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皖西学院本科毕业论文（设计）

2.3 系统设计的基本步骤

确定控制对象 及控制范围 ` PLC型号选择 软件设计 硬件设计 及模拟 调试 N 调整硬件 N 是否 符合设计 要求？ 调整软件 Y 投入运行 图3可编程控制器的系统设计的流程图

(1)深入了解和分析喷泉的工艺条件和控制要求。

(2)确定I/O设备。根据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者输入输出端子的接线图。

(5)设计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

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喷泉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。 2.4 喷泉系统控制方案

喷泉系统的控制要求如下。

(1)1、2均为外环形状的喷水管，3为内环形状的喷水管，4为星形喷水管。灯光系统由三条支路组成，分别为绿色灯支路（在l，2之间）、黄色灯支路（在2，3之间）、红色灯支路（在3，4之间）。

(2)该喷泉共有三种花样可供选择。按下启动按钮，喷泉即开始工作，按下停止按钮，则停止喷水。喷泉的工作方式（即喷水花样）由选择开关来实现。

(3)该花式喷泉有三种喷水花样可供选择。

第一种花样，4、3、2、1隔2秒依次喷水，一起喷水1 5秒后停下，在按1、2、3、4的次序隔2秒依次喷水，再一起喷15秒后停下，以此规律循环。

第二种花样，l、3同时喷水，延时3秒后1、3停喷，同时2、4喷水，交替运行5次后1、2、3、4一起喷水，30秒后停止，以此规律循环。

第三种花样，1、2、3、4按顺序延时2秒喷水，然后一起喷30秒后1、2、3、4再分别延时2秒停喷，以此规律循环。

(4)通过变频器可以控制每环喷水管的高度。在第一种花样中，1、3管为慢速正转喷水，2、4管为中速正转喷水。

(5)灯光系统的控制：由PLC的X5输入端为灯光系统控制的选择按钮，当需要灯光配合时，接通X5输入端。此时可实现三路灯光的控制，即3，4任意一层喷水时，红色灯亮；2喷水时，黄色灯亮；所有的喷头喷水时，绿色灯亮。 喷泉池示意图如图４所示。

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图4 喷泉布局图

2.5 喷泉控制系统的原理图

在喷泉中，通过按钮开关信号来控制PLC，因为有4层喷水，因此用了1个变频器来控制4个水泵。

花式喷泉控制系统的原理图如图５所示。

按钮 开关信号 PLC 变频器 水泵 电源

图5 喷泉控制系统原理图

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图6 开关控制面板图

其中变频器是运动控制系统中的功率转换器，变频器是利用半导体器件的通断作用将工频电源转换成为另一频率的电能控制装置，能实现不同频率的交换。

本次控制方案是过PLC程序按一定得控制目的运算后，由AO模块（模拟量输出模块）输出控制信号（电流或电压信号）至变频器，从而利用一台变频器控制四台电动机，即可实现PLC到电机的调速，最终实现对各种喷泉花样的控制。

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3 系统硬件设计 3.1PLC的选型 3.1.1 常用PLC介绍

PLC发展这么多年，技术成熟，各种型号的也很多，各个厂家生产的也有一定区别，各个重点发展方向也不同，所以我们必须根据自己设计需要，考虑如何选择。 （1）西门子S7-200系列可编程控制器介绍

SIMATIC S7-200系列PLC是德国西门子（Siemens）公司生产的具有很高性能价格比的微型可编程控制器。西门子是世界上最大的电气和电子公司之一。西门子的中国业务是其亚太地区业务的主要支柱，活跃在中国的信息与通讯、自动化与控制、电力、交通、医疗、照明以及家用电器等各个行业中，其核心业务领域是基础设施建设和工业解决方案。 S7-200作为西门子SIMATIC PLC家族中的最小成员，以其超小体积，灵活的配置，强大的内置功能，多年来一直广泛服务于国内的各行各业。由于它具有结构小巧，运行速度快， 多功能多用途等特点，因此在工业企业中得到了广泛的应用。

S7-200系列PLC在集散自动化系统中充分发挥其强大功能。使用范围可覆盖从替代继电器的简单控制到更复杂的自动化控制。S7-200产品凭借其先进性、成熟性和广泛的适用性在自动化产品中受到广泛的重视，相信此次发布的新产品一定能够满足部分用户的需求，同时在自动化领域中获得更广泛的应用。 （2）三菱FX系列可编程控制器介绍

FX系列可编程控制器是当今国内外最新，最具特色、最具代表性的微型PLC。日本三菱电机公司研发的。在FX中，除基本的指令表编程方式外，还可以采用梯形土编程及对应机械动作流程进行顺序设计的SFC顺序功能图编程，而且这些程序可互相转换。

FX系列PLC在特殊控制方面不但具备模拟量输入输出控制，而且具有定位控制几PID系统控制。在通信方面，能够方便地与PC计算机链接实现数据交换与管理。 3.1.2 确定三菱FX2N系列可编程控制器

三菱与西门子优缺点比较：三菱PLC结构灵活、传输质量高、速度快、带宽稳定、范围广、成本低、适用面广但是数据处理比西门子弱。

西门子PLC性能强大、可操作性强、有相配套的伺服系统和组态软件但是价钱太高。 本设计从速度快稳定同时从价格等方面考虑，所使用的I/O口不是太多，而且三菱的编程软件比西门子简单易上手，所以我们选择三菱FX-2N型PLC，如图７所示。

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