PLC課程設計-自動噴泉的控制系統(tǒng)設計-

電氣限制技術

課程設計題目： 自動噴泉的限制系統(tǒng)設計院系名稱： 電氣工程學院專業(yè)班級： 學生姓名： 學號： 指導老師： 成果:指導老師簽名:日期：Y1-^-0 (■^0-0 O XO Y2Y3Y4XIYS丫6X2Y7YiOX3 Yi1Y12Yt3X4Y14YISXSYi6Yi7Y2OCOKI aOKI -^0 —^(S?) O 6d O LS0- -^0- SflO SB4_—^0 -^0 > O -^0 -^0 ^0^——圖3-3系統(tǒng)I/O接線圖3.5元器件選型⑴PLC選型在PLC系統(tǒng)設計時，首先應確定限制方案，下一步工作就是PLC工程設計選型。工藝流程的特點和應用要求是設計選型的主要依據。因此，工程設計選型和估算時,應具體分析工藝過程的特點、限制要求，限制任務和范圍確定所需的操作和動作，然后依據限制要求，估算輸入輸出點數、所需存儲器容量、確定PLC的功能、外部設備特性等，最終選擇有較高性能價格比的PLC和設計相應的限制系統(tǒng)輸入輸出（I/O）點數的估算：I/O點數估算時應考慮適當的余量，通常依據統(tǒng)計的輸入輸出點數，再增加10%?20%的可擴展余量后，作為輸入輸出點數估算數據存儲器容量的估算：存儲器容量是可編程序限制器本身能供應的硬件存儲單元大小，程序容量是存儲器中用戶應用項目運用的存儲單元的大小，因此程序容量小于存儲器容量。設計階段，由于用戶應用程序還未編制，因此，程序容量在設計階段是未知的，需在程序調試之后才知道。為了設計選型時能對程序容量有肯定估算，通常采納存儲器容量的估算來代替限制功能的選擇：該選擇包括運算功能、限制功能、通信功能、編程功能、診斷功能和處理速度等特性的選擇。依據本課題所設計限制的需求通過對輸入/輸出點的選擇、對存儲量的選擇,對I/O響應時間的選擇輸出負載的特點選型的分許。該限制系統(tǒng)選用三菱公司FX2N系列的PLC。它體積小，重量輕，運用壽命長，編程和維護便利，故障率低，通過擴展模塊的鏈接，可以增加輸入/輸出點數。我設計的花式噴泉模型共有6個輸入，16個輸出，因此，選用型號為FX2N-48MR的PLC(2)變頻器選型我設計的是通過變頻器調速技術來限制每環(huán)噴水管的高度。我選FR-S520(S)E系列變頻調速器(3)水泵的選型由于噴泉的水泵必需滿意大功率快速精確起停，而且其輸出功率必需能夠精確的進行限制。我選用品牌為DESHB(德士比)的QYPI00-4.5-2.2噴泉泵。具有以下優(yōu)點:結構緊湊：無需引水、運用簡便：雙端密封、電器愛護；設計合理、性能優(yōu)良：經久耐用、平安牢靠。并且水泵出口采納圓法蘭結構，電機為F級絕緣，適用于音樂噴泉等場合對電機頻繁啟動的要求，葉輪具有防松裝置，不怕反轉。其實物圖見其圖3-4所示圖3-4QYP噴泉泵的實物圖4軟件設計4.1主流程依據噴泉一、噴泉二、噴泉三、噴泉四的限制要求，畫出PLC限制系統(tǒng)限制自動噴泉的程序流程圖，首先通過啟動按鈕來限制PLC的開關，由選擇按鈕SB1、SB2、SB3、SB4來限制噴泉的四種花樣模式。流程圖如下圖4-1所示按下啟動按鈕開關SB1是否按下開關開關SB1是否按下開關SB2是否按下開關B3是否按下開關B4是否按下執(zhí)行模式一執(zhí)行模式一執(zhí)行模式一一執(zhí)行模式四執(zhí)行模式一執(zhí)行模式一執(zhí)行模式一一執(zhí)行模式四按下停止按鈕結束

圖4-1自動噴泉程序流程圖Pl4.2梯形圖xoooX001MOMOX002X001(MlMlMlM30(Y006K1O(T1T1(Y013K1O(T224M2nM30好T2

n<Y007K1O(T3T3n(Y012K50(T4T4n(M30MOX003XOO1P212—II1I一廠好M3TlM3M10447TI ——T5M10453TI(Y014K20(T6T6M10459-||"q(Y016K20(T7T7M10465Tl——(Y005K100(T871T8

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nX005X001122125128131137\I5nM5nM5nM5nM5nT14T卜T14T14T14T14(Y001(Y004(Y020(Y015K600(T14P4141[EXD1415系統(tǒng)調試PLC程序的調試可以分為模擬調試和現場調試兩個調試過程，在此之前首先對PLC外部接線作細致檢查，這一個環(huán)節(jié)很重要。外部接線肯定要精確無誤。也可以用事先編寫好的試驗程序對外部接線做掃描通電檢查來查找接線故障。不過，為了平安考慮，最好將主電路斷開。當確認接線無誤后再連接主電路，將模擬調試好的程序送入用戶存儲器進行調試，直到各部分的功能都正常，并能協(xié)調一樣地完成整體的限制功能為止,本次調試為模擬調試，調試結果如下圖所示噴泉模式一調試結果如圖5-1所示:圖5-1噴泉模式一調試結果圖按下啟動按鈕，再按下花樣選擇開關SB1,選擇模式一，6號噴頭先噴，1s后］號噴1s后7號噴，1s后10號噴，同時噴5s后，6、7、10、11都停，假如不按其他花樣選擇開關或停止按鈕,將接著重復上述過程.圖5-2噴泉模式二調試結果圖按下SB2選擇花樣噴泉2模式,3號噴頭先噴，2s后12號噴2s后14號噴頭噴,2s后5號噴,3、12、14、5同時噴10s,假如不按其他花樣選擇開關或停止按鈕，將接著重復上述過程.圖5-3噴泉模式三調試結果圖按下SB3選擇花樣噴泉3模式,2、8、15、9同時先噴10再1s后一次間隔1s停假如不按其他花樣選擇開關或停止按鈕，將接著重復上述過程.圖5-4噴泉模式四調試結果圖按下SB4選擇花樣噴泉4模式1、4、16、13同時噴1分鐘后同時停，假如不按其他花樣選擇開關或停止按鈕,將接著重復上述過程書目TOC\o"1-5"\h\z\o"CurrentDocument"1系統(tǒng)概述1\o"CurrentDocument"1.1設計的目的1\o"CurrentDocument"L2設計內容1\o"CurrentDocument"1.3實現的目標1\o"CurrentDocument"2方案論證2\o"CurrentDocument"1方案比較2\o"CurrentDocument"2方案選擇4\o"CurrentDocument"3硬件設計5\o"CurrentDocument"1系統(tǒng)的原理框圖5\o"CurrentDocument"2主電路5\o"CurrentDocument"I/O安排6\o"CurrentDocument"I/O接線圖7\o"CurrentDocument"5元器件選型8\o"CurrentDocument"4軟件設計10\o"CurrentDocument"1主流程10\o"CurrentDocument"4.2梯形圖11\o"CurrentDocument"5系統(tǒng)調試13\o"CurrentDocument"設計心得18\o"CurrentDocument"參考文獻18附錄1元件清單19附錄二語句表20設計心得兩周來所做PLC的設計，讓我進一步對PLC的應用及功能做了了解，對軟件梯形圖的應用也變的嫻熟。我駕馭了更多關于自動限制系統(tǒng)的學問，明白了自動噴泉限制系統(tǒng)的組成，FX2N-48MR的PLC的功能及特點。無論是在硬件還是軟件設計上，我都遇到了不少的問題，在克服困難的過程中，我學到了很多，特殊是在課堂上學不到的東西。使我重新系統(tǒng)的學習了網絡測控，可編程限制器等課程，熟識駕馭了PLC的運用。對一個系統(tǒng)的設計步驟有了清晰的了解，并駕馭了一個系統(tǒng)的設計過程。學會了如何發(fā)覺問題，解決問題。并在查閱資料的過程中對問題的相識和問題的解決提出了新的見解，分析問題出現的緣由，使得對問題理解也更加深刻。我覺得本次設計最大的優(yōu)點就是采納PLC設計自動噴泉限制系統(tǒng)，而沒有采納單片來設計，雖然是用單片機也能完成本次設計，但是采納PLC,不但價格低廉，而且系統(tǒng)整體造價會比工控機低，而且不會降低系統(tǒng)的穩(wěn)定性。但是我覺得本次設計還是有很多的不足，首先，我覺得在梯形圖設計上，沒有設計出較完整的方案，而且我的原件選型方面，做的還不嚴謹。不過能夠設計出本套裝置系統(tǒng)，是自動噴泉可以完成四種花型，解電器限制系統(tǒng)的一般設計思路，熟識和駕馭外圍電路系統(tǒng)和軟件設計的方法，并駕馭利PLC工作狀況進行監(jiān)控的方法。我覺得這就是本次設計的重要意義。參考文獻[1]陳貴銀.單片機原理及接口技術.北京：電子工業(yè)出版社，2023.1[2]王雅芳.驅動電路設計與應用.北京：機械工業(yè)版社，2023.7[3]俞國亮.PLC原理與應用（三菱FX系列）.北京：清華高校出版社，2023.6[4]謝克明、夏路易.可編程限制器原理與程序設計. 北京：電子工業(yè)出版社[5]張興國.可編程限制器技術及應用.北京：中國電力出版社，2023[6]陶權.PLC限制系統(tǒng)設計、安裝與調試.北京：北京理工高校出版社，2023.3[7]宋德玉.可編程序限制器原理及應用系統(tǒng)設計技術.北京:冶金工業(yè)出版2023附錄1元件清單名稱型號（參數）個數電機3KV,380V4PLCFX2N-48MR1水泵1電源24V2電源220V1彩燈16選擇按鈕4附錄二語句表附錄二語句表LDX000ORMOANIX001OUTMOANDX002ORMlANIX001OUTMlLDMlANIM30MPSOUTY006MRDOUTT1K10MRDANDT1OUTY013OUTT2K10MPPANDT2OUTM2LDM2ANIM30MPSOUTY007OUTT3K10MRDANDT3OUTY012OUTT4K50MPPANDT4OUTM30OUTCJPl以上是噴泉模式一的語句表，按下啟動按鈕xooo,再按下花樣選擇按鈕X002,就啟動了模式一。LDM0ANDX003ORM3ANIX001OUTM3LDM3ANIM104OUTY003OUTT5K20LDT5ANIM104OUTYOUK20K20LDT5ANIM104OUTYOUOUTT6K20LDT6ANIM104OUTY016OUTT7K20LDT6ANIM104OUTY005OUTT8K1OOLDT8OUTM104OUTCJP2以上是噴泉模式二語句表按下花樣選擇開關X003,就啟動模式二LDM0ANDX004ORM4ANIX001OUTM4LDM4ANIT9LDM4ANIT10OUTY010LDM4ANITHOUTY017LDM4ANIT12OUTYOUOUTT13K100LDT13ANIT12OUTT9K100LDT9OUTT10K10LDT10OUTTHK10LDTHOUTT12K10LDT12OUTCJP3以上是噴泉模式三語句表，按下花樣選擇開關X004,就啟動模式三LDMOANDX005ORM5ANIXOO1OUTM5LDM5ANIT14OUTYOO1LDM5ANIT14OUTY004LDM5ANIT14OUTY020LDM5ANIT14OUTY015OUTT14K600LDT14OUTCJP4END以上是模式四語句表，按下花樣選擇開關X005,就啟動模式四。1系統(tǒng)概述設計的目的通過對自動噴泉PLC限制系統(tǒng)的工作原理的分析、系統(tǒng)設計、編程、及上機調試工作的實踐，了解電器限制系統(tǒng)的一般設計思路，熟識和駕馭外圍電路系統(tǒng)和軟件設計的方法，并駕馭PLC工作狀況進行監(jiān)控的方法.設計內容有16個閥門（噴頭），有4個選擇按鈕，如下圖所示。實現四種以上的自動噴泉花KV2OKV6OKV10OKV14OSB2OKV3OKV7OKV11OKV15OSB3OKV4OKV8OKV12OKV16OSB4O主要內容包括:1.設計出硬件系統(tǒng)的結構圖、接線圖、時序圖等;2.系統(tǒng)有啟動/停止按鈕;3.實現四種以上的自動噴泉花樣限制；（自己定義）5.程序結構與限制功能自行創(chuàng)新設計;6.進行系統(tǒng)調試，實現自動噴泉的限制要求。7.電機1.設計出硬件系統(tǒng)的結構圖、接線圖、時序圖等;2.系統(tǒng)有啟動/停止按鈕;3.實現四種以上的自動噴泉花樣限制；（自己定義）5.程序結構與限制功能自行創(chuàng)新設計;6.進行系統(tǒng)調試，實現自動噴泉的限制要求。7.電機3KW,380VL3實現的目標依據設計要求有16個彩燈代表16個噴頭，有4個選擇按鈕，實現四種以上的自動噴泉花樣，4個選擇按鈕分別限制4種噴泉花樣，同時四種噴泉花樣應當相互獨立，依據要求設計出如下四種噴泉花樣，噴泉一、噴泉二、噴泉三、噴泉四,系統(tǒng)限制流程如下四個噴泉限制過程噴泉一：1按下啟動按鈕X0,再按下SB1按鈕選擇花樣噴泉1模式6號噴頭先噴，1s后11號噴1s后7號噴，1s后10號噴4同時噴5s后，6、7、10、11都停5重復循環(huán)②一④步驟噴泉二：按下SB2選擇花樣噴泉2模式3號噴頭先噴，2s后12號噴2s后14號噴頭噴，2s后5號噴3、12、14、5同時噴10s重復循環(huán)②一④步驟噴泉三：按下SB3選擇花樣噴泉3模式2、8、15、9同時先噴10s再Is后一次間隔Is停重復循環(huán)②一③步驟噴泉四：1按下SB4選擇花樣噴泉4模式1、4、16、13同時噴1分鐘后同時停重復循環(huán)②一③步驟方案論證2.1方案比較方案1:運用單片機限制花式噴泉單片機的特點是限制性能和牢靠性高，體積小、價格低、易于產品化。由于單片機具有良好的限制性能和敏捷的嵌入品質，近年來在智能儀表、機電一體化產品、實時工業(yè)限制家用電器等各個領域都獲得了極其廣泛的應用自動噴泉的原理是利用限制器限制水泵的噴水的方式，此方案采納AT80c51系列單片機作為主限制器來限制噴泉的噴水方式。單片機的成本較低，適合用于限制小型的花式噴泉。單片機通過限制步進電機來限制電磁閥,實現對噴頭流量的制,從而使噴泉水姿、燈光色調產生改變。但采納單片機限制原理，是以可控硅作為功率開關元件，由于可控硅承受過電壓、過電流的實力較差，因而不能長時間運行，單片機形式的噴泉如圖2-1所示.圖2-1單片機自動噴泉原理框圖方案二采納限制繼電器來限制繼電器是指當輸入量或激勵量，滿意某些規(guī)定的條件是能在一個或多個電器輸出電路中產生躍變的一種器件。今日繼電器已應用到家庭及工業(yè)限制的各個領域，他們比以往的產品具有更高的牢靠性。但是，這也是隨之帶來的一些問題。如絕大多數限制繼電器都是長期磨損和疲憊工作條件下進行的，簡潔損壞。而且繼電器的觸點簡潔產生電弧，甚至會熔在一起產生誤操作，引起嚴峻的后果。在全負荷運載的狀況下，大的繼電器將產生大量的熱及噪聲，同時也消耗了大量的電能。并且繼電器限制系統(tǒng)必需是手工接線、安裝，假如有簡潔的改動，也須要花費大量時間及人力和物力去改制、安裝和調試。用繼電器限制的花式噴泉現在明顯不能滿意高要求，一旦有一個繼電器損壞，那將難以解除其故障方案三:PLC噴泉限制自二十世紀六十年頭美國推出可編程邏輯限制器(ProgrammableLogicController,PLC)取代傳統(tǒng)繼電器限制裝置以來，PLC得

到了快速發(fā)展，在世界各國得到了廣泛應用。PLC是由仿照原繼電器限制原理發(fā)展起來的，二十世紀七十年頭的PLC只有開關量邏輯限制，首先應用的是汽車制造行業(yè)。它以存儲執(zhí)行邏輯運算、依次限制、定時、計數和運算等操作的指令；并通過數字輸入和輸出操作，來限制各類機械或生產過程。用戶編制的限制程序表達了生產過程的工藝要求，并事先存入PLC的用戶程序存儲器中。運行時按存儲程序的內容逐條執(zhí)行，以完成工藝流程要求的操作。一個PLC的限制器，可以接收幾千個I/O點。對于噴泉限制系統(tǒng)這樣，被控對象是設備連鎖、回路很少，采納PLC較為合適。PLC由于采納通用監(jiān)控軟件，在組態(tài)軟件設計方面要簡潔一些。且PLC通常都支持現場總線，會使得系統(tǒng)通信得到有利保障，更適合實現上位機的遠程監(jiān)控目前適用于噴泉限制的中小型PLC種類繁多，價格低廉。使設計者會有更多的選擇余地。系統(tǒng)整體造價會比工控機低，而且不會降低系統(tǒng)的穩(wěn)定性.PLC形式的自動噴泉如圖2-2所示啟動 選擇 停止一、7FX2N-48MR噴泉模式一噴泉