基于三菱plc控制的花式喷泉系统.docx

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基于三菱plc控制的花式喷泉系统

江苏联合职业技术学院镇江分院

镇江高等职业技术学校

毕业设计（论文）

基于三菱PLC控制的花式喷泉系统

系名：

机电工程系

专业：

机电一体化

姓名：

杨进

学号：

102804414

指导教师：

崔守娟

二〇一五年四月

基于三菱PLC控制的花式喷泉系统

专业班级：

1029班学生姓名：

杨进

指导教师：

崔守娟职称：

讲师

摘要：

随着我国的经济状态不断变好，人们越来越富裕，对生活质量的要求有了更高的要求。

所以，在城市规划中的各种公园里建造一些喷泉供人们游览、放松是很有必要的。

，花式喷泉在烈日炎炎的夏天可以起到降低温度和增加湿度的作用；也可以使水体不停地流动，利于水体增加自净能力，防止出现水体黑臭的现象。

在一些大中型城市中，城市建设和园林设计部门对喷泉景观在环境的美化和文化氛围的营造上提出了新的要求。

相关的专业人士出许多优秀的喷泉、水景。

令人眼前一亮、心旷神怡，给人们在视觉、听觉上有了高度享受，得到了良好的社会反映和社会效益。

喷泉设备新产业加工厂的崛起，为喷泉今后的发展提供打下了良好的基础，喷泉水景逐步成为美化城市、改善环境的重要手段。

花式喷泉的核心是PLC，是一种专门为在工业环境下应用而设计的数字运算操作的电子装置。

它采用可以编制程序的存储器，用来在其内部存储执行逻辑运算、顺序运算、计时、计数和算术运算等操作的指令，并能通过数字式或模拟式的输入和输出，控制各种类型的机械或生产过程。

PLC及其有关的外围设备都应该按易于与工业控制系统形成一个整体，易于扩展其功能的原则而设计。

本设计主要以三菱PLC的控制功能，通过对各个开关的控制，来满足人们对视觉的需求，实现了利用三菱PLC控制的花式喷泉的功能，具有接线简便、编程轻松、扩展容易等特点。

当喷泉功能适当增加或减少的需要，只要增加或减少相应的程序和输出功能，想换个地方会比较少，测试结果表明，在实用性方面，灵敏度，精度和可靠性，达到了设计要求。

通过本次设计，我学习到了很多有用的东西，在工作上的认真、细心态度也得到了提高。

并且对相关可编程器件的功能更加了解。

关键词：

花式喷泉三菱PLC开关的控制

Abstract

AsChina's economicstatus willbecomebetter, moreandmorepeoplebecomerich, thedemandsonthequalityoflife havehigherrequirements. So allkindsof parks inurbanplanning,whichwill buildsomefountainforpeopletorelax, watch. Fancyfountain inthe scorchingsunofsummer canreducethe temperatureand increasethehumidity effect; canalsomakethe waterflowing, forwaterselfpurificationabilityincrease toprevent water blackodor phenomenon.

In somelargeandmedium-sized cities, urbanconstructionand LandscapeDesign Departmentofthe fountain inthelandscape tobeautifytheenvironmentandculturalatmosphere ofthe proposednewrequirements. Relevantprofessionals alotofoutstanding fountain, waterscape. Adelightful,delightful, forpeople withahighdegreeof enjoymentinvision, hearing, getagood reflectionofthesocial andsocialbenefits. Many professional fountainequipment processingfactoryand companybegan therapidformationand developmentinthis period, provide laidagoodfoundationfor thefuturedevelopmentof thefountain, thefountain hasgraduallybecomeanimportantmeanstobeautifythecity, improvetheenvironment.

Fancyfountain is thecore ofPLC, is anelectronicdevicedesignedforapplications inindustrialenvironments anddesignofdigitalcomputingoperations. Itcanbeprogrammedusingthememory,usedto performthelogicoperation, sequenceoperation, timing, countingandarithmeticoperationinitsinternalstorageinstructions, and throughdigitalor analoginputandoutput, machineryorproduction processcontrol ofvarioustypes. PLCandits associatedperipheralequipmentshouldbeinaccordance withtheindustrialcontrolsystem iseasyto formawhole, easytoextend itsfunctionsanddesignprinciples.

Thisdesignismainlytothe programmablecontrollerPLCcontrolfunction, throughthe controlofeach switch, to meettheneedsofthepeople of vision, toachievetheuseof programmablecontrollertocontrolthe fountainpatterns function, hasthecharacteristicsof simple wiring, easyprogramming, easytoexpand etc.. Whenthe fountains function increaseordecreasetheneedforappropriate, aslongasthe increaseordecrease thecorresponding programandoutputfunction,wanttochangetheplace willberelatively less, thetestresultsshowthat, intermsof practicability,sensitivity, accuracyand reliability, havereached the designrequirements. Throughthisdesign, Ilearnedalotof usefulthings onthejobin earnestandcareful attitude hasalsobeenimproved. Andthe programmabledevice tobetterunderstandthe function.

Keywords:

 PLCswitch control figurefountain

1引言

1.1本课题的研究背景

喷泉原本是一种天然景观，而现在园林中的很多喷泉，是为了造景的需求，人为建设的喷水装置。

喷泉能够润湿空气，减少周围的尘土。

喷泉有益于改进城市的面貌、促进居民身心健康。

随着我国人民物质和精神生活的质量水平越来越好，如今很多城市的市民广场、住户生活区里都能看到各种形式的喷泉。

喷泉效益绚丽多彩，婀娜多姿，令人心旷神怡、乐不思蜀。

喷泉的增湿降温在炎热的夏季效果；氧，对水体自净能力的提高，防止黑臭水体的影响。

花式喷泉运转的灵活性是评估花式喷泉好坏的枢纽，而这与花样喷泉的控制系统血肉相连。

花式喷泉能够按照自身的设计，设计出许许多多的花样，加之灯光，能给人有种完美的视觉享受。

1969美国数字设备公司研制出世界上第一本书的可编程控制器，并成功应用于美国生产线。

但这是唯一合乎逻辑的，故称为可编程逻辑的时期，70年代后期，微电子技术和计算机技术的迅猛发展，使可编程序控制器从开关量的逻辑控制扩展到数字控制及生产过程控制域，成为一种电子计算机工业控制设备，故称为可编程控制器。

可编程控制器是由继电器逻辑控制系统的开发，所以它具有很大的优势，在数学处理和顺序控制。

同时它的确在集成电路、计算机技术的基础上发展起来的一中新式产业控制设置。

具备功效强、可靠性高、设备灵活、使用方便以及体积小、重量轻等优点，普遍应用于自动化控制的各个领域，并已成为达成工业生产自动化的支柱产品。

与继电——接触器体系相比较系统更为靠得住；易于在现场变更标准；便于使用、维护、修整；执行器可以直接推动电磁阀，接触器配合中央执行机构；能向中央数据处理系统直接传输数据等。

于是，进行花式喷泉控制系统的设计，能够促使喷泉行业的发展，扩展可编程序控制器在自动控制领域的应用，拥有一定的经济和理论研究的价值。

1.2课题研究目的及意义

本次的设计是叙述如何使用三菱FX2N系列控制花式喷水的喷水模式，使其产生相对应的形态。

PLC控制下的喷泉，各种各样的水样，给人以美的视觉享受。

本设计的主要目的是通过对自动化生产设备的研究，生产线自动化，过程控制，对PLC的各种控制要求的生产过程清晰。

按照要求完成调试，并对设备的阶梯式设计，系统接线图的设计选择，使我们在毕业设计的整个过程中，进一步明确了设计任务的要求，创建机电体系设计工作的总体概念，从工程情况、达成技术措施和操作方式的各个环节着手来设计控制系统，经过连续的调试和完善硬件设计，最后可以满足这些要求。

此次课程设计不但培养咱们的工程应用功能，单独完成事情的能力外，还培养了我们文献检索的能力和对所学知识的综合运用的能力，为我们毕业后能有个良好的工作能力奠定了基础。

2喷泉的介绍

2.1喷泉的发展

2.1.1我国喷泉的发展趋势

自古以来，喷泉是广泛应用于中国园林景观的建设，但在技术方面，只有压力或利用天然地形，和反射池，泉水，溪流，瀑布，壁流，景观形式单一。

在第二十世纪，八十年后，随着改革开放的春风，经济的快速复苏和可持续发展，人民生活稳步。

在一个大城市的城市，建筑和景观在粉饰和文化氛围建设的喷泉景观环境设计部门提出了新的要求。

一些园林，水利设计院，科研院所和高校，根据土木工程结构，给排水，电气控制等传统的专业技术，结合先进的单片机，通过电磁阀和直流电机的速度控制变量执行，设计出很多优良的喷泉、水景。

是享受耳目一新，高度视觉，获得社会和社会效益好的反思。

在这期间，一些喷泉设备专业加工厂和公司开始建立，发展，为专业发展提供动力源泉，奠定了基础。

喷泉水景渐渐成为粉饰城市改进环境的重要手段。

在第二十世纪后九十年，社会主义市场经济的快速发展，城市建设速度加快，人们追求高品质的文化生活和优美的环境。

喷泉走进到人们的生活中，在各个社会活动场合、公园、园林的围墙和广场的中心都能见到它的身影。

促进市场经济的喷泉设计和制造业已经进入了一个快速发展的新的世界。

专业的研究人员，计算机技术，信息技术，以及声，光，电，火，雾，音乐，电影，激光技术应用于喷泉，喷泉技术产业迈上新台阶，开拓了宽阔的应用空间，喷泉行业获得了飞速发展。

2001年中国建筑金属结构协会、供水排水设备分会建立了水景喷泉专业委员会，行业机关为城镇、园林的主管部门、设计院、所及专业出产厂商、公司提供服务，促进喷泉行业健康有序地发展。

相关专业的老师同学们认真研究学习该课程，为喷泉行业的往后发展提供了知识贮备，喷泉行业发展进入到一个新的阶段。

2.1.2喷泉的应用状况

随着人们生活水平的提高，不断丰富人们的精神生活，景观效果的作用，对环境保护提出了新的要求，喷泉，休闲功能。

在润版液的生产，短短几年时间，从手工绘制的CD工作室图像是三维动画动态喷淋系统的发展，计算机技术极大地丰富和拓展学生的思维空间。

快速，直观，易于储存，便于修改快速施工及验收等，成为一个不可或缺的内容，设计招标的喷泉。

喷泉的特殊产品，配置也在不断的推陈出新，新材料和新技术的选择，环保的产品更安全，可靠，服务周到，实时的客户服务，这些都为喷泉的良性发展供给了技能支柱，使得大多数的喷泉在美化环境以外，还发挥了杰出的生态效应社会效益和广告效应等间接的经济效益。

一些大城市主题喷泉气势磅礴，蔚为壮观，放弃了团结的感觉，气势磅礴，成为城市地标像大雁塔音乐喷泉有西安，提升城市的精神高度。

在广场和公园的大型喷泉，联合了多种技能，构成了很多使人留恋忘返的喷泉，像激光音乐喷泉，火焰音乐喷泉，结合水幕电影的中心喷泉，既动感实足，又富有诗意，声，光，电，火，雾，给人以无限的，丰富多彩的视觉效果。

在购物中心，商业广场景观喷泉，放松，舒适的氛围，给人一种喜悦感，还能降低加湿空气的温度。

随着越来越多的高端住宅，小区景观喷泉也逐渐进入人们的生活，与假山，湖泊景观，中老年人，人喜欢安静，优雅的风格，也适合儿童，趣味十足的形式。

商场，餐馆，小喷泉和别致，既调节室内气候，加上风景如画。

基于大型建筑与自然地形建造的人工瀑布和水的人们感到新鲜和另一种魅力景观。

喷泉在电视和大型歌舞上频频出现，水形烘托着演出的效果给人眼前一亮的感觉。

喷泉美食走进办公室和起居室，室内装饰添加动态。

喷泉是艺术和技术的结合物，建筑艺术，园林艺术，艺术再到人文，文学艺术，音乐和艺术可以包含在喷泉的设计，创造。

许多优秀的作品都注重喷泉设计风格要与周边的环境、建筑物风格相一致，注意本地人文、文明心理，因此好的方案设计是至关重要的，这样它的出发点才是成功的。

2.2喷泉的种类

经过长时间的发展分为两类喷泉，一个是自然地形结构域的使用，因为适当的模拟自然水景建设，如：

壁泉、涌泉、雾泉、管流、溪流、瀑布、水帘、跌水、水涛、漩涡等。

另一种是将完全采用高科技的喷泉，用在建筑领域中近年来的水，发展速度很快，许多品种，如音乐喷泉、跑泉、干池旱泉、水幕电影、移动浮圈、喷火水泉、激光喷泉等等。

2.3喷泉中的一些新技术

漂浮式：

喷泉管道系统安装在浮箱，所以喷泉设备操作不受季节性水位的影响。

浮动喷泉，安装技术和强大的制造业，而且维修方便，易维护。

在大型天然湖泊或各类人工湖中广泛使用。

跑泉：

跑泉：

多个喷嘴，时序控制，形成水的瞬时变化。

可以跑，跳，波动的形状，并能形成水，雄伟的固定形状，变化多端。

水幕激光：

采纳特别的入映机播放，利用的影片也是特意为水幕电影特制的影带。

因为电影屏幕是一层水膜，所以会出现在电影屏幕上的特殊光学效应，视觉穿透力可以是一个立体的画面，影片的内容可与水结合的更聪明，一种身临其境的感觉喜欢幻想。

3PLC的简介

3.1PLC的发展历史

发源：

1968年美国通用汽车公司提出了将继电器控制装置取代的要求。

1969，美国数字设备公司的生产线试产成功，由电气控制的首选方案，这是第一代可编程控制器，可编程，是世界上公认的第一台PLC。

1969年，美国研制出世界第一台PDP-14

1971年，日本研制出第一台DCS-8

1973年，德国研制出第一台PLC

1974年，中国研制出第一台PLC

发展：

上世纪第二十年代和70年代早期的微处理器。

此时的PLC为微机技术和继电器通常控制观念相结合的产品。

个人电脑的发展，为特征的简单反应和可编程控制器。

在第二十世纪的最后70年，可编程控制器的输入阶段，计算机技术的发展，介绍了可编程控制器，大跃进的影响。

20世纪80年代至90年代中期，是PLC发展最快的时期，年增长率一直保持为30~40%。

在这期间，PLC在处理模拟量能力、数字运算能力、人机接口能力和收集能力获得大幅度提高，PLC逐渐投入进程控制范畴，在一些应用过程控制领域替代占主导地位的DCS系统。

20世纪末期，可编程控制器的发展特征是更加适合于现代工业的需求。

这个期间发展了大型机和超小型机、出现了许许多多的特殊功能单元、出产了各类人机界面单元、通讯单元，使应用可编程控制器的工业控制设备的配套更为简易。

3.2PLC的工作原理

（1）：

PLC循环扫描方式工作。

PLC在运行状态时，先进行内部处理，再通信操作、程序输入、程序执行、最后程序输出，以上述方式不停地循环扫描工作。

注意：

PLC是从上往下的扫描过程，程序在执行的过程中即使输入发生某一些变化，输入状态映象寄存器的内容也不会改变，必须等到输入处理阶段的下一周期的时候才能转变。

循环扫描过程如下：

（2）工作过程：

一般由内部处理阶段、通讯操作阶段、输入处理阶段、程序执行阶段、输出处理阶段组成。

①内部处理阶段：

首先PLC会检查CPU模块的硬件的工作状态正常与否，并且会复位监视定时器，完成其它的一些内部工作。

②通信服务阶段：

PLC和智能通信模块，响应式编程命令，创新显示可编程器件的内容，当PLC停止工作时，只会执行内容处理和通信操作等。

③输入处理：

输入处理也叫输入采样。

输入映像寄存器是创新，然后进入程序执行阶段。

④该计划的执行：

根据PLC程序按照扫描，先左后右的顺序，第一步后，步进扫描，程序的执行。

但遇到程序跳转指令，则按照跳转条件是否满足来决定程序的跳转地址。

若用户程序涉及到输入输出状态时，PLC从输入映象寄存器中读出上一阶段采入的对应输入端子状态，从输出映象寄存器读出对应映象寄存器的当前状态。

根据用户程序的逻辑运行，运行结果反馈给相关设备寄存器。

⑤输出处理：

程序实行后，将输出映象寄存器，即元件映象寄存器中的Y寄存器的状态，在输出处理阶段转存到输出锁存器，通过隔离电路，驱动功率放大电路，输出的控制信号输出端到外面的世界，启动外部负载。

（3）PLC的运行方式：

①运行模式：

当处于运转工作模式时，PLC要进行从内部处理、通信服务、输入处理、程序处理、输出处理，然后按上述过程循环扫描工作。

在运行模式下，PLC经过重复执行反映控制要求的用户程序来实现控制功能，为了使PLC的输出及时地响应随时可能变化的输入信号，不断地反复执行，直至PLC停机或切换到STOP工作模式。

注：

工作周期，这种周而复始的称为扫描模式。

②停止模式：

PLC在停止状态时仅执行内部处理和通讯服务等内容。

3.3PLC的编程语言

（1）梯形图：

梯形图编程语言习惯上叫梯形图，梯形图程序设计语言是常用的控制系统，基于简化的标记和电气继电接触器控制逻辑的演进，具有形象，直观，实用，易于接受的电气技师，是目前最常用的PLC编程语言。

（2）指令表：

这类编程语言是一种与计算机汇编语言相类似的助记符编程方式，用一系列操作指令构成的语句表将控制流程热核出来，并通过编程器送到PLC中去。

（3）顺序功能图：

（3）顺序功能图：

IEC标准的SFC（顺序功能图）语言，对于复杂的顺序控制程序的编制。

使用这种先进的编程，初学者可以迅速使一个复杂的顺序控制程序，大大提高了工作效率，同时也带来了许多单词进行调试，方便。

（4）状态转移图：

类似于顺序功能图，复杂的控制系统，进一步简化编程。

（5）逻辑功能：

它基本上是在数字电路与逻辑图的逻辑表达。

一个函数图表示的一般计算。

控制逻辑”和“共同的”，或“，”非“三的功能来完成。

（6）高级语言：

近几年推出的PLC，尤其是大型PLC，已开始使用高级语言进行编程选用高级语言编程后，用户能够象使用PC机一样操作PLC。

除了功能能完成逻辑运算的功能，还可以调节PID控制，数据采集与处理，通信等。

3.4PLC的主要功能

PLC是一种使用面很广、发展十分迅速的工业自动化装置，在工场自动化（FA）和计算机集成建造系统（CIMS）内占重要地位。

输入、输出接口调节功能；PLC系统有如下功能：

1）多种控制功能；

2）数据

3）人机界面功能；

4）采集、存储与处理功能；

5）通信联网功能；

6）编程、调试功能。

选用PLC能很明显缩少设计、编程和投产周期，进一步降低总价格。

随着现场总线的PLC产品的发展，将再次创新，更好的满足工业及民用控制的需要。

3.5PLC发展状况及趋势

有现代的PLC主要发展趋势：

一是小，更小，更快，更强大和更便宜的开发；另外向大型网络化、高可靠性、好的兼容性和多功能方面发展。

（1）大型网络化

集散控制系统的发展方向，具有DCS系统的一些功能。

网络化和通讯能力强是PLC发展的一个重要方面，向下可将多个PLC、I/O框架相连接，向上与工业计算机、以太网、MAP网等相连接构成工厂全部的自动化控制系统。

（2）多功能

随着自调整、步进电机控制、位置控制、伺服控制等模块的涌现，使PLC控制领域更为宽阔。

4花式喷泉的总体设计方案

4.1花式喷泉控制要求

4.1.1花式喷泉控制的几种模式

如图（a）所示，1号、2号、3号、4号依次为外环喷头、一次外环喷头、内环喷头和中间喷头。

如图（b）所示，当按下总电源开关后可以启动设备。

①按下启动按钮，花式喷泉控制装置开始工作，按下停止按钮，喷泉控制装置停止运行。

②喷泉的工作方式由选择开关和单步/连续开关决定。

③选择开关用于选择喷泉的喷水花样。

4.1.2花式喷泉各种模式的动作状态

模式一：

当选择开关在位置“1”处，按下启动按钮，4号、3号、2号和1号喷头以运行2s、间隔1s的方式依次喷水，再过5s后，如果选择单步工作模式，则设备停止；若为连续工作模式，则继续循环下去。

模式二：

当选择开关在位置“2”处，按下启动按钮，1号、2号、3号和4号喷头以运行2s、间隔2s的方式依次喷水，再过10s后，如果选择单步工作模式，则设备停止；若为连续工作模式，则继续循环下去。

模式三：

当选择开关在位置“3”处，按下启动按钮，1号、2号喷头同时喷水，5s后，3号、4号喷头同时喷水，再过15s后，如果选择单步工作模式，则设备停止；若为连续工作模式，则继续循环下去。

模式四：

当选择开关在位置“1”处，按下启动按钮，1号、2号、3号和4号喷头以运行2s、间隔3s的方式依次喷水，再过5s后，再以运行2s、间隔4s的方式依次喷水，再过20s后，如果选择单步工作模式，则设备停止；若为连续工作模式，则继续循环下去。

4.2PLC型号的选择

当系统较小时一般不需要扩展；而系统较大时，就要扩展。

同时，有些厂家产品的个别指令不支持扩展模块，因此，在进行软件编制时要注意。

当选用温度等模拟模块时，各厂家也