花式噴水池的PLC控制課程設計

1、題 目 花式噴水池的PLC控制 系 (部) 班 級 姓 名 學 號 指導教師 2012年2月 27 日至 3月 9日 共2周2012年 3 月 9 日測控技術與系統課程設計任務書一、設計題目、內容及要求1、設計題目：花式噴水池的PLC控制2、設計內容：在花式噴水時序確定的前提下，通過改變時序或者改變控制開關就可以改變控制方式，達到顯現各種復合狀態(tài)的要求?？刂破餍铦M足要求如下：（1）控制器電源開關接通后，按下啟動按鈕，噴水裝置即開始工作。按下停止按鈕，則停止噴水。工作方式由選擇開關和“單步/連續(xù)”開關決定。（2）“單步/連續(xù)”開關在單步位置時，噴水池只運行一次循環(huán)；在連續(xù)位置時，噴水池運行一直繼

2、續(xù)下去。（3）方式選擇開關用來選擇噴水池的噴水花樣，14號噴水法的工作方式選擇如下： 選擇開關在位置“1”時，按下啟動按鈕后，4號噴水，延時2s后，3號噴水，延時2s后，2號噴水，再延時2s后，1號噴水，再一起噴水15s后停下。若運行在連 續(xù)狀態(tài)時，將繼續(xù)循環(huán)下去。選擇開關在位置“2”時，按下啟動按鈕后，1號噴水，延時2s后，2號噴水，延時2s后，3號噴水，再延時2s后，4號噴水，再一起噴水30s后停下。若運行在連續(xù)狀態(tài)時，將繼續(xù)循環(huán)下去。選擇開關在位置“3”時，按下啟動按鈕后，1、3號同時噴水，延時3s后，2、4號噴水，1、3號停止噴水；交替運行5次后，14號全噴水，30s后停下。若運行在連

3、續(xù)狀態(tài)時，將繼續(xù)循環(huán)下去。選擇開關在位置“4”時，按下啟動按鈕后，1234按順序延時2s噴水然后一起噴水30s，1、2、3和4號分別延時2s停止噴水，再延時1s，由4321反向順序延時2s噴水，然后一起噴水30s停止。若運行在連續(xù)狀態(tài)時，將繼續(xù)循環(huán)下去。（4）無論在什么工作方式下，按停止按鈕，噴水池將停止運行。I/O點的分配：X0：啟動按鈕 Y0：噴水池工作指示X1：選擇開關在位置“1” Y1：1號噴水電磁閥X2：選擇開關在位置“2” Y2：2號噴水電磁閥X3：選擇開關在位置“3” Y3：3號噴水電磁閥X4：選擇開關在位置“4” Y4：4號噴水電磁閥X5：停止按鈕X6：單步/連續(xù)選擇開關3、設

4、計要求：1）確定電氣傳動控制方案，選擇電動機；2）根據控制要求確定所需的用戶輸入、輸出設備。據此確定PLC的I/O點數；3）選擇PLC,分配PLC的I/O點，設計I/O電氣接口連接圖（這一步也可結合第2步進行）；4）進行PLC程序設計。二、設計原始資料三、要求的設計成果（課程設計說明書、設計實物、圖紙等）1根據設計內容撰寫測控技術與系統課程設計報告，要求不低于3000字。2. 繪制順序功能圖(A3)；3. 繪制電氣原理圖主電路、PLC I/O接線圖(A3)。四、進程安排從2011年2月27日到2010年3月9日序號項目具 體 內 容時間（天）1明確任務1）了解設計任務書2）借閱圖書資料12總體

5、方案設計及PLC選型1）熟悉設計題目2）查閱相關資料，進行PLC選型、電器元件選型23接線圖設計分配PLC的I/O點，設計I/O電氣接口連接圖14順序功能圖、梯形圖設計繪制順序功能圖、梯形圖45撰寫設計報告撰寫不少于3000字的測控系統課程設計報告2五、主要參考資料1 鄧星鐘. 機電傳動控制. 武漢：華中科技大學出版社,2001.2 靜 康. 實用電工典型線路圖例. 北京：中國水利水電出版社,1998.3 全國電氣文件編制和圖形符號標準化技術委員會. 電氣電工及相關標準匯編.北京：中國電力出版社,2001.4 朱英韜. 工廠電氣控制技術. 北京：工業(yè)大學出版社，1991.5 楊長能,張興毅.

6、可編程程序控制器基礎及應用.重慶:：重慶大學出版社,2001.指導教師（簽名）：教研室主任（簽名）：課程設計成績評定表出勤情況出勤天數 缺勤天數成績評定出勤情況及設計過程表現（20分）課設答辯（20分）設計成果（60分）總成績（100分）提問（答辯）問題情況綜合評定 指導教師簽名： 年 月 日目 錄1 概述12 總體方案設計2工作原理2總體方案23 硬件設計33.1 設計課題硬件系統各模塊功能簡要介紹3硬件主電路原理圖33.3 PLC型號的選擇43.3.1 PLC的I/O選擇43.3.2 PLC的輸出類型的選擇43.3.3 PLC的控制功能的選擇43.4 PLC I/O安排表43.5 PLC外

7、部I/O接線圖54 軟件設計64.1 軟件流程圖64.2 系統順序功能圖74.3 系統程序梯形圖及解釋85 結論13參考文獻141 概述花式噴水池是近年來出現的一種園林建筑與花式觀賞相結合的一種產物。隨著可編程控制器在我國的迅速發(fā)展，對花式噴泉的控制要求也越來越高，使得越來越多的控制部分需要可編程控制器來實現?？删幊炭刂破?，簡稱PLC。它在集成電路、計算機技術的基礎上發(fā)展起來的一種新型工業(yè)控制設備。具有1.可靠性高、抗干擾能力強2.設計、安裝容易3.維修工作量少4.功能強、通用性好5.開發(fā)周期短、成功率高6.體積小、重量輕、功耗底等特點。具有功能強、可靠性高、配置靈活、使用方便以及體積小、重量

8、輕等優(yōu)點，已經廣泛應用于自動化控制的各個領域，并已成為工業(yè)生產自動化的支柱產品。與繼電觸發(fā)器系統相比系統更加可靠;價格上能與繼電接觸器控制系統競爭；易于在現場變更程序；便于使用、維修、維護；能直接推動電磁閥、接觸器與之相當的執(zhí)行機構；能向中央執(zhí)行機構。在許多休閑廣場、景區(qū)或游樂場里，經?？吹絿娝匕匆欢ǖ囊?guī)律噴水或變化式樣，若在夜晚配上各種彩色的燈光顯示，更加迷人。設計一花式噴水池，采用PLC控制是比較方便的，在花式噴水時序確定的前提下，可以通過改變時序或者改變控制開關，就可改變控制方式，達到顯現各種復合狀態(tài)的要求。圖1 花式噴水池示意圖在圖1中，在圖中，4為中間噴水管，3為內環(huán)狀噴水管，2為

9、一次外環(huán)形狀噴水管，1為外環(huán)形狀噴水管。2 總體方案設計用PLC編程控制器來對花式噴水池的規(guī)律進行控制，該噴水池一共可以按照四種花式進行噴水，我們用四個檔位進行控制，分別為花式一檔位、花式二檔位、花式三檔位、花式四檔位，當按下其中一個檔位時，再按下啟動按鈕，噴水池即按照那種花式進行噴水，還設有停止按鈕，當按下停止按鈕時，無論噴水池處于哪種花式下工作，都立即停止噴水?？傮w方案對花式噴水池進行PLC控制，我們的總體思路是先設計硬件電路，再設計軟件系統。硬件電路設計思路是對PLC各個I/O口進行功能分配，共有四個檔位按鈕，一個啟動按鈕和一個停止按鈕，單步/連續(xù)按鈕和指示燈顯示。軟件系統設計是利用步進

10、指令進行編程控制其噴水規(guī)律。設計過程中主要考慮以下幾點：（1）深入了解和分析花式噴水池的工藝條件和控制要求。（2）確定I/O設備。根據花式噴水池控制系統的功能要求，確定系統所需的輸入、輸出設備。常用的輸入設備有按鈕、選擇開關等，常用的輸出設備有指示燈等。（3）根據I/O點數選擇合適的PLC類型。（4）分配I/O點。分配PLC的輸入輸出點，編制出輸入輸出分配表或輸入輸出端口的接線圖。（5）設計花式噴水池系統的梯形圖程序，根據工作要求設計出周密完整的梯形圖。（5）程序，這是整個花式噴水池系統設計的核心工作。（7）將程序輸入PLC進行軟件測試，查找錯誤，使系統程序更加完善。為方便編程，采用先編寫狀態(tài)

11、轉移圖，再將狀態(tài)轉移圖編寫為梯形圖的方式，這樣方便分析每一步的步驟。使用三菱編程軟件編寫梯形圖，使用步進指令SET、STL，復位指令RST，總復位指令ZRST。3 硬件設計3.1 設計課題硬件系統各模塊功能簡要介紹（1）啟動噴水裝置：控制器電源開關接通后，按下啟動按鈕，噴水裝置即開始工作。按下停止按鈕，則停止噴水。（2）“單步/連續(xù)”裝置：開關在單步位置時，噴水池只運行一次循環(huán)；在連續(xù)位置時，噴水池運行一直繼續(xù)下去。（3）四種花式檔位選擇裝置：方式選擇開關用來選擇噴水池的噴水花樣（4）停止噴水裝置：無論在什么工作方式下，按停止按鈕，噴水池將停止運行。如下圖所示:圖2 主電路原理圖3.3 PLC

12、型號的選擇PLC的選擇主要是結構形式、性能、容量、輸入、輸出功能及負載能力的選擇。 PLC的I/O選擇PLC的I/O選擇非常重要，I/O點數既要滿足需求也要考慮經濟效益，一般I/O點數多的PLC價格比較貴，特別是大型PLC，雖然速度比較快，但體積大，價格高，不適合一般情況下使用。在花式噴水池控制系統中，我們只用到了7個輸入點和5個輸出點，故選用小型PLC即可。在本設計中，采用輸入輸出點數為16點的PLC。 PLC的輸出類型的選擇PLC的輸出有三種類型:（1）繼電器輸出型：為有觸點輸出方式，用于接通或斷開開關頻率較低的直流負載或交流負載回路。（2）可控硅輸出型：為無觸點輸出方式，用于接通或斷開開

13、關頻率較高的交流電源負載。（3）晶體管輸出型：為無觸點輸出方式，用于接通或斷開開關頻率較高的直流電源負載。本設計采用晶體管輸出。 PLC的控制功能的選擇對于以開關量進行控制的系統，一般的低檔機就能滿足要求。對于以開關量為主，帶有少量的模擬量控制的系統，應選用帶A/D、D/A轉換，加減運算、數據傳送功能的低檔機。對于控制比較復雜，控制性能要求較高的系統，可是控制規(guī)模及復雜的程度，選用中檔機或者高檔機。對于工藝過程比較固定、環(huán)境比較好的場合，選用整體式結構PLC。在花式噴水池的PLC控制系統中，主要以開關量進行控制，所以采用低檔的PLC即可滿足要求。本設計采用的PLC型號為FX2N-32MT-00

14、1。3.4 PLC I/O安排表PLC的I/O安排表如下：X0：啟動按鈕Y0：噴水池工作指示X1：選擇開關在位置“1”Y1：1號噴水電磁閥X2：選擇開關在位置“2”Y2：2號噴水電磁閥X3：選擇開關在位置“3”Y3：3號噴水電磁閥X4：選擇開關在位置“4”Y4：4號噴水電磁閥X5：停止按鈕 X6：單步/連續(xù)選擇開關3.5 PLC外部I/O接線圖圖3 PLC外部I/O接線圖4 軟件設計4.1 軟件流程圖開始選擇花式系統啟動按鈕是否按下？ N Y 花式4花式3花式2花式1連續(xù)？連續(xù)？連續(xù)？連續(xù)？N N N N Y Y Y Y停止？停止？停止？停止？ N N N Y Y Y Y停止噴水結束圖4 花式

15、噴水池程序流程圖4.2 系統順序功能圖圖5 系統順序功能圖4.3 系統程序梯形圖及解釋PLC運行時，M8002脈沖信號驅動初始狀態(tài)S0，輸出Y000接通。當停止按鈕X005按下時，工作狀態(tài)從S0轉移到S20。狀態(tài)S20驅動后，所有的工作狀態(tài)復位。此時，當啟動按鈕X000按下，且按鈕X001按下時，工作狀態(tài)從S20轉移到S21，噴泉按花式1噴水；當啟動按鈕X000按下，且按鈕X002按下時，工作狀態(tài)從S20轉移到S31，噴泉按花式2噴水；當啟動按鈕X000按下，且按鈕X003按下時，工作狀態(tài)從S20轉移到S41，噴泉按花式3噴水；當啟動按鈕X000按下，且按鈕X004按下時，工作狀態(tài)從S20轉移

16、到S51，噴泉按花式4噴水。狀態(tài)S21驅動后，輸出Y004接通，4號噴水管噴水，同時定時器T0接通，2秒后，定時器T0觸點接通，工作狀態(tài)從S21轉移到S22。狀態(tài)S22驅動后，輸出Y003接通，3號噴水管噴水，同時定時器T1接通，2秒后，定時器T1觸點接通，工作狀態(tài)從S22轉移到S23。狀態(tài)S23驅動后，輸出Y002接通，2號噴水管噴水，同時定時器T2接通，2秒后，定時器T2觸點接通，工作狀態(tài)從S23轉移到S24。狀態(tài)S24驅動后，輸出Y001接通，1號噴水管噴水，同時定時器T3接通，15秒后，定時器T3觸點接通，工作狀態(tài)從S24轉移到S25。狀態(tài)S25驅動后，若噴泉工作在單步狀態(tài)即X006接

17、通，則輸出Y001、Y002、Y003、Y004同時斷開，1-4號噴水管同時停止噴水；若噴泉工作在連續(xù)狀態(tài)即X006斷開，工作狀態(tài)從S25轉移到S21，噴泉按花式1連續(xù)噴水。狀態(tài)S31驅動后，輸出Y001接通，1號噴水管噴水，同時定時器T4接通，2秒后，定時器T4觸點接通，工作狀態(tài)從S31轉移到S32。狀態(tài)S32驅動后，輸出Y002接通，2號噴水管噴水，同時定時器T5接通，2秒后，定時器T5觸點接通，工作狀態(tài)從S32轉移到S33。狀態(tài)S33驅動后，輸出Y003接通，3號噴水管噴水，同時定時器T6接通，2秒后，定時器T6觸點接通，工作狀態(tài)從S33轉移到S34。狀態(tài)S34驅動后，輸出Y004接通，

18、4號噴水管噴水，同時定時器T7接通，30秒后，定時器T7觸點接通，工作狀態(tài)從S34轉移到S35。狀態(tài)S35驅動后，若噴泉工作在單步狀態(tài)即X006接通，則輸出Y001、Y002、Y003、Y004同時斷開，1-4號噴水管同時停止噴水；若噴泉工作在連續(xù)狀態(tài)即X006斷開，工作狀態(tài)從S35轉移到S41，噴泉按花式2連續(xù)噴水。狀態(tài)S41驅動后，輸出Y001和Y003接通，1、3號噴水管同時噴水，同時定時器T8接通，3秒后，定時器T4觸點接通，工作狀態(tài)從S41轉移到S42。狀態(tài)S42驅動后，輸出Y002和Y004接通，Y001和Y003斷開，2、4號噴水管同時噴水，1、3號噴水管停止噴水，同時計數器C1

19、00接通，噴泉在S41狀態(tài)和S42狀態(tài)交替運行5次，然后工作狀態(tài)從S42轉移到S43。狀態(tài)S43驅動后，輸出Y001、Y002、Y003、Y004都接通，1-4號噴水管同時噴水，同時定時器T9接通，30秒后，定時器T9觸點接通，工作狀態(tài)從S43轉移到S44。狀態(tài)S44驅動后，若噴泉工作在單步狀態(tài)即X006接通，則輸出Y001、Y002、Y003、Y004同時斷開，1-4號噴水管同時停止噴水；若噴泉工作在連續(xù)狀態(tài)即X006斷開，工作狀態(tài)從S44轉移到S41，噴泉按花式3連續(xù)噴水。圖6 系統程序梯形圖狀態(tài)S51驅動后，輸出Y001接通，1號噴水管噴水，同時定時器T10接通，2秒后，定時器T10觸點

20、接通，輸出Y002接通，2號噴水管噴水，同時定時器T11接通，2秒后，定時器T11觸點接通，輸出Y003接通，3號噴水管噴水，同時定時器T12接通，2秒后，定時器T12觸點接通，輸出Y004接通，4號噴水管噴水，同時定時器T13接通，30秒后，定時器T13觸點接通，工作狀態(tài)從S51轉移到S52。狀態(tài)S52驅動后，輸出Y001斷開，1號噴水管停止噴水，同時定時器T14接通，2秒后，定時器T14觸點接通，輸出Y002斷開，2號噴水管停止噴水，同時定時器T15接通，2秒后，定時器T15觸點接通，輸出Y003斷開，3號噴水管停止噴水，同時定時器T16接通，2秒后，定時器T16觸點接通，輸出Y004斷開，4號噴水管停止噴水，同時定時器T17接通，1秒后，定時器T17觸點接通，工作狀態(tài)從S52轉移到S53。狀態(tài)S53驅動后，輸出Y004接通，4號噴水管噴水，同時定時器T18接通，2秒后，定時器T18觸點接通，輸出Y003接通，3號噴水管噴水，同時定時器T19接通，2秒后，定時器T19觸點接通，輸出Y002接通，2號噴水管噴水，同時定時器T20接通，2秒后，定時器T20觸點接通，輸出