花式喷泉的PLC控制毕业设计论文.docx
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花式喷泉的PLC控制毕业设计论文
课题：
PLC控制的花样喷泉
毕业设计（论文）原创性声明和使用授权说明
原创性声明
本人郑重承诺：
所呈交的毕业设计（论文），是我个人在指导教师的指导下进行的研究工作及取得的成果。
尽我所知，除文中特别加以标注和致谢的地方外，不包含其他人或组织已经发表或公布过的研究成果，也不包含我为获得及其它教育机构的学位或学历而使用过的材料。
对本研究提供过帮助和做出过贡献的个人或集体，均已在文中作了明确的说明并表示了谢意。
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本人完全了解大学关于收集、保存、使用毕业设计（论文）的规定，即：
按照学校要求提交毕业设计（论文）的印刷本和电子版本；学校有权保存毕业设计（论文）的印刷本和电子版，并提供目录检索与阅览服务；学校可以采用影印、缩印、数字化或其它复制手段保存论文；在不以赢利为目的前提下，学校可以公布论文的部分或全部内容。
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学位论文原创性声明
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所呈交的论文是本人在导师的指导下独立进行研究所取得的研究成果。
除了文中特别加以标注引用的内容外，本论文不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写的成果作品。
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涉密论文按学校规定处理。
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注意事项
1.设计（论文）的内容包括：
1）封面（按教务处制定的标准封面格式制作）
2）原创性声明
3）中文摘要（300字左右）、关键词
4）外文摘要、关键词
5）目次页（附件不统一编入）
6）论文主体部分：
引言（或绪论）、正文、结论
7）参考文献
8）致谢
9）附录（对论文支持必要时）
2.论文字数要求：
理工类设计（论文）正文字数不少于1万字（不包括图纸、程序清单等），文科类论文正文字数不少于1.2万字。
3.附件包括：
任务书、开题报告、外文译文、译文原文（复印件）。
4.文字、图表要求：
1）文字通顺，语言流畅，书写字迹工整，打印字体及大小符合要求，无错别字，不准请他人代写
2）工程设计类题目的图纸，要求部分用尺规绘制，部分用计算机绘制，所有图纸应符合国家技术标准规范。
图表整洁，布局合理，文字注释必须使用工程字书写，不准用徒手画
3）毕业论文须用A4单面打印，论文50页以上的双面打印
4）图表应绘制于无格子的页面上
5）软件工程类课题应有程序清单，并提供电子文档
5.装订顺序
1）设计（论文）
2）附件：
按照任务书、开题报告、外文译文、译文原文（复印件）次序装订
指导教师评阅书
指导教师评价：
一、撰写（设计）过程
1、学生在论文（设计）过程中的治学态度、工作精神
□优□良□中□及格□不及格
2、学生掌握专业知识、技能的扎实程度
□优□良□中□及格□不及格
3、学生综合运用所学知识和专业技能分析和解决问题的能力
□优□良□中□及格□不及格
4、研究方法的科学性；技术线路的可行性；设计方案的合理性
□优□良□中□及格□不及格
5、完成毕业论文（设计）期间的出勤情况
□优□良□中□及格□不及格
二、论文（设计）质量
1、论文（设计）的整体结构是否符合撰写规范？
□优□良□中□及格□不及格
2、是否完成指定的论文（设计）任务（包括装订及附件）？
□优□良□中□及格□不及格
三、论文（设计）水平
1、论文（设计）的理论意义或对解决实际问题的指导意义
□优□良□中□及格□不及格
2、论文的观念是否有新意？
设计是否有创意？
□优□良□中□及格□不及格
3、论文（设计说明书）所体现的整体水平
□优□良□中□及格□不及格
建议成绩：
□优□良□中□及格□不及格
（在所选等级前的□内画“√”）
指导教师：
（签名）单位：
（盖章）
年月日
评阅教师评阅书
评阅教师评价：
一、论文（设计）质量
1、论文（设计）的整体结构是否符合撰写规范？
□优□良□中□及格□不及格
2、是否完成指定的论文（设计）任务（包括装订及附件）？
□优□良□中□及格□不及格
二、论文（设计）水平
1、论文（设计）的理论意义或对解决实际问题的指导意义
□优□良□中□及格□不及格
2、论文的观念是否有新意？
设计是否有创意？
□优□良□中□及格□不及格
3、论文（设计说明书）所体现的整体水平
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（在所选等级前的□内画“√”）
评阅教师：
（签名）单位：
（盖章）
年月日
教研室（或答辩小组）及教学系意见
教研室（或答辩小组）评价：
一、答辩过程
1、毕业论文（设计）的基本要点和见解的叙述情况
□优□良□中□及格□不及格
2、对答辩问题的反应、理解、表达情况
□优□良□中□及格□不及格
3、学生答辩过程中的精神状态
□优□良□中□及格□不及格
二、论文（设计）质量
1、论文（设计）的整体结构是否符合撰写规范？
□优□良□中□及格□不及格
2、是否完成指定的论文（设计）任务（包括装订及附件）？
□优□良□中□及格□不及格
三、论文（设计）水平
1、论文（设计）的理论意义或对解决实际问题的指导意义
□优□良□中□及格□不及格
2、论文的观念是否有新意？
设计是否有创意？
□优□良□中□及格□不及格
3、论文（设计说明书）所体现的整体水平
□优□良□中□及格□不及格
评定成绩：
□优□良□中□及格□不及格
教研室主任（或答辩小组组长）：
（签名）
年月日
教学系意见：
系主任：
（签名）
年月日
目录
摘要1
第1章绪论1
1.1喷泉的发展和状况1
1.2喷泉的种类3
1.3喷泉中的一些新技术3
1.4设计的主要研究内容及安排4
第2章方案分析5
2.1主控制器方案分析5
2.2喷泉控制方案分析5
2.3喷泉的控制要求6
第3章花式喷泉的硬件设计7
3.1硬件的概况及选择7
3.1.1PLC7
第4章系统的软件设计17
4.1花式喷泉的PLC顺序功能图17
4.2花式喷泉的I/O分配18
4.3PLC的I/O地址分配简介19
4.4PLC的I/O接线图19
4.5梯形图21
总结22
致谢23
参考文献24
摘要
花式喷泉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。
本文结合任务设计书的要求，以花式喷泉为研究对象，采用了三菱FX-2N系列PLC作为喷泉的控制器。
对花式喷泉的控制系统的总体功能进行了分析，阐述了可编程控制器的组成和工作原理。
提出了喷泉硬件的各组成模块及详细的硬件模块设计方案，并对控制方式进行了设计和程序的编写。
本设计改善了喷泉系统的控制品质，并真正地达到了实时控制的要求。
关键词：
PLC；喷泉；控制系统
第1章绪论
1.1喷泉的发展和状况
国内在二十世纪八十年代以前，喷泉只是建筑给排水和园林造景专业的一个技术细节，从设计到产品制作，工程安装都没有形成规模。
只是在展览馆等公共建筑和公园里能见到一些中、小喷泉，产品的水平也是简单、粗放的。
二十世纪八十年以后，随着国民经济的恢复和发展，人民生活水平的提高，一些城市的城建、园林主管部门在城市建设、改造的过程中，以及环境的美化和文化氛围的营造上对喷泉提出了求新的要求，一部分建筑、园林、水利的设计院、研究所及大专院校，综合了土建结构、给排水、机电控制等传统的专业技术，加上当时先进的单片机，通过电磁阀和直流电机调速实行变量控制，设计出一批喷泉、水景。
得到了良好的社会反映和社会效益。
在这个时期，一些喷泉设备专业加工厂和公司开始组建、发展，为喷泉的专业化发展提供了力量，打下了基础。
二十世纪九十年代以后，社会主义市场经济快速发展，全国城市建设速度加快，人们也追求高质量的文化生活和环境美。
市场的需求推动了喷泉行业的发展。
喷泉走出公园、园林的围墙和广场的中心，深入延伸到人们的各个社会活动场所。
许多喷泉专业的生产厂商和专业公司，在这段时间内应运而生，迅速发展起来。
专业技术人员把计算机技术、信息技术，以及声、光、电、雾、火、激光、音乐、水幕电影等学科的技术应用到喷泉之中，
1.2喷泉的种类
喷泉景观概括来说可以分为两大类：
一是因地制宜，根据现场地形结构，仿照天然水景制作而成，如：
壁泉、涌泉、雾泉、管流、溪流、瀑布、水帘、跌水、水涛、漩涡等。
二是完全依靠喷泉设备人工造景。
这类水景近年来在建筑领域广泛应用，发展速度很快，种类繁多，普通喷泉分音乐喷泉、程控喷泉、旱地喷泉、跑动喷泉、光亮喷泉、趣味喷泉、激光水幕电影、超高喷泉等。
1.3喷泉中的一些新技术
漂浮式：
整座水景喷泉的管道系统全部安装在浮箱上，所以喷泉设备的运行不受季节性水位高低的影响。
漂浮式喷泉制作、安装工艺技术性强，但维护方便，易于保养。
在大型自然湖泊或各种人工湖中广泛应用。
跑泉：
多个喷头，按时序控制，构成各种形态瞬时变化的水型。
可以形成跑动、跳动、波动等形状，又可以成固定造型的喷水形态，气势雄伟，变化多端。
水幕激光：
采用特殊的入映机播放，使用的影片也是专门为水幕电影特制的影带。
由于电影的屏幕是透明的水膜，因此在电影播放时会有一种特殊的光学效果，屏幕的视觉穿透性可使画面具有一种立体感，影片的内容可与水面巧妙的结合，更有一种身临其境般的奇幻感觉。
1.4设计的主要研究内容及安排
本文根据生活当中出现的一些情况，以花式喷泉为研究对象，结合了大量资料及文献，研究花式喷泉的控制问题，整理出一套可行性较高的喷泉控制系统。
本系统的研究内容主要包括了喷泉的发展情况及所存在的一系列问题；喷泉控制系统的组成；花式喷泉的控制任务和要求；花式喷泉的硬件配置。
第2章方案分析
2.1主控制器方案分析
方案：
使用三菱FX2N系列控制花式喷泉
自20世纪60年代中期以来PLC产品在电力、冶金、化工等行业发挥了重大作用,尤其近20年来计算机和信息技术的飞速发展,不断成倍扩大的功能和成倍降低的价格,使PLC、通讯联网技术、过程控制软件都获得了长足的进步,也使PLC的广泛应用成为可能。
PLC的优点很多，主要包括：
编程方法简单易学；功能强、性能价格比高；硬件配套齐全、用户使用方便、适应性强；可靠性高、抗干扰能力强；系统的设计、安装、调试工作量少；维修工作量低、维修方便；体积小、能耗低等。
而且PLC在各个工业部门的应用范围都得到了扩展。
2.2喷泉控制方案分析
方案：
三组喷头交替喷水
此方案使用的喷头有三组，共12个喷头，每组4个。
三组喷头组成一定的形状，并在PLC的控制下交替喷水，具体情况见图2-1
图2-1三组喷头示意图
2.3喷泉的控制要求
有123三组喷头，一点开关控制启动，启动后，1组先喷五秒，然后23两组同时喷且1组停，五秒后2组停，在五秒后3组停，而12两组又同时喷，再经过两秒，3组也开始喷，持续五秒后，全部停止喷水，再过三秒后重复前述过程。
第3章花式喷泉的硬件设计
3.1硬件的概况及选择
3.1.1PLC
（1）PLC的构成
从结构上分，PLC分为固定式和组合式（模块式）两种。
固定式PLC包括CPU板、I/O板、显示面板、内存块、电源等，这些元素组合成一个不可拆卸的整体。
模块式PLC包括CPU模块、I/O模块、内存、电源模块、底板或机架，这些模块可以按照一定规则组合配置。
（2）PLC的特点
<1>可靠性高，抗干扰能力强高可靠性是电气控制设备的关键性能。
PLC由于采用现代大规模集成电路技术，采用严格的生产工艺制造，内部电路采取了先进的抗干扰技术，具有很高的可靠性。
<2>配套齐全，功能完善，适用性强PLC发展到今天，已经形成了大、中、小各种规模的系列化产品。
可以用于各种规模的工业控制场合。
除了逻辑处理功能以外，现代PLC大多具有完善的数据运算能力，可用于各种数字控制领域。
近年来PLC的功能单元大量涌现，使PLC渗透到了位置控制、温度控制、CNC等各种工业控制中。
加上PLC通信能力的增强及人机界面技术的发展，使用PLC组成各种控制系统变得非常容易。
<3>易学易用，深受工程技术人员欢迎PLC作为通用工业控制计算机，是面向工矿企业的工控设备。
它接口容易，编程语言易于为工程技术人员接受。
<4>系统的设计、建造工作量小，维护方便，容易改造PLC用存储逻辑代替接线逻辑，大大减少了控制设备外部的接线，使控制系统设计及建造的周期大为缩短，同时维护也变得容易起来。
更重要的是使同一设备经过改变程序改变生产过程成为可能。
这很适合多品种、小批量的生产场合。
<5>体积小，重量轻，能耗低以超小型PLC为例，新近出产的品种底部尺寸小于100mm，重量小于150g，功耗仅数瓦。
由于体积小很容易装入机械内部，是实现机电一体化的理想控制设备。
（3）PLC控制系统设计的步骤
1）分析被控对象并提出控制要求机电专业技术论坛详细分析被控对象的工艺过程及工作特点，了解被控对象机、电、液之间的配合，提出被控对象对PLC控制系统的控制要求，确定控制方案，拟定设计任务书。
2）确定输入／输出设备CAD/CAM技术根据系统的控制要求，确定系统所需的全部输入设备（如：
按纽、位置开关、转换开关及各种传感器等）和输出设备（如：
接触器、电磁阀、信号指示灯及其它执行器等），从而确定与PLC有关的输入/输出设备，以确定PLC的I/O点数。
3）选择PLC机电专业技术网PLC选择包括对PLC的机型、容量、I/O模块、电源等的选择。
4）分配I/O点并设计PLC外围硬件线路CAD/CAM技术1.分配I/O点机电专业技术论坛画出PLC的I/O点与输入／输出设备的连接图或对应关系表，该部分也可在第2步中进行。
电气技术2.设计PLC外围硬件线路机电专业技术论坛画出系统其它部分的电气线路图，包括主电路和未进入PLC的控制电路等。
资源下载由PLC的I/O连接图和PLC外围电气线路图组成系统的电气原理图。
到此为止系统的硬件电气线路已经确定。
5）程序设计资源下载1.程序设计CAD/CAM技术根据系统的控制要求，采用合适的设计方法来设计PLC程序。
程序要以满足系统控制要求为主线，逐一编写实现各控制功能或各子任务的程序，逐步完善系统指定的功能。
除此之外，程序通常还应包括以下内容：
机电专业技术论坛1）初始化程序。
在PLC上电后，一般都要做一些初始化的操作，为启动作必要的准备，避免系统发生误动作。
初始化程序的主要内容有：
对某些数据区、计数器等进行清零，对某些数据区所需数据进行恢复，对某些继电器进行置位或复位，对某些初始状态进行显示等等。
机电专业技术论坛2）检测、故障诊断和显示等程序。
这些程序相对独立，一般在程序设计基本完成时再添加。
电气技术3）保护和连锁程序。
保护和连锁是程序中不可缺少的部分，必须认真加以考虑。
它可以避免由于非法操作而引起的控制逻辑混乱，。
机电专业技术论坛2.程序模拟调试机电专业技术网程序模拟调试的基本思想是，以方便的形式模拟产生现场实际状态，为程序的运行创造必要的环境条件。
根据产生现场信号的方式不同，模拟调试有硬件模拟法和软件模拟法两种形式。
电气技术1）硬件模拟法是使用一些硬件设备（如用另一台PLC或一些输入器件等）模拟产生现场的信号，并将这些信号以硬接线的方式连到PLC系统的输入端，其时效性较强。
电气技术2）软件模拟法是在PLC中另外编写一套模拟程序，模拟提供现场信号，其简单易行，但时效性不易保证。
模拟调试过程中，可采用分段调试的方法，并利用编程器的监控功能。
6）硬件实施CAD/CAM技术硬件实施方面主要是进行控制柜（台）等硬件的设计及现场施工。
主要内容有：
机电专业技术网1）设计控制柜和操作台等部分的电器布置图及安装接线图。
CAD/CAM技术2）设计系统各部分之间的电气互连图。
资源下载3）根据施工图纸进行现场接线，并进行详细检查。
机电专业技术网由于程序设计与硬件实施可同时进行，因此PLC控制系统的设计周期可大大缩短。
7）联机调试资源下载联机调试是将通过模拟调试的程序进一步进行在线统调。
联机调试过程应循序渐进，从PLC只连接输入设备、再连接输出设备、再接上实际负载等逐步进行调试。
如不符合要求，则对硬件和程序作调整。
通常只需修改部份程序即可。
CAD/CAM技术全部调试完毕后，交付试运行。
经过一段时间运行，如果工作正常、程序不需要修改，应将程序固化到EPROM中，以防程序丢失。
8）整理和编写技术文件资源下载技术文件包括设计说明书、硬件原理图、安装接线图、电气元件明细表、PLC程序以及使用说明
（8）对PLC结构形式的选择
在相同功能和相同I/O点数据的情况下，整体式比模块式价格低。
但模块式具有功能扩展灵活，维修方便（换模块），容易判断故障等优点，要按实际需要选择PLC的结构形式。
本设计采用三菱FX-2N48。
该PLC属于中型PLC，功能强大，控制能力好，性价比高。
第4章系统的软件设计
4.1花式喷泉的PLC顺序功能图
图4-1系统控制流程
按下启动按钮，喷泉装置进入准备工作状态，若不按，则回到初始状态。
如按下启动开关，喷泉按照设定的程序开始运行。
如果按下停止按钮，系统则停止运行，如果不按停止按钮，系统则按照选择的花样继续运行下去直到按下停止按钮。
4.2花式喷泉的I/O分配
喷泉的I/O分配见表4-1。
表4-1花式喷泉的I/O分配表
输入
启动按钮
X1
停止按钮
X2
输出
第1组喷泉
Y1
第2组喷泉
Y2
第3组喷泉
Y3
4.3PLC的I/O地址分配简介
I/O模块分为数字量输入、数字量输出、模拟量输入和模拟量输出4类。
CPU分配给数字量I/O模块的地址以字节为单位，一个字节由8个数字量I/O点组成。
扩展模块I/O点的字节地址由I/O的类型和模块在同一类I/O模块链中的位置来决定。
4.4PLC的I/O接线图
根据控制要求，PLC控制系统选用三菱公司FX-2N系列，
其I/O端子电气接线图如上图所示。
4.6梯形图
总结
此次毕业设计是我们从大学毕业生走向未来重要的一步。
从最初的选题，开题到完成设计。
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力。
此次毕业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。
毕业设计收获很多，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。
但是毕业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，对材料的不了解等等。
这次实践是对自己大学三年所学的一次大检阅，使我明白自己知识还很浅薄，虽然马上要毕业了，但是自己的求学之路还很长，以后更应该在工作中学习，努力使自己成为一个对社会有所贡献的人。
致谢
毕业设计的完成，意味着我大学的学习生涯结束了。
作为一名在校的学生，在设计的思想、经验等等方面难免有所欠缺和不足之处，但是，经过老师和同学们的帮助，我还是顺利的完成了毕业设计。
当然，还要感谢家人和朋友们对我的支持和鼓励，这是我能够完成毕业设计的动力。
请允许我对你们致以由衷的感谢!
参考文献
[1]张运刚，宋小春.PLC职业技能培训及视频精讲.人民邮电出版社,2010.1（2010.8重印）
[2]瞿彩萍.PLC应用技术（三菱）.中国劳动社会保障出版社,2006年
[3]张文明，姚庆华主编.可编程控制器及网络控制技术.中国铁道出版社，2011.8
[4]王永华.《现代电气及可编程控制技术》[M].北京航空航天大学出版社.2007年9月.
[5]程周.《可编程控制器原理与应用》[M].高等教育出版社.2013年4月
毕业设计（论文）原创性声明和使用授权说明
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