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基于Plc 的花样喷泉控制系统设计
目 录
第一章 引言…………………………………………………………………………………（2） 1.1 课程设计的目的及意义…………………………………………………………（2） 1.2 课题背景…………………………………………………………………………（2） 1.3 控制任务和要求…………………………………………………………………（2） 第二章 控制方案的选择……………………………………………………………………（3） 第三章 I/O分配表………………………………………………………………………… （4） 第四章 PLC硬件接线图…………………………………………………………………… （5） 第五章 编写系统控制流程图 ……………………………………………………………（6） 第六章 编程和调试过程说明 ……………………………………………………………（9）
6.1 编程过程说明…………………………………………………………………… （9） 6.2 设计调试过程中的错误…………………………………………………………（9） 6.3 控制面板的操作说明……………………………………………………………（10） 结束语 ………………………………………………………………………………………（10） 参考文献 ……………………………………………………………………………………（11） 附录 …………………………………………………………………………………………（11）
附录一 编程梯形图………………………………………………………………………（11） 附录二 编程指令…………………………………………………………………………（15） 附录三 控制面板…………………………………………………………………………（19）
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第一章
引言
1.1 课程设计的目的及意义
随着微电子技术的发展，可编程序控制器（简称PC 或PLC ）以微处理器为核心，适用于开关量、模拟量和数字量的控制，它已进入过程控制和位置控制等领域，成为一种多功能、高可靠性、应用场合最多的工业控制微型计算机。
我们这次机电传动控制课程设计的主要目的，是通过对某个简单的自动化生产设备、某条简单的自动化生产线、某些简单的工艺过程的调查研究，使我们大家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，使我们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。
这次课程设计不仅培养了我们的工程应用能力，独立完成工作的能力外，还培养了我们文献信息检索的能力和对所学知识的综合运用的能力，并为我们的毕业设计以及毕业后的工作能力打下良好的基础。
1.2 课题背景
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; 传统的喷泉控制采用单片机控制原理，通过可控硅作为功率开关元件，完成对潜水泵间歇工作的控制，可实现各种花样的喷水，但是这种控制系统在实践中存在以下缺点：由于可控硅承受过电压、过电流的能力差，因而不能长时间运行；需要配置较多的保护电路；程序的增减、修改和运行监视不灵活；抗干扰能力差；功率因数较低等。为有效解决上述问题，确保控制系统的正常运行，我们就可以采用PLC 控制。PLC 具有体积小、功能强、可靠性高, 且具有较大的灵活性和可扩展性的特点, 通过改变喷泉的控制程序或改变方式选择开关, 就可以改变花式喷泉的喷水规律, 从而变换出各式花样, 以适应不同季节、不同场合的喷水要求。
1.3 控制任务和要求
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。
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（1） 按下启动按钮，喷泉控制装置开始工作，按下停止按钮，喷泉控制装置停止工作。 （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、连续开关在单步控制时，喷泉只能按照花样选择开关设置得方式运行一个
循环。 （4） 花样选择开关用于选择喷泉得喷水花样，现考虑4种喷水花样。
① 花样选择开关在位置1时，按下启动按钮后，4号喷头喷水，延迟2s 后，3号喷头
喷水，再延迟2s 后，2号喷头喷水，又延迟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。 ② 花样选择开关在位置2时，按下启动按钮后，1号喷头喷水，延迟2s 后，2号喷头
喷水，再延迟2s 后，3号喷头喷水，又延迟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。 ③ 花样选择开关在位置3时，按下启动按钮后，1号、3号喷头同时喷水，延迟3s 后，
2号、4号喷头同时喷水，1号、3号喷头停止喷水。如此交替15s 后，4组喷头全喷水，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。 ④ 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，以此间隔2s 喷
水，然后一起喷水。30s 后，按照1-2-3-4的顺序，分别延迟2s 依次停止喷水。再经1s 延迟时，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。
第二章 控制方案的选择
从工程实际出发，在制定控制系统的方案时，充分考虑功能的组成及实现，主要从机械部件的动作顺序、动作条件、必要的保护和联锁，系统的工作方式（如手动、自动、半自动）和安全保护措施及紧急情况处理着手设计。从而总结了以下几点在梯形图设计过程中的主要思路。
1、 为了便于程序清晰明了，分别调用不同的四个花样，采用了子程序调用指令（CALL P ），并通过[SRET]返回原始指令。 2、 不同花样的选择采用手动选择开关，内部通过时间继电器和辅助继电器实现自动化控制来完成各花样内的循环动作。
3、 为了使系统能有单步/连续两种工作方式，例如在花样1中，当时间继电器计完18s 后使T11的常开触点与单步/连续开关X006的常开和常闭触点分别串
联。在X006的常闭触点支路中，输出M0，M0的常闭触点分别串到各支路中，当X006闭合时，即可实现连续循环；在X006的常开触点支路中，输出[RST]指令，使M11、M12、M13、
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第五章 编写系统控制流程图
根据系统需要以及方案的选择，我将每个花样做成一个程序，最后将四个程序的花样作为子程序用一个主程序调用。以下分别是四种花样的顺序功能流程图（SFC ）：
图2 花样1的顺序功能流程图
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图3 花样2的顺序功能流程图
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图4 花样3的顺序功能流程图
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图5 花样4的顺序功能流程图
第六章 编程和调试过程说明
6.1 编程过程说明
此次PLC 的课程设计我编写的程序修改很多次，但通过在电脑上用软件不断地调试修
改，查阅各种资料，向同学请教，终于编好了各种花样的程序。其梯形图见附录一，指令表见附录二。
6.2 设计调试过程中的错误
1、没必要的自锁过多致使程序太长，同时在花样4中若加上M41、M42、M43、M44的自锁，当按下停止按钮X005时，喷泉不能立即停止，鉴于以上原因，删除了一些没必要的自锁。
2、子程序结束无[SRET]，由于所用软件无法执行调用子程序CALL 指令，在调试时也无误，导致自己忽略了[SRET]指令。
3、 程序中出现多个输出信号，致使在调试过程中第一次出现输出信号的继电器M ，该亮灯而没有亮灯。经过再次修改调试后以达到所需效果。
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6.3 控制面板的操作说明
（控制面板见附录三）
此控制面板的操作非常简单，一眼就可明了。在启动前首先按下启动按钮，若选择花样1的喷水方式，即将选择开关置于位置1皆可，若想实现花样1的单步工作方式，则将单步连续开关置于单步即可，若想实现花样1的连续工作方式，则将单步连续开关置于连续即可。同理，将选择开关分别置于位置2、 3、 4，选择单步/连续开关也分别可实现花样2、
3、 4的单步或连续工作方式。
结束语
通过本次设计，利用 PLC 在控制上的优越性，使喷泉在实际生活中的喷水花样，变化更多，更加完美。本设计采用PLC 控制, 利用PLC 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, 通过改变喷泉的控制程序或改变方式选择开关, 就可以改变花样喷泉的喷水规律, 从而变换出各式花样, 以适应不同季节、不同场合的喷水要求。能给人的视觉系统带来一种更加美的享受。
参考文献
[1] 郝用兴. 机电传动控制[M].1版. 武汉:华中科技大学出版社，2010
[2] FX1S，FX1N ，FX2N ，FX2NC 系列编程手册
[3] 殷培峰. 基于plc 喷泉控制系统设计. 兰州石化职业技术学院学报,2006
_.comwenku.baidu.com/view/a374ed0a79563c1ec5da71ca.html
[4] 王传艳. 三菱PLC 在花式喷泉控制系统中的应用, 天津大学自动化学院，2007
_.comftp.gongkong.com/UploadFile/datum/2009-7/[***********]1.pdf
附录
附录一：编程梯形图
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花样1
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花样2 花样3
花样4
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输出信号
附录二：指令表
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附录三：根据使用要求，设计出操作控制面板如下图
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基于Plc 的花样喷泉控制系统设计
目 录
第一章 引言…………………………………………………………………………………（2） 1.1 课程设计的目的及意义…………………………………………………………（2） 1.2 课题背景…………………………………………………………………………（2） 1.3 控制任务和要求…………………………………………………………………（2） 第二章 控制方案的选择……………………………………………………………………（3） 第三章 I/O分配表………………………………………………………………………… （4） 第四章 PLC硬件接线图…………………………………………………………………… （5） 第五章 编写系统控制流程图 ……………………………………………………………（6） 第六章 编程和调试过程说明 ……………………………………………………………（9）
6.1 编程过程说明…………………………………………………………………… （9） 6.2 设计调试过程中的错误…………………………………………………………（9） 6.3 控制面板的操作说明……………………………………………………………（10） 结束语 ………………………………………………………………………………………（10） 参考文献 ……………………………………………………………………………………（11） 附录 …………………………………………………………………………………………（11）
附录一 编程梯形图………………………………………………………………………（11） 附录二 编程指令…………………………………………………………………………（15） 附录三 控制面板…………………………………………………………………………（19）
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第一章
引言
1.1 课程设计的目的及意义
随着微电子技术的发展，可编程序控制器（简称PC 或PLC ）以微处理器为核心，适用于开关量、模拟量和数字量的控制，它已进入过程控制和位置控制等领域，成为一种多功能、高可靠性、应用场合最多的工业控制微型计算机。
我们这次机电传动控制课程设计的主要目的，是通过对某个简单的自动化生产设备、某条简单的自动化生产线、某些简单的工艺过程的调查研究，使我们大家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，使我们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。
这次课程设计不仅培养了我们的工程应用能力，独立完成工作的能力外，还培养了我们文献信息检索的能力和对所学知识的综合运用的能力，并为我们的毕业设计以及毕业后的工作能力打下良好的基础。
1.2 课题背景
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; 传统的喷泉控制采用单片机控制原理，通过可控硅作为功率开关元件，完成对潜水泵间歇工作的控制，可实现各种花样的喷水，但是这种控制系统在实践中存在以下缺点：由于可控硅承受过电压、过电流的能力差，因而不能长时间运行；需要配置较多的保护电路；程序的增减、修改和运行监视不灵活；抗干扰能力差；功率因数较低等。为有效解决上述问题，确保控制系统的正常运行，我们就可以采用PLC 控制。PLC 具有体积小、功能强、可靠性高, 且具有较大的灵活性和可扩展性的特点, 通过改变喷泉的控制程序或改变方式选择开关, 就可以改变花式喷泉的喷水规律, 从而变换出各式花样, 以适应不同季节、不同场合的喷水要求。
1.3 控制任务和要求
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。
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（1） 按下启动按钮，喷泉控制装置开始工作，按下停止按钮，喷泉控制装置停止工作。 （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、连续开关在单步控制时，喷泉只能按照花样选择开关设置得方式运行一个
循环。 （4） 花样选择开关用于选择喷泉得喷水花样，现考虑4种喷水花样。
① 花样选择开关在位置1时，按下启动按钮后，4号喷头喷水，延迟2s 后，3号喷头
喷水，再延迟2s 后，2号喷头喷水，又延迟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。 ② 花样选择开关在位置2时，按下启动按钮后，1号喷头喷水，延迟2s 后，2号喷头
喷水，再延迟2s 后，3号喷头喷水，又延迟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。 ③ 花样选择开关在位置3时，按下启动按钮后，1号、3号喷头同时喷水，延迟3s 后，
2号、4号喷头同时喷水，1号、3号喷头停止喷水。如此交替15s 后，4组喷头全喷水，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。 ④ 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，以此间隔2s 喷
水，然后一起喷水。30s 后，按照1-2-3-4的顺序，分别延迟2s 依次停止喷水。再经1s 延迟时，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。
第二章 控制方案的选择
从工程实际出发，在制定控制系统的方案时，充分考虑功能的组成及实现，主要从机械部件的动作顺序、动作条件、必要的保护和联锁，系统的工作方式（如手动、自动、半自动）和安全保护措施及紧急情况处理着手设计。从而总结了以下几点在梯形图设计过程中的主要思路。
1、 为了便于程序清晰明了，分别调用不同的四个花样，采用了子程序调用指令（CALL P ），并通过[SRET]返回原始指令。 2、 不同花样的选择采用手动选择开关，内部通过时间继电器和辅助继电器实现自动化控制来完成各花样内的循环动作。
3、 为了使系统能有单步/连续两种工作方式，例如在花样1中，当时间继电器计完18s 后使T11的常开触点与单步/连续开关X006的常开和常闭触点分别串
联。在X006的常闭触点支路中，输出M0，M0的常闭触点分别串到各支路中，当X006闭合时，即可实现连续循环；在X006的常开触点支路中，输出[RST]指令，使M11、M12、M13、
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第五章 编写系统控制流程图
根据系统需要以及方案的选择，我将每个花样做成一个程序，最后将四个程序的花样作为子程序用一个主程序调用。以下分别是四种花样的顺序功能流程图（SFC ）：
图2 花样1的顺序功能流程图
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图3 花样2的顺序功能流程图
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图4 花样3的顺序功能流程图
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图5 花样4的顺序功能流程图
第六章 编程和调试过程说明
6.1 编程过程说明
此次PLC 的课程设计我编写的程序修改很多次，但通过在电脑上用软件不断地调试修
改，查阅各种资料，向同学请教，终于编好了各种花样的程序。其梯形图见附录一，指令表见附录二。
6.2 设计调试过程中的错误
1、没必要的自锁过多致使程序太长，同时在花样4中若加上M41、M42、M43、M44的自锁，当按下停止按钮X005时，喷泉不能立即停止，鉴于以上原因，删除了一些没必要的自锁。
2、子程序结束无[SRET]，由于所用软件无法执行调用子程序CALL 指令，在调试时也无误，导致自己忽略了[SRET]指令。
3、 程序中出现多个输出信号，致使在调试过程中第一次出现输出信号的继电器M ，该亮灯而没有亮灯。经过再次修改调试后以达到所需效果。
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6.3 控制面板的操作说明
（控制面板见附录三）
此控制面板的操作非常简单，一眼就可明了。在启动前首先按下启动按钮，若选择花样1的喷水方式，即将选择开关置于位置1皆可，若想实现花样1的单步工作方式，则将单步连续开关置于单步即可，若想实现花样1的连续工作方式，则将单步连续开关置于连续即可。同理，将选择开关分别置于位置2、 3、 4，选择单步/连续开关也分别可实现花样2、
3、 4的单步或连续工作方式。
结束语
通过本次设计，利用 PLC 在控制上的优越性，使喷泉在实际生活中的喷水花样，变化更多，更加完美。本设计采用PLC 控制, 利用PLC 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, 通过改变喷泉的控制程序或改变方式选择开关, 就可以改变花样喷泉的喷水规律, 从而变换出各式花样, 以适应不同季节、不同场合的喷水要求。能给人的视觉系统带来一种更加美的享受。
参考文献
[1] 郝用兴. 机电传动控制[M].1版. 武汉:华中科技大学出版社，2010
[2] FX1S，FX1N ，FX2N ，FX2NC 系列编程手册
[3] 殷培峰. 基于plc 喷泉控制系统设计. 兰州石化职业技术学院学报,2006
_.comwenku.baidu.com/view/a374ed0a79563c1ec5da71ca.html
[4] 王传艳. 三菱PLC 在花式喷泉控制系统中的应用, 天津大学自动化学院，2007
_.comftp.gongkong.com/UploadFile/datum/2009-7/[***********]1.pdf
附录
附录一：编程梯形图
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花样1
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花样2 花样3
花样4
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输出信号
附录二：指令表
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附录三：根据使用要求，设计出操作控制面板如下图
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