PLC控制的花样喷泉-毕业论文.doc

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安徽机电职业技术学院

基于PLC控制的花样喷泉

毕业生姓名：

指导教师、职称：

学号：

专业名称：

生产过程自动化技术

26

目录

目录 1

引言 3

一.PLC概述 2

1.1PLC的产生 2

1.2PLC的结构 3

1.3PLC的应用领域 4

1.3.1开关量的逻辑控制 4

1.3.2模拟量控制 4

1.3.3运动控制 5

1.3.4过程控制 5

1.3.5数据处理 5

1.3.6通信及联网 6

1.4PLC的应用特点 6

1.4.1可靠性高 6

二、概述及设计目的 8

2.1概述 8

2.2设计目的 8

2.3研究思路和方法 9

三、花样喷泉系统的设计 10

3.1PLC型号的选择 10

3.1.1合理的结构型式 10

3.1.2安装方式的选择 10

3.1.3相应的功能要求 11

3.1.4响应速度要求 11

3.1.5系统可靠性的要求 11

3.1.6机型尽量统一 12

四、PLC的工作原理 13

4.1扫描技术 13

4.2输入采样阶段 13

4.3用户程序执行阶段 13

4.4输出刷新阶段 14

五、花样喷泉I/O分配表及程序设计 15

5.1I/O分配表 15

5.2程序初始化 16

5.3喷泉花式1 18

5.4喷泉花式2 19

5.5喷泉花式3 20

5.6PLC接线图 21

六、设计优缺点 24

七、心得体会 25

八、感谢词 26

九、参考文献 27

引言

针对传统的喷泉控制系统一旦设计好控制电路，就不能随意改变喷水花样及喷水时间等问题，本设计结合西门子S7-200可编程控制器设计能适应不同季节、不同场合的喷水要求目的的花样喷泉系统。

该花样喷泉控制系统不但实现了自动转换花样喷泉的喷水样式，而且提高了系统的可靠性和安全性，具有一定的工程应用和推广价值。

关键词：

PLC；花样喷泉；控制系统

第1章喷泉的设计要求及目的

1.1概述

随着人们的生活日趋小康，一些必要的美化设施逐渐兴起，各式各样的广场花园越来越多，喷泉作为一项建筑艺术，在国内外均有较悠久的历史。

人们随着生活水平的提高，对美化住宅小区以及别墅环境的要求也越来越高，小型音乐喷泉成为一个发展方向。

目前的水景喷泉一般包括：

固定水景、时控喷泉、程控喷泉、声控喷泉、音乐喷泉５类，控制方式的复杂程度由低到高。

使用ＰＬＣ控制花式喷泉，具有使用方便、运行可靠、控制程序设计简单等优点，若需要改变喷水花样和喷水时间，不必做很大调整，只要相应修改控制程序，即可实现控制目的。

这样的地方又怎能少了喷泉呢?

多花样喷泉形式多样，常常能吸引人们的眼球，同时水又增加了环境的灵动性，多花样喷泉已经成为人们建造各类娱乐广场的必需设施。

那些控制简便，花样较多，价格低廉的喷泉慢慢成为建设者的首选。

现今，多花样喷泉的制造，延袭传统，结合现代，正日益成为人们或出于对环境的追求，或为了居室的美化，等等，而得到众多品位人士的追求。

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。

1.2设计目的

通过对实例工程的模拟，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，用PLC构成喷泉系，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研究思路及方法

本次设计的题目是花样喷泉系统，本设计基于西门子S7-200PLC编程，设计了花样喷泉系统。

花样喷泉控制系统的主要任务就是改变喷泉的喷水样式，以达到有规律的改变喷泉喷水样式的目的。

按下启动按钮，喷泉装置开始工作，按下停止按钮，喷泉控制装置停止工作。

喷泉工作方式由花样选择开关和单步∕连续开关决定。

当单步∕连续开关选择单步时，喷泉只能按照花样选择开关设定的方式，运行一个循环；当单步∕连续开关选择连续时，喷泉按照花样选择开关设定的方式，运行多个循环，直至按下停止按钮。

花样循环方式选择开关用于选择喷泉的喷水花样，本文设计四种喷水花样循环。

PLC控制系统体积小、功能强、可靠性高,且具有较大的灵活性和可扩展性的特点。

用PLC花样喷泉控制系统，不但实现了自动转换花样喷泉的喷水样式，提高了系统的可靠性和安全性，而且，美化了我们的生活环境，使我们的生活环境更加安逸、舒适。

因此PLC控制系统具有一定的工程应用和推广价值。

第2章PLC的简介

2.1可编程序控制器简介

可编程序控制器PC（ProgrammableController）又称可编程序控制器PLC（ProgrammableLogicController），是微机技术与继电器常规控制技术相接合的产物，是在顺序控制器和微机控制器的基础上发展起来的新型控制器，是一种以微处理器为核心用作数字控制的专用计算机。

它不仅充分利用微处理器的优点来满足各种工业领域的实时控制要求，同时也照顾到现场电器操作维护人员的技能和习惯，摈弃了微机常用的计算机编程语言的表达形式，独具风格地形成一套以继电器梯形图为基础的形象编程语言和模块化的软件结构，使用户程序的编制清晰直观、方便易学，调试和查错都很容易。

PLC现已成为现代工业控制三大支柱（PLC、CAD/CAM、ROBOT）之一，以其可靠性、逻辑功能强、体积小、可在线修改控制程序、具有远程通信联网功能、易于与计算机接口、能对模拟量进行控制、具备告诉计数与位控等高性能模块等优异性能，日益取代由大量中间继电器、时间继电器、计数继电器等组成的传统继电－接触控制系统在机械、化工、石油、冶金、电力、轻工、电子、纺织、食品、交通、等行业得到广泛应用。

PLC的应用深度和广度已经成为一个国家工业先进水平的重要标志之一。

2.2PLC的结构

PLC1.2PLC的结构PLC和一般的微型计算机基本相同，也是由硬件系统和软件系统两大部分组成的。

PLC的硬件系统由微处理器（CPU）、存储器（EPROM，ROM）、输入输出（I/O）部件、电源部件、编程器、I/O扩展单元和其他外围设备组成。

各部分通过总线（电源总线、控制总线、地址总线、数据总线）连接而成。

其结构简图如下：

外设I/O接口

输出部件

存储器

EPROM

微处理器

运算器

控制器

电源

输入部件

I/O

扩展接口

I/O

扩展单元

受控元件

输入信号

外部设备

图1-1PLC硬件结构图

PLC的软件系统是指PLC所使用的各种程序的集合，通常可分为系统程序和用户程序两大部分。

系统程序是每一个PLC成品必须包括的部分，由PLC厂家提供，用于控制PLC本身的运行，系统程序固化在EPROM中。

用户程序是由用户根据控制需要而编写的程序。

硬件系统和软件系统组成了一个完整的PLC系统，他们是相辅相成，缺一不可的。

第3章PLC控制系统总设计

3.1PLC控制花样喷泉运行要求

1）、按下启动按钮，喷泉进入运行等待状态。

2）、按下喷泉的单步?

连续运行方式按钮，该喷泉默认为连续运行方式。

3）、按下喷泉喷水花样的循环方式按钮，喷泉开始运行，每隔6s改变一次花样。

在连续运行方式下，喷水花样将一直循环下去，在单步运行方式下，喷水花样只运行一个循环。

按下其他任意一个循环方式按钮，喷泉喷水花样的循环方式立刻改变。

4）、按下停止按钮，喷泉停止运行。

3.2喷泉的运行流程图

3.3喷泉的运行过程

按下喷泉控制系统的启动按钮，首先大水柱从地而起，直射天空；6s后，9陕西能源职业技术学院毕业论文大水柱消失，紧接着六支中水柱竞相射向天空；最后所有水柱喷泉一齐迸发。

整个过程分为8段，每段6s，且自动转换，全过程为48s。

当单步∕连续开关置于连续，花样选择开关置于1时，其喷泉水柱的动作顺序如下：

1→2→（1+3+4）→（2+5）→（1+2）→（2+3+4）→（2+4）→（1+2+3+4+5）→1，周而复始，直到按下停止按钮，水柱喷泉才停止工作；当单步∕连续开关置于单步时，喷泉水柱的动作只运行一个循环。

花样选择开关置于2时，其喷泉水柱的动作顺序如下：

1→2→（2+4）→（2+5）→（1+2）→（2+3+4）→（1+3+4）→（1+2+3+4+5）→1。

花样选择开关置于3时，其喷泉水柱的动作顺序如下：

1→2→（1+3+4）→（1+2）→（2+5）→（2+3+4）→（2+4）→（1+2+3+4+5）→1。

花样选择开关置于4时，其喷泉水柱的动作顺序如下：

1→2→（1+3+4）（2+5）→→（1+2）→（2+4）→（2+3+4）→（1+2+3+4+5）→1。

3.4喷泉的控制原理

PLC可以用于圆周运动或直线运动的控制。

从控制机构配置来说，早期直接用于开关量I/O模块连接位置传感器和执行机构，现在一般使用专用的运动控制模块。

如可驱动步进电机或伺服电机的单轴或多轴位置控制模块。

世界上各主要PLC厂家的产品几乎都有运动控制功能，广泛用于各种机械、机床、机器人、电梯等场合。

1.3.4过程控制

喷泉控制系统由启动控制程序、位移脉冲控制程序、位移及复位控制程序、驱动控制程序组成。

通过位移脉冲控制程序实现子元件中的内容在存储器间的移动，通过复位控制程序实现喷泉花样的循环，通过驱动控制程序实现喷泉的喷射

3.5花样喷泉PLC控制接线图

现代PLC具有数学运算（含矩阵运算、函数运算、逻辑运算）、数据传送、数据转换、排序、查表、位操作等功能，可以完成数据的采集、分析及处理。

这些数据可以与存储在存储器中的参考值比较，完成一定的控制操作，也可以利用通信功能传送到别的智能装置，或将它们打印制表。

数据处理一般用于大型控制系统，如无人控制的柔性制造系统；也可用于过程控制系统，如造纸、冶金、食品工业中的一些大型控制系统。

1.3.6通信及联网

PLC通信含PLC间的通信及PLC与其它智能设备间的通信。

随着计算机控制的发展，工厂自动化网络发展得很快，各PLC厂商都十分重视PLC的通信功能，纷纷推出各自的网络系统。

新近生产的PLC都具有通信接口，通信非常方便。

1.4PLC的应用特点

1.4.1可靠性高

　　高可靠性是电气控制设备的关键性能。

PLC由于采用现代大规模集成电路技术，采用严格的生产工艺制造，内部电路采取了先进的抗干扰技术，具有很高的可靠性。

使用PLC构成控制系统，和同等规模的继电接触器系统相比，电气接线及开关接点已减少到数百甚至数千分之一，故障也就大大降低。

此外，PLC带有硬件故障自我检测功能，出现故障时可及时发出警报信息。

在应用软件中，应用者还可以编入外围器件的故障自诊断程序，使系统中除PLC以外的电路及设备也获得故障自诊断保护。

这样，整个系统将极高的可靠性。

1.4.2配套齐全

　　PLC发展到今天，已经形成了各种规模的系列化产品，可以用于