基于S7-200PLC系列的花式喷泉的控制--课程设计.docx

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学号

《电气控制与PLC技术》课程设计

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：

指导教师：

职称：

副教授完成日期：

年06 月30

《电气控制与PLC技术》课程设计任务书

学生

姓名

学

号

专业

方向

电气工程

班

级

电气工程111班

题目名称 基于S7-200PLC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。

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。

①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，再延时2s后，2号喷头喷水，又延时2s后，1号喷头喷水。

18s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。

②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。

③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。

④花式选择开关在位置4时，按下启动按钮后，按照1—>2—>3—>4的顺序，依次间隔2s喷水，然后一起喷水。

30s后，按照1—>2—>3—>4的顺序，分别延时2s，依次停止喷水。

再经1s延时，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。

三、设计进度安排

第一周星期一 查阅文献资料，了解与设计题目相关的知识

星期二～星期四 确定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 1.

2.设计任务及要求 1.

2.1设计任务 1.

2.1.1任务描述 1

2.2设计任务及要求 2

3.系统硬件设计 2.

3.1系统设计步骤 2

3.2PLC的I\O分配表 3

3.3PLC硬件的选型 3

3.3.1PLC的基本工作方式 4

3.3.2PLC运作过程 4

3.4系统接线图 5

4.控制系统设计 6.

4.1控制程序流程图设计 6

4.2控制程序设计思路 6

4.2.1输入输出（I/O）点数的估算 7

4.2.2存储器容量的估算 7

4.2.3机型的选择 7

5.软件系统设置 7.

6.系统调试与结果分析 17

6.1调试结果分析 17

6.1.2花样选择开关在位置2时 19

6.1.3花样选择开关在位置3时 20

6.1.4花样选择开关在位置4时 21

7.总结 3

参考文献 4

1.设计目的

通过对基于S7-200PLC自动喷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

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，2号为1次外环状喷头，1号为外环装喷头。

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）喷泉的工作方式由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，喷泉只能按照花样选择开关设置的方式

26

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，又延迟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，又延迟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1s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工艺条件和控制要求。

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。

3.2PLC的I\O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4-1I/O功能分布表

启动

I0.0

按钮SB0

花样选择开关1

I0.1

按钮SB1

输

花样选择开关2

I0.2

按钮SB2

入

花样选择开关3

I0.3

按钮SB3

设

花样选择开关4

I0.4

按钮SB4

备

停止

I0.5

按钮SB5

连续

I0.6

按钮SB6

单步

I0.7

按钮SB7

输

1号喷头

Q0.1

接触器KM1

出

2号喷头

Q0.2

接触器KM2

设

3号喷头

Q0.3

接触器KM3

备

4号喷头

Q0.4

接触器KM4

3.3PLC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。

3.3.1PLC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）由于采用集中采样，集中输出的方式。

存在输入/输出滞后的现象，即输入/输出响应延迟。

3.3.2PLC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工作模式称为扫描工作模式。

读取输入执行用户程序处理通讯请求

自诊断检查改写输出

读取输入执行用户程序

自诊断检查

改写输出

RUN模式

STOP模式

图4-1扫描过程

3.4系统接线图

I0.0

L1

I0.1

Q0.1

KM1

1号喷头

I0.2

CPU226

Q0.2

2号喷头

KM2

I0.3

3号喷头

Q0.3

KM3

I0.4

4号喷头

I0.5

Q0.4

KM4

I0.6

AC

I0.7

L2

M

L+DC24V

SB0SB1

SB2

SB3

SB4

SB5

SB6

SB7

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

开始

PLC初始化

喷第一个花式

喷第二个花式

喷第三个花式

停止按钮非

喷第四个花式

停止按钮

结束

图5-1控制程序流程图

4.2控制程序设计思路

在PLC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。

工艺流程的特点和应用要求是设计选型的主要依据。

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。

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。

4.2.3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8个输入，4个输出，因此，选用型号为CPU226。

5.软件系统设置

5.1系统梯形图

6.系统调试与结果分析

6.1调试结果分析

6.1.1花样选择开关在位置1时

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I0.0，首先是4号喷头先喷水，即输出点QO.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。

6.1.2花样选择开关在位置2时

图7.2.2调试结果二

程序分析：

选择开关在位置2时，按下启动按钮I0.0，首先是1号喷头先喷水，即输出点QO.1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。

6.1.3花样选择开关在位置3时

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I0.0，首先是1号、3号喷头先喷水，即输出点QO.1和Q0.3得电发亮；观察调试界面可知道3s后输出点Q0.2、QO.4发亮，也就是2号、4号喷头喷水，同时原来亮的Q0.1、Q0.3又熄灭，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

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I0.0，首先是1号、2号、3号、4号分别是Q0.1、Q0.2、Q0.3、Q0.4得电喷头按顺序分别延时2s得电，30s后又重复1-2-3-4的顺序，同样分别延时2s，依次喷完后再过1s改成按照4-3-2-1的顺序依次得电发亮，最后Q0.1、Q0.2、Q0.3、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活。

在这次的设计里长期的搜集资料，不断的整合，思考终于达到了设计的要求，并且取得了设计要求中的结果。

最后希望本设计能够真正的为大家提供一些思路，遗留的一些不完美问题还望大家修改并且创新！

参考文献

[1]张晓峰.电气控制与可控制技术与应用.北京：

机械工业出版社.2010

[2]廖常初.《PLC编程及应用》.北京：

机械工业出版社.廖常初主编.2007年9月第二版第八次印刷.[3]路林吉,王坚,江龙康.《可变控制器原理及应用》.北京：

清华大学出版社.2003年2月第二次印刷.[4]刘华东.《单片机原理及其应》.电子工业出版社.2005.

[5]《可编程控制器教程（基础篇）（实训篇）》.胡学林主编.电子工业出版社2005.[6]《园林工程》.韩玉林主编，重庆大学出版社.2006.9.第一版.

[7]《环境艺术设计》.魏栋.建筑工业出版社.2006.9.第一版.

[8]《SIMATICS7-200可编程序控制器CPU22X系统手册》.西门子（中国）有限公司.[9]上海锦坤电气技术有限公司.

[10]中国工控网.

姓 名

学 号

专业班级

电气工程及其自动化111班

课程设计题目：

基于S7-200PLC系列的花式喷泉的控制

成绩评定依据：

评定项目

评分成绩

1.设计方案可行性及其选优（20分）

2.设计过程及结果（40分）

3.平时成绩（态度认真、遵守纪律）（20分）

4.设计报告的规范性、参考文献充分（不少于5篇）（20分）

总

分

最终评定成绩（以优、良、中、及格、不及格评定）

电气控制与PLC技术课程设计成绩评定表

指导教师签字：

年 月 日