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1、 广州大学松田学院广州大学松田学院 毕业论文（设计）毕业论文（设计） 题题 目目 基于基于 PLCPLC 的花样喷泉控制系统设计的花样喷泉控制系统设计 二二一三一三 年年 六六 月月 基于基于 PLCPLC 的花样喷泉控制系统设计的花样喷泉控制系统设计 摘要：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
2、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：关键词：花样喷泉，自动化，PLC， The design of control system of the variety fountain which bases on the plc Abstract：the variety fountain is a product of recent years, the emergence of a landscape architecture and fancy ornament
3、al combination. With the programmable controller in the rapid development of our country, the control requirements are also increasing pattern fountain, making more and more control of part of the programmable controller to achieve. In this article, the pattern fountain as the research object, Mitsu
4、bishi FX1N series PLC as controller of the fountain. The overall function of the pattern fountain control system analysis of the composition and working principle of the programmable controller. Fountain hardware building blocks and the detailed design of the hardware module, and the control mode de
5、sign and program preparation. Designed to improve the the fountain system control quality, and really reached the requirements of real-time control. Keywords：Variety fountain，Automation，PLC， 目目 录录 1 1 绪绪 论论1 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 2 系统控制方案的确定系统控制方案的确定3 3 2.1 花样喷泉控制系统的设计总框图 3
6、 2.2 花样喷泉的概述 3 2.2 系统设计的基本步骤 4 2.3 系统控制方案 4 2.4 控制面板 5 3 3 系统硬件设计系统硬件设计7 7 3.1 可编程控制器（PLC）的选择.7 3.1.1 PLC 概述 7 3.1.2 PLC 的选型 7 3.2 水泵的选型 8 3.2.1 水泵的参数及性能 8 3.2.2 选择步骤 .10 4 4 系统软件设计系统软件设计1111 4.1PLC 梯形图概述 11 4.2GX DEVELOPER编程软件的操作方法.11 4.3I/O 分配表 11 4.3.1 输入信号 .13 4.3.2 输出信号 .13 4.4 系统主程序 .13 4.4.1
7、顺序连接图 .13 4.4.2 根据顺序连接图编程，梯形图在附录 118 4.4.3 根据梯形图生成的指令附录 218 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：参考文献：2020 致谢致谢2121 附录附录 1 1 2222 附录附录 2 2 2727 1 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
8、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
9、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。 2 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
10、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
11、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。 3 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
12、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 4 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
13、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）
14、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
15、式，则继 续循环下去。 5 （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
16、 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。 6 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。 7 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
