电气控制与PLC课程设计题 目: 自动喷泉的控制系统设计 院系名称： 专业班级： 学生姓名： 学 号： 指导教师： 设计地点： 设计时间： 2011.7.42011.7.9 成绩：指导老师签名： 日期： 摘 要 随着计算机软硬件技术的飞速发展，新型喷泉与计算机的交互应用越来越广泛，自动喷泉也越来越复杂和越来越精密，使得越来越多的控制部分需要计算机来完成。计算机控制灯光喷泉成为必然趋势。为此，建立以PLC为核心的多媒体计算机自动控制喷泉。本设计基于三菱公司生产的FX2N系列PLC，设计四种喷泉类型，能够进行多种花样的切换，通过上位机与PLC之间的通讯监控喷泉的状态与效果，实现喷泉的自动控制。关键词： 喷泉 PLC 自动控制目 录1 引言22 总体方案设计32.1实现方法分析与可行性讨论32.2总体方案实现43 I/0点数的分配及机型的选择54 系统外部接线图65 系统软件设计65.1梯形图65.2四种花样喷泉控制流程106 系统调试10设计心得11参考文献121 引言随着人民生活水平的提高，城市环境建设日益为人们所重视。喷泉作为一种观赏性较高的艺术水景，不断出现在城市广场、居民小区、公园等场所。它不仅可以增加空气湿度，减少空气中的尘埃，降低空气温度，更为人们生活增添了不少情趣。自动控制喷泉能自动且连续的改变其形态，呈现丰富多彩的花样变化，从而给人以美好的视觉感受。由单片机或可编程控制器PLC组成的小型喷泉系统在软件及硬件上均可较好地满足控制喷泉花样变化的要求。由计算机作为上位机，PLC或单片机作为下位机的自动喷泉系统在功能上大大超越了传统的喷泉系统，PLC完成对喷泉现场的造型或灯光的控制。并向计算机发送实时控制数据。上位计算机实现喷泉花样监控等功能。自动喷泉控制的实现方法很多，本设计题目为基于可编程逻辑控制器（PLC）的喷泉控制系统，用PLC，不仅能够进行多种水型切换，而且能将各种水型，按照预先设定的排列组合进行控制程序的设计，通过计算机运行控制程序发出控制信号。通过上位机（PC）与PLC之间的通讯来监控喷泉的状态与效果，进而控制电动机，以达到顺利实现工业控制的要求及目的，同时还要达到低功耗、高性价比、运行安全可靠等基本要求。本设计的基本要求：有16个彩灯代表16个喷头，有4个选择按钮，如下图1-1所示。实现四种以上的自动喷泉花样。图1-1 喷头分布与方式选择按钮2 总体方案设计2.1 实现方法分析与可行性讨论2.1.1 单片机喷泉控制系统单片机也成为单片机微型计算机，是把微型计算机的各部件中央处理器、存储器、输入输出接口电路、定时器/计数器等制作在一块集成电路芯片上，构成一个完整微型计算机。由于单片机在一块小芯片上就集成了一台计算机有具备的功能，所以其在工业控制中占据很重要的地位。它具有超小型化、结构紧凑、抗干扰能力强等优势。特别适用于实时工业测量控制、智能化仪器仪表和家用电器控制等应用系统。目前，市场上流行的单片机种类繁多，如MCS-51系列、凌阳公司的SPCE061A 16位单片机、美国TEXAS INSTRUMENTS公司的MSP430系列单片机、ARM嵌入式单片机等都是各优点，在不同的领域中有着很好的应用。单片机控制系统用于喷泉控制是完全可行的，它可以通过定时器/计数器队喷泉喷射的时间进行控制，并且也可以串行接口与上位机进行通讯。由于单片机的价格比较便宜，所以大批量生产时的性能价格比很高。但由于单片机需要附属很多的外围电路，对电路的设计水平要求很高，否则便很可能降低系统的稳定性。而且，由于喷泉控制系统很少会有批量生产的情况，对于小规模制作时，PCB印刷电路板的制作成本是很高的。综上所诉，此次设计采用单片机控制系统不是最佳方案。2.1.2 工控机喷泉控制系统工控机即工业控制计算机，但现在更时髦的叫法是产业电脑或工业电脑，英文简称IPC。工程机通俗的说就是专门为工业现场儿设计的计算机。而工业现场一般具有强烈的震动，灰尘特别多，另有很高的电磁力干扰等特点，且一般工厂均是连续作业急一年中一般没有休息。因此，工控机与普通计算机相比必须具有以下特点：机箱采用钢结构，有较高的防磁、防尘、防冲击的能力。机箱内有专用底板，底板上有PCI和ISA插槽。机箱内有专门电源，电源有较强的抗干扰能力。要求具有长时间工作能力。对于工控机作为喷泉系统，由于喷泉控制系统的环境相对工业控制的环境要好得多，而且喷泉控制系统队连续长时间工作的能力要求不是很高。用工控机设计喷泉系统实属大材小用。而且工控机的价格较同层次的PC机要偏高，这样就增加了系统的成本，降低了整体的性价比。2.1.3 PLC喷泉控制系统 自二十世纪六十年代美国推出可编程逻辑控制器(Programmable Logic Controller，PLC)取代传统继电器控制装置以来，PLC得到了快速发展，在世界各国得到了广泛应用。PLC是由模仿原继电器控制原理发展起来的，二十世纪七十年代的PLC只有开关量逻辑控制，首先应用的是汽车制造行业。它以存储执行逻辑运算、顺序控制、定时、计数和运算等操作的指令；并通过数字输入和输出操作，来控制各类机械或生产过程。用户编制的控制程序表达了生产过程的工艺要求，并事先存入PLC的用户程序存储器中。运行时按存储程序的内容逐条执行，以完成工艺流程要求的操作。一个PLC的控制器，可以接收几千个I/O点。对于喷泉控制系统这样，被控对象是设备连锁、回路很少，采用PLC较为合适。PLC由于采用通用监控软件，在组态软件设计方面要容易一些。且PLC通常都支持现场总线，会使得系统通信得到有利保障，更适合实现上位机的远程监控。目前适用于喷泉控制的中小型PLC种类繁多，价格低廉。使设计者会有更多的选择余地。系统整体造价会比工控机低，而且不会降低系统的稳定性。经过以上三种控制系统的可行性分析可以看出，以PLC为下位机，PC机位上位机组成的控制系统是此次设计喷泉控制系统的最佳方案。2.2 总体实现方案根据设计要求，该喷泉控制系统由PLC下位机及上位机PC组成，PLC队喷泉的水泵进行时序控制，产生各种不同的喷水造型。需设计四种不同的喷泉类型。上位机编写组态软件对喷泉的工作状态进行实时监控。要求喷泉控制程序能够产生不同的喷水造型，并且符合美学表追，逻辑合理。组态软件要求画面美观大方，具备人机对话功能，且操作简单。3 I/0点数的分配及机型的选择根据系统要求所选择的I/O功能分布表如表3-1所示：表 3-1：功能元件输入点功能元件输出点启动按钮SB1X0指示灯L1Y1停止按钮SB2X1指示灯L2Y2花样选择开关K1X2指示灯L3Y3花样选择开关K2X3指示灯L4Y4花样选择开关K3X4指示灯L5Y5花样选择开关K3X5指示灯L6Y6指示灯L7Y7指示灯L8Y10指示灯L9Y11指示灯L10Y12指示灯L11Y13指示灯L12Y14指示灯L13Y15指示灯L14Y16指示灯L15Y17指示灯L16Y204系统外部接线图 本设计根据系统要求所设计的系统主硬件电路接线图如图4-1所示：图4-1 系统硬件接线图5 软件系统实现 5.1 梯形图依据设计思路和自动花样喷泉的控制流程用梯形图语言所编写的PLC梯形图，如下图5-1所示：图5-1 自动喷泉梯形图5.2 四种花样喷泉控制流程：喷泉一： 按下启动按钮X0，再按下K1按钮选择花样喷泉1模式 6号喷头先喷，1s后11号喷 1s后7号喷，1s后10号喷喷 同时喷5s后，6、7、10、11都停 重复循环-步骤 喷泉二： 按下K2选择花样喷泉2模式 3号喷头先喷，2s后12号喷 2s后14号喷头喷，2s后5号喷 3、12、14、5同时喷10s 重复循环-步骤 喷泉三： 按下K3选择花样喷泉3模式 2、8、15、9同时先喷10s 再1s后一次间隔1s停 重复循环-步骤 喷泉四： 按下K4选择花样喷泉4模式 1、4、16、13同时喷 1分钟后同时停 重复循环-步骤 6 系统调试将PLC连接到计算机的COM1口，其他都为默认状态，首先看一下计算机与PLC的通讯是否正常，将软件打开选择好机型，将自动喷泉控制系统的程序打开，转换、写入，打开监视状态。按下启动按钮和选型按钮，通过观察I/O口输入、输出是否正确。如有错误找出原因，解决问题。设计心得通过这一周的课程设计，我掌握了更多关于自动控制系统的知识，明白了自动喷泉控制系统的组成，三菱系列PLC的功能及特点。使我更深入的学习了电气控制系统与可编程控制器这门课程，熟练掌握了PLC的使用。并且由于希望更好的完成此次设计使我搜索了很多这方面的资料，使我对自动喷泉控制系统的设计制作过程有了很深的认识。对一个系统的设计步骤有了清楚的了解，并且掌握了一个系统的设计过程。学会了如何发现问题、解决问题。并在查阅资料的过程中对问题的认识和问题的解决提出了新的见解，分析问题出现的原因，使得对问题的理解更加深刻。同时在老师的指导的过程中想老师学习到了解决问题的新方法、新思路。总之，经过这段时间的课程设计，使我在可编程控制这方面受益匪浅。参考文献1 常晓玲.电气控制系统与可编程控制器.北京：机械工业出版社，2004.12 高钦和.可编程控制器应用技术与设计实例.北京：人民邮电出版社，2004.73 俞国亮.PLC原理与应用（三菱FX系列）.北京：清华大学出版社，2005.64 谢克明、夏路易.可编程控制器原理与程序设计.北京：电子工业出版社5 张兴国.可编程控制器技术及应用.北京：中国电力出版社，20066 贺哲荣、石帅军.流行PLC实用程序及设计（三菱FX2