花式噴水池的PLC控制系統(tǒng)設(shè)計PLC課程設(shè)計

1、 2011 級課程設(shè)計說明書花式噴水池的PLC 控制系統(tǒng)設(shè)計院 、 部：電氣與信息工程 學(xué)生姓名：指導(dǎo)教師：職稱 助教 專 業(yè)：自動化 班 級：自本1103 時 間：摘 要花式噴水池是近年來出現(xiàn)的一種園林建筑與花式觀賞相結(jié)合的一種產(chǎn)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(jīng)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(xiàn)。該設(shè)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)

2、的總體功能進行了分析，詳細介紹了系統(tǒng)的硬件配置、設(shè)計方案及軟件設(shè)計順序功能圖。該設(shè)計改善了噴泉系統(tǒng)的控制品質(zhì)，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(guān)，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(yīng)用。關(guān)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

3、 of human life , 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 profou

4、nd usability 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 discu

5、sses the fancy 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 controller

6、s , use ladder 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

7、 diversified , 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.

8、11.3花式噴泉的概述. 21.4采用PLC 控制花式噴泉的優(yōu)點. 21.5噴泉中的一些新技術(shù). 32 花式噴泉的工作. 42.1工作分析. 42.2設(shè)計要求. 43花式噴水池裝置PLC 控制系統(tǒng)的硬件電路設(shè)計 . 63.1主電路設(shè)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(diào)試. 13總 結(jié). 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(nèi)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

9、專業(yè)的一個技術(shù)細節(jié)，從設(shè)計到產(chǎn)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、小噴泉，產(chǎn)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(jīng)濟的恢復(fù)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(shè)、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(shè)計院、研究所及大專院校，綜合了土建結(jié)構(gòu)、給排水、機電控制等傳統(tǒng)的專業(yè)技術(shù)，加上當時先進的單片機，通過電磁閥和直流電機調(diào)速實行變量控制，設(shè)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(shè)備專業(yè)加工廠和公司開始組建、發(fā)展，為噴泉的專業(yè)

10、化發(fā)展提供了力量，打下了基礎(chǔ)。二十世紀九十年代以后，社會主義市場經(jīng)濟快速發(fā)展，全國城市建設(shè)速度加快，人們也追求高質(zhì)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(chǎn)廠商和專業(yè)公司，在這段時間內(nèi)應(yīng)運而生，迅速發(fā)展起來。專業(yè)技術(shù)人員把計算機技術(shù)、信息技術(shù)，以及聲、光、電、霧、火、激光、音樂、水幕電影等學(xué)科的技術(shù)應(yīng)用到噴泉之中，把噴泉行業(yè)的技術(shù)水平推上了一個新的層面，開拓了廣闊的應(yīng)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(jié)構(gòu)協(xié)會、給水排水設(shè)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

11、主管部門、設(shè)計院、所及專業(yè)生產(chǎn)廠商、公司提供服務(wù)，促進噴泉行業(yè)健康有序地發(fā)展。一些大學(xué)和中專的建筑、園林專業(yè)也開設(shè)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(jù)現(xiàn)場地形結(jié)構(gòu)，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(shè)備人工造景。這類水景近年來在建筑領(lǐng)域廣泛應(yīng)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

12、經(jīng)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(xiàn)代城市中的噴泉形式已十分豐富。隨著構(gòu)筑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(yù)先設(shè)定的排列組合進行控制程序的設(shè)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(chǔ)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。（

13、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(chǎn)品組成。（6）游戲噴泉：又稱感應(yīng)泉，噴泉水柱根據(jù)游人的動作產(chǎn)生反應(yīng)，而且這種應(yīng)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(shù)，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

14、）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(dǎo)體來控制，速度很快，無觸點，顧而五抖動一說。（4）定時、計數(shù)看：PLC 時鐘脈沖由晶振產(chǎn)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(xiàn)場調(diào)試和維護方便。1.5噴泉中的一些新技術(shù)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(shè)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(shù)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(yīng)用。跑泉：多個噴頭，按時序控制，構(gòu)成各種形態(tài)瞬時變化的水型?？梢孕纬膳軇?、跳動、波動等形

15、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(xué)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(nèi)容可與水面巧妙的結(jié)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(shè)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(shè)備。根據(jù)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(shè)備。常用的輸入設(shè)備有按鈕、選擇開關(guān)等，常用的輸出設(shè)備有指示燈等。（3）根據(jù)I/O點數(shù)選擇合適的PL

16、C 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。（5）設(shè)計花式噴泉系統(tǒng)的梯形圖程序，根據(jù)工作要求設(shè)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(shè)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(shè)計要求在許多休閑廣場、景區(qū)或游樂場里，經(jīng)?？吹絿娝匆欢ǖ囊?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(guān)，就可以改變控制方式，達到顯現(xiàn)各種復(fù)合狀態(tài)的要求。在圖1中，4為中間

17、噴水管，3為內(nèi)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。 第一花樣第二花樣第四花樣第三花樣(a 花式噴水池演示示意圖(b 操作控制開關(guān)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(guān)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(guān)和單步/連續(xù)開關(guān)來決定。（2）“單步/連續(xù)開關(guān)”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(guān)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(guān)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

18、，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(guān)在位置“2”時。按下啟動按鈕后，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(guān)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(guān)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

19、，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花式噴水池裝置PLC 控制系統(tǒng)的硬件電路設(shè)計3.1主電路設(shè)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F

20、U1-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(xiàn)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(shù)。QS1為主電路的隔離開關(guān)，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L1L2L33.2 PLC的選擇根據(jù)本次設(shè)計的要求，所選PLC 輸出要接到接觸器的線圈上，輸出應(yīng)為直流，同時應(yīng)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P

21、LC 在各行各業(yè)的領(lǐng)域中有著廣泛的應(yīng)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 注：循環(huán)開關(guān)為帶自鎖的開關(guān)，選擇開關(guān)也為帶自鎖的開關(guān)，啟動開關(guān)為點動的 按鈕3.4 PLC接線圖 SB0SA1-3SA1-4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(lián)RC 回路，避免其線圈在斷電時因為感應(yīng)電動勢的作用而燒壞線圈。左邊為輸入X 包括啟動按鈕，循環(huán)開關(guān)，選擇花樣開關(guān)，右邊為輸出Y ，包括花樣1花樣2花樣3花樣4對應(yīng)Y1 ，Y2，Y3，Y4。啟動開

22、關(guān)X1 選擇開關(guān)X2-X4，以及循環(huán)選擇開關(guān)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(guān)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(yīng)，供給PLC 的電壓需要經(jīng)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(shè)計要求可以知道花式噴水池中有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(xiàn)對四種不同工

23、作形式的控制與切換，以此為基本的思維進行設(shè)計。同時由設(shè)計要求可以畫出如圖4所示的流程圖。 圖5 流程圖N4 運用GX Developer對系統(tǒng)進行仿真為了編程結(jié)構(gòu)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(guān)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(xiàn)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

24、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(shù)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(diào)試 圖10 圖11 圖12 圖13 圖14總 結(jié)課

25、程設(shè)計是培養(yǎng)學(xué)生綜合運用所學(xué)知識、發(fā)現(xiàn)、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(xué)生實際工作能力的具體訓(xùn)練和考察過程。隨著科學(xué)技術(shù)發(fā)展的日新月異，PLC 已經(jīng)成為當今計算機應(yīng)用中的領(lǐng)域，生活中可以說是無處不在。因此對于二十一世紀的大學(xué)生來說掌握PLC 技術(shù)是十分重要的?；仡櫞舜蜳LC 課程設(shè)計，我感慨頗多，的確，通過這次對數(shù)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(guān)于PLC 設(shè)計原理。有很多設(shè)計理念來源于實際，從中找出做適合的設(shè)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(xué)到很多很多的東西，同時不僅可以鞏固了以前所學(xué)的知識，而且學(xué)到了很多在書本上沒有的知識。通過這次課程設(shè)計使我懂得了理論與實踐相結(jié)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(jié)合起來，從理論中得出結(jié)論，才能真正為社會服務(wù)，從而提高自己的實際動手能力和獨立思考的能力。在設(shè)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(shè)計的過程中發(fā)現(xiàn)自己的不足之處，對以前所學(xué)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次課程設(shè)計之后，一定要把以前的知識重新溫習(xí)。在本次設(shè)計中，我們還需要大量的以前沒有學(xué)到