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1、-PLC自动喷泉控制课程设计-第 6 页学号091401131电气控制与可编程控制技术课 程 设 计（ 2009级本科） 题 目：基于S7200PLC的自动喷泉控制系统设计 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： 张 绍 钦 指导教师： 张静 职称： 副教授 完成日期： 2012 年 12 月 14 日课程设计任务书 2012 年 秋 季学期 学 生 姓 名张绍钦学 号091401131专 业 方 向电力系统班 级09级（1）班题 目 名 称基于S7200PLC的自动喷泉控制系统设计一、设计的技术要求：有16个彩灯代表16个喷头，有4个选择按钮，如下图所示。
2、采用S7-200PLC进行控制，实现四种及其以上的自动喷泉花样二、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及控制面板设计等。2.完成控制梯形图的软件设计，主要包括：控制程序流程图设计、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、参考文献等三、设计进度及安排 第一周： 星期一、二 讲解设计课题内容、布置任务及要求 星期三、四 PLC输入输出接线图，初步设计 星期五 梯形图，控制面板图初步设计 第二周： 星期一、二 PLC输入输出接线
3、图，梯形图，控制面板的修改 星期三、四 绘图，系统仿真调试，写说明书及操作使用说明 星期五 完善上述设计内容，装订设计说明书，答辩 指导教师签字：目录一、引言1二、设计目的1三、设计任务及要求13.1 设计要求：13.2 设计任务：2四 PLC的选型34.1 PLC的选型原则34.2 PLC选型4五、硬件设计4设计步骤：45.2 PLC的IO分配表45.3 控制面板图5系统I/O口接图6六 控制程序设计7控制程序流程图设计76.2 程序说明76.3 程序梯形图7七 系统仿真与调试11仿真及调试的步骤117.2 过程演示11八 总结14九 参考文献15一、引言在游人和居民经常光顾的场所，如公园、
4、广场、旅游景点及一些知名建筑前，经常会修建一些喷泉供人们休闲、观赏。这些喷泉按一定的规律改变喷水式样，如果再与五颜六色的灯光相配合，在和和谐优雅的音乐中，更使人心旷神怡，流连忘返。利用PLC控制喷泉喷水方式，产生各样的样式。在系统的硬件组成以及软件的实现，通过PLC控制电磁阀开关来决定喷水的效果，供人们休闲、观赏。自动喷泉控制的实现方法很多，本设计题目为基于可编程控制器（PLC）的喷泉控制系统，用PLC进行控制不仅能够进行多种水型切换，而且能将各种水型、灯光按预先设定的排列组合进行控制程序的设计，通过计算机运行控制程序发出控制信号，使水型、等过实现多姿多彩的变化。通过上位机（PC）与PLC之间
5、的通讯来监控喷泉的状态与效果，进而控制电动机，以达到顺利实现工业控制的要求及目的，同时还要达到低功耗、高性价比、运行可靠等基本要求。二、设计目的通过对自动喷泉PCPLC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。三、设计任务及要求3.1 设计要求：有16个彩灯代表16个喷头，有4个选择按钮，如下图1-1所示。采用S7-200PLC进行控制，实现四种以上的自动喷泉花样。图1-1 喷头分布与方式选择按钮基于以上要求，本系统应具有以下功能花样一： 按下启动按钮，再
6、按下SB1按钮选择花样1模式 1到4号亮， 1秒后灯5到8亮，1到4号灭 1秒后，9到12亮，5到8灭 1秒后13到16亮，9到12灭 1秒后，重复到花样二： 按下启动按钮，再按下SB2选择花样2模式 灯6、7、10、11亮 1s后灯1、4、13、16亮，6、7、10、11灭 1秒后重复循环-步骤花样三： 按下启动按钮，再按下SB3选择花样3模式 灯1亮， 1秒后灯6亮灯1灭 1秒后11亮6灭 1秒后灯16亮11灭 1秒后重复到花样四： 按下启动按钮，再按下SB4选择花样4模式 灯4亮 1秒后灯7亮 1秒后灯10亮 1秒后灯13亮3.2 设计任务：根据控制要求，明确设计任务，拟定设计方案与进度
7、计划，运用所学的理论知识，进行自动喷泉的控制原理设计、硬件系统设计、软件系统设计、创新设计，提高理论知识工程应用能力、系统调试能力、分析问题与解决问题的能力。主要内容包括：1. 设计出硬件系统的结构图、接线图、时序图等；2. 系统有启动/停止，单步/连续功能按钮；3. 熟练运用指令进行PLC控制程序设计，并有主程序、子程序和中断程序；4. 实现四种以上的自动喷泉花样控制；5. 程序结构与控制功能自行创新设计；6. 进行系统调试，实现自动喷泉的控制要求四 PLC的选型4.1 PLC的选型原则PLC的选型有如下原则：1. 最大限度地满足被控对象的控制要求 充分发挥PLC的功能，最大限度地满足被控对
8、象的控制要求，是设计PLC 控制系统的首要前提，这也是设计过程中最重要的一条原则。这就要求设计人员在设计之前就要深入现场进行调查研究，充分收集控制现场的资料，同时收集相关国内、国外相关的资料。同时还要注意和现场的工程管理人员、工程技术人员、现场操作人员等紧密配合，拟定控制方案，共同解决设计中的重点问题和疑难问题。2. 保证PLC 控制系统安全可靠保证PLC控制系统能够长期安全、可靠、稳定运行，是设计控制系统的重要原则。这就要求设计者在系统设计、元器件选择、软件编程等方面要全面考虑，以确保控制系统安全可靠。例如：应该保证PLC控制程序不仅能在正常条件下运行，而且要在非正常情况下，也能正常工作。3
9、. 力求简单、经济、使用及维修方便一个新的控制工程固然能提高产品的质量和数量，带来巨大的经济效益和 社会效益，但新工程的投入、技术的培训、设备的维护也将导致运行资金的增加。因此，在满足控制要求的前提下，一方面要注意不断地扩大工程的效益，另一方面也要注意不断地降低工程的成本。这就要求设计者不仅应该使控制系统简单、经济，而且要使控制系统的使用和维护方便、成本低，不宜盲目追求自动化和高指标。4. 适应发展的需要由于技术的不断发展，控制系统的要求也将会不断地提高，设计时要适当考虑到今后控制系统发展和完善的需要。这就要求在选择PLC、输入/输出模块、I/O点数和内存容量时，要适当留有裕量，以满足今后生产
10、的发展和工艺的改进。4.2 PLC选型S7-200PLC它有四种不同的型号，由于设计要求有6个输入点和16个输出点，因而选择S7-CPU226最为合适。CPU226主机数字量I/O点为24输入/16输出共40个；扩展能力强，可连续7个扩展模块，最大扩展至248个数字量I/O点或35路模拟量I/O点；13KB程序和数据存取空间；6个独立的30KHz高数计数器，2路独立的20KHz高数缓冲输出，具有PID控制器；I/O端子排可能很容易地整体拆卸，是具有将强控制能力的控制器。五、硬件设计5.1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
11、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（6）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。5.2 PLC的IO分配表根据系统要求所选择的I/O表如下表所示：功能元件输入点功能元件输出点启动按钮SB1指示灯L1停止按钮SB2指示灯L2花样选择按钮SB3指示灯L3花样选择按钮SB4指示灯L4花样选择按钮SB5指示灯L5花样选择按钮SB6指示灯L6指示灯L7指示灯L
12、8指示灯L9指示灯L10指示灯L11指示灯L12指示灯L13指示灯L14指示灯L15指示灯L16表5-1 I/O表5.3 控制面板图图5-2 控制面板图5.4系统I/O口接图图5-3 系统I/O口接图六 控制程序设计6.1控制程序流程图设计图6-1 系统流程图6.2 程序说明该自动喷泉PLC程序是用子程序和定时器实现的，子程序实现自动喷泉的连续功能，用开关进行选择四个喷泉花样的变换。 6.3 程序梯形图1)主程序2）子程序七 系统仿真与调试的步骤对上述程序的仿真及调试的具体步骤如下：（1）在step7中从主程序导出111.awl程序；（2）在S7_200汉化仿真 V2.0软件中导入111.aw
13、l程序；（3）从软件中选择CPU型号为cpu226；（4）在仿真软件系运行程序打开开关I0.0；（5）依次观察个花样的仿真结果。7.2 过程演示采用S7_200仿真对设计系统进行仿真及调试,采集的图如下图所示按下开始按钮和开关2后执行花样一按下开始按钮关闭开关2后，按下开关三执行花样二按下开始按钮关闭开关3打开开关4后执行花样三按下开始按钮关闭开关4打开开关5后执行花样四八 总结通过所做PLC的设计，让我进一步对PLC的应用及功能做了了解，对软件梯形图的应用也变的熟练。我掌握了更多关于自动控制系统的知识，明白了自动喷泉控制系统的组成，S7-200PLC的功能及特点。无论是在硬件还是软件设计上，
14、我都遇到了不少的问题，在克服困难的过程中，我学到了许多，特别是在课堂上学不到的东西。使我重新系统的学习了网络测控，可编程控制器等课程，熟悉掌握了PLC的使用。对一个系统的设计步骤有了清楚的了解，并掌握了一个系统的设计过程。学会了如何发现问题，解决问题。并在查阅资料的过程中对问题的认识和问题的解决提出了新的见解，分析问题出现的原因，使得对问题理解也更加深刻。通过本次设计，让我很好的锻炼了理论与具体项目、课题相结合开发、设计产品的能力。在具体的设计过程中，通过老师和同学的帮助和自己的不断摸索，掌握了不少的工程技术方法，同时也培养了自己的工程设计思想，为以后的实际工作打下了一定的基础。因此，既让我们
15、懂得了怎样把理论应用于实际，又让我们懂得了在实践中遇到的问题怎样用理论去解决。最后，非常感谢老师的指导和同学们的帮助。九 参考文献1 周军.电气控制及PLC.机械工业出版社，2001。2 廖常初.PLC编程及应用.机械工业出版社，2002。3 贾树军.组态网在音乐喷泉中的应用.山西机械出版社，2003。4 张静.电气控制与可编程控制技术及应用.国防工业出版社，2010。5 王永华.现代电气控制及PLC实用技术. 北京航天航空大学出版社，2008电气控制与PLC课程设计成绩评定表姓 名赵桓学 号091401133专业班级电气工程09及1班课程设计题目： 基于S7200PLC的自动喷泉控制系统设计课程设计答辩或质疑记录：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）（10分）5.设计报告的规范性、参考文献充分（不少于5篇）（10分）6.答辩（20分）总 分最终评定成绩（以优、良、中、及格、不及格评定） 指导教师签字： 年 月 日