PLC喷泉课程设计.doc

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1、 电气控制与PLC课程设计题目：花样喷泉控制系统控制姓 名：廖聪学 号：2015143227层 次：15级专 业：机械电子工程班 级：2班指导教师：唐联耀2017年12月目 录 1 系统概述21.1 课程设计目的21.2 课程设计设计内容21.3 要实现的目标32 方案论证32.1 花样喷泉控制系统的概述32.2 花样喷泉控制系统的控制分析52.3 花样喷泉控制系统的设置示意图63 硬件设计73.1 I/O分配73.2 I/O接线图83.3 元器件选型93.4 元器件清单134 软件设计144.1 流程图144.2 梯形图145 系统调试21设计心得22参考文献2323 月 师 分终计日 签指

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9、设计方案与进度计划，运用所学理论知识，进行自动喷泉的控制原理设计，硬件系统设计、软件系统设计、创新设计，提高理论知识工程应用能力、系统调试能力、分析问题与解决问题的能力。1.2 课程设计设计内容花样喷泉平面图如图1.1所示。喷泉由9种不同的水柱组成。其中组表示大水柱所在位置，其水量较大，喷泉高度较高；组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，其喷射高度比大水柱低；组表示小水柱所在的位置，其水柱较细，其喷射高度比中水柱略低；组表示礼花状喷泉所在的位置，水柱较细，其喷射高度比大水柱略低；组表示树冰状喷泉所在的位置，其水柱较细，其喷射高度比中水柱略低；组表示抛物线状喷泉所在

10、的位置，其水柱较细，其喷射高度比中水柱略低；组表示球状喷泉所在的位置，其喷射高度比大水柱略低；组表示伞状喷泉所在的位置，组表示球状喷泉所在的位置。图1 .1 花样喷泉平面图1.3 要实现的目标整个过程分为8段,按启动按钮后，启动大水柱喷泉；5秒后，启动大水柱喷泉、中水柱喷泉；3秒后，关闭大水柱喷泉、启动中水柱喷泉、启动礼花状喷泉、球状喷泉；5秒后，关闭中水柱喷泉、礼花状喷泉、球状喷泉，启动小水柱喷泉、伞状喷泉、阶梯状喷泉；1秒后，关闭小水柱喷泉、伞状喷泉、阶梯状喷泉，启动树冰喷泉、抛物线喷泉；2秒后，关闭树冰喷泉、抛物线喷泉，启动小水柱喷泉、礼花喷泉；2秒后，关闭小水柱喷泉、礼花喷泉，启动树冰

11、喷泉；5秒后，关闭树冰喷泉，启动大水柱喷泉、抛物线喷泉、伞状喷泉；6秒后，关闭大水柱喷泉、抛物线喷泉、伞状喷泉，启动球状喷泉、伞状喷泉、阶梯状喷泉；5秒后，回到第一步循环。按下停止按钮后，全部停止。2 方案论证2.1 花样喷泉控制系统的概述可编程控制器是是一种数字运算操作的电子系统专业在工业环境下应用而设计它利用可编程序的存储器用来在其内部存储执行逻辑运算等操作的指令并通过数字式模拟式的输入和输出来控制各类型的机械或生产的过程1。其结构如图2.1。图2.1 PLC结构图1、PLC的基本工作方式：PLC采用“串行扫描，不断循环”的工作方式。（1）、每次扫描过程。集中对输入信号进行采样。集中对输出

12、信号进行刷新。（2）、输入刷新过程。当输入端口关闭时，程序在进行执行阶段时，输入端有新状态新状态，不能被读入。只有程序进行下一次扫描时新状态才被读入。（3）、一个扫描周期分为输入采样，程序执行，输出刷新。（4）、元件印象寄存器的内容是随着程序的执行变化而变化的。（5）、扫描周期的长短由三条决定，CPU执行指令的速度；指令本身占有的时间；指令条数。（6）、由于采用集中采样，集中输出的方式，存在输入输出滞后的现象，即输入输出响应延迟。2、PLC工作过程：PLC通电后需要对硬件和软件作一些初始化的工作为了使PLC的输出及时地响应各种输入信号初始化后反复不停的分阶段处理各种不同的任务见图2.2这种周而

13、复始的循环工作模式称为扫描工作模式。图2.2 扫描工作模式3、PLC的功能：（1）、逻辑控制。（2）、定时控制。（3）、计数控制。（4）、步进顺序控制。（5）、PID控制。（6）、数据控制PLC具有数据处理能力。（7）、通信和联网。（8）、其它PLC还有许多特殊功能模块适用于各种特殊控制的要求如定位控制模块CRT模块。2.2 花样喷泉控制系统的控制分析1、PLC可编程器的特点（1）PLC软接线，只需改变控制程序就可以轻易改变逻辑或增加功能。（2）、PLC串行工作，不受制约。（3）PLC通过半导体来控制，速度很快，无触点，故而无抖动一说。（4）PLC时钟脉冲有晶振产生，精度高，定时范围宽，有计数

14、功能。（5）PLC无触点，寿命长，具有自我诊断功能，对程序执行的监护功能，现场调试和维护方便。2、PLC的应用领域目前，PLC在国内已广泛应用于钢铁、石油、化工、电力、建材、机械制造、汽车、轻纺、交通运输、环保及文化娱乐等各个行业。3、PLC的选择对于小系统，如80点以内的系统，一般不需要扩展，如果喷头的输入输出数量超过CPU的输入输出数量将要对其进行扩展，按接通的点数不能超过该模块点数的60%的原则，则不需要扩展1。从上面的分析可以知道，系统共有开关量输入2点，开关量输出48点，参照三菱FX2nPLC产品目录及市场实际价格，选用主机为FX2n48MR的PLC系统核心控制。4、IO设备与PLC

15、连接时应该注意的问题在PLC控制系统中PLC是主要控制设备，它与控制对象中各输入信号，如按钮、继电器触点和输出设备继电器、接触器、电磁阀的连接问题4。现场的输入信号如开关按钮、拨动开关、限位开关和其他一些检测原件输出的开关量和模拟量，通过连接电路进入PLC。对于开关触点，当强电电路触点时，有些要求48V、50mA左右或110V、15到20mA左右才能可靠接通，而输出模块的输入电源电压一般不高，额定电流也是毫安级，要求注意模拟量输入信号的数值范围应与PLC的模拟量输入口数值相匹配2。2.3 花样喷泉控制系统的设置示意图花样喷泉控制系统有2个开关输入按钮，分别为X0启动，X1停止，20个输出，Y0

16、Y23依次控制线圈KM0KM23，花样喷泉控制系统如图2.3。图2.3 花样喷泉控制系统的设置示意图3 硬件设计3.1 I/O分配表3.1 I/O分配表输入设备输入继电器输出设备输出继电器代号功能代号功能SB1启动按钮X0KM0大水柱接触器Y0SB2停止按钮X1KM1Y1KM2Y2KM3中水柱接触器Y3KM4Y4KM5小水柱接触器Y5KM6Y6KM7礼花接触器Y7KM10Y10KM11树冰接触器Y11KM12Y12KM13抛物线接触器Y13KM14Y14KM15球状接触器Y15KM16Y16KM17伞状接触器Y17KM20Y20KM21Y21KM22阶梯状接触器Y22KM23Y233.2 I/

17、O接线图图3.1 I/O接线图3.3 元器件选型1、CPU型号的选型：FX2n不同的CPU模块的性能有较大的差别，在选择CPU模块时，应考虑开关量、模拟量模块的扩展能力。程序存储器与数据存储器的容量，通信接口的个数，本机IO点的点数等。当然还要考虑性能，性价格比在满足要求的前提下，尽量降低硬件成本3。在综合考虑下，有如下选择：CPU运算处理速度0.550.7S/基本指令控制规模：16256点内置式24V直流电源24V、400mA直流电源可用于外围设备额定电压：220V2、 变频器的选型：我设计的是通过变频器调速技术来控制每环喷水的高度。我选用的是FR-S520(S)E系列变频调速器4。变频调速

18、器的基本原理图如图3.2图3.2 变频调速器的基本原理图3、水泵的选型：由于喷泉的水泵必须满足大功率快速精确起停，而且其输出功率必须能够精确的进行控制。我选用品牌为DESHB（德士比）的QYPI00-4.5-2.2喷泉泵。具有以下优点：结果紧凑；无需引水、使用简便；双端密封、电器保护；设计合理、性能优良；经久耐用、安全可靠。并且水泵出口采用圆法兰结构，电机为F级绝缘，适用于音乐喷泉等场合对电机频繁启动的要求，叶轮具有防松装置，不怕反转。3、 喷头的选择：喷泉喷头也称喷泉喷嘴全部采用铜或不锈钢制作，这样具有黄金的色彩或银光闪闪，喷头显得豪华气派。其工艺精巧美观，结构合理，性能高效节能。其中常用的

19、有：可调可调直流喷头、半球形喷头、礼花喷头、加气喷头、直上喷头等产品系列。（1） 组喷头的选择A组位于中间位置，需要喷射雄壮并且喷射高度高的水柱，所以组喷头选择直上喷头。直上喷头是在同一个配水室上多角度直射喷嘴，这些喷嘴规格相同时，喷出的水姿粗壮有力、层次分明、主题突出、是大型喷泉中心必备的主要喷头。该喷头也叫中心喷头。可调节射流的方向。喷嘴材料：铸铜、不锈钢，如图3.3图3.3 直上喷头图（2） 组喷头的选择可调直流喷头在各种场合的喷泉池中广泛应用，并是音乐喷泉的必备喷头，这种喷头装有球形接头，可以沿着垂直方向15度进行调节。可调直流喷头可以组合各种不同形状的喷射效果，射流的高低和角度变化，

20、可根据水池形状大小决定。喷嘴材料：铸铜、不锈钢，如图3.4图3.4 可调直流喷头图（3） 组喷头的选择喷出的水柱程花朵状，所以我选用礼花喷头。礼花喷头在各种场合应用广泛，是喷泉系统必备的喷头，喷出水柱为礼花形状，非常鲜艳，有趣。喷嘴材料：铸铜、不锈钢，如图3.5图3.5 礼花喷头图（4） 组喷头的选择喷出的水柱略粗壮，挺拔。所以我选用树冰形喷头。树冰形喷头喷水时外观效果庞大丰满，粗壮挺拔，抗风力较强。喷头安装在导流筒上端与水面齐平，喷水时能将池水带出，形成粗大壮观的水柱。喷嘴材料：铸铜、不锈钢，如图3.6图3.6 树冰形喷头图（5） 喷头的选择喷高度应该最低，水量应该最大，所以我选用涌泉喷头。

21、涌泉喷头也是加气喷头的一种，又称鼓泡喷头、珍珠喷头。喷水时能将气体吸入，使水姿形成充满空气的白色水丘，水墨清泽，古朴灵动。加气喷头用射流泵的原理，喷水时将空气产生丰满的射流，喷出的水柱程白色不透明，反光效果好，喷嘴材料：铸铜、不锈钢，如图3.7图3.7 涌泉喷头图3.4 元器件清单表1 元器件清单元件名称数量FX2n-128MR1台潜水泵1台开关2个电源插头1个导水管若干喷头若干4 软件设计4.1 流程图图4.1 流程图4.2 梯形图图4.2 梯形图5、指令表LD X0OR M0ANI X1LD M0ANI T9OUT T0K 50OUT T1K 80OUT T2K 130OUT T3K 14

22、0OUT 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 T7ANI T8OUT Y16O

23、UT 20OUT Y23END5 系统调试本设计采用GX works2软件进行系统仿真调试，通过执行用户程序来检查系统的功能。（1）启动按钮按下后，M0得电，所有定时器开始计时，各个泵按照程序执行，仿真见图5.1图5.1 启动仿真图（2）停止按钮按下后，M0失电，所有定时器全部复位，全部泵断电，仿真见图5.2 图5.2 停止仿真图设计心得此次课程设计是我们从大学走向未来重要的一步，从最初的无知迷茫到完成设计，其间查找资料，老师指导与同学交流，反复修改每一个过程，都是对自己能力的一次检验和充实。通过这次实践，我了解了PLC的用途及工作原理，熟悉了PLC的应用，锻炼了实践能力，培养了自己独立设计能

24、力。此次课程设计是对我专业知识的一次实际检验和巩固，同时也是走向工作岗位前的一次热身，课程设计设计收获很多，比如学会了查找相关资料、相关标准分析数据，提高了自己的能力，懂得了许多经验是前人不懈努力的结果。同时仍有很多课题需要后辈去努力，去完善，但是课程设计也暴露出自己专业基础的很多不足之处，比如缺乏综合应用专业知识的能力，对软件的应用不熟悉等等，这次实践是对自己PLC及机电传动控制课程中所学的一次大检阅，使我明白自己知识还很浅薄，虽然这次设计很快就结束了，但是自己的求学之路还很长，以后更应该在学习和工作中学习努力，使自己成为一个对社会有所贡献的人，感谢老师在课堂及设计过程中的悉心指导，使我们学

25、到了许多的知识，祝老师在以后的生活中工作顺利、事事如意。 参考文献1 郁汉琪电气控制与可编程序控制器应用技术 M南京: 东南大学出版社， 20032 廖常初.PLC编程及应用北京：机械工业出版社,廖常初主编2007年9月第二版第八次印刷.3 吴丽.电气控制与PLC应用技术.北京：机械工业出版社，2008.4 王兆义.可编程控制器教程.北京：机械工业出版社，2005.广东科技学院课程设计成绩考核表姓 名：廖聪学 号：2015143227专业/班级：2015级机械电子工程2班课程设计题目：花样喷泉控制系统控制一、指导教师对该课程设计总体评价： 指导教师签名： 年 月 日二、课程设计最终得分： 评阅教师签名： 年 月 日