1、湖北工业大学商贸学院毕业设计I摘要随着我国经济文化不断的加速发展，物质生活水平的提高促使着人们迫切的追求更高的生活享受，花样喷泉可以在人们周围随处可见，比如广场、大厦、小区、公园等。于是大大小小的公园如雨后春笋般出现在新的城市规划中，其中必然会修建一些喷泉供人们休闲，观赏。花样喷泉是人造小气候，在炎热的夏日可以起到增湿和降温的作用也为水体充氧，有利于水体增加自净能力，起到防止水体黑臭的作用。花样喷泉的核心是PLC，是一种以微处理器为核心、带有指令存储器和输入输出接口、综合了微电子技术、计算机技术、自动控制技术、通信技术的新一代工业控制装置。它能够存储和执行指令，进行位置控制、逻辑控制、顺序控制
2、、定时、计数和算术运算等操作，通过数字式和模拟式的输入和输出，控制各种类型的机械或生产过程。本设计主要以可编程控制器PLC的控制功能，通过对各个开关的控制，来满足人们对视觉的需求，实现了利用可编程控制器控制花样喷泉的功能，具有接线简单、编程直观、扩展容易等特点。当花样喷泉的功能增加时，只需要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、准确性和可靠性方面，都达到了设计要求。通过本设计，我学习到了很多东西，在工作的细心上也得到了提高。并且，更了解了有关可编程器件的功能。关键词花样喷泉、PLC、开关的控制湖北工业大学商贸学院毕业设计I目录1引言错误未定义书签。2控
3、制要求321花样控制的几种模式422各种模式的动作状态43PLC简介531PLC的应用领域532PLC的应用特点64花样喷泉设计方案841PLC型号的选择842PLC的网络设计843软件编制944确定所选PLC945花样喷泉I/O分配9451PLCI/O分配简介9452开关量输出模块的选择10453模拟量IO模块的选择11454特殊功能模块的选择12455系统I/O分配表1246PLC外部接线图1247喷泉控制过程模拟135软件设计1651喷泉控制流程图1652系统程序设计17设计总结18致谢19参考文献20附录1程序清单21湖北工业大学商贸学院毕业设计1我本设计花样喷泉模型如下如图4号为中间
4、喷头，3号为内环状喷头，2号为一次外环状喷头，1号为外环状喷头。2控制要求1234A）花式喷水池喷嘴布局示意图1234选择开关启动停止单步/连续电源B）花式喷水池控制开关面板图湖北工业大学商贸学院毕业设计221花样控制的几种模式1按下启动按钮，喷泉控制装置开始工作，按下停止按钮，喷泉控制装置停止工作。2喷泉的工作方式由花样选择开关和单步/连续开关决定。3当单步/连续开关在单步位置时，喷泉只能按照花样选择开关设置的方式运行一个循环。4花样选择开关用于选择喷泉的喷水花样，现考虑4种喷水花样。22各种模式的动作状态1花样喷泉开关在位置1时，按下启动按钮后，4号喷头喷水，延迟2S后，3号喷头喷水，再延
5、迟2S后，2号喷头喷水，又延迟2S后，1号喷头喷水。18S后，如果为单步工作方式，则停下来。如果为连续工作方式，则继续循环下去。2花样选择开关在位置2时，按下启动按钮后后，1号喷头喷水，延迟2S后，2号喷头喷水，再延迟2S后，3号喷头喷水，又延迟2S后，4号喷头喷水。30S后，如果为单步工作方式，则停下来。如果为连续工作方式，则继续循环下去。3花样选择开关在位置3时，按下启动按钮后，1号、3号喷头同时喷水，延迟3S后，2号、4号喷头同时喷水，1号、3号喷头停止喷水。如此交替运行15S后，4组喷头全喷水，30S后，如果为单步工作方式，则停下来。如果为连续工作方式，则继续循环下去。4花样选择开关在
6、位置4时，按下启动按钮后，按照1234的顺序，依次间隔2S喷水，然后一起喷水。30S后，按照1234的顺序，分别延迟2S，依次停止喷水。再经1S延时，按照4321的顺序，依次间隔2S喷水，然后一起喷水。30S后停止。如果为单步工作方式，则停下来。如果为连续工作方式，则继续循环下去。湖北工业大学商贸学院毕业设计33PLC简介31PLC的应用领域目前，PLC在国内外已广泛应用于钢铁、石油、化工、电力、建材、机械制造、汽车、轻纺、交通运输、环保及文化娱乐等各个行业，使用情况主要分为如下几类1开关量逻辑控制取代传统的继电器电路，实现逻辑控制、顺序控制，既可用于单台设备的控制，也可用于多机群控及自动化流
7、水线。如注塑机、印刷机、订书机械、组合机床、磨床、包装生产线、电镀流水线等。2工业过程控制在工业生产过程当中，存在一些如温度、压力、流量、液位和速度等连续变化的量（即模拟量），PLC采用相应的A/D和D/A转换模块及各种各样的控制算法程序来处理模拟量，完成闭环控制。PID调节是一般闭环控制系统中用得较多的一种调节方法。过程控制在冶金、化工、热处理、锅炉控制等场合有非常广泛的应用。3运动控制PLC可以用于圆周运动或直线运动的控制。一般使用专用的运动控制模块，如可驱动步进电机或伺服电机的单轴或多轴位置控制模块，广泛用于各种机械、机床、机器人、电梯等场合。4数据处理PLC具有数学运算（含矩阵运算、函
8、数运算、逻辑运算）、数据传送、数据转换、排序、查表、位操作等功能，可以完成数据的采集、分析及处理。数据处理一般用于如造纸、冶金、食品工业中的一些大型控制系统。5通信及联网湖北工业大学商贸学院毕业设计4PLC通信含PLC间的通信及PLC与其它智能设备间的通信。随着工厂自动化网络的发展，现在的PLC都具有通信接口，通信非常方便。32PLC的应用特点1可靠性高，抗干扰能力强高可靠性是电气控制设备的关键性能。PLC由于采用现代大规模集成电路技术，采用严格的生产工艺制造，内部电路采取了先进的抗干扰技术，具有很高的可靠性。使用PLC构成控制系统，和同等规模的继电接触器系统相比，电气接线及开关接点已减少到数
9、百甚至数千分之一，故障也就大大降低。此外，PLC带有硬件故障自我检测功能，出现故障时可及时发出警报信息。在应用软件中，应用者还可以编入外围器件的故障自诊断程序，使系统中除PLC以外的电路及设备也获得故障自诊断保护。这样，整个系统将极高的可靠性。2配套齐全，功能完善，适用性强PLC发展到今天，已经形成了各种规模的系列化产品，可以用于各种规模的工业控制场合。除了逻辑处理功能以外，PLC大多具有完善的数据运算能力，可用于各种数字控制领域。多种多样的功能单元大量涌现，使PLC渗透到了位置控制、温度控制、CNC等各种工业控制中。加上PLC通信能力的增强及人机界面技术的发展，使用PLC组成各种控制系统变得
10、非常容易。3易学易用，深受工程技术人员欢迎PLC是面向工矿企业的工控设备。它接口容易，编程语言易于为工程技术人员接受。梯形图语言的图形符号与表达方式和继电器电路图相当接近，为不熟悉电子电路、不懂计算机原理和汇编语言的人从事工业控制打开了方便之门。4系统的设计，工作量小，维护方便，容易改造PLC用存储逻辑代替接线逻辑，大大减少了控制设备外部的接线，使控制系统设计及建造的周期大为缩短，同时日常维护也变得容易起来，更重要的是使同一设备经过改变程序而改变生产过程成为可能。这特别适合多品种、小批量的生产场合。湖北工业大学商贸学院毕业设计5（2）安装与布线动力线、控制线以及PLC的电源线和I/O线应分别配
11、线，隔离变压器与PLC和I/O之间应采用双胶线连接。将PLC的IO线和大功率线分开走线，如必须在同一线槽内，分开捆扎交流线、直流线，若条件允许，分槽走线最好，这不仅能使其有尽可能大的空间距离，并能将干扰降到最低限度。PLC应远离强干扰源如电焊机、大功率硅整流装置和大型动力设备，不能与高压电器安装在同一个开关柜内。在柜内PLC应远离动力线（二者之间距离应大于300MM）。与PLC装在同一个柜子内的电感性负载，如功率较大的继电器、接触器的线圈，应并联RC消弧电路。PLC的输入与输出最好分开走线，开关量与模拟量也要分开敷设。模拟量信号的传送应采用屏蔽线，屏蔽层应一端或两端接地，接地电阻应小于屏蔽层电
12、阻的1/10（3）I/O端的接线输入接线输入接线一般不要太长。但如果环境干扰较小，电压降不大时，输入接线可适当长些。输入/输出线不能用同一根电缆，输入/输出线要分开。尽可能采用常开触点形式连接到输入端，使编制的梯形图与继电器原理图一致，便于阅读。输出连接输出端接线分为独立输出和公共输出。在不同组中，可采用不同类型和电压等级的输出电压。但在同一组中的输出只能用同一类型、同一电压等级的电源。由于PLC的输出元件被封装在印制电路板上，并且连接至端子板，若将连接输出元件的负载短路，将烧毁印制电路板。采用继电器输出时，所承受的电感性负载的大小，会影响到继电器的使用寿命，因此，使用电感性负载时应合理选择，
13、或加隔离继电器。湖北工业大学商贸学院毕业设计6PLC的输出负载可能产生干扰，因此要采取措施加以控制，如直流输出的续流管保护，交流输出的阻容吸收电路，晶体管及双向晶闸管输出的旁路电阻保护。4花样喷泉设计方案41PLC型号的选择对于小的系统，如80点以内的系统一般不需要扩展；当系统较大时，就要扩展。不同公司的产品，对系统总点数及扩展模块的数量都有限制，当扩展仍不能满足要求时，可采用网络结构；同时，有些厂家产品的个别指令不支持扩展模块，因此，在进行软件编制时要注意。当采用温度等模拟模块时，各厂家也有一些规定，请看相关的技术手册。各公司的扩展模块种类很多，如单输入模块、单输出模块、输入输出模块、温度模
14、块、高速输入模块等。PLC的这种模块化设计为用户的产品开发提供了方便。42PLC的网络设计当用PLC进行网络设计时，其难度比PLC单机控制大得多。首先你应选用自己较熟悉的机型，对其基本指令和功能指令有较深入的了解，并且指令的执行速度和用户程序存储容量也应仔细了解。否则，不能适应你的实时要求，造成系统崩溃。另外，对通信接口、通信协议、数据传送速度等也要考虑。最后，还要向PLC的商家寻求网络设计和软件技术支持及详细的技术资料，至于选用几层工作站，依你的系统大小而定。湖北工业大学商贸学院毕业设计743软件编制在编制软件前，应首先熟悉所选用的PLC产品的软件说明书，待熟练后再编程。若用图形编程器或软件
15、包编程，则可直接编程，若用手持编程器编程，应先画出梯形图，然后编程，这样可少出错，速度也快。编程结束后先空调程序，待各个动作正常后，再在设备上调试。44确定所选PLC从上面的分析可以知道，系统共有开关量输入点8个，开关量输出点8个，参照三菱FX2NPLC产品目录及市场实际价格，选用主机为FX2N48MR的PLC为系统核心控制45花样喷泉I/O分配451PLCI/O分配简介一般IO模块的价格占PLC价格的一半以上。PLC的IO模块有开关量IO模块、模拟量IO模块及各种特殊功能模块等。不同的IO模块，其电路及功能也不同，直接影响PLC的应用范围和价格，应当根据实际需要加以选择。1）输入信号的类型及
16、电压等级开关量输入模块有直流输入、交流输入和交流直流输入三种类型。选择时主要根据现场输入信号和周围环境因素等。直流输入模块的延迟时间较短，还可以直接与接近开关、光电开关等电子输入设备连接；交流输入模块可靠性好，适合于有油雾、粉尘的恶劣环境下使用。开关量输入模块的输入信号的电压等级有直流5V、12V、24V、48V、60V等；交流110V、220V等。选择时主要根据现场输入设备与输入模块之间的距离来考虑。一般5V、12V、24V用于传输距离较近场合，如5V输入模块最远不得超过10米。距离较远的应选用输入电压等级较高的模块。湖北工业大学商贸学院毕业设计82）输入接线方式开关量输入模块主要有汇点式和
17、分组式两种接线方式。A汇点式输入B分组式输入汇点式的开关量输入模块所有输入点共用一个公共端（COM）；而分组式的开关量输入模块是将输入点分成若干组，每一组（几个输入点）有一个公共端，各组之间是分隔的。分组式的开关量输入模块价格较汇点式的高，如果输入信号之间不需要分隔，一般选用汇点式的。3）注意同时接通的输入点数量对于选用高密度的输入模块如32点、48点等，应考虑该模块同时接通的点数一般不要超过输入点数的60。4）输入门槛电平为了提高系统的可靠性，必须考虑输入门槛电平的大小。门槛电平越高，抗干扰能力越强，传输距离也越远，具体可参阅PLC说明书。452开关量输出模块的选择开关量输出模块是将PLC内
18、部低电压信号转换成驱动外部输出设备的开关信号，并实现PLC内外信号的电气隔离。选择时主要应考虑以下几个方面1）输出方式开关量输出模块有继电器输出、晶闸管输出和晶体管输出三种方式。继电器输出的价格便宜，既可以用于驱动交流负载，又可用于直流负载，而且适用的电压大小范围较宽、导通压降小，同时承受瞬时过电压和过电流的能力较强，但其属于有触点元件，动作速度较慢（驱动感性负载时，触点动作频率不得超过1HZ）、寿命较短、可靠性较差，只能适用于不频繁通断的场合。对于频繁通断的负载，应该选用晶闸管输出或晶体管输出，它们属于无触点元件。但晶闸管输出只能用于交流负载，而晶体管输出只能用于直流负载。湖北工业大学商贸学
19、院毕业设计9分组式输出B分隔式输出分组式输出是几个输出点为一组，一组有一个公共端，各组之间是分隔的，可分别用于驱动不同电源的外部输出设备；分隔式输出是每一个输出点就有一个公共端，各输出点之间相互隔离。选择时主要根据PLC输出设备的电源类型和电压等级的多少而定。一般整体式PLC既有分组式输出，也有分隔式输出。开关量输出模块的输出电流驱动能力必须大于PLC外接输出设备的额定电流。用户应根据实际输出设备的电流大小来选择输出模块的输出电流。如果实际输出设备的电流较大，输出模块无法直接驱动，可增加中间放大环节。4）注意同时接通的输出点数量选择开关量输出模块时，还应考虑能同时接通的输出点数量。同时接通输出
20、设备的累计电流值必须小于公共端所允许通过的电流值，如一个220V2A的8点输出模块，每个输出点可承受2A的电流，但输出公共端允许通过的电流并不是16A82A，通常要比此值小得多。一般来讲，同时接通的点数不要超出同一公共端输出点数的60。5输出的最大电流与负载类型、环境温度等因素有关开关量输出模块的技术指标，它与不同的负载类型密切相关，特别是输出的最大电流。另外，晶闸管的最大输出电流随环境温度升高会降低，在实际使用中也应注意。453模拟量IO模块的选择模拟量IO模块的主要功能是数据转换，并与PLC内部总线相连，同时为了安全也有电气隔离功能。模拟量输入（AD）模块是将现场由传感器检测而产生的连续的
21、模拟量信号转换成PLC内部可接受的数字量；模拟量输出DA模块是将PLC内部的数字量转换为模拟量信号输出。典型模拟量IO模块的量程为10V10V、010V、420MA等，可根据实际需要选用，同时还应考虑其分辨率和转换精度等因素。湖北工业大学商贸学院毕业设计10454特殊功能模块的选择目前，PLC制造厂家相继推出了一些具有特殊功能的IO模块，有的还推出了自带CPU的智能型IO模块，如高速计数器、凸轮模拟器、位置控制模块、PID控制模块、通信模块等455系统I/O分配表输入X000启动SB0X001停止SB1X002连续循环SB2X003单步SB3X004花样1档SB4X005花样2档SB5X006
22、花样3档SB6X007花样4档SB7输出Y0011号喷头KM1Y0022号喷头KM2Y0033号喷头KM3Y0044号喷头KM446PLC外部接线图接据系统控制要求,PLC外部接线图如下湖北工业大学商贸学院毕业设计1147喷泉控制过程模拟1接通电源,按下启动按纽SB0,X000有信号输入,PLC处于待命状态,2花样选择开关,SB4,SB5,SB6,SB7,任意一开关接通,对应的PLC输入点X004,X005,X006,X007有信号输入,PLC处于相应选择的工作状态,3当按SB3,对应X003触发,PLC处于单步运转状态,湖北工业大学商贸学院毕业设计124按下SB1,对应经X001断开,PLC
23、停止工作湖北工业大学商贸学院毕业设计13详细过程如下1当按下开关SB0,单步开关SB3断开,如选择开关SB4接通,刚PLC输出点Y007输出信号,KM4接通相联接的4号喷头,同时开始计时,两秒后动作接通Y005相对应的KM3接通联接的3号喷头,开始计时,两秒后动作接通Y004,相对应的KM2接通联接的2号喷头,同理,在两秒后,接通1号喷头,再接通4号循环下去2在一的过程,如SB3接通的情况下,刚在一个过程后,自动停止3同样,当选择其他位置开关,PLC按设定程序进行工作湖北工业大学商贸学院毕业设计145软件设计51喷泉控制流程图湖北工业大学商贸学院毕业设计1552系统程序设计本次系统为了方便模拟
24、,选择用PLC梯形图语言设计,所有程序见附录153部分程序介绍531花样选择程序花样选择开关SB4,SB5,SB6,SB7任意一个按下,如SB4按下,则按下启动按钮后，4号喷头喷水，延时2S后，3号喷头喷水，再延时2S，2号喷头喷水，又延时2S，1号喷头喷水。18S后，如果为单步工作方式，则停下来。如果为连续工作方式，则继续循环下去。湖北工业大学商贸学院毕业设计16设计总结本次设计,通过对花样喷泉系统的控制,真正的把专业知识应用到实践中,加强了我的动手能力,在设计中,遇到了不少问题,通过努力研究,一个一个解决了,系统模拟非常成功,总的来说,这次设计不难,关键在于细心,有时一些小问题,让我走了很
25、多弯路,真正让我感觉到了学以致用的重要性四年来，我认真地学习了专业课程基础知识，具有一定的设计理论基础和独立设计能力，由于毕业设计的课题是一种整体性的，系统性的设计，我真的是很努力地在做，但还是感到力不从心，因而这次设计在深度和广度上都有一定的局限性，不过，我认为还是提高了认识，学到了东西。所以我要感谢所有的任课老师，是您们的教育和培养，才使我学有所获。湖北工业大学商贸学院毕业设计17致谢在即将毕业之际，毕业设计已接近尾声，我想借此机会对关心和支持我的所有人表示感谢在此，我还要感谢在一起愉快的度过全体同学，感谢我的室友们，从遥远的家来到这个陌生的城市里，是你们和我共同维系着彼此之间兄弟般的感情
26、，维系着寝室那份家的融洽，正是由于你们的帮助和支持，我才能克服一个一个的困难和疑惑，直至本文的顺利完成。大学生活即将结束，我感到自己树立了正确的世界观、人生观、价值观。在此，我将感谢学院领导，是他们教会我做人的道理。特别要感谢电气工程系的各位老师尤其是我的指导老师刘辉老师，她劳心劳力，在她的悉心指导下，我才得以完成毕业设计。另外，在整个设计的过程中，还得到了同组其他同学的真诚帮助，在此一并表示感谢回顾这四年的学习和生活，还有许多的朋友和同学在各个方面给予了我很多的帮助和支持，让我坚持到了最后。在此我要感谢所有关心和爱护我的人，今后我会继续努力，不辜负您们对我的期望湖北工业大学商贸学院毕业设计1
27、8参考文献1孙平2003年1月可编程控制器原理及应用高等教育出版社2西门子（中国）有限公司SIMATICS7200可编程序控制器系统手册20023张运波2001年7月工厂电气控制技术高等教育出版社4项毅、吴宜平1999年工厂电气控制设备实验与设计指导接写工业出版社5王永华2002年9月现代电气及可编程控制技术北京航空航天大学出版社6程周2003年4月可编程控制器原理与应用高等教育出版社7胡学林2001年8月可编程控制器应用技术高等教育出版社8任志锦2003年2月电气与电气控制机械工业出版社9中国工空信息网WWWCHINAKONGCOM10中国自动化网WWWCA800COM湖北工业大学商贸学院毕
28、业设计19附录1程序清单湖北工业大学商贸学院毕业设计20湖北工业大学商贸学院毕业设计21湖北工业大学商贸学院毕业设计22湖北工业大学商贸学院毕业设计23湖北工业大学商贸学院毕业设计24湖北工业大学商贸学院毕业设计25湖北工业大学商贸学院毕业设计26湖北工业大学商贸学院毕业设计27湖北工业大学商贸学院毕业设计28湖北工业大学商贸学院毕业设计29湖北工业大学商贸学院毕业设计30湖北工业大学商贸学院毕业设计31湖北工业大学商贸学院毕业设计32湖北工业大学商贸学院毕业设计33湖北工业大学商贸学院毕业设计34湖北工业大学商贸学院毕业设计35湖北工业大学商贸学院毕业设计36湖北工业大学商贸学院毕业设计37湖北工业大学商贸学院毕业设计38湖北工业大学商贸学院毕业设计39湖北工业大学商贸学院毕业设计40指令表湖北工业大学商贸学院毕业设计41湖北工业大学商贸学院毕业设计42湖北工业大学商贸学院毕业设计43湖北工业大学商贸学院毕业设计44湖北工业大学商贸学院毕业设计45湖北工业大学商贸学院毕业设计46湖北工业大学商贸学院毕业设计47
