花式喷水池的设计说明书.docx
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花式喷水池的设计说明书
唐山学院
测控技术与系统课程设计
题目花式喷水池的PLC控制
系（部）机电工程系
班级08测控本2
姓名
学号
指导教师
2012年2月27日至3月9日共2周
2012年3月7日
测控技术与系统课程设计任务书
一、设计题目、内容及要求
1、设计题目：
花式喷水池的PLC控制
2、设计内容：
用PLC对喷水池进行控制，按下启动按钮喷水装置开始工作，按下停止按钮则停止工作，工作方式由选择开关和单步/连续开关决定。
方式选择开关用来选择喷水花样，单步/连续开关在单步位置时，喷水池只运行一次，在连续位置时则一直继续下去。
3、设计要求：
（1）按下启动按钮喷水装置开始工作，按下停止按钮则停止工作，工作方式由选择开关和单步/连续开关决定；
（2）单步/连续开关在单步位置时，喷水池只运行一次，在连续位置时则一直继续下去；
（3）方式选择开关用来选择喷水花样1～4号喷水管的工作方式按控制程序运行；
1）选择开关在位置“1”时，按下启动按钮后，4号喷水，延时2s后，3号也喷水，延时2s后，2号接着喷水，再延时2s，1号喷水，再一起喷水15s后停下。
若运行在连续状态时，将继续循环下去。
2）选择开关在位置“2”时，按下启动按钮后，1号喷水，延时2s后，2号喷水，延时2s后，3号喷水，再延时2s后，4号喷水，再一起喷水30s后停下。
若运行在连续状态时，将继续循环下去。
3）选择开关在位置“3”时，按下启动按钮后，1、3号同时喷水，延时3s后，2、4号喷水，1、3号停止喷水；交替运行5次后，1~4号全喷水，30s后停下。
若运行在连续状态时，将继续循环下去。
4）选择开关在位置“4”时，按下启动按钮后，喷水池1~4号水管的工作顺序为：
1→2→3→4按顺序延时2s喷水，然后一起喷水30s，1、2、3和4号分别延时2s停止喷水，再延时1s，由4→3→2→1反向顺序延时2s喷水，然后一起喷水30s停止。
若运行在连续状态时，将继续循环下去。
（4）不论在什么工作方式下，按停止按钮喷水池将停止运行。
二、设计原始资料
三、要求的设计成果（课程设计说明书、设计实物、图纸等）
1．根据设计内容撰写《测控技术与系统课程设计报告》，要求不低于5000字。
2.绘制状态转移图（A3，标题栏用标准格式）；
3.绘制电气原理图包括主电路、PLC外部I/O接线图（A3）。
四、进程安排
从2012年2月27日到2012年3月9日
序号
项目
具体内容
时间（天）
1
明确任务
1）了解设计任务书
2）借阅图书资料
1
2
总体方案设计及PLC选型
1）熟悉设计题目
2）查阅相关资料，进行PLC选型、电器元件选型
2
3
接线图设计
分配PLC的I/O点，设计I/O电气接口连接图
1
4
状态转移图、梯形图设计
绘制状态转移图、梯形图
4
5
撰写设计报告
撰写不少于5000字的《测控系统课程设计报告》
2
五、主要参考资料
[1]漆汉宏.PLC电气控制技术.北京：
机械工业出版社,2010.
[2]廖常初.PLC编程及应用.重庆：
重庆大学出版社,2002.
[3]罗宇航.流行PLC实用程序及设计.西安：
西安电子科技大学出版社,2001.
[4]郁汉琪.电气控制与可编程序控制器应用技术.南京：
东南大学出版社，2009.
[5]张万忠.可编程序控制器应用技术.北京：
化学工业出版社,2001.
指导教师（签名）：
教研室主任（签名）：
课程设计成绩评定表
出勤
情况
出勤天数
缺勤天数
成
绩
评
定
出勤情况及设计过程表现（20分）
课设答辩（20分）
设计成果（60分）
总成绩（100分）
提问
（答辩）
问题
情况
综
合
评
定
指导教师签名：
年月日
1概述
随着城市化进程的加速，花式喷泉可以在人们周围随处可见。
比如广场，大厦，小区等。
花式喷泉是人造小气候，在炎热的夏日可以起到增湿和降温的作用；也为水体充氧，有利于水体增加自净能力，起到防止水体黑臭的作用。
花式喷泉运行的灵活性是评价花式喷泉优劣的关键，而这与花式喷泉的控制系统息息相关。
花式喷泉可以根据自己的设计，设计出各种各样的花样，加上灯光，能给人有种不错的视觉享受
在许多休闲广场、景区或游乐场里，经常看到喷水池按一定的规律喷水或变化式样，若在夜晚配上各种彩色的灯光显示，更加迷人。
设计一花式喷水池，采用PLC控制是比较方便的，在花式喷水时序确定的前提下，可以通过改变时序或者改变控制卉关，就可改变控制方式，达到显现各种复合状态的要求。
在游人和居民经常光顾的场所，如公园、广场、旅游景点及一些知名建筑前，经常会修建一些喷泉供人们休闲、观赏。
这些喷泉按一定的规律改变喷水式样，如果再与五颜六色的灯光相配合，在和和谐优雅的音乐中，更使人心旷神怡，流连忘返。
利用PLC控制喷泉喷水方式，产生各样的样式。
在系统的硬件组成以及软件的实现，通过PLC控制电磁阀开关来决定喷水的效果。
实际应用效果良好。
供人们休闲、观赏。
花式喷水池是近年来出现的一种园林建筑与花式观赏相结合的一种产物。
随着可编程控制器在我国的迅速发展，对花式喷泉的控制要求也越来越高，使得越来越多的控制部分需要可编程控制器来实现。
使用PLC控制花式喷泉,具有使用方便、运行可靠、控制程序设计简单等优点。
2课程设计介绍
课程设计目的
电气控制与PLC课程设计是电气自动化技术专业一个重要的实践性教学环节，通过课程设计达到掌握电气控制柜的原理设计、安装工艺图纸设计的基本方法，并能达到熟练使用可编程控制器实现简单控制系统的控制要求，熟练地进行系统外围电路设计、接线、编程、调试等工作。
设计任务和要求
某一喷水池的控制器，形式如下：
在图中，4为中间喷水管，3为内环状喷水管，2为一次外环形状喷水管，1为外环形状喷水管。
要求用PLC控制完成下列要求：
1．控制器电源开关接通后，按下启动按钮，喷水装置开始工作。
按下止按钮，喷水池停止喷水。
工作方式由选择开关和单步/连续开关来决定。
2．“单步/连续”开关在单步位置时，喷水池只运行一次循环；在连续位置时，喷水池运行一直循环下去。
3．方式选择开关用来选择喷水池的喷水花样，1~4号喷水法的工作方式选择如下：
1）选择开关在位置“1”时，按下启动按钮后，4号喷水，延时2s后，3号也喷水，
延时2s后，2号接着喷水，再延时2s，1号喷水，再一起喷水15s后停下。
若运行在连续状态时，将继续循环下去。
2）选择开关在位置“2”时，按下启动按钮后，1号喷水，延时2s后，2号喷水，
延时2s后，3号喷水，再延时2s后，4号喷水，再一起喷水30s后停下。
若运行在连续状态时，将继续循环下去。
3）选择开关在位置“3”时，按下启动按钮后，1、3号同时喷水，延时3s后，2、
4号喷水，1、3号停止喷水；交替运行5次后，1~4号全喷水，30s后停下。
若运行在连续状态时，将继续循环下去。
4）选择开关在位置“4”时，按下启动按钮后，喷水池1~4号水管的工作顺序为：
1→2→3→4按顺序延时2s喷水，然后一起喷水30s，1、2、3和4号分别延时2s停止喷水，再延时1s，由4→3→2→1反向顺序延时2s喷水，然后一起喷水30s停止。
若运行在连续状态时，将继续循环下去。
4.无论在什么工作方式下，按下停止按钮，喷水池将停止运行。
本设计采用PLC设计，PLC的特点如下：
（1）可靠性高，抗干扰能力强
（2）通用性强，使用方便
（3）采用模块化结构，使系统组合灵活方便
（4）编程语言简单、易学，便于掌握
（5）系统设计周期短
（6）对生产工艺改变适应性强
（7）安装简单、调试方便、维护工作量小
3电气控制电路设计
主回路的设计
根据电气传动的要求，由接触器KM1、KM2、KM3、KM4分别控制电动机M1、M2、M3、M4如图：
三相电源由电源引入开关QF引入。
电动机M1、M2、M3、M4的过载保护，分别由热继电器FR1、FR2、FR3、FR4实现。
电动机M1、M2、M3、M4设置短路保护熔断器为FU1、FU2、FU3、FU4。
由电动机带动喷水装置喷水。
PLC的选型
I/O总点数的确定
由I/O分配表知，输入共7个点,输出共5个点,I/O实际需12点。
为留有今后工艺改进与功能扩充余地，在实际统计I/O点数基础上，一般加10-20％余量，再考虑PLC产品本身规格，可取PLC的I/O总点数为48点。
I/O点信号性质分析
从花式喷水池控制信号分析可知,机械手输入是位置开关信号,花式喷水池的输入时起动按钮、停止按钮、单步/连续选择开关等它们都是开关量,而输出主要是4个电磁阀线圈,以控制喷水管的通断，和一个工作指示灯，用来显示喷水池工作状态。
用户存储器容量的估算
（1）I/O口总点数为48点且均为开关量，以每个I/O点需1O个字节估算则所需存储器字节数为：
48*10=480B
（2）定时器有26个，以每个定时器需2个字节估算则所需存储器字节数为：
定时器/计数器数量*2=26*2=52B
共需存储器字节数为：
480+52=532B
经技术与经济成本方面因素综合考虑，本设计选取日本三菱公司FX2N-48MR型PLC产品。
FX2N-48MR型产品主要技术指标如下：
FX2N-48MR型产品主要技术指标表
最大I/O：
48点
定时/计数器：
256个
基本功能指令22条,步进指令2条
继电器输出最大负载80VA/24V
执行速度（us/步）：
输入输出响应时间10ms
程序容量（步）：
2KB
输入光电隔离
数据寄存器通用：
200点
锁存用：
7800点
输出继电器接点隔离
由上表可见，FX2N-48MR型PLC产品能满足设计要求。
确定电动机传动控制方案，确定电动机
电动机是生产机械电力拖动系统的拖动元件，选择电动机时，应考虑电动机的功率、转速、结构形式、额定电压等。
喷水管的运动主要由电动机M1、M2、M3、M4实现喷水，完成喷水池的喷水花样。
选择电动机的功率的依据是负载功率。
功率选的过大，设备投资将造成浪费，同时由于电动机欠载运行，使之效率和功率因数降低，运行费用也会提高；相反，功率选的过小，电动机过载运行，使之寿命降低。
交流电动机额定电压应与供电电网电压一致。
中小型异步电动机额定电压为220V/380V及380V/660V两种，当功率较大时，可选用相应电压的高压电动机。
对于额定功率相同电动机，额定转速越高，电动机尺寸、质量愈小，成本愈低，所以选择告诉电动机较为经济。
但由于生产机械所需转速一定，电动机转速愈高，传动机构转速比愈大，传动机构愈复杂。
因此应考虑综合分析来确定电动机的额定转速。
电动机的结构形式按其安装位置的不同可分为卧式和立式两种，应以电动机和工作机构的连接方便、紧凑为原则来选择。
综上考虑，电动机选择型号为：
Y160M-4,11KW,380V,,1460r/min
电气元件的选择
1.电源引入开关QF
QF主要作为电源隔离开关用，并不用它来直接起停电动机，可按电动机额定电流来选。
显然应根据四台电动机来选。
在中小型常用组合开关中，可选择HZ10-25/4型，额定电流为25A，四极组合开关。
2.热继电器FR1、FR2、FR3、FR4
电动机M1、M2、M3、M4额定电流，FR1、FR2、FR3、FR4可选用JR0-40型继电器，热元件电流为25A，电流整定范围为16-25A，工作将额定电流调整为。
3.熔断器FU1、FU2、FU3、FU4
FU1、FU2、FU3、FU4是对电动机M1、M2、M3、M4进行保护的。
可选用RL1-15型熔断器，配用10A的熔体。
4.接触器KM1、KM2、KM3、KM4
接触器KM1、KM2、KM3、KM4，根据电动机M1、M2、M3、M4的额定电流IN=，控制回路电源127v，需主触点三对，动合辅助触点两对，动断辅助触点一对，根据上述情况，选用CJ0-40型接触器，电磁线圈电压为127V。
5.控制变压器TC
变压器最大负载时是KM1、KM2、KM3、KM4同时工作，计算出变压器容量及考虑指示灯等其他电路附加电容，可选用BK-100型变压器或BK-150型变压器，电压等级：
380V/，可满足辅助回路的各种电压需要。
电气元件明细表要标注各电气元件的型号，规格及数量等
符号
名称
型号
规格
数量
M1、M2
M3、M4
电动机
Y160M-4
11KW,380V,,1460r/min
4
QF
组合开关
HZ10-25/4
4极500V25A
1
KM1、KM2
KM3、KM4
接触器
CJ0-40
40A线圈电压127V
4
FR1、FR2
FR3、FR4
热继电器
JR0-40
额定电流25A整定电流
4
FU1、FU2
FU3、FU4
熔断器
RL1-15
500V熔体10A
4
TC
控制变压器
BK-100
380V/
1
SB1、SB2
控制按钮
LA-10
2
HL
指示灯
ZSD-0
红色
1
4I/O地址分配及外部接线图
I/O地址分配
本课设的I/O口地址分配如下表：
名称
地址
符号
说明
输入
启动按钮
X0
SB1
启动喷泉系统
停止按钮
X1
SB2
停止喷泉系统
单步／循环选择开关
X2
SA2
选择是否循环状态
1号方式选择开关
X3
SA3
喷泉选择1号方式喷水
2号方式选择开关
X4
SA4
喷泉选择2号方式喷水
3号方式选择开关
X5
SA5
喷泉选择3号方式喷水
4号方式选择开关
X6
SA6
喷泉选择4号方式喷水
输出
喷水池工作指示
Y0
HL
1号喷水阀工作
Y1
KM1
1号喷水阀喷水
2号喷水阀工作
Y2
KM2
2号喷水阀喷水
3号喷水阀工作
Y3
KM3
3号喷水阀喷水
4号喷水阀工作
Y4
KM4
4号喷水阀喷水
I/O外部接线图
外部接线图如下：
工作流程图
梯形图
开始指示灯亮
选择位置1
选择位置2
选择位置3
选择位置4
喷水样式1
喷水样式2
喷水样式3
喷水样式4
电动机1工作
电动机2工作
电动机3工作
电动机4工作
5设计总结及心得体会
本次课程设计是对课堂上学的知识的一个很好的实践过程，也是提高我们的动手能力的过程。
通过这次的课程设计，我对PLC这门课程有了更深的了解，更深入的了解到在它在我们生活中应用的广泛性。
在设计的各个步骤各个环节中，都要保证严密，才能顺利的完成一次设计，我们不能够只看重结果，当作一次任务，这样不好，我们要从动手当中找到乐趣，让学习跟我们的爱好联系在一起，这样才能让我们学到更多的知识。
通过小学期的设计，也检验出了平时学习中的好多不足之处。
本次PLC课程设计题目与实际生活联系紧密，使我充分认识到了这门课程的实际意义和现实重要性。
通过本次课程设计我掌握了电气控制的原理设计的基本方法，并能达到熟练使用可编程控制器实现简单控制系统的控制要求，尤其是对于顺序控制指令的使用。
基本可以熟练地进行系统外围电路设计、接线、编程、调试等工作。
我所设计的课题目相对较简单，采用顺序控制设计思路清晰、易于理解。
但是我的准备工作做的不全面，在完全掌握设计资料前盲目设计，被一些小问题困扰，浪费很多时间。
光是画顺序功能图及T型图就用了一天时间，录入程序花费一晚上，而查找编译错误及非致命性错误居然花费一上午。
大部分时间基本上都是做无用功的，效率很低。
通过本次课程设计，我学到很多东西，不只是PLC这门课程的知识，还体会到了很多道理。
从刚拿到题目时的无从下手到盲目翻阅资料的同时居然忘记看老师给的重要设计指导，从完成设计大体框架的兴奋到被小问题阻碍的不知所措，直到最后多方请教、多方咨询终于完成设计，收获了满满的成就感。
最重要的是让我明白：
坚持就是胜利。
最简单却最有效的成功方法。
参考文献
[1]漆汉宏.PLC电气控制技术[M].北京：
机械工业出版社,2010.
[2]廖常初.PLC编程及应用[M].重庆：
重庆大学出版社,2002.
[3]罗宇航.流行PLC实用程序及设计[M].西安：
西安电子科技大学出版社,2001.
[4]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，2009.
[5]张万忠.可编程序控制器应用技术[M].北京：
化学工业出版社,2001.
[6]杨长能,张兴毅.可编程程序控制器基础及应用.重庆:
重庆大学出版社,2001.
[7]程周.PLC技术与应用.福建科学技术出版社.2004.
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