花样喷水池plc控制设计.docx

花样喷水池plc控制设计.docx

《花样喷水池plc控制设计.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《花样喷水池plc控制设计.docx（21页珍藏版）》请在冰豆网上搜索。

花样喷水池plc控制设计

摘要

花式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，对花式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。

本文结合任务设计书的要求，以花式喷泉为研究对象，采用了S7-200系列PLC作为喷泉的控制器。

对花式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：

PLC；喷泉；控制

目录

第一章.绪论3

1.1课题研究背景3

1.2课题设计目的和意义4

1.3课题设计内容4

第二章.总体设计6

2.1系统描述及控制要求6

2.1.1系统描述6

2.1.2控制要求6

2.1.3课程要求7

2.2控制系统分析与实验8

2.2.2I/O接线9

2.2.3主电路图9

2.2.4程序流程图10

第三章．设计结论及总结21

3.1遇到问题及解决方法21

3.2设计总结及心得体会22

四．主要参考文献23

第一章.绪论

1.1课题研究背景

随着城市化进程的加速，花式喷泉可以在人们周围随处可见。

比如广场，大厦，小区等。

花式喷泉是人造小气候，在炎热的夏日可以起到增湿和降温的作用；也为水体充氧，有利于水体增加自净能力，起到防止水体黑臭的作用。

人们经常看到喷泉按一定的规律喷水,景色迷人.

花式喷泉运行的灵活性是评价花式喷泉优劣的关键，而这与花式喷泉的控制系统息息相关。

花式喷泉可以根据自己的设计，设计出各种各样的花样，加上灯光，能给人有种不错的视觉享受。

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，可实现各种花式的喷水，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。

1985年国际电子委员会（IEC）对PLC的定义如下：

PLC是自动控制技术，计算机技术和通讯技术于一体的一种新型工业控制装置，已跃居工业自动化三大支柱（PLC、ROBOT、CAD/CAM）的首位。

可编程控制器，简称PLC。

它在集成电路、计算机技术的基础上发展起来的一种新型工业控制设备。

具有1.可靠性高、抗扰能力强；2.设计、安装容易；3.维修工作量少；4.功能强、通用性好；5.开发周期短、成功率高；6.体积小、重量轻、功耗底等特点。

具有功能强、可靠性高、配置灵活、使用方便以及体积小、重量轻等优点，已经广泛应用于自动化控制的各个领域，并已成为工业生产自动化的支柱产品。

与继电——触发器系统相比系统更加可靠；价格上能与继电——接触器控制系统竞争；易于在现场变更程序；便于使用、维修、维护；能直接推动电磁阀、接触器与之相当的执行机构；能向中央执行机构。

因此，进行花式喷泉的PLC控制系统的设计，可以推动喷泉行业的发展，扩大PLC在自动控制领域的应用，具有一定的经济和理论研究的价值。

1.2课题设计目的和意义

近年来我国经济的不断发展，物质生活水平的提高促使着人们迫切的追求更高的生活享受，于是大大小小的公园如雨后春笋般出现在新的城市规划中，其中必然会修建一些喷泉供人们休闲、观赏。

这些喷泉按一定的规律改变喷水式样，如果再与五颜六色的灯光相配合，在和谐优雅的音乐中，更是令人心旷神怡，流连忘返。

其中PLC控制的花式喷泉更是作为佼佼者，以其简单的操作方法和绚烂的视觉效果饱受人们的称赞，通过用PLC设计花式喷泉，熟悉掌握了

PLC编程和程序调试方法。

进一步了解PLC的I/O连接。

进一步熟悉定时移位的编程指令的应用，学习电气可编程中的基本实验器件及PLC编程等的综合应用。

巩固和加深对PLC编程控制器的理解和应用。

掌握硬件实验装置的方法。

1.3课题设计内容

本设计将在以下几个方面对花式喷泉的控制系统进行研究和论证。

（1）花式喷泉控制系统的组成

本设计的多花样喷泉采用西门子编程软件进行PLC编程，利用PLC的工作原理，结合按钮、开关、电源电路进行设计，将软件和硬件有机地结合起来，使得系统能够实现多花样喷泉各种模式的变化以及控制。

（2）花式喷泉的控制任务和要求

本设计以花式喷泉为研究对象，采用PLC作为喷泉的控制器，对花样喷泉控制系统总体功能进行分析，提出对喷泉硬件的各组成模块及详细的硬件模块设计方案，并对控制方式进行设计和程序的编写。

要求设计要求画出本系统的控制系统框图，硬件接线图；对硬件部分进行选型（包括PLC、各种传感器及其外围设备、数模和模数转换器件等）；编写和调试控制程序。

（3）花式喷泉的硬件系统的配置

本课题选择S7-200作为控制器，S7-200PLC系统是紧凑型可编程控制器，它能够满足各种设备的自动化控制需求。

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，应用领域极为广泛。

德国SIMATIC（西门子）公司的S7-200PLC，具有以下优点：

1、A/D、D/A转换精度及转换速度高，一个模拟量模块带3路A/D，1路D/A，A/D、D/A转换速度高为125us，为保证系统的采样、控制精度及调节速度提供了基本的物理条件。

其他厂家PLC的模拟量块的A/D、D/A转换速度均为ms级，不具备必要条件，而且S7-200PLC的模拟量模块的价格不过300人民币，为同类最低，因此具有很好的性能价格比；

2、CPU运算速度快，0.37us/位，指令丰富：

具有浮点运算、指针运算、中断、通讯响应、PID运算、PWM脉冲输出等功能，存储容量大，充分适应现代控制技术，如最优控制、自适应控制、变结构控制等控制算法的要求；

3、输入输出点多、响应快，24输入/16，每点可设置滤波参数，4个20KHz高速计数器，2个高速输出口，适应实时控制的要求；4、通讯组网能力强，配有2个232/485通讯口，可方便连接232/485/422等通讯接口，适应监控系统的要求；

5、可靠性高，将CPU模块，输入/输出IO模块，通讯模块高度集成一体，简化结构，使用方便。

事实证明S7-200PLC可编程序控制器完全满足花式喷泉系统的要求，具有较好的性能

第二章.总体设计

2.1系统描述及控制要求

2.1.1系统描述

花式喷泉的示意图如下图所示，图中4号为中间喷头，3号为内环状喷头，2号为中环状喷头，1号为外环状喷头。

1、按下启动按钮，喷泉开始工作；按下停止按钮，喷泉停止工作。

2、喷泉的工作方式由花样选择开关和单步/连续开关决定，要求可随时切换花样。

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

4、花样选择开关用于选择喷泉的喷水花样，考虑四种喷水花样。

2.1.2控制要求

要求用PLC控制完成下列要求：

1．控制器电源开关接通后，按下启动按钮，喷水装置开始工作。

工作方式由选择开关和单步/连续开关来决定，不论运行在什么方式下，按下止按钮，喷水池停止喷水。

2．“单步/连续”开关在单步位置时，喷水池只运行一次循环；在连续位置时，喷水池运行一直循环下去。

3．方式选择开关用来选择喷水池的喷水花样，1~4号喷水法的工作方式选择如下：

1）选择开关在位置“1”时，按下启动按钮后，4号喷水，延时2s后，3号喷水，延时2s后，2号喷水，再延时2s后，1号喷水，再一起喷水15s后停下。

若运行在连续状态时，将继续循环下去

2）选择开关在位置“2”时，按下启动按钮后，1号喷水，延时2s后，2号喷水，延时2s后，3号喷水，再延时2s后，4号喷水，再一起喷水30s后停下。

若运行在连续状态时，将继续循环下去。

3）选择开关在位置“3”时，按下启动按钮后，1、3号同时喷水，延时3s后，2、4号喷水，1、3号停止喷水；交替运行5次后，1~4号全喷水，30s后停下。

若运行在连续状态时，将继续循环下去。

4）选择开关在位置“4”时，按下启动按钮后，1→2→3→4按顺序延时2s喷水，然后一起喷水30s，1、2、3和4号分别延时2s停止喷水，再延时1s，由4→3→2→1反向顺序延时2s喷水，然后一起喷水30s停止。

若运行在连续状态时，将继续循环下去。

图2.1

2.1.3课程要求

1．按系统要求，分析控制系统，列出I/O分配表，画出I/O接线图，根据系统设计需求画出顺序功能图、系统运行框图或流程图，编写控制梯形图（要求有系统运行时对系统进行初始化的环节）。

2．利用编程器输入梯形图控制程序，模拟运行，完成调试。

3.按学校要求格式完成课程设计报告书。

2.2控制系统分析与实验

2.2.1I/O分配表

表2.1

输入方式

启动按钮

I0.0

停止按钮

I0.1

循环按钮

I0.2

花样方式1

I0.3

花样方式2

I0.4

花样方式3

I0.5

花样方式4

I0.6

输出方式

一号水泵

Q0.1

二号水泵

Q0.2

三号水泵

Q0.3

四号水泵

Q0.4

2.2.2I/O接线

图2.2

2.2.3主电路图

图2.3

2.2.4程序流程图

图2.4

2.2.5程序梯形

第三章．设计结论及总结

3.1遇到问题及解决方法

1.遇到问题：

在最开始的设计阶段，由于只是看到了课程设计任务书而没有看到指导书中的设计方案提示，而对四种喷水方式的的开关设计有些困惑，不知使用四个独立开关还是可以用有四个档位的总开关，它的开关模式不是普通的0或1，而是0、1、2、3。

这个样在选取输入信息和I/O地址分配的过程中都遇到困难。

解决方法：

仔细研究了任务书和指导书后确立了四种喷水方式的输入问题

2.遇到问题：

在画顺序功能图过程中，四种工作方式最终都要经历判断是否有停止按钮按下、是否处于连续工作状态下，在这一步有些困惑。

解决方法：

在执行完其中一个工作方式后，只要有停止按钮按下就停止，无论是否处于连续工作状态；而无停止按钮按下但处于单步运行状态时也要停止运行。

于是可将四个分支汇总后分为两个方向，一个是有停止按钮按下，一个是无停止按钮按下切处于连续工作状态下，则循环运行。

3.遇到问题：

在下载结束后出现非致命性错误，不影响编译但无法下载进行实验台上的模拟。

解决方法：

多次检查T形图，终于发现最后一条指令少了结束语句。

3.2设计总结及心得体会

本次PLC课程设计题目与实际生活联系紧密，使我充分认识到了这门课程的实际意义和现实重要性。

通过本次课程设计我掌握了电气控制的原理设计的基本方法，并能达到熟练使用可编程控制器实现简单控制系统的控制要求，尤其是对于顺序控制指令的使用。

基本可以熟练地进行系统外围电路设计、编程、调试等工作。

我所设计的课题目相对较简单，采用顺序控制设计思路清晰、易于理解。

但是我的准备工作做的不全面，在完全掌握设计资料前盲目设计，被一些小问题困扰，浪费很多时间。

光是画顺序功能图及T型图就用了一天时间，录入程序花费一晚上，而查找编译错误及非致命性错误居然花费一上午。

大部分时间基本上都是做无用功的，效率很低。

本次课程设计我以PLC为基本嵌入点，用来设计大众化的喷泉景观，作为自动化专业的毕业生，综合应用了PLC的专业知识，同时优化了喷泉，可以为实际生活带来更多的便利。

在设计中,我遇到了不少问题,通过自己努力研究,把它们一个一个解决了,系统模拟非常成功,总的来说,这次设计不难,关键在于细心,有时一些小问题,让我走了很多弯路,真正让我感觉到了学以致用的重要性.在大学期间，我认真地学习了专业课程基础知识，具有一定的设计理论基础和独立设计能力，由于课程设计的课题是一种整体性的，系统性的设计，这次设计在深度和广度上都有一定的局限性，不过，我认为还是提高了认识，学到了东西。

四．主要参考文献

1.黄永红.《电气控制与PLC应用技术,》北京:

机械工业出版社,2011.

2.王建华.《电气工程师手册》,北京:

机械工业出版社,2006.

3.吴晓君.《电气控制课程设计指导,》北京:

中国建材工业出版社,2007.

4.王鑫、李威，《PLC机电控制系统应用设计技术》（第2版）电子工业出版社,2010年3月

5.高南、周乐挺，《PLC控制系统编程与实现任务解析《北京邮电大学出版社，2008年12月

6.王永华，《现代电气控制及PLC应用技术》（第2版），北京航空航天大学出版社，2008年

7.邵祥兵，《电气控制与PLC实验指导书》，南京工程学院自动化学院，2009年3月