PLC课程设计

课程设计说明书

题 目： 花样喷泉的控制系统设计

专业班级： 姓 名： 学 号： 指导教师：

评语： 成绩： 指导老师签名： 日期：

目 录

1系统概述 ................................................................................................. 2 2方案论证 ................................................................................................................. 3

2.1 方案选择............................................................................................................. 3 2.2方案总结. ............................................................................................. 5

3 硬件设计 ................................................................................................ 5

3.1系统的原理方框图 ................................................................................ 5 3.2 主电路........................................................ 6 3.3 I/O分配 ............................................................................................................... 7 3.4 I/O接线图............................................................................................................8 3.5 元器件选型......................................................................................................... 9

4软件设计 ................................................................................................. 9

4.1 主流程 ................................................................................................. 9 4.2 梯形图 ............................................................................................... 10

5 系统调试 .............................................................................................. 12 设计心得 .................................................................................................. 13 产考文献 .................................................................................................. 14

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1 系统概述

在现代社会中随着人们对环境越来越重视，计算机硬件技术越来越普遍，喷泉的应用也更加受欢迎。用PLC技术控制喷泉结构简单，控制方便，可随意改变控制功能达到变换喷泉喷水花样的目的，所以在现代社会中有很大的发展空间。在这样的背景下，花样式喷泉就这样出现的，花样式喷泉能给人一样自然地美感，而且花样式喷泉有很多样式，给人一种心旷神怡之感。花式喷泉是人造小气候，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。

花样式喷泉有很多类型，最先进的有音乐喷泉，它能根据音乐来改变喷 高度，我设计的这个花样式喷泉比较简单，系统由三相异步电机4KW 380V 50HZ拖动水泵，喷泉系统呈内外4圈圆形分布，喷泉从里到外分为第一组1个喷头、第二组4个喷头、第三组8个喷头、第四组16个喷头，共有39个喷头，每组喷头喷出相同的花样，由一个电磁阀DC24V 5W控制，系统设有启动停止按钮。

具体要求如下：

1、按下启动按钮后，第一组喷水； 2、第一组喷水5秒后第二组喷水。 3、第二组喷水6秒后第三组喷水。 4、第三组喷水8秒后第四组喷水。 5、第四组喷水5秒后第二组喷水。

6、第二组喷水3秒后重复2、3、4、5步骤。

7、无论在何种喷水状态下，按动停止按钮后，系统停止。

本次课程设计的课题是花样式喷泉，由其控制要求可知：控制过程是一个复杂，连续，灵巧的过程。在工业工程中，被选择为控制的一般是：继电器，PLC，单片机。由于绝大多数控制继电器都是长期磨损和疲劳工作条件下进行的，容易损坏。而且继电器的触点容易产生电弧，甚至会熔在一起产生误操作，引起严重的后果。单片机是一种集成电路编程复杂，结构复杂等。而PLC可靠性高，抗干扰能力强，配套齐全，功能完善，适用性强，系统的设计、建造工作量小，维护方便，容易改造，体积小，重量轻，能耗低且易学易用，深受工程技术人员欢迎，在工业以及其他领域都得到广泛的应用。因此，本次花样喷泉的自动化控制也采用PLC控制。 接着，我想到的是用什么样的PLC，由于我刚学过三棱的PLC——FX2N系列的PLC，FX2N——32MR是继电器输出，有I/O口32个，16个输入，16个输出。这个已经够用，虽然电磁阀需要29个，但是电磁阀功率小，可以几个公用一个输出口，而且，在每圈的喷泉都是同时动作，这样都大大节省了I/O口的数量，继而大大节省了投资成本，而且也方便接线，方便管理，但是不好之

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处在于扩展能力都大大下降，，根据设计要求，这四圈喷泉要求在一定的时间内只有一圈在工作，而且要形成循环，只要工作都这样持续下去，我使用的FX2N——32MR是继电器输出，有I/O口32个，16个输入，16个输出。已经够用，因为是继电器输出，它能经受的电流是有限的，一般来说不大于2A为了安全期间，我设计的每个继电器流过的电流最大为1A，这样不会对PLC造成危害，也避免了影响PLC的功能，由于FX2N——32MR是集成式的PLC，它内部带有24V的电源模块，这样节省了由于外加电源而产生的费用，也简化了电路，方便接线，由于是使用的PLC控制，它的稳定性好，所以此系统稳定性好，便于接线，便于维修。

为了按时完成任务我设定了下表，它包含了我对这几天完成设计要求的计划，每一 天做什么，干什么，完成那些东西，做了大概的叙述

方案完成计划表如表1.1所示：

时间 任务 第一天 第二天 按照确定的方熟悉课程设计任务及要求，查阅技术资料，确定设计方案。 案设计单元电路。要求画出单元电路图，元件及元件参数选择要有依据，各单元电路的设计要有详细论述。 第三天 第四-五天 软件设计，编写程序 撰写课程设计报告 表1.1 完成计划表

按照以上表格所指定的计划，来逐步完成设计任务。

2方案论证

2.1 方案选择

此系统可以有单片机或者PLC作为主控制器来完成，但用单片机完成的话，接线麻烦，虽然说可能便宜些，维修起来也相对麻烦一点，因为我先学习了PLC，所以我用PLC来作为主控制器，来完成这个任务，我选择的PLC有三棱的PLC，和西门子的PLC，还有其他不同的控制期间，根据需要，根据实际情况我设计了两

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种方案供选择，一种较为简单，较为便宜一些，一种较为麻烦，较为贵重一些，一些表格详细说明了我选择的硬件。它包裹了生产厂家，型号，额定电流，额定功率，价格等参数。

第一种方案 类型 仪器 PLC 电机 水泵 型号 厂家 价格个数 （元） 730 575 1 1 1 额定额定电流功率（A） （W） ~ 4K 4K ~ 8.8 ~ FX1N-24M-001 三棱公司 YEJ7123 上海德东电机 40—250（I）天泉水泵 1850 BTQL 38 温州大华继电器HHC/1BCJQX—仪器有限（KM） 38F 公司 热继电SHEK 器（FR） JES1—12.5 开关 按钮（SB） 熔断器（FU） 电磁阀 HD11F-10/38 SHNAIGER GQ22-11 KF-32K 4M210-08 总合计：46元 ONPOW KACOM CFNL 1 ~ 40 23 43 43 11 25 1 1 2 4 29 ~ ~ ~ 4W 12 100 ~ <=32 0.8 表2.1 方案一

第二种方案

类型 仪器 PLC 电机

型号 额定价格厂家 功率（元） （W） ~ 4K 个数 额定电流（A） ~ 8.8 EM223 16输 1000 入16输出 西门子 Y112M—2 1700 4

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水泵 杰速 3100 4K 1 ~ 80—125A天泉水（I）BTQR 泵 温州大继电器HHC/1BCJQX华仪器（KM） —38F 有限公司 热继电器（FR） JES1—12.5 SHEK 开关 按钮（SB） 熔断器（FU） 电磁阀 HD11F-10/3SHAIGE8 LASO-B1Y KF-32K R ONPOW KACOM 38 ~ 1 40 23 43 10.4 11 ~ ~ ~ ~ 1 1 2 4 12 100 ~ <=32 4M210-08 CFNL 25 4W 29 0.8 总合计：6693.4元 表2.2 方案2

这就是我设计的两种方案，其价格相差2000元左右，主要是电机和水泵，由于PLC我用到的功能不是很多，所以价格不会相差很大，由于设计简单，与实际还有点距离，所以一些功能没有被考虑在内，又不全的地方以后再求改进。就性价比而言我就选第一种方案来完成这个设计要求。

2.2 方案总结

对比两种方案，根据需要来选择合适的方案设计方法，主要是经济实惠，设计系统工作稳定可靠，维修方便，接线简单。我先用了第一种方案来完成这个设计要求，设计成本较低，性价比较高，而且能够很好的完成设计要求的内容。用电机带动水泵，有PLC控制电磁阀的关和开，从而达到花样式喷泉喷水要求。当然此设计也缺少一些细节问题，比如管道的排布，以及安装。喷泉形状的设计，喷泉形状的多样化，由于时间有限，这些都没考虑在内如果需要，以后再仔细考虑。

3 硬件设计

3.1系统原理方框图

按照设计要求，我设计的花样式喷泉虽然比较简单，但是设计思想和那些复

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杂的花样式喷泉的设计思想是一致的。为了简单明了的表示出我设计的花样式喷泉的原理，下面原理方框图可以清楚的表名我的设计思路。原理方框图如图3.1所示：

电机PLC水泵电磁阀

图3.1 系统原理图

3.2 主电路

对于主电路部分，主要是电机的控制，通过控制电机从而来控制水泵，通过控制水泵来控制喷泉的喷水的开始和终止。而电磁阀主要是控制喷泉的花样，通过控制电磁阀的打开和关闭从而达到那个喷泉口喷水的目的，喷泉口喷水那个打开，那个关闭的不同组合就形成了不同的喷水花样，给你不同的视觉效果，就是复杂的音乐式喷泉也是这样来控制的，不同的是他不是用的电磁阀他可能用到的是喷泉口能控制形状的控制器，来达到控制不同喷泉形状的目的。而我设计的花样式喷泉比较简单，它只有一种形状，每个喷泉口喷出来的形状都是一样的，这就大大降低了设计的难度，同时也就失去的很好视觉的效果，但是设计的思想只要掌握住了，那么以后如果遇到这样的设计，自己都会得心应手，可能还会遇到一些困难，但是能够有下手的点了，不会遇到会一脸的茫然。我设计的花样式喷泉的主电路如下图3.2所示，主电路中我选择的热继电器和熔断器，分别作为过载保护和短路保护。

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图3.2 主电路图

3.3 I/O分配表 I/O地址 X0 X1 X2 Y0 Y5 Y6 Y7 Y8 功能说明 启动按钮 停止按钮 热继电器FR 继电器KM1 电磁阀1 电磁阀2 电磁阀3 电磁阀4 图3.3 I/O分配表

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3.4 I/O接线图

AC220VQS1DC24VKM1SB1COM3QSYV1YV2Y0 Y5SB2X0 FX2N-24MRY6YV3FRX1 Y7Y8YV4X2COM1COM2 图3.4 I/O接线图

由上图可知，系统方框图中的PLC用到三个输入端口，而输出用到了5个

端口，由于输出是继电器输出，最大电流最好不要超过2A，由于电磁阀功率很小而且控制喷泉的电磁阀，具有同时打开和关闭的要求，这样都大大节省了I/O口资源，但对24V的电源要求能提供1.7A的电流，FX2N-24M，内部电源应给能供这样的电流。这是由于4个电磁阀同时工作的话要有电源提供的电流为I=P/U*8=1.67A电流很大。但这样大大节省了I/O口资源。当SB1闭合式开始喷水，首先Y5闭合电磁阀1开始工作，第一组工作喷泉喷水5S后，Y6闭合，Y5打开，随着Y6的闭合电磁阀2开始工作，及第二组喷泉开始喷水，喷水6S后，Y6打开电磁阀2停止工作，喷泉停止喷水，同时Y7闭合，电磁阀3得电，阀门打开，第三组喷泉开始喷水，喷水8S后，Y7打开，电磁阀3失电，在弹簧的作

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用下阀门闭合，停止喷水，同时Y8闭合，电磁阀4得电阀门打开，第四组喷泉开始喷水，喷水5S后，Y8打开，所对应的电磁阀也打开，停止喷水，同时Y6闭合，电磁阀2得电阀门打开，开始喷水，3S后Y6失电，所对应电磁阀闭合，停止喷水，这是Y5得电，就这样循环下去。当有SB2按下时不论那一圈在喷水所有电磁阀都失电，电机也失电，所有设备停止工作。当SB1闭合时，又开始喷 水，这个系统的控制程序很简单，就是一个典型的循环程序控制，但电磁阀的选型有点麻烦，对于我这个初学者来说应该是很麻烦的了，我找了一天的资料才找到比较合适的电磁阀。当然电机以及水泵的选择也是很重要的，特别是水泵的选择，虽然功率相同的水泵的，但它们的扬水高度是不一样的。对于花样式喷泉来说，要选择扬水高度比较高的水泵，才能达到很好的视觉效果。

3.5元器件选型

对于元器件选择来说，上面已经提及到，现在在大概说一下，电机来说，只要尽力选性能好的，水泵要扬水要高的，电磁阀要开关迅速的，电容丝和热继电器由于电动的启动电流就定，电机的额定电流大约是8A，电机不是频繁的启动，热继电器的额定电流大约是20A即可，而PLC选择很多，因为此系统所有PLC的功能不是很多，不需要功能强大的PLC，还有用I/0口要求也不是很多，综合上述三棱的FX2N-24M，有14输入，10个输出，已经够用了。而电磁阀的选择只要迅速就可以了，而且要有效地关闭。其他的比如管道，管道排布这里不在讨论，我只是设计电气的东西，不管机械方面的知识。具体选择，上面方案选这种已经给出，这里不在详细说明。

4 软件设计 4.1 主流程

软件的主流程图主要是循环程序，其流程图如图4.1所示，从软件流程图可以看出这个软件控制程序很简单就是一个循环程序，还有就是开关打开是不论那圈喷泉在喷水，都会停止，电机也会停止工作。所有器件都停止工作。如果有再加上变频器，就可以调节喷水的高度，这样更有视觉效果，但是系统变得都发麻了，这可以以后再去设计。

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开始到第一圈喷水5秒关到第二圈喷水3秒第二圈喷水6秒关结束到关第三圈喷水8秒关到第四圈喷水5秒到关

图4.1 系统主流程图 4.2 梯形图

我编写的PLC程序如下：

当开关X0按下时，M0为1，使M1为1，这是Y0闭合电机，水泵开始工作，同时Y5也为1，T0开始计时5S后T0为1。

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T0为1使M2为1并保持这时Y6为1，同时T1开始计时，M2为1使Y5为0，6S到，T1为1，使M3为1，同时M3为1，使M2为0，这是Y6为0。

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M3为1使Y7为1，T2开始计时，8S到，T2为1，使M4为1，M4为1使M3为0，M3为0使Y7为0。

M4为1，使Y8为1，同时 T3开始计时，5S后，T3为1，使M5为1，M5为1，使M4为0，M4为0，使Y8为0，同时M5为1是Y5为1 ，使T4计时开始，三秒后T4为1。T4为1，使M6为1，会使M5为0，系统重新开始。如果有X1，或者X2闭合会使M0为0 ，输出都为0，则系统停止工作。（Y x为0继电器闭合，为1继电器打开）。

5.系统调试

把所写程序通过三菱编程软件进行调试，把所对应的每一圈的电磁阀用一个发光二极管来表示四圈从里到外分别用1，2,3,4二极管，可以看出当开关SB1没按下是，所有的灯都不亮，同理用两个二极管5,6分别代表电机，和水泵。当开关SB2按下时，5,6,1发光二极管发光，及电机，水泵，第一圈喷头开始喷水，5S后1,发光二极管灭，2发光二极管亮，5，6发光二极管依然发光，及第一圈喷头停止喷水，第二圈喷头开始喷水，电机和水泵继续工作。再过6S后，2放光二极管熄灭，同时3二极管发光，5,6二极管状态不变，及第二圈喷头停止喷水，第三圈喷头开始喷水，再过5S后，3发光二极管熄灭，同时4发光二极管发光，5,6不便，及第四圈喷头开始喷水，第三圈喷头停止喷水。再过三秒后4发光二极管熄灭，2发光二极管发光，5,6不变，及第四圈喷头停止喷水，第二圈喷头开始喷水，再过3S后第二圈停止喷水，第一圈开始喷水，就这样开始循环。在这个循环当中，只要有SB2按下都会使所以的发光二极管熄灭，及电机，水泵，电磁阀，都停止工作，及这个系统基本调试成功。

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设计心得

通过这次设计我了解到了电磁阀的选择，电机的选择，以及水泵，PLC的选型，我了解到了花样式喷泉的设计思想，以及花样式喷泉的工作原理，我还学到了一些低压电器的选型，以及选型的参数。我知道了怎样选择熔断器，怎样选择热继电器，继电器以及他们的参数和价格，以及导线的横截面积的选取。这次设计让我知道了了解到自己的不足之处，自己哪些地方需要加强，由于这次设计追求的是简化思路，和实际和有一些距离，但我通过的这次设计我知道了给别人开发产品的步骤，让我为以后自己的发展垫下基础,PLC的课程设计更使我意识到知识的重要性，只有在学校好好学习，在能在日益发展的社会中不被淘汰，才能为社会的发展贡献自己的力量。

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参考文献

[1]任胜杰主编.《电气控制与PLC系统》[M].机械工业出版社2013年

[2]吴明亮.蔡文忠主编.可编程控制器实训教程.[M].化学工业出版社2005年 ［3］贾德胜等主编《PLC应用开发实用子程序》[M].人民邮电出版社2006年 ［4］陈忠华主编.可编程控制器与工业自动化.[M].机械工业出版社2005年 ［5］崔元明主编.可编程器件应用导.[J].清华大学出版社2000年 ［6］袁任光主编.可编程控制器选用手册.[J].机械工业出版社2002年

［7］胡学林主编.可编程控制器教程（提高篇）.[M].电子工业出版社2005年

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