基于S7-200PLC的自动喷泉控制系统设计.doc

学号091401115电气控制与可编程控制技术课 程 设 计（ 2009级本科） 题 目：基于S7200PLC的自动喷泉控制系统设计 系（部）院： 物理与机电工程学院 专 业： 电气工程及其自动化 作者姓名： XXX 指导教师： XXX 职称： XXX 完成日期： 2012 年 12 月 14 日课程设计任务书 2012 年 秋 季学期 学 生 姓 名满保位学 号091401115专 业 方 向电力系统班 级09级（1）班题 目 名 称基于S7200PLC的自动喷泉控制系统设计一、设计的技术要求：有16个彩灯代表16个喷头，有4个选择按钮，如下图所示。采用S7-200PLC进行控制，实现四种及其以上的自动喷泉花样二、设计的主要内容与要求：1.完成控制系统的硬件设计，主要包括：电气元件的选择、电气原理图设计、可编程控制器输入输出接线图设计及控制面板设计等。2.完成控制梯形图的软件设计，主要包括：控制程序流程图设计、梯形图程序设计及仿真调试。 3.完成课程设计说明书的撰写，主要包括：封面、目录、设计任务书、设计总体思路、硬件设计、软件设计、总结体会、参考文献等三、设计进度及安排。三、设计进度安排： 第一周： 星期一、二 讲解设计课题内容、布置任务及要求 星期三、四 PLC输入输出接线图，初步设计 星期五 梯形图，控制面板图初步设计 第二周： 星期一、二 PLC输入输出接线图，梯形图，控制面板的修改 星期三、四 绘图，系统仿真调试，写说明书及操作使用说明 星期五 完善上述设计内容，装订设计说明书，答辩 指导教师签字：目录一、引言1二、设计目的2三、设计设计任务及要求23.1设计任务23.2设计要求2四、系统硬件设计34.1系统设计步骤34.2 PLC的IO分配表44.3控制面板54.4系统I/O口接图6五、软件设计75.1控制程序设计思路75.2程序流程图75.3程序说明85.4梯形图85.3系统调试及结果分析13六、系统仿真与结果分析136.1仿真及调试13七、总结15参考文献16一、引言PLC= Programmable Logic Controller，可编程逻辑控制器，一种数字运算操作的电子系统，它采用一类可编程的存储器，用于其内部存储程序，执行逻辑运算，顺序控制，定时，计数与算术操作等面向用户的指令，并通过数字或模拟式输入/输出控制各种类型的机械或生产过程。是工业控制的核心部分。 总之，可编程控制器是一台计算机，它是专为工业环境应用而设计制造的计算机。它具有丰富的输入/输出接口，并且具有较强的驱动能力。但可编程控制器产品并不针对某一具体工业应用，在实际应用时，其硬件需根据实际需要进行选用配置，其软件需根据控制要求进行设计编制。可编程控制器是在计算机技术、通信技术和继电器控制技术的发展基础上开发起来的，现已广泛应用于工业控制的各个领域。它以微处理器为核心，用编写的程序进行逻辑控制、定时、计数和算术运算等，并通过数字量和模拟量的输入/输出来控制机械设备或生产过程。早期的可编程控制器称作可编程逻辑控制器（Programmable Logic Controller,PLC），它主要用来代替继电器实现逻辑控制。随着技术的发展，这种采用微型计算机技术的工业控制装置的功能已经大大超过了逻辑控制的范围，因此，今天这种装置称作可编程控制器，简称PC。但是为了避免与个人计算机（Personal Computer）的简称混淆，所以将可编程序控制器简称PLC,PLC自1969年美国数据设备公司（DEC）研制出现，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。二、设计目的通过对自动喷泉PCPLC控制系统的工作原理的分析、系统设计、编程、及上机调试工作的实践，了解电器控制系统的一般设计思路，熟悉和掌握外围电路系统和软件设计的方法，并掌握利用PC对PLC工作状况进行监控的方法。三、设计设计任务及要求3.1设计任务1）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。2）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. 有主程序和子程序；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3.2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K1按钮选择花样1模式 1到4号亮， 2秒后灯5到8亮，1到4号灭 2秒后，9到12亮，5到8灭 2秒后13到16亮，9到12灭 2秒后，重复到花样二： 按下启动按钮，再按下K2选择花样2模式 灯6、7、10、11亮 2s后灯1、4、13、16亮，6、7、10、11灭 2秒后重复循环-步骤花样三： 按下启动按钮，再按下K3选择花样3模式 灯1亮， 2秒后灯6亮灯1灭 2秒后11亮6灭 2秒后灯16亮11灭 2秒后重复到花样四： 按下启动按钮，再按下K4选择花样4模式 灯4亮 2秒后灯7亮 2秒后灯10亮 2秒后灯13亮四、系统硬件设计4.1系统设计步骤（1）深入了解和分析花式喷泉的控制要求。（2）本设计采用西门子S7-200plc进行设计。（3）确定I/O接口。根据花式喷泉控制系统的功能要求，确定系统所需的输入、输出接口。本设计的输入采用按钮开关，输出采用指示灯表示。（4）分配I/O点，分配PLC的输入输出点，编制出输入输出分配表或输入输出端子 的接线图。（5）设计花式喷泉系统的梯形图程序，根据工作要求设计出周密完整的梯形图（6）程序，这是整个花式喷泉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。4.2 PLC的IO分配表根据系统要求所选择的I/O功能分布表如下表所示：表1-1功能元件输入点功能元件输出点启动按钮SB1I0.0指示灯L1Q0.0停止按钮SB2I0.1指示灯L2Q0.1花样选择开关K1I0.2指示灯L3Q0.2花样选择开关K2I0.3指示灯L4Q0.3花样选择开关K3I0.4指示灯L5Q0.4花样选择开关K4I0.5指示灯L6Q0.5指示灯L7Q0.6指示灯L8Q0.7指示灯L9Q1.0指示灯L10Q1.1指示灯L11Q1.2指示灯L12Q1.3指示灯L13Q1.4指示灯L14Q1.5指示灯L15Q1.6指示灯L16Q1.74.3控制面板图1-24.4系统I/O口接图图1-3五、软件设计5.1控制程序设计思路（1）输入输出（I/O）点数的估算I/O点数估算时应考虑适当的余量，通常根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控制器本身能提供的硬件存储单元大小，程序容量是存储器中用户应用项目使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一定估算，通常采用存储器容量的估算来代替。（3）机型的选择通过对输入/输出点的选择、对存储量的选择，对I/O响应时间的选择输出负载的特点选型的分许。该控制系统选用西门子公司的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6个输入，16个输出，因此，选用型号为CPU 226。5.2程序流程图图1-45.3程序说明该自动喷泉PLC程序是用子程序和定时器实现的，子程序实现自动喷泉动作，用开关进行选择四个喷泉花样的变换。5.4梯形图1)主程序2）子程序5.3系统调试及结果分析将PLC连接到计算机的COM1口，其他都为默认状态，首先看一下计算机与PLC的通讯是否正常，将软件打开选择好机型，将自动喷泉控制系统的程序打开，转换、写入，打开监视状态。按下启动按钮和选型按钮，通过观察I/O口输入、输出是否正确。如有错误找出原因，解决问题。直到各部分的功能都正常，并能协调一致地完成整体的控制功能为止。在调试时应充分考虑各种可能的情况，对系统各种不同的工作方式、有选择序列的功能表图中的每一条支路、各种可能的进展路线，都应逐一检查，不能遗漏。发现问题后应及时修改梯形图和PLC中的程序，直到在各种可能的情况下输入量与输出量之间的关系完全符合要求。完成上述的工作后，将PLC安装在控制现场进行联机总调试，在调试过程中将暴露出系统中可能存在的传感器、执行器和硬接线等方面的问题，以及PLC的外部接线图和梯形图程序设计中的问题，应对出现的问题及时加以解决。如果调试达不到指标要求，则对相应硬件和软件部分作适当调整，通常只需要修改程序就可能达到调整的目的。全部调试通过后，经过一段时间的考验，系统就可以投入实际的运行了。六、系统仿真与结果分析6.1仿真及调试（1）在step7中从主程序导出111.awl程序；（2）在S7_200汉化仿真 V2.0软件中导入111.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）依次观察各花样的仿真结果。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图1-5 按下开始按钮和开关2后执行花样一图1-6 按下开始按钮关闭开关2后，按下开关三执行花样二图1-7 按下开始按钮关闭开关3打开开关4后执行花样三图1-8 按下开始按钮关闭开关4打开开关5后执行花样四 通过我们在S7-200PLC仿真软件上的调试及仿真，符合设计任务及要求。七、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以及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。并且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。既让我们懂得了怎样把理论应用于实际，又让我们懂得了在实践中遇到的问题怎样用理论去解决。最后，非常感谢老师的指导和同学们的帮助。参考文献1 张晓锋，张静.电气控制与可编程控制技术及应用.北京：国防工业出版社，2010.2 宋伯生.PLC编程控制指南.北京：机械工业出版社，2007.3 史国生.电气控制与可编程控制技术.北京：化学工业出版社，2004.4 张万忠.可编程控制器入门与应用实例.北京：清华大学出版社，2007.5 王鑫.PLC机电控制系统应用设计技术.北京：电子工业出版社，2010.6 周军.电气控制及PLC.机械工业出版社，2001。7 廖常初.PLC编程及应用.机械工业出版社，2002。8 贾树军.组态王在音乐喷泉中的应用.山西机械出版社，2003。9 章文浩.可编程控制器原理及实验.国