基于plc的模拟喷泉控制系统设计学士学位论文.docx

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基于plc的模拟喷泉控制系统设计学士学位论文

淮安信息职业技术学院

毕业论文

题目

基于PLC的模拟喷泉系统设计

学生姓名

xx

学号

08

系部

xx

专业

机电一体化

班级

xx

指导教师

xx

顾问教师

xx

二〇一三年十月

摘要

随着我国国民经济的恢复和发展，人民生活水平普遍提高，很多城市的城建和园林主管部门在城市建设改造的过程中，在环境的美化和文化氛围的营造上对喷泉提出了很多求新的要求。

针对传统喷泉的控制系统一旦设计好控制电路，就不能随意改变喷泉样式以及时间等问题，本设计结合可编程控制器（PLC）设计能适应不同季节、不同场合的喷泉控制系统，该喷泉不仅控制简便，而且提高了可靠性和安全性，具有一定工程应用和推广价值。

关键词：

喷泉、可编程控制器（PLC）、控制系统

Abstract

Withtherestorationanddevelopmentofournationaleconomy,people'slivingstandardhasbeenimproved,alotofcityconstructionandgardendepartmentsintheprocessoftransformationofthecityconstruction,tobeautifytheenvironmentandculturalatmosphereofalotofnewrequirementsforthefountainset.

Forthecontrolsystemofthetraditionalfountainoncedesignedcontrolcircuit,cannotarbitrarilychangethefountainstyleandtimeproblems,combinedwiththeprogrammablelogiccontroller（PLC）designcanadapttothefountaincontrolsystemindifferentseasons,differentoccasions,thefountainnotonlycontrolissimpleandconvenient,butalsoimprovethereliabilityandsecurity,hascertainengineeringapplicationandpopularizationvalue.

Keywords:

fountain,programmablelogiccontroller（PLC）,controlsystem

目录

摘要-1-

目录-1-

引言-2-

第一章绪论1

1.1本课题设计背景1

1.2本课题的研究意义1

1.3本课题的设计内容1

第二章控制系统方案的确定2

2.1PLC控制系统设计流程图2

2.2系统设计的基本步骤3

2.3喷泉控制系统的平面布置3

第三章欧姆龙plc的介绍5

3.1欧姆龙可编程控制器的简介5

3.2欧姆龙可编程控制器的基本特点5

3.3欧姆龙可编程控制器的基本功能6

3.4欧姆龙可编程控制器的编程语言7

3.5欧姆龙可编程控制器的性能指标7

第四章喷泉控制系统的硬件设计9

4.1喷泉控制系统的主电路设计9

4.2PLC外部接线图10

4.3喷泉硬件系统控制图10

4.4步进电机的介绍11

第五章喷泉控制系统的软件设计13

5.1系统I/O分配表13

5.2喷泉控制系统梯形图13

附录16

第六章总结21

致谢22

参考文献23

引言

中国幅员辽阔，地形丰富多样，无论东西、南北，都是拥有江河湖泊，水资源丰富。

随着我国国民经济的恢复和发展，人民生活水平普遍提高，很多城市的城建和园林主管部门在城市建设改造的过程中，在环境的美化和文化氛围的营造上对喷泉提出了很多求新的要求。

在喷泉得到的广泛应用中，出现过一些问题和不足，比如自动化水平低下、高能耗等等制约了这个行业的发展。

因此，在提高喷泉的自动化水平控制系统，保证喷泉效果，节约运行成本，对我国的喷泉行业具有非常重大的现实意义。

喷泉原本是一种自然景观，是承压水在地面的露头。

现在在广场、公园、园林中的喷泉，一般都是为了造景的需要，人工建造的具有装饰特性的喷水装置。

喷泉可以湿润周围空气，降低气温，减少尘埃。

喷泉细小的水珠同空气分子相撞击，能产生大量的负氧离子。

因此，喷泉不仅有益于改善城市面貌，还可以增进居民身心健康。

现代科技把美妙的、多样的喷泉造型、多彩的水下灯光、神奇的激光图文，通过电脑的串接有机的结合在一起，给人以超自然的感受。

随着我国人民生活水平的不断提升，对于精神物质的要求也在不断提高，为了进一步改造环境景观，建设一个喷泉是很有必要的。

随着科学技术不断发展，人民物质生活水平的不断提高，喷泉在城市和社区的环境建设当中起着尤为重要的作用。

由于在喷泉中采用了大量的高新技术，而且在喷泉中加入了，使喷泉的效果更加绚丽多姿，令人流连忘返。

为了改进喷泉的效果,采用以可编程控制器多点控制系统代替大量的继电器线路的方法,通过可编程控制器对喷泉控制系统的彩灯、射灯、水泵的多点进行控制,编写部分程序和简单的连接以实现大量的开关量按照逻辑条件进行顺利动作和进行连锁保护动作的控制。

第一章绪论

1.1本课题设计背景

喷泉起源很早，公元前6世纪在巴比伦空中花园中已建有喷泉。

古希腊时代就已由饮用水的泉逐渐发展成为装饰性的泉。

17-18世纪，喷泉在欧洲城市盛极一时。

著名的如法国凡尔赛宫的太阳神喷泉，俄国彼得宫的带雕像群的大瀑布喷泉。

罗马有3000多个喷泉，被称为喷泉之城。

也有一些寓意很深的喷泉小品，如布鲁塞尔的于廉喷泉。

它刻画了一个正在聚精会神地撒尿的孩子，相传敌军侵占布鲁塞尔后要炸毁城里的珍宝馆，小于廉发现燃烧着的导火线，急中生智，朝导火线撒了一泡尿；珍宝馆保住了，小英雄却壮烈牺牲。

为了表彰他的功绩，1619年建造了这个喷泉。

 到20世纪,喷泉发展成为一种大型水雕塑，用水柱构成各种形态。

如日内瓦莱蒙湖上耸入云表的大喷泉，建于1958年，它用两台1360马力的水泵，将水喷到145米的高空。

夜晚，巨型探照灯照射着银色水柱直划夜空，景色壮观。

1.2本课题的研究意义

喷泉PLC控制系统主要用于人工造景。

这类水景近年来在建筑领域广泛应用。

PLC作为工业自动化三大支柱的重要一部分，因为其可靠性高、抗干扰能力强、设计安装容易等特点而被广泛的应用于自动化控制的各个领域。

PLC控制系统可以很好的完成喷泉控制有助于其实现水柱的各种姿态。

因此，进行喷泉的PLC控制系统的设计，可以推动自动化行业的发展，扩大PLC在自动控制领域的应用，具有一定的经济和理论研究的价值。

1.3本课题的设计内容

本设计用欧姆龙系列的控制器作为控制核心，实现一个模拟喷泉系统的控制功能。

模拟喷泉主体有水池、金属管道、电机，喷头及电气控制等四部分组成。

电气控制部分由欧姆龙的可编程控制器、步进电机驱动、各种位置电磁传感器和一些低压电器元件组成。

可编程控制器作为控制核心，采集输入端口信号后完成各种逻辑控制和数据的运算，然后通过输出端口完成电机的运动和各种信号的现实。

第二章控制系统方案的确定

2.1PLC控制系统设计流程图

图2-1系统设计流程图

在PLC对喷泉控制设计时：

第一要熟悉控制系统的特点和工作过程，并归纳出工作循环图；第二要制定喷泉控制系统的控制方案，对PLC进行有效选择，这次根据本次毕业设计，选用的是欧姆龙的CP1H系列的PLC；

第三根据控制系统的具体控制要求，列出相应的I/O分配表，对硬件和软件进行设计；第四模拟测试，将设计好的程序导入PLC后，仔细检查和验证，改正程序设计的错误，之后在实验室中进行用户程序模拟运行和调试，观察各个输入量，输出量之间的变化关系以及逻辑状态是否符合设计要求等等，发现问题及时有效的修改，知道满足要求为止；第五将模拟调试好的程序导入PLC中，接好PLC的实际输入接线和负载。

2.2系统设计的基本步骤

在模拟喷泉控制系统的设计过程中主要要考虑以下几点：

1.深入了解和分析立体仓库的工艺条件和控制要求。

2.确定I/O设备。

根据模拟喷泉控制系统的功能要求，确定系统所需的用户输入、输出设备。

3.根据I/O点数选择合适的PLC类型。

4.分配I/O点，分配PLC的输入输出点，编制出输入输出分配表或者输入输出端子的接线图。

5.设计模拟喷泉系统的梯形图程序，根据工作要求设计出周密完整的梯形图程序，这是整个立体仓库系统设计的核心工作。

6.将程序输入PLC进行软件测试，查找错误，使系统程序更加完善。

7.模拟喷泉整体调试，在PLC软硬件设计和现场施工完成后，就可以进行整个系统的联机调试，调试中发现的问题要逐一排除，直至调试成功。

2.3喷泉控制系统的平面布置

2-3平面布置图

如图2-3，喷泉分四层，控制系统采用PLC作为控制环节，利用PLC的定时器、计数器以及步进指令来实现一、二、三、四各层的不同时序，不同图案的交替变化喷水过程。

按下启动按钮，周围四个十字小喷泉的共32个喷头开始喷水，5s后，第一层的喷头也开始喷水，10s后，第二层喷头开始喷水，1和3号小喷泉开始喷水，10s后，第三层喷头开始喷水，2和4号小喷泉开始喷水，10s后，第四层喷头开始喷水。

10s后，全部喷水，20s后，第一、二层喷头开始喷水，15s后，第一、三层喷头开始喷水，15s后，第二、四层开始喷水，15s后，所有喷头都开始喷水，15s后，第一层停止喷水，5s后第二、四层停止喷水，5s后第三层停止喷水，如此循环3次，自动关闭。

整个系统可以让每个小喷泉单独启动，也可以在任何情况下急停。

第三章欧姆龙plc的介绍

3.1欧姆龙可编程控制器的简介

欧姆龙PLC是一种功能完善的紧凑型PLC，能为业界领先的输送分散控制等提供高附加值机器控制；它还具有通过各种高级内装板进行升级的能力，大程序容量和存储器单元，以Windows环境下高效的软件开发能力。

欧姆龙PLC也能用于包装系统，并支持HACCP（寄生脉冲分析关键控制点）过程处理标准。

欧姆龙可编程控制器（PLC）是一种专门为在工业环境下应用而设计的数字运算的电子系统。

它采用可编程的存储器，用来在其内部存储执行逻辑运算、顺序控制、定时、计数和算术运算等操作的指令，并通过数字式或模拟式的输入和输出，控制各种类型的机械或生产过程。

目前的计算机集散控制系统DCS（DistributedControlSystem）中已有大量的可编程控制器应用。

伴随着计算机网络的发展，可编程控制器作为自动化控制网络和国际通用网络的重要组成部分，将在工业及工业以外的众多领域发挥越来越大的作用。

3.2欧姆龙可编程控制器的基本特点

①结构灵活

不受环境的限制，有电即可组建网络，同时可以灵活扩展接入端口数量，使资源保持较高的利用率，在移动性方面可与WLAN媲美。

②传输质量高、速度快、带宽稳定

可以很平顺的在线观赏DVD影片，它所提供的14Mbps带宽可以为很多应用平台提供保证。

最新的电力线标准HomePlugAV传输速度已经达到了200Mbps；为了确保QS，HomePlugAV采用了时分多路访问（TDMA）与带有冲突检测机能的载体侦听多路访问（CSMA）协议，两者结合，能够很好地传输流媒体。

③范围广

无所不在的电力线网络也是这种技术的优势。

虽然无线网络可以