自动喷泉的PLC控制设计

成 绩 评 定 表

    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。

前言

1.机械设计的目的和要求    3

 1.1  课程设计的目的    3

 1.2  课程设计的基本要求    3

2.总体设计    4

 2.1  PLC选型    4

 2.2  PLC端子分配    5

3.PLC课程设计    6

 3.1  设计思想    6

 3.2  控制流程图    7

 3.3  PLC梯形图    14

4.程序模拟调试说明    24

 4.1  硬件检查    24

 4.2  系统综合调试    24

结束语

参考文献

1.机械设计的目的和要求

1.1  课程设计的目的

PLC程序设计训练是机电专业一个重要的实践性教学环节。通过课程设计使学生掌握可编程序控制器（PLC）的基本工作原理、指令系统；熟悉PLC电气控制系统设计工作的流程；熟练地进行系统外围电路设计、接线、编程、调试等工作；使学生掌握使用可编程序控制器的基本方法，锻炼学生的对PLC的编程能力，用可编程序控制器解决电气控制问题的能力。 

1.2  课程设计的基本要求  

要求学生理解并掌握可编程序控制器（PLC）的基本工作原理及基本结构、PLC的运行方式、外部接线及编程方法，训练学生的编程能力及用PLC解决现场控制问题的能力。 

1、掌握可编程控制器硬件电路的设计方法。

2、熟练使用小型可编程控制器的编程软件，掌握可编程控制器软件程序的设计思路和梯形图的设计方法。 

3、掌握可编程控制器程序的应用系统的调试、监控、运行方法。  

4、掌握电气控制柜电气控制原理图的原理设计，熟练应用导线二维设计法，掌握电气控制接线图和互连图等工艺设计方法。  

5、通过程序设计训练使学生能熟练掌握资料的查询（图书、网络），将电气控制与PLC课程所获知识在工程设计工作中综合地加以应用，使理论知识和实践结合起来。

6满足设计要求（  有16个喷头，4个开关。

学生自己拟定喷头的平面布局，分别设计4种喷泉花样。

要求：

1）设计喷头的平面布局

2）分别设计4种喷泉花样，并分别给出时序图

3）具有单周期和连续功能

4）按停止按钮，完成当前循环后停。

2.总体设计

2.1  PLC选型

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）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

（4）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，以满足今后生产的发展和工艺的改进。

 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个的30KHz高数计数器，2路的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。

2.2  PLC端址分配

如图2.1自动喷泉的PLC设计的端子分配图

图2.1端子分配图

3.PLC程序设计

3.1  设计思想

深入了解和分析花式喷泉的工艺条件和控制要求。设计喷头的平面布局，根据要求设计四种喷泉花样。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。根据I/O点数选择合适的PLC类型。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。由于有四种花样的选择，共有四种情况而且每种情况各不相关，所以用子程序来设计梯形图。共有四种花样，所以做成四个子程序。根据所设计的花样设计出各个花样的顺序功能图。而主程序比较简单因此用经验设计法。按照顺序功能图写出花式喷泉的梯形图。用主程序调用即可。 

     图3.1   喷头布局图

3.2控制流程图(时序图和顺序功能图)

(1)花样一

按下启动按钮，再按下花样一按钮选择花样1模式，1号灯亮2秒，2—6号灯亮2秒，7—11号灯亮2秒，12—16号灯亮2秒，重复上述过程。按下停止按钮，完成该循环后停止。

图3.2花样一时序图

图3.3花样一顺序功能图

（2）花样二

按下启动按钮，再按下花样二按钮选择花样2模式。1—16号灯顺次亮，时间间隔0.5秒。重复上述过程。按下停止按钮，完成该循环后停止。

图3.4花样二时序图

图3.5花样二顺序功能图

（3）花样三                                                                                              

按下启动按钮，再按下花样三按钮选择花样3模式。2—11号灯亮5秒，13—16号灯亮5秒，最后一号灯亮1秒。重复上述过程。按下停止按钮，完成该循环后停止。

图3.6花样三时序图

                          图3.7花样三顺序功能图

（4）花样四

    按下启动按钮，再按下花样四按钮选择花样4模式。7—16号灯亮2秒，2—6号灯亮2秒，7—11号灯亮2秒，最后所有灯亮1秒。重复上述过程。按下停止按钮，完成该循环后停止。

图3.8花样四时序图

图3.9花样四顺序功能图

3.3  PLC梯形图

（1）主程序梯形图如图3.10

图3.10主程序梯形图

（2）花样一子程序梯形图如图3.11

图3.11花样一子程序梯形图

（2）花样二子程序梯形图如图3.12

图3.12花样二子程序梯形图

（3）花样三子程序梯形图如图3.13

图3.13花样三子程序梯形图

（4）花样四子程序梯形图如图3.14

                       图3.14花样四子程序梯形图

4.程序模拟调试说明

在调试之前首先对PLC外部接线作仔细检查，这一个环节很重要。外部接线一定要准确无误。也可以用事先编写好的试验程序对外部接线做扫描通电检查来查找接线故障。不过，为了安全考虑，要将主电路断开。当确认接线无误后再连接主电路，将模拟调试好的程序送入用户存储器进行调试，直到各部分的功能都正常，并能协调一致地完成整体的控制功能为止。

4.1硬件检查

用万用表诸根检查面板上按钮、指示灯、转换开关到端子排的接线；端子排到PLC输入输出端子的接线；电源到PLC、触摸屏的接线。PLC之间、PLC和触摸屏之间的通讯线缆制作和插接。

确保做到以下几点：

1. 所有接线牢固、无松动，无短路：所有电源正（L）接点不得与电源负（N）相导通，无断路：所有同一回路中不经过触点和用电器的的线接点应导通，线号正确，标识便于理解。

2. 电源正负（L和N）接线正确、无颠倒，所有电源电压应符合用电器电压允许范围。

3. 传感器、用电器回路接线正确：保证回路由电源正（L）到触点或IO接口再到用电器或传感器（包括端子排预留接口）再回到电源负（N）。

4. 各类传感器或用电器接线方式正确：两线制、四线制电流信号传感器、热电阻传感器，继电器线圈和触点等接线符合接线标准和电气原理。

4.2系统综合调试

 将编写好的PLC程序进行编译，下载至PLC，按下启动按钮，按下花样一按钮喷泉执行花样一，并可以循环。按下停止按钮，执行完次该循环停止。若其他花样情况同上，则此控制程序设计能够满足控制系统的要求。

结束语

    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，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。

                       参考文献

[1]陈白宁，段志敏，刘文波.机电传动控制［M］沈阳：东北大学出版社，2002.

[2]廖常初，PLC编程及应用［M］.北京：机械工业出版社，2002.

[3]SIEMENS公司.SIEMENS S7-200可编程序控制器系统手册［S］.2002.

[4]邓星钟.机电传动控制［M］.武汉：华中理工大学出版社，2001. 

[5]殷华文.可编程序控制器及工业控制网络［M］西安：西安地图出版社，2001.

[6]齐占庆.机床电气自动控制.北京:机械工业出版社,1987.8

[7]黎亚元.机床电气自动控制.重庆:重庆大学出版社,1994.10

[8]王士兰.PLC技术及运用.北京:机械工业出版社,2000.8