基于S7-200PLC系列的花式喷泉的控制

1、学号 1151401135% Sb遙农电气控制与PLC技术课程设计（2011级本科）题 目：基于S7-200系列PLC的花式喷泉的控制 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：魏自文指导教师:职称:完成日期： 2 0 14年 06 月 30电气控制与PLC技术课程设计任务书学生姓名魏自文学号1151401135专业方向电气工程班级电气工程Ill班题目名称基于S7-2PLC系列的花式喷泉的控制一、设计的主要内容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等。2. 完成控制系统的软件设计，主要包括：程序流程图设

2、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、设讣任务书、设计总体思路、 硬件设计、软件设计、总结体会、参考文献等。二、设计要求1. 按下启动按钮,喷泉控制装置开始工作：按下停止按钮，喷泉控制装置停止工 作。2. 喷泉的工作方式由花式选择开关和单步/连续开关决定。3. 当单步/连续开关在单步位置时,喷泉只能按照花式选择开关设定的方式，运 行一个循环。4. 花式选择开关用于喷泉的喷水花样，现考虑四种喷水花样。 花式选择开关在位置1时，按下启动按钮后，4号喷头喷水，延时2s后，3 号喷头喷水，再延吋2s后，2号喷头喷水，又延时2s后，1号喷头喷水。18s后，如

3、 果为单步工作方式，则停下来。如果为连续工作方式，则继续循环下去。 花式选择开关在位置2时，按下启动按钮后，1号喷头喷水，延时2s后，2号喷头喷 水，再延时2s后，3号喷头喷水，又延时2s后，4号喷头喷水。30s后，如果为单步工作方 式，则停下来。如果为连续工作方式，则继续循环下去。 花式选择开关在位置3时，按下启动按钮后，1号、3号喷头同时喷水，延时3s后， 2号、4号喷头喷水，1号、3号喷头停止喷水。如此交替运行15s后，4组喷头全部喷水，30s 后，如果为单步工作方式，则停下来。如果为连续工作方式，则继续循环下去。 花式选择开关在位置4时，按下启动按钮后，按照1>2>3>

4、;4的顺序，依次间隔 2s喷水，然后一起喷水。30s后，按照1一>2>3>4的顺序，分别延时2s,依次停止喷水。 再经IS延时，按照>3>2>1的顺序，依次间隔2s喷水，然后一起喷水。30s后停止。如果为单步工作方式，则停下来。如果为连续工作方式，则继续循环下去。三、设计进度安排第一周星期一查阅文献资料，了解与设汁题目相关的知识星期二星期四确泄控制系统的总体设计方案，完成控制系统的硬件设计星期五至第二周星期二完成控制系统的软件设计及调试星期三星期四撰写课程设计说明书指导老师签字:目录1. 设计目的12. 设计任务及要求12.1设计任务12.1.1任务描述12

5、.2设计任务及要求23. 系统硬件设计23.1系统设计步骤23.2 PLC的IXO分配表33.3 PLC硬件的选型33.3.1 PLC的基本工作方式43.3.2 PLC运作过程43.4系统接线图54. 控制系统设计64控制程序流程图设计64.2控制程序设计思路64.2.1输入输出（I/O）点数的估算74.2.2存储器容量的估算74.2.3机型的选择75. 软件系统设置76. 系统调试与结果分析176.1调试结果分析176.1.2花样选择开关在位置2时196.1.3花样选择开关在位置3时206.1.4花样选择开关在位置4时217. 总结23参考文献24L设计目的通过对基于S7-200PLC自动喷

6、泉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2.设计任务及要求2.1设计任务2.1.1任务描述2号为1次外环某广场的喷泉如图所示，4号为中间喷头，3号为内环状喷头,状喷头，1号为外环装喷头。花样选择开关电源 0 启动停【上单步/连续图1某广场喷泉结构图2.1.2控制任务和要求（1）按下启动按钮，喷泉控制装置开始工作，按下停止按钮，喷泉控制装置停 止工作。（2）喷泉的工作方式山花样选择开关和单步、连续开关决定。（3）当单步、连续开关在单步控制时，喷泉只能按

7、照花样选择开关设置的方式运行一个循环。（4）花样选择开关用于选择喷泉的喷水花样，现考虑4种喷水花样。花样选择开关在位置1时，按下启动按钮后，4号喷头喷水，延迟2s后，3号 喷头喷水，再延迟2s后，2号喷头喷水，乂延迟2s后，1号喷头喷水，18s后停止, 如果为单步工作方式，则停下来。如果为连续工作方式，则继续循环下去。花样选择开关在位置2时，按下启动按钮后，1号喷头喷水，延迟2s后，2号 喷头喷水，再延迟2s后，3号喷头喷水，乂延迟2s后，4号喷头喷水。30s后停止, 如果为单步工作方式，则停下来。如果为连续工作方式，则继续循环下去。花样选择开关在位置3时，按下启动按钮后，1号、3号喷头同时喷

8、水，延迟 3s后，2号、4号喷头同时喷水，1号、3号喷头停止喷水。如此交替15s后，4组 喷头全喷水，30s后停止，如果为单步工作方式，则停下来。如果为连续工作方式, 则继续循环下去。花样选择开关在位置4时，按下启动按钮后，按照1-2-3-4的顺序，以此间隔 2s喷水，然后一起喷水。30s后，按照1-2-3-4的顺序，分别延迟2s依次停止喷水。 再经IS延迟时，按照4-3-2-1的顺序，依次间隔2s喷水，然后一起喷水。30s后 停止。如果为单步工作方式，则停下来。如果为连续工作方式，则继续循环下去。2.2设计任务及要求1完整的设计任务书2正确地编程元件的地址分配3画出输入、输出接线图及相关的图

9、纸4设计梯形图控制程序5设计操作控制面板，编制系统的操作说明6编制系统的调试说明及注意事项。3系统硬件设计3.1系统设计步骤1深入了解和分析花式喷泉的匸艺条件和控制要求。2确定I/O设备。根据花式喷泉控制系统的功能要求，确定系统所需的输入、 输出设备。常用的输入设备有按钮、选择开关等，常用的输出设备有指示灯等。3根据I/O点数选择合适的PLC类型。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丄作。7将程序输入PLC进行软件测试，查找错误，使系统程序

10、更加完善。3.2 PLC的10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4-1 I/O功能分布表启动10.0按钮SBO花样选择开关110. 1按钮SBl输花样选择开关210.2按钮SB2入花样选择开关310.3按钮SB3i花样选择开关410. 1按钮SBl备停止10.5按钮SB5连续10.6按钮SB6单步10.7按钮SB7输1号喷头Q01接触器KMl出2号喷头QO. 2接触器KM23号喷头QO. 3接触器KM3备4号喷头QO. 1接傩器KM l3.3 PLc硬件的选型可编程控制器是是一种数字运算操作的电子系统，专业在工业环境下应用而设 计。它利用可编程序的存储器,用来在其内部存储执

11、行逻辑运算等操作的指令，并通 过数字式、模拟式的输入和输出，来控制各类型的机械或生产的过程。3.3.1 PLC的基本工作方式PLC采用“顺序扫描，不断循环”的工作方式（1）每次扫描过程。集中对输入信号进行采样。集中对输出信号进行刷新。（2）输入刷新过程。当输入端口关闭时,程序在进行执行阶段时,输入端有新状 态，新状态不能被读入。只有程序进行下一次扫描时，新状态才被读入。（3）一个扫描周期分为输入采样，程序执行，输出刷新。（4）元件印象寄存器的内容是随着程序的执行变化而变化的。（5）扫描周期的长短由三条决定。CPU执行指令的速度；指令本身占有的时间; 指令条数。（6）IlJ于采用集中釆样，集中输

12、出的方式。存在输入/输出滞后的现象，即输 入/输出响应延迟。3.3.2 PLC运作过程PLC通电后，需要对硬件和软件作一些初始化的工作。为了使PLC的输出及时 地响应各种输入信号，初始化后反复不停的分阶段处理各种不同的任务见下图，这 种周而复始的循环丄作模式称为扫描丄作模式。RUN模弋i火収输入执行用户程序自珍断检杳改写输出STOPfiV 图4-1扫描过程3.4系统接线图SDOSDI5DSD3SBISDOSDGSD7图4-2系统I/O接线图4控制系统设计4.1控制程序流程图设计PLC初始化喷第一个花式喷第二个花式喷第三个花式喷第四个花式停止按钮图5-1控制程序流程图4.2控制程序设计思路在PL

13、C系统设计时，首先应确定控制方案，下一步工作就是PLC工程设计选型。 丄艺流程的特点和应用要求是设讣选型的主要依据。因此，工程设计选型和估算时, 应详细分析工艺过程的特点、控制要求，控制任务和范围确定所需的操作和动作， 然后根据控制要求，估算输入输出点数、所需存储器容量、确定PLC的功能、外部 设备特性等，最后选择有较高性能价格比的PLC和设计相应的控制系统。4.2.1输入输出（I/O）点数的估算I/O点数佔算时应考虑适当的余量，通常根据统讣的输入输出点数，再增加 10%-20%的可扩展余量后，作为输入输出点数估算数据。4.2.2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

14、元大小，程序容量是存 储器中用户应用项Ll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，Ill于用户应用程序还未编制，因此，程疗;容量在设计阶段是未知的，需在程 疗:调试之后才知道。为了设讣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。4.2.3机型的选择通过对输入/输岀点的选择、对存储虽: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PLCe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8 个输入，4个输出，因此，选用型号为CPU 226。5

15、.软件系统设置5.1系统梯形图冈络2LBLM01M4 5；M I 1MQ 4MO 2BUINIOHPT100 rcMl 2T42Ml.4Ml 3KTON1 V20-IliPr14334IT47INION300-PT100 rt0.6(JMP)剛各34M21IJT 54INTON20-Pr10DQOl_C R )M52M42T 57M4 3< )M4.3IMTONIn20PT1 rn*T 58Q02L-< £ )3网络53M4 3158M3.1M3 0M4.4< )M4 4I MToNI4300PT1 rT59Q0.1< $ )4网络556.系统调试与结果分析6

16、.1调试结果分析6.1.1花样选择开关在位宜1时SlEMENSSlMATlCS7-200Sr0 1 2 3 4 5 6 7O 1 2 3 4 5 8 7RUHSTOP1 2 3 4 5 6 7CPU 2260 1 2 3 4 5 6 70 1 2 3 4 5 6 7r Ir HkFW Imm mmkkknm it it it IhrfL it n it n it Jk it H H It" it IL Jt n 12345670123456701234567图7. 2.1调试结果一程序分析：调试结果一中，选择开关在位置1时，按下启动按钮10.0,首先是 4号喷头先喷水，即输出点Q0.

17、 4得电发亮；观察调试界面可知道每隔2s就会有一 个输出点亮，也就是各喷头按顺序喷水，如此到最后四个喷头都喷水。根据对已编 写的梯形图程序进行调试，并观察了调试的各个步骤与系统要求相符合，调试成功。6.1.3花样选择开关在位置3时SlEMENSFgroSIMATlCS 7-200FtQRTlSIElVIEblSSlMATlCS7-200SFCPU 2280 1 2 3 4 5 6 7a图7. 2.3调试结果三程序分析：选择开关在位置3时，按下启动按钮10.0,首先是1号、3号喷头先喷水，即输岀点Q0. 1和Q0. 3得电发亮；观察调试界面可知道3s后输出点Q0. 2、Q0. 4发亮，也就是2号

18、、4号喷头喷水，同时原来亮的QO.1、Q0. 3 X熄灭，过15s 后，1、2、3、4号喷头全部喷水。6.1.4花样选择开关在位置4时按照1-2-3-4的顺序依次点亮按照1-2-3-4的顺序依次熄灭SrEMENSSlMATICS7-200 12345670123456701234567按照4-3-2-1的顺序依次点亮1-2-3-4全部都点亮图7. 2.4调试结果四程序分析：选择开关在位置4时，按下启动按钮10.0,首先是1号、2号、3号、 4号分别是Q0.1、QO.2、Qo.3、Q0. 4得电喷头按顺序分别延时2s得电，30s后乂重 复1-2-3-4的顺序，同样分别延时2s,依次喷完后再过IS改成按照4-3-2-1的顺 序依次得电发亮，最后Q0. K Qo2、Qo3、Q0. 4同时得电发亮30s之后全部熄灭。7总结本次设计通过运用可编程序控制器来实现了花式喷泉的多种喷泉方式及效果。 此设计的重点是用PLC控制器控制电磁阀来实现喷水，当然设计的程序部分是关键 中的关键。所以，我们主要是为大家提供一种设计的方法，来进一步了解可编程序 控制器的强大能力。随着社会的长期进步可编程序控制器在不断的进步之中，越来 越贴近人们的各种生