基于.PLC的花式自动喷泉控制系统设计说明

1、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：电气工程与其自动化作者姓名：指导教师：职称： 助教完成日期： 2 0 1 5 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、梯形图程序设计与仿真调试。3.完成

2、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。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

3、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

4、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。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与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：目录第一章绪论21.1 喷泉的历史21.2 喷泉的现状21.3 设计目的2第二章设计任务与要求22.1 设计任务22.1.1任务描述22.1.2控制任务和要求.22.2 设计任务与要求2第三章系统硬件设计23.4 PLC

5、硬件的选型23.4.1 PLC的基本工作方式23.5 系统接线图2第四章控制系统设计24.1 控制程序流程图设计24.2.1 花样一时序图24.2.2 花样二时序图24.2.3 花样三时序图24.2.4 花样四时序图2第五章软件系统设置25.1 系统梯形图2第六章系统调试与结果分析26.1 调试结果分析26.1.1花样选择开关在位置1时26.1.2花样选择开关在位置2时26.1.3花样选择开关在位置3时26.1.4花样选择开关在位置4时2参考文献223 / 28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

6、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、大小与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、与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

7、况进行监控的方法第二章设计任务与要求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

8、，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

9、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 设计任务与要求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、输出接线图与相关的图纸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与注意事项。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

10、。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3.1 I/O功能分配表输入设备启动I0.0按钮SB0花样1开关I0.1

11、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KM43.4PLC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。3.4.1 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

12、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开始4.1 控制程序流程图设计连续工作方式 N NPLC初始化 Y按下停止按钮喷第一个花式连续

13、工作方式停止 NY 喷第二个花式连续工作方式 NY 喷第三个花式连续工作方式 N Y喷第四个花式图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

14、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

15、，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.20102 廖常初. PLC编程与应用M.:机械工业.2007年9月.3 路林吉,王坚,江龙康.可变控制器原理与应用M.:清华大学.2003年2月.4 华东.单片机原理与其应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.2