自动喷泉的PLC控制设计.doc

- - 摘摘 要要 可编程控制器是一种以微型计算机为核心的通用工业控制器。它是继承了继电器控 制器装置的部分突出性能，并与现代的计算机技术和通行技术结合为一体，代表了当 前电器控制技术的世界先进水平。 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 关键词关键词：自动喷泉；plc； - - 目录 第一章绪论第一章绪论.3 1.1 plc 的起源.3 1.2 plc 的发展趋势.3 1.3 设计要求.3 1.4 设计任务.4 第二章控制系统设计第二章控制系统设计.6 2.1 控制程序流程图设计.6 2.2 plc 的选型.6 2.3 plc 的 i/o 分配表.7 2.4 接线图.8 第三章第三章控制程序设计控制程序设计.9 3.1 主程序.9 3.2 子程序.10 第四章系统仿真与调试第四章系统仿真与调试.13 4.1 仿真及调试的步骤.13 4.2 过程演示.13 第五章总结第五章总结.16 参考文献参考文献.17 - - 第一章绪论第一章绪论 1.1plc1.1plc 的起源的起源 1968年美国通用汽车公司针对汽车制造业中必须采用大量的继电器来实现控制，而 继电器不仅体积庞大、接线繁琐，而且每年维护工作也要消耗大量的人力财力和物力， 与此同时还对维护人员的熟练程度提出了很高的要求。于是就设计一种新的系统来替 换继电器控制而向社会公开招标，并就此提出了著名的“通用十条”招标指标。 1969 年美国数字设备公司成功研制了第一台 pdp-14 控制器，并在汽车装配线上成 功使用。并根据其功能而命名为可编程逻辑控制器。随后日本、德国、法国和中国相 继掌握这一技术4。 1.21.2 plcplc 的发展趋势的发展趋势 工业控制领域随着近代半导体技术和通信技术的迅速发展而发生了翻天覆地的变化， plc 也在朝着自己的新技术方向发展，主要分为以下几个方向。 一是 plc 大力开发智能模块，加强联网通信能力。只有加强联网通信能力才 有出路，才更适应市场的需求。加强联网通信有包括之间联网通信和与 计算机之间的联网通信，这是够成一个系统必须的，另外就是各个厂家最好协商制定 一个通用的生产标准，最后就是 plc 信号采集与传感器、上位机等之间的通信协议的 发展。只有这些发展好了才能做出更好更大的系统，才能适应市场的需求。 二是向超小型化和超大型化方向发展，当前中小型越来越多，为了适 应社会的需求，plc 不得不向超小型化和超大型化这两个方向发展。超小型 plc 的优点 是配置灵活，因此既可以单机运行，也可以用于小型自动控制系统。而超大型 因为采用多个并行工作，且具有大容量存储，功能强大，在现代化市场也占有 一席之地。 三是向操作简易化方向发展。复杂的编程使得用户望而却步，阻碍了 的进一步推广应用。的发展方向必然是简化对复杂任务的编程。 1.31.3 设计要求设计要求 有 16 个彩灯代表 16 个喷头，有 4 个选择按钮，如下图 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 sb1 按钮选择花样 1 模式 1 到 4 号亮， 1 秒后灯 5 到 8 亮，1 到 4 号灭 1 秒后，9 到 12 亮，5 到 8 灭 1 秒后 13 到 16 亮，9 到 12 灭 1 秒后，重复到 花样二： 按下启动按钮，再按下 sb2 选择花样 2 模式 灯 6、7、10、11 亮 1s 后灯 1、4、13、16 亮，6、7、10、11 灭 1 秒后重复循环-步骤 花样三： 按下启动按钮，再按下 sb3 选择花样 3 模式 灯 1 亮， 1 秒后灯 6 亮灯 1 灭 1 秒后 11 亮 6 灭 1 秒后灯 16 亮 11 灭 1 秒后重复到 花样四： 按下启动按钮，再按下 sb4 选择花样 4 模式 灯 4 亮 彩彩 灯灯 l l1 1l l2 2l l3 3l l4 4 l l5 5l l6 6l l7 7l l8 8 l l9 9l l1 10 0 l l1 11 1l l1 12 2 l l1 13 3l l1 14 4l l1 15 5 l l1 16 6 按按 钮钮 s sb b1 1s sb b2 2s sb b3 3s sb b4 4 - - 1 秒后灯 7 亮 1 秒后灯 10 亮 1 秒后灯 13 亮 1.41.4 设计任务设计任务 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。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. 熟练运用指令进行 plc 控制程序设计，并有主程序、子程序和中断程序； 4. 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 - - 第二章控制系统设计第二章控制系统设计 2.12.1 控制程序流程图设计控制程序流程图设计 图 2.1 控制程序流程图 2.22.2 plcplc 的选型的选型 2.2.1 最大限度地满足被控对象的控制要求 充分发挥 plc 的功能，最大限度地满足被控对象的控制要求，是设计 plc 控制系 统的首要前提，这也是设计过程中最重要的一条原则。这就要求设计人员在设计之前 就要深入现场进行调查研究，充分收集控制现场的资料，同时收集相关国内、国外相 关的资料。同时还要注意和现场的工程管理人员、工程技术人员、现场操作人员等紧 密配合，拟定控制方案，共同解决设计中的重点问题和疑难问题。 - - 2.2.2 保证 plc 控制系统安全可靠 保证 plc 控制系统能够长期安全、可靠、稳定运行，是设计控制系统的重要原则。 这就要求设计者在系统设计、元器件选择、软件编程等方面要全面考虑，以确保控制 系统安全可靠。例如：应该保证 plc 控制程序不仅能在正常条件下运行，而且要在非 正常情况下，也能正常工作。 2.2.3 力求简单、经济、使用及维修方便 一个新的控制工程固然能提高产品的质量和数量，带来巨大的经济效益和 社会效 益，但新工程的投入、技术的培训、设备的维护也将导致运行资金的增加。因此，在 满足控制要求的前提下，一方面要注意不断地扩大工程的效益，另一方面也要注意不 断地降低工程的成本。这就要求设计者不仅应该使控制系统简单、经济，而且要使控 制系统的使用和维护方便、成本低，不宜盲目追求自动化和高指标。 2.2.4 适应发展的需要 由于技术的不断发展，控制系统的要求也将会不断地提高，设计时要适当考虑到 今后控制系统发展和完善的需要。这就要求在选择 plc、输入/输出模块、i/o 点数和 内存容量时，要适当留有裕量，以满足今后生产的发展和工艺的改进。 2.2.5 plc 选型 s7-200plc 它有四种不同的型号，由于设计要求有 6 个输入点和 16 个输出点，因 而选择 s7-cpu226 最为合适。 cpu226 主机数字量 i/o 点为 24 输入/16 输出共 40 个；扩展能力强，可连续 7 个 扩展模块，最大扩展至 248 个数字量 i/o 点或 35 路模拟量 i/o 点；13kb 程序和数据存 取空间；6 个独立的 30khz 高数计数器，2 路独立的 20khz 高数缓冲输出，具有 pid 控 制器；i/o 端子排可能很容易地整体拆卸，是具有将强控制能力的控制器。 2.32.3 plcplc 的的 i/oi/o 分配表分配表 根据系统要求所选择的 i/o 表如下表所示： 功能元件输入点功能元件输出点 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 - - 花样选择按钮 sb3 i0.2 指示灯 l3 q0.2 花样选择按钮 sb4 i0.3 指示灯 l4 q0.3 花样选择按钮 sb5 i0.4 指示灯 l5 q0.4 花样选择按钮 sb6 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 plc 输入/输出分配表 2.42.4 接线图接线图 - - 车辆与动力工程学院课程设计说明书 8 第三章第三章控制程序设计控制程序设计 3.13.1 主程序主程序 车辆与动力工程学院课程设计说明书 10 3.23.2 子程序子程序 车辆与动力工程学院课程设计说明书 11 车辆与动力工程学院课程设计说明书 12 车辆与动力工程学院课程设计说明书 13 第四章系统仿真与调试第四章系统仿真与调试 4.14.1 仿真及调试的步骤仿真及调试的步骤 对上述程序的仿真及调试的具体步骤如下： （1）在 step7 中从主程序导出王剑.awl 程序； （2）在 s7_200 汉化仿真 v2.0 软件中导入王剑.awl 程序； （3）从软件中选择 cpu 型号为 cpu226； （4）在仿真软件系运行程序打开开关 i0.0； （5）依次观察个花样的仿真结果。 4.24.2 过程演示过程演示 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 车辆与动力工程学院课程设计说明书 14 按下开始按钮关闭开关 2 后，按下开关三执行花样二 按下开始按钮关闭开关 3 打开开关 4 后执行花样三 车辆与动力工程学院课程设计说明书 15 按下开始按钮关闭开关 4 打开开关 5 后执行花样四 车辆与动力工程学院课程设计说明书 16 第五章总结第五章总结 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。在具体的设计过程中，通过老师和同学的帮助和自己的不断摸 索，掌握了不少的工程技术方法，同时也培养了自己的工程设计思想，为以后 的实际工作打下了一定的基础。因此，既让我们懂得了怎样把理论