花样喷泉控制设计.docx

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花样喷泉控制设计

吉林建筑大学城建学院

课程设计报告

题目名称花样喷泉控制设计

院（系）电气信息工程系

课程名称低压电器与可编程控制器课程设计

班级电气工程及其自动化

学号

学生姓名

指导教师

起止日期2016年8月22日-2016年9月2日

成绩

摘要⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯Ⅰ

ABSTRACT⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯Ⅱ

第1章绪论⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯1

1.1设计背景⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯1

1.2设计任务及要求⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯1

1.3设计要求⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯2

1.4设计目的⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯2

第2章硬件设计⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯3

2.1控制方案的确定⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯3

2.2PLC的选型⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯3

2.3变频器的选择⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯6

2.4水泵的选型⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯6

2.5花式喷泉控制系统的原理图⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯6

2.6I/O分配表⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯7

2.7花式喷泉控制流程图⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯7

第3章系统软件设计⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯8

3.1PLC梯形图概述⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯8

3.2I/O分配表⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯8

3.3I/O接线图⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯10

第4章梯形图⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯11

结论⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯14

致谢⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯15

参考文献⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯16

附录

摘要

本设计主要以可编程控制器PLC的控制功能，通过对各个开关的控制，来满

足人们对视觉和听觉的需求，实现了利用可编程控制器控制花式喷泉的功能，具

有接线简单、编程直观、扩展容易等特点。

当花式喷泉的功能增加时，只需增加

相应程序以及输出的功能，要改动的地方也较少，调试结果表明，在适应性、灵

活性、精确性和可靠性方面，都达到了设计要求。

通过本设计，我学习到了很多

东西，在工作的细心上也得到了提高。

并且，更了解里有关可编程器件的功能。

关键字：

花式喷泉；PLC；控制开关

ABSTRACT

ThisdesignmainlybythecontrolfunctionoftheprogrammablecontrollerPLC,basedoneachswitchcontrol,tomeetpeople'sdemandforvisualandauditory,implementstheuseofthefunctionoftheprogrammablecontrollertocontrolfancyfountain,withsimplewiring,programming,intuitive,easyextension,etc.Whenthefunctionofthefancyfountainincreases,theneedtoincreasethefunctionofthecorrespondingproceduresaswellastheoutput,wanttochangetheplacealsoisless,debuggingresultsshowthattheadaptability,flexibility,accuracyandreliability,havereachedthedesignrequirements.Throughthisdesign,Ilearnedalotofthings,intheworkofcarehasimproved.And,moreunderstandingaboutthefunctionoftheprogrammabledevices.

Keywords:

Fancyfountain；PLC；Controlswitch

第1章绪论

1.1设计背景

课程设计在整个教学过程中，是一个非常重要的实践性教学环节，尤其在掌握机电

传动控制技术时，仅仅了解工作原理和控制的指令系统是远远不够的。

为最大限度的满

足生产工艺和机械设备的要求，就需要结合机电传动控制和应用技术的特点，进行初步

的工程训练。

在许多休闲广场、景区或游乐场所里,人们经常看到喷泉按一定的规律喷水,景色迷

人;若在夜晚配上各种颜色的灯光显示,则更加绚丽多彩.本次课程设计就是通过设计花

样式喷泉以机电传动控制课程设计为载体的主要目的，是通过对喷泉简单的自动化控

制、简单的工艺过程的调查研究，使学生明确生产工艺对电气控制提出的各项要求。

根

据这些要求，进行基本的原理设计、工艺设计和操作设计，使学生在课程设计的全过程

中，进一步明确设计任务中的各项要求，建立课程设计工作的整体概念，从工程环境、

实现手段和操作方式的各个环节入手来设计控制程系统，通过不断的调试和完善软硬件

设计，最终能够满足这些要求。

课程设计以培养工程应用能力为主，在独立完成设计任务的同时，还要进行多方面

能力的培养和提高，为毕业设计以及毕业后的工作能力打下良好的基础。

1.2设计任务及要求

1、利用可编程控制器（PLC）来设计某广场的花式喷泉控制系统。

2、花式喷泉示意图如下图所示。

在上图中，4号为中间喷头，3号为内环状喷头，2号为外环

形状喷头，1号为外环形状喷头。

3、控制要求说明：

①按下启动按钮，喷泉控制装置开始工作；按下停止按钮，喷泉控制装置停止工作。

②喷泉的工作方式由花样选择开关和单步/连续开关决定。

③当单步/连续开关在单步位置时，喷泉只能按照花样选择开关设定的方式，运行一个

循环。

④花样选择开关用于选择喷泉的喷水花样，现考虑四种喷水花样：

a.花样选择开关在位置1时，按下启动按钮后，4号喷头喷水，延时2s后，3号喷头喷

水，再延时2s后，2号喷头喷水，又延时2s后，1号喷头喷水。

18s后，如果为单步

工作方式，则停止下来。

如果为连续工作方式，则继续循环下去。

b.花样选择开关在位置2时，按下启动按钮后，1号喷头喷水，延时2s后，2号喷头喷

水，再延时2s后，3号喷头喷水，又延时2s后，4号喷头喷水。

30s后，如果为单步

工作方式，则停止下来。

如果为连续工作方式，则继续循环下去。

c.花样选择开关在位置3时，按下启动按钮后，1、3号喷头同时喷水，延时3s后，2、

4号喷头喷水，1、3号停止喷水。

如此交替运行15s后，4组喷头全喷水，30s后，如

果为单步工作方式，则停止下来。

如果为连续工作方式，则继续循环下去。

d.花样选择开关在位置4时，按下启动按钮后，按照1→2→3→4的顺序，依次间隔2s

喷水，然后一起喷水。

30s后，按照1→2→3→4顺序，分别延时2s，依次停止喷水。

再经1s延时，按照4→3→2→1的顺序，依次间隔2s喷水，然后一起喷水。

30s后停

止。

如果为单步工作方式，则停止下来。

如果为连续工作方式，则继续循环下去。

4、选择适合的可编程控制器，根据控制要求合理分配可编程控制器的地址单元，并绘

制控制系统硬件连线图，以及系统运行框图或流程图，编写控制梯形图。

1-1花式喷泉工作原理示意图

1.3设计要求

1.按任务书要求查阅PLC相关资料。

2.重点学习掌握PLC的内部结构及原理，考虑如何进行地址分配和硬件连接。

3.掌握PLC梯形图的设计,以实现花样喷泉控制。

4.完成课程设计报告书。

1.4设计目的

通过低压电器与可编程控制器课程设计能从中学会从工程角度思考问题，熟悉可编

程控制器中I/O单元的应用，掌握PLC控制系统的各个组成环节，学会常用的编程方法，

学会利用软硬件相结合的方式处理工程实际问题。

第2章硬件设计

2.1控制方案的确定

本次课程设计的课题是花样式喷泉，由其控制要求可知：

控制过程是一个复杂，

连续。

灵巧的过程。

在工业工程中，被选择为控制的一般是：

继电器，PLC，单片机。

由于绝大多数控制继电器都是长期磨损和疲劳工作条件下进行的，容易损坏。

而且继

电器的触点容易产生电弧，甚至会熔在一起产生误操作，引起严重的后果。

单片机是

一种集成电路编程复杂，结构复杂等。

而PLC可靠性高，抗干扰能力强，配套齐全，

功能完善，适用性强，系统的设计、建造工作量小，维护方便，容易改造，体积小，

重量轻，能耗低且易学易用，深受工程技术人员欢迎，在工业以及其他领域都得到广

泛的应用。

因此，本次花样喷泉的自动化控制也采用PLC控制。

该控制系统选用三菱公司FX系列的PLC。

它体积小,重量轻,使用寿命长,编程和

维护方便,故障率低,通过扩展模块的连接,可以增加输入/输出点数。

为了便于程序清晰明了，分别调用不同的四个花样，采用了子程序调用指令（CALL

P），并通过[SRET]返回原始指令。

不同花样的选择采用手动选择开关，内部通过时间继电器和辅助继电器实现自动

化控制来完成各花样内的循环动作。

2.2PLC的选型

在PLC系统设计时，首先应确定控制方案，下一步工作就是PLC工程设计选型。

工

艺流程的特点和应用要求是设计选型的主要依据。

因此，工程设计选型和估算时，应详

细分析工艺过程的特点、控制要求，控制任务和范围确定所需的操作和动作，然后根据

控制要求，估算输入输出点数、所需存储器容量、确定PLC的功能、外部设备特性等，

最后选择有较高性能价格比的PLC和设计相应的控制系统。

（1）输入输出（I/O）点数的估算

I/O点数估算时应考虑适当的余量，通常根据统计的输入输出点数，再增加10%~20%

的可扩展余量后，作为输入输出点数估算数据。

（2）存储器容量的估算

存储器容量是可编程序控制器本身能提供的硬件存储单元大小，程序容量是存储器

中用户应用项目使用的存储单元的大小，因此程序容量小于存储器容量。

设计阶段，由

于用户应用程序还未编制，因此，程序容量在设计阶段是未知的，需在程序调试之后才

知道。

为了设计选型时能对程序容量有一定估算，通常采用存储器容量的估算来代替。

（3）控制功能的选择

该选择包括运算功能、控制功能、通信功能、编程功能、诊断功能和处理速度等特

性的选择。

根据本课题所设计控制的需求，主要介绍一下几种功能的选择。

1.控制功能

PLC主要用于顺序逻辑控制，因此，大多数场合常