基于S7-200PLC的自动喷泉控制系统设计

1、学号电气控制与可编程控制技术课 程 设 计（ 2009 级本科）题目：基于 s7200plc的自动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：赵桓指导教师：张静职称：副教授完成日期：2012 年12 月14 日课程设计任务书2012 年 秋 季学期学 生 姓 名赵桓学号专 业 方 向电力系统班级09 级（1）班题 目 名 称基于 s7200plc 的自动喷泉控制系统设计一、设计的技术要求：有 16 个彩灯代表16 个喷头，有4 个选择按钮，如下图所示。采用s7-200plc进行控制，实现四种及其以上的自动喷泉花样二、设计的主要

2、内容与要求：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及控制面板设计等。2. 完成控制梯形图的软件设计，主要包括：控制程序流程图设计、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、参考文献等三、设计进度及安排：三、设计进度安排：第一周：星期一、二讲解设计课题内容、布置任务及要求星期三、四plc 输入输出接线图，初步设计星期五梯形图，控制面板图初步设计第二周：星期一、二plc 输入输出接线图，梯形图，控制面板的修改星期三、四绘图，系统仿真调试，写说

3、明书及操作使用说明星期五完善上述设计内容，装订设计说明书，答辩指导教师签字：目录一、设计目的 . 二、设计要求 . 2.1 本设计的基本控制要求 . 2.2 设计任务及要求 . 三、系统硬件设计 . 3.1 系统设计步骤 . 3.2 plc的 io 分配表 . 3.3 控制面板 . 3.4 系统 i/o 口接图 . 四、控制系统设计 . 4.1 控制程序流程图设计 . 4.2 控制程序设计思路 . 五、软件系统设计 . 5.1 程序说明 . 5.2 梯形图 . 5.3 系统调试及结果分析 . 六、系统仿真与调试 . 七、总结 . 参考文献 . 一、设计目的plc= programmable l

4、ogic controller，可编程逻辑控制器，一种数字运算操作的电子系统， 专为在工业环境应用而设计的。它采用一类可编程的存储器，用于其内部存储程序，执行逻辑运算，顺序控制，定时，计数与算术操作等面向用户的指令，并通过数字或模拟式输入/ 输出控制各种类型的机械或生产过程。是工业控制的核心部分。早 期 的 可 编 程 控 制 器 称 作 可 编 程 逻 辑 控 制 器 （ programmable logic controller,plc） ，它主要用来代替继电器实现逻辑控制。随着技术的发展，这种采用微型计算机技术的工业控制装置的功能已经大大超过了逻辑控制的范围，因此，今天这种装置称作可编程

5、控制器，简称pc 。但是为了避免与个人计算机（personal computer） 的简称混淆，所以将可编程序控制器简称plc,plc自 1969年美国数据设备公司（ dec ）研制出现，现行美国，日本，德国的可编程序控制器质量优良， 功能强大。 自动喷泉控制的实现方法很多，本设计题目为基于可编程控制器（plc ） 的喷泉控制系统， 用 plc进行控制不仅能够进行多种水型切换，而且能将各种水型、 灯光按预先设定的排列组合进行控制程序的设计，通过计算机运行控制程序发出控制信号，使水型、 等过实现多姿多彩的变化。 通过上位机（pc ）与 plc之间的通讯来监控喷泉的状态与效果，进而控制电动机， 以

6、达到顺利实现工业控制的要求及目的，同时还要达到低功耗、 高性价比、 运行可靠等基本要求。二、设计要求2.1 本设计的基本控制要求有 16 个彩灯代表16 个喷头，有4 个选择按钮，如下图1-1 所示。采用s7-200plc进行控制，实现四种以上的自动喷泉花样。图 1-1 喷头分布与方式选择按钮基于以上要求，本系统应具有以下功能花样一：按下启动按钮，再按下k1按钮选择花样 1 模式 1 到 4 号亮， 2 秒后灯 5 到 8 亮，1 到 4 号灭 2 秒后， 9 到 12 亮，5 到 8 灭 2 秒后 13 到 16 亮，9 到 12 灭 2 秒后，重复到花样二： 按下启动按钮，再按下k2选择花

7、样 2 模式 灯 6、7、10、11 亮 2s 后灯 1、4、13、16 亮，6、7、10、11 灭 2 秒后重复循环 - 步骤花样三： 按下启动按钮，再按下k3选择花样 3 模式 灯 1 亮， 2 秒后灯 6 亮灯 1 灭 2 秒后 11 亮 6 灭 2 秒后灯 16 亮 11灭 2 秒后重复到花样四： 按下启动按钮，再按下k4选择花样 4 模式 灯 4 亮 2 秒后灯 7 亮 2 秒后灯 10 亮 2 秒后灯 13 亮2.2 设计任务及要求1）设计要求有 16 个彩灯代表 16 个喷头，有 4 个选择按钮，如下图所示。采用 s7-200plc进行控制，实现四种以上的自动喷泉花样2）设计任务

8、根据控制要求， 明确设计任务， 拟定设计方案与进度计划， 运用所学的理论知识，进行自动喷泉的控制原理设计、 硬件系统设计、软件系统设计、创新设计，提高理论知识工程应用能力、系统调试能力、分析问题与解决问题的能力。3）主要内容包括：1. 设计出硬件系统的结构图、接线图、时序图等；2. 系统有启动 / 停止，单步 / 连续功能按钮；3. 运用跳转、移位等功能指令进行plc控制程序设计，并有主程序、子程序和中断程序；实现四种以上的自动喷泉花样控制；5. 程序结构与控制功能自行创新设计；6. 进行系统调试，实现自动喷泉的控制要求三、系统硬件设计3.1 系统设计步骤（1）深入了解和分析花式喷泉的工艺条件

9、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。3.2 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：功能元件输入点功能元件输出点

10、启动按钮 sb1 i0.0 指示灯 l1 q0.0 停止按钮 sb2 i0.1 指示灯 l2 q0.1 花样选择开关 k1 i0.2 指示灯 l3 q0.2 花样选择开关 k2 i0.3 指示灯 l4 q0.3 花样选择开关 k3 i0.4 指示灯 l5 q0.4 花样选择开关 k4 i0.5 指示灯 l6 q0.5 指示灯 l7 q0.6 指示灯 l8 q0.7 指示灯 l9 q1.0 指示灯 l10 q1.1 指示灯 l11 q1.2 指示灯 l12 q1.3 指示灯 l13 q1.4 指示灯 l14 q1.5 指示灯 l15 q1.6 指示灯 l16 q1.7 3.3 控制面板3.4 系

11、统 i/o 口接图四、控制系统设计4.1 控制程序流程图设计4.2 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。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。（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

12、点数估算数据。（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。（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

13、泉模型共有6 个输入， 16 个输出，因此，选用型号为 cpu 226 。五、软件系统设计5.1 程序说明该自动喷泉 plc程序是用子程序和定时器加跳转指令jmp实现的，子程序实现自动喷泉动作，用开关进行选择四个喷泉花样的变换。5.2 梯形图1) 主程序2）子程序5.3 系统调试及结果分析将 plc连接到计算机的 com1 口，其他都为默认状态，首先看一下计算机与plc的通讯是否正常， 将软件打开选择好机型， 将自动喷泉控制系统的程序打开，转换、写入，打开监视状态。按下启动按钮和选型按钮，通过观察i/o 口输入、输出是否正确。如有错误找出原因，解决问题。直到各部分的功能都正常，并能协调一致地完

14、成整体的控制功能为止。在调试时应充分考虑各种可能的情况，对系统各种不同的工作方式、 有选择序列的功能表图中的每一条支路、各种可能的进展路线，都应逐一检查，不能遗漏。发现问题后应及时修改梯形图和plc中的程序，直到在各种可能的情况下输入量与输出量之间的关系完全符合要求。完成上述的工作后， 将 plc安装在控制现场进行联机总调试，在调试过程中将暴露出系统中可能存在的传感器、 执行器和硬接线等方面的问题， 以及 plc的外部接线图和梯形图程序设计中的问题，应对出现的问题及时加以解决。 如果调试达不到指标要求， 则对相应硬件和软件部分作适当调整，通常只需要修改程序就可能达到调整的目的。 全部调试通过后

15、， 经过一段时间的考验， 系统就可以投入实际的运行了。六、系统仿真与调试采用 s7_200仿真对设计系统进行仿真及调试, 采集的图如下图所示按下开始按钮和开关2 后执行花样一按下开始按钮关闭开关3 打开开关 4 后执行花样三按下开始按钮关闭开关4 打开开关 5 后执行花样四通过我们在 s7-200plc仿真软件上的调试及仿真，符合设计任务及要求。七、总结通过所做 plc的设计，让我进一步对 plc的应用及功能做了了解， 对软件梯形图的应用也变的熟练。 我掌握了更多关于自动控制系统的知识，明白了自动喷泉控制系统的组成， s7-200plc 的功能及特点。无论是在硬件还是软件设计上，我都遇到了不少的问题， 在克服困难的过程中， 我学到了许多， 特别是在课堂上学不到的东西。 使我重新系统的学习了网络测控，可编程控制器等课程， 熟悉掌握了 plc的使用。对一个系统的设计步骤有了清楚的了解，并掌握了一个系统的设计过程。 学会了如何发现问题， 解决问题。 并在查阅资料的过程中对问题的认识和问题的解决提出了新的见解，分析问题出现的原因， 使得对问题理解也更加深刻。通过本次设计， 让我很好的锻炼了理论与具体项目、课题相结合开发、 设计产品的能力。 既让我们懂得了怎样把理论应用于实际