基于S7-200PLC的自動(dòng)噴泉控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)

1、學(xué)號(hào)電氣控制與可編程控制技術(shù)課 程 設(shè) 計(jì)（ 2009 級(jí)本科）題目：基于 s7200plc的自動(dòng)噴泉控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)系（部）院：物 理 與 機(jī) 電 工 程 學(xué) 院專業(yè)：電 氣 工 程 及 其 自 動(dòng) 化作者姓名：趙桓指導(dǎo)教師：張靜職稱：副教授完成日期：2012 年12 月14 日課程設(shè)計(jì)任務(wù)書2012 年 秋 季學(xué)期學(xué) 生 姓 名趙桓學(xué)號(hào)專 業(yè) 方 向電力系統(tǒng)班級(jí)09 級(jí)（1）班題 目 名 稱基于 s7200plc 的自動(dòng)噴泉控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)一、設(shè)計(jì)的技術(shù)要求：有 16 個(gè)彩燈代表16 個(gè)噴頭，有4 個(gè)選擇按鈕，如下圖所示。采用s7-200plc進(jìn)行控制，實(shí)現(xiàn)四種及其以上的自動(dòng)噴泉花樣二、設(shè)計(jì)的主要

2、內(nèi)容與要求：1. 完成控制系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)，主要包括：電氣元件的選擇、電氣原理圖設(shè)計(jì)、可編程控制器輸入輸出接線圖設(shè)計(jì)及控制面板設(shè)計(jì)等。2. 完成控制梯形圖的軟件設(shè)計(jì)，主要包括：控制程序流程圖設(shè)計(jì)、梯形圖程序設(shè)計(jì)及仿真調(diào)試。 3.完成課程設(shè)計(jì)說明書的撰寫，主要包括：封面、目錄、設(shè)計(jì)任務(wù)書、設(shè)計(jì)總體思路、硬件設(shè)計(jì)、軟件設(shè)計(jì)、總結(jié)體會(huì)、參考文獻(xiàn)等三、設(shè)計(jì)進(jìn)度及安排：三、設(shè)計(jì)進(jìn)度安排：第一周：星期一、二講解設(shè)計(jì)課題內(nèi)容、布置任務(wù)及要求星期三、四plc 輸入輸出接線圖，初步設(shè)計(jì)星期五梯形圖，控制面板圖初步設(shè)計(jì)第二周：星期一、二plc 輸入輸出接線圖，梯形圖，控制面板的修改星期三、四繪圖，系統(tǒng)仿真調(diào)試，寫說

3、明書及操作使用說明星期五完善上述設(shè)計(jì)內(nèi)容，裝訂設(shè)計(jì)說明書，答辯指導(dǎo)教師簽字：目錄一、設(shè)計(jì)目的 . 二、設(shè)計(jì)要求 . 2.1 本設(shè)計(jì)的基本控制要求 . 2.2 設(shè)計(jì)任務(wù)及要求 . 三、系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì) . 3.1 系統(tǒng)設(shè)計(jì)步驟 . 3.2 plc的 io 分配表 . 3.3 控制面板 . 3.4 系統(tǒng) i/o 口接圖 . 四、控制系統(tǒng)設(shè)計(jì) . 4.1 控制程序流程圖設(shè)計(jì) . 4.2 控制程序設(shè)計(jì)思路 . 五、軟件系統(tǒng)設(shè)計(jì) . 5.1 程序說明 . 5.2 梯形圖 . 5.3 系統(tǒng)調(diào)試及結(jié)果分析 . 六、系統(tǒng)仿真與調(diào)試 . 七、總結(jié) . 參考文獻(xiàn) . 一、設(shè)計(jì)目的plc= programmable l

4、ogic controller，可編程邏輯控制器，一種數(shù)字運(yùn)算操作的電子系統(tǒng)， 專為在工業(yè)環(huán)境應(yīng)用而設(shè)計(jì)的。它采用一類可編程的存儲(chǔ)器，用于其內(nèi)部存儲(chǔ)程序，執(zhí)行邏輯運(yùn)算，順序控制，定時(shí)，計(jì)數(shù)與算術(shù)操作等面向用戶的指令，并通過數(shù)字或模擬式輸入/ 輸出控制各種類型的機(jī)械或生產(chǎn)過程。是工業(yè)控制的核心部分。早 期 的 可 編 程 控 制 器 稱 作 可 編 程 邏 輯 控 制 器 （ programmable logic controller,plc） ，它主要用來代替繼電器實(shí)現(xiàn)邏輯控制。隨著技術(shù)的發(fā)展，這種采用微型計(jì)算機(jī)技術(shù)的工業(yè)控制裝置的功能已經(jīng)大大超過了邏輯控制的范圍，因此，今天這種裝置稱作可編程

5、控制器，簡稱pc 。但是為了避免與個(gè)人計(jì)算機(jī)（personal computer） 的簡稱混淆，所以將可編程序控制器簡稱plc,plc自 1969年美國數(shù)據(jù)設(shè)備公司（ dec ）研制出現(xiàn)，現(xiàn)行美國，日本，德國的可編程序控制器質(zhì)量優(yōu)良， 功能強(qiáng)大。 自動(dòng)噴泉控制的實(shí)現(xiàn)方法很多，本設(shè)計(jì)題目為基于可編程控制器（plc ） 的噴泉控制系統(tǒng)， 用 plc進(jìn)行控制不僅能夠進(jìn)行多種水型切換，而且能將各種水型、 燈光按預(yù)先設(shè)定的排列組合進(jìn)行控制程序的設(shè)計(jì)，通過計(jì)算機(jī)運(yùn)行控制程序發(fā)出控制信號(hào)，使水型、 等過實(shí)現(xiàn)多姿多彩的變化。 通過上位機(jī)（pc ）與 plc之間的通訊來監(jiān)控噴泉的狀態(tài)與效果，進(jìn)而控制電動(dòng)機(jī)， 以

6、達(dá)到順利實(shí)現(xiàn)工業(yè)控制的要求及目的，同時(shí)還要達(dá)到低功耗、 高性價(jià)比、 運(yùn)行可靠等基本要求。二、設(shè)計(jì)要求2.1 本設(shè)計(jì)的基本控制要求有 16 個(gè)彩燈代表16 個(gè)噴頭，有4 個(gè)選擇按鈕，如下圖1-1 所示。采用s7-200plc進(jìn)行控制，實(shí)現(xiàn)四種以上的自動(dòng)噴泉花樣。圖 1-1 噴頭分布與方式選擇按鈕基于以上要求，本系統(tǒng)應(yīng)具有以下功能花樣一：按下啟動(dòng)按鈕，再按下k1按鈕選擇花樣 1 模式 1 到 4 號(hào)亮， 2 秒后燈 5 到 8 亮，1 到 4 號(hào)滅 2 秒后， 9 到 12 亮，5 到 8 滅 2 秒后 13 到 16 亮，9 到 12 滅 2 秒后，重復(fù)到花樣二： 按下啟動(dòng)按鈕，再按下k2選擇花

7、樣 2 模式 燈 6、7、10、11 亮 2s 后燈 1、4、13、16 亮，6、7、10、11 滅 2 秒后重復(fù)循環(huán) - 步驟花樣三： 按下啟動(dòng)按鈕，再按下k3選擇花樣 3 模式 燈 1 亮， 2 秒后燈 6 亮燈 1 滅 2 秒后 11 亮 6 滅 2 秒后燈 16 亮 11滅 2 秒后重復(fù)到花樣四： 按下啟動(dòng)按鈕，再按下k4選擇花樣 4 模式 燈 4 亮 2 秒后燈 7 亮 2 秒后燈 10 亮 2 秒后燈 13 亮2.2 設(shè)計(jì)任務(wù)及要求1）設(shè)計(jì)要求有 16 個(gè)彩燈代表 16 個(gè)噴頭，有 4 個(gè)選擇按鈕，如下圖所示。采用 s7-200plc進(jìn)行控制，實(shí)現(xiàn)四種以上的自動(dòng)噴泉花樣2）設(shè)計(jì)任務(wù)

8、根據(jù)控制要求， 明確設(shè)計(jì)任務(wù)， 擬定設(shè)計(jì)方案與進(jìn)度計(jì)劃， 運(yùn)用所學(xué)的理論知識(shí)，進(jìn)行自動(dòng)噴泉的控制原理設(shè)計(jì)、 硬件系統(tǒng)設(shè)計(jì)、軟件系統(tǒng)設(shè)計(jì)、創(chuàng)新設(shè)計(jì)，提高理論知識(shí)工程應(yīng)用能力、系統(tǒng)調(diào)試能力、分析問題與解決問題的能力。3）主要內(nèi)容包括：1. 設(shè)計(jì)出硬件系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)圖、接線圖、時(shí)序圖等；2. 系統(tǒng)有啟動(dòng) / 停止，單步 / 連續(xù)功能按鈕；3. 運(yùn)用跳轉(zhuǎn)、移位等功能指令進(jìn)行plc控制程序設(shè)計(jì)，并有主程序、子程序和中斷程序；實(shí)現(xiàn)四種以上的自動(dòng)噴泉花樣控制；5. 程序結(jié)構(gòu)與控制功能自行創(chuàng)新設(shè)計(jì)；6. 進(jìn)行系統(tǒng)調(diào)試，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)噴泉的控制要求三、系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)3.1 系統(tǒng)設(shè)計(jì)步驟（1）深入了解和分析花式噴泉的工藝條件

9、和控制要求。（2） 確定 i/o 設(shè)備。根據(jù)花式噴泉控制系統(tǒng)的功能要求，確定系統(tǒng)所需的輸入、輸出設(shè)備。常用的輸入設(shè)備有按鈕、選擇開關(guān)等，常用的輸出設(shè)備有指示燈等。（3）根據(jù) i/o 點(diǎn)數(shù)選擇合適的 plc類型。（4）分配 i/o 點(diǎn)，分配 plc的輸入輸出點(diǎn)，編制出輸入輸出分配表或輸入輸出端子 的接線圖。（5）設(shè)計(jì)花式噴泉系統(tǒng)的梯形圖程序，根據(jù)工作要求設(shè)計(jì)出周密完整的梯形圖（6）程序，這是整個(gè)花式噴泉系統(tǒng)設(shè)計(jì)的核心工作。（7）將程序輸入 plc進(jìn)行軟件測試，查找錯(cuò)誤，使系統(tǒng)程序更加完善。3.2 plc的 io 分配表根據(jù)系統(tǒng)要求所選擇的i/o 功能分布表如下表所示：功能元件輸入點(diǎn)功能元件輸出點(diǎn)

10、啟動(dòng)按鈕 sb1 i0.0 指示燈 l1 q0.0 停止按鈕 sb2 i0.1 指示燈 l2 q0.1 花樣選擇開關(guān) k1 i0.2 指示燈 l3 q0.2 花樣選擇開關(guān) k2 i0.3 指示燈 l4 q0.3 花樣選擇開關(guān) k3 i0.4 指示燈 l5 q0.4 花樣選擇開關(guān) k4 i0.5 指示燈 l6 q0.5 指示燈 l7 q0.6 指示燈 l8 q0.7 指示燈 l9 q1.0 指示燈 l10 q1.1 指示燈 l11 q1.2 指示燈 l12 q1.3 指示燈 l13 q1.4 指示燈 l14 q1.5 指示燈 l15 q1.6 指示燈 l16 q1.7 3.3 控制面板3.4 系

11、統(tǒng) i/o 口接圖四、控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)4.1 控制程序流程圖設(shè)計(jì)4.2 控制程序設(shè)計(jì)思路在 plc系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)，首先應(yīng)確定控制方案， 下一步工作就是plc工程設(shè)計(jì)選型。工藝流程的特點(diǎn)和應(yīng)用要求是設(shè)計(jì)選型的主要依據(jù)。因此，工程設(shè)計(jì)選型和估算時(shí)，應(yīng)詳細(xì)分析工藝過程的特點(diǎn)、控制要求， 控制任務(wù)和范圍確定所需的操作和動(dòng)作，然后根據(jù)控制要求，估算輸入輸出點(diǎn)數(shù)、所需存儲(chǔ)器容量、確定plc的功能、外部設(shè)備特性等， 最后選擇有較高性能價(jià)格比的plc和設(shè)計(jì)相應(yīng)的控制系統(tǒng)。（1）輸入輸出（ i/o ）點(diǎn)數(shù)的估算i/o 點(diǎn)數(shù)估算時(shí)應(yīng)考慮適當(dāng)?shù)挠嗔?，通常根?jù)統(tǒng)計(jì)的輸入輸出點(diǎn)數(shù)，再增加10%20%的可擴(kuò)展余量后，作為輸入輸出

12、點(diǎn)數(shù)估算數(shù)據(jù)。（2）存儲(chǔ)器容量的估算存儲(chǔ)器容量是可編程序控制器本身能提供的硬件存儲(chǔ)單元大小，程序容量是存儲(chǔ)器中用戶應(yīng)用項(xiàng)目使用的存儲(chǔ)單元的大小，因此程序容量小于存儲(chǔ)器容量。設(shè)計(jì)階段，由于用戶應(yīng)用程序還未編制，因此，程序容量在設(shè)計(jì)階段是未知的，需在程序調(diào)試之后才知道。 為了設(shè)計(jì)選型時(shí)能對(duì)程序容量有一定估算，通常采用存儲(chǔ)器容量的估算來代替。（3）機(jī)型的選擇通過對(duì)輸入 / 輸出點(diǎn)的選擇、對(duì)存儲(chǔ)量的選擇，對(duì)i/o 響應(yīng)時(shí)間的選擇輸出負(fù)載的特點(diǎn)選型的分許。該控制系統(tǒng)選用西門子公司的plc 。它體積小，重量輕，使用壽命長，編程和維護(hù)方便，故障率低，通過擴(kuò)展模塊的鏈接，可以增加輸入/輸出點(diǎn)數(shù)。我設(shè)計(jì)的花式噴

13、泉模型共有6 個(gè)輸入， 16 個(gè)輸出，因此，選用型號(hào)為 cpu 226 。五、軟件系統(tǒng)設(shè)計(jì)5.1 程序說明該自動(dòng)噴泉 plc程序是用子程序和定時(shí)器加跳轉(zhuǎn)指令jmp實(shí)現(xiàn)的，子程序?qū)崿F(xiàn)自動(dòng)噴泉?jiǎng)幼?，用開關(guān)進(jìn)行選擇四個(gè)噴泉花樣的變換。5.2 梯形圖1) 主程序2）子程序5.3 系統(tǒng)調(diào)試及結(jié)果分析將 plc連接到計(jì)算機(jī)的 com1 口，其他都為默認(rèn)狀態(tài)，首先看一下計(jì)算機(jī)與plc的通訊是否正常， 將軟件打開選擇好機(jī)型， 將自動(dòng)噴泉控制系統(tǒng)的程序打開，轉(zhuǎn)換、寫入，打開監(jiān)視狀態(tài)。按下啟動(dòng)按鈕和選型按鈕，通過觀察i/o 口輸入、輸出是否正確。如有錯(cuò)誤找出原因，解決問題。直到各部分的功能都正常，并能協(xié)調(diào)一致地完

14、成整體的控制功能為止。在調(diào)試時(shí)應(yīng)充分考慮各種可能的情況，對(duì)系統(tǒng)各種不同的工作方式、 有選擇序列的功能表圖中的每一條支路、各種可能的進(jìn)展路線，都應(yīng)逐一檢查，不能遺漏。發(fā)現(xiàn)問題后應(yīng)及時(shí)修改梯形圖和plc中的程序，直到在各種可能的情況下輸入量與輸出量之間的關(guān)系完全符合要求。完成上述的工作后， 將 plc安裝在控制現(xiàn)場進(jìn)行聯(lián)機(jī)總調(diào)試，在調(diào)試過程中將暴露出系統(tǒng)中可能存在的傳感器、 執(zhí)行器和硬接線等方面的問題， 以及 plc的外部接線圖和梯形圖程序設(shè)計(jì)中的問題，應(yīng)對(duì)出現(xiàn)的問題及時(shí)加以解決。 如果調(diào)試達(dá)不到指標(biāo)要求， 則對(duì)相應(yīng)硬件和軟件部分作適當(dāng)調(diào)整，通常只需要修改程序就可能達(dá)到調(diào)整的目的。 全部調(diào)試通過后

15、， 經(jīng)過一段時(shí)間的考驗(yàn)， 系統(tǒng)就可以投入實(shí)際的運(yùn)行了。六、系統(tǒng)仿真與調(diào)試采用 s7_200仿真對(duì)設(shè)計(jì)系統(tǒng)進(jìn)行仿真及調(diào)試, 采集的圖如下圖所示按下開始按鈕和開關(guān)2 后執(zhí)行花樣一按下開始按鈕關(guān)閉開關(guān)3 打開開關(guān) 4 后執(zhí)行花樣三按下開始按鈕關(guān)閉開關(guān)4 打開開關(guān) 5 后執(zhí)行花樣四通過我們?cè)?s7-200plc仿真軟件上的調(diào)試及仿真，符合設(shè)計(jì)任務(wù)及要求。七、總結(jié)通過所做 plc的設(shè)計(jì)，讓我進(jìn)一步對(duì) plc的應(yīng)用及功能做了了解， 對(duì)軟件梯形圖的應(yīng)用也變的熟練。 我掌握了更多關(guān)于自動(dòng)控制系統(tǒng)的知識(shí)，明白了自動(dòng)噴泉控制系統(tǒng)的組成， s7-200plc 的功能及特點(diǎn)。無論是在硬件還是軟件設(shè)計(jì)上，我都遇到了不少的問題， 在克服困難的過程中， 我學(xué)到了許多， 特別是在課堂上學(xué)不到的東西。 使我重新系統(tǒng)的學(xué)習(xí)了網(wǎng)絡(luò)測控，可編程控制器等課程， 熟悉掌握了 plc的使用。對(duì)一個(gè)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)步驟有了清楚的了解，并掌握了一個(gè)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)過程。 學(xué)會(huì)了如何發(fā)現(xiàn)問題， 解決問題。 并在查閱資料的過程中對(duì)問題的認(rèn)識(shí)和問題的解決提出了新的見解，分析問題出現(xiàn)的原因， 使得對(duì)問題理解也更加深刻。通過本次設(shè)計(jì)， 讓我很好的鍛煉了理論與具體項(xiàng)目、課題相結(jié)合開發(fā)、 設(shè)計(jì)產(chǎn)品的能力。 既讓我們懂得了怎樣把理論應(yīng)用于實(shí)際