基于S7200PLC的自动喷泉控制系统设计.docx

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基于S7200PLC的自动喷泉控制系统设计

目录

一、引言1

二、设计目的1

三、设计任务及要求1

3.1设计要求：

1

3.2设计任务：

2

四PLC的选型3

4.1PLC的选型原则3

4.2PLC选型4

五、硬件设计4

5.1设计步骤：

4

5.2PLC的I\O分配表4

5.3控制面板图5

5.4系统I/O口接图6

六控制程序设计7

6.1控制程序流程图设计7

6.2程序说明7

6.3程序梯形图7

七系统仿真与调试11

7.1仿真及调试的步骤11

7.2过程演示11

八总结14

九参考文献15

学生姓名

学号

专业方向

电力系统

班级

09级

（1）班

题目名称

基于S7－200PLC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。

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：

一、引言

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。

二、设计目的

通过对自动喷泉PC－PLC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：

①按下启动按钮，再按下SB1按钮选择花样1模式

②1到4号亮，

③1秒后灯5到8亮，1到4号灭

④1秒后，9到12亮，5到8灭

⑤1秒后13到16亮，9到12灭

⑥1秒后，重复②到⑥

花样二：

①按下启动按钮，再按下SB2选择花样2模式

②灯6、7、10、11亮

③1s后灯1、4、13、16亮，6、7、10、11灭

④1秒后重复循环

--

步骤

花样三：

①按下启动按钮，再按下SB3选择花样3模式

②灯1亮，

③1秒后灯6亮灯1灭

④1秒后11亮6灭

⑤1秒后灯16亮11灭

⑥1秒后重复②到⑥

花样四：

①按下启动按钮，再按下SB4选择花样4模式

②灯4亮

③1秒后灯7亮

④1秒后灯10亮

⑤1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

4.1PLC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。

4.2PLC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。

5.2PLC的I\O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

I0.0

指示灯L1

Q0.0

停止按钮SB2

I0.1

指示灯L2

Q0.1

花样选择按钮SB3

I0.2

指示灯L3

Q0.2

花样选择按钮SB4

I0.3

指示灯L4

Q0.3

花样选择按钮SB5

I0.4

指示灯L5

Q0.4

花样选择按钮SB6

I0.5

指示灯L6

Q0.5

指示灯L7

Q0.6

指示灯L8

Q0.7

指示灯L9

Q1.0

指示灯L10

Q1.1

指示灯L11

Q1.2

指示灯L12

Q1.3

指示灯L13

Q1.4

指示灯L14

Q1.5

指示灯L15

Q1.6

指示灯L16

Q1.7

表5-1I/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

7.1仿真及调试的步骤

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.awl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，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。

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S7－200PLC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