1、测控技术与系统 课 程 设 计 题 目 花式喷水池的 PLC 控制 系 (部) 班 级 姓 名 学 号 指导教师 2012 年 2 月 27 日至 3 月 9 日 共 2 周2012 年 3 月 9 日测控技术与系统课程设计任务书一、设计题目、内容及要求1、设计题目：花式喷水池的 PLC 控制2、设计内容：在花式喷水时序确定的前提下，通过改变时序或者改变控制开关就可以改变控制方式，达到显现各种复合状态的要求。控制器需满足要求如下：（1）控制器电源开关接通后，按下启动按钮，喷水装置即开始工作。按下停止按钮，则停止喷水。工作方式由选择开关和“单步/连续”开关决定。（2） “单步/连续”开关在单步位
2、置时，喷水池只运行一次循环；在连续位置时，喷水池运行一直继续下去。（3）方式选择开关用来选择喷水池的喷水花样，14 号喷水法的工作方式选择如下： 选择开关在位置“1”时，按下启动按钮后，4 号喷水，延时 2s 后，3 号喷水，延时 2s 后，2 号喷水，再延时 2s 后，1 号喷水，再一起喷水 15s 后停下。若运行在连 续状态时，将继续循环下去。选择开关在位置“2”时，按下启动按钮后，1 号喷水，延时 2s 后，2 号喷水，延时 2s 后，3 号喷水，再延时 2s 后，4 号喷水，再一起喷水 30s 后停下。若运行在连续状态时，将继续循环下去。选择开关在位置“3”时，按下启动按钮后，1、3
3、号同时喷水，延时 3s 后，2、4 号喷水，1、3 号停止喷水；交替运行 5 次后，14 号全喷水，30s 后停下。若运行在连续状态时，将继续循环下去。选择开关在位置“4”时，按下启动按钮后，1234 按顺序延时 2s 喷水然后一起喷水 30s，1、2、3 和 4 号分别延时 2s 停止喷水，再延时 1s，由4321 反向顺序延时 2s 喷水，然后一起喷水 30s 停止。若运行在连续状态时，将继续循环下去。（4）无论在什么工作方式下，按停止按钮，喷水池将停止运行。I/O 点的分配：X0：启动按钮 Y0：喷水池工作指示X1：选择开关在位置“1” Y1：1 号喷水电磁阀X2：选择开关在位置“2”
4、Y2：2 号喷水电磁阀X3：选择开关在位置“3” Y3：3 号喷水电磁阀X4：选择开关在位置“4” Y4：4 号喷水电磁阀X5：停止按钮X6：单步/连续选择开关 3、设计要求：1）确定电气传动控制方案，选择电动机；2）根据控制要求确定所需的用户输入、输出设备。据此确定 PLC 的 I/O 点数；3）选择 PLC,分配 PLC 的 I/O 点，设计 I/O 电气接口连接图（这一步也可结合第 2步进行） ；4）进行 PLC 程序设计。二、设计原始资料三、要求的设计成果（课程设计说明书、设计实物、图纸等）1根据设计内容撰写测控技术与系统课程设计报告 ，要求不低于 3000 字。2. 绘制顺序功能图(
5、A3)；3. 绘制电气原理图主电路、PLC I/O 接线图(A3)。四、进程安排从 2011 年 2 月 27 日到 2010 年 3 月 9 日序号 项目 具 体 内 容 时间（天）1 明确任务 1）了解设计任务书2）借阅图书资料12 总体方案设计及 PLC 选型1）熟悉设计题目2）查阅相关资料，进行 PLC 选型、电器元件选型23 接线图设计 分配 PLC 的 I/O 点，设计 I/O电气接口连接图14 顺序功能图、梯形图设计 绘制顺序功能图、梯形图 45 撰写设计报告 撰写不少于 3000 字的测控系统课程设计报告2五、主要参考资料1 邓星钟. 机电传动控制. 武汉：华中科技大学出版社,
6、2001.2 静 康. 实用电工典型线路图例. 北京：中国水利水电出版社,1998.3 全国电气文件编制和图形符号标准化技术委员会. 电气电工及相关标准汇编.北京：中国电力出版社,2001.4 朱英韬. 工厂电气控制技术. 北京：工业大学出版社，1991.5 杨长能,张兴毅. 可编程程序控制器基础及应用.重庆:：重庆大学出版社,2001.指导教师（签名）： 教研室主任（签名）：课程设计成绩评定表出勤天数 出勤情况 缺勤天数出勤情况及设计过程表现（20 分）课设答辩（20 分）成绩评定 设计成果（60 分）总成绩（100 分）提问（答辩）问题情况综合评定指导教师签名：年 月 日目 录1 概述 .
7、12 总体方案设计 .22.1 工作原理 22.2 总体方案 23 硬件设计 .33.1 设计课题硬件系统各模块功能简要介绍 33.2 硬件主电路原理图 33.3 PLC 型号的选择 .43.3.1 PLC 的 I/O 选择 .43.3.2 PLC 的输出类型的选择 .43.3.3 PLC 的控制功能的选择 .43.4 PLC I/O 安排表 .43.5 PLC 外部 I/O 接线图 .54 软件设计 .64.1 软件流程图 64.2 系统顺序功能图 74.3 系统程序梯形图及解释 85 结论 .13参考文献 .14唐 山 学 院 课 程 设 计11 概述花式喷水池是近年来出现的一种园林建筑与
8、花式观赏相结合的一种产物。随着可编程控制器在我国的迅速发展，对花式喷泉的控制要求也越来越高，使得越来越多的控制部分需要可编程控制器来实现。可编程控制器，简称 PLC。它在集成电路、计算机技术的基础上发展起来的一种新型工业控制设备。具有 1.可靠性高、抗干扰能力强 2.设计、安装容易 3.维修工作量少 4.功能强、通用性好 5.开发周期短、成功率高 6.体积小、重量轻、功耗底等特点。具有功能强、可靠性高、配置灵活、使用方便以及体积小、重量轻等优点，已经广泛应用于自动化控制的各个领域，并已成为工业生产自动化的支柱产品。与继电 触发器系统相比系统更加可靠;价格上能与继电 接触器控制系统竞争；易于在现
9、场变更程序；便于使用、维修、维护；能直接推动电磁阀、接触器与之相当的执行机构；能向中央执行机构。在许多休闲广场、景区或游乐场里，经常看到喷水池按一定的规律喷水或变化式样，若在夜晚配上各种彩色的灯光显示，更加迷人。设计一花式喷水池，采用 PLC 控制是比较方便的，在花式喷水时序确定的前提下，可以通过改变时序或者改变控制开关，就可改变控制方式，达到显现各种复合状态的要求。图 1 花式喷水池示意图在图 1 中，在图中，4 为中间喷水管，3 为内环状喷水管，2 为一次外环形状喷水管，1 为外环形状喷水管。唐 山 学 院 课 程 设 计22 总体方案设计2.1 工作原理用 PLC 编程控制器来对花式喷水
10、池的规律进行控制，该喷水池一共可以按照四种花式进行喷水，我们用四个档位进行控制，分别为花式一档位、花式二档位、花式三档位、花式四档位，当按下其中一个档位时，再按下启动按钮，喷水池即按照那种花式进行喷水，还设有停止按钮，当按下停止按钮时，无论喷水池处于哪种花式下工作，都立即停止喷水。2.2 总体方案对花式喷水池进行 PLC 控制，我们的总体思路是先设计硬件电路，再设计软件系统。硬件电路设计思路是对 PLC 各个 I/O 口进行功能分配，共有四个档位按钮，一个启动按钮和一个停止按钮，单步/连续按钮和指示灯显示。软件系统设计是利用步进指令进行编程控制其喷水规律。设计过程中主要考虑以下几点：（1）深入
11、了解和分析花式喷水池的工艺条件和控制要求。（2）确定 I/O 设备。根据花式喷水池控制系统的功能要求，确定系统所需的输入、输出设备。常用的输入设备有按钮、选择开关等，常用的输出设备有指示灯等。（3）根据 I/O 点数选择合适的 PLC 类型。（4）分配 I/O 点。分配 PLC 的输入输出点，编制出输入输出分配表或输入输出端口的接线图。（5）设计花式喷水池系统的梯形图程序，根据工作要求设计出周密完整的梯形图。（5）程序，这是整个花式喷水池系统设计的核心工作。（7）将程序输入 PLC 进行软件测试，查找错误，使系统程序更加完善。为方便编程，采用先编写状态转移图，再将状态转移图编写为梯形图的方式，
12、这样方便分析每一步的步骤。使用三菱编程软件编写梯形图，使用步进指令 SET、STL，复位指令 RST，总复位指令 ZRST。唐 山 学 院 课 程 设 计33 硬件设计3.1 设计课题硬件系统各模块功能简要介绍（1）启动喷水装置：控制器电源开关接通后，按下启动按钮，喷水装置即开始工作。按下停止按钮，则停止喷水。（2） “单步/连续”装置：开关在单步位置时，喷水池只运行一次循环；在连续位置时，喷水池运行一直继续下去。（3）四种花式档位选择装置：方式选择开关用来选择喷水池的喷水花样（4）停止喷水装置：无论在什么工作方式下，按停止按钮，喷水池将停止运行。3.2 硬件主电路原理图如下图所示:图 2 主
13、电路原理图唐 山 学 院 课 程 设 计43.3 PLC 型号的选择PLC 的选择主要是结构形式、性能、容量、输入、输出功能及负载能力的选择。3.3.1 PLC 的 I/O 选择PLC 的 I/O 选择非常重要，I/O 点数既要满足需求也要考虑经济效益，一般I/O 点数多的 PLC 价格比较贵，特别是大型 PLC，虽然速度比较快，但体积大，价格高，不适合一般情况下使用。在花式喷水池控制系统中，我们只用到了 7 个输入点和 5 个输出点，故选用小型 PLC 即可。在本设计中，采用输入输出点数为 16点的 PLC。3.3.2 PLC 的输出类型的选择PLC 的输出有三种类型:（1）继电器输出型：为
14、有触点输出方式，用于接通或断开开关频率较低的直流负载或交流负载回路。（2）可控硅输出型：为无触点输出方式，用于接通或断开开关频率较高的交流电源负载。（3）晶体管输出型：为无触点输出方式，用于接通或断开开关频率较高的直流电源负载。本设计采用晶体管输出。3.3.3 PLC 的控制功能的选择对于以开关量进行控制的系统，一般的低档机就能满足要求。对于以开关量为主，带有少量的模拟量控制的系统，应选用带 A/D、D/A 转换，加减运算、数据传送功能的低档机。对于控制比较复杂，控制性能要求较高的系统，可是控制规模及复杂的程度，选用中档机或者高档机。对于工艺过程比较固定、环境比较好的场合，选用整体式结构 PL
15、C。在花式喷水池的 PLC 控制系统中，主要以开关量进行控制，所以采用低档的PLC 即可满足要求。本设计采用的 PLC 型号为 FX2N-32MT-001。3.4 PLC I/O 安排表PLC 的 I/O 安排表如下：X0：启动按钮 Y0：喷水池工作指示X1：选择开关在位置“1” Y1：1 号喷水电磁阀X2：选择开关在位置“2” Y2：2 号喷水电磁阀唐 山 学 院 课 程 设 计5X3：选择开关在位置“3” Y3：3 号喷水电磁阀X4：选择开关在位置“4” Y4：4 号喷水电磁阀X5：停止按钮 X6：单步/连续选择开关 3.5 PLC 外部 I/O 接线图图 3 PLC 外部 I/O 接线图
16、唐 山 学 院 课 程 设 计64 软件设计4.1 软件流程图NY N N N NY Y Y YN N N Y Y Y Y系统启动按钮是否按下？开始选择花式花式 1 花式 2 花式 3 花式 4连续？ 连续？ 连续？ 连续？停止？ 停止？ 停止？ 停止？停止喷水结束唐 山 学 院 课 程 设 计7图 4 花式喷水池程序流程图4.2 系统顺序功能图S 0S 2 0S E T Y 08 0 0 2X 5S 2 1 S E T Y 4X 0X 1T 0T 0K 2 0S 2 2 S E T Y 3T 1T 1K 2 0S 2 3 S E T Y 2T 2S 2 4 S E T Y 1T 3T 2K
17、2 0T 3K 1 5 0S 2 5Z R S TY 1X 6S 2 1S 3 1 S E T Y 1X 2T 4T 4K 2 0S 3 2 S E T Y 2T 5T 5K 2 0S 3 3 S E T Y 3T 6S 3 4 S E T Y 4T 7T 6K 2 0T 7K 1 5 0S 3 5 Z R S T Y 1X 6S 3 1X 3S 4 1 S E T Y 1S E T Y 3T 8K 3 0S 4 2 S E T Y 2S E T Y 4R S T Y 1R S T Y 3C 0K 5T 8S 4 3 S E T Y 1S E T Y 2S E T Y 3S E T Y 4T
18、9K 3 0 0C 0T 9S 4 4Z R S TY 1S 4 1S 5 1 Y 1X 4T 1 0T 1 0K 2 0Y 2T 1 1T 1 1K 2 0T 1 2R S T Y 1T 1 4T 1 4K 2 0Z R S T S 2 1 S 5 4R S T Y 2T 1 5T 1 5K 2 0T 1 6T 1 6K 2 0T 1 7T 1 7K 1 0Y 4T 1 8T 1 8K 2 0Y 3T 1 9T 1 9K 2 0Y 2T 2 0T 2 0K 2 0Y 1T 2 1T 2 1K 3 0 0Z R S T Y 1X 6S 5 1C 0Y 4Y 4Y 4S 5 2R S T Y 3
19、R S T Y 4S 5 3Y 3T 1 2K 2 0Y 4T 1 3K 3 0 0T 1 3Y 4S 5 4图 5 系统顺序功能图唐 山 学 院 课 程 设 计84.3 系统程序梯形图及解释PLC 运行时，M8002 脉冲信号驱动初始状态 S0，输出 Y000 接通。当停止按钮X005 按下时，工作状态从 S0 转移到 S20。状态 S20 驱动后，所有的工作状态复位。此时，当启动按钮 X000 按下，且按钮 X001 按下时，工作状态从 S20 转移到 S21，喷泉按花式 1 喷水；当启动按钮 X000 按下，且按钮 X002 按下时，工作状态从 S20转移到 S31，喷泉按花式 2 喷水
20、；当启动按钮 X000 按下，且按钮 X003 按下时，工作状态从 S20 转移到 S41，喷泉按花式 3 喷水；当启动按钮 X000 按下，且按钮X004 按下时，工作状态从 S20 转移到 S51，喷泉按花式 4 喷水。状态 S21 驱动后，输出 Y004 接通，4 号喷水管喷水，同时定时器 T0 接通，2秒后，定时器 T0 触点接通，工作状态从 S21 转移到 S22。状态 S22 驱动后，输出Y003 接通，3 号喷水管喷水，同时定时器 T1 接通，2 秒后，定时器 T1 触点接通，工作状态从 S22 转移到 S23。唐 山 学 院 课 程 设 计9状态 S23 驱动后，输出 Y002
21、 接通，2 号喷水管喷水，同时定时器 T2 接通，2秒后，定时器 T2 触点接通，工作状态从 S23 转移到 S24。状态 S24 驱动后，输出Y001 接通，1 号喷水管喷水，同时定时器 T3 接通，15 秒后，定时器 T3 触点接通，工作状态从 S24 转移到 S25。状态 S25 驱动后，若喷泉工作在单步状态即 X006 接通，则输出 Y001、Y002、Y003、Y004 同时断开，1-4 号喷水管同时停止喷水；若喷泉工作在连续状态即 X006 断开，工作状态从 S25 转移到 S21，喷泉按花式 1 连续喷水。状态 S31 驱动后，输出 Y001 接通，1 号喷水管喷水，同时定时器
22、T4 接通，2秒后，定时器 T4 触点接通，工作状态从 S31 转移到 S32。状态 S32 驱动后，输出Y002 接通，2 号喷水管喷水，同时定时器 T5 接通，2 秒后，定时器 T5 触点接通，工作状态从 S32 转移到 S33。状态 S33 驱动后，输出 Y003 接通，3 号喷水管喷水，同时定时器 T6 接通，2 秒后，定时器 T6 触点接通，工作状态从 S33 转移到 S34。状态 S34 驱动后，输出 Y004 接通，4 号喷水管喷水，同时定时器 T7 接通，30 秒后，定时器 T7 触点接通，工作状态从 S34 转移到 S35。唐 山 学 院 课 程 设 计10状态 S35 驱动
23、后，若喷泉工作在单步状态即 X006 接通，则输出Y001、Y002、Y003、Y004 同时断开，1-4 号喷水管同时停止喷水；若喷泉工作在连续状态即 X006 断开，工作状态从 S35 转移到 S41，喷泉按花式 2 连续喷水。状态 S41 驱动后，输出 Y001 和 Y003 接通，1、3 号喷水管同时喷水，同时定时器 T8 接通，3 秒后，定时器 T4 触点接通，工作状态从 S41 转移到 S42。状态S42 驱动后，输出 Y002 和 Y004 接通，Y001 和 Y003 断开，2、4 号喷水管同时喷水，1、3 号喷水管停止喷水，同时计数器 C100 接通，喷泉在 S41 状态和
24、S42 状态交替运行 5 次，然后工作状态从 S42 转移到 S43。状态 S43 驱动后，输出Y001、Y002、Y003、Y004 都接通，1-4 号喷水管同时喷水，同时定时器 T9 接通，30 秒后，定时器 T9 触点接通，工作状态从 S43 转移到 S44。状态 S44 驱动后，若喷泉工作在单步状态即 X006 接通，则输出 Y001、Y002、Y003、Y004 同时断开，1-4 号喷水管同时停止喷水；若喷泉工作在连续状态即 X006 断开，工作状态从S44 转移到 S41，喷泉按花式 3 连续喷水。唐 山 学 院 课 程 设 计11图 6 系统程序梯形图状态 S51 驱动后，输出
25、Y001 接通，1 号喷水管喷水，同时定时器 T10 接通，2 秒后，定时器 T10 触点接通，输出 Y002 接通，2 号喷水管喷水，同时定时器 T11接通，2 秒后，定时器 T11 触点接通，输出 Y003 接通，3 号喷水管喷水，同时定时器 T12 接通，2 秒后，定时器 T12 触点接通，输出 Y004 接通，4 号喷水管喷水，唐 山 学 院 课 程 设 计12同时定时器 T13 接通，30 秒后，定时器 T13 触点接通，工作状态从 S51 转移到S52。状态 S52 驱动后，输出 Y001 断开，1 号喷水管停止喷水，同时定时器 T14 接通，2 秒后，定时器 T14 触点接通，输
26、出 Y002 断开，2 号喷水管停止喷水，同时定时器 T15 接通，2 秒后，定时器 T15 触点接通，输出 Y003 断开，3 号喷水管停止喷水，同时定时器 T16 接通，2 秒后，定时器 T16 触点接通，输出 Y004 断开，4 号喷水管停止喷水，同时定时器 T17 接通，1 秒后，定时器 T17 触点接通，工作状态从 S52 转移到 S53。状态 S53 驱动后，输出 Y004 接通，4 号喷水管喷水，同时定时器 T18 接通，2 秒后，定时器 T18 触点接通，输出 Y003 接通，3 号喷水管喷水，同时定时器 T19 接通，2 秒后，定时器 T19 触点接通，输出 Y002 接通，
27、2号喷水管喷水，同时定时器 T20 接通，2 秒后，定时器 T20 触点接通，输出 Y001接通，1 号喷水管喷水，同时定时器 T21 接通，30 秒后，定时器 T21 触点接通，工作状态从 S53 转移到 S54。状态 S54 驱动后，若喷泉工作在单步状态即 X006 接通，则输出 Y001、Y002、Y003、Y004 同时断开，1-4 号喷水管同时停止喷水；若喷泉工作在连续状态即 X006 断开，工作状态从 S54 转移到 S51，喷泉按花式 4 连续喷水。唐 山 学 院 课 程 设 计135 结论本次 PLC 课程设计题目与实际生活联系紧密，使我充分认识到了这门课程的实际意义和现实重要
28、性。通过本次课程设计我掌握了电气控制的原理设计的基本方法，并能达到熟练使用可编程控制器实现简单控制系统的控制要求，尤其是对步进指令的使用。在这次课程设计不仅仅是学会灵活应用 PLC 这门课程，同时还将其他学科的知识内容融会贯通。系统主要以可编程控制器 PLC 和变频器的强大的控制功能，实现了利用可编程控制器和变频器控制花式喷泉的功能，具有接线简单、编程直观、扩展容易等特点。当花式喷泉的功能增加时，只需增加相应程序以及输出的功能，要改动的地方也较少，调试结果表明，在适应性、灵活性、精确性和可靠性方面，都达到了设计要求，表明该设计方案是可行的。唐 山 学 院 课 程 设 计14参考文献1 邓星钟. 机电传动控制. 武汉：华中科技大学出版社,2001.2 静 康. 实用电工典型线路图例. 北京：中国水利水电出版社,1998.3 全国电气文件编制和图形符号标准化技术委员会. 电气电工及相关标准汇编.北京：中国电力出版社,2001.4 朱英韬. 工厂电气控制技术. 北京：工业大学出版社，1991.5 杨长能,张兴毅. 可编程程序控制器基础及应用.重庆:：重庆大学出版社,2001.
