花式喷水池装置PLC控制梯形图的设计与调试

引言 花式喷水池是近年来出现的一种园林建筑与花式观赏相结合的一种产物。在游人和居民光顾的场所，如公园、广场、旅游景点及一些知名建筑前，经常会修建一些喷水池供人们休闲、观赏，这些喷水池按一定的规律改变喷水式样。而且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。本文结合任务设计书的要求，以4环花式喷水池为研究对象，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。所以PLC在当前工业控制中得到广泛应用！第一章 系统描述及控制要求1.1 系统描述花式喷水池示意图 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。1.2 控制要求控制要求：（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：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。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20s为一个循环。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14号全部喷水30s为一个循环。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。1.3 PLC选型 本系统采用西门子S7-200系列PLC进行控制。从分析可以知道，系统共有开关量输入点7个，开关量输出点4个。如果选用CPU226PLC，价格较高，浪费较大。参照西门子S7-200产品目录及市场实际价格，主机CPU224.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。1.4 采用PLC控制花式喷水池的优点1. 从控制方式上看：PLC软接线，只需改变控制程序就可轻易改变逻辑或增加功能.2. 工作方式上看：PLC串行工作，不受约束。3. 控制速度上看：PLC控制速度快，继电器瞬间接触。4. 定时、计数看：PLC时钟精度高，定时范围宽；且有计数功能。5. 可靠、维护看：PLC无触点，寿命长，且具有自我诊断功能，对程序执行监控功能，现场调试和维修方便。第二章 控制系统分析2.1 控制系统的 I/O点及分配地址控制系统的输入/输出信号的名称、代码及地址如下表1-1所示：代码输入/输出名称SB1I0.0启动按钮SB2I0.1停止按钮SB3I0.2单步/连续开关SB4I0.3选择开关1SB5I0.4选择开关2SB6I0.5选择开关3SB7I0.6选择开关4KM1Q0.1外环形喷水管1喷水KM2Q0.2中环形喷水管2喷水KM3Q0.3内环形喷水管3喷水KM4Q0.4中间喷水管4喷水 表1-1 输入输出信号的名称、代码及地址编号 2.2 PLC的外部I/O接线图 依据花式喷水池的控制要求、实际控制需求以及输入/输出变量特点，选用的西门子S7-200.CPU224.PLC,可满足上述控制要求。PLC控制系统外部接线图如图1-1所示：2.3 控制程序流程图 开始位置4位置3位置2选择开关在位置1否否否从1到4喷水各延时2S1、3同时喷水并延时3S从1到4喷水各延时2S从4到1喷水各延时2S是是是是1到4共同喷水30S2、4同时喷水，1、3停1到4共同喷水30S1到4共同喷水15S1到4各延时2S停喷交替5次 否 等待1S1到4共同喷水30S 是 是从4到1喷水各延时2S1到4共同喷水30S连续否结束 图1-2 控制程序流程图 2.4 顺序功能图法设计 顺序功能图法简称SFC，根据系统的工作过程中状态的变化，将控制过程划分为若干阶段即步。在此设计编程中，使用的是SFC编程方法，与传统设计法相比，它只考虑一个状态，而不用考虑其他的状态，使编程更容易。 因选择开关在位置“3”和“4”时类同于“1、2”，在这不再赘述，只列举1、2来说明。选择开关在位置“1”和“2”的顺序功能图如下示： I0.1R0 I0.0I0.3I0.0I0.4S0.0Q0.3 T37S1.0Q0.0 T101 TTT11RRT101 2S T37 T101 2SS0.1Q0.2 T38 S1.1Q0.1 T102 2ST38 T102 2SS0.2Q0.1 T39S1.2Q0.2 T103 2ST39 T103 2SS0.3Q0.0 T40S1.3Q0.3 T104 2ST40 T104 2ST41I0.2 T41I0.2 T105I0.2 T105I0.2 图1-3 选择开关在位置“1”和“2”的顺序功能图 2.5 电气控制系统电路图 电气控制系统电路图包括主电路图、控制电路图。2.5.1 主电路图如图所示为电气控制主电路。四台控制喷水管的电机分别为M1、M2、M3、M4。接触器KM1、KM2、KM3、KM4分别控制M1、M2、M3、M4运行。FR1、FR2、FR3、FR4分别为四台水泵电机过载保护用的热继电器；QS1、QS2、QS3、QS4分别为四台水泵电机主电路的隔离开关；FU为主电路的熔断器。如图1-4所示；2.5.2 控制电路图 如图所示为电控系统控制电路图。SB1为启动按钮；SB2为停止按钮；SB3 、SB4 、SB5、SB6分别为选择开关对应的1、2、3、4位置；系统在PLC程序控制下运行，Q0.0Q0.4控制线圈KM1KM4,得电吸合。如图1-5所示；2.6 系统程序设计 本系统分为两部分：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14时的不同喷水花样。程序如下：ORGANIZATION_BLOCK MAIN:OB1TITLE=PROGRAM COMMENTSBEGINNetwork 1 LD I0.0AN I0.1CALL SBR0CALL SBR1CALL SBR2CALL SBR3END_ORGANIZATION_BLOCKSUBROUTINE_BLOCK SBR_0:SBR0TITLE=SUBROUTINE COMMENTSBEGINNetwork 1 / 网络标题/ 网络注释LD I0.3EUS S0.0, 1Network 2 LSCR S0.0Network 3 LD SM0.0S Q0.3, 1TON T37, 20Network 4 LD T37SCRT S0.1Network 5 SCRENetwork 6 LSCR S0.1Network 7 LD SM0.0S Q0.2, 1R Q0.3, 1TON T38, 20Network 8 LD T38SCRT S0.2Network 9 SCRENetwork 10 LSCR S0.2Network 11 LD SM0.0S Q0.1, 1R Q0.2, 1TON T39, 20Network 12 LD T39SCRT S0.3Network 13 SCRENetwork 14 LSCR S0.3Network 15 LD SM0.0S Q0.0, 1R Q0.1, 1TON T40, 20Network 16 LD T40SCRT S0.4Network 17 SCRENetwork 18 LSCR S0.4Network 19 LD SM0.0R Q0.0, 1TON T41, 10Network 20 LD T41SCRT S0.5Network 21 SCRENetwork 22 LSCR S0.5Network 23 LD SM0.0S Q0.0, 4TON T42, 150Network 24 LD T42R Q0.0, 4AN I0.2SCRT S0.0Network 25 SCREEND_SUBROUTINE_BLOCKSUBROUTINE_BLOCK SBR_1:SBR1TITLE=SUBROUTINE COMMENTSBEGINNetwork 1 / 网络标题/ 网络注释LD I0.4EUS S2.0, 1Network 2 LSCR S2.0Network 3 LD SM0.0S Q0.0, 1R Q0.3, 1TON T101, 20Network 4 LD T101SCRT S2.1Network 5 SCRENetwork 6 LSCR S2.1Network 7 LD SM0.0S Q0.1, 1R Q0.0, 1TON T102, 20Network 8 LD T102SCRT S2.2Network 9 SCRENetwork 10 LSCR S2.2Network 11 LD SM0.0S Q0.2, 1R Q0.1, 1TON T103, 20Network 12 LD T103SCRT S2.3Network 13 SCRENetwork 14 LSCR S2.3Network 15 LD SM0.0S Q0.3, 1R Q0.2, 1TON T104, 20Network 16 LD T104SCRT S2.4Network 17 SCRENetwork 18 LSCR S2.4Network 19 LD SM0.0S Q0.0, 4TON T106, 300Network 20 LD T106R Q0.0, 4AN I0.2SCRT S2.0Network 21 / Network TitleSCREEND_SUBROUTINE_BLOCKSUBROUTINE_BLOCK SBR_2:SBR2TITLE=SUBROUTINE COMMENTSBEGINNetwork 1 / 网络标hy题/ 网络注释LD I0.5EULD I0.5AN I0.2EUOLDS S1.0, 1Network 2 LSCR S1.0Network 3 LD SM0.0S Q0.0, 1S Q0.2, 1TON T43, 30R Q0.1, 1R Q0.3, 1Network 4 LD T43SCRT S1.1Network 5 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S3.0Network 61 SCREyNetwork 62 / Network TitleEND_SUBROUTINE_BLOCK第三章 设计的心得体会 经过这些天的苦苦奋斗，终于把设计完成了。在整个过程中，学会了如何去查询、收集整理资料；这个设计