1、電氣控制技術(shù)課程設(shè)計題 目：自動噴泉的控制系統(tǒng)設(shè)計院系名稱：電氣工程學(xué)院專業(yè)班級：學(xué)生姓名：學(xué) 號：指導(dǎo)教師：成績：指導(dǎo)老師簽名: 日期:目錄1 系統(tǒng)概述 11.1 設(shè)計的目的 11.2 設(shè)計內(nèi)容 11.3 實現(xiàn)的目標(biāo) 12 方案論證 22.1 方案比較 22.2 方案選擇 43 硬件設(shè)計 53.1 系統(tǒng)的原理框圖 53.2 主電路 53.3 I/O分配 63.4 I/O接線圖 73.5 元器件選型 84 軟件設(shè)計 104.1 主流程 104.2 梯形圖 115 系統(tǒng)調(diào)試 13設(shè)計心得 18參考文獻 18附錄 1 元件清單 19附錄二語句表 201系統(tǒng)概述1.1 設(shè)計的目的通過對自動噴泉PLC

2、控制系統(tǒng)的工作原理的分析、系統(tǒng)設(shè)計、編程、及上機調(diào)試 工作的實踐，了解電器控制系統(tǒng)的一般設(shè)計思路，熟悉和掌握外圍電路系統(tǒng)和軟件 設(shè)計的方法，并掌握PLC工作狀況進行監(jiān)控的方法.1.2 設(shè)計內(nèi)容有16個閥門（噴頭），有4個選擇按鈕，如下圖所示。實現(xiàn)四種以上的自動噴泉花 樣KV1KV2KV3KV4OOOOKV5KV6KV7KV8唳OOOOKV9KV10KV1 1KV12頭OOOOKV13KV14KVL5KV16OOOO按SB1SB2SB3SB4J -4 illOOOO主要內(nèi)容包括：1 .設(shè)計出硬件系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)圖、接線圖、時序圖等；2 .系統(tǒng)有啟動/停止按鈕；3 .實現(xiàn)四種以上的自動噴泉花樣控制；（自

3、己定義）5 .程序結(jié)構(gòu)與控制功能自行創(chuàng)新設(shè)計；6 .進行系統(tǒng)調(diào)試，實現(xiàn)自動噴泉的控制要求。7 .電機 3KW,380V8 .3實現(xiàn)的目標(biāo)按照設(shè)計要求有16個彩燈代表16個噴頭，有4個選擇按鈕，實現(xiàn)四種以上的自 動噴泉花樣，4個選擇按鈕分別控制4種噴泉花樣，同時四種噴泉花樣應(yīng)該相互獨立，按照要求設(shè)計出如下四種噴泉花樣，噴泉一、噴泉二、噴泉三、噴泉四,系統(tǒng)控制流程如下四個噴泉控制過程噴泉一：1按下啟動按鈕X0,再按下SB1按鈕選擇花樣噴泉1模式2 6 號噴頭先噴，1s 后 11 號噴3 1s后7號噴，1s后10號噴4 同時噴 5s 后，6、 7、 10、 11 都停5 重復(fù)循環(huán)- 步驟噴泉二 :1

4、 按下SB2選擇花卞¥噴泉2模式2 3 號噴頭先噴，2s 后 12 號噴3 2s 后 14 號噴頭噴，2s 后 5 號噴4 3、 12、 14、 5同時噴 10s5 重復(fù)循環(huán)- 步驟噴泉三 :1 按下SB3選擇花卞¥噴泉3模式2 2 、 8、 15、 9同時先噴10s3 再 1s 后一次間隔1s 停4 重復(fù)循環(huán)- 步驟噴泉四 :1按下SB4選擇花卞¥噴泉4模式2 1、 4、 16、 13同時噴3 1 分鐘后同時停4 重復(fù)循環(huán)- 步驟2 方案論證2.1 方案比較方案 1：使用單片機控制花式噴泉單片機的特點是控制性能和可靠性高，體積小、價格低、易于產(chǎn)品化。由于單片機具

5、有良好的控制性能和靈活的嵌入品質(zhì)，近年來在智能儀表、機電一體化產(chǎn)品、 實時工業(yè)控制家用電器等各個領(lǐng)域都獲得了極其廣泛的應(yīng)用自動噴泉的原理是利用控制器控制水泵的噴水的方式，此方案采用AT80C51系歹I單片機作為主控制器來控制噴泉的噴水方式。單片機的成本較低，適合用于控制小型的花式噴泉。單片機通過控制步進電機來控制電磁閥，實現(xiàn)對噴頭流量的制，從而使噴泉水姿、燈光色彩產(chǎn)生變化。但采用單片機控制原理，是以可控硅作為功率開關(guān)元件，由于可控硅承受過電壓、過電流的能力較差，因而不能長時間運行，單片機形式的噴泉如圖2-1所示.圖2-1單片機自動噴泉原理框圖方案二采用控制繼電器來控制繼電器是指當(dāng)輸入量或激勵量

6、，滿足某些規(guī)定的條件是能在一個或多個電器輸出 電路中產(chǎn)生躍變的一種器件 。今天繼電器已應(yīng)用到家庭及工業(yè)控制的各個領(lǐng)域， 他們比以往的產(chǎn)品具有更高的可靠性。但是，這也是隨之帶來的一些問題。如絕大 多數(shù)控制繼電器都是長期磨損和疲勞工作條件下進行的，容易損壞。而且繼電器的 觸點容易產(chǎn)生電弧，甚至?xí)墼谝黄甬a(chǎn)生誤操作，引起嚴(yán)重的后果。在全負(fù)荷運載 的情況下，大的繼電器將產(chǎn)生大量的熱及噪聲，同時也消耗了大量的電能。并且繼 電器控制系統(tǒng)必須是手工接線、安裝，如果有簡單的改動，也需要花費大量時間及 人力和物力去改制、安裝和調(diào)試。用繼電器控制的花式噴泉現(xiàn)在顯然不能滿足高要 求，一旦有一個繼電器損壞，那將難以排

7、除其故障方案三:PLC噴泉控制自二十世紀(jì)六十年代美國推出可編程邏輯控制器 (Programmable Logic Controller , PLC跟代傳統(tǒng)繼電器才5制裝置以來，PLC得到了快速發(fā)展，在世界各國得到了廣泛應(yīng)用。PLC是由模仿原繼電器控制原理發(fā)展起來的，二十世紀(jì)七十年代的PLC只有開關(guān)量邏輯控制，首先應(yīng)用的是汽車制造行業(yè)。它以存儲執(zhí)行邏輯運算、順序控制、定 時、計數(shù)和運算等操作的指令；并通過數(shù)字輸入和輸出操作，來控制各類機械或生 產(chǎn)過程。用戶編制的控制程序表達了生產(chǎn)過程的工藝要求，并事先存入PLC的用戶程序存儲器中。運行時按存儲程序的內(nèi)容逐條執(zhí)行，以完成工藝流程要求的操作。一個PL

8、C的控制器，可以接收幾千個I/O點。對于噴泉控制系統(tǒng)這樣，被控對象是 設(shè)備連鎖、回路很少，采用 PLC較為合適。PLC由于采用通用監(jiān)控軟件，在組態(tài)軟 件設(shè)計方面要容易一些。且 PLC通常都支持現(xiàn)場總線，會使得系統(tǒng)通信得到有利保 障，更適合實現(xiàn)上位機的遠程監(jiān)控目前適用于噴泉控制的中小型 PLC種類繁多，價格低廉。使設(shè)計者會有更多的選擇余地。系統(tǒng)整體造價會比工控機低，而且不會降低系統(tǒng)的穩(wěn)定性.PLC形式的自動噴泉如圖2-2所示2.2 方案選擇根據(jù)比較，單片機控制系統(tǒng)用于噴泉控制是完全可行的但由于單片機需要附屬很多的外圍電路，對電路的設(shè)計水平要求很高，否則便很可能降低系統(tǒng)的穩(wěn)定性。而且，由于噴泉控制

9、系統(tǒng)很少會有批量生產(chǎn)的情況，對于小規(guī)模制作時，PCB印刷電路板的制作成本是很高的.繼電器控制系統(tǒng)大多都是長期磨損和疲勞工作條件下 進行的，容易損壞。而且繼電器的觸點容易產(chǎn)生電弧，甚至?xí)墼谝黄甬a(chǎn)生誤操作， 引起嚴(yán)重的后果，所以根據(jù)綜合分析最終選擇PLC控制器來控制花式噴泉。這樣更經(jīng) 濟、耐用和適合時代的大潮流.3硬件設(shè)計3.1 系統(tǒng)的原理框圖在噴泉中，通過按鈕開關(guān)信號來控制 PLC:因為有4層噴水，因此用了 1個變額器 來控制4個水泵。自動噴泉控制系統(tǒng)的原理圖如圖 3-1所示3.2 主電路主電路主要有四臺電動機和變頻器組成，合上開關(guān)QS接通三相電源，然后合上開關(guān)QS1使變頻器接通三相電源，如果

10、需要第一層噴泉噴，則合上 QS2 KM1 KM2其他的依次類推。其接線圖如圖3-2所示圖3-2變頻器和水泵的接線圖3.3 I/O 分配通過對系統(tǒng)的分析，我進行了 I/O分配，分配情況如表3-1所示表3-1 I/O 口分配表功能原件輸入點功能原件輸出點啟動按鈕X。X0指示燈L1Y1停止按鈕XIXI指示燈L2Y2花樣選擇按鈕SE1X2指示燈L3Y3花樣選擇按鈕SE2X3指示燈L4Y4花樣選擇按鈕SB3X4指示燈L5Y5花樣選擇按鈕SB4X5指示燈L6Y6指示燈L7Y7指示燈L8Y10指示燈L9Y11指示燈L10Y12中旨不燈L11Y13指示燈L12Y14指示燈L13Y15指示燈L14Y16指不燈L

11、15Y17燈 L16Y203.4 I/O接線圖系統(tǒng)外部接線情況如圖3-3所示圖3-3系統(tǒng)I/O接線圖3.5 元器件選型PLC選型在PLC系統(tǒng)設(shè)計時，首先應(yīng)確定控制方案，下一步工作就是PLC工程設(shè)計選型。工藝流程的特點和應(yīng)用要求是設(shè)計選型的主要依據(jù)。因此，工程設(shè)計選型和估算時，應(yīng)詳細(xì)分析工藝過程的特點、控制要求，控制任務(wù)和范圍確定所需的操作和動作， 然后根據(jù)控制要求，估算輸入輸出點數(shù)、所需存儲器容量、確定PLC的功能、外部設(shè)備特性等，最后選擇有較高性能價格比的PLC和設(shè)計相應(yīng)的控制系統(tǒng)輸入輸出（I/O）點數(shù)的估算：I/O點數(shù)估算時應(yīng)考慮適當(dāng)?shù)挠嗔浚ǔ８鶕?jù)統(tǒng)計 的輸入輸出點數(shù)，再增加10%20的

12、可擴展余量后，作為輸入輸出點數(shù)估算數(shù)據(jù)存儲器容量的估算：存儲器容量是可編程序控制器本身能提供的硬件存儲單元大 小，程序容量是存儲器中用戶應(yīng)用項目使用的存儲單元的大小，因此程序容量小于存儲器容量。設(shè)計階段，由于用戶應(yīng)用程序還未編制，因此，程序容量在設(shè)計階段 是未知的，需在程序調(diào)試之后才知道。為了設(shè)計選型時能對程序容量有一定估算， 通常采用存儲器容量的估算來代替控制功能的選擇：該選擇包括運算功能、控制功 能、通信功能、編程功能、診斷功能和處理速度等特性的選擇。根據(jù)本課題所設(shè)計 控制的需求通過對輸入/輸出點的選擇、對存儲量的選擇，對I/O響應(yīng)時間的選擇輸 出負(fù)載的特點選型的分許。該控制系統(tǒng)選用三菱公

13、司FX2N系歹IJ的PLC它體積小，重量輕，使用壽命長，編程和維護方便，故障率低，通過擴展模塊的鏈接，可以增 加輸入/輸出點數(shù)。我設(shè)計的花式噴泉模型共有 6個輸入，16個輸出，因此，選用 型號為FX2N-48MR勺PLC(2)變頻器選型我設(shè)計的是通過變頻器調(diào)速技術(shù)來控制每環(huán)噴水管的高度。我選FR-S520 (S)E系列變頻調(diào)速器(3)水泵的選型由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 進行控制。我選用品牌為DESHBg士比)的QYPI00-4.5-2.2噴泉泵。具有以下優(yōu)點: 結(jié)構(gòu)緊湊：無需引水、使用簡便：雙端密封、電器保護；設(shè)計合理、性能優(yōu)良：經(jīng) 久耐用、安全可

14、靠。并且水泵出口采用圓法蘭結(jié)構(gòu)，電機為F級絕緣，適用于音樂噴泉等場合對電機頻繁啟動的要求，葉輪具有防松裝置，不怕反轉(zhuǎn)。其實物圖見其 圖3-4所示4軟件設(shè)計4.1主流程根據(jù)噴泉一、噴泉二、噴泉三、噴泉四的控制要求，畫出PLC控制系統(tǒng)控制自動噴泉的程序流程圖，首先通過啟動按鈕來控制 PLC的開關(guān)，由選擇按鈕SB幺SB2SB3 SB4來控制噴泉的四種花樣模式。流程圖如下圖 4-1所示圖4-1自動噴泉程序流程圖P14.2梯形圖X001X002X001MlMlM3Q(Y006K10<T124M30好IIn12uT4o(YQ13K10T2(M2(V007K10(T3(¥乳2K50(T4(M

15、30PlCJMO X003 XOO1P2 12Tl燃 )M3TlM3 M104行T Iyt-q邰儂)K20(T5)T5 M10453一| |d'L(V0UK20(T6T6 M104的I。36K20T7 M10465Tl(T7(Y0G5K1QO(T81371| |(Ml 04即 P2MO XOM X001P3?6 | |1 |:晅M4TIM4T9：4M4TLOJIHM4TH87 T I對T12%IMT13T129J |蘇T9IS | .TW105| 卜Til109一| 卜T12口31 卜K100（T9）KIO-（T10>K1O （ni ）K10（門 2）CJ P3P4MO X005

16、X001i J I-M5M5 T143TlH"001M5TH125T IHM5TL4i羽 T IK（¥004（Y020M5 T14T IT14T卜1415系統(tǒng)調(diào)試PLC程序的調(diào)試可以分為模擬調(diào)試和現(xiàn)場調(diào)試兩個調(diào)試過程，在此之前首先對PLC 外部接線作仔細(xì)檢查，這一個環(huán)節(jié)很重要。外部接線一定要準(zhǔn)確無誤。也可以用事 先編寫好的試驗程序?qū)ν獠拷泳€做掃描通電檢查來查找接線故障。不過，為了安全 考慮，最好將主電路斷開。當(dāng)確認(rèn)接線無誤后再連接主電路，將模擬調(diào)試好的程序 送入用戶存儲器進行調(diào)試，直到各部分的功能都正常，并能協(xié)調(diào)一致地完成整體的 控制功能為止，本次調(diào)試為模擬調(diào)試，調(diào)試結(jié)果如

17、下圖所示噴泉模式一調(diào)試結(jié)果如圖5-1所示:（1（2，（ 3 J V.一（ZJ flB，）包（13（14if 15（16 ftjKvTk-JrJFJfJr圖5-1噴泉模式一調(diào)試結(jié)果圖按下啟動按鈕，再按下花樣選擇開關(guān)SB1,選擇模式一，6號噴頭先噴，1s后1號 噴1s后7號噴，1s后10號噴，同時噴5s后，6、7、10、11都停，如果不按其他花 樣選擇開關(guān)或停止按鈕，將繼續(xù)重復(fù)上述過程.噴泉模式二調(diào)試結(jié)果如圖5-3所示圖5-2噴泉模式調(diào)試結(jié)果圖按下SB2選擇花中¥噴泉2模式,3號噴頭先噴，2s后12號噴2s后14號噴頭噴， 2s后5號噴,3、12、14、5同時噴10s,如果不按其他花樣選

18、擇開關(guān)或停止按鈕，將 繼續(xù)重復(fù)上述過程.噴泉模式三調(diào)試結(jié)果如圖5-5所示如果不按其他花樣選擇開關(guān)或停止按鈕，將繼續(xù)重復(fù)上述過程圖5-3噴泉模式三調(diào)試結(jié)果圖按下SB3選擇花中¥噴泉3模式,2、8、15、9同時先噴10再1s后一次間隔1s停噴泉模式四調(diào)試結(jié)果如圖5-7所示按其他花樣選擇開關(guān)或停止按鈕，將繼續(xù)重復(fù)上述過程圖5-4噴泉模式四調(diào)試結(jié)果圖如果不按下SB4選擇花中¥噴泉4模式1、4、16、13同時噴 1分鐘后同時停,設(shè)計心得兩周來所做PLC的設(shè)計，讓我進一步對PLC的應(yīng)用及功能做了了解，對軟件梯形圖的應(yīng)用也變的熟練。我掌握了更多關(guān)于自動控制系統(tǒng)的知識，明白了自動噴泉控制系

19、統(tǒng)的組成，F(xiàn)X2N-48MR勺PLC的功能及特點。無論是在硬件還是軟件設(shè)計上，我都遇到了不少的問題，在克服困難的過程中，我學(xué)到了許多，特別是在課堂上學(xué)不到的東西。使我重新系統(tǒng)的學(xué)習(xí)了網(wǎng)絡(luò)測控，可編程控制器等課程，熟悉掌握了PLC的使用。對一個系統(tǒng)的設(shè)計步驟有了清楚的了解，并掌握了一個系統(tǒng)的設(shè)計過程。學(xué)會了如何發(fā)現(xiàn)問題，解決問題。并在查閱資料的過程中對問題的認(rèn)識和問題的解決提出了新的見解，分析問題出現(xiàn)的原因，使得對問題理解也更加深刻。我覺得本次設(shè)計最大的優(yōu)點就是采用 PLC設(shè)計自動噴泉控制系統(tǒng)，而沒有采用單 片來設(shè)計，雖然是用單片機也能完成本次設(shè)計，但是采用 PLC不但價格低廉，而 且系統(tǒng)整體造

20、價會比工控機低，而且不會降低系統(tǒng)的穩(wěn)定性。但是我覺得本次設(shè)計還是有許多的不足，首先，我覺得在梯形圖設(shè)計上，沒有設(shè)計出較完整的方案，而且我的原件選型方面，做的還不嚴(yán)謹(jǐn)。不過能夠設(shè)計出本套裝置系統(tǒng)，是自動噴泉可以完成四種花型，解電器控制系統(tǒng)的一般設(shè)計思路，熟悉和掌握外圍電路系統(tǒng)和軟件設(shè)計的方法，并掌握利 PLC工作狀況進行監(jiān)控的方法。我覺得這就是本次設(shè) 計的重要意義。參考文獻1 陳貴銀 . 單片機原理及接口技術(shù). 北京：電子工業(yè)出版社，2004.12 王雅芳 . 驅(qū)動電路設(shè)計與應(yīng)用. 北京：機械工業(yè)版社，2004.73 俞國亮.PLC原理與應(yīng)用（三菱FX系列）.北京：清華大學(xué)出版社，2005.64

21、 謝克明、 夏路易 . 可編程控制器原理與程序設(shè)計. 北京： 電子工業(yè)出版社5 張興國 . 可編程控制器技術(shù)及應(yīng)用. 北京：中國電力出版社，20066 陶權(quán).PLC控制系統(tǒng)設(shè)計、安裝與調(diào)試.北京：北京理工大學(xué)出版社，2006.37 宋德玉 . 可編程序控制器原理及應(yīng)用系統(tǒng)設(shè)計技術(shù). 北京： 冶金工業(yè)出版2001附錄1元件清單名稱型號（參數(shù)）個數(shù)電機3KV,380V4PLCFX2N-48MR1水泵QYPIOO-4.5-2.21電源24V2電源220V1彩燈16選擇按鈕4LD X000OUT T3OR M0K10ANI X001MRDOUT M0AND T3AND X002OUT Y012OR M1OUT T4ANI X001K50OUT M1MPPLD M1AND T4ANI M30OUT M30MPSOUT CJ P1OUT Y006以上是噴泉模式一的語句表，按下啟動按鈕MRD再按卜花樣選擇按鈕X002,就啟動了模式OUT T1K10