PLC课程设计--自动喷泉的控制系统设计-精品

_x0001_ _x0001_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：电气工程学院专业班级：学生姓名：学号：指导教师：_x0001_ _x0001_目录1系统概述.............................................. 错误!未指定书签。

1.1设计的目的....................................... 错误!未指定书签。

1.2设计内容......................................... 错误!未指定书签。

1.3实现的目标....................................... 错误!未指定书签。

2方案论证.............................................. 错误!未指定书签。

2.1方案比较......................................... 错误!未指定书签。

2.2方案选择......................................... 错误!未指定书签。

3硬件设计.............................................. 错误!未指定书签。

3.1系统的原理框图................................... 错误!未指定书签。

3.2主电路........................................... 错误!未指定书签。

3.3I/O分配.......................................... 错误!未指定书签。

3.4I/O接线图........................................ 错误!未指定书签。

3.5元器件选型....................................... 错误!未指定书签。

4软件设计.............................................. 错误!未指定书签。

4.1主流程........................................... 错误!未指定书签。

4.2梯形图........................................... 错误!未指定书签。

5系统调试.............................................. 错误!未指定书签。

设计心得................................................ 错误!未指定书签。

参考文献................................................ 错误!未指定书签。

附录1元件清单.......................................... 错误!未指定书签。

附录二语句表............................................ 错误!未指定书签。

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,380V1.3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23号喷头先喷，2s后12号喷32s后14号喷头喷，2s后5号喷43、12、14、5同时喷10s5重复循环②--④步骤喷泉三:1按下SB3选择花样喷泉3模式22、8、15、9同时先喷10s3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2-2PLC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。

而且，由于喷泉控制系统很少会有批量生产的情况，对于小规模制作时，PCB印刷电路板的制作成本是很高的.继电器控制系统大多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,所以根据综合分析最终选择PLC控制器来控制花式喷泉。

这样更经济、耐用和适合时代的大潮流.3硬件设计3.1系统的原理框图在喷泉中，通过按钮开关信号来控制PLC:因为有4层喷水，因此用了1个变额器来控制4个水泵。

自动喷泉控制系统的原理图如图3-1所示图3-1自动喷泉控制系统原理图3.2主电路主电路主要有四台电动机和变频器组成,合上开关QS接通三相电源,然后合上开关QS1使变频器接通三相电源,如果需要第一层喷泉喷，则合上QS2，KM1，KM2。

其他的依次类推。

其接线图如图3-2所示。

图3-2 变频器和水泵的接线图3.3I/O分配通过对系统的分析,我进行了I/O分配,分配情况如表3-1所示表3-1I/0口分配表3.4I/O接线图系统外部接线情况如图3-3所示。

图3-3系统I/O接线图3.5元器件选型(1)PLC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控制功能的选择:该选择包括运算功能、控制功能、通信功能、编程功能、诊断功能和处理速度等特性的选择。

根据本课题所设计控制的需求通过对输入/输出点的选择、对存储量的选择,对I/O响应时间的选择输出负载的特点选型的分许。

该控制系统选用三菱公司FX2N系列的PLC。

它体积小，重量轻，使用寿命长，编程和维护方便，故障率低，通过扩展模块的链接，可以增加输入/输出点数。

我设计的花式喷泉模型共有6个输入，16个输出，因此，选用型号为FX2N-48MR的PLC(2)变频器选型我设计的是通过变频器调速技术来控制每环喷水管的高度。