湖北工业大学商贸学院毕业设计摘 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、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 I 目 录1引言42 控制要求52.1花样控制的几种模式52.2 各种模式的动作状态53. PLC简介63.1 PLC的应用领域63.2 PLC的应用特点74 花样喷泉设计方案94.1 PLC型号的选择94.2 PLC的网络设计94.3软件编制94.4 确定所选PLC104.5 花样喷泉I/O分配104.5.1 PLCI/O分配简介104.5.2 开关量输出模块的选择114.5.3 模拟量IO模块的选择124.5.4 特殊功能模块的选择124.5.5 系统I/O分配表134.6 PLC外部接线图134.7 喷泉控制过程模拟145 软件设计165.1 喷泉控制流程图165.2系统程序设计16设计总结17致谢18参考文献19附录1 程序清单20 III我本设计花样喷泉模型如下:如图:4号为中间喷头，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12.1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。2.2 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. 花样选择开关在位置4时，按下启动按钮后，按照1-2-3-4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2。3. PLC简介3.1 PLC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3PLC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。3.2 PLC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。4（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，或加隔离继电器。5 PLC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4.1 PLC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。4.2 PLC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。 64.3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。4.4 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FX2N PLC产品目录及市场实际价格，选用主机为FX2N 48MR的PLC为系统核心控制.4.5 花样喷泉I/O分配4.5.1 PLCI/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