花式喷泉的PLC控制设计

《电气控制技术》课程设计说明书自动喷泉PLC控制系统设计

学院：电气与信息工程学院

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指导教师：职称

专业：电气工程及其自动化

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湖南工学院电气控制技术课程设计课题任务书

学院：电气与信息工程学院专业：电气工程及其自动化

1 绪论

1.1课题研究背景

随着城市化进程的加速，花式喷泉可以在人们周围随处可见。比如广场，大厦，小区等。花式喷泉是人造小气候，在炎热的夏日可以起到增湿和降温的作用；也为水体充氧，有利于水体增加自净能力，起到防止水体黑臭的作用。

花式喷泉运行的灵活性是评价花式喷泉优劣的关键，而这与花式喷泉的控制系统息息相关。花式喷泉可以根据自己的设计，设计出各种各样的花样，加上灯光，能给人有种不错的视觉享受。

1985年国际电子委员会（iec）对plc的定义如下：

Plc是自动控制技术，计算机技术和通讯技术于一体的一种新型工业控制装置，已跃居工业自动化三大支柱（plc、robot、cad/cam）的首位。可编程控制器，简称plc。它在集成电路、计算机技术的基础上发展起来的一种新型工业控制设备。具有1.可靠性高、抗干扰能力强2.设计、安装容易3.维修工作量少4.功能强、通用性好5.开发周期短、成功率高6.体积小、重量轻、功耗底等特点。具有功能强、可靠性高、配置灵活、使用方便以及体积小、重量轻等优点，已经广泛应用于自动化控制的各个领域，并已成为工业生产自动化的支柱产品。与继电——触发器系统相比系统更加可靠;价格上能与继电——接触器控制系统竞争；易于在现场变更程序；便于使用、维修、维护；能直接推动电磁阀、接触器与之相当的执行机构；能向中央执行机构。

因此，进行花式喷泉的plc控制系统的设计，可以推动喷泉行业的发展，扩大plc在自动控制领域的应用，具有一定的经济和理论研究的价值。

1.2课题设计的目的和意义

随着我国经济的高速发展，微电子技术，计算机技术和自动控制技术也得到了迅速发展，交流变频调速技术已经进入个崭新的时代，其应用越来越广。而随着我国城市化进程的加快和人口大量集聚，环境越来越重要，好的环境能使心身愉快，做事效率提高。其中喷泉可以湿润周围空气，减少尘埃，降低气温。喷泉的细小水珠同空气分子撞击，能产生大量的负氧离子，有益于改善社区面貌和增进居民身心健康。

2 系统控制方案的确定

2.1采用PLC控制花式喷泉的优点

（1）控制方式上看：PLC软接线，只需改变控制程序就可轻易改变逻辑或增加功能。

（2）工作方式看：PLC串行工作，不受制约。

（3）控制速度上看：PLC通过半导体来控制，速度很快，无触点，顾而五抖动一说。

（4）定时、计数看：PLC时钟脉冲由晶振产生，精度高，定时范围宽，有记忆功能。

（5）可靠、维护看：PLC无触点，寿命长，且有自我诊断功能，对程序执行的监控功能，现场调试和维护方便。

2.2系统设计的基本步骤

在花式喷泉控制系统的设计过程中主要考虑以下几点：

（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。

2.3系统控制方案

花式喷泉系统的控制要求如下：

1、控制器电源开关接通后，按下启动按钮，喷水装置即开始工作。按下停止按钮，

则停止喷水。工作方式由选择开关和单步／连续开关决定。

2、“单步／连续”开关在单步位置时，喷水池只运行一次循环：在连续位置时，

喷水池运行一直继续下去。

3、方式选择开关用来选择喷水池的喷水花样，1～4号喷水管的工作方式选择如下

（1）选择开关在位置“1”时。按下启动按钮后，4号喷水，延时2s后，3号也

喷水，延时2s后，2号接着喷水，再延时2s，1号喷水，这样，一起喷水15s

后停下。若在连续状态时，将继续循环下去。

（2）选择开关在位置“2”时。按下启动按钮后，1号喷水，延时2s后，2号喷水，

延时2s后，3号接着喷水，再延时2s，4号喷水，这样，一起喷水30s后再停

下。若在连续状态时，将继续循环下去。

（3）选择开关在位置“3”时。按下启动按钮后，1、3号同时喷水，延时3s 后，2、

4号喷水，1、3号接着喷水：交替运行5次后，1～4号全喷水，30s后停止。若

在连续状态时，将继续循环下去。

（4）选择开关在位置“4”时。按下启动按钮后，喷水池1~4号水管的工作顺序为：

1→2→3→4按顺序延时2s喷水，然后一起喷水30s，1、2、3和4号分别延时

2s停水，再延时1s，由4→3→2→1反向顺序按2s顺序喷水，一起喷水30s 后

停止。若在连续状态时，将继续循环下去。

4、不论在什么工作方式下，按下停止按钮，喷水池将停止运行。

花式喷泉池示意图如图2-1所示：

2.4花式喷泉控制系统的原理图

在喷泉中，通过按钮开关信号来控制PLC：因为有4层喷水，因此用了1个变频器控制4个水泵。花式喷泉控制系统的原理如图2-2所示：

3 系统硬件设计

3.1 可编程控制器（PLC）的选择

3.1.1 PLC概述

可编程控制器，英文称Progammable Controller,简称PLC，本课题中用PLC 作为它的简称。PLC是用于工业现场的电控制器。它源于继电器控制技术，但基于电子计算机。它通过运行存储在其内存中的程序，把经输入电路的物理过程得到的输入信息，变换为所要求的输出信息，进而再通过输出电路的物理过程去实现对负载的控制。

PLC有丰富的指令系统，有各种各样的I/O接口、通信接口，有大容量的内存，有可靠的自身监控系统，因而具有以下基本的功能：

1.逻辑处理功能；

2.数据运算功能；

3.准确定时功能；

4.高速计数功能；

5.中断处理（可以实现各种内部中断）功能；

6.程序与数据存储功能；

7.联网通信功能；

8.自检测、自诊断功能。

可以说，凡普通小型计算机能实现的功能，PLC几乎也都可以做到。

3.1.2PLC的选型

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。

（1）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。

（2）存储器容量的估算