基于某PLC的花式自动喷泉控制系统设计.docx

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基于某PLC的花式自动喷泉控制系统设计

学号：

1350803111

《电气控制与PLC技术》

课程设计

（2013级本科）

题目：

基于S7-200PLC的喷泉控制系统设计

系（部）院：

物理与机电工程学院

专业：

电气工程及其自动化

作者姓名：

指导教师：

职称：

助教

完成日期：

2015年6月12日

《电气控制与PLC技术》课程设计任务书

学生

学号

12514012

专业方向

电气工程

班级

电气工程122班

题目名称

基于S7-200PLC的喷泉控制系统设计

一、设计的主要容

1.完成控制系统的硬件设计，主要包括：

电气元件的选择、电气原理图设计、可编程控制器输入输出接线图设计等。

2.完成控制系统的软件设计，主要包括：

程序流程图设计、梯形图程序设计及仿真调试。

3.完成课程设计说明书的撰写，主要包括：

封面、目录、设计任务书、设计总体思路、硬件设计、软件设计、总结体会、参考文献等。

二、设计要求

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式选择开关和单步/连续开关决定。

3.当单步/连续开关在单步位置时,喷泉只能按照花式选择开关设定的方式，运行一个循环。

4.花式选择开关用于喷泉的喷水花样，现考虑四种喷水花样。

①花式选择开关在位置1时，按下启动按钮后，4号喷头喷水，延时2s后，3号喷头喷水，再延时2s后，2号喷头喷水，又延时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花式选择开关在位置2时，按下启动按钮后，1号喷头喷水，延时2s后，2号喷头喷水，再延时2s后，3号喷头喷水，又延时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花式选择开关在位置3时，按下启动按钮后，1号、3号喷头同时喷水，延时3s后，2号、4号喷头喷水，1号、3号喷头停止喷水。

如此交替运行15s后，4组喷头全部喷水，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花式选择开关在位置4时，按下启动按钮后，按照1→2→3→4的顺序，依次间隔2s喷水，然后一起喷水。

30s后，按照1→2→3→4的顺序，分别延时2s，依次停止喷水。

再经1s延时，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。

三、设计进度安排

第一周星期一查阅文献资料，了解与设计题目相关的知识

星期二～星期四确定控制系统的总体设计方案，完成控制系统的硬件设计

星期五至第二周星期二完成控制系统的软件设计及调试

星期三～星期四撰写课程设计说明书

星期五答辩

指导老师签字：

2.1.2控制任务和要求…………………………..………………….…………2

第一章绪论

1.1喷泉的历史

早在我国汉代的上林苑中，就有"铜龙吐水"，这就是一种人工的喷泉，可见喷泉应用于园林已有二千余年的历史了。

古代在喷泉的制作上主要利用自然整体结构，加之人工修改而成。

1.2喷泉的现状

现代城市中设置的喷泉已十分先进、灵活多变，花样翻新，可大可小，可高可低，喷射出的水，大者如珠，小者如雾，随着喷泉构筑物的形式、大小及水压等而产生高低不同、水态各异，形式多样的喷泉。

当今喷泉工程和高新技术的结合正是历史发展的必然，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。

1.3设计目的

通过对基于S7-200PLC自动喷泉控制系统的工作原理的分析、系统设计、编程、及上机调试工作的实践，了解电器控制系统的一般设计思路，熟悉和掌握外围电路系统和软件设计的方法，并掌握利用PC对PLC工作状况进行监控的方法

第二章设计任务及要求

2.1设计任务

2.1.1任务描述

某广场的喷泉如图所示，4号为中间喷头，3号为环状喷头，2号为1次外环状喷头，1号为外环装喷头。

图2.1某广场喷泉结构图

2.1.2控制任务和要求

（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的方式运行一个循环。

（4）花样选择开关用于选择喷泉的喷水花样，现考虑4种喷水花样。

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。

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。

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。

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。

2.2设计任务及要求

1完整的设计任务书

2正确地编程元件的地址分配

3画出输入、输出接线图及相关的图纸

4设计梯形图控制程序

5设计操作控制面板，编制系统的操作说明

6编制系统的调试说明及注意事项。

第三章系统硬件设计

3.1系统组成图

图3.1系统组成图

3.2系统设计步骤

1深入了解和分析花式喷泉的工艺条件和控制要求。

2确定I/O设备。

根据花式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设计花式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，这是整个花式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。

3.3PLC的I/O分配表

根据系统要求所选择的I/O功能分布表如表3.1所示

表3.1I/O功能分配表

输

入

设

备

启动

I0.0

按钮SB0

花样1开关

I0.1

按钮SB1

花样2开关

I0.2

按钮SB2

花样3开关

I0.3

按钮SB3

花样4开关

I0.4

按钮SB4

连续/单步

I0.5

按钮SB5

停止

I0.6

按钮SB6

输

出

设

备

1号喷头

Q0.1

接触器KM1

2号喷头

Q0.2

接触器KM2

3号喷头

Q0.3

接触器KM3

4号喷头

Q0.4

接触器KM4

3.4PLC硬件的选型

可编程控制器是是一种数字运算操作的电子系统，专业在工业环境下应用而设计。

它利用可编程序的存储器,用来在其部存储执行逻辑运算等操作的指令，并通过数字式、模拟式的输入和输出，来控制各类型的机械或生产的过程。

3.4.1PLC的基本工作方式

PLC采用“顺序扫描，不断循环”的工作方式

（1）每次扫描过程。

集中对输入信号进行采样。

集中对输出信号进行刷新。

（2）输入刷新过程。

当输入端口关闭时,程序在进行执行阶段时,输入端有新状态，新状态不能被读入。

只有程序进行下一次扫描时，新状态才被读入。

（3）一个扫描周期分为输入采样，程序执行，输出刷新。

（4）元件印象寄存器的容是随着程序的执行变化而变化的。

（5）扫描周期的长短由三条决定。

CPU执行指令的速度；指令本身占有的时间；指令条数。

（6）由于采用集中采样，集中输出的方式。

存在输入/输出滞后的现象，即输入/输出响应延迟。

3.5系统接线图

图3.2系统I/O接线图

第四章控制系统设计

4.1控制程序流程图设计

N

N

Y

N

Y

N

Y

N

Y

图4.1控制流程图

4.2.1花样一时序图

4.2.2花样二时序图

4.2.3花样三时序图

4.2.4花样四时序图

图4.2控制程序时序图

第五章软件系统设置

5.1系统梯形图

第六章系统调试与结果分析

6.1调试结果分析

6.1.1花样选择开关在位置1时

图6.1.1调试结果一

程序分析：

调试结果一中，选择开关在位置1时，按下启动按钮I0.0，首先是4号喷头先喷水，即输出点QO.4得电发亮；观察调试界面可知道每隔2s就会有一个输出点亮，也就是各喷头按顺序喷水，如此到最后四个喷头都喷水。

根据对已编写的梯形图程序进行调试，并观察了调试的各个步骤与系统要求相符合，调试成功。

6.1.2花样选择开关在位置2时

图6.1.2调试结果二

程序分析：

选择开关在位置2时，按下启动按钮I0.0，首先是1号喷头先喷水，即输出点QO.1得电发亮；观察调试界面可知道每隔2s就会有一个输出点亮，也就是各喷头按顺序喷水，如此到最后四个喷头都喷水。

6.1.3花样选择开关在位置3时

图6.1.3调试结果三

程序分析：

选择开关在位置3时，按下启动按钮I0.0，首先是1号、3号喷头先喷水，即输出点QO.1和Q0.3得电发亮；观察调试界面可知道3s后输出点Q0.2、QO.4发亮，也就是2号、4号喷头喷水，同时原来亮的Q0.1、Q0.3又熄灭，过15s后，1、2、3、4号喷头全部喷水。

6.1.4花样选择开关在位置4时

按照1-2-3-4的顺序依次点亮

按照1-2-3-4的顺序依次熄灭

按照4-3-2-1的顺序依次点亮

1-2-3-4全部都点亮

图6.1.4调试结果四

程序分析：

选择开关在位置4时，按下启动按钮I0.0，首先是1号、2号、3号、4号分别是Q0.1、Q0.2、Q0.3、Q0.4得电喷头按顺序分别延时2s得电，30s后又重复1-2-3-4的顺序，同样分别延时2s，依次喷完后再过1s改成按照4-3-2-1的顺序依次得电发亮，最后Q0.1、Q0.2、Q0.3、Q0.4同时得电发亮30s之后全部熄灭。

参考文献

[1]晓峰.电气控制与可控制技术与应用[M].:

机械工业.2010

[2]廖常初.PLC编程及应用[M].:

机械工业..2007年9月.

[3]路林吉,王坚,江龙康.可变控制器原理及应用[M].:

清华大学.2003年2月.

[4]华东.单片机原理及其应[M].电子工业.2005.

[5]胡学林主编.可编程控制器教程（基础篇）（实训篇）[M].电子工业2005.

[6]主编.园林工程[M].大学.2006.9.

[7]栋.环境艺术设计[M].建筑工业.2006.9.

电气控制与PLC技术课程设计成绩评定表

文

学号

1251401238

专业班级

电气工程及其自动化122班

课程设计题目：

基于S7-200PLC系列的喷泉的控制

成绩评定依据：

评定项目

评分成绩

1.设计方案可行性及其选优（20分）

2.设计过程及结果（40分）

3.平时成绩（态度认真、遵守纪律）（10分）

4.设计报告的规性、参考文献充分（不少于5篇）（10分）

5.答辩（20分）

总分

最终评定成绩（以优、良、中、及格、不及格评定）

指导教师签字：

年月日