基于S7-200系列PLC的花式喷泉的控制本科设计

1、学号 电气控制与PLC技术课 程 设 计（2010级本科） 题 目： 基于S7-200系列PLC的花式喷泉的控制 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： 张晓瑛 崔建峰 刘婧 指导教师： 张 晓 峰 职称： 教 授 完成日期： 2 0 1 3 年 07 月 03 电气控制与PLC技术课程设计任务书论文题目基于S7-200PLC系列的花式喷泉的控制作者姓名张晓瑛所属院、专业、年级物电学院 电气工程及其自动化102班指导教师姓名、职称张晓峰 教授任务下达日期2013年6月17日一、设计内容及技术要求：1 任务描述在游人和居民经常光顾的场所，如花园、广场、旅游景点

2、及一些知名建筑前，经常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，更使人心旷神怡，流连忘返。2 设计一个花式喷泉的PLC控制系统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。 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

3、，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。 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。 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。 花式选择开关在位置4时，按下启动按钮后，按照1234的

4、顺序，依次间隔2s喷水，然后一起喷水。30s后，按照1234的顺序，分别延时2s，依次停止喷水。再经1s延时，按照4321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。3 设计方案提示1) 根据花式选择开关的位置信号，采用跳转指令编程。2) 在每个跳转程序段内，采用定时器指令实现顺序控制。4 设计报告要求1) 完整的设计说明书；2) 完成系统组态或硬件配制；3) 正确合理地进行编程元件的地址分配。（如果采用分部编程或者结构化编程时，要对变量进行声明）；4) 画出输入/输出接线图及相关的图纸；5) 设计梯形图控制程序；6)

5、 编制系统的操作说明；7) 编制系统的调试说明及注意事项；8) 设计体会。二、设计进度周次时间日期内容备注17周周一，二6.17-6.186.18晚7:30审题理工实验楼501室17周业余时间18周19周前三天6.177.03设计17周周五6.21下午3：00辅导理工实验楼501室18周周五6.29下午3：00辅导理工实验楼501室19周周一，二7.017.02全天调试程序PLC实验室、光机电一体化实验室19周周三7.03全天答辩19周周五7.05全天交稿包括文字稿和电子稿 指导老师签字：目 录第1章 喷泉的发展及现状11.1 喷泉的历史11.2 喷泉的现状1第2章 设计目的1第3章 设计任务

6、及要求13.1 设计任务13.1.1 任务描述13.2 设计任务及要求3第4章 系统硬件设计34.1 系统设计步骤34.2 PLC的IO分配表34.3 PLC硬件的选型44.3.1 PLC的基本工作方式44.3.2 PLC运作过程44.4 系统接线图5第5章 控制系统设计65.1 控制程序流程图设计65.2 控制程序设计思路65.2.1 输入输出（I/O）点数的估算75.2.2 存储器容量的估算75.2.3 机型的选择7第6章 软件系统设置76.1 系统梯形图7第7章 系统调试与结果分析147.1 调试线路图147.2 调试结果分析157.2.1 花样选择开关在位置1时157.2.2 花样选择

7、开关在位置2时167.2.3 花样选择开关在位置3时177.2.4 花样选择开关在位置4时18第8章 总 结21参考文献22摘 要一个高速发展的社会，各式各样的需求也正在充斥着整个社会。有些人追求物质，有些人追求精神上的享受，不过总而言之，人类这种群体对美的渴望都是一样的。所以想尽办法让美丽在我们生活的周围，尽管在城市这种钢筋混凝土、压力、人口、污染的区域里。人们还是在利用技术支持，去制造美的东西。例如公园、大片的绿地、广场、好看的建筑物。有了这些大的框架，其中的细节随着时代的变迁，也是一步步升级，细致。虽然让人有视觉美感的东西越来越多，可是近代以来在这些地方总有一种建筑是不能少的喷泉。原是一

8、种自然景观，是承压水的地面露头。文艺复兴时期，便有类似喷泉的建筑物出现，尤其是在意大利罗马城。当时的喷泉的技术并不是现在这样复杂，它们只是在利用压力将水压出 。但是这种方式水喷出来都不会很高。随着时代的进步，技术的发展。使得喷泉的形态越来越多经过多年的发展，现在已经逐步发展为几大类：音乐喷泉；程控喷泉；音乐+程控喷泉；激光水幕电影；趣味喷泉等。加上特定的灯光、控制系统，起到净化空气，美化环境的作用。现代的喷泉所具备的条件是相当优越的，其中最为关键的便是控制系统PLC.它的主要作用是控制水下电磁阀来让喷泉在高水压下喷出各式各样的形态，随后在加上动听的音乐，便产生了具有震撼力的视觉冲击，所以利用现

9、代科技来制作喷泉是极好的选择。关键词：喷泉、控制系统PLC、净化空气、优越性第1章 喷泉的发展及现状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

10、赏心悦。第2章 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3章 设计任务及要求3.1 设计任务3.1.1 任务描述某广场的喷泉如图所示，4号为中间喷头，3号为内环状喷头，2号为1次外环状喷头，1号为外环装喷头。图1 某广场喷泉结构图3.1.2 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

11、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、

12、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。3.2 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

13、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4章 系统硬件设计4.1 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

14、进行软件测试，查找错误，使系统程序更加完善。4.2 PLC的IO分配表根据系统要求所选择的I/O功能分布表如下表所示 输入设备启动I0.0按钮SB0花样选择开关1I0.1按钮SB1花样选择开关2I0.2按钮SB2花样选择开关3I0.3按钮SB3花样选择开关4I0.4按钮SB4单步/连续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KM12号喷头Q0.2接触器KM23号喷头Q0.3接触器KM34号喷头Q0.4接触器KM4表4-1 I/O功能分布表4.3 PLC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

15、内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。4.3.1 PLC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）元件印象寄存器的内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

16、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。 4.3.2 PLC运作过程PLC通电后，需要对硬件和软件作一些初始化的工作。为了使PLC的输出及时地响应各种输入信号，初始化后反复不停的分阶段处理各种不同的任务见下图，这种周而复始的循环工作模式称为扫描工作模式。图4-1 扫描过程4.4 系统接线图图4-2 系统I/O接线图第5章 控制系统设计5.1 控制程序流程图设计开始PLC初始化喷第一个花式喷第二个花式喷第三个花式喷第四个花式结束停止按钮停止按钮非图5-1 控制程序流程图5.2 控制程序设计思路在PLC系统设计时，首先应确定控制方案，下一步工作就是PLC工程设计选型。

17、工艺流程的特点和应用要求是设计选型的主要依据。因此，工程设计选型和估算时，应详细分析工艺过程的特点、控制要求，控制任务和范围确定所需的操作和动作，然后根据控制要求，估算输入输出点数、所需存储器容量、确定PLC的功能、外部设备特性等，最后选择有较高性能价格比的PLC和设计相应的控制系统。5.2.1 输入输出（I/O）点数的估算I/O点数估算时应考虑适当的余量，通常根据统计的输入输出点数，再增加10%-20%的可扩展余量后，作为输入输出点数估算数据。5.2.2 存储器容量的估算存储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

18、于存储器容量。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代替。5.2.3 机型的选择通过对输入/输出点的选择、对存储量的选择，对I/O响应时间的选择输出负载的特点选型的分许。该控制系统选用西门子公司的PLC。它体积小，重量轻，使用寿命长，编程和维护方便，故障率低，通过扩展模块的链接，可以增加输入/输出点数。我设计的花式喷泉模型共有7个输入，4个输出，因此，选用型号为CPU 224。第6章 软件系统设置6.1 系统梯形图 第7章 系统调试与结果分析7.1 调试线路图图7-1 调试线

19、路图7.2 调试结果分析7.2.1 花样选择开关在位置1时图7.2.1 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。7.2.2 花样选择开关在位置2时图7.2.2 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

20、喷水，如此到最后四个喷头都喷水。7.2.3 花样选择开关在位置3时图7.2.3 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。7.2.4 花样选择开关在位置4时图7.2.4 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-

21、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。第8章 总 结本次设计通过运用可编程序控制器来实现了花式喷泉的多种喷泉方式及效果。此设计的重点是用PLC控制器控制电磁阀来实现喷水，当然设计的程序部分是关键中的关键。所以，我们主要是为大家提供一种设计的方法，来进一步了解可编程序控制器的强大能力。随着社会的长期进步可编程序控制器在不断的进步之中，越来越贴近人们的各种生活。在这次的设计里长期的搜集资料，不断的整合，思考终于达到了设计的要求，并且取得了设计要求中的结果。最后希望本设计能够真正的为大家提供一些思路，遗留的一些不完美问题还望大家修改并且创新！参考文献1 张