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1、机电控制综合设计课程设计说明书课题:基于PLC的花式喷水池控制系统设计 目 录前言1第一章PLC（可编程控制器）和题目简介2第二章I/O分配表和原理和操作说明 5第三章I/O接线图及主电路 5第四章流程图 7第五章程序-梯形图 8第六章程序-语句表 18第七章总结 23第八章参考文献24前言摘 要 花式喷水池是近年来出现的一种园林建筑与花式观赏相结合的一种产物。随着可编程控制器在我国的迅速发展，对花式喷泉的控制要求也越来越高，使得越来越多的控制部分需要可编程控制器来实现。在游人和居民经常光顾的场所，如公园、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
2、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。 本文讲述的是如何利用PLC控制喷泉喷水方式，产生各样的样式，本文结合任务设计书的要求，以4环花式喷泉为研究对象，采用了西门子s7-200系列可编程序控制器作为喷泉的控制器。对花式喷水池的控制系统的总体功能进行了分析，阐述了可编程控制器的组成和工作原理。并提出了喷水池硬件的各组成模块及详细的硬件模块设计方案。本设计改善了喷泉系统的控制品质，并真正地达到了实时控制的要求。关键词：可编程序控制器 花式喷水 控制系统 Abstract Fancy fountain in recent years is a l
3、andscapearchitecture and fancy watch a product of the combination. With thePLC in Chinas rapid development, the fountain of artistic controlrequirements are also getting higher and higher, making more andmore control of the PLC needs to achieve.He place usually patronized at the visitor and the resi
4、dents, like park, square, travel beauty spot and some well-known buildings before, usually build some fountains to provide people recreation, appreciate.These fountains spray water style according to the certain regulation change, if match each other with colourful light again to match, make person
5、free of mind and happy of heart more in with harmony the grace of music, linger on, forgetting to return.What this text relate is how make use of a PLC control fountain to spray water method, produce the style of each kind. Based on the mission design requirements to fourCentral fancy fountain for t
6、he study using a series of CPM2A PLC asa fountain of the controller. The fancy fountain of the overallcontrol system features an analysis of the PLC on the compositionand working principles. And made a fountain of hardware componentsand modules detailed design of the hardware module. The design ofth
7、e fountain system to improve quality control, and really reacheda real-time control requirements.Key word：PLC（programable logic control） Fancy fountain Control System第一章PLC（可编程控制器）和题目简介一、plc简介1、PLC的基本概念可编程控制器(Programmable Controller)是计算机家族中的一员，是为工业控制应用而设计制造的。早期的可编程控制器称作可编程逻辑控制器(Programmable Logic Co
8、ntroller)，简称PLC，它主要用来代替继电器实现逻辑控制。随着技术的发展，这种装置的功能已经大大超过了逻辑控制的范围，因此，今天这种装置称作可编程控制器，简称PC。但是为了避免与个人计算机(Personal Computer)的简称混淆，所以将可编程控制器简称PLC,plc自1966年出现，美国，日本，德国的可编程控制器质量优良，功能强大。 2、PLC的基本结构PLC实质是一种专用于工业控制的计算机，其硬件结构基本上与微型计算机相同，基本构成为：a、电源 PLC的电源在整个系统中起着十分重要的作用。如果没有一个良好的、可靠的电源系统是无法正常工作的，因此PLC的制造商对电源的设计和制造
9、也十分重视。一般交流电压波动在+10%(+15%)范围内，可以不采取其它措施而将PLC直接连接到交流电网上去 b. 中央处理单元(CPU) 中央处理单元(CPU)是PLC的控制中枢。它按照PLC系统程序赋予的功能接收并存储从编程器键入的用户程序和数据；检查电源、存储器、I/O以及警戒定时器的状态，并能诊断用户程序中的语法错误。当PLC投入运行时，首先它以扫描的方式接收现场各输入装置的状态和数据，并分别存入I/O映象区，然后从用户程序存储器中逐条读取用户程序，经过命令解释后按指令的规定执行逻辑或算数运算的结果送入I/O映象区或数据寄存器内。等所有的用户程序执行完毕之后，最后将I/O映象区的各输出
10、状态或输出寄存器内的数据传送到相应的输出装置，如此循环运行，直到停止运行。为了进一步提高PLC的可靠性，近年来对大型PLC还采用双CPU构成冗余系统，或采用三CPU的表决式系统。这样，即使某个CPU出现故障，整个系统仍能正常运行。 c、存储器 存放系统软件的存储器称为系统程序存储器。 存放应用软件的存储器称为用户程序存储器。 d、输入输出接口电路 1、现场输入接口电路由光耦合电路和微机的输入接口电路，作用是PLC与现场控制的接口界面的输入通道。 2、现场输出接口电路由输出数据寄存器、选通电路和中断请求电路集成，作用PLC通过现场输出接口电路向现场的执行部件输出相应的控制信号。 e、功能模块 如
11、计数、定位等功能模块 f、通信模块 如以太网、RS485、Profibus-DP通讯模块等 3、PLC的工作原理 当PLC投入运行后，其工作过程一般分为三个阶段，即输入采样、用户程序执行和输出刷新三个阶段。完成上述三个阶段称作一个扫描周期。在整个运行期间，PLC的CPU以一定的扫描速度重复执行上述三个阶段。 (一) 输入采样阶段 在输入采样阶段，PLC以扫描方式依次地读入所有输入状态和数据，并将它们存入I/O映象区中的相应得单元内。输入采样结束后，转入用户程序执行和输出刷新阶段。在这两个阶段中，即使输入状态和数据发生变化，I/O映象区中的相应单元的状态和数据也不会改变。因此，如果输入是脉冲信号
12、，则该脉冲信号的宽度必须大于一个扫描周期，才能保证在任何情况下，该输入均能被读入。 (二) 用户程序执行阶段 在用户程序执行阶段，PLC总是按由上而下的顺序依次地扫描用户程序(梯形图)。在扫描每一条梯形图时，又总是先扫描梯形图左边的由各触点构成的控制线路，并按先左后右、先上后下的顺序对由触点构成的控制线路进行逻辑运算，然后根据逻辑运算的结果，刷新该逻辑线圈在系统RAM存储区中对应位的状态；或者刷新该输出线圈在I/O映象区中对应位的状态；或者确定是否要执行该梯形图所规定的特殊功能指令。在用户程序执行过程中，只有输入点在I/O映象区内的状态和数据不会发生变化，而其他输出点和软设备在I/O映象区或系
13、统RAM存储区内的状态和数据都有可能发生变化，而且排在上面的梯形图，其程序执行结果会对排在下面的凡是用到这些线圈或数据的梯形图起作用；相反，排在下面的梯形图，其被刷新的逻辑线圈的状态或数据只能到下一个扫描周期才能对排在其上面的程序起作用。在程序执行的过程中如果使用立即I/O指令则可以直接存取I/O点。即使用I/O指令的话，输入过程影像寄存器的值不会被更新，程序直接从I/O模块取值，输出过程影像寄存器会被立即更新，这跟立即输入有些区别。 (三) 输出刷新阶段 当扫描用户程序结束后，PLC就进入输出刷新阶段。在此期间，CPU按照I/O映象区内对应的状态和数据刷新所有的输出锁存电路，再经输出电路驱动
14、相应的外设。这时，才是PLC的真正输出。 4、PLC内部运作方式虽然PLC所使用之阶梯图程式中往往使用到许多继电器、计时器与计数器等名称，但PLC内部并非实体上具有这些硬件，而是以内存与程式编程方式做逻辑控制编辑，并借由输出元件连接外部机械装置做实体控制。因此能大大减少控制器所需之硬件空间。实际上PLC执行阶梯图程式的运作方式是逐行的先将阶梯图程式码以扫描方式读入CPU 中并最后执行控制运作。在整个的扫描过程包括三大步骤，“输入状态检查”、“程式执行”、“输出状态更新”说明如下： 步骤一“输入状态检查”：PLC首先检查输入端元件所连接之各点开关或传感器状态（1 或0 代表开或关），并将其状态写
15、入内存中对应之位置Xn。步骤二“程式执行”：将阶梯图程式逐行取入CPU 中运算，若程式执行中需要输入接点状态，CPU直接自内存中查询取出。输出线圈之运算结果则存入内存中对应之位置，暂不反应至输出端Yn。步骤三“输出状态更新”：将步骤二中之输出状态更新至PLC输出部接点，并且重回步骤一。 此三步骤称为PLC之扫描周期，而完成所需的时间称为PLC 之反应时间，PLC 输入讯号之时间若小于此反应时间，则有误读的可能性。每次程式执行后与下一次程式执行前，输出与输入状态会被更新一次，因此称此种运作方式为输出输入端“程式结束再生”。 二、题目：花式喷水池装置PLC控制1、花式喷水池示意图图a中4为中间喷水
16、管，3为内环状喷水管，2为中环形状喷水管，1为外环形状喷水管。图b中的选择开关可有4种选择，可分别用4个开关模拟实现；单步/连续开关为“1”= 单步，“0”= 连续，其他为单一功能开关。2、控制要求：(1)水池控制电源开关接通后，按下启动按钮，喷水装置即开始工作。按下停止按钮，则停止喷水。工作方式由“选择开关”和“单步/连续”开关来决定。 （2）“单步/连续”开关在单步位置时，喷水池只运行一个循环；在连续位置时，喷水池反复循环运行。(3)方式选择开关用以选择喷水池的喷水花样，14号喷水管的工作方式选择如下：a）选择开关在位置“1”按下启动按钮后，4号喷水，延时2s，3号喷水，再延时2s，2号喷
17、水，再延时2s，1号喷水，接着一起喷水15s为一个循环。b）选择开关在位置“2”按下启动按钮后，1号喷水，延时2s，2号喷水，再延时2s，3号喷水，再延时2s，4号喷水，接着一起喷水30s为一个循环。c) 选择开关在位置“3”按下启动按钮后，1、3号同时喷水，延时3s后，2、4号同时喷水，1、3号停止喷；交替运行5次后，再14号全部喷水30s为一个循环。d）选择开关在位置“4”按下启动按钮后，喷水池14号水管的工作顺序为：1234按顺序延时2s喷水，然后一起喷水30s后，1、2、3和4号水管分别延时2s停水，再等待1s，由4321反序分别延时2s喷水，然后再一起喷水30s为一个循环。（4） 不
18、论在什么工作方式，按下停止按钮，喷水池立即停止工作，所有存储器复位。3、I/O编址4、编程并调试5、I/O端子接线图第二章 I/O分配表和原理和操作说明一、I/O分配表 分析系统及控制要求知需8个输入和四个输出，所以选CPU222即可满足要求（CPU222有8输入和6输出）。I/O分配表如下表。输入信号输出信号序号功能元件地址序号控制对象元件地址1启动按钮SF0I0.014号接触器QA3QA3Q0.32选择开关1SF1I0.123号接触器QA2QA2Q0.23选择开关2SF2I0.232号接触器QA1QA1Q0.14选择开关3SF3I0.341号接触器QA0QA0Q0.05选择开关4SF4I0
19、.46停止按钮SF5I0.57连续开关SF6I0.68单步开关SF7I0.7二、 原理和操作说明 (1)水池控制电源开关接通后，工作方式由“选择开关”和“单步/连续”开关来决定。 （2）“单步/连续”开关在单步位置时，喷水池只运行一个循环；在连续位置时，喷水池反复循环运行。按下启动按钮，喷水装置即开始工作。按下停止按钮，则停止喷水。 当选择开关在SF1时，按动启动按钮时程序自动进入s0.1运行，程序运行到最后时自行判断是单步或连续，就入戏一个环节； 当选择开关在SF2SF3SF4时同上。第三章I/O接线图及主电路分析系统及控制要求绘出如下接线图及主电路1、I/O接线图2、主电路第四章 流程图
20、分析系统及控制要求绘出如下流程图NNNNYYYY结束单步?一起喷水30s延时时1s后,YV4YV1依次延时 2s通电,41号依次喷水YV4YV1依次延时2s断电,41号依次停喷一起喷水30s单步?YV1，YV3通电,14号同喷水30s循环次数=5?延时3s后,YV2，YV4通电,YV1，YV3断电,1,3号 停喷,2,4号喷水单步?一起喷水15s延时2s后,YV4通电,4 号喷水延时2s后,YV3通电,3号喷水延时2s后,YV2通电,2号喷水单步?一起喷水15s延时2s后,YV1通电,1号喷水延时2s后,YV2通电,2号喷水延时2s后,YV3通电,3号喷水YV1,YV2通电,1,3号同时喷水Y
21、V1YV4依次延时,2s通电 ,14号依次喷水YV1通电,1号喷水YV4通电,4号喷水启动启动启动启动开关3开关4开关2开关1选择开关开始NY第五章 程序-梯形图第六章 程序-语句表LD I0.0O M0.0AN I0.5= M0.0LD SM0.1S S0.0, 1LSCR S0.0LD I0.6AN I0.7S M0.1, 1LD I0.7AN I0.6R M0.1, 1LD I0.1A I0.0SCRT S0.1LD I0.2A I0.0SCRT S0.3LD I0.3A I0.0SCRT S0.5LD I0.4A I0.0SCRT S0.7SCRELSCR S0.1LDN I0.5=
22、M0.2TON T37, 20LD T37= M0.3TON T38, 20LD T38= M0.4TON T39, 20LD T39= M0.5TON T40, 150LD T40SCRT S0.2SCRELSCR S0.2LD M0.1SCRT S0.1LDN M0.1SCRT S0.0SCRELSCR S0.3LDN I0.5= M0.7TON T41, 20LD T41= M2.5TON T42, 20LD T42= M2.6TON T43, 20LD T43= M1.0TON T44, 300LD T44SCRT S0.4SCRELSCR S0.5LDN I0.5= M1.1TON
23、T45, 30LD T45= M1.2TON T45, 30LD T45= M1.2TON T46, 30LD T46LD C20CTU C20, 5LD C20TON T47, 300LD T47SCRT S0.7SCRELSCR S0.6LD M0.1SCRT S0.5LDN M0.1SCRT S0.0SCRELSCR S0.7LDN I0.5= M1.3TON T48, 20LD T48= M1.4TON T49, 20LD T49= M1.5TON T50, 20LD T50= M1.6TON T51, 300LD T51= M1.7TON T52, 20LD T52= M2.7TON
24、 T53, 20LD T53= M3.0TON T54, 20LD T54= M2.0TON T55, 10LD T55SCRT S1.0SCRELSCR S1.0LDN I0.5= M2.1TON T56, 20LD T56= M2.2TON T57, 20LD T57= M2.3TON T58, 20LD T58= M2.4TON T59, 300LD T59SCRT S1.1SCRELSCR S1.1LD M0.1SCRT S0.7LDN M0.1SCRT S0.0SCRELD M0.2AN T40LD M1.0AN T40OLDLD T45AN T46OLDLD C20AN T47OL
25、DLD M1.6AN M2.0OLDO M2.1= Q0.3LD M0.3AN T40LD M2.6AN T44OLDLD M1.1AN T45OLDLD C20AN T47OLDLD M1.5AN M3.0OLDO M2.2= Q0.2LD M0.4AN T40LD M2.5AN T44OLDLD T45AN T46OLDLDN C20A T47OLDLD M1.4AN M2.7OLDO M2.3= Q0.1LD M0.5AN T40LD M0.7AN T44OLDLD M1.1AN T45OLDLD C20AN T47OLDLD M1.3AN M1.7OLDO M2.0= Q0.0END第
26、七章总结课程设计是培养学生综合运用所学知识、发现、提出、分析和解决实际问题，锻炼实践能力的重要环节，是对学生实际工作能力的具体训练和考察过程。随着科学技术发展的日新月异，PLC已经成为当今计算机应用中的领域，生活中可以说是无处不在。因此对于二十一世纪的大学生来说掌握PLC技术是十分重要的。回顾此次PLC课程设计，我感慨颇多，的确，通过这次对数码管工作的PLC控制，让我们对PLC梯形图、指令表、外部接线图有了更好的了解，也让我了解了关于PLC设计原理。有很多设计理念来源于实际，从中找出做适合的设计方法。从理论到实践，在一星期的日子里，可以说得是苦多于甜，但是可以学到很多很多的东西，同时不仅可以巩
27、固了以前所学的知识，而且学到了很多在书本上没有的知识。通过这次课程设计使我懂得了理论与实践相结合是很重要的，只有理论知识是远远不够的，只有把理论与实践结合起来，从理论中得出结论，才能真正为社会服务，从而提高自己的实际动手能力和独立思考的能力。在设计的过程中遇到的问题，可以说得是困难重重，这毕竟是第一次做的，难免会遇到各种各样的问题，同时在设计的过程中发现自己的不足之处，对以前所学的知识理解的不够深刻，掌握的不够牢固，比喻说不懂一些元器件的使用方法，对PLC编程掌握的不好通过这次课程设计之后，一定要把以前的知识重新温习。在本次设计中，我们还需要大量的以前没有学到过的知识，于是图书馆和INTERN
28、ET成了我们很好的助手。在查阅资料的过程中，我们要判断优劣、取舍相关知识，不知不觉中我们查阅资料的能力也得到了很好的锻炼。我们学习的知识是有限的，在以后的工作中我们肯定会遇到许多未知的领域，这方面的能力便会使我们受益非浅。第八章参考文献1.王永华. 现代电气控制及PLC应用技术. 北京航空航天大学出版社2.邓星钟. 机电传动控制. 华中科技大学出版社3.程先平. 机电传动控制. 华中科技大学出版社4.陈宏钧. 可编程控制器课程设计指导书【M】. 天津：天津大学出版社，20015.温照方. SIMATIC S7-200可编程序控制器教程. 北京理工大学出版社6.王卫兵. 可编程序控制器原理及应用. 北京：机械工业出版社，19987.于庆广.可编程控制器原理与系统设计.北京:清华大学出版社，2004.8. 吴中俊，黄永红主编，可编程序控制器原理及应用，机械工业出版社， 2004；9. 西门子公司，SIMATIC S7-200可编程序控制器系统手册，2002；10. 廖常初主编，PLC编程及应用，机械工业出版社，2002；11. 何衍庆等编著，可编程序控制器原理及应用技巧，化学工业出版社，2000.12胡学林主编 可编程控制器教程（基础篇）（实训篇） 电子工业出版社