./唐山學院測控技術與系統(tǒng)課程設計題目花式噴水池的PLC控制系<部>機電工程系班級08測控本2姓名學號指導教師2012年2月27日至3月920XX3月7日測控技術與系統(tǒng)課程設計任務書一、設計題目、容及要求1、設計題目：花式噴水池的PLC控制2、設計容：用PLC對噴水池進行控制,按下啟動按鈕噴水裝置開始工作,按下停止按鈕則停止工作,工作方式由選擇開關和單步/連續(xù)開關決定。方式選擇開關用來選擇噴水花樣,單步/連續(xù)開關在單步位置時,噴水池只運行一次,在連續(xù)位置時則一直繼續(xù)下去。3、設計要求：<1按下啟動按鈕噴水裝置開始工作,按下停止按鈕則停止工作,工作方式由選擇開關和單步/連續(xù)開關決定；<2單步/連續(xù)開關在單步位置時,噴水池只運行一次,在連續(xù)位置時則一直繼續(xù)下去；<3方式選擇開關用來選擇噴水花樣1～4號噴水管的工作方式按控制程序運行；1選擇開關在位置"1"時,按下啟動按鈕后,4號噴水,延時2s后,3號也噴水,延時2s后,2號接著噴水,再延時2s,1號噴水,再一起噴水15s后停下。若運行在連續(xù)狀態(tài)時,將繼續(xù)循環(huán)下去。2選擇開關在位置"2"時,按下啟動按鈕后,1號噴水,延時2s后,2號噴水,延時2s后,3號噴水,再延時2s后,4號噴水,再一起噴水30s后停下。若運行在連續(xù)狀態(tài)時,將繼續(xù)循環(huán)下去。3選擇開關在位置"3"時,按下啟動按鈕后,1、3號同時噴水,延時3s后,2、4號噴水,1、3號停止噴水；交替運行5次后,1~4號全噴水,30s后停下。若運行在連續(xù)狀態(tài)時,將繼續(xù)循環(huán)下去。4選擇開關在位置"4"時,按下啟動按鈕后,噴水池1~4號水管的工作順序為：1→2→3→4按順序延時2s噴水,然后一起噴水30s,1、2、3和4號分別延時2s停止噴水,再延時1s,由4→3→2→1反向順序延時2s噴水,然后一起噴水30s停止。若運行在連續(xù)狀態(tài)時,將繼續(xù)循環(huán)下去。<4不論在什么工作方式下,按停止按鈕噴水池將停止運行。二、設計原始資料三、要求的設計成果〔課程設計說明書、設計實物、圖紙等1．根據設計容撰寫《測控技術與系統(tǒng)課程設計報告》,要求不低于5000字。2.繪制狀態(tài)轉移圖<A3,標題欄用標準格式>；3.繪制電氣原理圖包括主電路、PLC外部I/O接線圖<A3>。四、進程安排從20XX2月27日到20XX3月9日序號項目具體容時間〔天1明確任務1了解設計任務書2借閱圖書資料12總體方案設計及PLC選型1熟悉設計題目2查閱相關資料,進行PLC選型、電器元件選型23接線圖設計分配PLC的I/O點,設計I/O電氣接口連接圖14狀態(tài)轉移圖、梯形圖設計繪制狀態(tài)轉移圖、梯形圖45撰寫設計報告撰寫不少于5000字的《測控系統(tǒng)課程設計報告》2五、主要參考資料[1]漆漢宏.PLC電氣控制技術.：機械工業(yè),2010.[2]廖常初.PLC編程及應用.：大學,2002.[3]羅宇航.流行PLC實用程序及設計.：電子科技大學,2001.[4]郁漢琪.電氣控制與可編程序控制器應用技術.：東南大學,2009.[5]萬忠.可編程序控制器應用技術.：化學工業(yè),2001.指導教師〔簽名：教研室主任〔簽名：課程設計成績評定表出勤情況出勤天數缺勤天數成績評定出勤情況及設計過程表現〔20分課設答辯〔20分設計成果〔60分總成績〔100分提問〔答辯問題情況綜合評定指導教師簽名：年月日目錄1概述12課程設計介紹22.1課程設計目的22.2設計任務和要求23電氣控制電路設計43.1主回路的設計43.2PLC的選型43.2.1I/O總點數的確定43.2.2I/O點信號性質分析43.2.3用戶存儲器容量的估算53.3確定電動機傳動控制方案,確定電動機53.4電氣元件的選擇64I/O地址分配及外部接線圖74.1I/O地址分配74.2I/O外部接線圖74.3工作流程圖84.4梯形圖95設計總結及心得體會12參考文獻13.1概述隨著城市化進程的加速,花式噴泉可以在人們周圍隨處可見。比如廣場,大廈,小區(qū)等?；ㄊ絿娙侨嗽煨夂?在炎熱的夏日可以起到增濕和降溫的作用；也為水體充氧,有利于水體增加自凈能力,起到防止水體黑臭的作用?；ㄊ絿娙\行的靈活性是評價花式噴泉優(yōu)劣的關鍵,而這與花式噴泉的控制系統(tǒng)息息相關。花式噴泉可以根據自己的設計,設計出各種各樣的花樣,加上燈光,能給人有種不錯的視覺享受在許多休閑廣場、景區(qū)或游樂場里,經?？吹絿娝匕匆欢ǖ囊?guī)律噴水或變化式樣,若在夜晚配上各種彩色的燈光顯示,更加迷人。設計一花式噴水池,采用PLC控制是比較方便的,在花式噴水時序確定的前提下,可以通過改變時序或者改變控制卉關,就可改變控制方式,達到顯現各種復合狀態(tài)的要求。在游人和居民經常光顧的場所,如公園、廣場、旅游景點及一些知名建筑前,經常會修建一些噴泉供人們休閑、觀賞。這些噴泉按一定的規(guī)律改變噴水式樣,如果再與五顏六色的燈光相配合,在和和諧優(yōu)雅的音樂中,更使人心曠神怡,流連忘返。利用PLC控制噴泉噴水方式,產生各樣的樣式。在系統(tǒng)的硬件組成以及軟件的實現,通過PLC控制電磁閥開關來決定噴水的效果。實際應用效果良好。供人們休閑、觀賞。花式噴水池是近年來出現的一種園林建筑與花式觀賞相結合的一種產物。隨著可編程控制器在我國的迅速發(fā)展,對花式噴泉的控制要求也越來越高,使得越來越多的控制部分需要可編程控制器來實現。使用PLC控制花式噴泉,具有使用方便、運行可靠、控制程序設計簡單等優(yōu)點。2課程設計介紹2.1課程設計目的電氣控制與PLC課程設計是電氣自動化技術專業(yè)一個重要的實踐性教學環(huán)節(jié),通過課程設計達到掌握電氣控制柜的原理設計、安裝工藝圖紙設計的基本方法,并能達到熟練使用可編程控制器實現簡單控制系統(tǒng)的控制要求,熟練地進行系統(tǒng)外圍電路設計、接線、編程、調試等工作。2.2設計任務和要求某一噴水池的控制器,形式如下：在圖中,4為中間噴水管,3為環(huán)狀噴水管,2為一次外環(huán)形狀噴水管,1為外環(huán)形狀噴水管。要求用PLC控制完成下列要求：1．控制器電源開關接通后,按下啟動按鈕,噴水裝置開始工作。按下止按鈕,噴水池停止噴水。工作方式由選擇開關和單步/連續(xù)開關來決定。2．"單步/連續(xù)"開關在單步位置時,噴水池只運行一次循環(huán)；在連續(xù)位置時,噴水池運行一直循環(huán)下去。3．方式選擇開關用來選擇噴水池的噴水花樣,1~4號噴水法的工作方式選擇如下：1選擇開關在位置"1"時,按下啟動按鈕后,4號噴水,延時2s后,3號也噴水,延時2s后,2號接著噴水,再延時2s,1號噴水,再一起噴水15s后停下。若運行在連續(xù)狀態(tài)時,將繼續(xù)循環(huán)下去。2選擇開關在位置"2"時,按下啟動按鈕后,1號噴水,延時2s后,2號噴水,延時2s后,3號噴水,再延時2s后,4號噴水,再一起噴水30s后停下。若運行在連續(xù)狀態(tài)時,將繼續(xù)循環(huán)下去。3選擇開關在位置"3"時,按下啟動按鈕后,1、3號同時噴水,延時3s后,2、4號噴水,1、3號停止噴水；交替運行5次后,1~4號全噴水,30s后停下。若運行在連續(xù)狀態(tài)時,將繼續(xù)循環(huán)下去。4選擇開關在位置"4"時,按下啟動按鈕后,噴水池1~4號水管的工作順序為：1→2→3→4按順序延時2s噴水,然后一起噴水30s,1、2、3和4號分別延時2s停止噴水,再延時1s,由4→3→2→1反向順序延時2s噴水,然后一起噴水30s停止。若運行在連續(xù)狀態(tài)時,將繼續(xù)循環(huán)下去。4.無論在什么工作方式下,按下停止按鈕,噴水池將停止運行。本設計采用PLC設計,PLC的特點如下：可靠性高,抗干擾能力強通用性強,使用方便采用模塊化結構,使系統(tǒng)組合靈活方便編程語言簡單、易學,便于掌握系統(tǒng)設計周期短對生產工藝改變適應性強安裝簡單、調試方便、維護工作量小3電氣控制電路設計3.1主回路的設計根據電氣傳動的要求,由接觸器KM1、KM2、KM3、KM4分別控制電動機M1、M2、M3、M4如圖：三相電源由電源引入開關QF引入。電動機M1、M2、M3、M4的過載保護,分別由熱繼電器FR1、FR2、FR3、FR4實現。電動機M1、M2、M3、M4設置短路保護熔斷器為FU1、FU2、FU3、FU4。由電動機帶動噴水裝置噴水。3.2PLC的選型3.2.1I/O總點數的確定由I/O分配表知,輸入共7個點,輸出共5個點,I/O實際需12點。為留有今后工藝改進與功能擴充余地,在實際統(tǒng)計I/O點數基礎上,一般加10-20％余量,再考慮PLC產品本身規(guī)格,可取PLC的I/O總點數為48點。3.2.2I/O點信號性質分析從花式噴水池控制信號分析可知,機械手輸入是位置開關信號,花式噴水池的輸入時起動按鈕、停止按鈕、單步/連續(xù)選擇開關等它們都是開關量,而輸出主要是4個電磁閥線圈,以控制噴水管的通斷,和一個工作指示燈,用來顯示噴水池工作狀態(tài)。3.2.3用戶存儲器容量的估算<1>I/O口總點數為48點且均為開關量,以每個I/O點需1O個字節(jié)估算則所需存儲器字節(jié)數為：48*10=480B<2>定時器有26個,以每個定時器需2個字節(jié)估算則所需存儲器字節(jié)數為：定時器/計數器數量*2=26*2=52B共需存儲器字節(jié)數為：480+52=532B經技術與經濟成本方面因素綜合考慮,本設計選取日本三菱公司FX2N-48MR型PLC產品。FX2N-48MR型產品主要技術指標如下：FX2N-48MR型產品主要技術指標表最大I/O：48點定時/計數器：256個基本功能指令22條,步進指令2條繼電器輸出最大負載80VA/24V執(zhí)行速度〔us/步：0.8us輸入輸出響應時間10ms程序容量〔步：2KB輸入光電隔離數據寄存器通用：200點鎖存用：7800點輸出繼電器接點隔離由上表可見,FX2N-48MR型PLC產品能滿足設計要求。3.3確定電動機傳動控制方案,確定電動機電動機是生產機械電力拖動系統(tǒng)的拖動元件,選擇電動機時,應考慮電動機的功率、轉速、結構形式、額定電壓等。噴水管的運動主要由電動機M1、M2、M3、M4實現噴水,完成噴水池的噴水花樣。選擇電動機的功率的依據是負載功率。功率選的過大,設備投資將造成浪費,同時由于電動機欠載運行,使之效率和功率因數降低,運行費用也會提高；相反,功率選的過小,電動機過載運行,使之壽命降低。交流電動機額定電壓應與供電電網電壓一致。中小型異步電動機額定電壓為220V/380V及380V/660V兩種,當功率較大時,可選用相應電壓的高壓電動機。對于額定功率相同電動機,額定轉速越高,電動機尺寸、質量愈小,成本愈低,所以選擇告訴電動機較為經濟。但由于生產機械所需轉速一定,電動機轉速愈高,傳動機構轉速比愈大,傳動機構愈復雜。因此應考慮綜合分析來確定電動機的額定轉速。電動機的結構形式按其安裝位置的不同可分為臥式和立式兩種,應以電動機和工作機構的連接方便、緊湊為原則來選擇。綜上考慮,電動機選擇型號為：Y160M-4,11KW,380V,23.0A,1460r/min3.4電氣元件的選擇1.電源引入開關QFQF主要作為電源隔離開關用,并不用它來直接起停電動機,可按電動機額定電流來選。顯然應根據四臺電動機來選。在中小型常用組合開關中,可選擇HZ10-25/4型,額定電流為25A,四極組合開關。2.熱繼電器FR1、FR2、FR3、FR4電動機M1、M2、M3、M4額定電流23.0A,FR1、FR2、FR3、FR4可選用JR0-40型繼電器,熱元件電流為25A,電流整定圍為16-25A,工作將額定電流調整為23.0A。3.熔斷器FU1、FU2、FU3、FU4FU1、FU2、FU3、FU4是對電動機M1、M2、M3、M4進行保護的?？蛇x用RL1-15型熔斷器,配用10A的熔體。4.接觸器KM1、KM2、KM3、KM4接觸器KM1、KM2、KM3、KM4,根據電動機M1、M2、M3、M4的額定電流IN=23.0A,控制回路電源127v,需主觸點三對,動合輔助觸點兩對,動斷輔助觸點一對,根據上述情況,選用CJ0-40型接觸器,電磁線圈電壓為127V。5.控制變壓器TC變壓器最大負載時是KM1、KM2、KM3、KM4同時工作,計算出變壓器容量及考慮指示燈等其他電路附加電容,可選用BK-100型變壓器或BK-150型變壓器,電壓等級：380V/127-36-6.3,可滿足輔助回路的各種電壓需要。電氣元件明細表要標注各電氣元件的型號,規(guī)格及數量等符號名稱型號規(guī)格數量M1、M2M3、M4電動機Y160M-411KW,380V,23.0A,1460r/min4QF組合開關HZ10-25/44極500V25A1KM1、KM2KM3、KM4接觸器CJ0-4040A線圈電壓127V4FR1、FR2FR3、FR4熱繼電器JR0-40額定電流25A整定電流19.9A4FU1、FU2FU3、FU4熔斷器RL1-15500V熔體10A4TC控制變壓器BK-100100V.A380V/127-36-6.3V1SB1、SB2控制按鈕LA-102HL指示燈ZSD-06.3V紅色14I/O地址分配及外部接線圖4.1I/O地址分配本課設的I/O口地址分配如下表：名稱地址符號說明輸入啟動按鈕X0SB1啟動噴泉系統(tǒng)停止按鈕X1SB2停止噴泉系統(tǒng)單步／循環(huán)選擇開關X2SA2選擇是否循環(huán)狀態(tài)1號方式選擇開關X3SA3噴泉選擇1號方式噴水2號方式選擇開關X4SA4噴泉選擇2號方式噴水3號方式選擇開關X5SA5噴泉選擇3號方式噴水4號方式選擇開關X6SA6噴泉選擇4號方式噴水輸出噴水池工作指示Y0HL1號噴水閥工作Y1KM11號噴水閥噴水2號噴水閥工作Y2KM22號噴水閥噴水3號噴水閥工作Y3KM33號噴水閥噴水4號噴水閥工作Y4KM44號噴水閥噴水4.2I/O外部接線圖外部接線圖如下：4.3工作流程圖啟動按鈕是否按下？啟動按鈕是否按下？1號噴水方式2號噴水方式4號噴水方式3號噴水方式是否處于連續(xù)狀態(tài)？停止按鈕是否按下？是否是是否開始結束4.4梯形圖開始指示燈亮選擇位置1選擇位置2選擇位置3選擇位置4噴水樣式1噴水樣式2噴水樣式3噴水樣式4電動機1工作電動機2工作電動機3工作電動機4工作5設計總結及心得體會本次課程設計是對課堂上學的知識的一個很好的實踐過程,也是提高我們的動手能力的過程。通過這次的課程設計,我對PLC這門課程有了更深的了解,更深入的了解到在它在我們生活中應用的廣泛性。在設計的各個步驟各個環(huán)節(jié)中,都要保證嚴密,才能順利的完成一次設計,我們不能夠只看重結果,當作一次任務,這樣不好,我們要從動手當中找到樂趣,讓學習跟我們的愛好聯(lián)系在一起,這樣才能讓我們學到更多的知識。通過小學期的設計,也檢驗出