修改4次模擬噴泉的PLC設(shè)計-李盼盼

1、應(yīng)天職業(yè)技術(shù)學(xué)院機電工程系畢業(yè)設(shè)計報告課題名稱 模擬噴泉的PLC設(shè)計 作 者 李盼盼 專 業(yè) 電力系統(tǒng)自動化技術(shù) 班級學(xué)號 供電101班 1064117 指導(dǎo)教師 陸苗霞 2012 年 12 月目 錄摘要31. 緒 論31.1 課程設(shè)計的背景和意義31.2 PLC控制噴泉的優(yōu)越性41.3 基本任務(wù)41.4 內(nèi)容研究與安排42. 噴泉控制方案52.1 硬件控制分析52.2 軟件控制分析62.3 噴泉花樣控制73. 噴泉的硬件設(shè)計83.1 PLC介紹83.2 潛水泵93.3 電磁閥103.4花式噴頭114. 系統(tǒng)連接控制設(shè)計134.1 PLC的I/O地址分配134.2 PLC的I/O地址接線圖14

2、4.3 PLC端子連接144.4 安裝布置注意事項154.5 調(diào)試165.個人總結(jié)17參考文獻18附錄19模擬噴泉的PLC設(shè)計李盼盼摘要:本文以花樣噴泉為研究對象，結(jié)合任務(wù)設(shè)計書的具體要求，采用了FX2N系列PLC作為噴泉的控制器。對花樣噴泉的控制系統(tǒng)的總體功能進行了分析，闡述了可編程控制器的組成和工作原理。提出了噴泉硬件的各組成模塊及詳細的硬件模塊設(shè)計方案，并對控制方式進行了設(shè)計和程序的編寫。本設(shè)計改善了噴泉系統(tǒng)的控制品質(zhì)，并達到了實時控制的要求。關(guān)鍵詞： PLC 噴泉 自動控制系統(tǒng)1. 緒 論1.1 課程設(shè)計的背景和意義隨著中國經(jīng)濟的不斷發(fā)展，城市化水平不斷的提高，噴泉作為高質(zhì)量生活和人文

3、景觀的標致，越來越走進大眾的視線之中。近年來噴泉行業(yè)得到快速的發(fā)展，其中包含微機控制系統(tǒng)、以及彩燈、水霧、光電特效、水幕電影、音樂等學(xué)科的技術(shù)應(yīng)用到噴泉之中，把噴泉行業(yè)的技術(shù)水平推上了一個新的層面。噴泉其中噴泉可以濕潤周圍空氣，減少塵埃，調(diào)節(jié)內(nèi)環(huán)境。噴泉的細小水珠痛空氣分子撞擊，能產(chǎn)生大量的負氧離子，有益于改善社區(qū)面貌和增進居民身心健康。具有趣味性和觀賞性讓人心情愉快的同時給人以美的享受。噴泉是藝術(shù)和技術(shù)的結(jié)合物，建筑藝術(shù)、園林藝術(shù)、美術(shù)以至引伸到人文學(xué)、文學(xué)藝術(shù)、音樂藝術(shù)等都能蘊含到噴泉的設(shè)計、創(chuàng)作中。以設(shè)計者的理念為原型，周邊環(huán)境作為依托，可以創(chuàng)作設(shè)計包含何種人文氣息，文學(xué)內(nèi)蘊的噴泉，使人

4、們的審美水平得到升華。1.2 PLC控制噴泉的優(yōu)越性傳統(tǒng)的噴泉控制采用單片機控制原理，通過控制可控硅為功率開關(guān)元件，完成對潛水泵間歇工作控制，來實現(xiàn)各種花樣的噴水，但是這種控制系統(tǒng)在實踐中存在以下缺點：(1) 潛水泵間歇啟動會產(chǎn)生頻繁的較高的起動電流減少預(yù)期的使用壽命，(2) 由于可控硅不能較長時間承受過電壓、過電流，因而不能長時間運行；需要配置繁瑣的保護電路。(3) 程序的增減、修改和運行監(jiān)視不靈活；抗干擾能力差；功率因數(shù)較低。 用PLC控制則能有效解決上述問題，確?？刂葡到y(tǒng)的正常運行，采用PLC 控制。 PLC以其靠性高，適用性強，能耗低 ，維護方便，容易改造的優(yōu)點。使之用來設(shè)計噴泉將會非

5、常方便，安全而且易于變更和擴展。且具有較大的靈活性和可擴展性的特點,通過改變噴泉的控制程序或改變方式選擇開關(guān),就可以改變花式噴泉的噴水規(guī)律,從而變換出各式花樣,使用方便穩(wěn)定、根據(jù)不同場合的噴水要求，甚至可以即時編入噴泉花樣。1.3 基本任務(wù)利用PLC自動控制的基本原理，設(shè)計一個模擬噴泉。要求：按下開始按鈕后，水柱呈放射狀噴出，經(jīng)過一定時間后，水柱按逆時針方向旋轉(zhuǎn)循環(huán)向外噴射。按下停止按鈕后，能立即停止。1.4 內(nèi)容研究與安排噴泉作為許多器件連接組合的完整系統(tǒng)，首先要確定各個器件種類的選擇，個器件確定的具體型號之間能夠支持。需要確定的器件及其順序有：PLC、潛水泵、電磁閥、噴泉噴頭、控制開關(guān)、連

6、接線等。 軟件上，由于PLC預(yù)定選擇三菱FX2n系列，所以設(shè)計選擇FXGPWIN3.3程序來設(shè)計軟件部分。SFC具有可視化編輯，按照時間順序編程非常方便。噴泉花樣在預(yù)先設(shè)計的許多方案中選出挑選出4種作為設(shè)計方案。 根據(jù)硬件的連接繪出I/O接口圖，按照I/O接口圖編輯程式。I/O點數(shù)估算時應(yīng)考慮適當?shù)挠嗔?，通常根?jù)統(tǒng)計的輸入輸出點數(shù)，再增加10%-20%的可擴展。余量后，作為輸入輸出點數(shù)估算數(shù)據(jù)。在PLC實驗室連接LED燈作為輸出模擬實驗結(jié)果來檢驗設(shè)計的正確性。2. 噴泉控制方案2.1 硬件控制分析圖2-1噴泉自動控制原理硬件控制由PLC通過輸出繼電器控制電磁閥的通斷來控制噴泉噴頭的開閉。此方案

7、使用的噴頭共13個噴頭，PLC的控制下交替噴水。分為內(nèi)中外三圈，內(nèi)圈1個，中圈4個，外圈8個。圖 2-2 噴頭布局圖2-3 噴泉的控制面板2.2 軟件控制分析按照工程設(shè)計要求，在制定控制系統(tǒng)的方案時，充分考慮功能的組成及實現(xiàn)，主要從機械部件的動作順序、動作條件、必要的保護和聯(lián)鎖，系統(tǒng)的工作方式（如手動、自動、半自動）和安全保護措施及緊急情況處理著手設(shè)計。從而總結(jié)了以下幾點在梯形圖設(shè)計過程中的主要思路。1.使用SFC做為程序構(gòu)架，用選擇條件來分配四種花樣的進行。 圖2-4 選擇流程圖2. 不同花樣的選擇采用手動選擇開關(guān)SA，通過時間繼電器、輔助繼電器和跳轉(zhuǎn)命令，實現(xiàn)自動化控制來完成各花樣內(nèi)的循環(huán)

8、動作。3.ladder0中設(shè)計有計時/連續(xù)兩種工作方式，計時工作方式時X006處于常閉狀態(tài)，當時間繼電器T17（根據(jù)具體需要調(diào)節(jié)）計完1分鐘后使T17的常開觸點閉合，即可使狀態(tài)繼電器好輸出全部重置，線圈失電重置，實現(xiàn)計時工作方式。 連續(xù)兩種工作方式時，X006斷開，T17時間繼電器不得電，系統(tǒng)安裝選擇開關(guān)SA的選擇1、2、3、4的花樣一直循環(huán)動作。 圖2-4 ladder0程序控制4、 當出現(xiàn)緊急情況時，請及時按下停止按鈕X005或關(guān)閉電源，立即停止工作。2.3 噴泉花樣控制噴泉控制設(shè)定：(1) 按下啟動按鈕，噴泉控制裝置開始工作；(2) 任意時刻按下停止按鈕，立即停止；(3) 計時/連續(xù)開關(guān)

9、 為及時位置時，噴泉運行指定時間后自動停止。連續(xù)位置時，噴泉一直循環(huán)工作。噴泉樣式設(shè)定：噴泉樣式1：樣式選擇位置開關(guān)1，按下啟動按鈕。噴泉全部噴頭噴水并保持。噴泉樣式2：樣式選擇位置開關(guān)2，按下啟動按鈕。0號噴頭噴水并保持2s后1、2、3、4號噴頭噴水并保持2s后6、10、12、14噴頭為一組與5、7、11、13噴頭為一組的兩組噴頭交替保持噴涌1s，循環(huán)三次后全部噴頭停止噴涌，3s后從0號噴頭噴水開始繼續(xù)循環(huán)。噴泉樣式3：樣式選擇位置開關(guān)3，按下啟動按鈕。噴泉全部噴頭噴水2s后0、1、2、3、4號噴頭噴水并保持，其余噴頭停止。1s后由5號噴頭開始，6、7、10、11、12、13、14依次逆時針

10、旋轉(zhuǎn)噴射1s并循環(huán)。噴泉樣式4：樣式選擇位置開關(guān)4，按下啟動按鈕。0號噴頭噴水并保持；外圈5、6、7、10、11、12、13、14噴頭同時以間隔1s成環(huán)狀間歇噴射；內(nèi)圈1、2、3、4從1號噴頭開始依次逆時針噴射1s并循環(huán)。3. 噴泉的硬件設(shè)計3.1 PLC介紹本次設(shè)計選擇FX2N系列。FX2N系列PLC是小型化，高速度，高性能和所有方便都是相當于FX系列中較高檔次的超小形程序裝置。超高速的運算速度(0.08step)，豐富的軟件元件，程序容量內(nèi)置8000步 ，最大可擴充至16000步。主機點數(shù)1632486480128，分為晶體管輸出繼電 圖3-1 三菱FX2N-48MR型PLC 器輸出，交流

11、電源直流電源，最大可擴展到256點。采用各種特殊功能模塊，可達到高性能的高速計數(shù)，定位控制，溫度控制等功能。支持小數(shù)點運算，通過FX2N-16CCL及FX2N-32CCL，可充當CC-LINK主從站。 具體選擇FX2N-48MR-001是日本三菱公司的可編程控制器(PLC),繼電器輸出及輸入24點,輸出24點.內(nèi)置用戶存儲器8K步，可擴展到16K步，最大可擴展到256個I/O點，可有多種特殊功能擴展，實現(xiàn)多種特殊控制功能（PID、高速計數(shù)、A/D、D/A、等）。有功能很強的數(shù)學(xué)指令集。通過通信擴展板或特殊適配器可實現(xiàn)多種通信和數(shù)據(jù)鏈接。特點：-系統(tǒng)配置即固定又靈活；-編程簡單，易于操控；-品種

12、豐富；方便選擇-穩(wěn)定可靠的高性能；-運算速度快；-應(yīng)用于各種特殊用途；-方便與外部設(shè)備通信；-共同的外部設(shè)備。3.2 潛水泵噴泉泵機組組成電機性能： 采用優(yōu)質(zhì)材料DR470，增加電機繞組的匝數(shù)及線徑使水泵耐頻繁起動。水力部分：采用優(yōu)秀水力模型設(shè)計，使水泵流量、揚程、效率三者更為合理。結(jié)構(gòu)特點：該電機為自循環(huán)充水式 冷卻。 圖3-2 潛水泵QSP系列電纜用三相四線JHS型噴泉專用電纜；葉輪采用了防松動裝置；濾網(wǎng)護罩彩用全不銹鋼材料；電機內(nèi)腔定轉(zhuǎn)子采用進口涂料，提高了水下電機耐腐蝕性，通過以上結(jié)構(gòu)改進使之更適于噴泉工程專業(yè)要求。使用條件：1.電泵應(yīng)完全浸入水中運行,潛水深度不小于0.5米,不大于5

13、米。2.環(huán)境水溫度應(yīng)不高于40。3.工作介質(zhì)為無腐蝕性清水,含沙量不大于0.1%,PH值為6.58.5。4.電源應(yīng)為三相50赫茲,額定電壓為380伏,其供電電壓必須保證在342420伏范圍內(nèi)。5.電泵應(yīng)在額定揚程附近的適用范圍內(nèi)使用。6.電泵應(yīng)配置相應(yīng)的啟動保護器，可靠接地。表3-1 QSP10-10-0.55潛水泵參數(shù)型 號流量m3/h揚 程m功 率kw電 壓v頻 率hz最大外徑mm水泵高度mmQSP10-10-0.5510100.55380501504203.3 電磁閥SLDF系列電磁閥是自動控制系統(tǒng)中常見的開關(guān)元件、為噴泉的核心控制設(shè)備，特別適用于跑泉、跳泉的水路控制。SLDF系列電磁閥

14、是利用介質(zhì)壓力差工作的直動式電磁閥門，它采用膜片結(jié)構(gòu)，具有啟閉迅速、性能穩(wěn)定、使用方便、可靠性高、壽命長等特點；該閥坑污能力極強，可在江、河、湖、海及各種人工水域中長期使用，基高超的性能處于國內(nèi)領(lǐng)先水平。 圖3-3 電磁閥結(jié)構(gòu) 表3-2 SLDF電磁閥參數(shù)原理結(jié)構(gòu)直動膜片式、先導(dǎo)膜片式閥體材質(zhì)黃銅、304不銹鋼流體范圍水流體溫度-550控制方式常閉電源電壓AC220V、DC24V電氣連接澆封預(yù)埋式防水電纜線防護等級IP68表3-3 SLDF電磁閥參數(shù)型號規(guī)格公稱通徑工作壓力響應(yīng)速度螺紋尺寸HLSLDF101008bar0.1秒68116SLDF1515681163.4花式噴頭1.中心直上噴頭(

15、集束)中心直上噴頭是在同一個配水箱上安裝許多萬向直流噴嘴，當這些噴嘴規(guī)格相同時，噴出的水姿雄壯筆直；當這些噴嘴規(guī)格不完全相同時，大小噴嘴布設(shè)得當，噴出的水姿粗壯有力，層次分明、主題突出，是大型噴泉必備的主要噴頭。該噴頭也叫中心水柱。 圖 3-4 中心直上噴頭 表3-4 SZ-310參數(shù)噴頭型號主要性能連接管安裝尺寸(mm)水壓(kpa)流量(m3/h)噴高(m)噴灑直徑DN(mm)直徑DN(mm)連接形式ABSZ-310100-150200-25019-2325-283-56-111.0-1.31.4-1.650內(nèi)螺紋220+1202.花柱噴頭（銀纓）圖 3-4花柱噴頭花柱噴頭是多孔散射噴頭的

16、一種，又名層花噴頭、花籃噴頭等。噴水時，其外觀形似一束鮮花，造型美觀，安裝方便，適用于各種場合的噴水池中。表3-5 HZ-112噴頭參數(shù)噴頭型號主要性能連接管安裝尺寸(mm)水壓(kpa)流量(m3/h)噴高(m)噴灑直徑DN(mm)直徑DN(mm)連接形式ABHZ-112705.00-7.001.20-2.001.50-1.8025內(nèi)螺紋100+604. 系統(tǒng)連接控制設(shè)計4.1 PLC的I/O地址分配根據(jù)課程設(shè)計任務(wù)書以及控制方案選擇的著手點做出PLC控制系統(tǒng)的I/O分配表如下：表4-1 輸入信號分配輸 入 地 址元 件功 能X0SB1啟動按鈕X1SA1樣式選擇位置開關(guān)1X2SA2樣式選擇位

17、置開關(guān)2X3SA3樣式選擇位置開關(guān)3X4SA4樣式選擇位置開關(guān)4X5SB2停止按鈕X6SA5定時/連續(xù)選擇開關(guān)表4-2 輸出信號分配輸 出 地 址元 件功 能Y0KM1噴頭0Y1KM2噴頭1Y2KM3噴頭2Y3KM4噴頭3Y4KM5噴頭4Y5KM6噴頭5Y6KM7噴頭6Y7KM8噴頭7Y10KM9噴頭10Y11KM10噴頭11Y12KM11噴頭12Y13KM12噴頭13Y14KM13噴頭144.2 PLC的I/O地址接線圖圖 4-2 I/O地址接線圖4.3 PLC端子連接 圖4-3 FX2N-48MR輸入輸出端子 輸出端子連接：COM1 、COM2 、COM3、 CO4M、 COM5 連接至C

18、OM0； Y0、Y1、Y2、Y3、Y4、Y5、Y6、Y7、Y10、Y11、Y12、Y13、Y14連接至對應(yīng)繼電器和電磁閥；輸入端子連接：L、N接至兩相交流電源； X0接至 啟動按鈕；X1接至 樣式選擇位置開關(guān)1；X2接至 樣式選擇位置開關(guān)2；X3接至 樣式選擇位置開關(guān)3；X4接至 樣式選擇位置開關(guān)4；X5接至 停止按鈕；X6接至 定時/連續(xù)選擇開關(guān)；COM、24+分別接至 直流24+繼電器線圈兩端；接地端子接至 可靠接地線；4.4 安裝布置注意事項（1).設(shè)立一個獨立的開關(guān)，并加裝熔斷器作短路保護。對PLC供電系統(tǒng)采用隔離變壓器。 (2).要對PLC及其相關(guān)設(shè)備進行接地處理。將PLC及其相關(guān)設(shè)

19、備所有接地點連在一起并與系統(tǒng)接地點相接，將系統(tǒng)中所有直流電源的公共點連接到同一個單一接點上，為減小接地電阻，所有接地線應(yīng)盡量短并用2平方毫米以上的接地線。 (3).將動力線、控制線以及PLC的電源線和輸入/輸出線分別配線，隔離變壓器與PLC和輸入/輸出線之間采用帶屏蔽的雙絞線電纜連接，并將電纜屏蔽層可靠接地。將PLC的輸入/輸出線和大功率線分開走線，且輸入/輸出線不用同一根電纜并分開走線，交流輸出線和直泫輸出線同樣不用同一根電纜，并盡可能遠離動力線和高壓線。4.5 調(diào)試由于使用實驗室模擬試驗來調(diào)試，接通電源，PLC通過COM1端口連接至PC，將PLC調(diào)至只有power燈亮，編程輸入PLC，連接輸出至LED燈，并分別連接相應(yīng)按鈕和開關(guān)，連接各個對應(yīng)的連接線纜。啟動PLC，按照設(shè)計好的程序控制端口，打開相應(yīng)的按鈕，觀察LED燈的閃爍情況，即輸出運行情況。打開FXGPWIN3.3，以SFC視圖打開調(diào)試-實時監(jiān)控，觀察程序運轉(zhuǎn)狀態(tài)是否符合要求。遇到問題選擇問題部分分析錯誤原因并修改。 圖 4-4 模