PLC課程設(shè)計(jì)自動(dòng)噴泉的控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)精品

1、電氣控制技術(shù)課程設(shè)計(jì)題 目：自動(dòng)噴泉的控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)院系名稱：電氣工程學(xué)院專業(yè)班級(jí)：學(xué)生姓名：學(xué) 號(hào)：指導(dǎo)教師：成績(jī)：指導(dǎo)老師簽名: 日期:目錄1 系統(tǒng)概述 11.1 設(shè)計(jì)的目的 11.2 設(shè)計(jì)內(nèi)容 11.3 實(shí)現(xiàn)的目標(biāo) 12 方案論證 22.1 方案比較 22.2 方案選擇 43 硬件設(shè)計(jì) 53.1 系統(tǒng)的原理框圖 53.2 主電路 53.3 I/O分配 63.4 I/O接線圖 73.5 元器件選型 84 軟件設(shè)計(jì) 104.1 主流程 104.2 梯形圖 115 系統(tǒng)調(diào)試 13設(shè)計(jì)心得 18參考文獻(xiàn) 18附錄 1 元件清單 19附錄二語(yǔ)句表 201系統(tǒng)概述1.1 設(shè)計(jì)的目的通過(guò)對(duì)自動(dòng)噴泉PLC

2、控制系統(tǒng)的工作原理的分析、系統(tǒng)設(shè)計(jì)、編程、及上機(jī)調(diào)試 工作的實(shí)踐，了解電器控制系統(tǒng)的一般設(shè)計(jì)思路，熟悉和掌握外圍電路系統(tǒng)和軟件 設(shè)計(jì)的方法，并掌握PLC工作狀況進(jìn)行監(jiān)控的方法.1.2 設(shè)計(jì)內(nèi)容有16個(gè)閥門(mén)（噴頭），有4個(gè)選擇按鈕，如下圖所示。實(shí)現(xiàn)四種以上的自動(dòng)噴泉花 樣KV1KV2KV3KV4OOOOKV5KV6KV7KV8唳OOOOKV9KV10KV1 1KV12頭OOOOKV13KV14KVL5KV16OOOO按SB1SB2SB3SB4J -4 illOOOO主要內(nèi)容包括：1 .設(shè)計(jì)出硬件系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)圖、接線圖、時(shí)序圖等；2 .系統(tǒng)有啟動(dòng)/停止按鈕；3 .實(shí)現(xiàn)四種以上的自動(dòng)噴泉花樣控制；（自

3、己定義）5 .程序結(jié)構(gòu)與控制功能自行創(chuàng)新設(shè)計(jì)；6 .進(jìn)行系統(tǒng)調(diào)試，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)噴泉的控制要求。7 .電機(jī) 3KW,380V8 .3實(shí)現(xiàn)的目標(biāo)按照設(shè)計(jì)要求有16個(gè)彩燈代表16個(gè)噴頭，有4個(gè)選擇按鈕，實(shí)現(xiàn)四種以上的自 動(dòng)噴泉花樣，4個(gè)選擇按鈕分別控制4種噴泉花樣，同時(shí)四種噴泉花樣應(yīng)該相互獨(dú)立，按照要求設(shè)計(jì)出如下四種噴泉花樣，噴泉一、噴泉二、噴泉三、噴泉四,系統(tǒng)控制流程如下四個(gè)噴泉控制過(guò)程噴泉一：1按下啟動(dòng)按鈕X0,再按下SB1按鈕選擇花樣噴泉1模式2 6 號(hào)噴頭先噴，1s 后 11 號(hào)噴3 1s后7號(hào)噴，1s后10號(hào)噴4 同時(shí)噴 5s 后，6、 7、 10、 11 都停5 重復(fù)循環(huán)- 步驟噴泉二 :1

4、 按下SB2選擇花卞¥噴泉2模式2 3 號(hào)噴頭先噴，2s 后 12 號(hào)噴3 2s 后 14 號(hào)噴頭噴，2s 后 5 號(hào)噴4 3、 12、 14、 5同時(shí)噴 10s5 重復(fù)循環(huán)- 步驟噴泉三 :1 按下SB3選擇花卞¥噴泉3模式2 2 、 8、 15、 9同時(shí)先噴10s3 再 1s 后一次間隔1s 停4 重復(fù)循環(huán)- 步驟噴泉四 :1按下SB4選擇花卞¥噴泉4模式2 1、 4、 16、 13同時(shí)噴3 1 分鐘后同時(shí)停4 重復(fù)循環(huán)- 步驟2 方案論證2.1 方案比較方案 1：使用單片機(jī)控制花式噴泉單片機(jī)的特點(diǎn)是控制性能和可靠性高，體積小、價(jià)格低、易于產(chǎn)品化。由于單片機(jī)具

5、有良好的控制性能和靈活的嵌入品質(zhì)，近年來(lái)在智能儀表、機(jī)電一體化產(chǎn)品、 實(shí)時(shí)工業(yè)控制家用電器等各個(gè)領(lǐng)域都獲得了極其廣泛的應(yīng)用自動(dòng)噴泉的原理是利用控制器控制水泵的噴水的方式，此方案采用AT80C51系歹I單片機(jī)作為主控制器來(lái)控制噴泉的噴水方式。單片機(jī)的成本較低，適合用于控制小型的花式噴泉。單片機(jī)通過(guò)控制步進(jìn)電機(jī)來(lái)控制電磁閥，實(shí)現(xiàn)對(duì)噴頭流量的制，從而使噴泉水姿、燈光色彩產(chǎn)生變化。但采用單片機(jī)控制原理，是以可控硅作為功率開(kāi)關(guān)元件，由于可控硅承受過(guò)電壓、過(guò)電流的能力較差，因而不能長(zhǎng)時(shí)間運(yùn)行，單片機(jī)形式的噴泉如圖2-1所示.圖2-1單片機(jī)自動(dòng)噴泉原理框圖方案二采用控制繼電器來(lái)控制繼電器是指當(dāng)輸入量或激勵(lì)量

6、，滿足某些規(guī)定的條件是能在一個(gè)或多個(gè)電器輸出 電路中產(chǎn)生躍變的一種器件 。今天繼電器已應(yīng)用到家庭及工業(yè)控制的各個(gè)領(lǐng)域， 他們比以往的產(chǎn)品具有更高的可靠性。但是，這也是隨之帶來(lái)的一些問(wèn)題。如絕大 多數(shù)控制繼電器都是長(zhǎng)期磨損和疲勞工作條件下進(jìn)行的，容易損壞。而且繼電器的 觸點(diǎn)容易產(chǎn)生電弧，甚至?xí)墼谝黄甬a(chǎn)生誤操作，引起嚴(yán)重的后果。在全負(fù)荷運(yùn)載 的情況下，大的繼電器將產(chǎn)生大量的熱及噪聲，同時(shí)也消耗了大量的電能。并且繼 電器控制系統(tǒng)必須是手工接線、安裝，如果有簡(jiǎn)單的改動(dòng)，也需要花費(fèi)大量時(shí)間及 人力和物力去改制、安裝和調(diào)試。用繼電器控制的花式噴泉現(xiàn)在顯然不能滿足高要 求，一旦有一個(gè)繼電器損壞，那將難以排

7、除其故障方案三:PLC噴泉控制自二十世紀(jì)六十年代美國(guó)推出可編程邏輯控制器 (Programmable Logic Controller , PLC跟代傳統(tǒng)繼電器才5制裝置以來(lái)，PLC得到了快速發(fā)展，在世界各國(guó)得到了廣泛應(yīng)用。PLC是由模仿原繼電器控制原理發(fā)展起來(lái)的，二十世紀(jì)七十年代的PLC只有開(kāi)關(guān)量邏輯控制，首先應(yīng)用的是汽車(chē)制造行業(yè)。它以存儲(chǔ)執(zhí)行邏輯運(yùn)算、順序控制、定 時(shí)、計(jì)數(shù)和運(yùn)算等操作的指令；并通過(guò)數(shù)字輸入和輸出操作，來(lái)控制各類機(jī)械或生 產(chǎn)過(guò)程。用戶編制的控制程序表達(dá)了生產(chǎn)過(guò)程的工藝要求，并事先存入PLC的用戶程序存儲(chǔ)器中。運(yùn)行時(shí)按存儲(chǔ)程序的內(nèi)容逐條執(zhí)行，以完成工藝流程要求的操作。一個(gè)PL

8、C的控制器，可以接收幾千個(gè)I/O點(diǎn)。對(duì)于噴泉控制系統(tǒng)這樣，被控對(duì)象是 設(shè)備連鎖、回路很少，采用 PLC較為合適。PLC由于采用通用監(jiān)控軟件，在組態(tài)軟 件設(shè)計(jì)方面要容易一些。且 PLC通常都支持現(xiàn)場(chǎng)總線，會(huì)使得系統(tǒng)通信得到有利保 障，更適合實(shí)現(xiàn)上位機(jī)的遠(yuǎn)程監(jiān)控目前適用于噴泉控制的中小型 PLC種類繁多，價(jià)格低廉。使設(shè)計(jì)者會(huì)有更多的選擇余地。系統(tǒng)整體造價(jià)會(huì)比工控機(jī)低，而且不會(huì)降低系統(tǒng)的穩(wěn)定性.PLC形式的自動(dòng)噴泉如圖2-2所示2.2 方案選擇根據(jù)比較，單片機(jī)控制系統(tǒng)用于噴泉控制是完全可行的但由于單片機(jī)需要附屬很多的外圍電路，對(duì)電路的設(shè)計(jì)水平要求很高，否則便很可能降低系統(tǒng)的穩(wěn)定性。而且，由于噴泉控制

9、系統(tǒng)很少會(huì)有批量生產(chǎn)的情況，對(duì)于小規(guī)模制作時(shí)，PCB印刷電路板的制作成本是很高的.繼電器控制系統(tǒng)大多都是長(zhǎng)期磨損和疲勞工作條件下 進(jìn)行的，容易損壞。而且繼電器的觸點(diǎn)容易產(chǎn)生電弧，甚至?xí)墼谝黄甬a(chǎn)生誤操作， 引起嚴(yán)重的后果，所以根據(jù)綜合分析最終選擇PLC控制器來(lái)控制花式噴泉。這樣更經(jīng) 濟(jì)、耐用和適合時(shí)代的大潮流.3硬件設(shè)計(jì)3.1 系統(tǒng)的原理框圖在噴泉中，通過(guò)按鈕開(kāi)關(guān)信號(hào)來(lái)控制 PLC:因?yàn)橛?層噴水，因此用了 1個(gè)變額器 來(lái)控制4個(gè)水泵。自動(dòng)噴泉控制系統(tǒng)的原理圖如圖 3-1所示3.2 主電路主電路主要有四臺(tái)電動(dòng)機(jī)和變頻器組成，合上開(kāi)關(guān)QS接通三相電源，然后合上開(kāi)關(guān)QS1使變頻器接通三相電源，如果

10、需要第一層噴泉噴，則合上 QS2 KM1 KM2其他的依次類推。其接線圖如圖3-2所示圖3-2變頻器和水泵的接線圖3.3 I/O 分配通過(guò)對(duì)系統(tǒng)的分析，我進(jìn)行了 I/O分配，分配情況如表3-1所示表3-1 I/O 口分配表功能原件輸入點(diǎn)功能原件輸出點(diǎn)啟動(dòng)按鈕X。X0指示燈L1Y1停止按鈕XIXI指示燈L2Y2花樣選擇按鈕SE1X2指示燈L3Y3花樣選擇按鈕SE2X3指示燈L4Y4花樣選擇按鈕SB3X4指示燈L5Y5花樣選擇按鈕SB4X5指示燈L6Y6指示燈L7Y7指示燈L8Y10指示燈L9Y11指示燈L10Y12中旨不燈L11Y13指示燈L12Y14指示燈L13Y15指示燈L14Y16指不燈L

11、15Y17燈 L16Y203.4 I/O接線圖系統(tǒng)外部接線情況如圖3-3所示圖3-3系統(tǒng)I/O接線圖3.5 元器件選型PLC選型在PLC系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)，首先應(yīng)確定控制方案，下一步工作就是PLC工程設(shè)計(jì)選型。工藝流程的特點(diǎn)和應(yīng)用要求是設(shè)計(jì)選型的主要依據(jù)。因此，工程設(shè)計(jì)選型和估算時(shí)，應(yīng)詳細(xì)分析工藝過(guò)程的特點(diǎn)、控制要求，控制任務(wù)和范圍確定所需的操作和動(dòng)作， 然后根據(jù)控制要求，估算輸入輸出點(diǎn)數(shù)、所需存儲(chǔ)器容量、確定PLC的功能、外部設(shè)備特性等，最后選擇有較高性能價(jià)格比的PLC和設(shè)計(jì)相應(yīng)的控制系統(tǒng)輸入輸出（I/O）點(diǎn)數(shù)的估算：I/O點(diǎn)數(shù)估算時(shí)應(yīng)考慮適當(dāng)?shù)挠嗔?，通常根?jù)統(tǒng)計(jì) 的輸入輸出點(diǎn)數(shù)，再增加10%20的

12、可擴(kuò)展余量后，作為輸入輸出點(diǎn)數(shù)估算數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器容量的估算：存儲(chǔ)器容量是可編程序控制器本身能提供的硬件存儲(chǔ)單元大 小，程序容量是存儲(chǔ)器中用戶應(yīng)用項(xiàng)目使用的存儲(chǔ)單元的大小，因此程序容量小于存儲(chǔ)器容量。設(shè)計(jì)階段，由于用戶應(yīng)用程序還未編制，因此，程序容量在設(shè)計(jì)階段 是未知的，需在程序調(diào)試之后才知道。為了設(shè)計(jì)選型時(shí)能對(duì)程序容量有一定估算， 通常采用存儲(chǔ)器容量的估算來(lái)代替控制功能的選擇：該選擇包括運(yùn)算功能、控制功 能、通信功能、編程功能、診斷功能和處理速度等特性的選擇。根據(jù)本課題所設(shè)計(jì) 控制的需求通過(guò)對(duì)輸入/輸出點(diǎn)的選擇、對(duì)存儲(chǔ)量的選擇，對(duì)I/O響應(yīng)時(shí)間的選擇輸 出負(fù)載的特點(diǎn)選型的分許。該控制系統(tǒng)選用三菱公

13、司FX2N系歹IJ的PLC它體積小，重量輕，使用壽命長(zhǎng)，編程和維護(hù)方便，故障率低，通過(guò)擴(kuò)展模塊的鏈接，可以增 加輸入/輸出點(diǎn)數(shù)。我設(shè)計(jì)的花式噴泉模型共有 6個(gè)輸入，16個(gè)輸出，因此，選用 型號(hào)為FX2N-48MR勺PLC(2)變頻器選型我設(shè)計(jì)的是通過(guò)變頻器調(diào)速技術(shù)來(lái)控制每環(huán)噴水管的高度。我選FR-S520 (S)E系列變頻調(diào)速器(3)水泵的選型由于噴泉的水泵必須滿足大功率快速精確起停，而且其輸出功率必須能夠精確的 進(jìn)行控制。我選用品牌為DESHBg士比)的QYPI00-4.5-2.2噴泉泵。具有以下優(yōu)點(diǎn): 結(jié)構(gòu)緊湊：無(wú)需引水、使用簡(jiǎn)便：雙端密封、電器保護(hù)；設(shè)計(jì)合理、性能優(yōu)良：經(jīng) 久耐用、安全可

14、靠。并且水泵出口采用圓法蘭結(jié)構(gòu)，電機(jī)為F級(jí)絕緣，適用于音樂(lè)噴泉等場(chǎng)合對(duì)電機(jī)頻繁啟動(dòng)的要求，葉輪具有防松裝置，不怕反轉(zhuǎn)。其實(shí)物圖見(jiàn)其 圖3-4所示4軟件設(shè)計(jì)4.1主流程根據(jù)噴泉一、噴泉二、噴泉三、噴泉四的控制要求，畫(huà)出PLC控制系統(tǒng)控制自動(dòng)噴泉的程序流程圖，首先通過(guò)啟動(dòng)按鈕來(lái)控制 PLC的開(kāi)關(guān)，由選擇按鈕SB幺SB2SB3 SB4來(lái)控制噴泉的四種花樣模式。流程圖如下圖 4-1所示圖4-1自動(dòng)噴泉程序流程圖P14.2梯形圖X001X002X001MlMlM3Q(Y006K10<T124M30好IIn12uT4o(YQ13K10T2(M2(V007K10(T3(¥乳2K50(T4(M

15、30PlCJMO X003 XOO1P2 12Tl燃 )M3TlM3 M104行T Iyt-q邰儂)K20(T5)T5 M10453一| |d'L(V0UK20(T6T6 M104的I。36K20T7 M10465Tl(T7(Y0G5K1QO(T81371| |(Ml 04即 P2MO XOM X001P3?6 | |1 |:晅M4TIM4T9：4M4TLOJIHM4TH87 T I對(duì)T12%IMT13T129J |蘇T9IS | .TW105| 卜Til109一| 卜T12口31 卜K100（T9）KIO-（T10>K1O （ni ）K10（門(mén) 2）CJ P3P4MO X005

16、X001i J I-M5M5 T143TlH"001M5TH125T IHM5TL4i羽 T IK（¥004（Y020M5 T14T IT14T卜1415系統(tǒng)調(diào)試PLC程序的調(diào)試可以分為模擬調(diào)試和現(xiàn)場(chǎng)調(diào)試兩個(gè)調(diào)試過(guò)程，在此之前首先對(duì)PLC 外部接線作仔細(xì)檢查，這一個(gè)環(huán)節(jié)很重要。外部接線一定要準(zhǔn)確無(wú)誤。也可以用事 先編寫(xiě)好的試驗(yàn)程序?qū)ν獠拷泳€做掃描通電檢查來(lái)查找接線故障。不過(guò)，為了安全 考慮，最好將主電路斷開(kāi)。當(dāng)確認(rèn)接線無(wú)誤后再連接主電路，將模擬調(diào)試好的程序 送入用戶存儲(chǔ)器進(jìn)行調(diào)試，直到各部分的功能都正常，并能協(xié)調(diào)一致地完成整體的 控制功能為止，本次調(diào)試為模擬調(diào)試，調(diào)試結(jié)果如

17、下圖所示噴泉模式一調(diào)試結(jié)果如圖5-1所示:（1（2，（ 3 J V.一（ZJ flB，）包（13（14if 15（16 ftjKvTk-JrJFJfJr圖5-1噴泉模式一調(diào)試結(jié)果圖按下啟動(dòng)按鈕，再按下花樣選擇開(kāi)關(guān)SB1,選擇模式一，6號(hào)噴頭先噴，1s后1號(hào) 噴1s后7號(hào)噴，1s后10號(hào)噴，同時(shí)噴5s后，6、7、10、11都停，如果不按其他花 樣選擇開(kāi)關(guān)或停止按鈕，將繼續(xù)重復(fù)上述過(guò)程.噴泉模式二調(diào)試結(jié)果如圖5-3所示圖5-2噴泉模式調(diào)試結(jié)果圖按下SB2選擇花中¥噴泉2模式,3號(hào)噴頭先噴，2s后12號(hào)噴2s后14號(hào)噴頭噴， 2s后5號(hào)噴,3、12、14、5同時(shí)噴10s,如果不按其他花樣選

18、擇開(kāi)關(guān)或停止按鈕，將 繼續(xù)重復(fù)上述過(guò)程.噴泉模式三調(diào)試結(jié)果如圖5-5所示如果不按其他花樣選擇開(kāi)關(guān)或停止按鈕，將繼續(xù)重復(fù)上述過(guò)程圖5-3噴泉模式三調(diào)試結(jié)果圖按下SB3選擇花中¥噴泉3模式,2、8、15、9同時(shí)先噴10再1s后一次間隔1s停噴泉模式四調(diào)試結(jié)果如圖5-7所示按其他花樣選擇開(kāi)關(guān)或停止按鈕，將繼續(xù)重復(fù)上述過(guò)程圖5-4噴泉模式四調(diào)試結(jié)果圖如果不按下SB4選擇花中¥噴泉4模式1、4、16、13同時(shí)噴 1分鐘后同時(shí)停,設(shè)計(jì)心得兩周來(lái)所做PLC的設(shè)計(jì)，讓我進(jìn)一步對(duì)PLC的應(yīng)用及功能做了了解，對(duì)軟件梯形圖的應(yīng)用也變的熟練。我掌握了更多關(guān)于自動(dòng)控制系統(tǒng)的知識(shí)，明白了自動(dòng)噴泉控制系

19、統(tǒng)的組成，F(xiàn)X2N-48MR勺PLC的功能及特點(diǎn)。無(wú)論是在硬件還是軟件設(shè)計(jì)上，我都遇到了不少的問(wèn)題，在克服困難的過(guò)程中，我學(xué)到了許多，特別是在課堂上學(xué)不到的東西。使我重新系統(tǒng)的學(xué)習(xí)了網(wǎng)絡(luò)測(cè)控，可編程控制器等課程，熟悉掌握了PLC的使用。對(duì)一個(gè)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)步驟有了清楚的了解，并掌握了一個(gè)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)過(guò)程。學(xué)會(huì)了如何發(fā)現(xiàn)問(wèn)題，解決問(wèn)題。并在查閱資料的過(guò)程中對(duì)問(wèn)題的認(rèn)識(shí)和問(wèn)題的解決提出了新的見(jiàn)解，分析問(wèn)題出現(xiàn)的原因，使得對(duì)問(wèn)題理解也更加深刻。我覺(jué)得本次設(shè)計(jì)最大的優(yōu)點(diǎn)就是采用 PLC設(shè)計(jì)自動(dòng)噴泉控制系統(tǒng)，而沒(méi)有采用單 片來(lái)設(shè)計(jì)，雖然是用單片機(jī)也能完成本次設(shè)計(jì)，但是采用 PLC不但價(jià)格低廉，而 且系統(tǒng)整體造

20、價(jià)會(huì)比工控機(jī)低，而且不會(huì)降低系統(tǒng)的穩(wěn)定性。但是我覺(jué)得本次設(shè)計(jì)還是有許多的不足，首先，我覺(jué)得在梯形圖設(shè)計(jì)上，沒(méi)有設(shè)計(jì)出較完整的方案，而且我的原件選型方面，做的還不嚴(yán)謹(jǐn)。不過(guò)能夠設(shè)計(jì)出本套裝置系統(tǒng)，是自動(dòng)噴泉可以完成四種花型，解電器控制系統(tǒng)的一般設(shè)計(jì)思路，熟悉和掌握外圍電路系統(tǒng)和軟件設(shè)計(jì)的方法，并掌握利 PLC工作狀況進(jìn)行監(jiān)控的方法。我覺(jué)得這就是本次設(shè) 計(jì)的重要意義。參考文獻(xiàn)1 陳貴銀 . 單片機(jī)原理及接口技術(shù). 北京：電子工業(yè)出版社，2004.12 王雅芳 . 驅(qū)動(dòng)電路設(shè)計(jì)與應(yīng)用. 北京：機(jī)械工業(yè)版社，2004.73 俞國(guó)亮.PLC原理與應(yīng)用（三菱FX系列）.北京：清華大學(xué)出版社，2005.64

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