喷泉的PLC控制器设计.doc

2 辽辽 宁宁 工工 业业 大大 学学 PLCPLC技术及应用技术及应用 课程设计 论文 课程设计 论文 题目 题目 喷泉的喷泉的PLCPLC控制器设计控制器设计 院 系 院 系 电气工程学院电气工程学院 专业班级 专业班级 测控测控09092 2 学学 号 号 090301009030104141 学生姓名 学生姓名 于世震于世震 指导教师 指导教师 起止时间 起止时间 2012 12 172012 12 17 2012 12 282012 12 28 3 课程设计 论文 任务及评语课程设计 论文 任务及评语 院 系 电气工程学院 教研室 测控技术与仪器 注 成绩 平时20 论文质量60 答辩20 以百分制计算 学 号090301041学生姓名于世震专业班级测控092 设计 题目 喷泉的PLC控制器设计 课程设计 论文 任务 设计任务 设计任务 1 有 A B C 三组喷泉有两种工作方式 试设计 PLC 控制器 2 具体的工作过程为 方式一的工作循环由 6 个时段组成 分别称为时段 1 时段 6 组成 A 组先喷 5s B C 组同时喷 5s A 组停 A B 组停 C 组喷 5s A B 组喷 2s C 组停 2s A B C 组同时喷 5s A B C 组同 时停 3s 时段 1 时段 6 继续循环 方式二的工作循环由 5 个时段组成 A 组和 B 组先喷 5s C 组停 B C 组同时喷 5s A 组停 A C 组喷 5s C 组停 A B C 组同时喷 5 秒 A B C 组同时停 3s 时段 1 时段 5 继续循环 设计要求 设计要求 1 根据控制要求进行方案选择论证 即分析系统功能 确定系统的输入 输 出信号及类型 选择 PLC 主机 传感器和扩展模块 2 根据输入 输出信号建立 I O 分配表 完成 PLC 与输入 输出信号的外部 接线 3 按系统的控制要求 设计系统的梯形图 包括主程序 中断程序 标度 变换子程序和输出控制子程序 4 上机调试 完善程序 5 按学校规定的书写格式 撰写 打印设计说明书一份 设计说明书应在 4000 字以上 技术参数 技术参数 控制按钮额定工作电压 220V 约定发热电流 5A 信号灯额定工作电 压 220V 功率小于 0 4W PLC 触点寿命 500000 次 时间误差 0 5S 工作计划 1 布置任务 查阅资料 理解掌握系统的控制要求 1 天 2 确定系统的输入 输出信号和类型 选择 PLC 主机和扩展模块 2 天 3 建立 I O 分配表 完成 PLC 与输入输出信号的外部接线 1 天 4 按系统的控制要求 设计系统的梯形图 2 天 5 上机调试 修改程序 1 天 6 撰写 打印设计说明书 2 天 7 答辩 1 天 指导教师评语及成绩 平时 论文质量 答辩 指导教师签字 总成绩 年 月 日 IV 摘摘 要要 随着计算机网络技术的发展以及企业对工厂自动化程度要求的不断提高 自 动控制从传统的集中式向多元化分布式方式发展 PLC 作为当今世界上最受自动 化企业青睐的工控设备 其应用范围几乎可以延伸到任何一个专业领域 在中小 型自动控制系统中 PLC 更可以发挥其自身优势 使系统的自动化程度得到大幅度 提高 在功能及性能上也更加全面和强大 而已 PLC 为控制器的喷泉已花样百出 的融入到我们的日常生活中 在本文中介绍了以西门子 S7 200 系列 PLC 为主要控制设备的喷泉控制器设 计及其仿真 采用两种工作方式对喷泉的控制功能进行分析 包括系统的描述 设备的选型 I O 分配表 外部接线图及梯形图的设计 运用顺序功能指令的方 式实现 PLC 对喷泉进行自动控制 关键词 PLC 喷泉 自动控制 V 目 录 第 1 章 绪论 1 第 2 章 系统分析 2 2 1 概述 2 2 2 输入输出设计 2 2 3 PLC CPU 器件选型 2 2 4 水泵选型 3 2 5 开关选型 4 第 3 章 接线及程序设计 5 3 1 外部接线图 5 3 2 I O 分配 5 3 3 梯形图程序 6 第 4 章 系统调试与分析 10 4 1 系统运行结果 10 4 2 系统模拟调试 10 第 5 章 课程设计总结 12 参考文献 13 1 第 1 章 绪论 当今时代信息技术的飞速发展 全国城市建设速度加快 人们也追求高质量 的文化生活和环境美 人们对喷泉的造景功能 娱乐功能 环保功能认识的提 高 开拓了喷泉的应用范围 我们可以看到 适宜于喜庆节日 大型群众集会的 广场喷泉和城市主题雕塑喷泉 其水造型往往是简捷 明快 庄重 大方 给予 人们团结进取 凝聚向上的感受 在商业广场 购物中心以及一些景点的大型激 光彩色音乐喷泉 其动感十足的 水表演 既欢快 跳跃 又抒情 富有诗意 的 水舞蹈 有些喷泉配之以水幕电影 给人们以变幻无穷 绚丽多姿的视听 效果 市场的需求推动了喷泉行业的发展 喷泉走出公园 园林的围墙和广场的 中心 深入延伸到人们的各个社会活动场所 许多喷泉专业的生产厂商和专业公 司 在这段时间内应运而生 迅速发展起来 由可编程控制器 PLC 组成的小型 喷泉系统在软件及硬件上均可较好地满足控制喷泉变化的要求 目前市场上的喷 泉有很多还是利用传统计算机控制 设备不够小巧方便 使用起来也不够便捷 这次课设就是用 PLC 设计简单便利的方式 控制喷泉的工作运行 提高效率 实 现设计要求 在本次设计中就是采用了 S7 200 PLC 作为控制器进行喷泉喷水控制 PLC 编 程方法简单易学 功能强 性能价格比高 硬件配套齐全 用户使用方便 适应 性强 使它能够进行多种水型按照人们希望的顺序进行喷射 通过 PC 机与 PLC 之间的通信来监控喷泉的状态与效果 2 第 2 章 系统分析 2 1 概述 在本次 PLC 喷泉控制器的设计中 选用西门子 S7 200PLC 作为控制器 有 A B C 三组喷泉 采用顺序控制指令实现两种不同时段的工作方式来控制水的喷 射与停止 本文结合任务设计书的要求 对喷泉的控制系统的总体功能进行了分析 阐 述了可编程控制器的组成和工作原理 提出了喷泉硬件的各组成模块及详细的硬 件模块设计方案 并对控制方式进行了设计和程序的编写 本设计改善了喷泉系 统的控制品质 并真正地达到了实时控制的要求 2 2 输入输出设计 本次喷泉系统应有四部分输入 即喷头的启动与停止 工作模式 1 工作模 式 2 且分别由 PLC 的输入 I0 0 I0 1 I0 2 I0 3 来控制 系统的输出部分是三组喷泉A B C 分别由继电器A B C表示 分别接入 PLC的输出端口Q0 0 Q0 1 Q0 2 2 3 PLC CPU 器件选型 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 所需的器件选型 通过分析 I O 口的数量 以及价格成本本次课程设计运用小型 PLC 就可以实现题目所要求的控制功能 本次喷泉控制系统选用西门子公司 S7 200 系列的 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 我设计的花式喷泉模型共有 5 个输入 5 个输出 因此 选用型号为 S7 200 14 入 10 出的 CPU224 CPU224 的性能 14 输入 10 输出 程序存储容量和数据存储容量都扩大了 3 很多 最多可以有 7 个扩展模块 内置时钟 有更强的模拟量和高计数的处理能 力 CPU224 实物图如图所示 图 2 1 CPU224 实物图 2 4 水泵选型 根据本次设计的要求 选择采用潜水泵 因为潜水泵是放置在水下 因此不 需要泵房 这样可以降低造价 而且潜水泵能耗低 体积小 重量轻 不需灌引 水 使用维护及管理方便 并且达到了节约水资源的目的 具有卧式水泵所不具 有的优点 可以适应喷泉的喷水要求 本设计采用上海申一水泵制造有限公司生产的 QY 型油浸式潜水泵 QY 型油 浸式潜水电泵是由充油式潜水电机与离心式水泵同轴联接组成 它广泛应用于农 业灌溉 工矿排水 水景喷泉 水产养殖 鱼塘增氧 防洪排涝等领域 具有泵 电一体 结构紧凑 无需引水 使用简便 双端密封 电器保护 设计合理 性 能优良等特点 水泵的使用条件是潜水深度不超过 5 米 水温不超过 40 PH 值应在 5 9 之间 因此 很适合用本设计的要求 4 图 2 2 水泵的实物图 2 5 开关选型 开关量输出模块是将PLC内部低电压信号转换成驱动外部输出设备的开关信 号 并实现PLC内外信号的电气隔离 开关量输出模块有继电器输出 晶闸管输出和晶体管输出三种方式 继电器输出的价格便宜 既可以用于驱动交流负载 又可用于直流负载 而 且适用的电压大小范围较宽 导通压降小 同时承受瞬时过电压和过电流的能力 较强 但其属于有触点元件 动作速度较慢 驱动感性负载时 触点动作频率不 得超过1HZ 寿命较短 可靠性较差 只能适用于不频繁通断的场合 对于频 繁通断的负载 应该选用晶闸管输出或晶体管输出 它们属于无触点元件 但晶 闸管输出只能用于交流负载 而晶体管输出只能用于直流负载 选择开关量输出模块时 还应考虑能同时接通的输出点数量 同时接通输出 设备的累计电流值必须小于公共端所允许通过的电流值 如一个 220V 2A 的 8 点输出模块 每个输出点可承受 2A 的电流 但输出公共端允许通过的电流并不 是 16A 8 2A 通常要比此值小得多 一般来讲 同时接通的点数不要超出同一 公共端输出点数的 60 根据设计要求 启动按钮选用常开按钮 停止按钮选用 常闭按钮 通过性能 价格及应用等方面筛选 本次设计选用了 LAP3 40D 图 2 3 LAP3 40D 按钮开关实物图 5 CPU224 I0 0I0 1I0 2I0 31M2MM L Q0 0Q0 1Q0 2N1L 2LL1 GND K2K1K3K4 ABC 220V 第 3 章 接线及程序设计 3 1 外部接线图 本次喷泉控制器的设计的外部接线主要由水泵 继电器 开关以及220V交流 电源构成 PLC输入端使用I0 0 I0 1 I0 2 I0 3四个端口 I0 1是喷泉启动 喷水按钮 I0 1为喷泉停止喷射按钮 I0 2是选择工作模式1按钮 I0 3是选择 工作模式2按钮 PLC输出端使用Q0 0 Q0 1 Q0 2三个端口 喷泉A B C分别 由继电器A B C代替 继电器分别与三个输出端口相连 电源由220V交流电源 供电 图 3 1 外部接线图 3 2 I O 分配 通过对喷泉控制系统的分析 本次设计系统需要 4 输入 5 输出 PLC 输入端 使用 I0 0 I0 1 I0 2 I0 3 四个端口 其中两个输入端口对应两个按钮式开 关按钮 一个负责启动喷泉喷水 另一个负责停止喷泉喷水 另外两个输入端口 用作选择两个不同的工作方式 一个代表工作方式一 另一个代表工作方式二 PLC 输出端口 Q0 0 Q0 1 Q0 2 对应 3 组喷泉 A B C Q0 3 与 Q0 4 分 6 别连接两个指示灯 指示灯分别指明了系统当前所选择的工作模式 从而使现象 更加明显 表3 2 I O分配 3 3 梯形图程序 名称名称地址地址说明说明 启动按钮I0 0启动喷泉系统 停止按钮I0 1停止喷泉系统 工作方式一开关I0 3喷泉选择 1 号方式喷水 工作方式二开关I0 4喷泉选择 2 号方式喷水 喷泉 AQ0 0A 组喷泉喷水 喷泉 BQ0 1B 组喷泉喷水 喷泉 CQ0 2C 组喷泉喷水 指示灯 1Q0 3选择工作方式一 指示灯 2Q0 4选择工作方式二 7 8 9 10 第 4 章 系统调试与分析 4 1 系统运行结果 当严格检查外部接线与 PC 机程序输入后 首先选择按照工作方式一工作 按下开关 K1 此时彩灯 A 先亮 5s 然后彩灯 B C 组同时亮 5s 彩灯 A 灭 彩灯 A B 灭 彩灯 C 亮 5s 彩灯 A B 亮 2s 彩灯 C 灭 2s 彩灯 A B C 同时亮 5s 彩灯 A B C 同时灭 3s 以此工作继续循环 当工作方式 2 按钮 I0 3 按下 系统按照工作模式 2 工作 彩灯 A 和 B 先 亮 5s 彩灯 C 灭 彩灯 B C 同时亮 5s 彩灯 A 灭 彩灯 A C 亮 5s 彩灯 C 灭 彩灯 A B C 同时亮 5 秒 彩灯 A B C 同时灭 3s 以此工作继续循环 当停止按钮 I0 1 按下时 系统停止工作 彩灯全部熄灭 图 4 1 实物接线图 4 2 系统模拟调试 本次喷泉系统主控核心为 S7 200PLC 系统中需要 4 入 5 出 分别为启动开关 11 接在输入点 I0 0 停止按钮接在输入点 I0 2 选择工作方式一开关接在输入点 I0 3 选择工作方式二开关接在输入点 I0 4 输出点分别为 A 组喷泉接在 Q0 0 B 组喷泉接在 Q0 1 C 组喷泉接在 Q0 2 方式一工作指示灯接在 Q0 3 方式二工作指示灯接在 Q0 4 当 PC 机与试验台建立起通信后 在 PC 机 PLC 软件中输入程序 加载运行 后 我们发现程序在运行一段时间后 在 A 组喷泉喷水后 B 组喷泉不能喷水定 时 经过检查后发现是由于双输出的原因 及时加入复位指令改正后 程序能够 正常运行 12 第 5 章 课程设计总结 本次 PLC 喷泉控制器的设计中采用西门子 S7 200 系列 PLC 为核心控制 充 分利用 PLC 所学的基础知识 对喷管的工作方式进行控制 主要通过可编程逻辑 控制器 CPU