PLC噴泉課程設(shè)計(jì)

1、©廣束科枝學(xué)院GUANGDONG UNIVERSITY OF SCIENCE & TECHNOLOGY姓 名: 學(xué) 號(hào): 層 次: 專 業(yè): 班 級(jí): 指導(dǎo)教師：電氣控制與PLC課程設(shè)計(jì)題目：花樣噴泉控制系統(tǒng)控制廖聰201514322715級(jí)機(jī)械電子工程2班唐聯(lián)耀2017年12月目錄1 系統(tǒng)概述 31.1 課程設(shè)計(jì)目的 31.2 課程設(shè)計(jì)設(shè)計(jì)容 21.3 要實(shí)現(xiàn)的目標(biāo) 32 方案論證 32.1 花樣噴泉控制系統(tǒng)的概述 32.2 花樣噴泉控制系統(tǒng)的控制分析 52.3 花樣噴泉控制系統(tǒng)的設(shè)置示意圖 63 硬件設(shè)計(jì) 73.1 I/O 分配 . 73.2 I/O 接線圖 . 83.3

2、 元器件選型 93.4 元器件清單 134 軟件設(shè)計(jì) 144.1 流程圖 144.2 梯形圖 145 系統(tǒng)調(diào)試 21設(shè)計(jì)心得 22參考文獻(xiàn) 231系統(tǒng)概述1.1設(shè)計(jì)目的本課程設(shè)計(jì)的目的是讓學(xué)生根據(jù)控制要求， 明確設(shè)計(jì)任務(wù)，擬定設(shè)計(jì)方案與 進(jìn)度計(jì)劃，運(yùn)用所學(xué)理論知識(shí)，進(jìn)行自動(dòng)噴泉的控制原理設(shè)計(jì)，硬件系統(tǒng)設(shè)計(jì)、 軟件系統(tǒng)設(shè)計(jì)、創(chuàng)新設(shè)計(jì)，提高理論知識(shí)工程應(yīng)用能力、系統(tǒng)調(diào)試能力、分析問(wèn) 題與解決問(wèn)題的能力。1.2課程設(shè)計(jì)設(shè)計(jì)容花樣噴泉平面圖如圖1.1所示。噴泉由9種不同的水柱組成。其中組表示 大水柱所在位置，其水量較大，噴泉高度較高；組表示中水柱所在的位置，表 示中水柱所在位置，其水量比大水柱的水量小

3、， 其噴射高度比大水柱低；組表 示小水柱所在的位置，其水柱較細(xì)， 其噴射高度比中水柱略低；組表示禮花狀 噴泉所在的位置，水柱較細(xì)，其噴射高度比大水柱略低；組表示樹冰狀噴泉所 在的位置，其水柱較細(xì)，其噴射高度比中水柱略低；組表示拋物線狀噴泉所在 的位置，其水柱較細(xì)，其噴射高度比中水柱略低；組表示球狀噴泉所在的位置， 其噴射高度比大水柱略低；組表示傘狀噴泉所在的位置，組表示球狀噴泉所 在的位置。圖1 .1花樣噴泉平面圖1.3要實(shí)現(xiàn)的目標(biāo)整個(gè)過(guò)程分為8段,按啟動(dòng)按鈕后，啟動(dòng)大水柱噴泉；5秒后，啟動(dòng)大水 柱噴泉、中水柱噴泉；3秒后，關(guān)閉大水柱噴泉、啟動(dòng)中水柱噴泉、啟 動(dòng)禮花狀噴泉、球狀噴泉；5秒后，關(guān)

4、閉中水柱噴泉、禮花狀噴泉、球 狀噴泉，啟動(dòng)小水柱噴泉、傘狀噴泉、階梯狀噴泉；1秒后，關(guān)閉小水柱噴泉、傘狀噴泉、階梯狀噴泉，啟動(dòng)樹冰噴泉、拋物線噴泉；2秒后，關(guān)閉樹冰噴泉、拋物線噴泉，啟動(dòng)小水柱噴泉、禮花噴泉；2秒后，關(guān)閉小水柱噴泉 、禮花噴泉，啟動(dòng)樹冰噴泉；5秒后，關(guān)閉樹冰噴泉， 啟動(dòng)大水柱噴泉、拋物線噴泉、傘狀噴泉；6秒后，關(guān)閉大水柱噴泉、拋物線噴泉、傘狀噴泉，啟動(dòng)球狀噴泉、傘狀噴泉、階梯狀噴泉；5秒后，回到第一步循環(huán)。按下停止按鈕后，全部停止。2方案論證2.1 花樣噴泉控制系統(tǒng)的概述可編程控制器是是一種數(shù)字運(yùn)算操作的電子系統(tǒng)專業(yè)在工業(yè)環(huán)境下應(yīng)用而 設(shè)計(jì)它利用可編程序的存儲(chǔ)器用來(lái)在其部存儲(chǔ)執(zhí)

5、行邏輯運(yùn)算等操作的指令并通 過(guò)數(shù)字式模擬式的輸入和輸出來(lái)控制各類型的機(jī)械或生產(chǎn)的過(guò)程 。其結(jié)構(gòu)如圖2.1輸11111 - 1 r人111;運(yùn)算器號(hào)11111111控制器存樺器外 設(shè)外1/0 接 口IPROM兀件出 部圖2.1 PLC結(jié)構(gòu)圖1、PLC的基本工作方式：PLC采用“串行掃描，不斷循環(huán)”的工作方式。（1）、每次掃描過(guò)程。集中對(duì)輸入信號(hào)進(jìn)行采樣。集中對(duì)輸出信號(hào)進(jìn)行刷 新。（2）、輸入刷新過(guò)程。當(dāng)輸入端口關(guān)閉時(shí)，程序在進(jìn)行執(zhí)行階段時(shí)，輸入 端有新狀態(tài)新狀態(tài)，不能被讀入。只有程序進(jìn)行下一次掃描時(shí)新狀態(tài)才被讀入。（3）、一個(gè)掃描周期分為輸入采樣，程序執(zhí)行，輸出刷新。（4）、元件印象寄存器的容是

6、隨著程序的執(zhí)行變化而變化的。（5） 、掃描周期的長(zhǎng)短由三條決定，CPU執(zhí)行指令的速度；指令本身占有 的時(shí)間；指令條數(shù)。（6）、由于采用集中采樣，集中輸出的方式，存在輸入輸出滯后的現(xiàn)象， 即輸入輸出響應(yīng)延遲。2、PLC工作過(guò)程：PLC通電后需要對(duì)硬件和軟件作一些初始化的工作為了使PLC的輸出及時(shí)地響應(yīng)各種輸入信號(hào)初始化后反復(fù)不停的分階段處理各種不同的任務(wù)見圖2.2這種周而復(fù)始的循環(huán)工作模式稱為掃描工作模式讀取輸入執(zhí)行用戶程序處理通訊請(qǐng)求自診斷檢查改寫輸出IRUN狀態(tài)圖2.2掃描工作模式3、PLC的功能：（1）、邏輯控制。（2）、定時(shí)控制。（3）、計(jì)數(shù)控制。（4）、步進(jìn)順序控制。（5）、PID控制

7、。（6）、數(shù)據(jù)控制PLC具有數(shù)據(jù)處理能力。（7）、通信和聯(lián)網(wǎng)。（8）、其它PLC還有許多特殊功能模塊適用于各種特殊控制的要求如定位 控制模塊CRT莫塊。2.2 花樣噴泉控制系統(tǒng)的控制分析1、PLC可編程器的特點(diǎn)(1) PLC軟接線，只需改變控制程序就可以輕易改變邏輯或增加功能(2) 、PLC串行工作，不受制約。(3) PLC通過(guò)半導(dǎo)體來(lái)控制，速度很快，無(wú)觸點(diǎn)，故而無(wú)抖動(dòng)一說(shuō)。(4) PLC時(shí)鐘脈沖有晶振產(chǎn)生，精度咼，定時(shí)圍寬，有計(jì)數(shù)功能。( 5) PLC 無(wú)觸點(diǎn)，壽命長(zhǎng)，具有自我診斷功能，對(duì)程序執(zhí)行的監(jiān)護(hù)功能，現(xiàn) 場(chǎng)調(diào)試和維護(hù)方便。2、PLC的應(yīng)用領(lǐng)域目前，PLC在國(guó)已廣泛應(yīng)用于鋼鐵、石油、化

8、工、電力、建材、機(jī)械制造、 汽車、輕紡、交通運(yùn)輸、環(huán)保及文化娛樂(lè)等各個(gè)行業(yè)。3、PLC的選擇對(duì)于小系統(tǒng)，如 80 點(diǎn)以的系統(tǒng)，一般不需要擴(kuò)展，如果噴頭的輸入輸出數(shù) 量超過(guò)CPU勺輸入輸出數(shù)量將要對(duì)其進(jìn)行擴(kuò)展，按接通的點(diǎn)數(shù)不能超過(guò)該模塊點(diǎn) 數(shù)的 60%的原則，則不需要擴(kuò)展 1 。從上面的分析可以知道，系統(tǒng)共有開關(guān)量輸 入2點(diǎn)，開關(guān)量輸出48點(diǎn)，參照三菱FX2nPLC產(chǎn)品目錄及市場(chǎng)實(shí)際價(jià)格，選用 主機(jī)為FX2n48MR勺PLC系統(tǒng)核心控制。4、10設(shè)備與PLC連接時(shí)應(yīng)該注意的問(wèn)題在PLC控制系統(tǒng)中PLC是主要控制設(shè)備，它與控制對(duì)象中各輸入信號(hào)，如按 鈕、繼電器觸點(diǎn)和輸出設(shè)備繼電器、接觸器、電磁閥的

9、連接問(wèn)題 4 。現(xiàn)場(chǎng)的輸入信號(hào)如開關(guān)按鈕、 撥動(dòng)開關(guān)、 限位開關(guān)和其他一些檢測(cè)原件輸出 的開關(guān)量和模擬量，通過(guò)連接電路進(jìn)入PLC對(duì)于開關(guān)觸點(diǎn)，當(dāng)強(qiáng)電電路觸點(diǎn)時(shí)， 有些要求48V、50mA左右或110V、15到20mA左右才能可靠接通，而輸出模塊的 輸入電源電壓一般不咼， 額定電流也是毫安級(jí)， 要求注意模擬量輸入信號(hào)的數(shù)值 圍應(yīng)與PLC的模擬量輸入口數(shù)值相匹配2。2.3 花樣噴泉控制系統(tǒng)的設(shè)置示意圖花樣噴泉控制系統(tǒng)有2個(gè)開關(guān)輸入按鈕，分別為X0啟動(dòng)，X1停止，20個(gè)輸 出，Y0Y23依次控制線圈KM0KM23花樣噴泉控制系統(tǒng)如圖2.3。圖2.3花樣噴泉控制系統(tǒng)的設(shè)置示意圖3硬件設(shè)計(jì)3.1 I/O

10、 分配表3.1 I/O分配表輸入設(shè)備輸入繼電器輸出設(shè)備輸出繼電器代號(hào)功能代號(hào)功能SB1啟動(dòng)按鈕X0KMO大水柱接觸器Y0SB2停止按鈕X1KM1Y1KM2Y2KM3中水柱接觸器Y3KM4Y4KM5小水柱接觸器Y5KM6Y6KM7禮花接觸器Y7KM10Y10KM11樹冰接觸器Y11KM12Y12KM13拋物線接觸器Y13KM14Y14KM15球狀接觸器Y15KM16Y16KM17傘狀接觸器Y17KM20Y20KM21Y21KM22階梯狀接觸器Y22KM23Y233.2 I/O 接線圖圖3.1 I/O接線圖3.3 元器件選型1、CPU型號(hào)的選型:FX2n不同的CPU模塊的性能有較大的差別，在選擇

11、CPU模塊時(shí)，應(yīng)考慮開 關(guān)量、模擬量模塊的擴(kuò)展能力。程序存儲(chǔ)器與數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器的容量， 通信接口的個(gè) 數(shù)，本機(jī)10點(diǎn)的點(diǎn)數(shù)等。當(dāng)然還要考慮性能，性價(jià)格比在滿足要求的前提下， 盡量降低硬件成本3。在綜合考慮下，有如下選擇： CPU運(yùn)算處理速度0.550.7卩S/基本指令 控制規(guī)模：16256點(diǎn) 置式24V直流電源24V、400mAft流電源可用于外圍設(shè)備 額定電壓：220V2、變頻器的選型:我設(shè)計(jì)的是通過(guò)變頻器調(diào)速技術(shù)來(lái)控制每環(huán)噴水的高度。我選用的是FR-S520(S)E系列變頻調(diào)速器4。變頻調(diào)速器的基本原理圖如圖3.2交流電商用頻率和電壓可調(diào)的交流電圖3.2變頻調(diào)速器的基本原理圖3、水泵的選型：由

12、于噴泉的水泵必須滿足大功率快速精確起停，而且其輸出功率必須能夠精 確的進(jìn)行控制。我選用品牌為 DESH(德士比)的噴泉泵。具 有以下優(yōu)點(diǎn)：結(jié)果緊湊；無(wú)需引水、使用簡(jiǎn)便；雙端密封、電器保護(hù)；設(shè)計(jì)合理、 性能優(yōu)良；經(jīng)久耐用、安全可靠。并且水泵出口采用圓法蘭結(jié)構(gòu)，電機(jī)為 F級(jí)絕緣，適用于音樂(lè)噴泉等場(chǎng)合對(duì)電機(jī)頻繁啟動(dòng)的要求，葉輪具有防松裝置，不怕反轉(zhuǎn)。3、噴頭的選擇：噴泉噴頭也稱噴泉噴嘴全部采用銅或不銹鋼制作，這樣具有黃金的色彩或銀 光閃閃，噴頭顯得豪華氣派。其工藝精巧美觀，結(jié)構(gòu)合理，性能高效節(jié)能。其中常用的有：可調(diào)可調(diào)直流噴頭、半球形噴頭、禮花噴頭、加氣噴頭、直 上噴頭等產(chǎn)品系列。（1）組噴頭的選擇

13、A組位于中間位置，需要噴射雄壯并且噴射高度高的水柱，所以組噴頭選擇 直上噴頭。直上噴頭是在同一個(gè)配水室上多角度直射噴嘴， 這些噴嘴規(guī)格相同時(shí)，噴出 的水姿粗壯有力、層次分明、主題突出、是大型噴泉中心必備的主要噴頭。該噴 頭也叫中心噴頭。可調(diào)節(jié)射流的方向。噴嘴材料：鑄銅、不銹鋼，如圖 3.3圖3.3直上噴頭圖(2) 組噴頭的選擇可調(diào)直流噴頭在各種場(chǎng)合的噴泉池中廣泛應(yīng)用，并是音樂(lè)噴泉的必備噴頭，這種噴頭裝有球形接頭，可以沿著垂直方向15度進(jìn)行調(diào)節(jié)?？烧{(diào)直流噴頭可以組合各種不同形狀的噴射效果，射流的高低和角度變化，可根據(jù)水池形狀大小決 定。噴嘴材料：鑄銅、不銹鋼，如圖 3.4圖3.4可調(diào)直流噴頭圖(

14、3) 組噴頭的選擇噴出的水柱程花朵狀，所以我選用禮花噴頭。禮花噴頭在各種場(chǎng)合應(yīng)用廣泛，是噴泉系統(tǒng)必備的噴頭，噴出水柱為禮花形狀，非常鮮艷，有趣。噴嘴材料：鑄銅、不銹鋼，如圖3.5圖3.5禮花噴頭圖(4) 組噴頭的選擇 噴出的水柱略粗壯，挺拔。所以我選用樹冰形噴頭。樹冰形噴頭噴水時(shí)外觀效果龐大豐滿， 粗壯挺拔，抗風(fēng)力較強(qiáng)。噴頭安裝在 導(dǎo)流筒上端與水面齊平，噴水時(shí)能將池水帶出，形成粗大壯觀的水柱。噴嘴材料: 鑄銅、不銹鋼，如圖3.6圖3.6樹冰形噴頭圖(5) 噴頭的選擇噴高度應(yīng)該最低，水量應(yīng)該最大，所以我選用涌泉噴頭。涌泉噴頭也是加氣噴頭的一種， 又稱鼓泡噴頭、珍珠噴頭。噴水時(shí)能將氣體吸入，使水姿

15、形成充滿空氣的白色水丘，水墨清澤，古樸靈動(dòng)加氣噴頭用射流泵的原理，噴水時(shí)將空氣產(chǎn)生豐滿的射流，噴出的水柱程白色不透明，反光效果好，噴嘴材料：鑄銅、不銹鋼，如圖3.7圖3.7涌泉噴頭圖3.4 元器件清單表1兀器件清單元件名稱數(shù)量FX2 n-128MR1臺(tái)潛水泵1臺(tái)開關(guān)2個(gè)電源插頭1個(gè)導(dǎo)水管若干噴頭若干4軟件設(shè)計(jì)4.1流程圖圖4.1流程圖4.2梯形圖K180 <T5MO埒電, 鳥動(dòng)T5K23O<T6)MO胃電' 言動(dòng)T6K29007)MO胃電，K330MOfif?.啟初T8K3&0 (T9MO科電.BW9KMgtFMO丄T甞fitTOdTMOM?ini與 oTO T1m

16、o3®_f as0D令一s s 丄- <T M另冊(cè)工031冊(cè)3KM#崙亠J - KM塔決H mlasKM汁決pt(Y4 )KM4-H淡5r 雷as¥7 )KMasnr酵B»T7T830 I II F"MO行電.啟新7 啟WtTT8(Y16KM16 和 接蝕尋(Y20(Y23 KM23Kiff. 狀割蜩圖4.2梯形圖5、指令表LD X0OR MOANI X1LD MOANI T9OUT TOK 50OUT T1K 80OUT T2K 130OUT T3K 140OUT T4K 160OUT T5K 180OUT T6K 230OUT T7K 290O

17、UT T8K 330OUT T9K 380LD M0OR T9ANI T0OUT Y0LD T0ANI T1LD T0ANI T1OUT Y3OUT Y1LD T1ANI T2OUT Y4OUT Y7OUT Y15LD T2ANI T3OUT Y5OUT Y17OUT Y22LD T3ANI T4OUT Y11OUT Y13LD T4ANI T5OUT Y6OUT Y10LD T5ANI T6OUT 12LD T6ANI T7OUT Y2OUT Y14OUT Y21LD T7ANI T8OUT Y16OUT 20OUT Y23END5系統(tǒng)調(diào)試本設(shè)計(jì)采用GXworks2軟件進(jìn)行系統(tǒng)仿真調(diào)試，通過(guò)

18、執(zhí)行用戶程序來(lái)檢查系 統(tǒng)的功能。（1）啟動(dòng)按鈕按下后，M0得電，所有定時(shí)器開始計(jì)時(shí)，各個(gè)泵按照程序執(zhí) 行，仿真見圖5.13 GX .IrrtjL. *1 aSOFTjfcfU GX Worfcs21 Ue伽曲氏1血曲址尸用-PflG|K» 拭廿?8 MUN JR«) 106M二 sSK姦止501.§4-1皿&A 4.IDOMftnx右島薛廠:F： 1丿，：''- '" ：1it' -'£-；二型*咗注坦祚訶鴿常卅誕丘啊坤応J 7毗i OtfiJ 碗mi二11童口陛 軸IE- s x后骨訶1e .隍

19、注 h a a*aa丄凸劭 J MAM斗輸註是鋁E e > "岀蜩ea ig和 si-斗9週嗓0 = riiissr 劃01 1OFFM；o=ftE(o肝申般I毎沖強(qiáng)就訓(xùn)驅(qū)艸kfiSSJKiaKBQ陽(yáng)日：®j S *© < 0 * 1 /址電基圖5.1啟動(dòng)仿真圖(2) 停止按鈕按下后，M0失電，所有定時(shí)器全部復(fù)位，全部泵斷電，仿真見圖5.29EILQ1 鳥列 GXMVcxkN C ;UJsei sas»t>rsktoplk .gnw 訂Pffc監(jiān)覲中 MAjhl (3«1 間涉LED；-r.鼻引墻=<豈皚記*號(hào)空 2圧龍

20、孑瓷 i *1IX.mms-1 A 2 h 1敲 r r/ »8葉仙1 k 孑 T :BF. J/. . ' ','厲宙總 LJ片嗒汽區(qū)HU V咤憐聽錘|>M1 芒僂 IM荷"IM 匸 RjflJKi£i EUKL6試1凰：*師助TWL 窗二 O±U-占耳1函黃RUIMERRL_=J申 0 &T x S awttII I 1 >J MAINI i 二 fmiws菱改|翼片卅Mlv由蓉AjSO>|ww grr |WW 申. 啟動(dòng)T1厠BtBThug后射電蠶攻in ) o®屆電！ 啟敢TD圖5.2停止仿真圖設(shè)計(jì)心得此次課程設(shè)計(jì)是我們從大學(xué)走向未來(lái)重要的一步，從最初的無(wú)知迷茫到完成 設(shè)計(jì)，其間查找資料，老師指