花式喷水池装置PLC控制程序的设计与调试

1摘 要随着可编程控制器在我国的迅速发展，对花式喷泉的控制要求也越来越高，使得越 来越多的控制部分需要可编程控制器来实现。本设计书采用了西门子 s7-200 系列可编程序控制器作为喷水池的控制器。对花式喷水池的控制系统的总体功能进行了分析，详细介绍了系统的硬件配置、设计方案及软件设计顺序功能图。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。当控制要求发生改变时，只需要改变程序，硬件接线不变或作较小变动即可，方便简单。而且采用 PLC 控制时，利用其体积小、功能强、可靠性高，并具有较大的灵活性和可扩展性的特点，改变控制方式或改变选择开关，即可改变喷水规律，变换出不同的花样。关键词：花式喷水池装置；CPU222； 顺序控制1目 录第 1 章 引言 11.1 花式喷水池装置 PLC 控制程序的设计与调试内容简介11.2 花式喷水池装置 PLC 控制程序的设计与调试设计要求21.3 花式喷水池装置 PLC 控制程序的设计与调试设计思想2第 2 章 花式喷水池装置 PLC 控制系统的硬件电路设计32.1 花式喷水池装置 PLC 控制系统运行框图32.2 花式喷水池装置 PLC 控制系统 PLC 选型 32.3 花式喷水池装置 PLC 控制系统 I/O 分配表32.4 花式喷水池装置 PLC 控制系统 I/O 接线图3第 3 章 花式喷水池装置 PLC 控制系统的程序设计63.1 花式喷水池装置 PLC 控制程序的梯形图63.2 花式喷水池装置 PLC 控制程序的指令表6结论7设计总结8谢辞 9附录 10参考文献291第 1 章 引言1.1 花式喷水池装置 PLC 控制程序的设计与调试内容简介1花式喷水池示意图图 a)中 4 为中间喷水管，3 为内环状喷水管，2 为中环形状喷水管，1 为外环形状喷水管。 图 b)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。2控制要求（1）控制器电源开关接通后，按下启动按钮，喷水装置即开始工作。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”开关来决定。（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，14 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 3s1234a） 花 式 喷 水 池 喷 嘴 布 局 示 意 图 1234选 择 开 关 启 动 停 止单 步 /连 续 电 源b） 花 式 喷 水 池 控 制 开 关 面 板 图2后，2、4 号同时喷水，1、3 号停止喷；交替运行 5 次后，再 14 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 14 号水管的工作顺序为：1234 按顺序延时 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 4321 反序分别延时 2s 喷水，然后再一起喷水 30s 为一个循环。（4）不论在什么工作方式，按下停止按钮，喷水池立即停止工作，所有存储器复位。1.2 花式喷水池装置 PLC 控制程序的设计与调试课题要求本次的设计要求如下：1.画出运行框图；2.采用 PLC 控制，列出输入输出点分配表；3.画出 PLC 的输入输出设备的接线图；4.利用 STEP7-Micro/WIN32 软件完成梯形图、指令表的程序设计与调试；5.完成课程设计说明书1.3 花式喷水池装置 PLC 控制程序的设计与调试设计思想1. 水池控制电源开关接通后，工作方式由“选择开关”和“单步/连续”开关来决定；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。按下启动按钮，喷水装置即开始工作。按下停止按钮，则停止喷水；3. 当选择开关在 1 时，按动启动按钮时程序自动进入开关 1 对应该的程序运行，程序运行到最后时自行判断是单步或连续，就入戏一个环节。当选择开关在 2、3、4 时同上。3第 2 章 花式喷水池装置 PLC 控制系统的硬件电路设计2.1 花式喷水池装置 PLC 控制系统运行框图在许多休闲广场、景区或游乐场里，经常看到喷水池按一定的规律喷水或变化式样，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，采用 PLC 控制是比较方便的，在花式喷水时序确定的前提下，可以通过改变时序或者改变控制卉关，就可改变控制方式，达到显现各种复合状态的要求。经分析及组员的建议本设计题目使用顺序控制指令完成，思路清晰、易于理解。而顺序控制指令是 PLC 生产厂家为用户提供的可视功能图编程简单化和规范化的指令。本设计中使用顺序控制指令虽梯形图网络众多，操作比较繁琐，但思路清晰、易于理解。故选择顺序控制指令完成。本设计中涉及可选择的分支和链接、跳转和循环。分析系统及控制要求绘出如下运行框图 ,如图 2-1 所示2.2 花式喷水池装置 PLC 控制系统 PLC 选型从 2.1 运行框图分析可以知道，系统共有开关量输入点 8 个，开关量输出点 4 个。本系统采用西门子 S7-200 系列 PLC 进行控制。如果选用 CPU226PLC 或 CPU224PLC，价格较高，浪费较大。参照西门子 S7-200 产品目录，主机 CPU222.它体积小，重量轻，使用寿命长，编程和维护方便，故障率低，通过扩展模块的连接，可以增加输入/输出点数。CPU 222 输入电压：20.428.2V DC/85264V AC(4363Hz) ,集成了 8 输入/6输出共 14 个数字量 I/O 点。可连接 2 个扩展模块。2.3 花式喷水池装置 PLC 控制系统 I/O 分配表该系统需 8 个输入和 4 个输出，由以上知选 CPU222 即可满足要求（CPU222 有 8 输入和 6 输出） 。见表 2-1 I/O 分配表2.4 花式喷水池装置 PLC 控制系统 I/O 接线图CPU222 的 I/O 接线图如图 2-2 所示4选择开关开关 1 开关 2 开关 4开关 3启动 启动 启动 启动YV4 通电,4 号喷水YV1 通电,1 号喷水YV1YV4 依次延时,2s 通电 ,14 号依次喷水YV1,YV3 通电,1,3 号同时喷水延时 2s 后,YV3 通电,3 号喷水延时 2s 后,YV2 通电,2 号喷水延时 2s 后,YV1 通电,1 号喷水一起喷水 15s单步?延时 2s 后,YV2 通电,2号喷水延时 2s 后,YV3 通电,3号喷水延时 2s 后,YV4 通电,4 号喷水一起喷水 30s单步?延时 3s 后,YV2，YV4 通电,YV1，YV3 断电,1,3 号 停喷,2,4 号喷水循环次数=5?YV1，YV3通电,14 号同喷水 30s单步?一起喷水 30sYV4YV1 依次延时 2s 断电,41号依次停喷延时时 1s 后,YV4YV1 依次延时 2s 通电,41 号依次喷水一起喷水 30s单步?YYYYN NN NYN结束开始5图 2-1 运行框图表 2-1 I/O 分配表名称 地址 符号 说明输入启动按钮 I0.0 SB1 启动喷泉系统1 号方式选择开关 I0.1 SA-1 喷泉选择 1 号方式喷水2 号方式选择开关 I0.2 SA-2 喷泉选择 2 号方式喷水3 号方式选择开关 I0.3 SA-3 喷泉选择 3 号方式喷水4 号方式选择开关 I0.4 SA-4 喷泉选择 4 号方式喷水停止按钮 I0.5 SB2 停止喷泉系统连续开关 I0.6 SB3单步开关 I0.7 SB4输出1 号电磁阀 Q0.0 KM1 1 号喷泉喷水2 号电磁阀 Q0.1 KM2 2 号喷泉喷水3 号电磁阀 00.2 KM3 3 号喷泉喷水4 号电磁阀 Q0.3 KM4 4 号喷泉喷水图 2-2 I/O 接线图SB21MI0.0I0.2I0.3I0.1I0.4I0.5I0.6I0.71LQ0.0Q0.1SB32LQ0.333NL1L+MSA1SB4SB1220V ACKM1KM2KM3KM4SA1-1SA1-2SA1-3SA1-4 L(+) 220V AC L(-)Q0.2L(+) 220V AC L(-)24V DCCPU2226第 3 章 花式喷水池装置 PLC 控制系统的程序设计3.1 花式喷水池装置 PLC 控制程序的梯形图本系统采用 STEP 7 MicroWIN SP4（S7-200）V4.0 软件调试，分为两部分：主程序和子程序,子程序有四部分,分别表示选择开关在位置 1-4 时的不同喷水花样，共有68 个网络。调试过程所设计梯形图见附录：1.梯形图(P10)3.2 花式喷水池装置 PLC 控制程序的指令表本系统调试过程所生成指令表见附录：2.指令表(P25) 7结 论在最开始的设计阶段，由于只是看到了课程设计任务书而没有看到指导书中的设计方案提示，而对四种喷水方式的的开关设计有些困惑，不知使用四个独立开关还是可以用有四个档位的总开关，它的开关模式不是普通的 0 或 1，而是 0、1、2、3。这个样在选取输入信息和 I/O 地址分配的过程中都遇到困难。经过仔细研究了任务书和指导书后确立了四种喷水方式的输入问题在录入梯形图过程结束后进行编译，在进入工作方式网络处，发现错误-网络复杂。经检查发现是由于将 Q0.0 置零与判断 4 个喷水方式中选择的哪个并联造成的网络复杂，将其拆分成五个网络及解决了问题。在下载结束后出现非致命性错误，不影响编译但无法下载进行实验台上的模拟。经过多次检查 T 形图，终于发现最后一条指令少了结束语句。8设计总结通过这次课程设计使我懂得了理论与实践结合起来的高效性。在设计的过程中遇到的问题，难免会遇到各种各样的问题，同时在设计的过程中发现自己的不足之处，对以前所学的知识理解的不够深刻，掌握的不够牢固，比喻说不懂一些元器件的使用方法，对 PLC 编程掌握的不好。通过这次课程设计之后我的 plc 知识大了进步。在本次设计中，我们还用到了大量的以前没有学到过的知识，于是在图书馆和网络成了我们很好的助手。在查阅资料的过程中，我们要判断优劣、取舍相关知识，不知不觉中我们查阅资料的能力也得到了很好的锻炼。我们学习的知识是有限的，在以后的工作中我们肯定会遇到许多未知的领域，这方面的能力便会使我们受益非浅。9谢 辞感谢学院和老师给了我们这次宝贵的实践机会，对我们的能力提高非常有帮助。感谢王老师不辞劳苦的辛勤指导，对每个简单或难的问题都予以深刻的解答，是我又学到了很多的知识从这次课程设计中，我更加看清了自己的不足之处。为了搞好这次课程设计，通过查阅资料以及在老师和同学的帮助下，最终基本达到了设计目的。通过实践，巩固了理论知识的学习，提高了实际应用所学知识的能力，还积累了许多宝贵的经验。在这次的设计实践过程中，我认识到不管做什么事，尤其是科学实践，都需要大胆假设，小心求证。任何一个方案都要经过详细周全的论证后才能着手去做，否则即使很快做出来，但经不起推敲和考验。对于那些要求能够扩展功能的课题更是如此。10附 录1.梯形图1112131415161718192021222324252.指令表TITLE=程序注释Network 1 / 网络标题/ 程序初始化LD SM0.1S M0.1, 1Network 2 / S0.0 启动LSCR S0.0Network 3 / 连续选择LD I0.6AN I0.7S M0.1, 1Network 4 / 单步选择LD I0.7AN I0.6R M0.1, 1Network 5 / 方式一启动LD I0.1A I0.0SCRT S0.1Network 6 / 方式二启动LD I0.2AN I0.0SCRT S0.3Network 7 / 方式三启动LD I0.3A I0.0SCRT S0.5Network 8 / 方式四启动LD I0.4A I0.0SCRT S0.7Network 9 / s0.0 结束SCRENetwork 10 / 方式 1 开始LSCR S0.1Network 11 / 四号喷水LDN I0.5= M0.2TON T37, 20Network 12 / 延时两秒三号喷水LD T37= M0.3TON T38, 20Network 13 / 延时两秒二号喷水LD T38= M0.4TON T39, 20Network 14 / 延时两秒 1 号喷水LD T39= M0.5TON T40, 150Network 15 / 一起喷水 15sLD T40SCRT S0.2Network 16 / 方式一结束SCRENetwork 17 / 连续单步选择LSCR S0.2Network 18 / 连续选择LD M0.1SCRT S0.1Network 19 / 单步选择LDN M0.1SCRT S0.0Network 20 / 选择结束26SCRENetwork 21 / 方式二开始LSCR S0.3Network 22 / 一号喷水LDN I0.5= M0.7TON T41, 20Network 23 / 延时两秒 2 号喷水LD T41= M2.5TON T42, 20Network 24 / 延时两秒三号喷水LD T42= M2.6TON T43, 20Network 25 / 延时两秒 4 号喷水LD T43= M1.0TON T44, 300Network 26 / 一起喷水 30 秒LD T44SCRT S0.4Network 27 / 方式二结束SCRENetwork 28 / 方式选择LSCR S0.4Network 29 / 连续选择LD M0.1SCRT S0.3Network 30 / 单步选择LDN M0.1SCRT S0.0Network 31 / 选择结束SCRENetwork 32 / 方式三开始LSCR S0.5Network 33 / 一号三号喷水LDN I0.5= M1.1TON T45, 30Network 34 / 一三断电二四喷水LD T45= M1.2TON T46, 30Network 35 / 循环五次LD T46LD C20CTU C20, 5Network 36 / 一三通电同时喷水 30 秒LD C20TON T47, 300Network 37 / 进入方式选择LD T47SCRT S0.7Network 38 / 方式三结束SCRENetwork 39 / 方式选择LSCR S0.6Network 40 / 连续选择LD M0.1SCRT S0.5Network 41 / 单步选择LDN M0.1SCRT S0.0Network 42 / 选择结束SCRE27Network 43 / 方式四LSCR S0.7Network 44 / 一号通电LDN I0.5= M1.3TON T48, 20Network 45 / 延时两秒二号喷水LD T48= M1.4TON T49, 20Network 46 / 延时两秒 3 号喷水LD T49= M1.5TON T50, 20Network 47 / 延时两秒 4 号喷水一起喷水 30sLD T50= M1.6TON T51, 300Network 48 / 四号停喷LD T51= M1.7TON T52, 20Network 49 / 3 号停喷LD T52= M2.7TON T53, 20Network 50 / 2 号停喷LD T53= M3.0TON T54, 20Network 51 / 1 号停喷延时一秒LD T54= M2.0TON T55, 10Network 52 / 执行 s0.1LD T55SCRT S1.0Network 53 / s0.7 结束SCRENetwork 54 / s1.0 开始LSCR S1.0Network 55 / 四号喷水LD I0.5= M2.1TON T56, 20Network 56 / 3 号喷水LD T56= M2.2TON T57, 20Network 57 / 2 号喷水LD T57= M2.3TON T58, 20Network 58 / 1 号喷水一起喷水 30sLD T58= M2.4TON T59, 300Network 59 / 转到 s1.1LD T59SCRT S1.1Network 60 / s0.7 结束SCRENetwork 61 / s1.1 开始LSCR S1.1Network 62 / 连续选择LD M0.1SCRT S0.7Network 63 28/ 单步选择L