PLC的自动喷泉设计.docx

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PLC的自动喷泉设计

目录

1绪论2

2喷泉的设备选择3

2.1PLC机型的选择3

2.2变频器的选型3

2.3转矩的匹配4

2.4水泵的选择4

3系统总体设计方案5

3.1系统硬件配置及组成原理5

3.2喷泉的喷水控制要求5

3.3系统I/O分配表7

3.4外部接线图8

3.6梯形图8

结束语14

参考文献16

致谢17

1绪论

PLC，即ProgrammableLogicController，可编程逻辑控制器，一种数字运算操作的电子系统，专为在工业环境应用而设计的。

它采用一类可编程的存储器，用于其内部存储程序，执行逻辑运算，顺序控制，定时，计数与算术操作等面向用户的指令，并通过数字或模拟式输入/输出控制各种类型的机械或生产过程。

是工业控制的核心部分。

早期的可编程控制器称作可编程逻辑控制器（ProgrammableLogicController,PLC），它主要用来代替继电器实现逻辑控制。

随着技术的发展，这种采用微型计算机技术的工业控制装置的功能已经大大超过了逻辑控制的范围，因此，今天这种装置称作可编程控制器，简称PC。

但是为了避免与个人计算机（PersonalComputer）的简称混淆，所以将可编程序控制器简称PLC,PLC自1969年美国数据设备公司（DEC）研制出现，现行美国，日本，德国的可编程序控制器质量优良，功能强大。

本次设计的课题主要应用于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，供人们休闲、观赏。

自动喷泉控制的实现方法很多，本设计题目为基于可编程控制器（PLC）的喷泉控制系统，用PLC进行控制不仅能够进行多种水型切换，而且能将各种水型、灯光按预先设定的排列组合进行控制程序的设计，通过计算机运行控制程序发出控制信号，使水型、等过实现多姿多彩的变化。

通过上位机（PC）与PLC之间的通讯来监控喷泉的状态与效果，进而控制电动机，以达到顺利实现工业控制的要求及目的，同时还要达到低功耗、高性价比、运行可靠等基本要求。

2喷泉的设备选择

2.1PLC机型的选择

PLC的选择主要应从PLC的机型、容量、I/O模块、电源模块、特殊功能模块、通信联网能力等方面加以综合考虑。

PLC机型选择的基本原则是在满足功能要求及保证可靠、维护方便的前提下,力争最佳的性能价格比。

选择时应主要考虑到合理的结构型式,安装方式的选择,相应的功能要求,响应速度要求,系统可靠性的要求,机型尽量统一等因素。

PLC主要有整体式和模块式两种结构型式。

整体式PLC的每一个I/O点的平均价格比模块式的便宜,且体积相对较小,一般用于系统工艺过程较为固定的小型控制系统中；而模块式PLC的功能扩展灵活方便,在I/O点数、输入点数与输出点数的比例、I/O模块的种类等方面选择余地大,且维修方便,一般于较复杂的控制系统。

PLC系统的安装方式分为集中式、远程I/O式以及多台PLC联网的分布式。

集中式不需要设置驱动远程I/O硬件,系统反应快、成本低；远程I/O式适用于大型系统,系统的装置分布范围很广,远程I/O可以分散安装在现场装置附近,连线短,但需要增设驱动器和远程I/O电源；多台PLC联网的分布式适用于多台设备分别独立控制,又要相互联系的场合,可以选用小型PLC,但必须要附加通讯模块。

PLC是为工业自动化设计的通用控制器,不同档次PLC的响应速度一般都能满足其应用范围内的需要。

如果要跨范围使用PLC,或者某些功能或信号有特殊的速度要求时,则应该慎重考虑PLC的响应速度,可选用具有高速I/O处理功能的PLC,或选用具有快速响应模块和中断输入模块的PLC等。

2.2变频器的选型

变频调速技术是针对固定工频而采取的高效节能措施，工频（50Hz）是发电的最佳频率，但它并非是所有用电设备的最佳工作频率，因而导致许多设备长期处于低频率、低功率引述运行状态。

占全国耗电2/3的交流电动机目前大多数还在工频、恒速下运动，运行效率只有60%左右。

为了提高效率，所以在本设计中用到变频器。

变频器是利用电力半导体器件的通断作用将工频电源变换为另一频率的电能控制装置。

我们现在使用的变频器主要采用交——直——交方式（VVVF变频或矢量控制变频），先把交流电源通过整流器转换成直流电源，然后再把直流电源转换成频率、电压均可控制的交流电源以供给电动机。

整流部分为三桥式不可控整流器，逆变比分为IGBT三相桥式逆变器，且输出为PWM波形，中间直流环节为滤波、直流储能和缓冲无功功率。

变频器选型时要确定以下几点：

（1）采用变频的目的：

恒压控制或恒流控制等。

（2）变频器的负载类型;如叶片泵或容积泵等，特别注意负载的性能曲线，性能曲线决定了应用时的方式方法。

（3）变频器与负载的匹配问题：

1.电压匹配：

变频器的额定电压与负载的额定电压相符。

2.电流匹配：

普通的离心泵，变频器的额定电流与电动机的额定电流相符。

对于特殊的负载如深水泵等需要参考电机的性能参数，以最大电流确定变频器电流和过载能力。

2.3转矩的匹配

这种情况在恒转矩负载或又减速装置时有可能发生。

本设计是通过变频器苏调技术来控制每环喷水的高度。

我选用的是FR-S520（E）系列变频调速器。

2.4水泵的选择

泵是一种面大量广通用型号机械设备，它广泛地应用于石油、化工、电力、冶金、矿山、选船、轻工、农业、民用和国防各部门，在国民经济中占有重要的地位。

泵的电能消耗起了积极作用。

但是目前在国民经济各个领域中，由于选型不合理，许多的泵处于不合理运行状况，运行效率低，浪费了大量能量。

还有的泵由于选型不合理，根本不能使用，或者使用维修成本增加，经济效益低。

由此可见，合理选泵对节约能源同样具有重要意义。

所谓合理选泵，就是要综合考虑泵机组和泵站的投资和运行费用等综合性的技术经济指标，使之符合经济、安全、适用的原则。

3系统总体设计方案

3.1系统硬件配置及组成原理

图1花式喷泉控制系统原理图

图2花式喷泉模拟装置

3.2喷泉的喷水控制要求

当按下启动按钮时候，系统进入工作状态，可以选择四种花样的任意一种进行工作。

如果按下停止按钮，无论系统在哪一个工作状态，都要停止。

样式一：

按下启动按钮X0，再按下K1选择花样喷泉1模式；

2、3、8同时先喷；

2s后12、14、15同时喷；

2、3、8、12、14、15持续喷10秒；

重复循环

--

步骤。

样式二：

按下K2选择花样喷泉2模式；

1、4号喷头先喷，3s后6号喷；

3s后10号喷头喷，3s后16号喷；

1、4、6、10、16同时喷20s；

重复循环

--

步骤。

样式三：

按下K3按钮选择花样喷泉3模式；

5、7号喷头先喷，3s后9号喷；

3s后11号喷，2s后13号喷；

同时喷16s后，5、7、9、11、13号都停；

重复循环

--

步骤。

样式四：

按下K4选择花样喷泉4模式

1、7、13同时先喷；

5s后2、8、14同时喷；

5s后5、9、15同时喷；

55s后4、10、16再喷；

⑥16个喷头同时喷3s；

5重复②--⑥步骤。

3.3系统I/O分配表

表1I/O分配表

现场器件

输入点

现场器件

输出点

启动按钮SB1

I0.0

1号喷头

Q0.0

停止按钮SB2

I0.1

2号喷头

Q0.1

花样选择开关K1

I0.2

3号喷头

Q0.2

花样选择开关K2

I0.3

4号喷头

Q0.3

花样选择开关K3

I0.4

5号喷头

Q0.4

花样选择开关K4

I0.5

6号喷头

Q0.5

7号喷头

Q0.6

8号喷头

Q0.7

9号喷头

Q1.0

10号喷头

Q1.1

11号喷头

Q1.2

12号喷头

Q1.3

13号喷头

Q1.4

14号喷头

Q1.5

15号喷头

Q1.6

16号喷头

Q1.7

3.4外部接线图

图3系统外部接线图

3.6梯形图

I0.0闭合，M0.0得电，系统启动，I0.0断开，M0.0失电，系统停止

按下K1选择花样喷泉1模式，触点I0.2闭合，M0.1得电，M0.1常开闭合，M0.1常闭断开，Q0.1Q0.2Q0.7灯2,3,8亮，同时T37开始计时

当T37计时满2s时，T37常开闭合，Q1.3Q1.5Q1.6得电，灯12,14,15亮，同时计时器T38计时满时，T38常闭断开，T37,T38复0，系统重新从网络三运行，如此形成循环，只有当停止按钮按下时，系统推出循环。

按下K2选择花样喷泉2模式；触电I0.3闭合，M0.2得电，M0.2常开闭合，常闭打开，输出Q0.0Q0.3得电，灯1，4亮，同时计时器T39开始时

当T39计时器计时满时T39常开闭合，输出Q0.5得电，灯6亮，同时T40开始计时，当T40计时器计时满3s后，T40常开闭合，输出Q1.1得电，灯10亮，同时T41开始计时

当T41计时满3S后，T41常开闭合，输出Q1.7得电，等16亮，同时T42开始计时，当T42计时满20S后，T42常闭断开，此时T39T40T41T42将同时清零，系统转入网络六循环执行，只有当按下停止按钮时，系统退出循环。

按下K3按钮选择花样喷泉3模式，触电I0.4闭合，M0.3得电，M0.3常开闭合，常闭断开，输出Q0.4Q0.6得电，灯5,7亮，同时计时器T43开始计时

当计时器T43计时满3S后，T43常开闭合，输出Q1.0得电，灯9亮，同时T44开始开始计时，当T44计时满3S后，T44常开闭合，输出Q1.2得电，灯11亮，同时计时器T45开始计时。

当计时器T45计时满2S后，T45常开闭合，输出Q1.4得电，灯13亮，同时计时器T46开始计时，当T46计时满16S后，T46常开闭合，常闭打开，此时所有输出Q都被置零，灯都处于熄灭状态，同时，定时器T43T44T45T46都被清零，系统转入网络11循环执行，只有当停止按钮按下时，系统推出循环。

按下K4选择花样喷泉4模式，常开触电I0.5闭合，输出M0.4得电。

M0.4常闭断开，常开闭合。

输出Q0.0Q0.6Q1.4得电，灯1，7，13亮，同时计时器T47开始计时。

当计时器T47计时满5S后，T47常开闭合，输出Q0.1Q0.2Q1.5得电，灯2,8,14亮，同时定时器T48开始计时。

当定时器T48计时满5S后，T48常开闭合输出Q0.4Q1.0Q1.6得电，灯5,9,15亮，同时定时器T49开始计时。

当定时器T49计时满5S后，T49常开开关闭合，输出Q0.3Q1.1Q1.7得电，灯4,10，16亮，此时所有的输出Q都被置1，所有的灯都亮，同时定时器T50开始计时。

当定时器T50计时满3s后，T50常闭打开，此时定时器T47T48T49T50被清零，系统转入网络17循环执行，只有当停止按钮按下时系统才会推出循环。

结束语

本次课程设计的题目是基于三菱PLC的课程设计，设计课题贴近生活，联系生活实际，使我认识到了这门课程的重要性，在课程设计的中间过程，我遇到了很多的困难，但是这些困难使我的收获也是很大的，通过这次课程设计，使我更加懂得了查阅资料的重要性，要不断的更新自己头脑中的知识，是自己看清楚最新的科研学术成果，保持在这门课的前沿位置。

通过这次课程设计，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。

但是，通过这次的课程设计也使我发现了很多的自身的不足之处，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，虽然大学生活再有一年就要结束了，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。

参考文献

[1]周军.电气控制及PLC[M].北京:

机械工业出版社,2001.:

P55-127

[2]、《PLC操作实训》孙德胜、李伟机械工业出版社2007.8:

P148-P164.

[3]、《PLC编程及应用》廖常初机械工业出版社2002:

P95-P103.

[4]、齐从谦.PLC技术及应用[M].北京机械工业出版社,2002：

P95-P103.

[5]、《流行PLC实用程序及设计》贺哲荣石帅军西安电子科技大学出版社2006:

P78_105

致谢

通过本次课程设计，我遇到了很多的困难，但是这些困难并不难把我逼退，在我的董海兵老师的帮助下，我顺利的解决了，在这里感谢董老师的帮助，当然，在课程设计的过程中，也得到了很多的同学的热心的帮助，同样感谢这些帮助我的同学。