基于PLC控制的花式喷泉.doc

机电工程学院

课程设计说明书

设计题目: 花式喷水池装置PLC控制程序的设计与调试
学生姓名：
学 号： 20094805
专业班级： 机制F09
指导教师：

2012年12月8日

内容摘要

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。在游人和居民光顾的场所，如公园、广场、旅游景点及一些知名建筑前，经常会修建一些喷水池供人们休闲、观赏，这些喷水池按一定的规律改变喷水式样。而且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。本设计书以4环花式喷水池为研究对象，采用了西门子s7-200系列可编程序控制器作为喷水池的控制器。对花式喷水池的控制系统的总体功能进行了分析，详细介绍了系统的硬件配置、设计方案及软件设计顺序功能图。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。当控制要求发生改变时，只需要改变程序，硬件接线不变或作较小变动即可，方便简单。而且采用PLC控制时，利用其体积小、功能强、可靠性高，并具有较大的灵活性和可扩展性的特点，改变控制方式或改变选择开关，即可改变喷水规律，变换出不同的花样。所以PLC在当前工业控制中得到广泛应用。
关键词：花式喷水池装置； PLC设计； 定时器

目 录

第1章 引言……………………………………………………………………………………………1
1.1 花式喷水池装置PLC控制程序的设计与调试内容简介………………………1
1.2 花式喷水池装置PLC控制程序的设计与调试设计要求…………………………2
1.3 花式喷水池装置PLC控制程序的设计与调试设计思想…………………………2
第2章 花式喷水池装置PLC控制系统的硬件电路设计……………………………3
2.1花式喷水池装置PLC控制系统运行框图………………………………………3
2.2 花式喷水池装置PLC控制系统PLC选型 ………………………………………3
2.3 花式喷水池装置PLC控制系统I/O分配表……………………………………3
2.4花式喷水池装置PLC控制系统I/O接线图……………………………………3
第3章 花式喷水池装置PLC控制系统的程序设计…………………………………6
3.1花式喷水池装置PLC控制程序的梯形图………………………………………6
3.2花式喷水池装置PLC控制程序的指令表……………………………………………6
结论……………………………………………………………………………………………………7
设计总结…………………………………………………………………………………………8
谢辞 ………………………………………………………………………………………………9
附录 ………………………………………………………………………………………………10
参考文献…………………………………………………………………………………………29

1

26

第1章 引言
1.1花式喷水池装置PLC控制程序的设计与调试内容简介

1．花式喷水池示意图

图a)中4为中间喷水管，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）控制器电源开关接通后，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，1～4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1～4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1～4号水管的工作顺序为：1→2→3→4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4→3→2→1反序分别延时2s喷水，然后再一起喷水30s为一个循环。
（4）不论在什么工作方式，按下停止按钮，喷水池立即停止工作，所有存储器复位。

1.2花式喷水池装置PLC控制程序的设计与调试设计要求
本次的设计要求如下：
1.画出运行框图；
2.采用PLC控制，列出输入输出点分配表；
3.画出PLC的输入输出设备的接线图；
4.利用STEP7-Micro/WIN32软件完成梯形图、指令表的程序设计与调试；
5.完成课程设计说明书
1.3花式喷水池装置PLC控制程序的设计与调试设计思想
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；
3. 当选择开关在1时，按动启动按钮时程序自动进入开关1对应该的程序运行，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2、3、4时同上。

第2章 花式喷水池装置PLC控制系统的硬件电路设计
2.1 花式喷水池装置PLC控制系统运行框图
在许多休闲广场、景区或游乐场里，经常看到喷水池按一定的规律喷水或变化式样，若在夜晚配上各种彩色的灯光显示，更加迷人。设计一花式喷水池，采用PLC控制是比较方便的，在花式喷水时序确定的前提下，可以通过改变时序或者改变控制卉关，就可改变控制方式，达到显现各种复合状态的要求。
经分析及组员的建议本设计题目使用顺序控制指令完成，思路清晰、易于理解。而顺序控制指令是PLC生产厂家为用户提供的可视功能图编程简单化和规范化的指令。本设计中使用顺序控制指令虽梯形图网络众多，操作比较繁琐，但思路清晰、易于理解。故选择顺序控制指令完成。本设计中涉及可选择的分支和链接、跳转和循环。
分析系统及控制要求绘出如下运行框图,如图2-1所示
2.2 花式喷水池装置PLC控制系统PLC选型
从2.1运行框图分析可以知道，系统共有开关量输入点8个，开关量输出点4个。本系统采用西门子S7-200系列PLC进行控制。如果选用CPU226PLC或CPU224PLC，价格较高，浪费较大。参照西门子S7-200产品目录，主机CPU222.它体积小，重量轻，使用寿命长，编程和维护方便，故障率低，通过扩展模块的连接，可以增加输入/输出点数。
CPU 222 输入电压：20.4‐28.2V DC/85‐264V AC(43‐63Hz) ,集成了8输入/6输出共14个数字量I/O点。可连接2个扩展模块。
2.3 花式喷水池装置PLC控制系统I/O分配表
该系统需8个输入和4个输出，由以上知选CPU222即可满足要求（CPU222有8输入和6输出）。见表2-1 I/O分配表。
2.4 花式喷水池装置PLC控制系统I/O接线图
CPU222的I/O接线图如图2-2所示。

开始
N
N
N
N
Y
Y
Y
Y
单步?

一起喷水30s
延时时1s后,YV4~
~YV1依次延时 2s通电,4~1号依次喷水
YV4~YV1依次
延时2s断电,4~1
号依次停喷
一起喷水30s
单步?
YV1，YV3通电,1~4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30s
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,YV3通电,1,3号同时喷水
YV1~YV4依次延时,2s通电 ,1~4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
N
Y

结束

图2-1 运行框图

表2-1 I/O分配表

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
SB1
I0.0
1
1号电磁阀
KM1
Q0.0
2
选择开关1
SA-1
I0.1
2
2号电磁阀
KM2
Q0.1
3
选择开关2
SA-2
I0.2
3
3号电磁阀
KM3
Q0.2
4
选择开关3
SA-3
I0.3
4
4号电磁阀
KM4
Q0.3
5
选择开关4
SA-4
I0.4

6
停止按钮
SB2
I0.5

7
连续开关
SB3
I0.6

8
单步开关
SB4
I0.7

L(+) 220V AC L(-)
M
L+
L1
N
1L
I0.0
1M

KM2
Q 0.2
SA1-1
Q0.1
Q 0.0
I0.6
I0.5
I0.4
I0.1
I0.3
I0.2

L(+) 220V AC L(-)
SA1-4
CPU222
SA1-3
SA1-2
SA1

KM4
KM3
KM1
SB3
SB1
SB2
Q 0.3
33
2L

SB4
I0.7

220V AC
24V DC

图2-2 I/O接线图

结 论
调试运行时，当选择了一种工作方式并调用停止按钮时，想再次选用其他工作方式，就不能实现，因为我将对S0.0的置位放在了PLC由停止转为运行的第一个扫描周期中，这使得只有在上电的第一个周期才能调用S0.0，在组员的指导下，我在主程序的开始添加了一句对S0.0置位语句解决了这个问题。
运行一段时间后，出现了工作现象混乱，比如第三种工作时，题目要求是一三运行2S后，二四运行2S，可是运行几次后，四个喷泉不能运行，而是一直保持亮的现象，最后咨询多次检验后才发现，由于我的程序语句过长，PLC将上一次运行的结果保存在存储器中，所以需要通过清除操作来清除原有结果。
在调试过程中出现了不能实现连续运行工作方式，于是我发现每次运行时，当选择一个工作方式时，它的这一段顺序语句中定时器不能清零，于是我在每一段程序后加了定时器清零语句，从而实现了连续功能。

附 录
1.梯形图
2.指令表

TITLE=程序注释
Network 1 // 网络标题
// 程序初始化
LD SM0.1
S M0.1, 1
Network 2
// S0.0启动
LSCR S0.0
Network 3
// 连续选择
LD I0.6
AN I0.7
S M0.1, 1
Network 4
// 单步选择
LD I0.7
AN I0.6
R M0.1, 1
Network 5
// 方式一启动
LD I0.1
A I0.0
SCRT S0.1
Network 6
// 方式二启动
LD I0.2
AN I0.0
SCRT S0.3
Network 7
// 方式三启动
LD I0.3
A I0.0
SCRT S0.5
Network 8
// 方式四启动
LD I0.4
A I0.0
SCRT S0.7
Network 9
// s0.0结束
SCRE
Network 10
// 方式1开始
LSCR S0.1
Network 11
// 四号喷水
LDN I0.5
= M0.2
TON T37, 20
Network 12
// 延时两秒三号喷水
LD T37
= M0.3
TON T38, 20
Network 13
// 延时两秒二号喷水
LD T38
= M0.4
TON T39, 20
Network 14
// 延时两秒1号喷水
LD T39
= M0.5
TON T40, 150
Network 15
// 一起喷水15s
LD T40
SCRT S0.2
Network 16
// 方式一结束
SCRE
Network 17
// 连续单步选择
LSCR S0.2
Network 18
// 连续选择
LD M0.1
SCRT S0.1
Network 19
// 单步选择
LDN M0.1
SCRT S0.0
Network 20
// 选择结束
SCRE
Network 21
// 方式二开始
LSCR S0.3
Network 22
// 一号喷水
LDN I0.5
= M0.7
TON T41, 20
Network 23
// 延时两秒2号喷水
LD T41
= M2.5
TON T42, 20
Network 24
// 延时两秒三号喷水
LD T42
= M2.6
TON T43, 20
Network 25
// 延时两秒4号喷水
LD T43
= M1.0
TON T44, 300
Network 26
// 一起喷水30秒
LD T44
SCRT S0.4
Network 27
// 方式二结束
SCRE
Network 28
// 方式选择
LSCR S0.4
Network 29
// 连续选择
LD M0.1
SCRT S0.3
Network 30
// 单步选择
LDN M0.1
SCRT S0.0
Network 31
// 选择结束
SCRE
Network 32
// 方式三开始
LSCR S0.5
Network 33
// 一号三号喷水
LDN I0.5
= M1.1
TON T45, 30
Network 34
// 一三断电二四喷水
LD T45
= M1.2
TON T46, 30
Network 35
// 循环五次
LD T46
LD C20
CTU C20, 5
Network 36
// 一三通电同时喷水30秒
LD C20
TON T47, 300
Network 37
// 进入方式选择
LD T47
SCRT S0.7
Network 38
// 方式三结束
SCRE
Network 39
// 方式选择
LSCR S0.6
Network 40
// 连续选择
LD M0.1
SCRT S0.5
Network 41
// 单步选择
LDN M0.1
SCRT S0.0
Network 42
// 选择结束
SCRE
Network 43
// 方式四
LSCR S0.7
Network 44
// 一号通电
LDN I0.5
= M1.3
TON T48, 20
Network 45
// 延时两秒二号喷水
LD T48
= M1.4
TON T49, 20
Network 46
// 延时两秒3号喷水
LD T49
= M1.5
TON T50, 20
Network 47
// 延时两秒4号喷水一起喷水30s
LD T50
= M1.6
TON T51, 300
Network 48
// 四号停喷
LD T51
= M1.7
TON T52, 20
Network 49
// 3号停喷
LD T52
= M2.7
TON T53, 20
Network 50
// 2号停喷
LD T53
= M3.0
TON T54, 20
Network 51
// 1号停喷延时一秒
LD T54
= M2.0
TON T55, 10
Network 52
// 执行s0.1
LD T55
SCRT S1.0
Network 53
// s0.7结束
SCRE
Network 54
// s1.0开始
LSCR S1.0
Network 55
// 四号喷水
LD I0.5
= M2.1
TON T56, 20
Network 56
// 3号喷水
LD T56
= M2.2
TON T57, 20
Network 57
// 2号喷水
LD T57
= M2.3
TON T58, 20
Network 58
// 1号喷水一起喷水30s
LD T58
= M2.4
TON T59, 300
Network 59
// 转到s1.1
LD T59
SCRT S1.1
Network 60
// s0.7结束
SCRE
Network 61
// s1.1开始
LSCR S1.1
Network 62
// 连续选择
LD M0.1
SCRT S0.7
Network 63
// 单步选择
LDN M0.1
SCRT S0.0
Network 64
// 结束
SCRE
Network 65
// 电机4控制
LD M0.2
AN T40
LD M1.0
AN T44
OLD
LD T45
AN T46
OLD
LD C20
AN T47
OLD
LD M1.6
AN M2.0
OLD
LD M2.1
AN T59
OLD
= Q0.3
Network 66
// 电机3控制
LD M0.3
AN T40
LD M2.6
AN T44
OLD
LD M1.1
AN T45
OLD
LD C20
AN T47
OLD
LD M1.5
AN M3.0
OLD
LD M2.2
AN T59
OLD
= Q0.2
Network 67
// 电机2控制
LD M0.4
AN T40
LD M2.5
AN T44
OLD
LD T45
AN T46
OLD
LD C20
AN T47
OLD
LD M1.4
AN M2.7
OLD
LD M2.3
AN T59
OLD
= Q0.1
Network 68
// 电机1控制
LD M0.5
AN T40
LD M0.7
AN T44
OLD
LD M1.1
AN T45
OLD
LD C20
AN T47
OLD
LD M1.3
AN M1.7
OLD
LD M2.0
AN T59
OLD
= Q0.0
参考文献
[1] 王宗才.机电传动与控制.北京：电子工业出版社，2011.
[2] 张晓峰.电气控制与可编程控制技术及应用.北京：国防工业出版社,2010.
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