花式喷泉PLC控制设计毕业设计.doc

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1、摘 要花样喷泉的核心是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、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

2、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14AbstractSynchronized fountain core is PLC, is a microprocessor core, with the instruction memory, and input and output interfaces, a combination of micro-electronics technology, computer technology, automatic control tech

3、nology, communications technology, a new generation of industrial control devices. It can store and execute instructions, position control, logic control, sequence control, timing, counting and arithmetic operations such as digital and analog inputs and outputs to control various types of machinery

4、or production processes.This design mainly to the programmable controller PLC control functions through the control of each switch, to meet the needs of the people on the visual, realized easily programmable controller to control the function of the pattern fountain, with the wiring is simple, intui

5、tive programming, expansion and so on. Synchronized fountain feature adds only need to increase the function of the corresponding procedures and output changes less debug results show that the adaptability, flexibility, accuracy and reliability, have met the design requirements. With this design, I

6、learned a lot, has also been improved in the work carefully. And know more about the function of the programmable device.Keyword:Pattern fountain,PLC, switch control目 录第一章 绪论1第一节 课题设计的目的及意义1第二节 设计的主要研究内容及安排1第三节 采用PLC控制的优点1第二章 系统控制方案的确定2第一节 花式喷泉概述2第二节 系统设计的基本步骤2第三节 系统控制方案3第四节 花式喷泉控制系统的原理图4第三章 花式喷泉的硬件

7、设计5第一节 PLC的选择方案5第二节 水泵的选择方案5第三节 喷头的选择方案6第四节 控制面板6第四章 系统的软件设计8第一节 花式喷泉的PLC控制流程图8第二节 I/O模块的选择9第三节 花式喷泉的I/O分配9第四节 PLC的I/O地址分配简介9第五节 软件的选用10第六节 系统主程序10第七节 系统程序的可行性12结束语13谢 辞14参考文献15第一章 绪论第一节 课题设计的目的及意义随着我国经济的高速发展，微电子技术，计算机技术和自动控制技术也得到了迅速发展，交流变频调速技术已经进入个崭新的时代，其应用越来越广。而随着我国城市化进程的加快和人口大量集聚，环境越来越重要，好的环境能使心身

8、愉快，做事效率提高。其中喷泉可以湿润周围空气，减少尘埃，降低气温。喷泉的细小水珠同空气分子撞击，能产生大量的负氧离子，有益于改善社区面貌和增进居民身心健康。第二节 设计的主要研究内容及安排本文根据生活当中出现的一些情况，以花式喷泉为研究对象，结合了大量资料及文献，研究花式喷泉的控制问题，整理出一套可行性较高的喷泉控制系统。本系统的研究内容主要包括了喷泉的发展情况及所存在的一系列问题；喷泉控制系统的组成；花式喷泉的控制任务和要求；花式喷泉的硬件配置以及软件的设计，再通过仿真软件来实现。在设计当中，因花样1出现故障的可能性较另外两种花样要大，因此在花样1的程序中设置了报警系统，当出现故障时，可以及

9、时报警并断开电源，具有更大的安全保障。设计中并未添加单步/连续程序，因为如果单步运行，持续时间太短，观赏性不强，因而只设置了连续运行，当按下启动按钮，接着选择喷水花样，系统处于连续运行状态，直到按下停止按钮，系统立即断开电源，停止运行。第三节 采用PLC控制的优点（1）控制方式上看：PLC软接线，只需改变控制程序就可轻易改变逻辑或增加功能。（2）工作方式看：PLC串行工作，不受制约。（3）控制速度上看：PLC通过半导体来控制，速度很快，无触点，顾而五抖动一说。（4）定时、计数看：PLC时钟脉冲由晶振产生，精度高，定时范围宽，有记忆功能。（5）可靠、维护看：PLC无触点，寿命长，且有自我诊断功能

10、，对程序执行的监控功能，现场调试和维护方便。第二章 系统控制方案的确定第一节 花式喷泉概述喷泉是一种将水或其他液体经过一定压力通过喷头洒出来具有一定形状的组合体，提供水压的一般为水泵。现代城市中的喷泉形式已十分丰富。随着构筑物的大小及水压等的变化，喷泉或高或低、或珠或雾，精彩纷呈。举例下列几种喷泉加以说明：（1）普通喷泉：只有简单的几种固定水型及灯光，随着电源的开闭而控制喷泉的运行、水型和灯光的变化。（2）音乐喷泉：在程序控制喷泉的基础上加入了音乐控制系统，计算机通过对音频及MIDI信号的识别，进行译码和编码，最终将信号输出到控制系统，使喷泉的造型及灯光的变化与音乐保持同步。（3）水幕激光喷泉

11、：将激光器发出的激光束射在水幕喷头的水幕上，激光束由激光控制系统编程控制，可发出多种多样的图案及色彩，照射在晶莹透明的水膜上，形成斑斓夺目的起义效果。（4）游戏喷泉：又称感应泉，喷泉水柱根据游人的动作产生反应，而且这种应具有不确定性，是一种互动式喷泉，增强了娱乐氛围。（5）跳跳喷泉：又名光亮泉。是一种高科技水景艺术，水形似根根晶莹透彻地冰柱，一串串飞向空中，轻舞飞扬。第二节 系统设计的基本步骤在花式喷泉控制系统的设计过程中主要考虑以下几点：（1）深入了解和分析花式喷泉的工艺条件和控制要求。（2）确定I/O设备。根据花式喷泉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、

12、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子 的接线图。（5）设计花式喷泉系统的梯形图程序，根据工作要求设计出周密完整的梯形图。（6）程序，这是整个花式喷泉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。第三节 系统控制方案本设计花样喷泉示意图如图2-1所示:图2-1 花式喷泉示意图花式喷泉系统的控制要求如下：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，再延迟2S后，2号喷头喷水，又延迟2S后，1号喷头喷

13、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、花样选择开关在位置4时，按下启动按钮后，按照1-2-3-

14、4的顺序，依次间隔2S喷水，然后一起喷水。30S后，按照1-2-3-4的顺序，分别延迟2S，依次停止喷水。再经1S延时，按照4-3-2-1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。第四节 花式喷泉控制系统的原理图在喷泉中，通过按钮开关信号来控制PLC：因为有4层喷水，因此用了1个变频器控制4个水泵。花式喷泉控制系统的原理如图2-2所示：图2-2 花式喷泉控制系统原理图第三章 花式喷泉的硬件设计第一节 PLC的选择方案1.对输入/输出点的选择盲目选择点数多的机型会造成一定浪费。要先弄清除控制系统的I/O总点数，再按实际

15、所需总点数的1520留出备用量（为系统的改造等留有余地）后确定所需PLC的点数。2.对存储容量的选择对用户存储容量作粗略的估算。3.对I/O响应时间的选择PLC的I/O响应时间包括输入电路延迟、输出电路延迟和扫描工作方式引起的时间延迟（一般在23个扫描周期）等。对开关量控制的系统，PLC和I/O响应时间一般都能满足实际工程的要求，可不必考虑I/O响应问题。但对模拟量控制的系统、特别是闭环系统就要考虑这个问题。4.对PLC结构形式的选择在相同功能和相同I/O点数据的情况下，整体式比模块式价格低。但模块式具有功能扩展灵活，维修方便（换模块），容易判断故障等优点，要按实际需要选择PLC的结构形式。本

16、设计采用S7-300 CPU315-2DP的PLC。该PLC属于中型PLC，功能强大，控制能力好，性价比高。第二节 水泵的选择方案水泵的种类根据不同的要求，分类比较多；大致有卧式水泵和潜水泵。但都是根据各自对水泵的扬程、流量、使用的场合、能耗比、性价比等来选择合适自己水泵。根据本文的要求，选择采用潜水泵。因为潜水泵是放置在水下，因此不需要泵房，这样可以降低造价。而且潜水泵能耗低，体积小，重量轻，不需灌引水，使用维护及管理方便，并且达到了节约水资源的目的，具有卧式水泵所不具有的优点，可以适应喷泉的喷水要求。本设计采用上海申一水泵制造有限公司生产的QY型油浸式潜水泵。QY型油浸式潜水电泵是由充油式

17、潜水电机与离心式水泵同轴联接组成。符合JB/T8092-1996标准规定，产品取得全国生产许可证，经过三十多年来不断的改进和完善，广泛应用于农业灌溉、工矿排水、水景喷泉、水产养殖，鱼塘增氧、防洪排涝等领域。具有泵电一体，结构紧凑；无需引水、使用简便；双端密封、电器保护；设计合理、性能优良等特点。水泵的使用条件是潜水深度不超过5米；水温不超过+40；PH值应在5-9之间，因此，很适合用本设计的要求。第三节 喷头的选择方案喷泉的喷头分为可调直流喷头、涌泉喷头、集束喷头、旋转喷头等等，种类繁多，喷出的水型也各不相同。本设计采用的是集束喷头，该喷头由多个直流喷头组合而成，直射喷头口径大小可确定喷头的出

18、水量及高度，它可以作为整个喷泉的主喷（喷泉最高点），也可以由多个集束喷头组合成不同的排列。本文采用的集束喷头是中间小，四周大的喷头组合方案。中间的小喷头在同样的压力下，喷出的水柱较之周围的大喷头要高，要细，可达到最佳的视觉效果，见图3-1。图3-1喷头的样式及喷水示意图中间部分为装饰物。左图为喷头的设计方案图，每个喷头的设计方案都是相同的，中间4个小圆形图案为小喷头，外部4个大圆形图案为大喷头；右图为喷泉喷水方式示意图，4个大喷头喷出的水柱更粗更低，这样看起来更有层次感。第四节 控制面板系统的控制面板图如图3-2所示。图中分别是花样选择开关、指示灯以及启动、停止和自动运行开关。系统正常运行时，

19、显示运行（绿灯）；停止运行时显示停止（红灯）；出现故障时显示报警（黄灯）。图3-2 花式喷泉的控制面板第四章 系统的软件设计第一节 花式喷泉的PLC控制流程图花式喷泉的程序控制流程图见图4-1。图4-1系统控制流程图如图，通电后，进入工作状态。如按下启动按钮，喷泉装置进入准备工作状态，若不按，则回到初始状态。接着选择喷水花样，共三种喷水花样可供选择。如不选择喷水花样，系统则只保持通电状态。如按下花样选择开关，喷泉按照设定的程序开始运行。如果按下停止按钮，系统则停止运行，如果不按停止按钮，系统则按照选择的花样继续运行下去直到按下停止按钮。第二节 I/O模块的选择本设计选择SM332作为PLC的I

20、/O模块，其I/O接口都是配对模块，I为输入、Q为输出。用于连接电磁阀、接触器、小型电机、灯和电机起动器。第三节 花式喷泉的I/O分配喷泉的I/O分配见表4-1。表4-1花式喷泉的I/O分配表输入启动按钮I0.0停止按钮I0.1花样选择开关1I0.2花样选择开关2I0.3花样选择开关3I0.4自动运行按钮I0.5输出花样1报警Q0.01号喷头组Q0.1Q1.1Q2.12号喷头组Q0.2Q1.2Q2.23号喷头组Q0.3Q1.3Q2.34号喷头组Q0.4Q1.4Q2.4第四节 PLC的I/O地址分配简介I/O模块分为数字量输入、数字量输出、模拟量输入和模拟量输出4类。CPU分配给数字量I/O模块

21、的地址以字节为单位，一个字节由8个数字量I/O点组成。扩展模块I/O点的字节地址由I/O的类型和模块在同一类I/O模块链中的位置来决定。第五节 软件的选用本设计采用STEP-7软件进行编写系统程序，该软件主要有组态硬件；组态通信连接；使用编程语言编写用户程序；下载和调试用户程序、启动、维护、文件建档、运行和诊断等功能。功能强大，很适合用来编写喷泉的控制程序。编程软件界面如图4-2所示。第六节 系统主程序系统的主程序见图4-3。此时，系统处于停止工作状态。图4-2 花式喷泉系统主程序I0.5是一个独立的启动按钮，负责启动自动运行。当按下I0.5的时候，系统按照花样1-花样2-花样3的顺序循环运行

22、。当按下停止按钮I0.0的时候，立即停止自动运行，改为手动选择花样。结束语本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。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，更了解里有关可编程器件和变频器的功能。我选择这个设计，也是为了弥补以前学习上的不足，这次设计，使我了解到老师的用心良苦，并且从老师那学到了多宝贵

23、的知识。谢 辞毕业设计的完成，意味着我大学的学习生涯结束了。作为一名在校的学生，在设计的思想、经验等等方面难免有所欠缺和不足之处，但是，经过老师和同学们的帮助，我还是顺利的完成了毕业设计。首先我深深的感谢老师你对我的帮助和指导。让我在社会实践的道路上有了新的认识和体会，更加深刻的理解和明白了PLC的精髓最后还要感谢我的每一个同学，是你们让我懂得了集体，让我懂得了友情，这是我人生的一大财富。再过不了多久我们就要各奔东西去追求自己的理想，希望以后我们都能实现自己的理想，在很多年后当我们想起这三年的酸甜苦辣时，相信我们都会感到幸福。最后我对老师说一句：老师你辛苦了！参考文献1.郭艳萍，李晓波。PLC在花式喷泉中的应用J漯河职业技术学院学报（综合版）.20032.廖常初.可编程控制器应用技术（第四版）.重庆大学出版社.20053.张玉华 陈金艳 贾玉芬。可编程控制器原理及应用（三菱机型）（M.北京大学出版社，20094.殷培峰.基于PLC喷泉控制系统的设计与应用J.兰州石化职业技术学院学报2006，65.孙康岭.电气控制与PLC应用M。北京：化学工业出版社2009