基于PLC的花式喷水池控制系统控制

实习报告题目：基于PLC的花式喷水池限制系统设计学生姓名：学号：院系名称：电气与信息工程学院专业班级：指导老师：职称：二○一二年八月二十四日

书目HYPERLINK第1章 引言 4HYPERLINK第2章 系统总体设计 5HYPERLINK2.1 系统总体设计 5HYPERLINK2.2 系统限制要求 5HYPERLINK2.3工艺流程图 6HYPERLINK第3章 限制系统硬件设计 7HYPERLINK3.1 PLC选型及扩展模块 7HYPERLINK3.1.1PLC的选型 7HYPERLINK 扩展模块的选择 8HYPERLINK3.2 I/O安排表 9HYPERLINK3.3 电机及驱动限制 10HYPERLINK 电机选型 10HYPERLINK 变频器的选择 10HYPERLINK3.4 低压电器的选型 11HYPERLINK 低压断路器的选型原则 11HYPERLINK 熔断器的选型 11HYPERLINK 限制按钮的选型 12HYPERLINK3.5 电源型号 13HYPERLINK3.6 人机接口设计 14HYPERLINK第4章 限制系统软件设计 15HYPERLINK4.1 限制程序流程图 15HYPERLINK4.2 限制程序设计 15HYPERLINK4.3显示操作界面设计 16HYPERLINK4.4程序调试 16HYPERLINK结束语 20HYPERLINK参考文献 21HYPERLINK附录 22HYPERLINK1PLC源程序 22HYPERLINK2电控柜元件布置图 33HYPERLINK3电控柜限制面板元件布置图 33引言随着城市化进程的加速，花式喷泉可以在人们四周随处可见。比如广场，大厦，小区等。花式喷泉是人造小气候，在燥热的夏日可以起到增湿和降温的作用；也为水体充氧，有利于水体增加自净实力，起到防止水体黑臭的作用。花式喷泉运行的敏捷性是评价花式喷泉优劣的关键，而这与花式喷泉的限制系统休戚相关。花式喷泉可以依据自己的设计，设计出各种各样的花样，加上灯光，能给人有种不错的视觉享受在很多休闲广场、景区或游乐场里，常常看到喷水池按肯定的规律喷水或变更式样，若在夜晚配上各种彩色的灯光显示，更加迷人。花式喷水池是近年来出现的一种园林建筑与花式欣赏相结合的一种产物。随着可编程限制器在我国的快速发展，对花式喷泉的限制要求也越来越高，使得越来越多的限制部分须要可编程限制器来实现。设计一花式喷水池，采纳PLC限制是比较便利的，在花式喷水时序确定的前提下，可以通过变更时序或者变更限制开关，就可变更限制方式，达到显现各种复合状态的要求。在游人和居民常常光顾的场所，如公园、广场、旅游景点及一些知名建筑前，常常会修建一些喷泉供人们休闲、欣赏。这些喷泉按肯定的规律变更喷水式样，假如再与五彩缤纷的灯光相协作，在和和谐优雅的音乐中，更使人心旷神怡，流连忘返。利用PLC限制喷泉喷水方式，产生各样的样式。在系统的硬件组成以及软件的实现，通过PLC限制电磁阀开关来确定喷水的效果。实际应用效果良好。

电气限制与PLC课程设计是电气自动化技术专业一个重要的实践性教学环节，通过课程设计达到驾驭电气限制柜的原理设计、安装工艺图纸设计的基本方法，并能达到娴熟运用可编程限制器实现简洁限制系统的限制要求，娴熟地进行系统外围电路设计、接线、编程、调试等工作。本系统采纳PLC是基于以下三个缘由：

①PLC具有很高的牢靠性，通常的平均无故障时间都在30万小时以上；

②编程实力强，程序指令简洁，可以使限制过程便利地用软件来实现；

③抗干扰实力强，目前空中各种电磁干扰日益严峻，为了保证花式喷水池牢靠稳定，我们选择了能够在恶劣的电磁干扰环境下正常工作的PLC。系统总体设计系统总体设计对花式喷水池进行PLC限制，我们的总体思路是先设计硬件电路，再设计软件系统。硬件电路设计思路是对PLC各个I/O口进行功能安排，共有四个档位按钮，启动按钮和停止按钮，单步开关和连续开关。软件系统设计是利用步进指令进行编程限制其喷水规律。设计过程中主要考虑以下几点：（1）深化了解和分析花式喷水池的工艺条件和限制要求。（2）确定I/O设备。依据花式喷水池限制系统的功能要求，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）依据I/O点数选择合适的PLC类型。（4）安排I/O点。安排PLC的输入输出点，编制出输入输出安排表或输入输出端口的接线图。（5）设计花式喷水池系统的梯形图程序，依据工作要求设计出周密完整的梯形图。（6）程序，这是整个花式喷水池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。为便利编程，采纳先编写状态转移图，再将状态转移图编写为梯形图的方式，这样便利分析每一步的步骤。运用西门子编程软件编写梯形图，运用步进指令SET、STL，复位指令RST，总复位指令ZRST。

2.2系统限制要求图2.1中4为中间喷水管，3为内环状喷水管，2为中环形态喷水管，1为外环形态喷水管。图2.2中的选择开关可有4种选择，可分别用4个开关模拟实现；单步/连续开关为“1”=单步，“0”=连续，其他为单一功能开关。限制要求如下：（1）限制器电源开关接通后，按下启动按钮，喷水装置即起先工作。按下停止按钮，则停止喷水。工作方式由“选择开关”和“单步/连续”开关来确定。（2）“单步/连续”开关在单步位置时，喷水池只运行一个循环；在连续位置时，喷水池反复循环运行。（3）方式选择开关用以选择喷水池的喷水花样，1～4号喷水管的工作方式选择如下：（a）选择开关在位置“1”——按下启动按钮后，4号喷水，延时2s，3号喷水，再延时2s，2号喷水，再延时2s，1号喷水，接着一起喷水15s为一个循环。（b）选择开关在位置“2”——按下启动按钮后，1号喷水，延时2s，2号喷水，再延时2s，3号喷水，再延时2s，4号喷水，接着一起喷水30s为一个循环。（c）选择开关在位置“3”——按下启动按钮后，1、3号同时喷水，延时3s后，2、4号同时喷水，1、3号停止喷；交替运行5次后，再1～4号全部喷水30s为一个循环。（d）选择开关在位置“4”——按下启动按钮后，喷水池1～4号水管的工作依次为：1→2→3→4按依次延时2s喷水，然后一起喷水30s后，1、2、3和4号水管分别延时2s停水，再等待1s，由4→3→2→1反序分别延时2s喷水，然后再一起喷水30s为一个循环。不论在什么工作方式，按下停止按钮，喷水池马上停止工作，全部存储器复位。2.3工艺流程图图2.3系统流程图限制系统硬件设计PLC选型及扩展模块3.1.1PLC的选型在PLC系统设计时，首先应确定限制方案；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，应具体分析工艺过程的特点、限制要求，限制任务和范围确定所需的操作和动作，然后依据限制要求，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，最终选择有较高性能价格比的PLC和设计相应的限制系统。

（1）输入输出（I/O）点数的估算输入输出（I/O）点数估算时应考虑适当的余量，通常依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。

（2）存储器容量的估算

存储器容量是可编程序限制器本身能供应的硬件存储单元大小，程序容量是存储器中用户应用项目运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肯定估算，通常采纳存储器容量的估算来代替。

存储器内存容量的估算没有固定的公式，很多文献资料中给出了不同公式，大体上都是按数字量I/O点数的10-15倍，加上模拟I/O点数的100倍，以此数位内存的总字数（16位为一个字），另外再按次数的25%考虑余量。因此本课题的PLC内存容量选择应能存储2000条梯形图，这样才能在以后的改造过程中有足够的空间。

（3）限制功能的选择

该选择包括运算功能、限制功能、通信功能、编程功能、诊断功能和处理速度等特性的选择。（4）机型的选择通过对输入输出点的选择、对存储容量选择、对I/O响应时间的选择以及输出负载的特点选型的分析。选用西门子的S7-200-224型（输入14点/输出10点）PLC作限制单元来限制整个系统。西门子S7-200的结构功能本设计采纳西门子S7-200系列PLC作为限制核心，所以现在就以它来讲解并描述PLC的结构性能。西门子S7-200系列可编程限制系统由主机（基本单元）、I/O扩展单元、功能单元（模块）和外部设备（文本／图形显示器、编程器）等组成。

西门子S7-200系列PLC属于小型整体式结构的PLC,本机自带RS-485通信接口、内置电源和I/O接口。它结构小巧，运行速度快，牢靠性高，具有极其丰富的指令系统和扩展模块，实时特性和通信实力强大，便于操作、易于驾驭，性价比特别高，在各种行业中的应用越来越广，成为中小规模限制系统的志向限制设备。西门子S7-200系列PLC的硬件配置敏捷，既可用一个单独的S7-200CPU构成一个简洁数字量限制系统，也可通过扩展电缆进行数字量I/O模块、模拟量模块或智能接口模块的扩展，构成较困难的中等规模限制系统。扩展模块的选择当CPU的I/O点数不够用或须要进行特别功能的限制时，就要进行系统扩展。系统扩展包括I/O点数的扩展和功能的扩展。不同的CPU有不同的扩展规范，比如可连接的扩展模块的数量和种类等，这些主要受CPU的功能限制。模拟量输入/输出扩展模块EM235只有一种4路AI/1路AO（占用2路输出地址）的产品。工作电压为24（V），输出频率为100（KHZ）。引脚图如下图3.1EM232引脚图I/O安排表分析系统及限制要求知需8个输入和四个输出，所以选CPU224即可满意要求（CPU224有14输入和10输出）。I/O安排表如下表。表3.1地址安排表输入信号输出信号序号功能元件地址序号限制对象元件地址1启动按钮SF0I0.014号接触器QA3QA3Q0.32停止按钮SF1I0.123号接触器QA2QA2Q0.23单步/连续开关SF2I0.232号接触器QA1QA1Q0.14选择开关1SF3I0.341号接触器QA0QA0Q0.05选择开关2SF4I0.46选择开关3SF5I0.57选择开关4SF6I0.6图3.2I/O接线电机及驱动限制电机选型电动机是生产机械电力拖动系统的拖动元件，选择电动机时，应考虑电动机的功率、转速、结构形式、额定电压等。喷水管的运动主要由电动机M1、M2、M3、M4实现喷水，完成喷水池的喷水花样。选择电动机的功率的依据是负载功率。功率选的过大，设备投资将造成奢侈，同时由于电动机欠载运行，使之效率和功率因数降低，运行费用也会提高；相反，功率选的过小，电动机过载运行，使之寿命降低。沟通电动机额定电压应与供电电网电压一样。中小型异步电动机额定电压为220V/380V及380V/660V两种，当功率较大时，可选用相应电压的高压电动机。对于额定功率相同电动机，额定转速越高，电动机尺寸、质量愈小，成本愈低，所以选择告知电动机较为经济。但由于生产机械所需转速肯定，电动机转速愈高，传动机构转速比愈大，传动机构愈困难。因此应考虑综合分析来确定电动机的额定转速。电动机的结构形式按其安装位置的不同可分为卧式和立式两种，应以电动机和工作机构的连接便利、紧凑为原则来选择。综上考虑，电动机选择型号为：Y160M-4,11KW,380V,23.0A,1460r/min。变频器的选择西门子MM440是用于限制三相沟通电动机速度和转矩的变频器。本系列有多种型号，额定功率范围120W到200kW(恒定转矩(CT)限制方式)，或者可达250kW(可变转矩(VT)限制方式)，供用户选用。本变频器由微处理器限制，并采纳具有现代先进技术水平的绝缘栅双极型晶体管(IGBT)作为功率输出器件。因此，它们具有很高的运行牢靠性和功能的多样性。采纳脉冲频率可选的专用脉宽调制技术，可使电动机低噪声运行。全面而完善的爱护功能为变频器和电动机供应了良好的爱护。MM440具有缺省的工厂设置参数，它是给数量众多的可变速限制系统供电的志向变频传动装置。由于MM440具有全面而完善的限制功能，在设置相关参数以后，它也可用于更高级的电动机限制系统。西门子MM440既可用于单独传动系统，也可集成到自动化系统中。图3.3主电路低压电器的选型低压断路器的选型原则（1）断路器的额定工作电压应大于或等于线路或设备的额定工作电压。对于配电电路来说应留意区分是电源端爱护还是负载爱护，电源端电压比负载端电压高出约5%左右。（2）断路器主电路额定工作电流大于或等于负载工作电流。（3）断路器的过载脱扣整定电流应等于负载工作电流。（4）断路器的额定通断实力大于或等于电路的最大短路电流。（5）断路器的欠电压脱扣器额定电压等于主电路额定电压。（6）断路器类型的选择，应依据电路的额定电流及爱护的要求来选用。熔断器的选型工业上选择熔断器一般应从以下几个方面考虑：（1）熔断器的类型应依据线路的要求、运用场合及安装条件进行选择。（2）熔断器的额定电压必需等于或高于熔断器工作点的电压。（3）熔断器的额定电流依据被爱护的电路（支路）及设备的额定负载电流选择。熔断器的额定电流必需等于或高于所装熔体的额定电流。（4）熔断器的额定分断实力必需大于电路中可能出现的最大故障电流。（5）熔断器的选择需考虑电路中其他配电电器、限制电器之间选择性协作等要求。为此，应使上一级（供电干线）熔断器的熔体额定电流比下一级（供电支线）大1-2个级差。选择熔断器类型时，主要依据负载的爱护特性和短路电流的大小。例如，用于爱护照明和电动机的熔断器，一般是考虑它们的过载爱护，这时，希望熔断器的熔化系数适当小些。所以，容量较小的照明线路和电动机宜采纳熔体为铅锌合金熔断器，而大容量的照明线路和电动机，除过载爱护外，还应考虑短路时分断短路电流的实力。若短路电流较小时，可采纳熔体为锡质的或熔体为锌质的熔断器。用于车间低压供电线路的爱护熔断器，一般是考虑短路时的分断实力，当短路电流较大时，宜采纳高分断实力的熔断器。当短路电流相当大时，宜采纳限流作用的熔断器。熔体额定电流的选择：1.用于爱护照明或电热设备的熔断器，因负载电流比较稳定，熔体的额定电流一般应等于或稍大于负载的额定电压，即式中：为熔体的额定电流，为负载的额定电流2.用于爱护单台长期工作的电动机（即供电支线）的熔断器，考虑电动机启动时不应熔断，即Ire≥（1.5~2.5）Ie轻载启动或启动时间比较短时，系数可取近似1.5。带重载启动或启动时间比较长时，系数可取近似2.5。3.用于爱护频繁启动电动机（即供电支线）的熔断器，考虑频繁启动时发热而熔断器也不应熔断，即Ire≥（3~3.5）Ie式中：为熔体的额定电流，为电动机的额定电流。限制按钮的选型限制按钮简称按钮，是一种结构简洁且运用广泛的手动电器，在限制电路中用于手动发出限制信号以限制接触器、继电器等。我们这次选择的是LA39-11型的按钮开关。元件明细表如下：表3.2元件明细表序号文字符号器件名称型号主要参数数量1QA0塑料外壳式低压断路器DZ20Y-100/3300 50/60（Hz），800（V），400（A）12FU1-FU4熔断器RL1-15

500（V）熔体：10（A）43MM440变频器

6SE6420-2UD27-5CA0.37（kW）-250（kW），三相AC380（V），6（A）44KF1-KF4电磁继电器HH52PDC24（V），10A(切换)，10（V）(切换)65SF0-SF7按钮开关LA39-11220（V），10（A），≥60×104次86DC直流电源NES-50-2450（W）24（V）－20℃～+60℃（度）37PLC中心处理单元G6Q-TR4A50（kHz），220（V）18——模拟量输出扩展模块西门子EM232(6ES7232-0HB22-0XA0)24（V），100（kHz）29MA0-MA3电动机 Y160M-4 11（K）W,380（V）,23.0（A）,1460（r/min）4电源型号依据本设计需求选择型号NES-50-24，调制方式：脉冲宽度调制（PWM式），输入电压：24（V），输出功率：50（HZ）,输出电压：24（V），工作效率：86%，输出纹波电压：200（mV），输出电压精度：1%，输出电流：2.2（A）。其方框图如下：图3.4电源方框图人机接口设计TD200运用液晶（有背光LED）能显示2行，每行20个字符或10个汉字，有4个可编程的功能键和5个系统键，最多可以处理80个报警信息、64个过程画面、864个变量。下面是按键说明：1吩咐键说明（1）ENTER用此键写入新数据和确认信息。（2）ESC用此键转换DisplayMessage方式和Menu方式，或紧急停止一个编辑。（3）UPARROWUP箭头用于递增数据和上卷光标到下一个更高优先级的信息。（4）DOWNARROWDOWN箭头用于递减数据和卷动光标到下一个较低优先级的信息。（5）SHIFTSHIFT键转换全部功能键的数值。当按SHIFT键时，在TD显示区的右下方显示一个闪耀的S。2功能键说明（1）F1功能键F1设置标记位Mx.0。（S7-200M存储区x字节的第0位）假如按SHIFT键的同时（或预先按下SHIFT键）按下功能键F1，则设置标记位Mx.4（2）F2功能键F2设置标记位Mx.1。假如按SHIFT键的同时（或预先按下SHIFT键）按下功能键F2，则设置标记位Mx.5（3）F3功能键F3设置标记位Mx.2。假如按SHIFT键的同时（或预先按下SHIFT键）按下功能键F3，则设置标记位Mx.6（4）F4功能键F4设置标记位Mx.3。假如按SHIFT键的同时（或预先按下SHIFT键）按下功能键F4，则设置标记位Mx.7对于S7－200PLC的供电电源，应当设计一个独立的开关，它能够同时切断CPU、输入电路和输出电路的全部供电，如有可能，可运用熔断器或干脆运用断路器等过电唁爱护装置来限制供电线路的电流。限制系统软件设计限制程序流程图图4.1程序流程图限制程序设计表4.1内部元件明细表输入地址功能输出地址功能I0.0启动Q0.01号喷头动作I0.1停止Q0.12号喷头动作I0.2单步动作Q0.23号喷头动作I0.3花式1动作Q0.34号喷头动作I0.4花式2动作I0.5花式3动作I0.5花式4动作4.3显示操作界面设计（见附录图2）4.4程序调试（仿真图）按下第一种运行方式，喷水池起先运行，如图下图所列图4.2程序调试图图4.3程序调试图图4.4程序调试图图4.5程序调试图图4.6程序调试图图4.7程序调试图图4.8程序调试图其余三种循环方式，也是在喷泉处于单步运行状态时，进行调试。喷泉的四种循环方式选择开关，可在喷泉处于单步运行状态时，进行调试。喷泉运行状态下，按下喷泉循环方式选择按钮，完成四种方式间的切换调试。以上调试完成后，喷泉在默认（连续）状态下启动，喷泉始终运行下去。结束语本次PLC课程设计题目与实际生活联系紧密，使我充分相识到了这门课程的实际意义和现实重要性。通过本次课程设计我驾驭了电气限制的原理设计的基本方法，并能达到娴熟运用可编程限制器实现简洁限制系统的限制要求，尤其是对于依次限制指令的运用。基本可以娴熟地进行系统外围电路设计、接线、编程、调试等工作。通过合作，我们的合作意识得到加强，合作实力得到提高。上高校后，很多同学都没有过深化的沟通，在设计的过程中，我们用了分工与合作的方式，每个人互责肯定的部分，同时在肯定的阶段共同探讨，以解决分工中个人不能解决的问题，在沟通中大家主动发言，和提出看法，同时我们还向别的同学请教。在此过程中，每个人都想自己的方案得到实现，主动向同学说明自己的想法。能够比较选出最好的方案。在这过程也提高了我们的表过实力。在设计的过程中我们还得到了老师的帮助与看法。在学习的过程中，不是每一个问题都能自己解决，向老师请教或向同学探讨是一个很好的方法，可以让自己在最短的时间内把自己不能解决的问题得以解决，从而提高学习的效率。参考文献[1]谢少荣.《常用可编程序限制器极其应用》[M].化学工业出版社,2006.

[2]张鹤鸣，刘耀元.《可编程限制器原理及应用教程》[M].北京高校出版社,2007.

[3]胡文金.《可编程序限制器实训教程》[M].重庆高校出版社，2007.[4]郭崇山.《国际高校生程序设计竞赛例题解（三）》[M].电子工业出版社，2007.

[5]张浩风.《PLC梯形图设计方法与应用实例》[M].机械工业出版社，2008.[6]谢文辉，张志芳.《PLC应用技术易读通》[M].中国电力出版社，2008.[7]严盈富.《触摸屏与PLC入门》[M].人民邮电出版社，2006.

[8]周军.《电气限制及PLC》[M].北京机械工业出版社,2001.

[9]廖常初.《FX系列PLC编程及应用》[M].机械工业出版社,2005.[10]廖常初.《PLC编程及应用》[M].机械工业出版社,2002.附录1PLC源程序2电控柜元件布置图3电控柜限制面板元件布置图实习体会经过了一个学期PLC技术的学习，我们基本上驾驭了老师上课所介绍的学问点，还有通过学习过程中的试验部分也让我们对PLC限制设计有了初步的相识。当我们充分了解该系统的限制要求及平安、精确、稳定性方面的要求后，细致翻阅课本和借鉴以往试验课程中PLC程序设计的阅历，最终经过我们共同商榷，确定了该设计方案。通过这次课程设计我们对PLC程序设计有了进一步的相识，把以前学习上盲点也通过这次课程设计一并解决。而且分组工作的方式给了我与同学合作的机会，提高了我与人合作的意识与实力。

通过这次设计实践。我巩固和提高了我的PLC的基本编程方法，对PLC的工作原理和运用方法也有了更深刻的理解。在对理论的运用中，提高了我们的工程素养，改善了我们对一些细微环节不加重视的坏习惯，当我们把自己想出来的程序与到PLC中的时候，问题出现了，不是不能运行，就是运行的结果和要求的结果不相符合。能够解决一个个在调试中出现的问题，我们对PLC的理解得到加强，看到了实践与理论的差距。实习任务书组内学生姓名冯浩然，赵常宏，王海波，李世鹏，邢静人数5系部名称电气与信念工程学院专业电气工程及其自动化班级、学号09-3班20091579指导老师姓名徐鹿眉，王希凤职称讲师从事专业电气工程题目名称基于PLC的花式喷水池限制系统设计一、工程实践的目的、意义花式喷水池是近年来出现的一种园林建筑与花式欣赏相结合的一种产物。随着可编程限制器在我国的快速发展，对花式喷泉的限制要求也越来越高，使得越来越多的限制部分须要可编程限制器来实现。在很多休闲广场、景区或游乐场里，常常看到喷水池按肯定的规律喷水或变更式样，若在夜晚配上各种彩色的灯光显示，更加迷人。设计一花式喷水池，采纳PLC限制是比较便利的，在花式喷水时序确定的前提下，可以通过变更时序或者变更限制开关，就可变更限制方式，达到显现各种复合状态的要求。二、工程实践的主要内容、技术要求（包括原始数据、技术参数、设计要求、工作量要求等）设计要求：（1）限制器电源开关接通后，按下启动按钮，喷水装置即起先工作。按下停止按钮，则停止喷水。工作方式由“选择开关”和“单步/连续”开关来确定。（2）“单步/连续”开关在单步位置时，喷水池只运行一个循环；在连续位置时，喷水池反复循环运行。（3）方式选择开关用以选择喷水池的喷水花样，1～4号喷水管的工作方式选择如下：（a）选择开关在位置“1”——按下启动按钮后，4号喷水，延时2s，3号喷水，再延时2s，2号喷水，再延时2s，1号喷水，接着一起喷水15s为一个循环。（b）选择开关在位置“2”——按下启动按钮后，1号喷水，延时2s，2