plc喷泉控制系统程序设计.docx
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plc喷泉控制系统程序设计
程设计的任务和要求
1.课程设计的任务
1.1设计题目：
喷泉控制系统程序设计（三）
1.2设计内容：
1）喷泉控制要求为“A、B、D同时旋转并喷水12秒—B、D、C同时摆动并喷14秒—A、D、E同时旋转并喷水10秒—A、C、D同时摆动并喷水7秒—2秒后再循环”。
2）每个喷头工作时，都连带红、黄、绿、蓝四个彩灯间隔0.1s循环发光。
3）喷泉可以实现单周期、连续两种操作方式。
4）当选择连续时，要求循环20次后终止循环，发出声光间断报警，按停止键终止报警。
2.课程设计的基本要求
1）画出端子分配图和顺序功能图。
2）设计并调试PLC控制梯形图。
3）设计说明书。
程设计的任务和要求………………………………………1
1.课程设计的任务……………………………………………1
2.课程设计的基本要求………………………………………1
摘要………………………………………………………………3
一、总体设计……………………………………………………4
1.PLC的选型…………………………………………………4
2.PLC端子分配………………………………………………5
二、PLC程序的设计……………………………………………7
1.设计思想……………………………………………………7
2.LPC顺序功能图设计………………………………………7
3.PLC梯形图设计……………………………………………8
4.PLC指令表…………………………………………………13
三、总结…………………………………………………………14
四、参考文献……………………………………………………14
摘要
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,具有美化环境的功能，常常博得观赏者的喜爱。
喷泉水景首次在我国兴建是18世纪中期，北京圆明园（又名长春园）中的“西洋楼”建筑提升到高处的蓄水池里，然后通过管道供给喷泉。
近代，国内外随着城市和工业的发展，改善城市环境，兴建自然景观日益增多。
因而水景的艺术形式和规模都有很大发展。
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。
本设计以西门子S7-200系列的PLC为核心控制系统，设计了一个能变换四种式样的喷泉，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。
本次喷泉设计用SFC方法编程，可以使设计思路清晰，编程简便，若需要改变喷水花样和喷水时间，设计方案不必作很大调整，只要把控制程序作相应的修改，不必该变硬件接线图或只需微小改动即可，方便简单。
一、总体设计
1.PLC的选型
1.1PLC选型依据
1.选用规模合适的PLC
PLC规模的大小是用输入输出（I/O）点数来衡量的，也就是选择合适I/O点数的PLC。
因此在选用PLC时，首先应对与PLC相连的全部输入，输出装置进行统计，并区分输出的性质及所需电压，电流的大小和种类。
确定全部的I/O点数，再加上10%~15%的备用量，用来输出的扩展。
这样就可以计算出系统需要的总I/O点数，作为输入输出点数估算数据。
本次喷泉系统设计共有输入输出点51个，全部为开关量，其中输入点13个，输出点39个。
2.确定内存容量的大小小
内存器容量是可编程序控制器本身能提供的硬件存储单元大小，程序容量是存储器中用户应用项目使用的存储单元的大小，因此程序容量小于存储器容量。
一般用户程序区的内存容量与开关量I/O点数以及用户程序的编写质量等有关。
设计阶段，由于用户应用程序还未编制，因此，程序容量在设计阶段是未知的，需在程序调试之后才知道。
为了设计选型时能对程序容量有一定估算，通常采用存储器容量的估算来替代。
估算时，可用经验公式：
总存储字数＝开关量I/O点数*（150~200）
计算后还可以考虑10%~25%的存储余量。
由于科技的飞速发展PLC的内存的大小足够我们设计的喷泉使用，所以可以不考虑在内。
3.控制功能的选择
简单PLC的运算功能包括逻辑运算、计时和计数功能；普通PLC的运算功能还包括数据移位、比较等运算功能；较复杂运算功能有代数运算、数据传送等；大型PLC中还有模拟量的PID运算和其他高级运算功能。
4.机型的选择
（1）PLC的类型
PLC按结构分为整体型和模块型两类，按应用环境分为现场安装和控制室安装两类；按CPU字长分为1位、4位、8位、16位、32位、64位等。
从应用角度出发，通常可按控制功能或输入输出点数选型。
整体型PLC的I/O点数固定，因此用户选择的余地较小，用于小型控制系统；模块型PLC提供多种I/O卡件或插卡，因此用户可较合理地选择和配置控制系统的I/O点数，功能扩展方便灵活，一般用于大中型控制系统。
（2）输入输出模块的选择
输入输出模块的选择应考虑与应用要求的统一。
例如对输入模块，应考虑信号电平、信号传输距离、信号隔离、信号供电方式等应用要求。
对输出模块，应考虑选用的输出模块类型，通常继电器输出模块具有价格低、使用电压范围广、寿命短、响应时间较长等特点；
5.经济性的考虑
选择PLC时，应考虑性能价格比。
考虑经济性时，应同时考虑应用的可扩展性、可操作性、投入产出比等因素，进行比较和兼顾，最终选出较满意的产品。
输入输出点数对价格有直接影响，所以应该选择合适点数的PLC。
1.2 PLC类型的选型
根据上述条件我们将选择西门子S7-200系列PLC。
其主要特点是：
指令丰富、内置集成功能、模块扩展功能；具有实时通讯特性；可靠性高适应性强、性价比高等特点。
西门子S7-200是模块化PLC，它是由CPU模块、扩展弄、模块和总线连接电缆构成。
（1）CPU模块
CPU模块包括CPU、电源、和I/O点3部分。
该模块本身自带一定I/O点，由于需要的输出点比较多，所以还需要扩展模块进行I/O点扩展。
（2）扩展模块
由于CPU模块本身的I/O点有限，所以需要用到I/O点扩展模块。
我们选用EM222型扩展模块。
2.PLC端子分配
输入
输出
I0.0
启动
Q0.0
A喷头
Q2.5
C绿灯
I0.1
停止
Q0.1
A旋转
Q2.6
C黄灯
I0.2
单周期
Q0.2
A左摆
Q2.7
C蓝灯
I0.3
连续
Q0.3
A右摆
Q3.0
D喷头
I0.4
A左限位
Q0.4
A红灯
Q3.1
D旋转
I0.5
A右限位
Q0.5
A绿灯
Q3.2
D左摆
I0.6
B左限位
Q0.6
A黄灯
Q3.3
D右摆
I0.7
B右限位
Q0.7
A蓝灯
Q3.4
D红灯
I1.0
C左限位
Q1.0
B喷头
Q3.5
D绿灯
I1.1
C右限位
Q1.1
B旋转
Q3.6
D黄灯
I1.2
D左限位
Q1.2
B左摆
Q3.7
D蓝灯
输入
输出
I1.3
D右限位
Q1.3
B右摆
Q4.0
E喷头
Q1.4
B红灯
Q4.1
E旋转
Q1.5
B绿灯
Q4.4
E红灯
Q1.6
B黄灯
Q4.5
E绿灯
Q1.7
B蓝灯
Q4.6
E黄灯
Q2.0
C喷头
Q4.7
E蓝灯
Q2.2
C左摆
Q5.0
声报警
Q2.3
C右摆
Q5.1
光报警
Q2.4
C红灯
PLC端子接线图：
二、PLC程序的设计
1.设计思想
根据课题要求的喷泉喷水花样，采用步进控制的方式，无疑是最佳的方案，同时也决定了程序的设计方向。
步进控制设计，是根据系统的功能，以每一步为核心，以步与步之间的转换条件为触发信号，以各步对应的动作功能为驱动，从首步开始一步一步地设计梯形图，直到完成整个程序为止的设计方法。
这种设计方法是一步一步地进行设计，所以不容易出错，还可以提高设计效率。
那么首先就应该根据课题画出顺序功能图。
这样一来每一步的条件和动作就可以确定了。
为了增加程序的易读性和方便软件和外部硬件的拓展，我把程序大致分为3部分：
第一部分是控制整个程序的顺序控制程序段。
是用来完成四种喷水花样的顺序变化和单周期、连续的控制。
第二部分是用来控制彩灯循环闪烁与0.1s间隔的灯光循环闪烁程序段。
第三部分是集中输出程序段。
分别对A、B、C、D、E五个喷头和对应的彩灯进行集中输出控制。
这种设计方法不仅调理清晰，也大大的增加了易读性和拓展性。
只要简单的改动就可以达成不同喷水方案。
2.PLC顺序功能图设计
3.PLC梯形图设计
（1）顺序控制程序段
（2）灯光闪烁程序段
（3）集中输出程序段
4.PLC指令表
LDI0.0
AI0.3
OM1.0
ANI0.1
=M0.1
LDT41
ANC1
ANM1.0
LDT41
AI0.2
OLD
LDM0.6
AI0.1
OSM0.1
OM0.1
OLD
ANM0.1
=M0.0
LDM1.0
OI0.2
AM0.0
AI0.0
LDT41
AM1.0
ANC1
OM0.1
OLD
ANM0.2
=M0.1
TONT37,120
LDT37
OM0.2
ANM0.3
=M0.2
TONT38,140
LDT38
OM0.3
ANM0.4
=M0.3
TONT39,100
LDT39
OM0.4
ANM0.5
=M0.4
TONT40,70
LDT40
OM0.5
ANM0.0
ANM0.1
ANM0.6
=M0.5
TONT41,20
LDM0.5
EU
LDM0.0
EU
CTUC1,20
LDC1
ANM0.0
=M0.0
ASM0.5
=Q5.0
=Q5.1
LDI0.0
OM3.0
OT57
ANM3.1
ANM0.0
=M3.0
TONT50
TONT51,10
LDT51
OM3.1
ANM3.2
ANM0.0
=M3.1
TONT52,1
TONT53,10
LDT53
OM3.2
ANM3.3
ANM0.0
=M3.2
TONT54,1
TONT55,10
LDT55
OM3.3
ANM3.0
ANM0.0
=M3.3
TONT56,1
TONT57,10
LDM0.1
OM0.3
OM0.4
LPS
=Q0.0
AT50
=Q0.4
LRD
AT52
=Q0.5
LRD
AT54
=Q0.6
LPP
AT56
=Q0.7
LDM0.1
OM0.3
=Q0.1
LDM0.4
ANQ0.3
=Q0.2
LDM0.4
AI0.4
OQ0.3
ANI0.5
ANQ0.2
=Q0.3
LDM0.1
OM0.2
LPS
=Q1.0
AM0.1
=Q1.1
LRD
AT50
=Q1.4
LRD
AT52
=Q1.5
LRD
AT54
=Q1.6
LPP
AT56
=Q1.7
LDM0.2
ANI.6
ANQ1.3
=Q1.2
LDM0.2
AI0.6
OQ1.3
ANI0.7
ANQ1.2
=Q1.3
LDM0.2
OM0.4
LPS
=Q2.0
AT50
=Q2.1
LRD
AT52
=Q2.5
LRD
AT54
=Q2.0
LDM0.2
OM0.4
AI1.0
OQ2.3
ANI1.1
ANQ2.2
=Q2.3
LDM0.1
OM0.2
OM0.3
OM0.4
LPS
=Q3.0
AT50
=Q3.4
LRD
AT54
=Q3.6
LPP
AT56
=Q3.7
LDM0.1
OM0.3
=Q3.1
LDM.1
OM0.4
ANI1.2
ANQ3.3
=Q3.2
LDM0.2
OM0.4
AI1.2
OQ3.3
ANI1.3
ANQ3.2
=Q3.3
LDM0.3
LPS
=Q4.0
=Q4.1
AT50
=Q4.4
LRD
AT52
=Q4.5
LRD
AT54
=Q4.6
LPP
AT56
=Q4.7
四、总结
对于PLC我们了解，再此就没必要再重复的论述PLC的简介和工作原理。
这还是第一接触到西门子S7系列的PLC，和以前学习的三凌FX系列的PLC显然在指令上有很大区别，一时间指令有的记混，可整个系统想比来说还是非常相识的，所以学起来相对也简单的多。
不过这也是第一次对实际应用进行PLC控制系统的设计，所以感触还是非常多的。
本论文是以实际应用为课题的，是结合本人所学的知识，以可编程控制器为基础，对喷泉基本流程进行详细的了解以及对喷泉控制系统的自动化控制进行设计的。
在整个设计过程中自我学习、向他人学习的前提下，深入地了解电气控制系统个方面的知识，熟练地掌握了PLC控制技术的各个方面的理论知识及其应用，逐渐提高对电气控制系统进行设计的实际工作能力，懂得了运用理论知识与实际情况相结合。
通过实际应用增加了对更多型号PLC的了解，以后不管是那种型号系列的PLC，学习起来会更简单一些。
还有就是PLC实际应用，这一次是结合实际的控制系统设计，要收集关于喷泉控制的资料，在这过程中也锻炼了自己的资料收集能力。
总之，通过这次的实际应用设计，不断地提高了自己的综合能力。
同时也要感谢老师在被背后的支持。
五、参考文献
【1】陈白宁，段智敏，刘文波，《机电传动控制基础》。
沈阳：
东北大学出版社，2008.
【2】《PLC编程及应用》 廖常初 机械工业出版社 2002
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