PLC课程设计自动喷泉的控制系统设计精品

电气控制技术

课程设计

题目: 自动喷泉的控制系统设计院系名称：电气工程学院

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目录

1系统概述 (1)

1.1设计的目的 (1)

1.2设计内容 (1)

1.3实现的目标 (1)

2方案论证 (2)

2.1方案比较 (2)

2.2方案选择 (4)

3硬件设计 (5)

3.1系统的原理框图 (5)

3.2主电路 (5)

3.3 I/O分配 (6)

3.4 I/O接线图 (7)

3.5元器件选型 (8)

4软件设计 (10)

4.1主流程 (10)

4.2梯形图 (11)

5系统调试 (13)

设计心得 (18)

参考文献 (18)

附录1元件清单 (19)

附录二语句表 (20)

1系统概述

1.1设计的目的

通过对自动喷泉PLC控制系统的工作原理的分析、系统设计、编程、及上机调试工作的实践，了解电器控制系统的一般设计思路，熟悉和掌握外围电路系统和软件设计的方法，并掌握PLC工作状况进行监控的方法.

1.2设计内容

有16个阀门（喷头），有4个选择按钮，如下图所示。实现四种以上的自动喷泉花样

主要内容包括：

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/停止按钮；

3. 实现四种以上的自动喷泉花样控制；（自己定义）

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。

7. 电机3KW,380V

1.3实现的目标

按照设计要求有16个彩灯代表16个喷头，有4个选择按钮，实现四种以上的自动喷泉花样，4个选择按钮分别控制4种喷泉花样，同时四种喷泉花样应该相互独

立，按照要求设计出如下四种喷泉花样，喷泉一、喷泉二、喷泉三、喷泉四, 系统控制流程如下四个喷泉控制过程

喷泉一：

1 按下启动按钮X0，再按下SB1按钮选择花样喷泉1模式

2 6号喷头先喷，1s后11号喷

3 1s后7号喷，1s后10号喷

4 同时喷5s后，6、7、10、11都停

5 重复循环②--④步骤

喷泉二:

1 按下SB2选择花样喷泉2模式

2 3号喷头先喷，2s后12号喷

3 2s后14号喷头喷，2s后5号喷

4 3、12、14、5同时喷10s

5 重复循环②--④步骤

喷泉三:

1 按下SB3选择花样喷泉3模式

2 2、8、15、9同时先喷10s

3再1s后一次间隔1s停

4 重复循环②--③步骤

喷泉四:

1 按下SB4选择花样喷泉4模式

2 1、4、16、13同时喷

3 1分钟后同时停

4 重复循环②--③步骤

2方案论证

2.1方案比较

方案1：使用单片机控制花式喷泉

单片机的特点是控制性能和可靠性高，体积小、价格低、易于产品化。由于单片

机具有良好的控制性能和灵活的嵌入品质，近年来在智能仪表、机电一体化产品、实时工业控制家用电器等各个领域都获得了极其广泛的应用

自动喷泉的原理是利用控制器控制水泵的喷水的方式，此方案采用AT80C51系列单片机作为主控制器来控制喷泉的喷水方式。单片机的成本较低，适合用于控制小型的花式喷泉。单片机通过控制步进电机来控制电磁阀,实现对喷头流量的制,从而使喷泉水姿、灯光色彩产生变化。但采用单片机控制原理，是以可控硅作为功率开关元件，由于可控硅承受过电压、过电流的能力较差，因而不能长时间运行,单片机形式的喷泉如图2-1所示.

图2-1 单片机自动喷泉原理框图

方案二采用控制继电器来控制

继电器是指当输入量或激励量，满足某些规定的条件是能在一个或多个电器输出电路中产生跃变的一种器件。今天继电器已应用到家庭及工业控制的各个领域，他们比以往的产品具有更高的可靠性。但是，这也是随之带来的一些问题。如绝大多数控制继电器都是长期磨损和疲劳工作条件下进行的，容易损坏。而且继电器的触点容易产生电弧，甚至会熔在一起产生误操作，引起严重的后果。在全负荷运载的情况下，大的继电器将产生大量的热及噪声，同时也消耗了大量的电能。并且继电器控制系统必须是手工接线、安装，如果有简单的改动，也需要花费大量时间及人力和物力去改制、安装和调试。用继电器控制的花式喷泉现在显然不能满足高要求，一旦有一个继电器损坏，那将难以排除其故障

方案三:PLC喷泉控制

自二十世纪六十年代美国推出可编程逻辑控制器(Programmable Logic Controller，PLC)取代传统继电器控制装置以来，PLC得

到了快速发展，在世界各国得到了广泛应用。

PLC是由模仿原继电器控制原理发展起来的，二十世纪七十年代的PLC只有开关量逻辑控制，首先应用的是汽车制造行业。它以存储执行逻辑运算、顺序控制、定时、计数和运算等操作的指令；并通过数字输入和输出操作，来控制各类机械或生产过程。用户编制的控制程序表达了生产过程的工艺要求，并事先存入PLC的用户程序存储器中。运行时按存储程序的内容逐条执行，以完成工艺流程要求的操作。一个PLC的控制器，可以接收几千个I/O点。对于喷泉控制系统这样，被控对象是设备连锁、回路很少，采用PLC较为合适。PLC由于采用通用监控软件，在组态软件设计方面要容易一些。且PLC通常都支持现场总线，会使得系统通信得到有利保障，更适合实现上位机的远程监控

目前适用于喷泉控制的中小型PLC种类繁多，价格低廉。使设计者会有更多的选择余地。系统整体造价会比工控机低，而且不会降低系统的稳定性.PLC形式的自动喷泉如图2-2所示

图2-2 PLC自动喷泉原理图

2.2方案选择

根据比较，单片机控制系统用于喷泉控制是完全可行的但由于单片机需要附属很多的外围电路，对电路的设计水平要求很高，否则便很可能降低系统的稳定性。