也為帶自鎖的開關，啟動開關為點動的 按鈕3.4 PLC接線圖 圖3 的常閉觸點斷開，斷開接觸器KM1-KM4線圈與PLC輸出端的連接，保護水泵以免被燒壞，同時在KM1-KM4線圈上并聯RC回路，避免其線圈在斷電時因為感應電動勢的作用而燒壞線圈。

22、左邊為輸入X包括啟動按鈕，循環(huán)開關，選擇花樣開關，右邊為輸出Y ，包括花樣1花樣2花樣3花樣4對應Y1 ，Y2，Y3，Y4。啟動開關X1 選擇開關X2-X4，以及循環(huán)選擇開關X5-X9圖4 控制系統(tǒng)組成框圖控制系統(tǒng)組成中按鈕開關接在PLC控制器的輸入端，安裝在操作屏上，由工作人員具體操作；電源由市電供應，供給PLC的電壓需要經過隔離變壓器來間接供給，起保護PLC的作用；PLC是FX2N-32MR系列繼電器輸出。PLC控制器的輸出端接電機控制接觸器的線圈，電源接到電機控制接觸器的常開觸點，運用接觸器來間接控制電路的通斷較為安全，便于控制。 3.5控制系統(tǒng)程序流程圖由設計要求可以知道花式噴水池中有

23、四種工作形式以及四種噴水花樣，所以可以通過PLC來控制四種不同的噴水花樣的水泵，并可以用步進的指令來實現對四種不同工作形式的控制與切換，以此為基本的思維進行設計。同時由設計要求可以畫出如圖4所示的流程圖。開始NYYYY單步?一起噴水30s延時時1s后,Y4Y1依次延時 2s通電,41號依次噴水Y4Y1依次延時2s斷電,41號依次停噴一起噴水30s單步?，通電,14號同噴水30s循環(huán)次數=5?延時3s后,Y2，Y4通電,Y1，Y3斷電,1,3號 停噴,2,4號噴水單步?一起噴水30s延時2s后,通電,4 號噴水延時2s后,通電,3號噴水延時2s后,通電,2號噴水單步?一起噴水15s延時2s后,通

24、電,1號噴水延時2s后,通電,2號噴水延時2s后,通電,3號噴水Y1,Y3通電,1,3號同時噴水Y1Y4依次延時,2s通電 ,14號依次噴水通電,1號噴水Y4通電,4號噴水啟動啟動啟動啟動開關3開關4開關2開關1選擇開關NY NN結束 圖5 流程圖N4 運用GX Developer對系統(tǒng)進行仿真為了編程結構的簡單明了在主程序中引用了中間繼電器，多個X0x0為操作按鈕開關信號， 同時我們用中間繼電器M進行自鎖和互鎖功能，便于實現更好的控制。 （1）花樣1仿真：X1接啟動按鈕，按鈕按下后M14接通并自鎖，為后面的選擇工作方式做鋪墊；X11接的是循環(huán)按鈕，當按鈕按下后M14自鎖當程序進入某一工作方式

25、后將連續(xù)工作.仿真如下：圖6 （2）花樣2仿真：初始化程序中按下與X1相接的按鈕，再按下選擇方式2的按鈕X20，輔助繼電器M21得電自鎖，噴泉進入方式2的工作模式，如果需要循環(huán)工作方式2則按下循環(huán)按鈕X21.仿真如下：圖7 （3）花樣3仿真：初始化程序中按下與X1相接的按鈕，再按下選擇方式3的按鈕X30，輔助繼電器M31得電自鎖，噴泉進入方式3的工作模式，如果需要循環(huán)工作方式2則按下循環(huán)按鈕X31.可看出計數器在計時。仿真如下：圖8 （4）花樣4仿真：初始化程序中按下與X1相接的按鈕，再按下選擇方式4的按鈕X40，輔助繼電器M41得電自鎖，噴泉進入方式4的工作模式，如果需要循環(huán)工作方式2則按下

26、循環(huán)按鈕X41.由圖可知花樣4的工作方式 仿真如下：圖94.1在PLC實物箱上進行調試圖10 圖11 圖12圖13 圖14總 結課程設計是培養(yǎng)學生綜合運用所學知識、發(fā)現、提出、分析和解決實際問題，鍛煉實踐能力的重要環(huán)節(jié)，是對學生實際工作能力的具體訓練和考察過程。隨著科學技術發(fā)展的日新月異，PLC已經成為當今計算機應用中的領域，生活中可以說是無處不在。因此對于二十一世紀的大學生來說掌握PLC技術是十分重要的。回顧此次PLC課程設計，我感慨頗多，的確，通過這次對數碼管工作的PLC控制，讓我們對PLC梯形圖、指令表、外部接線圖有了更好的了解，也讓我了解了關于PLC設計原理。有很多設計理念來源于實際，

27、從中找出做適合的設計方法。從理論到實踐，在一星期的日子里，可以說得是苦多于甜，但是可以學到很多很多的東西，同時不僅可以鞏固了以前所學的知識，而且學到了很多在書本上沒有的知識。通過這次課程設計使我懂得了理論與實踐相結合是很重要的，只有理論知識是遠遠不夠的，只有把理論與實踐結合起來，從理論中得出結論，才能真正為社會服務，從而提高自己的實際動手能力和獨立思考的能力。在設計的過程中遇到的問題，可以說得是困難重重，這畢竟是第一次做的，難免會遇到各種各樣的問題，同時在設計的過程中發(fā)現自己的不足之處，對以前所學的知識理解的不夠深刻，掌握的不夠牢固，比喻說不懂一些元器件的使用方法，對PLC編程掌握的不好通過這