PLC課程設(shè)計(jì)-自動(dòng)噴泉的控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)-

電氣限制技術(shù)

課程設(shè)計(jì)題目： 自動(dòng)噴泉的限制系統(tǒng)設(shè)計(jì)院系名稱： 電氣工程學(xué)院專業(yè)班級(jí)： 學(xué)生姓名： 學(xué)號(hào)： 指導(dǎo)老師： 成果:指導(dǎo)老師簽名:日期：Y1-^-0 (■^0-0 O XO Y2Y3Y4XIYS丫6X2Y7YiOX3 Yi1Y12Yt3X4Y14YISXSYi6Yi7Y2OCOKI aOKI -^0 —^(S?) O 6d O LS0- -^0- SflO SB4_—^0 -^0 > O -^0 -^0 ^0^——圖3-3系統(tǒng)I/O接線圖3.5元器件選型⑴PLC選型在PLC系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)，首先應(yīng)確定限制方案，下一步工作就是PLC工程設(shè)計(jì)選型。工藝流程的特點(diǎn)和應(yīng)用要求是設(shè)計(jì)選型的主要依據(jù)。因此，工程設(shè)計(jì)選型和估算時(shí),應(yīng)具體分析工藝過(guò)程的特點(diǎn)、限制要求，限制任務(wù)和范圍確定所需的操作和動(dòng)作，然后依據(jù)限制要求，估算輸入輸出點(diǎn)數(shù)、所需存儲(chǔ)器容量、確定PLC的功能、外部設(shè)備特性等，最終選擇有較高性能價(jià)格比的PLC和設(shè)計(jì)相應(yīng)的限制系統(tǒng)輸入輸出（I/O）點(diǎn)數(shù)的估算：I/O點(diǎn)數(shù)估算時(shí)應(yīng)考慮適當(dāng)?shù)挠嗔?，通常依?jù)統(tǒng)計(jì)的輸入輸出點(diǎn)數(shù)，再增加10%?20%的可擴(kuò)展余量后，作為輸入輸出點(diǎn)數(shù)估算數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器容量的估算：存儲(chǔ)器容量是可編程序限制器本身能供應(yīng)的硬件存儲(chǔ)單元大小，程序容量是存儲(chǔ)器中用戶應(yīng)用項(xiàng)目運(yùn)用的存儲(chǔ)單元的大小，因此程序容量小于存儲(chǔ)器容量。設(shè)計(jì)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(jì)階段是未知的，需在程序調(diào)試之后才知道。為了設(shè)計(jì)選型時(shí)能對(duì)程序容量有肯定估算，通常采納存儲(chǔ)器容量的估算來(lái)代替限制功能的選擇：該選擇包括運(yùn)算功能、限制功能、通信功能、編程功能、診斷功能和處理速度等特性的選擇。依據(jù)本課題所設(shè)計(jì)限制的需求通過(guò)對(duì)輸入/輸出點(diǎn)的選擇、對(duì)存儲(chǔ)量的選擇,對(duì)I/O響應(yīng)時(shí)間的選擇輸出負(fù)載的特點(diǎn)選型的分許。該限制系統(tǒng)選用三菱公司FX2N系列的PLC。它體積小，重量輕，運(yùn)用壽命長(zhǎng)，編程和維護(hù)便利，故障率低，通過(guò)擴(kuò)展模塊的鏈接，可以增加輸入/輸出點(diǎn)數(shù)。我設(shè)計(jì)的花式噴泉模型共有6個(gè)輸入，16個(gè)輸出，因此，選用型號(hào)為FX2N-48MR的PLC(2)變頻器選型我設(shè)計(jì)的是通過(guò)變頻器調(diào)速技術(shù)來(lái)限制每環(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需滿意大功率快速精確起停，而且其輸出功率必需能夠精確的進(jìn)行限制。我選用品牌為DESHB(德士比)的QYPI00-4.5-2.2噴泉泵。具有以下優(yōu)點(diǎn):結(jié)構(gòu)緊湊：無(wú)需引水、運(yùn)用簡(jiǎn)便：雙端密封、電器愛(ài)護(hù)；設(shè)計(jì)合理、性能優(yōu)良：經(jīng)久耐用、平安牢靠。并且水泵出口采納圓法蘭結(jié)構(gòu)，電機(jī)為F級(jí)絕緣，適用于音樂(lè)噴泉等場(chǎng)合對(duì)電機(jī)頻繁啟動(dòng)的要求，葉輪具有防松裝置，不怕反轉(zhuǎn)。其實(shí)物圖見(jiàn)其圖3-4所示圖3-4QYP噴泉泵的實(shí)物圖4軟件設(shè)計(jì)4.1主流程依據(jù)噴泉一、噴泉二、噴泉三、噴泉四的限制要求，畫(huà)出PLC限制系統(tǒng)限制自動(dòng)噴泉的程序流程圖，首先通過(guò)啟動(dòng)按鈕來(lái)限制PLC的開(kāi)關(guān)，由選擇按鈕SB1、SB2、SB3、SB4來(lái)限制噴泉的四種花樣模式。流程圖如下圖4-1所示按下啟動(dòng)按鈕開(kāi)關(guān)SB1是否按下開(kāi)關(guān)開(kāi)關(guān)SB1是否按下開(kāi)關(guān)SB2是否按下開(kāi)關(guān)B3是否按下開(kāi)關(guān)B4是否按下執(zhí)行模式一執(zhí)行模式一執(zhí)行模式一一執(zhí)行模式四執(zhí)行模式一執(zhí)行模式一執(zhí)行模式一一執(zhí)行模式四按下停止按鈕結(jié)束

圖4-1自動(dòng)噴泉程序流程圖Pl4.2梯形圖xoooX001MOMOX002X001(MlMlMlM30(Y006K1O(T1T1(Y013K1O(T224M2nM30好T2

n<Y007K1O(T3T3n(Y012K50(T4T4n(M30MOX003XOO1P212—II1I一廠好M3TlM3M10447TI ——T5M10453TI(Y014K20(T6T6M10459-||"q(Y016K20(T7T7M10465Tl——(Y005K100(T871T8

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nX005X001122125128131137\I5nM5nM5nM5nM596T13■uT12K100(T9101T9nK10(T10105T10■uK10(Til109TilHFK10

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nX005X001122125128131137\I5nM5nM5nM5nM5nT14T卜T14T14T14T14(Y001(Y004(Y020(Y015K600(T14P4141[EXD1415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(chǎng)調(diào)試兩個(gè)調(diào)試過(guò)程，在此之前首先對(duì)PLC外部接線作細(xì)致檢查，這一個(gè)環(huán)節(jié)很重要。外部接線肯定要精確無(wú)誤。也可以用事先編寫(xiě)好的試驗(yàn)程序?qū)ν獠拷泳€做掃描通電檢查來(lái)查找接線故障。不過(guò)，為了平安考慮，最好將主電路斷開(kāi)。當(dāng)確認(rèn)接線無(wú)誤后再連接主電路，將模擬調(diào)試好的程序送入用戶存儲(chǔ)器進(jìn)行調(diào)試，直到各部分的功能都正常，并能協(xié)調(diào)一樣地完成整體的限制功能為止,本次調(diào)試為模擬調(diào)試，調(diào)試結(jié)果如下圖所示噴泉模式一調(diào)試結(jié)果如圖5-1所示:圖5-1噴泉模式一調(diào)試結(jié)果圖按下啟動(dòng)按鈕，再按下花樣選擇開(kāi)關(guān)SB1,選擇模式一，6號(hào)噴頭先噴，1s后］號(hào)噴1s后7號(hào)噴，1s后10號(hào)噴，同時(shí)噴5s后，6、7、10、11都停，假如不按其他花樣選擇開(kāi)關(guān)或停止按鈕,將接著重復(fù)上述過(guò)程.圖5-2噴泉模式二調(diào)試結(jié)果圖按下SB2選擇花樣噴泉2模式,3號(hào)噴頭先噴，2s后12號(hào)噴2s后14號(hào)噴頭噴,2s后5號(hào)噴,3、12、14、5同時(shí)噴10s,假如不按其他花樣選擇開(kāi)關(guān)或停止按鈕，將接著重復(fù)上述過(guò)程.圖5-3噴泉模式三調(diào)試結(jié)果圖按下SB3選擇花樣噴泉3模式,2、8、15、9同時(shí)先噴10再1s后一次間隔1s停假如不按其他花樣選擇開(kāi)關(guān)或停止按鈕，將接著重復(fù)上述過(guò)程.圖5-4噴泉模式四調(diào)試結(jié)果圖按下SB4選擇花樣噴泉4模式1、4、16、13同時(shí)噴1分鐘后同時(shí)停，假如不按其他花樣選擇開(kāi)關(guān)或停止按鈕,將接著重復(fù)上述過(guò)程書(shū)目TOC\o"1-5"\h\z\o"CurrentDocument"1系統(tǒng)概述1\o"CurrentDocument"1.1設(shè)計(jì)的目的1\o"CurrentDocument"L2設(shè)計(jì)內(nèi)容1\o"CurrentDocument"1.3實(shí)現(xiàn)的目標(biāo)1\o"CurrentDocument"2方案論證2\o"CurrentDocument"1方案比較2\o"CurrentDocument"2方案選擇4\o"CurrentDocument"3硬件設(shè)計(jì)5\o"CurrentDocument"1系統(tǒng)的原理框圖5\o"CurrentDocument"2主電路5\o"CurrentDocument"I/O安排6\o"CurrentDocument"I/O接線圖7\o"CurrentDocument"5元器件選型8\o"CurrentDocument"4軟件設(shè)計(jì)10\o"CurrentDocument"1主流程10\o"CurrentDocument"4.2梯形圖11\o"CurrentDocument"5系統(tǒng)調(diào)試13\o"CurrentDocument"設(shè)計(jì)心得18\o"CurrentDocument"參考文獻(xiàn)18附錄1元件清單19附錄二語(yǔ)句表20設(shè)計(jì)心得兩周來(lái)所做PLC的設(shè)計(jì)，讓我進(jìn)一步對(duì)PLC的應(yīng)用及功能做了了解，對(duì)軟件梯形圖的應(yīng)用也變的嫻熟。我駕馭了更多關(guān)于自動(dòng)限制系統(tǒng)的學(xué)問(wèn)，明白了自動(dòng)噴泉限制系統(tǒng)的組成，F(xiàn)X2N-48MR的PLC的功能及特點(diǎn)。無(wú)論是在硬件還是軟件設(shè)計(jì)上，我都遇到了不少的問(wèn)題，在克服困難的過(guò)程中，我學(xué)到了很多，特殊是在課堂上學(xué)不到的東西。使我重新系統(tǒng)的學(xué)習(xí)了網(wǎng)絡(luò)測(cè)控，可編程限制器等課程，熟識(shí)駕馭了PLC的運(yùn)用。對(duì)一個(gè)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)步驟有了清晰的了解，并駕馭了一個(gè)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)過(guò)程。學(xué)會(huì)了如何發(fā)覺(jué)問(wèn)題，解決問(wèn)題。并在查閱資料的過(guò)程中對(duì)問(wèn)題的相識(shí)和問(wèn)題的解決提出了新的見(jiàn)解，分析問(wèn)題出現(xiàn)的緣由，使得對(duì)問(wèn)題理解也更加深刻。我覺(jué)得本次設(shè)計(jì)最大的優(yōu)點(diǎn)就是采納PLC設(shè)計(jì)自動(dòng)噴泉限制系統(tǒng)，而沒(méi)有采納單片來(lái)設(shè)計(jì)，雖然是用單片機(jī)也能完成本次設(shè)計(jì)，但是采納PLC,不但價(jià)格低廉，而且系統(tǒng)整體造價(jià)會(huì)比工控機(jī)低，而且不會(huì)降低系統(tǒng)的穩(wěn)定性。但是我覺(jué)得本次設(shè)計(jì)還是有很多的不足，首先，我覺(jué)得在梯形圖設(shè)計(jì)上，沒(méi)有設(shè)計(jì)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(guò)能夠設(shè)計(jì)出本套裝置系統(tǒng)，是自動(dòng)噴泉可以完成四種花型，解電器限制系統(tǒng)的一般設(shè)計(jì)思路，熟識(shí)和駕馭外圍電路系統(tǒng)和軟件設(shè)計(jì)的方法，并駕馭利PLC工作狀況進(jìn)行監(jiān)控的方法。我覺(jué)得這就是本次設(shè)計(jì)的重要意義。參考文獻(xiàn)[1]陳貴銀.單片機(jī)原理及接口技術(shù).北京：電子工業(yè)出版社，2023.1[2]王雅芳.驅(qū)動(dòng)電路設(shè)計(jì)與應(yīng)用.北京：機(jī)械工業(yè)版社，2023.7[3]俞國(guó)亮.PLC原理與應(yīng)用（三菱FX系列）.北京：清華高校出版社，2023.6[4]謝克明、夏路易.可編程限制器原理與程序設(shè)計(jì). 北京：電子工業(yè)出版社[5]張興國(guó).可編程限制器技術(shù)及應(yīng)用.北京：中國(guó)電力出版社，2023[6]陶權(quán).PLC限制系統(tǒng)設(shè)計(jì)、安裝與調(diào)試.北京：北京理工高校出版社，2023.3[7]宋德玉.可編程序限制器原理及應(yīng)用系統(tǒng)設(shè)計(jì)技術(shù).北京:冶金工業(yè)出版2023附錄1元件清單名稱型號(hào)（參數(shù)）個(gè)數(shù)電機(jī)3KV,380V4PLCFX2N-48MR1水泵1電源24V2電源220V1彩燈16選擇按鈕4附錄二語(yǔ)句表附錄二語(yǔ)句表LDX000ORMOANIX001OUTMOANDX002ORMlANIX001OUTMlLDMlANIM30MPSOUTY006MRDOUTT1K10MRDANDT1OUTY013OUTT2K10MPPANDT2OUTM2LDM2ANIM30MPSOUTY007OUTT3K10MRDANDT3OUTY012OUTT4K50MPPANDT4OUTM30OUTCJPl以上是噴泉模式一的語(yǔ)句表，按下啟動(dòng)按鈕xooo,再按下花樣選擇按鈕X002,就啟動(dòng)了模式一。LDM0ANDX003ORM3ANIX001OUTM3LDM3ANIM104OUTY003OUTT5K20LDT5ANIM104OUTYOUK20K20LDT5ANIM104OUTYOUOUTT6K20LDT6ANIM104OUTY016OUTT7K20LDT6ANIM104OUTY005OUTT8K1OOLDT8OUTM104OUTCJP2以上是噴泉模式二語(yǔ)句表按下花樣選擇開(kāi)關(guān)X003,就啟動(dòng)模式二LDM0ANDX004ORM4ANIX001OUTM4LDM4ANIT9LDM4ANIT10OUTY010LDM4ANITHOUTY017LDM4ANIT12OUTYOUOUTT13K100LDT13ANIT12OUTT9K100LDT9OUTT10K10LDT10OUTTHK10LDTHOUTT12K10LDT12OUTCJP3以上是噴泉模式三語(yǔ)句表，按下花樣選擇開(kāi)關(guān)X004,就啟動(dòng)模式三LDMOANDX005ORM5ANIXOO1OUTM5LDM5ANIT14OUTYOO1LDM5ANIT14OUTY004LDM5ANIT14OUTY020LDM5ANIT14OUTY015OUTT14K600LDT14OUTCJP4END以上是模式四語(yǔ)句表，按下花樣選擇開(kāi)關(guān)X005,就啟動(dòng)模式四。1系統(tǒng)概述設(shè)計(jì)的目的通過(guò)對(duì)自動(dòng)噴泉PLC限制系統(tǒng)的工作原理的分析、系統(tǒng)設(shè)計(jì)、編程、及上機(jī)調(diào)試工作的實(shí)踐，了解電器限制系統(tǒng)的一般設(shè)計(jì)思路，熟識(shí)和駕馭外圍電路系統(tǒng)和軟件設(shè)計(jì)的方法，并駕馭PLC工作狀況進(jìn)行監(jiān)控的方法.設(shè)計(jì)內(nèi)容有16個(gè)閥門(mén)（噴頭），有4個(gè)選擇按鈕，如下圖所示。實(shí)現(xiàn)四種以上的自動(dòng)噴泉花KV2OKV6OKV10OKV14OSB2OKV3OKV7OKV11OKV15OSB3OKV4OKV8OKV12OKV16OSB4O主要內(nèi)容包括:1.設(shè)計(jì)出硬件系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)圖、接線圖、時(shí)序圖等;2.系統(tǒng)有啟動(dòng)/停止按鈕;3.實(shí)現(xiàn)四種以上的自動(dòng)噴泉花樣限制；（自己定義）5.程序結(jié)構(gòu)與限制功能自行創(chuàng)新設(shè)計(jì);6.進(jìn)行系統(tǒng)調(diào)試，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)噴泉的限制要求。7.電機(jī)1.設(shè)計(jì)出硬件系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)圖、接線圖、時(shí)序圖等;2.系統(tǒng)有啟動(dòng)/停止按鈕;3.實(shí)現(xiàn)四種以上的自動(dòng)噴泉花樣限制；（自己定義）5.程序結(jié)構(gòu)與限制功能自行創(chuàng)新設(shè)計(jì);6.進(jìn)行系統(tǒng)調(diào)試，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)噴泉的限制要求。7.電機(jī)3KW,380VL3實(shí)現(xiàn)的目標(biāo)依據(jù)設(shè)計(jì)要求有16個(gè)彩燈代表16個(gè)噴頭，有4個(gè)選擇按鈕，實(shí)現(xiàn)四種以上的自動(dòng)噴泉花樣，4個(gè)選擇按鈕分別限制4種噴泉花樣，同時(shí)四種噴泉花樣應(yīng)當(dāng)相互獨(dú)立，依據(jù)要求設(shè)計(jì)出如下四種噴泉花樣，噴泉一、噴泉二、噴泉三、噴泉四,系統(tǒng)限制流程如下四個(gè)噴泉限制過(guò)程噴泉一：1按下啟動(dòng)按鈕X0,再按下SB1按鈕選擇花樣噴泉1模式6號(hào)噴頭先噴，1s后11號(hào)噴1s后7號(hào)噴，1s后10號(hào)噴4同時(shí)噴5s后，6、7、10、11都停5重復(fù)循環(huán)②一④步驟噴泉二：按下SB2選擇花樣噴泉2模式3號(hào)噴頭先噴，2s后12號(hào)噴2s后14號(hào)噴頭噴，2s后5號(hào)噴3、12、14、5同時(shí)噴10s重復(fù)循環(huán)②一④步驟噴泉三：按下SB3選擇花樣噴泉3模式2、8、15、9同時(shí)先噴10s再Is后一次間隔Is停重復(fù)循環(huán)②一③步驟噴泉四：1按下SB4選擇花樣噴泉4模式1、4、16、13同時(shí)噴1分鐘后同時(shí)停重復(fù)循環(huán)②一③步驟方案論證2.1方案比較方案1:運(yùn)用單片機(jī)限制花式噴泉單片機(jī)的特點(diǎn)是限制性能和牢靠性高，體積小、價(jià)格低、易于產(chǎn)品化。由于單片機(jī)具有良好的限制性能和敏捷的嵌入品質(zhì)，近年來(lái)在智能儀表、機(jī)電一體化產(chǎn)品、實(shí)時(shí)工業(yè)限制家用電器等各個(gè)領(lǐng)域都獲得了極其廣泛的應(yīng)用自動(dòng)噴泉的原理是利用限制器限制水泵的噴水的方式，此方案采納AT80c51系列單片機(jī)作為主限制器來(lái)限制噴泉的噴水方式。單片機(jī)的成本較低，適合用于限制小型的花式噴泉。單片機(jī)通過(guò)限制步進(jìn)電機(jī)來(lái)限制電磁閥,實(shí)現(xiàn)對(duì)噴頭流量的制,從而使噴泉水姿、燈光色調(diào)產(chǎn)生改變。但采納單片機(jī)限制原理，是以可控硅作為功率開(kāi)關(guān)元件，由于可控硅承受過(guò)電壓、過(guò)電流的實(shí)力較差，因而不能長(zhǎng)時(shí)間運(yùn)行，單片機(jī)形式的噴泉如圖2-1所示.圖2-1單片機(jī)自動(dòng)噴泉原理框圖方案二采納限制繼電器來(lái)限制繼電器是指當(dāng)輸入量或激勵(lì)量，滿意某些規(guī)定的條件是能在一個(gè)或多個(gè)電器輸出電路中產(chǎn)生躍變的一種器件。今日繼電器已應(yīng)用到家庭及工業(yè)限制的各個(gè)領(lǐng)域，他們比以往的產(chǎn)品具有更高的牢靠性。但是，這也是隨之帶來(lái)的一些問(wèn)題。如絕大多數(shù)限制繼電器都是長(zhǎng)期磨損和疲憊工作條件下進(jìn)行的，簡(jiǎn)潔損壞。而且繼電器的觸點(diǎn)簡(jiǎn)潔產(chǎn)生電弧，甚至?xí)墼谝黄甬a(chǎn)生誤操作，引起嚴(yán)峻的后果。在全負(fù)荷運(yùn)載的狀況下，大的繼電器將產(chǎn)生大量的熱及噪聲，同時(shí)也消耗了大量的電能。并且繼電器限制系統(tǒng)必需是手工接線、安裝，假如有簡(jiǎn)潔的改動(dòng)，也須要花費(fèi)大量時(shí)間及人力和物力去改制、安裝和調(diào)試。用繼電器限制的花式噴泉現(xiàn)在明顯不能滿意高要求，一旦有一個(gè)繼電器損壞，那將難以解除其故障方案三:PLC噴泉限制自二十世紀(jì)六十年頭美國(guó)推出可編程邏輯限制器(ProgrammableLogicController,PLC)取代傳統(tǒng)繼電器限制裝置以來(lái)，PLC得

到了快速發(fā)展，在世界各國(guó)得到了廣泛應(yīng)用。PLC是由仿照原繼電器限制原理發(fā)展起來(lái)的，二十世紀(jì)七十年頭的PLC只有開(kāi)關(guān)量邏輯限制，首先應(yīng)用的是汽車制造行業(yè)。它以存儲(chǔ)執(zhí)行邏輯運(yùn)算、依次限制、定時(shí)、計(jì)數(shù)和運(yùn)算等操作的指令；并通過(guò)數(shù)字輸入和輸出操作，來(lái)限制各類機(jī)械或生產(chǎn)過(guò)程。用戶編制的限制程序表達(dá)了生產(chǎn)過(guò)程的工藝要求，并事先存入PLC的用戶程序存儲(chǔ)器中。運(yùn)行時(shí)按存儲(chǔ)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(gè)PLC的限制器，可以接收幾千個(gè)I/O點(diǎn)。對(duì)于噴泉限制系統(tǒng)這樣，被控對(duì)象是設(shè)備連鎖、回路很少，采納PLC較為合適。PLC由于采納通用監(jiān)控軟件，在組態(tài)軟件設(shè)計(jì)方面要簡(jiǎn)潔一些。且PLC通常都支持現(xiàn)場(chǎng)總線，會(huì)使得系統(tǒng)通信得到有利保障，更適合實(shí)現(xiàn)上位機(jī)的遠(yuǎn)程監(jiān)控目前適用于噴泉限制的中小型PLC種類繁多，價(jià)格低廉。使設(shè)計(jì)者會(huì)有更多的選擇余地。系統(tǒng)整體造價(jià)會(huì)比工控機(jī)低，而且不會(huì)降低系統(tǒng)的穩(wěn)定性.PLC形式的自動(dòng)噴泉如圖2-2所示啟動(dòng) 選擇 停止一、7FX2N-48MR噴泉模式一噴泉