1、基于PLC的喷泉模拟控制系统设计.doc

电气综合应用课程设计

题目:基于PLC的喷泉模拟控制系统 设计

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设计60分
平时成绩20分
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目录
1、课程目的 2
2、设计要求与任务 2
2.1、设计要求 2
2.2、设计任务 2
2.3、设计的花样控制功能 3
2.4、主要内容 4
3、系统硬件设计 4
3.1、PLC介绍 4
3.2、PLC选型 5
4 、系统软件设计 5
4.1、系统设计步骤 5
4.2、系统设计思路 6
4.3 、PLC的存储器容量和I\O点估算 6
4.4、系统I/O口接图 7
4.5、控制程序流程图设计 7
5、系统调试及结果分析 8
6、总结 8
7、参考文献 9
附件 10
梯形图主程序 10

中文摘要：喷泉是近年来出现的一种园林建筑与花式观赏相结合的一种产物。随着可编程控制器在我国的迅速发展，对喷泉的控制要求也越来越高，使得越来越多的控制部分需要可编程控制器来实现。
使用PLC控制喷泉，具有使用方便，运行可靠，控制程序设计简单等优点。用梯形图方法编程，可以使设计思路清晰，编程简便.若需要改变喷水花样和喷水时间，设计方案不必作很大调整，只要把控制程序作相应的修改，即可实现控制目的。本设计以3路喷泉为研究对象，采用了三菱FX2N系列可编程序控制器作为喷泉的控制器。对花式喷水池的控制系统的总体功能进行了分析，阐述了可编程控制器的组成和工作原理。并提出了喷水池硬件的各组成模块及详细的硬件模块设计方案。本设计改善了喷泉系统的控制品质，并达到了实时控制的要求。
关键字：喷泉、PLC、梯形图编程

English abstract: the fountain is recent a landscape architecture and fancy ornamental combination of a product. Along with the programmable controller in the rapid development of our country, the fountain control requirements also more and more high, make more and more control part need programmable controller to realize.
Use PLC control fountain, is easy to use, reliable operation, the control program design simple etc. Use ladder diagram programming method, can make the design idea is clear, the programming is simple. If you need to change the spray pattern and discharge time, design need not be a significant change, as long as the control program for the corresponding modification, can realize the control purpose. This design with 3 road fountain as the research object, the mitsubishi FX2N series programmable controller as a fountain of controller. To fancy fountain control of the whole system function was analyzed, the programmable controller of component and work principle. And puts forward the fountain hardware each composition module and detailed hardware module design. This design improves the fountain system control quality, and has achieved the requirements of real-time control.
Key words: fountain, PLC, ladder diagram programming

1、课程目的
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、设计要求与任务
2.1、设计要求
1）S7-200PLC编程或欧姆龙PLC；
2）用LED模拟三组ABC喷头，一点动开关；
3）按点动开关，A组先喷5秒，然后BC两组同时喷且A组停，5秒后C组停，而AB两组又同时喷，再经过2秒，C组也开始喷，持续5秒后，全部停止喷水，再经过3秒后重复前述过程。
扩展要求：
1）能用按键选择喷泉式样；
2）能用按键选择喷泉间隔时间。
2.2、设计任务
根据控制要求，明确设计任务，拟定设计方案与进度计划，运用所学的理论知识，进行自动喷泉的控制原理设计、硬件系统设计、软件系统设计、创新设计，提高理论知识工程应用能力、系统调试能力、分析问题与解决问题的能力。

2.3、设计的花样控制功能
有4个彩灯代表4个喷头，有3个选择按钮，如下图2-1所示。采用三菱FX2N-64MR进行控制，实现2种的自动喷泉花样。

图2-1 喷头分布与方式选择按钮
基于以上要求，本系统应具有以下功能
花样一：
① 按下启动按钮K1按钮选择花样1模式
② 灯L1亮5秒
③ 然后灯L1灭，灯L2和L3亮5秒
④ 然后灯L3灭，灯L1和L2亮2秒
⑤ 然后灯L1、L2和L3同亮5秒
⑥ 最后熄灭3秒后，重复②到⑥
花样二：
① 按两下K1按钮选择花样2模式
② 灯L2亮1秒
③ 然后灯L1和L3亮1秒
④然后灯L1、L2和L3同亮1秒
⑤然后灯L1和L3亮1秒
⑥然后灯L2亮1秒
⑦最后熄灭1秒后，重复②到⑦
2.4、主要内容
1. 设计出硬件系统的结构图、接线图、时序图等；
2. 系统有启动/停止，单步/连续功能按钮；
3. 运用相关指令进行PLC控制程序设计，实现2种的自动喷泉花样控制；
5. 程序结构与控制功能自行创新设计；
6. 进行系统调试，实现自动喷泉的控制要求
3、系统硬件设计
3.1、PLC介绍
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（Programmable Logic Controller,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（Personal Computer）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。
3.2、PLC选型
现在应用最广泛的PLC有三菱、西门子、欧姆龙、松下等。
三菱PLC结构灵活、传输质量高、速度快、带宽稳定、范围广、成本低、适用面广但是数据处理比西门子弱。
西门子PLC性能强大、可操作性强、有相配套的伺服系统和组态软件但是价钱太高。
欧姆龙PLC欧姆龙编程软件对符号地址的格式有要求，东欧的老机床器件符号输进去好多都不认，按它的标准老图的标示都要变很不方便。
松下PLC超小型尺寸，轻松扩展，扩展单元可直接连接到控制单元上、不需任何电缆。从I/O 10点到最大I/O 128点的选择空间。
本设计需要速度快稳定同时从价格等方面考虑我们选择三菱PLC本设计所使用的I/O口不是太多所以我们选择三菱FX-2N型PLC。
4 、系统软件设计
4.1、系统设计步骤
（1）深入了解和分析花式喷泉的工艺条件和控制要求。
（2）确定I/O设备。根据花式喷泉控制系统的功能要求，确定系统所需的输入、输出设备。常用的输入设备有按钮、选择开关等，常用的输出设备有指示灯等。
（3）根据I/O点数选择合适的PLC类型。
（4）分配I/O点，分配PLC的输入输出点，编制出输入输出分配表或输入输出端子的接线图。
（5）设计花式喷泉系统的梯形图程序，根据工作要求设计出周密完整的梯形图（6）程序，这是整个花式喷泉系统设计的核心工作。
（7）将程序输入PLC进行软件测试，查找错误，使系统程序更加完善。
4.2、系统设计思路
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。
4.3 、PLC的存储器容量和I\O点估算
（1）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。
（2）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。
根据系统要求所选择的I/O功能分布表如下表所示：
表4-1输入输出（I/O）选择
功能元件
输入点
功能元件
输出点
启动按钮SB1
I0.0
指示灯L1
Q0.0
停止按钮SB2
I0.1
指示灯L2
Q0.1
花样选择开关K1
I0.2
指示灯L3
Q0.2
4.4、系统I/O口接图

图4-1系统I/O口接图
4.5、控制程序流程图设计

图4-2控制流程图
5、系统调试及结果分析
将PLC连接到计算机的COM1口，其他都为默认状态，首先看一下计算机与PLC的通讯是否正常，将软件打开选择好机型，将自动喷泉控制系统的程序打开，转换、写入，打开监视状态。按下启动按钮和选型按钮，通过观察I/O口输入、输出是否正确。如有错误找出原因，解决问题。直到各部分的功能都正常，并能协调一致地完成整体的控制功能为止。　在调试时应充分考虑各种可能的情况，对系统各种不同的工作方式、有选择序列的功能表图中的每一条支路、各种可能的进展路线，都应逐一检查，不能遗漏。发现问题后应及时修改梯形图和PLC中的程序，直到在各种可能的情况下输入量与输出量之间的关系完全符合要求。完成上述的工作后，将PLC安装在控制现场进行联机总调试，在调试过程中将暴露出系统中可能存在的传感器、执行器和硬接线等方面的问题，以及PLC的外部接线图和梯形图程序设计中的问题，应对出现的问题及时加以解决。如果调试达不到指标要求，则对相应硬件和软件部分作适当调整，通常只需要修改程序就可能达到调整的目的。全部调试通过后，经过一段时间的考验，系统就可以投入实际的运行了。
6、总结
通过所做PLC的设计，让我们进一步对PLC的应用及功能做了了解，对软件梯形图的应用也变的熟练。我掌握了更多关于自动控制系统的知识，明白了自动喷泉控制系统的组成，FX2N-64MR的功能及特点。无论是在硬件还是软件设计上，我都遇到了不少的问题，在克服困难的过程中，我们学到了许多，特别是在课堂上学不到的东西。使我重新系统的学习了网络测控，可编程控制器等课程，熟悉掌握了PLC的使用。对一个系统的设计步骤有了清楚的了解，并掌握了一个系统的设计过程。学会了如何发现问题，解决问题。并在查阅资料的过程中对问题的认识和问题的解决提出了新的见解，分析问题出现的原因，使得对问题理解也更加深刻。
通过本次设计，让我很好的锻炼了理论与具体项目、课题相结合开发、设计产品的能力。既让我们懂得了怎样把理论应用于实际，又让我们懂得了在实践中遇到的问题怎样用理论去解决。最后，非常感谢老师的指导和同学们的帮助。

7、参考文献
【1】 周军.《电气控制及PLC》.机械工业出版社，2001。
【2】 廖常初.《PLC编程及应用》.机械工业出版社，2002。
【3】 贾树军.《组态王在音乐喷泉中的应用》.山西机械出版社，2003。
【4】 章文浩.《可编程控制器原理及实验》.国防工业出版社，2003。
【5】 章国华、苏东《典型生产线原理、安装与调试》北京理工大学出版社2009.04
【6】 计时鸣《机电一体化控制技术与系统》西安电子大学出版社2009.06
【7】 华满香《电气控制及PLC应用》人民邮电出版社20090.5
【8】 邓其贵、周炳《变频器操作与工程项目应用》北京理工大学出版社2009.08

附件
梯形图主程序
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2）子程序

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