基于PLC的花样喷泉控制系统设计
摘要：花样喷泉是近年来出现的一种园林建筑与花式观赏相结合的一种产物。随着可编程控制器在我国的迅速发展，对花样喷泉的控制要求也越来越高，使得越来越多的控制部分需要可编程控制器来实现。
本文以花样喷泉为研究对象，采用了三菱FX1N系列PLC作为喷泉的控制器。对花样喷泉的控制系统的总体功能进行了分析，阐述了可编程控制器的组成和工作原理。提出了喷泉硬件的各组成模块及详细的硬件模块设计方案，并对控制方式进行了设计和程序的编写。本设计改善了喷泉系统的控制品质，并真正地达到了实时控制的要求。
关键词：花样喷泉，自动化，PLC，
目录
1 绪论 (1)
1.1课题研究背景 (1)
1.2课题设计的目的和意义 (1)
1.3课题设计的内容 (2)
2 系统控制方案的确定 (2)
2.1花样喷泉控制系统的设计总框图 (2)
2.2花样喷泉的概述 (3)
2.2系统设计的基本步骤 (3)
2.3系统控制方案 (4)
2.4控制面板 (5)
3 系统硬件设计 (6)
3.1可编程控制器（PLC）的选择 (6)
3.1.1 PLC概述 (6)
3.1.2 PLC的选型 (6)
3.2水泵的选型 (7)
3.2.1水泵的参数及性能 (8)
3.2.2选择步骤 (9)
4 系统软件设计 (10)
4.1PLC梯形图概述 (10)
4.2GX D EVELOPER编程软件的操作方法 (10)
4.3I/O分配表 (10)
4.3.1输入信号 (12)
4.3.2输出信号 (12)
4.4系统主程序 (13)
4.4.1顺序连接图 (13)
4.4.2根据顺序连接图编程，梯形图在附录1 (18)
4.4.3根据梯形图生成的指令附录2 (18)
4.5系统调试 (18)
4.5.1仿真软件的选用 (18)
4.5.2连接实物调试与分析 (18)
参考文献： (20)
致谢 (21)
附录1 (22)
附录2 (27)
1 绪论
1.1课题研究背景
随着人们的生活日趋小康，一些必要的美化设施逐渐兴起，各式各样的广场花园越来越多，这样的地方又怎能少了喷泉呢? 多花样喷泉形式多样，常常能吸引人们的眼球，同时水又增加了环境的灵动性，多花样喷泉已经成为人们建造各类娱乐广场的必需设施。那些控制简便，花样较多，价格低廉的喷泉慢慢成为建设者的首选。现今，多花样喷泉的制造，延袭传统，结合现代，正日益成为人们或出于对环境的追求，或为了居室的美化，等等，而得到众多品位人士的追求。
在1980年前，喷泉只是建筑给排水和园林造景专业的一个技术细节，从设计到产品制作，工程安装都没有形成规模。只是在展览馆等公共建筑和公园里能见到一些中、小喷泉，产品的水平也是简单、粗放的。在1980年以后，随着国民经济的恢复和发展，人民生活水平的提高，一些城市的城建、园林主管部门在城市建设、改造的过程中，以及环境的美化和文化氛围的营造上对喷泉提出了求新的要求，一部分建筑、园林、水利的设计院、研究所及大专院校，综合了土建结构、给排水、机电控制等传统的专业技术，加上当时先进的单片机，通过电磁阀和直流电机调速实行变量控制，设计出一批喷泉、水景。得到了良好的社会反映和社会效益。
1.2课题设计的目的和意义
本文根据生活当中出现的一些情况，以花式喷泉为研究对象，结合了大量资料及文献，研究花样喷泉的控制问题，整理出一套可行性较高的喷泉控制系统。
本系统的研究内容主要包括了喷泉的发展情况及所存在的一系列问题；喷泉控制系统的组成；花样喷泉的控制任务和要求；花样喷泉的硬件配置以及软件的设计，再通过仿真软件来实现。
在设计当中，可能出现几个开关同时按，因此在所有花样中设置了互锁，具有更大的安全保障。设计中并未添加单步/连续程序，因为如果单步运行，持续
时间太短，观赏性不强，因而只设置了连续运行，当按下启动按钮，接着选择喷水花样，系统处于连续运行状态，直到按下停止按钮，系统立即断开电源，停止运行。
1.3课题设计的内容
本设计将在以下几个方面对花样喷泉的控制系统进行研究和论证。
（1）花样喷泉类型的选择。综合花样喷泉的类别和各类的特点和要求，在本课题中主要研究能有三种喷水花样可供选择。
（2）花样喷泉硬件系统的设计。本课题设计的花样喷泉要求运行速度准确度高，在花样喷泉的格层检测系统中选用在工业自动控制上大量运用的具有检测精度高、寿命长、稳定性能好的接近传感器，运用感应器的开关量信号输入给plc来实现控制。由于本课题目具体需求在硬件系统的设计过程中主要考虑了花样喷泉的经济实用、稳定、灵活、美观的需要。
（3）花样喷泉控制系统软件的设计。在本设计中选用了目前运用最多的plc 编程语言梯形图，梯形图的编程能直观明了的设计花样喷泉控制的要求，梯形图的编写运用GX Developer编程软件，此软件支持全部的三菱fx系列的plc，并且具有强大的诊断功能，能更快的查找出故障的原因，从而大大缩短了维修时间。
2 系统控制方案的确定
2.1花样喷泉控制系统的设计总框图
在喷泉中，通过按钮开关信号来控制PLC。花样喷泉控制系统的原理如图2-2所示：
图2.1
2.2花样喷泉的概述
采用PLC控制花样喷泉的优点
（1）控制方式上看：PLC软接线，只需改变控制程序就可轻易改变逻辑或增加功能。
（2）工作方式看：PLC串行工作，不受制约。
（3）控制速度上看：PLC通过半导体来控制，速度很快，无触点，顾而五抖动一说。
（4）定时、计数看：PLC时钟脉冲由晶振产生，精度高，定时范围宽，有记忆功能。
（5）可靠、维护看：PLC无触点，寿命长，且有自我诊断功能，对程序执行的监控功能，现场调试和维护方便。
2.2系统设计的基本步骤
在花样喷泉控制系统的设计过程中主要考虑以下几点：
（1）深入了解和分析花样喷泉的工艺条件和控制要求。
（2）确定I/O设备。根据花样喷泉控制系统的功能要求，确定系统所需的输入、输出设备。常用的输入设备有按钮、选择开关等，常用的输出设备有指示
灯等。
（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输入输出端子的接线图。
（5）设计花样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（6）程序，这是整个花样喷泉系统设计的核心工作。
（7）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。2.3系统控制方案
花样喷泉系统的控制要求如下：
（1）按下启动按钮，喷泉装置开始工作，按下停止按钮，喷泉控制装置停止工作。按下自动运行按钮，喷泉进入自动工作状态，
（2）喷泉喷水方式由花样选择开关决定，现考虑4种喷水花样。
（3）花样选择开关在位置1时，按下启动按钮后，首先1、2、3、4每隔两秒依次喷水，然后四个喷水管同时喷水18秒后停止，如果为单步模式方式，则停下来。如果为连续工作模式，则继续循环下去。
（4）花样选择开关在位置2时，按下启动按钮后，先2、4同时喷水两秒然后停止，同时1、3同时喷水两秒然后停止，交替运行5次后四个喷水管同时喷水10秒停止，如果为单步模式方式，则停下来。如果为连续工作模式，则继续循环下去。
（5）花样选择开关在位置3时，按下启动按钮后，先1、3、2、4顺序喷水，间隔两秒，然后同时喷水10秒后，按2、4、1、3顺序停喷，间隔两秒，如果为单步模式方式，则停下来。如果为连续工作模式，则继续循环下去。
（6）花样选择开关在位置4时，按下启动按钮后，1号、4号喷头同时喷水，延迟4S后，2号、3号喷头同时喷水，1号、4号喷头停止喷水。如此交替运行40S后，4组喷头全喷水，运行3S后停止。如果为单步模式方式，则停下来。如果为连续工作模式，则继续循环下去。
花样喷泉池示意图如图2.2所示：
图2.2
2.4控制面板
系统的控制面板图如图所示。图中分别是花样选择开关、以及启动、停止和自动运行开关。
图2.3
在图2.3上，1、2、3、4表示花样一、二、三、四档。还有开机、停止、单步，连续按键。
3 系统硬件设计
3.1 可编程控制器（PLC）的选择
3.1.1 PLC概述
可编程控制器，英文称Progammable Controller,简称PLC，本课题中用PLC 作为它的简称。PLC是用于工业现场的电控制器。它源于继电器控制技术，但基于电子计算机。它通过运行存储在其内存中的程序，把经输入电路的物理过程得到的输入信息，变换为所要求的输出信息，进而再通过输出电路的物理过程去实现对负载的控制。
PLC有丰富的指令系统，有各种各样的I/O接口、通信接口，有大容量的内存，有可靠的自身监控系统。
可以说，凡普通小型计算机能实现的功能，PLC几乎也都可以做到。
3.1.2 PLC的选型
（1）对输入/输出点的选择
盲目选择点数多的机型会造成一定浪费。要先弄清除控制系统的I/O总点数，再按实际所需总点数的15～20％留出备用量（为系统的改造等留有余地）后确定所需PLC的点数。
（2）对存储容量的选择
对用户存储容量作粗略的估算。
（3）对I/O响应时间的选择
PLC的I/O响应时间包括输入电路延迟、输出电路延迟和扫描工作方式引起的时间延迟（一般在2～3个扫描周期）等。（4）对PLC结构形式的选择在相同功能和相同I/O点数据的情况下，整体式比模块式价格低。但模块式
具有功能扩展灵活，维修方便（换模块），容易判断故障等优点，要按实际需要选择PLC的结构形式。
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
软件编：
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。
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4个，参照三菱FX PLC产品目录及市场实际价格，选用主机为FX1N19MR的PLC为系统核心控制.
3.2水泵的选型
泵是一种面大量广通用型号机械设备，它广泛地应用于石油、化工、电力、冶金、矿山、选船、轻工、农业、民用和国防各部门，在国民经济中占有重要的地位。泵的电能消耗起了积极作用。但是目前在国民经济各个领域中，由于选型不合理，许多的泵处于不合理运行状况，运行效率低，浪费了大量能量。还有的泵由于选型不合理，根本不能使用，或者使用维修成本增加，经济效益低。由此可见，合理选泵对节约能源同样具有重要意义。所谓合理选泵，就是要综合考虑泵机组和泵站的投资和运行费用等综合性的技术经济指标，使之符合经济、安全、适用的原则。具体来说，有以下几个方面：必须满足使用流量和扬程的要求，即要求泵的运行工次点经常保持在高效间运行，这样既能剩动力又不易损坏。所选择的水泵既要体积小、重量轻、造价便宜，又要具有良好的特性和较高的效率。具有良好的抗气蚀性能，这样既能减小泵房的开挖深度，又不使水泵发生气蚀，运行平衡、寿命长。
3.2.1水泵的参数及性能
（1）水泵的主要参数
水泵参数是指工作性能的主要技术数据，包括流量、扬程、转速、效率和比转数等。
1.流量（Q）
泵的流量市直单位时间所排出的液体的数量。通常泵的流量用体积计算，以Q表示，单位为米3/时（m3/h）、米3/秒（m3/s）、升/秒（1/s），也可用重量计，以G表示，单位为吨/时（t/h）、吨/秒（t/S）、千克/秒（kg/s）。
2.扬程（H）
泵的扬程是指单位重量的液体通过泵所增加的能量。以H表示，实质上就是水泵能够扬水的高度，又叫总扬程或全扬程。单位为米液柱高度，习惯上省去“液柱”，以米（m）表示。
1.允许吸上真空高度（HS）
允许吸上真空高度是指真空表读数吸水扬程，也就是泵的吸水扬程（简称泵的吸程），包括实际吸水扬程和吸水损失扬程之和。
2.转速（n）
转速是指泵叶轮每分钟的转数，以n表示，单位为转/分（r/min）。每台泵都有一定的转速，不能随意提高或降低，这个固定的转速称为额定转速，水泵铭牌上标定的转速即为额定转速。
3.比转数（ns）
在前述水泵型号中，有些型号的组成部分有比转数这个参数。比转数与转速是两个概念，水泵的比转数，简称比速，通常用符号为ns。
4.功率
功率是指机组在单位时间内作功的大小。水泵功率可分为有效功率、轴功率和配套功率三种。
（1）有效功率
它是出丢水泵内部损失功率后，纯用于羊水所消耗的功率，因此又称为净功率、输出功率或水马力。常用符号为N效，单位为千瓦（或马力）。
（2）轴功率
它是动力机传给水泵轴上的功率，因此称为轴功率或输入功率。要包括泵体内轴承的摩擦、水泵轴与填料的摩擦、水与叶轮、泵壳间的摩擦，以及泵内高压水的回漏等所消耗的功率。
（3）配套功率
它是指水泵应选配的动力机的功率，一次又称有用功率。常用符号为N配，它比轴功率大。
5.效率（n）
效率是指有效功率与轴功率的比值，因此他是反映泵对动力所给予的功率利用程度的技术经济指标。常用符号为n，其大小用百分数来表示。
3.2.2选择步骤
（1）列出基本数据：
1.介质的特性：介质名称、比重、粘度、腐蚀性、毒性等。
2.介质中所含固体和颗粒、含量多少。
3.所需要的流量，一般工业用泵在工艺流程中可以忽略管道系统中的泄漏量， 5.压力，吸水池压力，排水池压力，管道系统中的压力降。
（2）确定流量扬程和流量
1.如果生产工艺中已给出最小、正常、最大流量，应按最大流量考虑。
2.如果生产工艺中只给出正常流量，应考虑留有一定的余量。
3.如果基本数据值只给重量流量，应换算成体积流量。
由于喷泉的水泵必须满足大功率快速精确启停，我选用品牌为DESHB(德士比)的QYP100-4.5-2.2喷泉泵。
具有以下优点：结构紧凑、无需引水、使用简便；双端密封、电器保护;设计合理、性能优良；经久耐用、安全可靠。并且水泵出口采用圆法兰结构，电机为F级绝缘，适用于音乐喷泉等场合对电机频繁启动的要求。叶轮具有防松装置，不怕反转。
4 系统软件设计
4.1PLC梯形图概述
梯形图时使用的最多的图形编程语言，被称为PLC的第一编程语言。梯形图与电器控制系统的电路图很相似，具有直观易懂的优点，很容易被工厂电气人员掌握，特别适用于开关量逻辑控制。梯形图常被称为电路或程序，梯形图的设计成为编程。
4.2GX Developer编程软件的操作方法
本文采用的编程软件为GX Developer编程软件，具体的操作方法如下：
1、打开GX Developer编程软件，之后点击文件，在下拉菜单栏里点击“创建新工程”在选择FXCPU/FX1N(C)，确定打开后可以绘制梯形图编本课题的程序。
2、在打开文件之后就可以回执梯形图，根据所编的程序，在上边的功能图，在绘制梯形图中选择需要的输入元件，完成对梯形图的绘制。
4.3I/O分配表
输入端口表：
输入端口表4.1 输出端口表：
输出端口表4.2
图4.3
4.3.1输入信号
启动按钮SB7，花样选择位置1开关SB1，花样选择位置2开关SB2，花样选择位置3开关SB3，花样选择位置4开关SB4，单步、连续开关SB5停止按钮SB6:。
4.3.2输出信号
1号喷头喷水开关接触器KM1
2号喷头喷水开关接触器KM2
3号喷头喷水开关接触器KM3
4号喷头喷水开关接触器KM4
4.4系统主程序
4.4.1顺序连接图
由于有4中花样，所以应该分布考虑，按照花样的要求，编辑四种花样顺序图，顺序图如下图所示：
其中启动代表开关打开，位置1,2,3,4代表花样档位位置，S代表多少秒后运行到下一步，单步/连续表示工作模式。
花样1：
图花样4.4
此花样档是1、2、3、4每隔两秒依次喷水，然后四个喷水管同时喷水18秒后停止
花样2：
图花样4.5
此花样档是先2、4同时喷水两秒然后停止，同时1、3同时喷水两秒然后停止，交替运行5次后四个喷水管同时喷水10秒停止
花样3：
图花样4.6
此花样档是先1、3、2、4顺序喷水，间隔两秒，然后同时喷水10秒后，按2、4、1、3顺序停喷，间隔两秒。
花样4：
图花样4.7
此花样档是1号、4号喷头同时喷水，延迟4S后，2号、3号喷头同时喷水，1号、4号喷头停止喷水。如此交替运行40S后，4组喷头全喷水，运行3S后停止。
4.4.2根据顺序连接图编程，梯形图在附录1
4.4.3根据梯形图生成的指令附录2
4.5 系统调试
4.5.1仿真软件的选用
由于是用三菱PLC，所以直接用三菱GX Developer的GX simulator来仿真使用步骤：
（1）把梯形图输入仿真软件。
（2）直接运行程序，观察时序图的输出波形是否正确。
图4.8
4.5.2连接实物调试与分析
把程序写入PLC，观察实际效果
高等教育本科毕业论文 基于PLC的花样喷泉设计 考生姓名：准考证号： 专业层次：本科院（系）：机械与动力工程学院指导教师：罗玉龙职称：讲师 二O一0年十二月二十五日
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1喷泉介绍 常见的几种花样喷泉 随着时代的发展，科技水平的提高，城市的喷泉设备已经十分先进，各种音乐喷泉、程控喷泉、激光喷泉已经层出不穷，变化多端。规模可大可小，射程可高可低，喷出的水，大者如珠，细者如雾，变化万千，引人入胜。喷泉，使静水变为动水，使水也有了灵魂，又辅之以各种灯光效果，使水体具有丰富多彩的形态，可以缓冲、软化城市中“凝固的建筑物”和硬质的地面，以增加城市环境的生机，有益与身心健康并能满足视觉艺术的需要。大型城市广场中的人工动态喷泉，也多来自自然的种种水态，如瀑布、水帘、溢流、溪流、壁泉等，随着科学技术的发展进步，各种喷泉真是花样翻新、层出不穷，几乎达到了人们随心所欲创造各种晶莹剔透、绚丽多姿动态水景的程度。喷泉在当今时代，已经形成了一道独特的人文景观。下面是一些我们日常生活中常见的喷泉： 音乐喷泉是音乐和喷泉的结合，音乐是喷泉的主题，喷泉是音乐内涵的表达，如图1-1 图1-1音乐喷泉 程控喷泉是按照预先编辑的程序定时变换喷水造型，如图1-2。 图1-2程控喷泉 跑动喷泉是按照时序控制喷水，构成各种跑动、跳动、波动等形态，变化多端，如图1-3 图1-3跑动喷泉
可是用单片机通过可控硅作为功率开头元件实现花样喷泉时存在下面的缺点： 1、需要较多的保护电路；2、程序的增减不灵活；3、抗干扰能力差； 4、功率因数低。 而采用PLC能有效的解决这些问题，同时PLC具有较强的自诊断功能，能迅速方便检查出故障，缩短检修时间，确保控制系统的可靠性，稳定性。 花样喷泉的动作状态 1.按下启动按钮，喷泉开始工作；按下停止按钮，喷泉停止工作； 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定的方式，运行一个循环； 4.花样选择开关用于选择喷泉的喷水花样，考虑以下4种喷水花样： 花样选择开关在位置1时，按下启动按钮后，4号喷头喷水，延时2s后，3号喷头喷水，在延时2s后，2号喷头喷水，又延时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。 花样选择开关在位置2时，按下启动按钮后，1号喷头喷水，延时2s后，2号喷头喷水，在延时2s后，3号喷头喷水，又延时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。 花样选择开关在位置3时，按下启动按钮后，1号、3号喷头喷水，延时3s后，2号、4号喷头喷水，同时1号、3号喷头停止喷水。如此交替运行15s后，4组喷头全部喷水，30s后，如果为单步工作方式，则停下来；如果连续工作方式，则继续循环下去。 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，依次间隔2s停止喷水。在经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 PLC的研究现状 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，使用情况大致可归纳为如下几类: 1、开关量的逻辑控制 这是PLC最基本、最广泛的应用领域，它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、模拟量控制 在工业生产过程当中，有许多连续变化的量，如温度、压力、流量、液位和速度等都
基于plc的花样喷泉控制系统设计
目录 第一章引言 (3) 1.1课题背景及目的 (3) 1.2本次课程设计任务及要求 (3) 第二章控制方案的选择 (4) 第四章I/O分配表 (5) 第五章PLC硬件连接图 (5) 5.1 PLC硬件连接图 (5) 5.2控制电机的接线图 (7) 第六章顺序连接图 (7) 第七章调试过程及说明 (10) 第八章结束语 (10) 第九章参考文献 (11) 第十章附录 (12) 附录1 控制面板设计 (12) 附录2 梯形图 (12) 附录3 指令表 (21)
第一章引言 1.1课题背景及目的 课程设计在整个教学过程中，是一个非常重要的实践性教学环节，尤其在掌握机电传动控制技术时，仅仅了解工作原理和控制的指令系统是远远不够的。为最大限度的满足生产工艺和机械设备的要求，就需要结合机电传动控制和应用技术的特点，进行初步的工程训练。 在许多休闲广场、景区或游乐场所里,人们经常看到喷泉按一定的规律喷水,景色迷人;若在夜晚配上各种颜色的灯光显示,则更加绚丽多彩.本次课程设计就是通过设计花样式喷泉以机电传动控制课程设计为载体的主要目的，是通过对喷泉简单的自动化控制、简单的工艺过程的调查研究，使学生明确生产工艺对电气控制提出的各项要求。根据这些要求，进行基本的原理设计、工艺设计和操作设计，使学生在课程设计的全过程中，进一步明确设计任务中的各项要求，建立课程设计工作的整体概念，从工程环境、实现手段和操作方式的各个环节入手来设计控制程系统，通过不断的调试和完善软硬件设计，最终能够满足这些要求。 课程设计以培养工程应用能力为主，在独立完成设计任务的同时，还要进行多方面能力的培养和提高，为毕业设计以及毕业后的工作能力打下良好的基础。 1.2本次课程设计任务及要求 某广场的喷泉如图所示，4号为中间喷头，3号为内环状喷头，2号为1次外环状喷头，1号为外环装喷头。
《电气控制与可编程控制技术》 课程设计 （2009级本科） 系（部）院：物理与机电工程学院 专业：电气工程及其自动化 作者姓名： 指导教师：职称：副教授 完成日期：2012 年12 月14 日
课程设计任务书
目录 一、引言 (1) 二、设计目的 (1) 三、设计任务及要求 (1) 3.1 设计要求： (1) 3.2 设计任务： (2) 四PLC的选型 (3) 4.1 PLC的选型原则 (3) 4.2 PLC选型 (4) 五、硬件设计 (4) 5.1设计步骤： (4) 5.2 PLC的I\O分配表 (4) 5.3 控制面板图 (5) 5.4系统I/O口接图 (6) 六控制程序设计 (7) 6.1控制程序流程图设计 (7) 6.2 程序说明 (7) 6.3 程序梯形图 (7) 七系统仿真与调试 (11) 7.1仿真及调试的步骤 (11) 7.2 过程演示 (11) 八总结 (14)
九参考文献 (15)
一、引言 在游人和居民经常光顾的场所，如公园、广场、旅游景点及一些知名建筑前，经常会修建一些喷泉供人们休闲、观赏。这些喷泉按一定的规律改变喷水式样，如果再与五颜六色的灯光相配合，在和和谐优雅的音乐中，更使人心旷神怡，流连忘返。利用PLC 控制喷泉喷水方式，产生各样的样式。在系统的硬件组成以及软件的实现，通过PLC 控制电磁阀开关来决定喷水的效果，供人们休闲、观赏。 自动喷泉控制的实现方法很多，本设计题目为基于可编程控制器（PLC ）的喷泉控制系统，用PLC 进行控制不仅能够进行多种水型切换，而且能将各种水型、灯光按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，使水型、等过实现多姿多彩的变化。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、运行可靠等基本要求。 二、设计目的 通过对自动喷泉PC －PLC 控制系统的工作原理的分析、系统设计、编程、及上机调试工作的实践，了解电器控制系统的一般设计思路，熟悉和掌握外围电路系统和软件设计的方法，并掌握利用PC 对PLC 工作状况进行监控的方法。 三、设计任务及要求 3.1 设计要求： 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。采用S7-200PLC 进行控制，实现四种以上的自动喷泉花样。 彩 灯 按钮 SB1SB2SB3SB4
第一章绪论 课题研究背景 随着城市化进程的加速，花式喷泉可以在人们周围随处可见。比如广场，大厦，小区等。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。 花式喷泉运行的灵活性是评价花式喷泉优劣的关键，而这与花式喷泉的控制系统息息相关。花式喷泉可以根据自己的设计，设计出各种各样的花样，加上灯光，能给人有种不错的视觉享受。 1969年美国数字设备公司（dec）研制书上世间第一台可编程控制器，并成功地应用在美国（gm）的生产线上。但当时只能进行逻辑运算，故称为可编程逻辑控制器，简称plc(programmablc logic controller)。 1985年国际电子委员会（iec）对plc的定义如下： Plc是自动控制技术，计算机技术和通讯技术于一体的一种新型工业控制装置，已跃居工业自动化三大支柱（plc、robot、cad/cam）的首位。可编程控制器，简称plc。它在集成电路、计算机技术的基础上发展起来的一种新型工业控制设备。具有1.可靠性高、抗干扰能力强2.设计、安装容易3.维修工作量少4.功能强、通用性好5.开发周期短、成功率高6.体积小、重量轻、功耗底等特点。具有功能强、可靠性高、配置灵活、使用方便以及体积小、重量轻等优点，已经广泛应用于自动化控制的各个领域，并已成为工业生产自动化的支柱产品。与继电——触发器系统相比系统更加可靠;价格上能与继电——接触器控制系统竞争；易于在现场变更程序；便于使用、维修、维护；能直接推动电磁阀、接触器与之相当的执行机构；能向中央执行机构。 因此，进行花式喷泉的plc控制系统的设计，可以推动喷泉行业的发展，
安徽机电职业技术学院 基于PLC控制的花样喷泉 毕业生姓名： 指导教师、职称： 学号： 专业名称：生产过程自动化技术
目录 目录 (1) 引言.......................................................................................... 错误！未定义书签。 一. PLC 概述............................................................................. 错误！未定义书签。 1.1 PLC 的产生................................................................... 错误！未定义书签。 1.2 PLC 的结构................................................................... 错误！未定义书签。 1.3 PLC 的应用领域............................................................ 错误！未定义书签。 1.3.1 开关量的逻辑控制............................................... 错误！未定义书签。 1.3.2 模拟量控制 (3) 1.3.3 运动控制............................................................. 错误！未定义书签。 1.3.4 过程控制 (4) 1.3.5 数据处理............................................................. 错误！未定义书签。 1.3.6 通信及联网 (5) 1.4 PLC 的应用特点 (5) 1.4.1 可靠性高 (5) 二、概述及设计目的 (7) 2.1 概述 (7) 2.2 设计目的 (7) 2.3 研究思路和方法 (8) 三、花样喷泉系统的设计 (9) 3.1 PLC 型号的选择 (9) 3.1.1 合理的结构型式 (9) 3.1.2 安装方式的选择 (9) 3.1.3 相应的功能要求 (10) 3.1.4 响应速度要求 (10) 3.1.5 系统可靠性的要求 (10) 3.1.6 机型尽量统一 (11) 四、PLC 的工作原理 (12) 4.1 扫描技术 (12) 4.2 输入采样阶段 (12) 4.3 用户程序执行阶段 (12) 4.4 输出刷新阶段 (13) 五、花样喷泉I/O 分配表及程序设计 (14) 5.1 I/O 分配表 (14) 5.2 程序初始化 (15)
基于PLC的花样喷泉控制系统设计
基于PLC的花样喷泉设计 摘要 针对传统的喷泉控制系统一旦设计好控制电路，就不能随意改变喷水花样及喷水时间等问题，本设计结合西门子S7-200 可编程控制器设计能适应不同季节、不同场合的喷水要求目的的花样喷泉系统。花样喷泉控制系统的主要任务就是改变喷泉的喷水样式，以达到有规律的改变喷泉喷水样式的目的。按下启动按钮，喷泉装置开始工作，按下停止按钮，喷泉控制装置停止工作。喷泉工作方式由花样选择开关和单步∕连续开关决定。当单步∕连续开关选择单步时，喷泉只能按照花样选择开关设定的方式，运行一个循环；当单步∕连续开关选择连续时，喷泉按照花样选择开关设定的方式，运行多个循环，直至按下停止按钮。花样循环方式选择开关用于选择喷泉的喷水花样，本文设计四种喷水花样循环。PLC控制系统体积小、功能强、可靠性高，且具有较大的灵活性和可扩展性的特点。用PLC花样喷泉控制系统，不但实现了自动转换花样喷泉的喷水样式，提高了系统的可靠性和安全性，而且，美化了我们的生活环境，使我们的生活环境更加安逸、舒适。因此PLC控制系统具有一定的工程应用和推广价值。 关键词：喷泉，PLC控制，花样喷泉系统
The pattern design based on PLC fountain Abstract In traditional fountain control system design good control circuit, once can't change pattern and water spraying time such issues, the design with Siemens s7-200 PLC design can adapt to different season , different occasions of hydraulic requirements the pattern of the fountain system purpose. Figure fountain control system is the main task of the change of style, water fountain in order to achieve regular change of the water fountain style purpose. Press the start button, and fountains device started to work, and press the stop button, fountain control device to stop working. Work by pattern choice fountain way switch and a single step/continuous switch decision. When a single step/continuous switch choose single step, fountain can
《电气控制技术》课程设计说明书自动喷泉PLC控制系统设计 学院：电气与信息工程学院 学生姓名： 指导教师：职称 专业：电气工程及其自动化 班级： 学号： 完成时间：
湖南工学院电气控制技术课程设计课题任务书 学院：电气与信息工程学院专业：电气工程及其自动化
1 绪论 1.1课题研究背景 随着城市化进程的加速，花式喷泉可以在人们周围随处可见。比如广场，大厦，小区等。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。 花式喷泉运行的灵活性是评价花式喷泉优劣的关键，而这与花式喷泉的控制系统息息相关。花式喷泉可以根据自己的设计，设计出各种各样的花样，加上灯光，能给人有种不错的视觉享受。 1985年国际电子委员会（iec）对plc的定义如下： Plc是自动控制技术，计算机技术和通讯技术于一体的一种新型工业控制装置，已跃居工业自动化三大支柱（plc、robot、cad/cam）的首位。可编程控制器，简称plc。它在集成电路、计算机技术的基础上发展起来的一种新型工业控制设备。具有1.可靠性高、抗干扰能力强2.设计、安装容易3.维修工作量少4.功能强、通用性好5.开发周期短、成功率高6.体积小、重量轻、功耗底等特点。具有功能强、可靠性高、配置灵活、使用方便以及体积小、重量轻等优点，已经广泛应用于自动化控制的各个领域，并已成为工业生产自动化的支柱产品。与继电——触发器系统相比系统更加可靠;价格上能与继电——接触器控制系统竞争；易于在现场变更程序；便于使用、维修、维护；能直接推动电磁阀、接触器与之相当的执行机构；能向中央执行机构。 因此，进行花式喷泉的plc控制系统的设计，可以推动喷泉行业的发展，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。 1.2课题设计的目的和意义 随着我国经济的高速发展，微电子技术，计算机技术和自动控制技术也得到了迅速发展，交流变频调速技术已经进入个崭新的时代，其应用越来越广。而随着我国城市化进程的加快和人口大量集聚，环境越来越重要，好的环境能使心身愉快，做事效率提高。其中喷泉可以湿润周围空气，减少尘埃，降低气温。喷泉的细小水珠同空气分子撞击，能产生大量的负氧离子，有益于改善社区面貌和增进居民身心健康。
第1章控制工艺分析 1.1系统描述及控制要求 在游人和居民经常光顾的场所，如公园、广场、旅游景点及一些知名建筑前，经常会修建一些喷泉供人们休闲、观赏。这些喷泉按一定的规律改变喷水式样，如果再与五颜六色的灯光相配合，在和和谐优雅的音乐中，更使人心旷神怡，流连忘返。利用PLC控制喷泉喷水方式，产生各样的样式。在系统的硬件组成以及软件的实现，通过PLC控制电磁阀开关来决定喷水的效果，供人们休闲、观赏。 自动喷泉控制的实现方法很多，本设计题目为基于可编程控制器（PLC）的喷泉控制系统，用PLC进行控制不仅能够进行多种水型切换，而且能将各种水型、灯光按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，使水型、等过实现多姿多彩的变化。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、运行可靠等基本要求。 基于以上要求，本系统应具有以下功能 喷泉一： ①按下启动按钮X0，再按下K1按钮选择花样喷泉1模式 ② 6号喷头先喷，1s后11号喷 ③ 1s后7号喷，1s后10号喷喷 ④同时喷5s后，6、7、10、11都停 ⑤重复循环②--④步骤 喷泉二： ①按下K2选择花样喷泉2模式 ② 3号喷头先喷，2s后12号喷 ③ 2s后14号喷头喷，2s后5号喷 ④ 3、12、14、5同时喷10s ⑤重复循环②--④步骤 喷泉三： ①按下K3选择花样喷泉3模式 ② 2、8、15、9同时先喷10s ③再1s后一次间隔1s停 ④重复循环②--③步骤
喷泉四： ①按下K4选择花样喷泉4模式 ② 1、4、16、13同时喷 ③ 1分钟后同时停 ④重复循环②--③步骤 1.2 喷泉示意图 图1-1 喷泉示意图 1.3 喷泉控制的方案论证 喷泉控制系统可以由单片机、工控机和PLC等多种方式实现，通过依次对其进行可行性分析可以确定适用于本系统的最佳方案。 单片机控制系统：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，构成一个完整的微型计算机。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，否则变很可能降低系统的稳定性。而且小规模的制作会增加成本，所以单片机控制系统不是最佳方案。 工控机控制系统：由于喷泉控制系统的环境相对工业控制环境要好的多，而且喷泉控制系统对连续长时间工作的能力要求不高，用工控机设计喷泉控制系统实属大材小用。而且工控机的价格较通层次的PC要高，这样就更增加了系统的成本，降低了整体的性价比。
基于PLC的花样喷泉设计 针对传统的喷泉控制系统一旦设计好控制电路，就不能随意改变喷水花样及喷水时间等问题，本设计结合西门子S7-200可编程控制器设计能适应不同季节、不同场合的喷水要求目的的花样喷泉系统。该花样喷泉控制系统不但实现了自动转换花样喷泉的喷水样式，而且提高了系统的可靠性和安全性，具有一定的工程应用和推广价值。
目录
引言 喷泉是人工环境中最富有生命力的喷泉,它具有分隔空间、增加层次、净化空气美化环境的作用。现代高科技把美妙的音乐、多姿的喷泉造型、五彩缤纷的水下灯光、神奇的激光图文，通过电脑有机的结合在一起，给人以音乐声响、视觉形象、色彩变换三位一体的超自然享受。随着我国人民物质生活水平的不断提高，对于精神生活的要求也在不断提高，为进一步改造环境景观，建设一个喷泉是很有必要的。随着科学技术的不断发展和生活水平的不断提高，尤其是喷泉在城市和社区环境建设中起着尤其重要的作用。当今喷泉工程和高新技术的结合正是历史发展的必然趋势，由于喷泉工程中采用了大量的高新技术，从而使喷泉效果更加绚丽多彩，婀娜多姿，令人赏心悦目、流连忘返。 本次的毕业设计是一个以S7-200PLC控制为核心的花样喷泉控制系统的设计。花样喷泉在PLC的控制之下，喷出各种各样的水柱，给人以一种视觉上美的享受。
第1章PLC简介 1.1可编程序控制器简介 可编程序控制器PC（Programmable Controller）又称可编程序控制器PLC （Programmable Logic Controller），是微机技术与继电器常规控制技术相接合的产物，是在顺序控制器和微机控制器的基础上发展起来的新型控制器，是一种以微处理器为核心用作数字控制的专用计算机。它不仅充分利用微处理器的优点来满足各种工业领域的实时控制要求，同时也照顾到现场电器操作维护人员的技能和习惯，摈弃了微机常用的计算机编程语言的表达形式，独具风格地形成一套以继电器梯形图为基础的形象编程语言和模块化的软件结构，使用户程序的编制清晰直观、方便易学，调试和查错都很容易。PLC现已成为现代工业控制三大支柱（PLC、CAD/CAM、ROBOT）之一，以其可靠性、逻辑功能强、体积小、可在线修改控制程序、具有远程通信联网功能、易于与计算机接口、能对模拟量进行控制、具备告诉计数与位控等高性能模块等优异性能，日益取代由大量中间继电器、时间继电器、计数继电器等组成的传统继电－接触控制系统在机械、化工、石油、冶金、电力、轻工、电子、纺织、食品、交通、等行业得到广泛应用。PLC 的应用深度和广度已经成为一个国家工业先进水平的重要标志之一。 1.2PLC的结构 PLC和一般的微型计算机基本相同，也是由硬件系统和软件系统两大部分组成的。PLC的硬件系统由微处理器(CPU)、存储器(EPROM，ROM)、输入输出(I/O)部件、电源部件、编程器、I/O扩展单元和其他外围设备组成。各部分通过总线(电源总线、控制总线、地址总线、数据总线)连接而成。其结构简图如下：
喷泉的PLC控制 学院机电工程学院 专业自动化 姓名 学号
1.系统控制要求 系统要求用两个按钮来控制A、B、C三组喷头工作（通过控制三组喷头的电动机来实现）。系统控制要求具体如下。 当按下启动按钮后，A组喷头先喷5s后停止，然后B、C组喷头同时喷：5s后，B组喷头停止、C组喷头继续喷5s再停止；而后A、B组喷头喷7s，C组喷头在这7s的前2s 内停止，后5s内喷水；接着A、B、C三组喷头同时停止3s，以后重复前述过程。按下停止按钮后，三组喷头同时停止喷水。 下图为A、B、C三组喷头工作时序图 5s 2s 5s A 3s 5s B 10s 5s C 2.确定输入/输出设备，并为其分配合适的I/O端子 输入输出 输入对应PLC端子功能说明输出对应PLC端子功能说明 SB1 X000 启动控制KM1 Y000 驱动A组电动机SB2 X001 停止控制KM2 Y001 驱动B组电动机 KM3 Y002 驱动C组电动机3.绘制喷泉控制线路图
4.编写PLC控制程序 梯形图说明 （1）启动控制 按下启动按钮SB1 X000常开触点闭合辅助继电器M0线圈得电 【1】M0自锁触点闭合，锁定M0线圈供电 【29】M0常开触点闭合，Y000线圈得电KM1线圈得电电动机A运转A组喷头工作 【4】M0常开触点闭合，定时器T0开始5s计时
5s后，定时器T0动作 【29】T0常闭触点断开Y000线圈失电电动机A停转A组喷头停止工作【35】T0常开触点闭合Y001线圈失电电动机B运转B组喷头工作【41】T0常开触点闭合Y002线圈失电电动机C运转C组喷头工作【9】T0常开触点闭合，定时器T1开始5s计时 5s后，定时器T1动作 【35】T1常闭触点断开Y001线圈失电电动机B停转B组喷头停止工作【13】T1常开触点闭合，定时器T2开始5s计时 5s后，定时器T2动作 【31】T2常开触点闭合Y000线圈得电电动机A运转A组喷头开始工作【37】T2常开触点闭合Y001线圈得电电动机B运转B组喷头开始工作【41】T2常闭触点断开Y002线圈失电电动机C停转A组喷头停止工作【17】T2常开触点闭合，定时器T3开始2s计时 2s后，定时器T3动作 【43】T3常开触点闭合Y002线圈得电电动机C运转C组喷头开始工作【21】T3常开触点闭合，定时器T4开始5s计时 5s后，定时器T4动作 【31】T4常闭触点断开Y000线圈失电电动机A停转A组喷头停止工作【37】T4常闭触点断开线圈失电电动机B停转B组喷头停止工作【43】T4常闭触点断开Y002线圈失电电动机C停转C组喷头停止工作【25】T4常开触点闭合，定时器T5开始3s计时 3s后，定时器T5动作【4】T5常闭触点断开定时器T0复位 【29】T0常闭触点闭合Y000线圈得电电动机A运转 【35】T0常开触点断开 【41】T0常开触点断开 【9】T0常开触点断开定时器T1复位，T1所有触点复位，其中【13】T1常开触点断开使定时器T2复位定时器T2复位，T2所有触点复位，其中【17】T2常开触点断开使定时器T3复位定时器T3复位，T3所有触点复位，其中【21】T3常开触点断开使定时器T4复位定时器T4复位，T4所有触点复位，其中【25】T4常开触点断开使定时器T5复位【4】定时器T5常闭触点闭合，定时器T0开始5s计时，以后会重复前面的工作过程。
基于PLC得花样喷泉控制系统设计
基于PLC得花样喷泉设计 摘要 针对传统得喷泉控制系统一旦设计好控制电路,就不能随意改变喷水花样及喷水时间等问题,本设计结合西门子S7-200可编程控制器设计能适应不同季节、不同场合得喷水要求目得得花样喷泉系统。花样喷泉控制系统得主要任务就就是改变喷泉得喷水样式,以达到有规律得改变喷泉喷水样式得目得。按下启动按钮,喷泉装置开始工作,按下停止按钮,喷泉控制装置停止工作。喷泉工作方式由花样选择开关与单步∕连续开关决定。当单步∕连续开关选择单步时,喷泉只能按照花样选择开关设定得方式,运行一个循环;当单步∕连续开关选择连续时,喷泉按照花样选择开关设定得方式,运行多个循环,直至按下停止按钮。花样循环方式选择开关用于选择喷泉得喷水花样,本文设计四种喷水花样循环。PLC控制系统体积小、功能强、可靠性高,且具有较大得灵活性与可扩展性得特点。用PLC 花样喷泉控制系统,不但实现了自动转换花样喷泉得喷水样式,提高了系统得可靠性与安全性,而且,美化了我们得生活环境,使我们得生活环境更加安逸、舒适。因此PLC控制系统具有一定得工程应用与推广价值。 关键词:喷泉,PLC控制,花样喷泉系统 The pattern design based on PLC fountain Abstract In traditional fountain control system design good control circuit, once can't change pattern and water spraying time such issues, the design with Siemens s7-200 PLC design can adapt to different season , different occasions of hydraulic requirements the pattern of the fountain system purpose、Figure fountain control system is the main task of the change of style, water fountain in order to achieve regular change of the water fountain style purpose、Press the start button, and fountains device started to work, and press the stop button, fountain control device to stop working、Work by pattern choice fountain way switch and a single step/continuous switch decision、When a single step/continuous switch choose single step, fountain can only choose switch is set according to the pattern, run a cycle way; When a single step/continuous switch choice, according to the pattern for fountain switch selector way, operation DuoGe circulation, press the stop button until、Figure cycle way choice to select a fountain of hydraulic switch pattern, the paper presents the design of four kinds of water spray pattern cycle、PLC control system small volume and powerful function, high reliability, and has a greater flexibility and
电气控制技术 课程设计 题目: 自动喷泉的控制系统设计院系名称：电气工程学院 专业班级： 学生姓名： 学号： 指导教师：
目录 1系统概述 (1) 1.1设计的目的 (1) 1.2设计内容 (1) 1.3实现的目标 (1) 2方案论证 (2) 2.1方案比较 (2) 2.2方案选择 (4) 3硬件设计 (5) 3.1系统的原理框图 (5) 3.2主电路 (5) 3.3 I/O分配 (6) 3.4 I/O接线图 (7) 3.5元器件选型 (8) 4软件设计 (10) 4.1主流程 (10) 4.2梯形图 (11) 5系统调试 (13) 设计心得 (18) 参考文献 (18) 附录1元件清单 (19) 附录二语句表 (20)
1系统概述 1.1设计的目的 通过对自动喷泉PLC控制系统的工作原理的分析、系统设计、编程、及上机调试工作的实践，了解电器控制系统的一般设计思路，熟悉和掌握外围电路系统和软件设计的方法，并掌握PLC工作状况进行监控的方法. 1.2设计内容 有16个阀门（喷头），有4个选择按钮，如下图所示。实现四种以上的自动喷泉花样 主要内容包括： 1. 设计出硬件系统的结构图、接线图、时序图等； 2. 系统有启动/停止按钮； 3. 实现四种以上的自动喷泉花样控制；（自己定义） 5. 程序结构与控制功能自行创新设计； 6. 进行系统调试，实现自动喷泉的控制要求。 7. 电机3KW,380V 1.3实现的目标 按照设计要求有16个彩灯代表16个喷头，有4个选择按钮，实现四种以上的自动喷泉花样，4个选择按钮分别控制4种喷泉花样，同时四种喷泉花样应该相互独