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1、封面作者： PanHongliang仅供个人学习江西现代技师学院毕业设计（论 文）题目：基于 PLC的音乐喷泉掌握学院：信息工程分院班级： 08 机电一体化（技专）学号： 080306890129指导老师：刘小青姓名：张 雷提交时间： 2021 年论文题目： 基于 PLC的音乐喷泉掌握姓名： 张雷班级： 08 机电一体化（技专） 指导老师 ： 刘小青摘 要： 针对传统的喷泉掌握系统一旦设计好掌握电路，就不能随意转变喷水花样及喷水时间等问题，本设计结合西门子S7-200可编程掌握器设计能适应不同季节、不同场合的喷水要求目的的花样喷泉系统；该花样喷泉掌握系统不但实现了自动转换花样喷泉的喷水样式，而
2、且提高了系统的牢靠性和安全性，具有肯定的工程应用和推广价值；关键词： PLC；花样喷泉；掌握系统目 录引言 5第 1 章 PLC 简介 61.1 可编程序掌握器简介 61.2 PLC 的结构 6第 2 章喷泉的设计要求 11第 3 章 PLC 掌握系统总设计 123.1 PLC 掌握花样喷泉运行要求123.2 喷泉的运行流程图 123.3 喷泉的运行过程 123.4 喷泉掌握原理 123.5 花样喷泉 PLC掌握接线图 133.6 花样喷泉 PLC掌握输入输出点安排 13第 4 章结论 19致谢 20参考文献 17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
3、环境的作用；现代高科技把精妙的音乐、多姿的喷泉造型、五彩缤纷的水下灯光、奇妙的激光图文，通过电脑有机的结合在一起，给人以音乐声 响、视觉形象、颜色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高，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进展和生活水平的不断提高， 特殊是喷泉在城市和社区环境建设中起着特殊重要的作用；当今喷泉工程和高新技术的结合正是历史进展的必定趋势，由于喷泉工程中采纳了大量的高新技术，从而使喷泉成效更加绚丽多彩，婀娜多姿，令人赏心悦目、留恋忘返；本次的毕业设计是一个以S7-200PLC 掌握为核心的花样喷泉掌
4、握系统的设计；花样喷泉在 PLC 的掌握之下，喷出各种各样的水柱，给人以一种视觉上美的享受；第 1 章 PLC简介1.1 可编程序掌握器简介可编程序掌握器 PC（Programmable Controller）又称可编程序掌握器 PLC（ Programmable Logic Controller），是微机技术与继电器常规掌握技术相接合的产物，是在次序掌握器和微机掌握器的基础上进展起来的新型掌握器，是一 种以微处理器为核心用作数字掌握的专用运算机；它不仅充分利用微处理器的 优点来满意各种工业领域的实时掌握要求，同时也照料到现场电器操作保护人 员的技能和习惯，摈弃了微机常用的运算机编程语言的表达
5、形式，独具风格地 形成一套以继电器梯形图为基础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、便利易学，调试和查错都很简洁；PLC现已成为现代工业掌握三大支柱（ PLC、CAD/CAM 、ROBOT）之一，以其牢靠性、规律功能强、体积小、可在线修改掌握程序、具有远程通信联网功能、易于与运算机接 口、能对模拟量进行掌握、具备告知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、时间继电器、计数继电器等组成的传统继电接触 掌握系统在机械、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
6、志之一；1.2 PLC 的结构PLC 和一般的微型运算机基本相同，也是由硬件系统和软件系统两大部分组成的； PLC 的硬件系统由微处理器 CPU 、储备器 EPROM，ROM 、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；各部分通过总线 电源总线、掌握总线、地址总线、数据总线 连接而成；其结构简图如下：图 1-1 PLC 硬件结构图电源PLC 的软件系统是指 PLC 所使用的各种程序的集合，通常可分为系统程序和用户程序两大部分；系统程序是每一个PLC 成品必需包括的部分，由 PLC 厂家供应，用于控输制 PLC 本身输的运行，系统微程处序理固器化在EPRO输
7、M 中；用户程受序是由用户依据掌握入需要而编写的入程序；硬件系统和软件系统组成了出一个完整的控信部运算器部元PLC 系统，他们是相辅相成，缺一不行的；号件掌握器外外设储备器I/O部件I/O展扩件I/O展扩1.3 PLC 的特点可编程序掌握器是一种以微机处理器为核心的工业通用自动掌握装置，其 实质是一种工业掌握用的专用运算机；国内外现有的机械手系统，它们的掌握 形式大都采纳可编程序掌握器掌握，特殊是在智能化要求程度高容量大的现代 化工业机械手系统中应用更为普遍；其主要缘由是由于PLC 具有以下优点：1）、敏捷、通用在继电器掌握系统中，使用的掌握器件是大量的继电器，整个系统是依据设计好的电器掌握图
8、，由人工布线、焊接、固定等手段组装完成的，其过程费时费劲；假如由于工艺上的稍许变化，需要转变电器掌握系统的话，那么原先的整个电器掌握系统将被全部拆除，而重新进行布线、焊接、固定等工作，铺张了大量的人力、物力和时间；而可编程掌握器是通过储备在储备器中的程序实现掌握功能的，假如掌握功能需要转变的话，只需要修改程序以及改动极少量的接线即可；而且，同一台可编程掌握器仍可以用于不同的掌握对象，只要转变软件就可以实现不同的掌握要求，因此具有很大的敏捷性、通用性；2）、牢靠性高、抗干扰才能强对于机械手系统来说，牢靠性、抗干扰才能是特别重要的指标，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
9、 下，平稳牢靠的工作，将故障率降至最低，是研制每一种掌握系统必需考虑的问题；现代PLC 采纳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，其牢靠性程度是使用机械触点的继电器所无法比拟的；为了保证PLC 能在恶劣的工业环境牢靠的工作，在其设计和制造过程中实行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） 、操作便利、修理简洁PLC 采纳电气操作人员熟识的梯形图和功能助记符编程，使用户特别便利的读懂程序和编写、修改程序；对于使用者来说，几乎不需要特地的运算机学问；工程师编好的程序特别清楚直观，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）
10、、功能强现代 PLC 不仅具有条件掌握、计时、计数和步进等掌握功能，而且仍能完成 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，它既可掌握开关量，又可掌握模拟量；既可掌握一个机械手，又可掌握一 个机械手群；既可掌握简洁系统，又可掌握复杂系统；既可现场掌握，又可远程掌握；5） 、体积小、重量轻和易于实现机电一体化由于 PLC 采纳了半导体集成电路；因此具有体积小、重量轻、功耗低的特点；且 PLC 是为工业掌握设计的专用运算机，其结构紧凑、牢固耐用、体积小巧，并由于具备很强的牢靠性和抗干扰才能，使之易于装入机械设备内部，因 而成为实现机电一体化特别抱负的掌握设备；同
11、样，可编程序掌握器掌握也有其不足的地方，在性价比上要高于继电器掌握和单片机掌握，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掌握器以及其附属单元都是固定专用等等；1.4 PLC 的主要功能PLC 是一种应用面很广、进展特别快速的工业自动扮装置，在工厂自动化 FA 和运算机集成制造系统 CIMS 内占重要位置；PLC 系统主要有以下功能：1) 多种掌握功能；2) 数据采集、储备与处理功能；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、功耗和硬件价格始终在降低，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
12、降低了价格；另外，采纳PLC 仍可以大大缩短设计、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进展，将再次革新，满意工业与民用掌握的更高需求；1.5 PLC 的经济性分析综上所述，在各种环境中，使用PLC 掌握机构设备，生产流水线和生产过程的自动化掌握将越来越广泛；对 PLC 的经济分析，应从以下几方面考虑： 1）、从影响成本的各个因素综合考虑对目前生产设备掌握装置来说，有三种类型：继电器掌握； 半导体器件掌握； PLC 掌握；价格仅是挑选 PLC 品牌的一个因素，而牢靠性是挑选掌握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论是对旧设备进行改造，仍是设计
13、新的生产机械设备；毫无疑问，生产、设计周期越短越好，甚至期望边设计、边安装、边调试和边生产，特殊是产品更新换代，生产工艺改造，不需改动现有生产设备及其外部接线，就能立刻组织生产，这不仅节省了劳动力，而且新产品能尽快投入市场；这无疑给企业增加了活力，提高了经济效益；假如把这些要求得以实现，继电器或半导体都不能满意，而 PLC 就完全可以实现；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转变就可以了；也就是说只要转变梯形图，依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，可以达到事半功倍的成效；据调查，目前我国 70%的机械生产设备，都是采纳继电器进行掌握的，除了牢靠
14、性差外，程序设计也很纷杂；从方案的确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；而采纳PLC 掌握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精确无误地反映生产要求；编程人员也可依据新产品对生产提出的新工艺要求，重新编写程序并把它储备在 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，这既简洁、便利又保密；1.6 PLC 进展状况及趋势现代 PLC 的进展主要有两个趋势：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进展；二是向大型网络化、高牢靠性、好的兼容
15、性和 多功能方面进展；1） 、大型网络化主要是朝 DCS 方向进展，使其具有 DCS 系统的一些功能；网络化和通信才能强是 PLC 进展的一个重要方面，向下可将多个PLC、I/O 框架相连，向上与工业运算机、以太网、 MAP 网等相连构成整个工厂的自动化掌握系统；2） 、多功能随着自调整、步进电机掌握、位置掌握、伺服掌握等模块的显现，使PLC 掌握领域更加宽广；1.7 PLC 的编程语言在 IEC61131-3 中，规定了掌握规律编程中的语法、语义和显示，并对以往编程语言进行了部分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
16、括：梯形图（LD LadderDiagram）、功能块图（ FBD Function Block Diagram）、次序功能图（ SFC Sequential Function Char）t；文本化编程语言包括：指令表 IL-Instruction List 和结构化文本 ST-Strutured Text ；继电器梯形图编程语言是 PLC 第一采纳的编程语言，也是 PLC 最普遍采纳的编程语言；梯形图编程语言是从继电器掌握系统原理图的基础上演化而来的；PLC 的梯形图与继电器掌握系统梯形图的基本思想是一样的，只是在使用符号和表达方式上有肯定区分；指令表编程语言类似于运算机中的助记符汇编语言，
17、它是可编程掌握器最基础的编程语言；所谓指令表编程，是用一个或几个简洁记忆的字符来代表可编程掌握器的某种操作功能；第 2 章 喷泉的设计要求2.1 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 M；喷射范畴俯视图为圆形，其半径 R=4.5m；喷泉简况平面图如 1-1：图 1-1 喷泉简况平面图图 1-1 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，由六支中水柱匀称分布在 2 的圆（ r=2m）的轨迹上，水量比大水柱的水量小，其喷射高度比大水柱低； 3 表示小水柱，它由 150 支小水柱匀称分布在 3（
18、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，匀称分布在 4 和 5 的圆（ r=4m）的轨迹上，其水量压力均较弱；2.2 喷泉水柱的分布该喷泉的回水池俯视图为圆形，与喷泉喷射范畴俯视图为同心圆，且半径相等；回水池的深度为 2m；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、4m；如图 1-2 所示：图 1-2 回水池的设计回水池上方由金属栏嵌入式掩盖；大水柱喷头的内径 d=50mm，中水柱喷头
19、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 3 章 PLC 掌握系统总设计3.1 PLC 掌握花样喷泉运行要求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） 、按下喷泉喷水花样的循环方式按钮，喷泉开头运行，每隔6s 转变一次花样；在连续运行方式下，喷水花样将始终循环下去，在单步运行方式下，喷水花样只运行一个循环；按下其他任意一个循环方式按钮，喷泉喷水花样的循环方式立刻转
20、变；4） 、按下停止按钮，喷泉停止运行；3.2 喷泉的运行流程图3.3 喷泉的运行过程图 3-1 喷泉的运行流程图按下喷泉掌握系统的启动按钮，第一大水柱从地而起，直射天空；6s 后， 大水柱消逝，紧接着六支中水柱竞相射向天空；最终全部水柱喷泉一齐迸发；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，花样挑选开关置于1 时，其喷泉水柱的动作次序如下： 12（ 1+3+4） （2+5） （1+2） （2+3+4）（ 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；花
21、样挑选开关置于2 时，其喷泉水柱的动 作次序如下： 12 （ 2+4 ） （ 2+5 ） （ 1+2） （ 2+3+4 ） （ 1+3+4） （1+2+3+4+5） 1；花样挑选开关置于3 时，其喷泉水柱的动作次序如下： 12 （ 1+3+4） （ 1+2 ） （ 2+5） （ 2+3+4 ） （ 2+4） （ 1+2+3+4+5） 1；花样挑选开关置于4 时，其喷泉水柱的动作次序如下：1 2 （ 1+3+4 ） （ 2+5 ） （ 1+2 ） （ 2+4 ） （ 2+3+4 ） （ 1+2+3+4+5）1；3.4 喷泉掌握原理喷泉掌握系统由启动掌握程序、位移脉冲掌握程序、位移及复位掌握程序、
22、驱动掌握程序组成；通过位移脉冲掌握程序实现子元件中的内容在储备器间的移动，通过复位掌握程序实现喷泉花样的循环，通过驱动掌握程序实现喷泉的喷射；3.5 花样喷泉 PLC掌握接线图图 3-2 花样喷泉 PLC 掌握接线图3.6 花样喷泉 PLC掌握输入输出点安排名称输入信号代号表 3-1 花样喷泉 PLC 掌握输入输出点安排输出信号输入点编号名称代号输出点编号启动按钮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花样 1 按钮SB5I0.4旋转式喷泉接触器K
23、M5Q0.4花样 2 按钮SB6I0.5-花样 3 按钮SB7I0.6-花样 4 按钮SB8I0.7-3.7 花样喷泉 PLC掌握梯形图图 3-3 花样喷泉 PLC 掌握梯形图图 3-3 中，第 1 规律行为启动掌握程序；第 2、3、4 规律行组成 6s 移位脉冲掌握程序；第 5 规律行为单步连续掌握程序；第6、7、8、9 规律行组成花样挑选掌握程序；第10、11、12、13 规律行组成移位及复位掌握程序；第14、15、16、17、18 规律行组成驱动掌握程序；接通 PLC 电源，第 10 规律行中位储备器 M10.0 接通，其在第 14 规律行中的常开触点闭合，为喷泉的启动做好了预备；当按下
24、喷泉掌握器的启动按钮SB1 后，第 1 规律行中输入继电器 I0.0 的常开触点闭合，位储备器 M0.0 接通并自锁；本程序默认为连续循环喷泉样式的掌握程序，按钮 SB2 为连续按钮，在第5 规律行中输入继电器 I0.2 为常闭触点， 按钮 SB3 为单步按钮，第 5 规律行中输入继电器 I0.3 为常开触点，当按下此按钮，继电器 I0.3 触点闭合，位储备器M0.2 接通并自锁，其在第 1 规律行中的常闭触点断开，喷泉样式进入一次运行状态；挑选默认状态，按下SB4，第 6 行中输入继电器常开触点闭合，位储备器M0.4 接通并自锁，其在第 2、14、15、16、17、18 规律行中的常开触点闭
25、合，进入第一种喷泉样式，输出继电器Q0.0 被接通，大水柱掌握接触器 KM1 通电闭合，大水柱“ 1” 射向天空；同时在第 2 规律行中的 M0.0 、M0.4 的常开触点闭合，定时器T37 被接通开头计时，经过 3s 后， T37 动作，第 3 规律行的常开触点闭合，定时器T38 被接通并开头计时，又经过 3s 后， T38 动作，第 4 规律行中的常开触点闭合一个扫描周期使得位储备器 M0.1 闭合一个扫描周期； M0.1 在第 11 规律行中的常开触点闭合一个扫描周期，将字元件MW10 中的内容向左移 1 位，即将 M10.0 中的“ 1”的内容移至位储备器 M10.1 中， M10.1
26、 闭合；由于 M10.1 接通，其在第 14 规律行中的常开触点闭合，输出继电器Q0.1被接通，中水柱掌握接触器 KM2 通电闭合，中水柱喷出；又经过 6s 后， M0.1 在第 6 规律行中的常开触点闭合一个扫描周期，将字元件 MW10 中的内容向左移一位，即将M10.1 中“ 1”的内容移至位储备器M10.2 中， M10.2 闭合其在第 14、16 规律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”被移至位储备器 M10.7 中， M10.7 第 14、15、16、17、18 规律行中的常开触点闭合；全部输出继电器全部闭合
27、，全部喷泉一起喷发；又经过 6s 后，“ 1”被移至位储备器 M11.0 中， M11.0 在第 12 规律行中的常开触点闭合，使字元件 MW10 中 M10.0-M11.0 的各位复位为“ 0”，第 10 规律行中的 M10.7 复位， M10.0 接通， M10.0 在第 14 规律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；当喷泉第八种喷射花样终止后，喷泉进入停止状态；在此调试过程中，主要观看喷射花样的运行是否符合程序的设定；其余三种循环方式，也是在喷泉处于单步运行状态时，进行调试；喷泉的四种循环方式挑选开关，可在喷泉处于单步运行状态时，进行调试；喷
28、泉运行状态下，按下喷泉循环方式挑选按钮，完成四种方式间的切换调试；以上调试完成后，喷泉在默认（连续）状态下启动，喷泉始终运行下去；第 4 章 结论通过本次毕业设计，利用 PLC 在掌握上的优越性，使喷泉在实际生活中的喷水花样，变化更多，更加完善；本设计采纳PLC 掌握, 利用 PLC 体积小、功能强、牢靠性高 , 且具有较大的敏捷性和可扩展性的特点, 通过转变喷泉的掌握程序或转变方式挑选开关, 就可以转变花样喷泉的喷水规律 , 从而变换出各式花样, 以适应不同季节、不同场合的喷水要求；能给人的视觉系统带来一种更加美的享受；致谢本毕业设计从开头工作到最终的完成都离不开我的指导老师刘小青老师的尽心
29、指导和帮忙；刘老师的严谨治学态度、渊博的学问、无私的贡献精神使我深受启发；从刘老师身上，我不仅学到了扎实、宽广的专业学问，也学到了做人的道理；在此我要向刘老师致以最诚心的感谢和深深的敬意；在完成设计的过程中，感谢众多同学和任课老师的热忱帮忙；最终，诚心感谢各位老师对我的设计进行评审，有不足之处，敬请批判指正；参考文献 1 SIMATIC S7-200系统手册 M.北京：西门子（中国）有限公司, 2004 2西门子 S7-200 可编程序掌握器系统手册 M . 西门子有限公司 , 1999 3SIEMENS 公司的 S7-200 用户指南 M.工业掌握运算机 , 2002 . 4S7-200 可
30、编程序掌握器系统手册 M .工业掌握运算机 , 2001 5吴爱萍 .PLC 掌握的设计技巧 M.工业掌握运算机 , 2003 6吴明洞 .PLC 掌握的设计技巧 J.工业掌握运算机学报 , 2003 7廖常初 . S7-200 基础教程 M .北京：机械工业出版社，2006 8廖常初 .PLC 应用技术问答 M . 北京：机械工业出版社，2006版权申明本文部分内容，包括文字、图片、以及设计等在网上搜集整理；版权为潘宏亮个人全部This article includes some parts, including text,pictures, and design. Copyright is
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