喷泉控制系统程序设计样本.doc

课程设计任务书
学 院
机械工程学院
专 业
机械设计制造及其自动化
学生姓名

班级学号
10010114
课程设计题目
喷泉控制系统程序设计（三）
实践教学规定与任务:
1.设计内容：
1）喷泉控制规定为“A、B、D同步旋转并喷水12秒—B、D、C同步摆动并喷14秒—A、D、E同步旋转并喷10秒—A、C、D同步摆动并喷7秒--2秒后再循环”
2）每个喷头工作时，都连带红、绿、黄、蓝四个彩灯间隔0.1s循环发光。
3）喷泉可以实现手动、单周期、持续三种操作方式。
4）当选取持续时，规定循环20次后终结循环，发出声光间断报警，按停止按钮终结报警。
2.设计规定：
1）画出端子分派图和顺序功能图
2）设计并调试PLC控制梯形图
3）设计阐明书
工作筹划与进度安排:
1）理解题目规定，查阅资料，拟定设计方案 1天
2）PLC梯形图设计与调试 4天
3）阐明书撰写 1天
4）答辩 1天

指引教师：陈白宁
王海
年11月27日
专业负责人：陈白宁

11月27日
学院教学副院长：

201 年 月 日

前言
动控制技术研究有助于将人类从复杂、危险、繁琐劳动环境中解放出来并大大提高控制效率。 自动控制是工程科学一种分支。它涉及运用反馈原理对动态系统自动影响，以使得输出值接近咱们想要值。从办法角度看，它以数学系统理论为基本。咱们今天称作自动控制是二十世纪中叶产生控制论一种分支。
喷泉是人工环境中最富有生命力喷泉,它具备分隔空间、增长层次、净化空气美化环境作用，具备美化环境功能，经常博得观赏者爱慕。喷泉水景初次在国内兴建是18世纪中期，北京圆明园(又名长春园)中“西洋楼”建筑提高到高处蓄水池里，然后通过管道供应喷泉。近代，国内外随着都市和工业发展，改进都市环境，兴建自然景观日益增多。因而水景艺术形式和规模均有很大发展。当今喷泉工程和高新技术结合正是历史发展必然趋势，由于喷泉工程中采用了大量高新技术，从而使喷泉效果更加绚丽多彩，婀娜多姿，令人赏心悦目、流连忘返。
本次课程设计目是掌握机电传动控制系统基本原理、PLC控制电路设计办法以及继电器—接触器控制电路PLC改造办法。掌握机电传动控制系统中继电器—接触器控制和PLC控制基本原理、设计办法及两者关系。掌握惯用电器元件选取办法。具备一定控制电路分析能力与设计能力。PLC即可编程控制器，是以计算机计数为基本新型工业控制器。其特点是：可靠性高、抗干扰能力强、功能完善、实用性强、易学易用、维护以便、体积小、能耗低。并且广泛应用于钢铁、石油、化工、电力、建材、机械制造、汽车、轻纺、交通运送、环保及文化娱乐等各个行业。

目录
前言 2
1 课程设计的任务和要求 4
1.1 设计内容 4
1.2 设计要求 4
2 总体设计 5
2.1 PLC选型 5
2.2PLC端子分配 7
2.3 I/O分配图 8
3 程序设计 9
3.1 设计思想 9
3.2喷泉控制台 10
3.3 顺序功能图 11
3.4 PLC梯形图 12
4 程序调试说明及改进方法 31
4.1 程序说明 31
4.2 改进方法 31
5 电器元件的选择 32
结束语 33
参考文献 34

1 课程设计任务和规定
1.1 设计内容：
1）喷泉控制规定为“A、B、D同步旋转并喷水12秒—B、D、C同步摆动并喷14秒—A、D、E同步旋转并喷10秒—A、C、D同步摆动并喷7秒--2秒后再循环”
2）每个喷头工作时，都连带红、绿、黄、蓝四个彩灯间隔0.1s循环发光。
3）喷泉可以实现手动、单周期、持续三种操作方式。
4）当选取持续时，规定循环20次后终结循环，发出声光间断报警，按停止按钮终结报警。
1.2 设计规定：
1）画出端子分派图和顺序功能图
2）设计并调试PLC控制梯形图
3）设计阐明书

2 总体设计
2.1 PLC选型
2.1.1 选用规模适当PLC
PLC规模大小是用输入输出（I/O）点数来衡量，也就是选取适当I/O点数PLC。因而在选用PLC时，一方面应对与PLC相连所有输入，输出装置进行记录，并区别输出性质及所需电压，电流大小和种类。拟定所有I/O点数，再加上10%~15%备用量，用来输出扩展。这样就可以计算出系统需要总I/O点数，作为输入输出点数估算数据。本次喷泉系统设计共有输入输出点72个，所有为开关量，其中输入点30个，输出点42个。

2.1.2 拟定内存容量大小小
内存器容量是可编程序控制器自身能提供硬件存储单元大小，程序容量是存储器中顾客应用项目使用存储单元大小，因而程序容量不大于存储器容量。普通顾客程序区内存容量与开关量I/O点数以及顾客程序编写质量等关于。设计阶段，由于顾客应用程序尚未编制，因而，程序容量在设计阶段是未知，需在程序调试之后才懂得。为了设计选型时能对程序容量有一定估算，普通采用存储器容量估算来代替。估算时，可用经验公式：
总存储字数＝开关量I/O点数*（150~200）
计算后还可以考虑10%~25%存储余量。由于科技飞速发展PLC内存大小足够咱们设计喷泉使用，因此可以不考虑在内。

2.1.3 控制功能选取
简朴PLC运算功能涉及逻辑运算、计时和计数功能；普通PLC运算功能还涉及数据移位、比较等运算功能；较复杂运算功能有代数运算、数据传送等；大型PLC中尚有模仿量PID运算和其她高档运算功能。

2.1.4 机型选取
(1)PLC类型
PLC按构造分为整体型和模块型两类，按应用环境分为现场安装和控制室安装两类；按CPU字长分为1位、4位、8位、16位、32位、64位等。从应用角度出发，普通可按控制功能或输入输出点数选型。整体型PLCI/O点数固定，因而顾客选取余地较小，用于小型控制系统；模块型PLC提供各种I/O卡件或插卡，因而顾客可较合理地选取和配备控制系统I/O点数，功能扩展以便灵活，普通用于大中型控制系统。
(2)输入输出模块选取
输入输出模块选取应考虑与应用规定统一。例如对输入模块，应考虑信号电平、信号传播距离、信号隔离、信号供电方式等应用规定。对输出模块，应考虑选用输出模块类型，普通继电器输出模块具备价格低、使用电压范畴广、寿命短、响应时间较长等特点；

2.1.5 经济性考虑
选取PLC时，应考虑性能价格比。考虑经济性时，应同步考虑应用可扩展性、可操作性、投入产出比等因素，进行比较和兼顾，最后选出较满意产品。输入输出点数对价格有直接影响，因此应当选取适当点数PLC。
故选取西门子S7-200系列作为此喷泉控制主机。选用CPU226/AC/DC/继电器，其基本参数如下：
本机数字输入：24路数字输入
本机数字输出：16路数字输出
内部存储器：256位
定期器总数：25定期器
计数器总数：256计数器
电源容许范畴:AC85~264V
输入电流仅CPU/最大负载:35/100mA，AC 240V
电源范畴;DC20.4~28.8V
电流限制:约1.5A
由于该系统规定42个输出点，S7—200 CPU226不能满足规定，因而
采用2个EM223(16I/16Q)扩展输入输出点数。CPU总I/O点数为88点，系统规定I/O总点数为72点。CPU总点数（1.1—1.3）系统规定I/O总点数。总输入30个，输出42个。
2.2PLC端子分派
表2.1 PLC端子子分派图
输入
输出
I0.0
启动
I1.7
C旋转
Q0.0
A喷水
Q2.5
C绿灯
I0.1
停止
I2.0
E旋转
Q0.1
A旋转
Q2.6
C黄灯
I0.2
单周期
I2.1
A左摆
Q0.2
A左摆
Q2.7
C蓝灯
I0.3
持续
I2.2
B左摆
Q0.3
A右摆
Q3.0
D喷水
I0.4
手动
I2.3
C左摆
Q0.4
A红灯
Q3.1
D旋转
I0.5
A左限位
I2.4
D左摆
Q0.5
A绿灯
Q3.2
D左摆
I0.6
A右限位
I2.5
A右摆
Q0.6
A黄灯
Q3.3
D右摆
I0.7
B左限位
I2.6
B右摆
Q0.7
A蓝灯
Q3.4
D红灯
I1.0
B右限位
I2.7
C右摆
Q1.0
B喷水
Q3.5
D绿灯
I1.1
C左限位
I3.0
D右摆
Q1.1
B旋转
Q3.6
D黄灯
I1.2
C右限位
I3.1
A喷水
Q1.2
B左摆
Q3.7
D蓝灯
I1.3
D左限位
I3.2
B喷水
Q1.3
B右摆
Q4.0
E喷水
I1.4
D右限位
I3.3
C喷水
Q1.4
B红灯
Q4.1
E旋转
I1.5
A旋转
I3.4
D喷水
Q1.5
B绿灯
Q4.2
E左摆
I1.6
B旋转
I3.5
E喷水
Q1.6
B黄灯
Q4.3
E右摆

Q1.7
B蓝灯
Q4.4
E红灯
Q2.0
C喷水
Q4.5
E绿灯
Q2.1
C旋转
Q4.6
E黄灯
Q2.2
C左摆
Q4.7
E蓝灯
Q2.3
C右摆
Q5.0
声报警
Q2.4
C红灯
Q5.1
光报警

2.3 I/O分派图 图2.1 I/0分派图
3 程序设计
3.1 设计思想
3.1.1 主程序设计：
本程序设计需两个子程序：手动子程序，自动子程序。按手动按钮I0.4进入手动程序。每一步动作都需要手动按钮操作才干实现。按单周期按钮I0.2,或持续按钮I0.3进入自动程序。若为单周期工作一周期后回原点,若为持续则持续工作20次后声光报警。

3.1.2 手动程序设计
按下手动按钮I0.4进入手动程序。I1.5-I2.0分别控制A、B、D、E旋转，I2.1-I2.4分别控制A、B、C、D左摆，I2.5-I3.0分别控制A、B、C、D右摆，I3.1—I3.5分别控制A、B、C、D、E喷头喷水。每个喷头工作时，4个彩灯循环发光。

3.1.3 自动程序设计
依照规定： A、B、D同步旋转并喷水12秒—B、D、C同步摆动并喷14秒—A、D、E同步旋转并喷10秒—A、C、B同步摆动并喷7秒--2秒后再循环。此过程需要5个定期器，T37、T38、T39、T40、T41。
每个喷头工作时，都连带红、绿、黄、蓝四个彩灯间隔0.1s循环发光。5个喷头则需要20个彩灯。需加20个定期器来控制每个喷头工作时，使得与其相相应4个彩灯循环亮。当选取持续时，规定循环20次后终结循环，发出声光间断报警，按停止按钮终结报警。此处加入一种计数器C1计数20次后控制声光报警。按下I0.1停止声光报警，返回原点。

3.2喷泉控制台

图3.1 喷泉控制台

3.3 顺序功能图

图3.2 顺序功能图

3.4 PLC梯形图
3.4.1 主程序

3.4.2自动程序

3.4.3 手动程序

图3.3 程序梯形图

4 程序调试阐明及改进办法
4.1 程序阐明
是在S7—200仿真软件完毕。将梯形图导入后，增长2个EM223(16I/16Q)。
按下单周期I0.2或者持续按钮I0.3，进入自动程序，手动控制A、B、C、D左右限位开关。并且每个喷头工作时会随着着其相应四彩灯会循环亮。若选取单周期，则自动程序运营一种周期后回到原点；若选取持续，则持续运营20次后声光报警。
按下手动按钮I1.0，进入手动程序，需手动控制喷头工作开关和限位开关。并且每个喷头工作时，其相相应四个彩灯会循环亮。
4.2 改进办法
经仿真调试后，发现手动程序中每次操作限位开关都很麻烦，可以选取几种喷头采用同样限位方式，只用两个限位开关，控制她们同步左摆右摆。

5 电器元件选取
5.1 电机选型
依照喷泉控制规定，可选三相交流异步电动机，喷头左右摆动通过电机正反转实现。电机中要有热继电器FR,刀开关，熔断器FU。
选取电机根据和指标有：电动机工作方式，功率，转速，以及其安装尺寸等。依照本题规定可选取三相交流异步电动机，其型号为Y132M1—6。
5.2 熔断器选型
熔断器重要是电源与用电设备隔离开关，重要是对电机进行短路保护。
依照题目选用插刀型NH普通熔断器gG-gL。型号：NH000。
5.3 刀开关选型
机选型可配用HH15系列熔断器式隔离开关。型号：HH15-63。
5.4 热继电器FR选型
控制电路温度变化控制继电器运用电流热效应进行控制，重要是保护电机过载。
依照电机参数，热继电器选型为NR2-94G/Z 23-80A

结束语
本次喷泉课设，以可编程控制器为基本，对喷泉基本流程进行详细理解以及对喷泉控制系统自动化控制进行设计。在整个设计过程中自我学习、向她人学习前提下，进一步地理解电气控制系统各方面知识，纯熟地掌握了PLC控制技术各个方面理论知识及其应用，逐渐提高对电气控制系统进行设计实际工作能力，懂得了运用理论知识与实际状况相结合。通过实际应用增长了对更多型号PLC理解，后来不论是那种型号系列PLC，学习起来会更简朴某些。尚有就是PLC实际应用，这一次是结合实际控制系统设计，要收集关于喷泉控制资料，在这过程中也锻炼了自己资料收集能力。
通过这次实际应用设计，不断地提高了自己综合能力。同步也要感谢陈白宁教师指引、同窗协助，我受益匪浅，学到了不少PLC方面知识。并且让自己结识到，只有努力才有收获，积极学习态度和不懈努力是在后来工作中必不可少。想要做好就必要全身心地投入工作，充分地发挥自己能力，扩张思维能力，更好地展示自己才华。

参照文献
[1] 陈白宁 段智敏 刘文波 《机电传动控制》 东北大学出版社
[2] 陈白宁 《机电传动控制》课程设计指引书
[3] 漆汉宏 《PLC电气控制技术》 机械工业出版社