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大型广场喷泉PLC控制系统设计

毕业设计（论文）

设计题目：

大型广场喷泉PLC控制系统的设计

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年月日～年月日

摘要

电气工程是电气工业的产物，本课题研究了可编程控制器（PLC）在大型广场喷泉控制系统中的应用。

在全球经济发展的大环境下，中国各个行业被其他国家的先进技术影响的同时，越来越多的外国企业和品牌传播到中国已经成为现实。

基于PLC的大型广场喷泉控制系统的发展与人类社会的进步和科学技术的水平密切相关,所以本次的设计对于大型广场喷泉控制系统的研究和发展来说具有现实意义。

本文利用PLC对大型广场喷泉PLC控制系统进行，通过使用PLC，可以大大减少了系统对其它元器件的使用，使系统接线简单、检修维护方便快捷、可靠性提高，增进了系统的先进性。

关键词：

大型广场喷泉，PLC，控制系统，先进性

Abstract

Thispaperisbasedonthemachinerydesignandmachinery（PLC）principleandthe3ddrawingsoftwareandrelatedknowledgeandtheory,bycollectingrelevantdataofsewingmachineandreadingtherelatedliteraturebooksandreferringtothesewingmachineinthetailorshop,firstofall,duePLCuesethemainpartsinstitutionalmodelofthesewingmachine,secondlyusetheSolidworksdrawingsoftwaretoconductthepartmodelingwhichwasdesignedwell.

ThispaperuseandtheconductassemblydesignwhichthePLCpartswasbuilt,getthecorrespondingassemblymodel,finallyconductmovementsimulationtothecorrespondingassemblymodel.

Keywords：

sewingmachine,PLC,partmodeling,assembly

目录

摘要I

AbstractII

1绪论1

2本课题研究的目的、意义1

3国内外发展现状2

4PLC控制系统简介3

4.1PLC的定义4

4.2PLC的控制原理5

4.3PLC的分类6

4.4PLC型号的选择6

5系统硬件的设计7

5.1大型广场喷泉的I/O分配7

5.1.1PLCI/O分配简介8

5.1.2开关量输出模块的选择9

5.1.3模拟量I／O模块的选择10

5.1.4特殊功能模块的选择11

5.1.5系统I/O分配表12

5.2PLC外部接线图的设计13

6系统软件设计14

6.1系统控制流程图15

6.2设计PLC控制梯形图程序17

结论18

致谢19

参考文献20

1绪论

电气工业是一个国家的重要产业，电气工业的发展无时不刻都在影响着国家经济的发展，人类的进步离不开电气工业的发展。

在全球经济发展的大环境下，中国各个行业被其他国家的先进技术影响的同时，越来越多的外国企业和品牌传播到中国已经成为现实。

在新的市场需求的推动下，对物料进行改良和优化是当务之急。

有大型物料拾取装置生产企业对该装置的安全指标的有着一定生产的严格要求。

在生产设备的企业，充分考虑到在设备运行中可能出现的问题，从而减少噪声污染引起的振动或不当操作设备的现象等。

可编程序控制器（PLC）是一种新型的通用的自动控制装置，它将传统的继电器控制技术、计算机技术和通讯技术融为一体，是功能加强、编程简单、使用方便以及体积小、重量轻、功耗低等一系列优点。

PLC的应用领域已经拓宽到了各个领域，PLC的发展历程在工业生产过程中，大量的开关量顺序控制，它按照逻辑条件进行顺序动作，并按照逻辑关系进行连锁保护动作的控制，及大量离散量的数据采集。

在传统上，这些功能是通过气动或电气控制系统来实现的。

PLC最基本最广泛的用于开关量的逻辑控制，它取代传统的继电器电路，实现逻辑控制，顺序控制，既可用于单台设备的控制，也可用于多机群控及自动化流水线。

如注塑机，印刷机，订书机，组合智能窗帘，磨床，包装等。

目前，PLC在国内外已广泛应用于钢铁，石油，化工，电力，建材，电气制造，汽车，轻纺，交通运输，环保及文化娱乐等各个行业，使用广泛。

2本课题研究的目的、意义

用PLC控制系统解决我国大型广场喷泉的控制策略是最有希望的、最有效可行的途径。

大型广场PLC控制系统应用市场前景广阔，除在一些大型的户外广场得到普遍应用外，还可用于室内广场的喷泉控制系统等领域。

从发展角度看，城市大型广场喷泉PLC控制系统的设计不应由业主考虑，而应与建筑设计开发同时进行。

在此基础上设计出了大型广场喷泉PLC控制系统。

在电子技术飞速发展的今天，有必要而且有可能采用新技术对原电气控制系统进行改造，以提高可靠性，并实现系统的自动控制，提高大型广场喷泉稳定性。

可编程控制器由于可提供使用的时间继电器和中间继电器相当多，而且其常开常闭触点可多次重复使用，使得我们在编程中可以随心所欲。

用内部编程“软元件”取代继电器逻辑控制电路中大量的时间继电器和中间继电器，简化控制线路、有效提高系统的可靠性，是PLC的突出特点。

目前，我国大部分大型广场喷泉控制部分，往往需要大量的中间继电器和时间继电器来满足生产工艺要求，结果使电路设计复杂、繁琐，故障时有发生，给使用和日常维护带来了很大的不便。

大型广场喷泉是大型广场喷泉控制系统热利用中商业化程度最高、应用最普遍的技术。

但是在大型广场喷泉自动控制系统中大多采用PLC控制，PLC开发价格较高，而PLC开发价格便宜。

选用PLC控制，它具有速度快，可靠性高，体积小，功能全，编程简单的特点。

通过改进或完善已有大型广场喷泉控制系统的不足，设计开发新型大型广场喷泉PLC控制系统。

3国内外发展现状

大型广场喷泉作为大型广场的必备措施，经过了多年的发展，经历了一下几个发展阶段：

第一阶段：

1897年，第一个大型广场喷泉专利在美国诞生，用的是单片机控制喷泉的喷水。

此阶段可以算作是雏形阶段，大概时间可以算作是1920年以前，而1920年以后的近30年内，二次世界大战爆发，基于PLC控制系统的大型广场喷泉的设计开发占主导地位。

第二阶段：

1955年以色列泰伯等在第一次国际广场喷泉科学会议上提出选择性的基础理论，1960年，在美国佛罗里达建成世界上第一个用PLC控制的大型广场喷泉控制系统，1965年以后的10年，大型广场喷泉系统的研制工作停滞不前，主要原因是PLC利用技术处于成长阶段，尚不成熟，并且投资大，效果不理想，难以与常规控制系统竞争，因而得不到公众、企业和政府的重视和支持。

这个时期内，我国的大型广场喷泉控制系统的控制系统和组成结构还不完善。

第三阶段：

1973年，中东战争爆发，广场的花式建筑理念受到重视，世界各国出现了开发喷泉控制系统的热潮，此后的20年，广场喷泉控制系统的开发利用工作处于前所未有的大发展时期，各种研究成果在这个时期出现。

大型广场喷泉也逐步走向成熟化和商业化。

而80年代后10年，大型广场喷泉控制系统发展又进入低谷，主要原因是：

世界金融危机的出现迫使价格大幅度回落，而大型广场喷泉控制系统产品价格居高不下，缺乏竞争力；大型广场喷泉控制系统技术没有重大突破，提高效率和降低成本的目标没有实现，以致动摇了一些人开发利用大型广场喷泉控制系统的信心；核电发展较快，对大型广场喷泉控制系统的发展起到了一定的抑制作用。

但研发工作在大量削减的研发经费等不利影响下，并未停止。

第四个阶段：

1992年世界环境与发展大会在巴西召开，各国对大型广场喷泉控制系统的研发重新重视，大型广场喷泉控制系统光热在我国推广成为典范，走了特色的低端线路：

大型广场喷泉。

成为唯一一个不需要政府支持而能够自我良性发展的大型广场喷泉控制系统光热利用案例。

以上是国际大型广场喷泉发展历程，参照大型广场喷泉控制系统发展历程编辑。

如果是国内的发展阶段，好像没人总结过。

不过可以按照大型广场喷泉控制系统国标的规定来界定。

在此不再陈述。

4PLC控制系统简介

PLC即可编程控制器（Programmable Logic Controller），是指以计算机技术为基础的新型工业控制装置。

在1987年国际电工委（InternationalElectrical Committee颁布的PLC标准草案中对PLC做了如下定义;PLC英文全称Programmable Logic Controller，中文全称为可编程逻辑控制器，定义是：

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电气或生产过程。

4.1PLC的定义

PLC即可编程控制器（Programmable Logic Controller），是指以计算机技术为基础的新型工业控制装置。

在1987年国际电工委员会（InternationalElectricalCommittee颁布的PLC标准草案中对PLC做了如下定义;PLC英文全ProgrammableLogicController，中文全称为可编程逻辑控制器，定义是：

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电气或生产过程。

PLC是可编程逻辑控制电路，也是一种和硬件结合很紧密的语言，在半导体方面有很重要的应用，可以说有半导体的地方就有PLC。

4.2PLC的控制原理

PLC就是可编程控制器，简单说应用在控制系统中的专用的“计算机”，根据控制逻辑编写控制程序装入PLC，PLC可以替代过去老式的继电器逻辑控制电路，性能稳定可靠，修改逻辑关系方便，已经在控制系统中广泛使用。

4.3PLC的分类

可编程控制器类型很多，可从不同的角度进行分类：

1）按控制规模分

控制规模主要指控制开关量的入、出点数及控制模拟量的模入、模出，或两者兼而有之（闭路系统）的路数。

但主要以开关量计。

模拟量的路数可折算成开关量的点，大致一路相当于8～16点。

2）按点数分，PLC大致可分为微型机、小型机、中型机及大型机、超大型机。

微型机控制点仅几十点，如德维森公司的V80系列PLC本体从16点到40点，OMRON公司的CPM1A系列PLC，西门子的Logo仅10点。

小型机控制点可达100多点。

如如德维森公司的V80系列PLC可扩展到256点，OMRON公司的C60P可达148点，CQM1达256点。

德国西门子公司的S7-200机可达64点。

中型机控制点数可达近500点，以至于千点。

如德维森公司的PPC11系列可扩展到1024点，OMRON公司C200H机普通配置最多可达700多点，C200Ha机则可达1000多点。

德国西门子公司的S7300机最多可达512点。

大型机：

控制点数一般在1000点以上。

如如德维森公司的PPC22系列可扩展到2048点，OMRON公司的C1000H、CV1000，当地配置可达1024点。

C2000H、CV2000当地配置可达2048点。

超大型机：

控制点数可达万点，以至于几万点。

如美国GE公司的90－70机，其点数可达24000点，另外还可有8000路的模拟量。

再如美国莫迪康公司的PC－E984--785机，其开关量具总数为32k（32768），模拟量有2048路。

西门子的SS－115U－CPU945，其开关量总点数可达8k，另外还可有512路模拟量。

等等。

以上这种划分是不严格的，只是大致的，目的是便于系统的配置及使用。

一般讲，根据实际的I/O点数，凡落在上述不同范围者，选用相应的机型，性能价格比必然要高；相反，肯定要差些。

自然，也有特殊情况。

如控制点数不是非常之多，不是非用大型机不可，但因大型机的特殊控制单元多，可进行热备配置，因而采用了大型机。

4.4PLC型号的选择

对于小的系统，如80点以内的系统．一般不需要扩展；当系统较大时，就要扩展。

不同公司的产品，对系统总点数及扩展模块的数量都有限制，当扩展仍不能满足要求时，可采用网络结构；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。

当采用温度等模拟模块时，各厂家也有一些规定，请看相关的技术手册。

各公司的扩展模块种类很多，如单输入模块、单输出模块、输入输出模块、温度模块、高速输入模块等。

PLC的这种模块化设计为用户的产品开发提供了方便。

5系统总体设计

5.1大型广场喷泉的I/O分配

5.1.1PLCI/O分配简介

一般I／O模块的价格占PLC价格的一半以上。

PLC的I／O模块有开关量I／O模块、模拟量I／O模块及各种特殊功能模块等。

不同的I／O模块，其电路及功能也不同，直接影响PLC的应用范围和价格，应当根据实际需要加以选择。

1）输入信号的类型及电压等级

开关量输入模块有直流输入、交流输入和交流／直流输入三种类型。

选择时主要根据现场输入信号和周围环境因素等。

直流输入模块的延迟时间较短，还可以直接与接近开关、光电开关等电子输入设备连接；交流输入模块可靠性好，适合于有油雾、粉尘的恶劣环境下使用。

开关量输入模块的输入信号的电压等级有：

直流5V、12V、24V、48V、60V等；交流110V、220V等。

选择时主要根据现场输入设备与输入模块之间的距离来考虑。

一般5V、12V、24V用于传输距离较近场合，如5V输入模块最远不得超过10米。

距离较远的应选用输入电压等级较高的模块。

2）输入接线方式

开关量输入模块主要有汇点式和分组式两种接线方式。

a）汇点式输入b）分组式输入

汇点式的开关量输入模块所有输入点共用一个公共端（COM）；而分组式的开关量输入模块是将输入点分成若干组，每一组（几个输入点）有一个公共端，各组之间是分隔的。

分组式的开关量输入模块价格较汇点式的高，如果输入信号之间不需要分隔，一般选用汇点式的。

3）注意同时接通的输入点数量

对于选用高密度的输入模块（如32点、48点等），应考虑该模块同时接通的点数一般不要超过输入点数的60％。

4）输入门槛电平

为了提高系统的可靠性，必须考虑输入门槛电平的大小。

门槛电平越高，抗干扰能力越强，传输距离也越远，具体可参阅PLC说明书。

5.1.2开关量输出模块的选择

开关量输出模块是将PLC内部低电压信号转换成驱动外部输出设备的开关信号，并实现PLC内外信号的电气隔离。

选择时主要应考虑以下几个方面：

1）输出方式

开关量输出模块有继电器输出、晶闸管输出和晶体管输出三种方式。

继电器输出的价格便宜，既可以用于驱动交流负载，又可用于直流负载，而且适用的电压大小范围较宽、导通压降小，同时承受瞬时过电压和过电流的能力较强，但其属于有触点元件，动作速度较慢（驱动感性负载时，触点动作频率不得超过1HZ）、寿命较短、可靠性较差，只能适用于不频繁通断的场合。

对于频繁通断的负载，应该选用晶闸管输出或晶体管输出，它们属于无触点元件。

但晶闸管输出只能用于交流负载，而晶体管输出只能用于直流负载。

5.1.3模拟量I／O模块的选择

模拟量I／O模块的主要功能是数据转换，并与PLC内部总线相连，同时为了安全也有电气隔离功能。

模拟量输入（A／D）模块是将现场由传感器检测而产生的连续的模拟量信号转换成PLC内部可接受的数字量；模拟量输出（D／A）模块是将PLC内部的数字量转换为模拟量信号输出。

典型模拟量I／O模块的量程为-10V~+10V、0~+10V、4~20mA等，可根据实际需要选用，同时还应考虑其分辨率和转换精度等因素。

5.1.4特殊功能模块的选择

目前，PLC制造厂家相继推出了一些具有特殊功能的I／O模块，有的还推出了自带CPU的智能型I／O模块，如高速计数器、凸轮模拟器、位置控制模块、PID控制模块、通信模块等.

5.1.5系统I/O分配表

输入

X000

启动（SB0）

X001

停止（SB1）

X002

连续循环（SB2）

X003

单步（SB3）

X004

花样1档（SB4）

X005

花样2档（SB5）

X006

花样3档（SB6）

X007

花样4档（SB7）

输出

Y001

1号喷头（KM1）

Y002

2号喷头（KM2）

Y003

3号喷头（KM3）

Y004

4号喷头（KM4）

5.2PLC外部接线图

接据系统控制要求,PLC外部接线图如下:

分组式输出b）分隔式输出

分组式输出是几个输出点为一组，一组有一个公共端，各组之间是分隔的，可分别用

于驱动不同电源的外部输出设备；分隔式输出是每一个输出点就有一个公共端，各输出点之间相互隔离。

选择时主要根据PLC输出设备的电源类型和电压等级的多少而定。

一般整体式PLC既有分组式输出，也有分隔式输出。

开关量输出模块的输出电流（驱动能力）必须大于PLC外接输出设备的额定电流。

用户应根据实际输出设备的电流大小来选择输出模块的输出电流。

如果实际输出设备的电流较大，输出模块无法直接驱动，可增加中间放大环节。

4）注意同时接通的输出点数量

选择开关量输出模块时，还应考虑能同时接通的输出点数量。

同时接通输出设备的累计电流值必须小于公共端所允许通过的电流值，如一个220V／2A的8点输出模块，每个输出点可承受2A的电流，但输出公共端允许通过的电流并不是16A（8×2A），通常要比此值小得多。

一般来讲，同时接通的点数不要超出同一公共端输出点数的60％。

5）输出的最大电流与负载类型、环境温度等因素有关

开关量输出模块的技术指标，它与不同的负载类型密切相关，特别是输出的最大电流。

另外，晶闸管的最大输出电流随环境温度升高会降低，在实际使用中也应注意。

6系统软件设计

6.1系统控制流程图

6.2功能顺序流程图

6.3设计PLC控制梯形图程序

选择开关SB4,SB5,SB6,SB7任意一个按下,如SB4按下,则按下启动按钮后，4号喷头喷水，延时2s后，3号喷头喷水，再延时2s，2号喷头喷水，又延时2s，1号喷头喷水。

18s后，如果为单步工作方式，则停下来。

如果为连续工作方式，则继续循环下去。

具体的系统梯形图如下图所示：

结论

在最近的一段时间的毕业设计，使我们充分把握的设计方法和步骤，不仅复习所学的知识，而且还获得新的经验与启示，在各种软件的使用找到的资料或图纸设计，会遇到不清楚的作业，老师和学生都能给予及时的指导，确保设计进度，本文所设计的是大型广场喷泉PLC控制系统的设计，通过初期的定稿，查资料和开始正式做毕设，让我系统地了解到了所学知识的重要性，从而让我更加深刻地体会到做一门学问不易，需要不断钻研，不断进取才可要做的好，总之，本设计完成了老师和同学的帮助下，在大学研究的最感谢帮助过我的老师和同学，是大家的帮助才使我的论文得以通过。

致谢

至此在论文完成之际，向我的导师表示由衷的感谢！

真心的感谢我的导师这年来我谆谆教导，感谢我敬爱的老师，您不仅在学习学业上给我以精心的指导，同时还在思想给我以无微不至的关怀支持和理解，给予我人生的启迪，使我在顺利地完成大学阶段的学业同时，也学到了很多有用的做人的道理，明确了人生目标。

知道自己想要什么了，不再是从前那个爱贪玩的我了。

导师严谨求实的治学态度，锐意创新的学术作风，认真加负责，公而忘私的敬业精神，豁达开朗的宽广胸怀，平易近人。

经过近半年努力的设计与计算，查找了各类的大型广场喷泉PLC控制系统的设计资料，论文终于可以完成了，我的心里无比的激动和开心。

虽然它不是最完美的，也不是最好的，但是在我心里，它是我最珍惜的，因为我自己已经尽力的做了，它是我用心、用汗水成就的，也是我在大学四年来对所学知识的应用和体现。

四年的学习和生活，不仅丰富了我的知识，而且锻炼了我的个人能力，更重要的是从周围的老师和同学们身上潜移默化的学到了许多有用的知识，在此对所有关心我帮助我的表达我由衷敬意，谢谢各位同学老师。

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