PLC的花样喷泉控制毕业设计

1、毕业论文基于PLC的把戏喷泉限制系别电气工程系专业班级姓名学号20222022学年第1学期摘要在游人和居民经常光临的场所,如公园、广场、旅游景点及一些知名建筑前 ,经常会 修剪喷泉供人们休闲欣赏.这些喷泉按一定规律变换喷水样式,如果再与五颜六色的灯光相配合,在和谐优雅的音乐中更使人心旷神怡,流连忘返.针对传统的喷泉限制系统一旦设计好限制电路,就不能随意改变喷水把戏及喷水时问等问题,本设计结合西门子 S7-200可编程限制器设计能适应不同季节、不同场合的喷水要求目的的把戏喷泉系统.该把戏喷泉限制系统不但实现了自动转换把戏喷泉的喷水样式,而且提升了系统的可靠性和平安性,具有一定的工程应用和推广价值

2、.关键词：PLC把戏喷泉；限制系统目录第1章喷泉的设计要求及目的 51.1 概述1.2 设计目的1.3 研究思路及方法第2章PLC简介2.1 可编程序限制器简介2.2 PLC的结构2.3 PLC的特点2.4 PLC的主风能2.5 PLC的经济性分析 2.6 PLC开展状况及趋势第3章喷泉的设计要求3.1 喷泉规模的设计3.2 喷泉水柱的分布第4章PLC限制系统总设计4.1 PLC限制把戏喷泉运行要求 4.2 喷泉的运行流程图4.3 喷泉的运行过程4.4 喷泉限制原理4.5 把戏喷泉PLC限制接线图4.6 把戏喷泉PLC限制输入输出点分配 4.7 把戏喷泉PLC限制梯形图 第5章程序调试第6章结

3、论致谢参考文献 引言喷泉是人工环境中最富有生命力的喷泉,它具有分隔空间、增加层次、净化空气美化 环境的作用.现代高科技把美妙的音乐、多姿的喷泉造型、五彩缤纷的水下灯光、神奇的 激光图文,通过电脑有机的结合在一起,给人以音乐声响、视觉形象、色彩变换三位一体 的超自然享受.随着我国人民物质生活水平的不断提升,对于精神生活的要求也在不断提 高,为进一步改造环境景观,建设一个喷泉是很有必要的.随着科学技术的不断开展和生 活水平的不断提升,尤其是喷泉在城市和社区环境建设中起着尤其重要的作用.当今喷泉 工程和高新技术的结合正是历史开展的必然趋势,由于喷泉工程中采用了大量的高新技 术,从而使喷泉效果更加绚丽

4、多彩,婀娜多姿,令人赏心悦目、流连忘返.本次的毕业设计是一个以S7-200PLC限制为核心的把戏喷泉限制系统的设计.把戏喷 泉在PLC的限制之下,喷出各种各样的水柱,给人以一种视觉上美的享受.第1章喷泉的设计要求及目的1.1 概述随着人们的生活日趋小康,一些必要的美化设施逐渐兴起,各式各样的广场花园越来 越多,喷泉作为一项建筑艺术,在国内外均有较悠久的历史.人们随着生活水平的提升, 对美化住宅小区以及别墅环境的要求也越来越高,小型音乐喷泉成为一个开展方向.目前 的水景喷泉一般包括：固定水景、时控喷泉、程控喷泉、声控喷泉、首乐喷泉5类,限制 方式的复杂程度由低到高.使用PLC限制花式喷泉,具有使

5、用方便、运行可靠、限制程 序设计简单等优点,假设需要改变喷水把戏和喷水时间,不必做很大调整,只要相应修改控 制程序,即可实现限制目的.这样的地方又怎能少了喷泉呢多把戏喷泉形式多样,常常能 吸引人们的眼球,同时水又增加了环境的灵动性,多把戏喷泉已经成为人们建造各类娱乐 广场的必需设施.那些限制简便,把戏较多,价格低廉的喷泉慢慢成为建设者的首选.现 今,多把戏喷泉的制造,延袭传统,结合现代,正日益成为人们或出于对环境的追求,或 为了居室的美化,等等,而得到众多品位人士的追求.本设计的多把戏喷泉采用西门子编程软件进行 PLCS程,利用PLC勺工作原理,结合按 钮、开关、电源电路进行设计,将软件和硬件

6、有机地结合起来,使得系统能够实现多把戏 喷泉各种模式的变化以及限制.1.2 设计目的通过对实例工程的模拟,熟悉掌握了 PLCS程和程序调试方法.进一步了解 PLC勺I/O 连接.进一步熟悉定时移位的编程指令的应用,用 PLC勾成喷泉系,学习电气可编程中的 根本实验器件及PL编程等的综合应用.稳固和加深对 PL编程限制器的理解和应用.掌握 硬件实验装置的方法.1.3 研究思路及方法本次设计的题目是把戏喷泉系统,本设计基于西门子S7-200PL魏程,设计了把戏喷泉系统.把戏喷泉限制系统的主要任务就是改变喷泉的喷水样式,以到达有规律的改变喷 泉喷水样式的目的.按下启动按钮,喷泉装置开始工作,按下停止

7、按钮,喷泉限制装置停 止工作.喷泉工作方式由把戏选择开关和单步/连续开关决定.当单步/连续开关选择单 步时,喷泉只能根据把戏选择开关设定的方式,运行一个循环；当单步/连续开关选择连 续时,喷泉根据把戏选择开关设定的方式,运行多个循环,直至按下停止按钮.把戏循环 方式选择开关用于选择喷泉的喷水把戏,本文设计四种喷水把戏循环.PLC空制系统体积小、功能强、可靠性高,且具有较大的灵活性和可扩展性的特点.用PLGE样喷泉限制系统,不但实现了自动转换把戏喷泉的喷水样式,提升了系统的可靠性和平安性,而且,美化了 我们的生活环境,使我们的生活环境更加安逸、舒适.因此PLC空制系统具有一定的工程应用和推广价值

8、.第2章PLC简介2.1 可编程序限制器简介可编程序限制器PC ProgrammableController 又称可编程序限制器PLCProgrammableLogicController ,是微机技术与继电器常规限制技术相接合的产物,是 在顺序限制器和微机限制器的根底上开展起来的新型限制器,是一种以微处理器为核心用 作数字限制的专用计算机.它不仅充分利用微处理器的优点来满足各种工业领域的实时控 制要求,同时也照顾到现场电器操作维护人员的技能和习惯,挨弃了微机常用的计算机编 程语言的表达形式,独具风格地形成一套以继电器梯形图为根底的形象编程语言和模块化 的软件结构,使用户程序的编制清楚直观、方

9、便易学,调试和查错都很容易.PLC现已成为现代工业限制三大支柱PLC CAD/CAMROBOT之一,以其可靠性、逻辑功能强、体 积小、可在线修改限制程序、具有远程通信联网功能、易于与计算机接口、能对模拟量进 行限制、具备告诉计数与位控等高性能模块等优异性能,日益取代由大量中间继电器、时 问继电器、计数继电器等组成的传统继电一接触限制系统在机械、化工、石油、冶金、电 力、轻工、电子、纺织、食品、交通、等行业得到广泛应用.PLC的应用深度和广度已经成为一个国家工业先进水平的重要标志之一.2.2 PLC的结构PLCffi一般的微型计算机根本相同,也是由硬彳系统和软件系统两大局部组成的.PLC的硬件系

10、统由微处理器CPU、存储器EPROM ROM9输入输出I/O部件、电源部件、编 程器、I/O扩展单元和其他外围设备组成.各局部通过总线 电源总线、限制总线、地址总 线、数据总线连接而成.其2构简图如下：图2-1PLC硬件结构图PLC的软件系统是指一PLC使用的隆独g 的集音;一通常可分内系统程序和用户程序两大局部.：系统般序是每L|睢徽用必须包括可局部,：由PLC厂家提供,用于限制PLC本身的半行,系统程序在EPR.肿；用户用是由用户根 I X ： J LI 据限制需要而Z加写的程尸匣件系统和软件系统组成了一个凫B的；PLC系统,他们是相辅微处理器2.质是可编程序限制器是种工业限制用的,用计1

11、V前微机处理一它们网空和形式大都米用机械手系统fl序棉制器限制 否应用更!为普遍I特别是在智能化要求程度大,现弋化工1、在继电器限制索统中,PLC#EPROM有以下优点hO :使用的限制器件是大量的继电器,计好的电器限制图,由人工布线煌接_曲定等土段组的其过程费时费力 如果由于工艺上的稍许变化,需要改变电器限制系统的话,那么原先的整个电器 限制系统将被全部撤除,而重新进行布线、焊接、固定等工作,浪费了大量的人 力、物力和时间.而可编程限制器是通过存储在存储器中的程序实现限制功能的, 如果限制功能需要改变的话,只需要修改程序以及改动极少量的接线即可. 而且, 同一台可编程限制器还可以用于不同的限

12、制对象,只要改变软件就可以实现不同 的限制要求,因此具有很大的灵活性、通用性.2、可靠性高、抗干扰水平强对于机械手系统来说,可靠性、抗干扰水平是非常重要的指标,如何能在各 种工作环境和条件如电磁干扰、低温潮湿、灰尘超高温等下,平稳可靠的工作, 将故障率降至最低,是研制每一种限制系统必须考虑的问题. 现代PLC采用了集 成度很高的微电子器件,大量的开关动作由无触点的半导体电路来完成,具可靠性程度是使用机械触点的继电器所无法比较的. 为了保证PLC能在恶劣的工业环 境可靠的工作,在其设计和制造过程中采取了一系列硬件和软件方面的抗干扰措 施,使其可以适应恶劣的工业应用环境.3、操作方便、维修容易PL

13、C采用电气操作人员熟悉的梯形图和功能助记符编程,使用户十分方便的 读懂程序和编写、修改程序.对于使用者来说,几乎不需要专门的计算机知识. 工程师编好的程序十分清楚直观,只要写好操作说明书,操作人员经短期的学习 就可以使用.4、功能强现彳t PLC不仅具有条件限制、计时、计数和步进等限制功能,而且还能完成A/D、D/A转换、数字运算和数据处理以及通信联网和生产过程监控等.因此, 它既可限制开关量,又可限制模拟量； 既可限制一个机械手,又可限制一个机械 手群；既可限制简单系统,又可限制复杂系统；既可现场限制,又可远程限制.5、体积小、重量轻和易于实现机电一体化由于PLC采用了半导体集成电路.因此具

14、有体积小、重量轻、功耗低的特点. 且PLC是为工业限制设计的专用计算机,其结构紧凑、巩固耐用、体积小巧,并 由于具备很强的可靠性和抗干扰水平,使之易于装入机械设备内部,因而成为实 现机电一体化十分理想的限制设备.同样,可编程序限制器限制也有其缺乏的地方, 在性价比上要高于继电器控 制和单片机限制,其开发潜力要差于单片机, 并且通用性不好,不同厂家的可编 程序限制器以及其附属单元都是固定专用等等.2.4PLC的主要功能PLC是一种应用面很广、开展非常迅速的工业自动化装置,在工厂自动化FA 和计算机集成制造系统CIMS内占重要地位.PLC系统主要有以下功能：1多种限制功能；2数据采集、存储与处理功

15、能；3通信联网功能；4输入、输出接口调理功能；5人机界面功能；6编程、调试功能.PLC的重量、体积、功耗和硬件价格一直在降低,虽然软件价格占的比重有 所增加,但是各厂商为了竞争也相应地降低了价格.另外,采用PLC还可以大大缩短设计、编程和投产周期,使总价格进一步降低.PLC产品面临现场总线的发展,将再次革新,满足工业与民用限制的更高需求.2.5 PLC的经济性分析综上所述,在各种环境中,使用PLC限制机构设备,生产流水线和生产过程 的自动化限制将越来越广泛.对PLC的经济分析,应从以下几方面考虑：1、从影响本钱的各个因素综合考虑对目前生产设备限制装置来说,有三种类型：继电器限制；半导体器件 限

16、制；PLC限制.价格仅是选择PLC品牌的一个因素,而可靠性是选择限制装 置时需要考虑的又一个重要因素.2、从设计、生产周期长短考虑不管是对旧设备进行改造,还是设计新的生产机械设备.毫无疑问,生产、 设计周期越短越好,甚至希望边设计、边安装、边调试和边生产,特别是产品更 新换代,生产工艺改造,不需改动现有生产设备及其外部接线, 就能马上组织生 产,这不仅节约了劳动力,而且新产品能尽快投入市场.这无疑给企业增加了活 力,提升了经济效益.如果把这些要求得以实现,继电器或半导体都不能满足, 而PLC那么完全可以实现.这是由于使用PLC不必改动外部设备接线,只要对软件 进行一些改变就可以了.也就是说只要

17、改变梯形图,根据新工艺要求重新输入新 程序或修改原程序即可.这既经济又简捷,可以到达事半功倍的效果.据调查,目前我国70%勺机械生产设备,都是采用继电器进行限制的,除了 可靠性差外,程序设计也很繁杂.从方案确实立到技术条件的设计以及施工的设 计,图面的工作量很大,这势必造成设计周期长.而采用PLC限制可以大大缩短 设计周期,甚至有些文件资料也不必绘制成图.设计人员完全可以利用编程器上 屏幕显示来输入,或修改程序使得梯形图能准确无误地反映生产要求. 编程人员 也可根据新产品对生产提出的新工艺要求,重新编写程序并把它存储在EEPROM模块中去,需要加工哪种产品的程序,操作人员可以随时调用,这既简单

18、、方便 又保密.2.6 PLC开展状况及趋势现彳t PLC的开展主要有两个趋势：一是向体积更小、速度更快、功能更强和 价格更低的微小型方面开展；二是向大型网络化、高可靠性、 好的兼容性和多功 能方面开展.1、大型网络化主要是朝DC昉向开展,使其具有DCS8统的一些功能.网络化和通信水平 强是PLC开展的一个重要方面,向下可将多个 PLC I/O框架相连,向上与工业 计算机、以太网、MAPW等相连构成整个工厂的自动化限制系统.2、多功能随着自调整、步进电机限制、位置限制、伺服限制等模块的出现,使PLC控制领域更加宽广.2.7 PLC的编程语言在IEC61131-3中,规定了限制逻辑编程中的语法、

19、语义和显示,并对以往编程语言进行了局部修改后形成目前通用的5种语言.在这5种语言中,有3种是图形化语言,2种是文本化语言.图形化编程语言包括：梯形图(LD- LadderDiagram)、功能块图(FBD FunctionBlockDiagram)、顺序功能图(SFC 一SequentialFunctionCha.文本化编程语言包括：指令表 (IL-InstructionList) 和结构化文本(ST-StruturedText).继电器梯形图编程语言是 PLC首先采用的编程语言,也是 PLC最普遍采用 的编程语言.梯形图编程语言是从继电器限制系统原理图的根底上演变而来的.PLC的梯形图与继电

20、器限制系统梯形图的根本思想是一致的,只是在使用符号和 表达方式上有一定区别.指令表编程语言类似于计算机中的助记符汇编语言,它是可编程限制器最基础的编程语言.所谓指令表编程,是用一个或几个容易记忆的字符来代表可编程 限制器的某种操作功能.第3章喷泉的设计要求3.1 喷泉规模的设计该喷泉占地面积俯视图为正方形,其面积S=100平方米；喷射范围俯视图为圆形,其半径R=4.5ni喷泉概况平面图如1-1 :图3-1喷泉概况平面图图3-1中,喷泉由5种不同的水柱组成.其中1表示大水柱所在的位置,其 水柱较大,喷射高度较高；2表示中水柱所在的位置,由六支中水柱均匀分布在 2的圆(r=2m)的轨迹上,水量比大

21、水柱的水量小,其喷射高度比大水柱低；3表示小水柱,它由150支小水柱均匀分布在3 (r=3m)的圆的轨迹上,其水柱较 细,其喷射高度比中水柱略矮；4和5为花朵式和旋转式喷泉,各由19支喷头 组成,均匀分布在4和5的圆(r=4m)的轨迹上,其水量压力均较弱.3.2 喷泉水柱的分布该喷泉的回水池俯视图为圆形,与喷泉喷射范围俯视图为同心圆, 且半径相 等.回水池的深度为2nl该回水池由1个半径为100cm的圆水池和3个有效宽度为50cm的圆环水池 组成,且各个水池之间相通,连接池宽度为 50cm 3个圆环水池的半径分别为 2m 3m 4nl如图3-2所示：图3-2回水池的设计回水池上方由金属栏嵌入式

22、覆盖.大水柱喷头的内径d=50mm中水柱喷头的内径d=30mm小水柱喷头的内径 d=20mm花朵喷泉和旋转喷泉的内径 d=30mm大水柱高度h=5m中水柱高度h=3m小水柱高度h=2m花朵喷泉和旋转喷 泉的喷水高度h=1m第4章PLC限制系统总设计4.1 PLC限制把戏喷泉运行要求1、按下启动按钮,喷泉进入运行等待状态.2、按下喷泉的单步/连续运行方式按钮,该喷泉默认为连续运行方式.3、按下喷泉喷水把戏的循环方式按钮,喷泉开始运行,每隔 6s改变一次 把戏.在连续运行方式下,喷水把戏将一直循环下去,在单步运行方式下,喷水 把戏只运行一个循环.按下其他任意一个循环方式按钮,喷泉喷水把戏的循环方

23、式马上改变.4、按下停止按钮,喷泉停止运行.4.2 喷泉的运行流程图图4-1喷泉的运行流程图4.3 喷泉的运行过程按下喷泉限制系统的启动按钮,首先大水柱从地而起,直射天空；6s后,大水柱消失,紧接着六支中水柱竞相射向天空；最后所有水柱喷泉一齐迸发.整个过程分为8段,每段6s,且自动转换,全过程为48s.当单步/连续开 关置于连续,把戏选择开关置于1时,其喷泉水柱的动作顺序如下：1一2一1+3+4 一 2+5 一 1+2 2+3+4 一 2+4 1+2+3+4+5 - 1,周 而复始,直到按下停止按钮,水柱喷泉才停止工作；当单步/连续开关置于单步 时,喷泉水柱的动作只运行一个循环. 把戏选择开关

24、置于2时,其喷泉水柱的动 作顺序如下：1 2一 2+4 一 2+5 一 1+2 2+3+4 1+3+4 1+2+3+4+5 一1.把戏选择开关置于3时,其喷泉水柱的动作顺序如下：1-2一1+3+4 一 1+2 一 2+5 一 2+3+4 一 2+4 一 1+2+3+4+5 - 1.把戏选择开关置 于4时,其喷泉水柱的动作顺序如下：1 2一 1+3+4 一2+5 一1+2 一 2+4 一 2+3+4 1+2+3+4+5- 1.4.4 喷泉限制原理喷泉限制系统由启动限制程序、位移脉冲限制程序、位移及复位限制程序、 驱动限制程序组成.通过位移脉冲限制程序实现子元件中的内容在存储器间的移 动,通过复位

25、限制程序实现喷泉把戏的循环,通过驱动限制程序实现喷泉的喷射.4.5 把戏喷泉PLC限制接线图图4-2把戏喷泉PLC限制接线图4.6 把戏喷泉PLC限制输入输出点分配表4-1把戏喷泉PLC限制输入输出点分配输入信号输出信号名称代号输入点编号名称代号输出点编P启动按钮SB1I0.0大水柱接触器KM1Q0.0停止按钮SB2I0.1中水柱接触器KM2Q0.1连续按钮SB3I0.2小水柱接触器KM3Q0.2单步按钮SB4I0.3花朵式喷泉接触器KM4Q0.3把戏1按钮SB5I0.4旋转式喷泉接触器KM5Q0.4把戏2按钮SB6I0.5把戏3按钮SB7I0.6把戏4按钮SB8I0.74.7把戏喷泉PLC限

26、制梯形图图4-3把戏喷泉PLC限制梯形图图4-3中,第1逻辑行为启动限制程序；第2、3、4逻辑行组成6s移位脉 冲限制程序；第5逻辑行为单步/连续限制程序；第 6、7、8、9逻辑行组成花 样选择限制程序；第10、11、12、13逻辑行组成移位及复位限制程序；第 14、 15、16、17、18逻辑行组成驱动限制程序.接通PLC电源,第10逻辑行中位存储器 M10.0接通,其在第14逻辑行中的 常开触点闭合,为喷泉的启动做好了准备.当按下喷泉限制器的启动按钮 SB1后,第1逻辑行中输入继电器I0.0的常 开触点闭合,位存储器 M0.0接通并自锁.本程序默认为连续循环喷泉样式的控 制程序,按钮SB2

27、为连续按钮,在第5逻辑行中输入继电器I0.2为常闭触点, 按钮SB3为单步按钮,第5逻辑行中输入继电器I0.3为常开触点,当按下此按 钮,继电器I0.3触点闭合,位存储器M0.2接通并自锁,其在第1逻辑行中的常 闭触点断开,喷泉样式进入一次运行状态.选择默认状态,按下SB4,第6行中输入继电器常开触点闭合,位存储器 M0.4接通并自锁,其在第2、14、15、16、 17、18逻辑行中的常开触点闭合,进入第一种喷泉样式,输出继电器Q0.0被接通,大水柱限制接触器 KM1®电闭合,大水柱“ 1射向天空.同时在第2逻辑行中的M0.0、M0.4的常开触点闭合,定时器 T37被接通开 始计时,

28、经过3s后,T37动作,第3逻辑行的常开触点闭合,定时器 T38被接 通并开始计时,又经过3s后,T38动作,第4逻辑行中的常开触点闭合一个扫 描周期使得位存储器 M0.1闭合一个扫描周期.M0.1在第11逻辑行中的常开触 点闭合一个扫描周期,将字元件MW1中的内容向左移1位,即将M10.0中的“1 的内容移至位存储器 M10.1中,M10.1闭合.由于M10.1接通,其在第14逻辑行中的常开触点闭合,输出继电器Q0.1被 接通,中水柱限制接触器 KM2!电闭合,中水柱喷出.又经过6s后,M0.1在第6逻辑行中的常开触点闭合一个扫描周期,将字元 件MW1中的内容向左移一位,即将M10.1中“1

29、的内容移至位存储器 M10.2中, M10.2闭合其在第14、16逻辑行中的常开触点闭合,输出继电器 Q0.0、Q0.2被 接通,喷出大水柱、小水珠.经过第7个6s后,“1被移至位存储器 M10.7中,M10.7第14、15、16、 17、18逻辑行中的常开触点闭合；所有输出继电器全部闭合,所有喷泉一起喷 发.又经过6s后,“1被移至位存储器 M11.0中,M11.0在第12逻辑行中的 常开触点闭合,使字元件 MW1呻M10.0-M11.0的各位复位为“ 0,第10逻辑 行中的M10.7复位,M10.0接通,M10.0在第14逻辑行中的常开触点闭合；Q0.0被接通,大水柱喷发.如此不断循环,直到按下SB2第5章程序调试调试步骤如下图：(1)按下启动按钮,喷泉进入待命状态,如图 5-1所示.图5-1程序调试图(2)选择单步运行,如图5-2所示.图5-2程序调试图(3)按下第一种运行方式,喷泉开始运行,如图 5-3所示.图5-3程序调试图当喷泉第八种喷射把戏结束后,喷泉进入停止状态.在此调试过程中,主要 观察喷射把