PLC控制系统的花样喷泉设计

...wd...PLC控制系统的把戏喷泉设计目录目录1引言3一.PLC概述21.1PLC的产生21.2PLC的构造31.3PLC的应用领域41.3.1开关量的逻辑控制41.3.2模拟量控制41.3.3运动控制51.3.4过程控制51.3.5数据处理51.3.6通信及联网61.4PLC的应用特点61.4.1可靠性高6二、概述及设计目的82.1概述82.2设计目的82.3研究思路和方法9三、把戏喷泉系统的设计103.1PLC型号的选择103.1.1合理的构造型式103.1.2安装方式的选择103.1.3相应的功能要求113.1.4响应速度要求113.1.5系统可靠性的要求113.1.6机型尽量统一12四、PLC的工作原理134.1扫描技术134.2输入采样阶段134.3用户程序执行阶段134.4输出刷新阶段14五、把戏喷泉I/O分配表及程序设计155.1I/O分配表155.2程序初始化165.3喷泉花式1185.4喷泉花式2195.5喷泉花式3205.6PLC接线图21六、设计优缺点24七、心得体会25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把戏及喷水时间等问题，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把戏喷泉系统。该把戏喷泉控制系统不但实现了自动转换把戏喷泉的喷水样式，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；把戏喷泉；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开展方向。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，假设需要改变喷水把戏和喷水时间，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?多把戏喷泉形式多样，常常能吸引人们的眼球，同时水又增加了环境的灵动性，多把戏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，把戏较多，价格低廉的喷泉慢慢成为建设者的首选。现今，多把戏喷泉的制造，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。本设计的多把戏喷泉采用西门子编程软件进展PLC编程，利用PLC的工作原理，结合按钮、开关、电源电路进展设计，将软件和硬件有机地结合起来，使得系统能够实现多把戏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根本实验器件及PLC编程等的综合应用。稳固和加深对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把戏喷泉系统，本设计基于西门子S7-200PLC编程，设计了把戏喷泉系统。把戏喷泉控制系统的主要任务就是改变喷泉的喷水样式，以到达有规律的改变喷泉喷水样式的目的。按下启动按钮，喷泉装置开场工作，按下停顿按钮，喷泉控制装置停顿工作。喷泉工作方式由把戏选择开关和单步∕连续开关决定。当单步∕连续开关选择单步时，喷泉只能按照把戏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，喷泉按照把戏选择开关设定的方式，运行多个循环，直至按下停顿按钮。把戏循环方式选择开关用于选择喷泉的喷水把戏，本文设计四种喷水把戏循环。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把戏喷泉控制系统，不但实现了自动转换把戏喷泉的喷水样式，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。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根基上开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根基的形象编程语言和模块化的软件构造，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、能对模拟量进展控制、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的构造PLC1.2PLC的构造PLC和一般的微型计算机根本一样，也是由硬件系统和软件系统两大局部组成的。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。各局部通过总线(电源总线、控制总线、地址总线、数据总线)连接而成。其构造简图如下：外设I/O接口外设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硬件构造图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局部。系统程序是每一个PLC成品必须包括的局部，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控制把戏喷泉运行要求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〕、按下喷泉喷水把戏的循环方式按钮，喷泉开场运行，每隔6s改变一次把戏。在连续运行方式下，喷水把戏将一直循环下去，在单步运行方式下，喷水把戏只运行一个循环。按下其他任意一个循环方式按钮，喷泉喷水把戏的循环方式立刻改变。4〕、按下停顿按钮，喷泉停顿运行。喷泉的运行流程图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，把戏选择开关置于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，直到按下停顿按钮，水柱喷泉才停顿工作；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。把戏选择开关置于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。把戏选择开关置于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。把戏选择开关置于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。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把戏的循环，通过驱动控制程序实现喷泉的喷射3.5把戏喷泉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照，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。随着计算机控制的开展，工厂自动化网络开展得很快，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开展到今天，已经形成了各种规模的系列化产品，可以用于各种规模的工业控制场合。除了逻辑处理功能以外，PLC大多具有完善的数据运算能力，可用于各种数字控制领域。多种多样的功能单元大量涌现，使PLC渗透到了位置控制、温度控制、CNC等各种工业控制中。加上PLC通信能力的增强及人机界面技术的开展，使用PLC组成各种控制系统变得非常容易。

1.4.3易学易用

PLC是面向工矿企业的工控设备。它接口容易，编程语言易于为工程技术人员承受。梯形图语言的图形符号与表达方式和继电器电路图相当接近，为不熟悉电子电路、不懂计算机原理和汇编语言的人从事工业控制翻开了方便之门。

1.4.4系统的设计

PLC用存储逻辑代替接线逻辑，大大减少了控制设备外部的接线，使控制系统设计及建造的周期大为缩短，同时日常维护也变得容易起来，更重要的是使同一设备经过改变程序而改变生产过程成为可能。这特别适合多品种、小批量的生产场合。二、概述及设计目的2.1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开展方向。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，假设需要改变喷水把戏和喷水时间，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?多把戏喷泉形式多样，常常能吸引人们的眼球，同时水又增加了环境的灵动性，多把戏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，把戏较多，价格低廉的喷泉慢慢成为建设者的首选。现今，多把戏喷泉的制造，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。本设计的多把戏喷泉采用西门子编程软件进展PLC编程，利用PLC的工作原理，结合按钮、开关、电源电路进展设计，将软件和硬件有机地结合起来，使得系统能够实现多把戏喷泉各种模式的变化以及控制。2.2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根本实验器件及PLC编程等的综合应用。稳固和加深对PLC编程控制器的理解和应用。掌握硬件实验装置的方法。2.3研究思路和方法本次设计的题目是把戏喷泉系统，本设计基于西门子S7-200PLC编程，设计了把戏喷泉系统。把戏喷泉控制系统的主要任务就是改变喷泉的喷水样式，以到达有规律的改变喷泉喷水样式的目的。按下启动按钮，喷泉装置开场工作，按下停顿按钮，喷泉控制装置停顿工作。喷泉工作方式由把戏选择开关和单步∕连续开关决定。当单步∕连续开关选择单步时，喷泉只能按照把戏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，喷泉按照把戏选择开关设定的方式，运行多个循环，直至按下停顿按钮。把戏循环方式选择开关用于选择喷泉的喷水把戏，本文设计四种喷水把戏循环。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把戏喷泉控制系统，不但实现了自动转换把戏喷泉的喷水样式，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。三、把戏喷泉系统的设计3.1PLC型号的选择PLC产品的种类繁多。PLC的型号不同,对应着其构造形式、性能、容量、指令系统、编程方式、价格等均各不一样,适用的场合也各有侧重。因此,合理选用PLC,对于提高PLC控制系统的技术经济指标有着重要意义。PLC机型的选择PLC的选择主要应从PLC的机型、容量、I/O模块、电源模块、特殊功能模块、通信联网能力等方面加以综合考虑。PLC机型选择的根本原则是在满足功能要求及保证可靠、维护方便的前提下,力争最正确的性能价格比。选择时应主要考虑到合理的构造型式,安装方式的选择,相应的功能要求,响应速度要求,系统可靠性的要求,机型尽量统一等因素。3.1.1合理的构造型式PLC主要有整体式和模块式两种构造型式。整体式PLC的每一个I/O点的平均价格比模块式的廉价,且体积相对较小,一般用于系统工艺过程较为固定的小型控制系统中；而模块式PLC的功能扩展灵活方便,在I/O点数、输入点数与输出点数的比例、I/O模块的种类等方面选择余地大,且维修方便,一般于较复杂的控制系统。3.1.2安装方式的选择PLC系统的安装方式分为集中式、远程I/O式以及多台PLC联网的分布式。集中式不需要设置驱动远程I/O硬件,系统反响快、本钱低；远程I/O式适用于大型系统,系统的装置分布范围很广,远程I/O可以分散安装在现场装置附近,连线短,但需要增设驱动器和远程I/O电源；多台PLC联网的分布式适用于多台设备分别独立控制,又要相互联系的场合,可以选用小型PLC,但必须要附加通讯模块。3.1.3相应的功能要求一般小型(低档)PLC具有逻辑运算、定时、计数等功能,对于只需要开关量控制的设备都可满足。对于以开关量控制为主,带少量模拟量控制的系统,可选用能带A/D和D/A转换单元,具有加减算术运算、数据传送功能的增强型低档PLC。对于控制较复杂,要求实现PID运算、闭环控制、通信联网等功能,可视控制规模大小及复杂程度,选用中档或高档PLC。但是中、高档PLC价格较贵,一般用于大规模过程控制和集散控制系统等场合。3.1.4响应速度要求PLC是为工业自动化设计的通用控制器,不同档次PLC的响应速度一般都能满足其应用范围内的需要。如果要跨范围使用PLC,或者某些功能或信号有特殊的速度要求时,则应该慎重考虑PLC的响应速度,可选用具有高速I/O处理功能的PLC,或选用具有快速响应模块和中断输入模块的PLC等。3.1.5系统可靠性的要求对于一般系统PLC的可靠性均能满足。对可靠性要求很高的系统,应考虑是否采用冗余系统或热备用系统。3.1.6机型尽量统一一个企业,应尽量做到PLC的机型统一。主要考虑到以下三方面问题：1)机型统一,其模块可互为备用,便于备品备件的采购和管理。2)机型统一,其功能和使用方法类似,有利于技术力量的培训和技术水平的提高。3)机型统一,其外部设备通用,资源可共享,易于联网通信,配上位计算机后易于形成一个多级分布式控制系统。综上，本设计选择西门子S7-200PLC。四、PLC的工作原理4.1扫描技术当PLC投入运行后，其工作过程一般分为三个阶段，即输入采样、用户程序执行和输出刷新三个阶段。完成上述三个阶段称作一个扫描周期。在整个运行期间，PLC的CPU以一定的扫描速度重复执行上述三个阶段。4.2输入采样阶段在输入采样阶段，PLC以扫描方式依次地读入所有输入状态和数据，并将它们存入I/O映象区中的相应得单元内。输入采样完毕后，转入用户程序执行和输出刷新阶段。在这两个阶段中，即使输入状态和数据发生变化，I/O映象区中的相应单元的状态和数据也不会改变。因此，如果输入是脉冲信号，则该脉冲信号的宽度必须大于一个扫描周期，才能保证在任何情况下，该输入均能被读入。4.3用户程序执行阶段在用户程序执行阶段，PLC总是按由上而下的顺序依次地扫描用户程序(梯形图)。在扫描每一条梯形图时，又总是先扫描梯形图左边的由各触点构成的控制线路，并按先左后右、先上后下的顺序对由触点构成的控制线路进展逻辑运算，然后根据逻辑运算的结果，刷新该逻辑线圈在系统RAM存储区中对应位的状态；或者刷新该输出线圈在I/O映象区中对应位的状态；或者确定是否要执行该梯形图所规定的特殊功能指令。即，在用户程序执行过程中，只有输入点在I/O映象区内的状态和数据不会发生变化，而其他输出点和软设备在I/O映象区或系统RAM存储区内的状态和数据都有可能发生变化，而且排在上面的梯形图，其程序执行结果会对排在下面的但凡用到这些线圈或数据的梯形图起作用；相反，排在下面的梯形图，其被刷新的逻辑线圈的状态或数据只能到下一个扫描周期才能对排在其上面的程序起作用。4.4输出刷新阶段当扫描用户程序完毕后，PLC就进入输出刷新阶段。在此期间，CPU按照I/O映象区内对应的状态和数据刷新所有的输出锁存电路，再经输出电路驱动相应的外设。这时，才是PLC的真正输出