PLC噴泉課程設(shè)計

1、 電氣控制與PLC課程設(shè)計題目：花樣噴泉控制系統(tǒng)控制姓 名：廖聰學(xué) 號：層 次：15級專 業(yè)：機械電子工程班 級：2班指導(dǎo)教師：唐聯(lián)耀2017年12月目 錄 1 系統(tǒng)概述21.1 課程設(shè)計目的21.2 課程設(shè)計設(shè)計內(nèi)容21.3 要實現(xiàn)的目標(biāo)32 方案論證32.1 花樣噴泉控制系統(tǒng)的概述32.2 花樣噴泉控制系統(tǒng)的控制分析52.3 花樣噴泉控制系統(tǒng)的設(shè)置示意圖63 硬件設(shè)計73.1 I/O分配73.2 I/O接線圖83.3 元器件選型93.4 元器件清單134 軟件設(shè)計144.1 流程圖144.2 梯形圖145 系統(tǒng)調(diào)試21設(shè)計心得22參考文獻(xiàn)231系統(tǒng)概述 11 設(shè)計目的本課程設(shè)計的目的是讓學(xué)

2、生根據(jù)控制要求，明確設(shè)計任務(wù)，擬定設(shè)計方案與進(jìn)度計劃，運用所學(xué)理論知識，進(jìn)行自動噴泉的控制原理設(shè)計，硬件系統(tǒng)設(shè)計、軟件系統(tǒng)設(shè)計、創(chuàng)新設(shè)計，提高理論知識工程應(yīng)用能力、系統(tǒng)調(diào)試能力、分析問題與解決問題的能力。1.2 課程設(shè)計設(shè)計內(nèi)容花樣噴泉平面圖如圖1.1所示。噴泉由9種不同的水柱組成。其中組表示大水柱所在位置，其水量較大，噴泉高度較高；組表示中水柱所在的位置，表示中水柱所在位置，其水量比大水柱的水量小，其噴射高度比大水柱低；組表示小水柱所在的位置，其水柱較細(xì)，其噴射高度比中水柱略低；組表示禮花狀噴泉所在的位置，水柱較細(xì)，其噴射高度比大水柱略低；組表示樹冰狀噴泉所在的位置，其水柱較細(xì)，其噴射高度比

3、中水柱略低；組表示拋物線狀噴泉所在的位置，其水柱較細(xì)，其噴射高度比中水柱略低；組表示球狀噴泉所在的位置，其噴射高度比大水柱略低；組表示傘狀噴泉所在的位置，組表示球狀噴泉所在的位置。圖1 .1 花樣噴泉平面圖1.3 要實現(xiàn)的目標(biāo)整個過程分為8段,按啟動按鈕后，啟動大水柱噴泉；5秒后，啟動大水柱噴泉、中水柱噴泉；3秒后，關(guān)閉大水柱噴泉、啟動中水柱噴泉、啟動禮花狀噴泉、球狀噴泉；5秒后，關(guān)閉中水柱噴泉、禮花狀噴泉、球狀噴泉，啟動小水柱噴泉、傘狀噴泉、階梯狀噴泉；1秒后，關(guān)閉小水柱噴泉、傘狀噴泉、階梯狀噴泉，啟動樹冰噴泉、拋物線噴泉；2秒后，關(guān)閉樹冰噴泉、拋物線噴泉，啟動小水柱噴泉、禮花噴泉；2秒后，

4、關(guān)閉小水柱噴泉、禮花噴泉，啟動樹冰噴泉；5秒后，關(guān)閉樹冰噴泉，啟動大水柱噴泉、拋物線噴泉、傘狀噴泉；6秒后，關(guān)閉大水柱噴泉、拋物線噴泉、傘狀噴泉，啟動球狀噴泉、傘狀噴泉、階梯狀噴泉；5秒后，回到第一步循環(huán)。按下停止按鈕后，全部停止。2 方案論證2.1 花樣噴泉控制系統(tǒng)的概述可編程控制器是是一種數(shù)字運算操作的電子系統(tǒng)專業(yè)在工業(yè)環(huán)境下應(yīng)用而設(shè)計它利用可編程序的存儲器用來在其內(nèi)部存儲執(zhí)行邏輯運算等操作的指令并通過數(shù)字式模擬式的輸入和輸出來控制各類型的機械或生產(chǎn)的過程1。其結(jié)構(gòu)如圖2.1。圖2.1 PLC結(jié)構(gòu)圖1、PLC的基本工作方式：PLC采用“串行掃描，不斷循環(huán)”的工作方式。（1）、每次掃描過程。

5、集中對輸入信號進(jìn)行采樣。集中對輸出信號進(jìn)行刷新。（2）、輸入刷新過程。當(dāng)輸入端口關(guān)閉時，程序在進(jìn)行執(zhí)行階段時，輸入端有新狀態(tài)新狀態(tài)，不能被讀入。只有程序進(jìn)行下一次掃描時新狀態(tài)才被讀入。（3）、一個掃描周期分為輸入采樣，程序執(zhí)行，輸出刷新。（4）、元件印象寄存器的內(nèi)容是隨著程序的執(zhí)行變化而變化的。（5）、掃描周期的長短由三條決定，CPU執(zhí)行指令的速度；指令本身占有的時間；指令條數(shù)。（6）、由于采用集中采樣，集中輸出的方式，存在輸入輸出滯后的現(xiàn)象，即輸入輸出響應(yīng)延遲。2、PLC工作過程：PLC通電后需要對硬件和軟件作一些初始化的工作為了使PLC的輸出及時地響應(yīng)各種輸入信號初始化后反復(fù)不停的分階段處

6、理各種不同的任務(wù)見圖2.2這種周而復(fù)始的循環(huán)工作模式稱為掃描工作模式。圖2.2 掃描工作模式3、PLC的功能：（1）、邏輯控制。（2）、定時控制。（3）、計數(shù)控制。（4）、步進(jìn)順序控制。（5）、PID控制。（6）、數(shù)據(jù)控制PLC具有數(shù)據(jù)處理能力。（7）、通信和聯(lián)網(wǎng)。（8）、其它PLC還有許多特殊功能模塊適用于各種特殊控制的要求如定位控制模塊CRT模塊。2.2 花樣噴泉控制系統(tǒng)的控制分析1、PLC可編程器的特點（1）PLC軟接線，只需改變控制程序就可以輕易改變邏輯或增加功能。（2）、PLC串行工作，不受制約。（3）PLC通過半導(dǎo)體來控制，速度很快，無觸點，故而無抖動一說。（4）PLC時鐘脈沖有晶

7、振產(chǎn)生，精度高，定時范圍寬，有計數(shù)功能。（5）PLC無觸點，壽命長，具有自我診斷功能，對程序執(zhí)行的監(jiān)護(hù)功能，現(xiàn)場調(diào)試和維護(hù)方便。2、PLC的應(yīng)用領(lǐng)域目前，PLC在國內(nèi)已廣泛應(yīng)用于鋼鐵、石油、化工、電力、建材、機械制造、汽車、輕紡、交通運輸、環(huán)保及文化娛樂等各個行業(yè)。3、PLC的選擇對于小系統(tǒng)，如80點以內(nèi)的系統(tǒng)，一般不需要擴(kuò)展，如果噴頭的輸入輸出數(shù)量超過CPU的輸入輸出數(shù)量將要對其進(jìn)行擴(kuò)展，按接通的點數(shù)不能超過該模塊點數(shù)的60%的原則，則不需要擴(kuò)展1。從上面的分析可以知道，系統(tǒng)共有開關(guān)量輸入2點，開關(guān)量輸出48點，參照三菱FX2nPLC產(chǎn)品目錄及市場實際價格，選用主機為FX2n48MR的PLC

8、系統(tǒng)核心控制。4、IO設(shè)備與PLC連接時應(yīng)該注意的問題在PLC控制系統(tǒng)中PLC是主要控制設(shè)備，它與控制對象中各輸入信號，如按鈕、繼電器觸點和輸出設(shè)備繼電器、接觸器、電磁閥的連接問題4。現(xiàn)場的輸入信號如開關(guān)按鈕、撥動開關(guān)、限位開關(guān)和其他一些檢測原件輸出的開關(guān)量和模擬量，通過連接電路進(jìn)入PLC。對于開關(guān)觸點，當(dāng)強電電路觸點時，有些要求48V、50mA左右或110V、15到20mA左右才能可靠接通，而輸出模塊的輸入電源電壓一般不高，額定電流也是毫安級，要求注意模擬量輸入信號的數(shù)值范圍應(yīng)與PLC的模擬量輸入口數(shù)值相匹配2。2.3 花樣噴泉控制系統(tǒng)的設(shè)置示意圖花樣噴泉控制系統(tǒng)有2個開關(guān)輸入按鈕，分別為X

9、0啟動，X1停止，20個輸出，Y0Y23依次控制線圈KM0KM23，花樣噴泉控制系統(tǒng)如圖2.3。圖2.3 花樣噴泉控制系統(tǒng)的設(shè)置示意圖3 硬件設(shè)計3.1 I/O分配表3.1 I/O分配表輸入設(shè)備輸入繼電器輸出設(shè)備輸出繼電器代號功能代號功能SB1啟動按鈕X0KM0大水柱接觸器Y0SB2停止按鈕X1KM1Y1KM2Y2KM3中水柱接觸器Y3KM4Y4KM5小水柱接觸器Y5KM6Y6KM7禮花接觸器Y7KM10Y10KM11樹冰接觸器Y11KM12Y12KM13拋物線接觸器Y13KM14Y14KM15球狀接觸器Y15KM16Y16KM17傘狀接觸器Y17KM20Y20KM21Y21KM22階梯狀接觸

10、器Y22KM23Y233.2 I/O接線圖圖3.1 I/O接線圖3.3 元器件選型1、CPU型號的選型：FX2n不同的CPU模塊的性能有較大的差別，在選擇CPU模塊時，應(yīng)考慮開關(guān)量、模擬量模塊的擴(kuò)展能力。程序存儲器與數(shù)據(jù)存儲器的容量，通信接口的個數(shù)，本機IO點的點數(shù)等。當(dāng)然還要考慮性能，性價格比在滿足要求的前提下，盡量降低硬件成本3。在綜合考慮下，有如下選擇：CPU運算處理速度0.550.7S/基本指令控制規(guī)模：16256點內(nèi)置式24V直流電源24V、400mA直流電源可用于外圍設(shè)備額定電壓：220V2、 變頻器的選型：我設(shè)計的是通過變頻器調(diào)速技術(shù)來控制每環(huán)噴水的高度。我選用的是FR-S520

11、(S)E系列變頻調(diào)速器4。變頻調(diào)速器的基本原理圖如圖3.2圖3.2 變頻調(diào)速器的基本原理圖3、水泵的選型：由于噴泉的水泵必須滿足大功率快速精確起停，而且其輸出功率必須能夠精確的進(jìn)行控制。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(jié)果緊湊；無需引水、使用簡便；雙端密封、電器保護(hù)；設(shè)計合理、性能優(yōu)良；經(jīng)久耐用、安全可靠。并且水泵出口采用圓法蘭結(jié)構(gòu)，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(zhuǎn)。3、 噴頭的選擇：噴泉噴頭也稱噴泉噴嘴全部采用銅或不銹鋼制作，這樣具有黃金的色彩或銀光閃閃，噴頭顯得豪華氣派。其工藝精巧美觀，

12、結(jié)構(gòu)合理，性能高效節(jié)能。其中常用的有：可調(diào)可調(diào)直流噴頭、半球形噴頭、禮花噴頭、加氣噴頭、直上噴頭等產(chǎn)品系列。（1） 組噴頭的選擇A組位于中間位置，需要噴射雄壯并且噴射高度高的水柱，所以組噴頭選擇直上噴頭。直上噴頭是在同一個配水室上多角度直射噴嘴，這些噴嘴規(guī)格相同時，噴出的水姿粗壯有力、層次分明、主題突出、是大型噴泉中心必備的主要噴頭。該噴頭也叫中心噴頭?？烧{(diào)節(jié)射流的方向。噴嘴材料：鑄銅、不銹鋼，如圖3.3圖3.3 直上噴頭圖（2） 組噴頭的選擇可調(diào)直流噴頭在各種場合的噴泉池中廣泛應(yīng)用，并是音樂噴泉的必備噴頭，這種噴頭裝有球形接頭，可以沿著垂直方向15度進(jìn)行調(diào)節(jié)?？烧{(diào)直流噴頭可以組合各種不同形狀

13、的噴射效果，射流的高低和角度變化，可根據(jù)水池形狀大小決定。噴嘴材料：鑄銅、不銹鋼，如圖3.4圖3.4 可調(diào)直流噴頭圖（3） 組噴頭的選擇噴出的水柱程花朵狀，所以我選用禮花噴頭。禮花噴頭在各種場合應(yīng)用廣泛，是噴泉系統(tǒng)必備的噴頭，噴出水柱為禮花形狀，非常鮮艷，有趣。噴嘴材料：鑄銅、不銹鋼，如圖3.5圖3.5 禮花噴頭圖（4） 組噴頭的選擇噴出的水柱略粗壯，挺拔。所以我選用樹冰形噴頭。樹冰形噴頭噴水時外觀效果龐大豐滿，粗壯挺拔，抗風(fēng)力較強。噴頭安裝在導(dǎo)流筒上端與水面齊平，噴水時能將池水帶出，形成粗大壯觀的水柱。噴嘴材料：鑄銅、不銹鋼，如圖3.6圖3.6 樹冰形噴頭圖（5） 噴頭的選擇噴高度應(yīng)該最低，

14、水量應(yīng)該最大，所以我選用涌泉噴頭。涌泉噴頭也是加氣噴頭的一種，又稱鼓泡噴頭、珍珠噴頭。噴水時能將氣體吸入，使水姿形成充滿空氣的白色水丘，水墨清澤，古樸靈動。加氣噴頭用射流泵的原理，噴水時將空氣產(chǎn)生豐滿的射流，噴出的水柱程白色不透明，反光效果好，噴嘴材料：鑄銅、不銹鋼，如圖3.7圖3.7 涌泉噴頭圖3.4 元器件清單表1 元器件清單元件名稱數(shù)量FX2n-128MR1臺潛水泵1臺開關(guān)2個電源插頭1個導(dǎo)水管若干噴頭若干4 軟件設(shè)計4.1 流程圖圖4.1 流程圖4.2 梯形圖圖4.2 梯形圖5、指令表LD X0OR M0ANI X1LD M0ANI T9OUT T0K 50OUT T1K 80OUT

15、T2K 130OUT T3K 140OUT T4K 160OUT T5K 180OUT T6K 230OUT T7K 290OUT T8K 330OUT T9K 380LD M0OR T9ANI T0OUT Y0LD T0ANI T1LD T0ANI T1OUT Y3OUT Y1LD T1ANI T2OUT Y4OUT Y7OUT Y15LD T2ANI T3OUT Y5OUT Y17OUT Y22LD T3ANI T4OUT Y11OUT Y13LD T4ANI T5OUT Y6OUT Y10LD T5ANI T6OUT 12LD T6ANI T7OUT Y2OUT Y14OUT Y21LD

16、 T7ANI T8OUT Y16OUT 20OUT Y23END5 系統(tǒng)調(diào)試本設(shè)計采用GX works2軟件進(jìn)行系統(tǒng)仿真調(diào)試，通過執(zhí)行用戶程序來檢查系統(tǒng)的功能。（1）啟動按鈕按下后，M0得電，所有定時器開始計時，各個泵按照程序執(zhí)行，仿真見圖5.1圖5.1 啟動仿真圖（2）停止按鈕按下后，M0失電，所有定時器全部復(fù)位，全部泵斷電，仿真見圖5.2 圖5.2 停止仿真圖設(shè)計心得此次課程設(shè)計是我們從大學(xué)走向未來重要的一步，從最初的無知迷茫到完成設(shè)計，其間查找資料，老師指導(dǎo)與同學(xué)交流，反復(fù)修改每一個過程，都是對自己能力的一次檢驗和充實。通過這次實踐，我了解了PLC的用途及工作原理，熟悉了PLC的應(yīng)用，鍛

17、煉了實踐能力，培養(yǎng)了自己獨立設(shè)計能力。此次課程設(shè)計是對我專業(yè)知識的一次實際檢驗和鞏固，同時也是走向工作崗位前的一次熱身，課程設(shè)計設(shè)計收獲很多，比如學(xué)會了查找相關(guān)資料、相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)分析數(shù)據(jù)，提高了自己的能力，懂得了許多經(jīng)驗是前人不懈努力的結(jié)果。同時仍有很多課題需要后輩去努力，去完善，但是課程設(shè)計也暴露出自己專業(yè)基礎(chǔ)的很多不足之處，比如缺乏綜合應(yīng)用專業(yè)知識的能力，對軟件的應(yīng)用不熟悉等等，這次實踐是對自己PLC及機電傳動控制課程中所學(xué)的一次大檢閱，使我明白自己知識還很淺薄，雖然這次設(shè)計很快就結(jié)束了，但是自己的求學(xué)之路還很長，以后更應(yīng)該在學(xué)習(xí)和工作中學(xué)習(xí)努力，使自己成為一個對社會有所貢獻(xiàn)的人，感謝老師在課堂及設(shè)計過程中的悉心指導(dǎo)，使我們學(xué)到了許多的知識，祝老師在以后的生活中工作順利、事事如意。 參考