1、<p>　　《電氣控制與可編程控制技術》</p><p><b>　　課 程 設 計</b></p><p>　?。?2009級本科）</p><p>　　題 目：基于S7－200PLC的自動噴泉控制系統(tǒng)設計 </p><p>　　系（部）院： 物理與機電工程學院 </p>

2、<p>　　專 業(yè)： 電氣工程及其自動化 </p><p>　　作者姓名： </p><p>　　指導教師： 職稱： 副教授 </p><p>　　完成日期： 2012 年 12 月

3、 14 日</p><p><b>　　課程設計任務書</b></p><p>　　2012 年 秋 季學期 </p><p><b>　　目錄</b></p><p><b>　　一、引言1</b></p><p><b>　　

4、二、設計目的1</b></p><p>　　三、設計任務及要求1</p><p>　　3.1 設計要求：1</p><p>　　3.2 設計任務：2</p><p>　　四 PLC的選型3</p><p>　　4.1 PLC的選型原則3</p><p>　　4.2 PLC

5、選型4</p><p><b>　　五、硬件設計4</b></p><p>　　5.1設計步驟：4</p><p>　　5.2 PLC的I\O分配表4</p><p>　　5.3 控制面板圖5</p><p>　　5.4系統(tǒng)I/O口接圖6</p><p>　　六

6、 控制程序設計7</p><p>　　6.1控制程序流程圖設計7</p><p>　　6.2 程序說明7</p><p>　　6.3 程序梯形圖7</p><p>　　七 系統(tǒng)仿真與調試11</p><p>　　7.1仿真及調試的步驟11</p><p>　　7.2 過程演示11

7、</p><p><b>　　八 總結14</b></p><p><b>　　九 參考文獻15</b></p><p><b>　　一、引言</b></p><p>　　在游人和居民經常光顧的場所，如公園、廣場、旅游景點及一些知名建筑前，經常會修建一些噴泉供人們休閑、觀賞

8、。這些噴泉按一定的規(guī)律改變噴水式樣，如果再與五顏六色的燈光相配合，在和和諧優(yōu)雅的音樂中，更使人心曠神怡，流連忘返。利用PLC控制噴泉噴水方式，產生各樣的樣式。在系統(tǒng)的硬件組成以及軟件的實現(xiàn)，通過PLC控制電磁閥開關來決定噴水的效果，供人們休閑、觀賞。</p><p>　　自動噴泉控制的實現(xiàn)方法很多，本設計題目為基于可編程控制器（PLC）的噴泉控制系統(tǒng)，用PLC進行控制不僅能夠進行多種水型切換，而且能將各種水型、燈

9、光按預先設定的排列組合進行控制程序的設計，通過計算機運行控制程序發(fā)出控制信號，使水型、等過實現(xiàn)多姿多彩的變化。通過上位機（PC）與PLC之間的通訊來監(jiān)控噴泉的狀態(tài)與效果，進而控制電動機，以達到順利實現(xiàn)工業(yè)控制的要求及目的，同時還要達到低功耗、高性價比、運行可靠等基本要求。</p><p><b>　　二、設計目的</b></p><p>　　通過對自動噴泉PC－PLC

10、控制系統(tǒng)的工作原理的分析、系統(tǒng)設計、編程、及上機調試工作的實踐，了解電器控制系統(tǒng)的一般設計思路，熟悉和掌握外圍電路系統(tǒng)和軟件設計的方法，并掌握利用PC對PLC工作狀況進行監(jiān)控的方法。</p><p><b>　　三、設計任務及要求</b></p><p><b>　　3.1 設計要求：</b></p><p>　　有16個

11、彩燈代表16個噴頭，有4個選擇按鈕，如下圖1-1所示。采用S7-200PLC進行控制，實現(xiàn)四種以上的自動噴泉花樣。</p><p>　　圖1-1 噴頭分布與方式選擇按鈕</p><p>　　基于以上要求，本系統(tǒng)應具有以下功能</p><p><b>　　花樣一：</b></p><p>　?、?按下啟動按鈕，再按下SB1

12、按鈕選擇花樣1模式</p><p><b>　　② 1到4號亮，</b></p><p>　　③ 1秒后燈5到8亮，1到4號滅</p><p>　　④ 1秒后，9到12亮，5到8滅</p><p>　?、?1秒后13到16亮，9到12滅</p><p>　?、?1秒后，重復②到⑥</p>

13、;<p><b>　　花樣二：</b></p><p>　?、?按下啟動按鈕，再按下SB2選擇花樣2模式</p><p>　?、?燈6、7、10、11亮 </p><p>　?、?1s后燈1、4、13、16亮，6、7、10、11滅 </p><p>　　④ 1秒后重復循環(huán)②--④步驟<

14、;/p><p><b>　　花樣三：</b></p><p>　?、?按下啟動按鈕，再按下SB3選擇花樣3模式</p><p><b>　　② 燈1亮，</b></p><p>　?、?1秒后燈6亮燈1滅</p><p>　?、?1秒后11亮6滅</p><p

15、>　?、?1秒后燈16亮11滅</p><p>　?、?1秒后重復②到⑥</p><p><b>　　花樣四：</b></p><p>　?、?按下啟動按鈕，再按下SB4選擇花樣4模式</p><p><b>　?、?燈4亮</b></p><p><b>　

16、?、?1秒后燈7亮</b></p><p><b>　?、?1秒后燈10亮</b></p><p><b>　　⑤ 1秒后燈13亮</b></p><p><b>　　3.2 設計任務：</b></p><p>　　根據控制要求，明確設計任務，擬定設計方案與進度計劃

17、，運用所學的理論知識，進行自動噴泉的控制原理設計、硬件系統(tǒng)設計、軟件系統(tǒng)設計、創(chuàng)新設計，提高理論知識工程應用能力、系統(tǒng)調試能力、分析問題與解決問題的能力。主要內容包括：</p><p>　　1. 設計出硬件系統(tǒng)的結構圖、接線圖、時序圖等；</p><p>　　2. 系統(tǒng)有啟動/停止，單步/連續(xù)功能按鈕；</p><p>　　3. 熟練運用指令進行PLC控制程序設計，

18、并有主程序、子程序和中斷程序；</p><p>　　4. 實現(xiàn)四種以上的自動噴泉花樣控制；</p><p>　　5. 程序結構與控制功能自行創(chuàng)新設計；</p><p>　　6. 進行系統(tǒng)調試，實現(xiàn)自動噴泉的控制要求</p><p><b>　　四 PLC的選型</b></p><p>　　4.1

19、PLC的選型原則</p><p>　　PLC的選型有如下原則：</p><p>　　1. 最大限度地滿足被控對象的控制要求 </p><p>　　充分發(fā)揮PLC的功能，最大限度地滿足被控對象的控制要求，是設計PLC 控制系統(tǒng)的首要前提，這也是設計過程中最重要的一條原則。這就要求設計人員在設計之前就要深入現(xiàn)場進行調查研究，充分收集控制現(xiàn)場的資料，同時收集相關國內、國外

20、相關的資料。同時還要注意和現(xiàn)場的工程管理人員、工程技術人員、現(xiàn)場操作人員等緊密配合，擬定控制方案，共同解決設計中的重點問題和疑難問題。</p><p>　　2. 保證PLC 控制系統(tǒng)安全可靠</p><p>　　保證PLC控制系統(tǒng)能夠長期安全、可靠、穩(wěn)定運行，是設計控制系統(tǒng)的重要原則。這就要求設計者在系統(tǒng)設計、元器件選擇、軟件編程等方面要全面考慮，以確保控制系統(tǒng)安全可靠。例如：應該保證PL

21、C控制程序不僅能在正常條件下運行，而且要在非正常情況下，也能正常工作。</p><p>　　3. 力求簡單、經濟、使用及維修方便</p><p>　　一個新的控制工程固然能提高產品的質量和數量，帶來巨大的經濟效益和 社會效益，但新工程的投入、技術的培訓、設備的維護也將導致運行資金的增加。因此，在滿足控制要求的前提下，一方面要注意不斷地擴大工程的效益，另一方面也要注意不斷地降低工程的成本。這

22、就要求設計者不僅應該使控制系統(tǒng)簡單、經濟，而且要使控制系統(tǒng)的使用和維護方便、成本低，不宜盲目追求自動化和高指標。</p><p>　　4. 適應發(fā)展的需要</p><p>　　由于技術的不斷發(fā)展，控制系統(tǒng)的要求也將會不斷地提高，設計時要適當考慮到今后控制系統(tǒng)發(fā)展和完善的需要。這就要求在選擇PLC、輸入/輸出模塊、I/O點數和內存容量時，要適當留有裕量，以滿足今后生產的發(fā)展和工藝的改進。&l

23、t;/p><p><b>　　4.2 PLC選型</b></p><p>　　S7-200PLC它有四種不同的型號，由于設計要求有6個輸入點和16個輸出點，因而選擇S7-CPU226最為合適。</p><p>　　CPU226主機數字量I/O點為24輸入/16輸出共40個；擴展能力強，可連續(xù)7個擴展模塊，最大擴展至248個數字量I/O點或35路模擬

24、量I/O點；13KB程序和數據存取空間；6個獨立的30KHz高數計數器，2路獨立的20KHz高數緩沖輸出，具有PID控制器；I/O端子排可能很容易地整體拆卸，是具有將強控制能力的控制器。</p><p><b>　　五、硬件設計</b></p><p><b>　　5.1設計步驟：</b></p><p>　　（1）深入了

25、解和分析花式噴泉的工藝條件和控制要求。</p><p>　?。?）確定I/O設備。根據花式噴泉控制系統(tǒng)的功能要求，確定系統(tǒng)所需的輸入、輸出設備。常用的輸入設備有按鈕、選擇開關等，常用的輸出設備有指示燈等。</p><p>　?。?）根據I/O點數選擇合適的PLC類型。</p><p>　?。?）分配I/O點，分配PLC的輸入輸出點，編制出輸入輸出分配表或輸入輸出端子

26、 的接線圖。</p><p>　?。?）設計花式噴泉系統(tǒng)的梯形圖程序</p><p>　?。?）將程序輸入PLC進行軟件測試，查找錯誤，使系統(tǒng)程序更加完善。</p><p>　　5.2 PLC的I\O分配表</p><p>　　根據系統(tǒng)要求所選擇的I/O表如下表所示：</p><p><b>　　表5-1 I

27、/O表</b></p><p><b>　　5.3 控制面板圖</b></p><p>　　圖5-2 控制面板圖</p><p>　　5.4系統(tǒng)I/O口接圖</p><p>　　圖5-3 系統(tǒng)I/O口接圖</p><p><b>　　六 控制程序設計</b><

28、;/p><p>　　6.1控制程序流程圖設計</p><p>　　圖6-1 系統(tǒng)流程圖</p><p><b>　　6.2 程序說明</b></p><p>　　該自動噴泉PLC程序是用子程序和定時器實現(xiàn)的，子程序實現(xiàn)自動噴泉的連續(xù)功能，用開關進行選擇四個噴泉花樣的變換。 </p><p><

29、b>　　6.3 程序梯形圖</b></p><p><b>　　1)主程序</b></p><p><b>　　2）子程序</b></p><p><b>　　七 系統(tǒng)仿真與調試</b></p><p>　　7.1仿真及調試的步驟</p><

30、;p>　　對上述程序的仿真及調試的具體步驟如下：</p><p>　?。?）在step7中從主程序導出111.awl程序；</p><p>　?。?）在S7_200漢化仿真 V2.0軟件中導入111.awl程序；</p><p>　　（3）從軟件中選擇CPU型號為cpu226；</p><p>　?。?）在仿真軟件系運行程序打開開關I0

31、.0；</p><p>　?。?）依次觀察個花樣的仿真結果。</p><p><b>　　7.2 過程演示</b></p><p>　　采用S7_200仿真對設計系統(tǒng)進行仿真及調試,采集的圖如下圖所示</p><p>　　按下開始按鈕和開關2后執(zhí)行花樣一</p><p>　　按下開始按鈕關閉開關2

32、后，按下開關三執(zhí)行花樣二</p><p>　　按下開始按鈕關閉開關3打開開關4后執(zhí)行花樣三</p><p>　　按下開始按鈕關閉開關4打開開關5后執(zhí)行花樣四</p><p><b>　　八 總結</b></p><p>　　通過所做PLC的設計，讓我進一步對PLC的應用及功能做了了解，對軟件梯形圖的應用也變的熟練。我掌握

33、了更多關于自動控制系統(tǒng)的知識，明白了自動噴泉控制系統(tǒng)的組成，S7-200PLC的功能及特點。無論是在硬件還是軟件設計上，我都遇到了不少的問題，在克服困難的過程中，我學到了許多，特別是在課堂上學不到的東西。使我重新系統(tǒng)的學習了網絡測控，可編程控制器等課程，熟悉掌握了PLC的使用。對一個系統(tǒng)的設計步驟有了清楚的了解，并掌握了一個系統(tǒng)的設計過程。學會了如何發(fā)現(xiàn)問題，解決問題。并在查閱資料的過程中對問題的認識和問題的解決提出了新的見解，分析問題

34、出現(xiàn)的原因，使得對問題理解也更加深刻。</p><p>　　通過本次設計，讓我很好的鍛煉了理論與具體項目、課題相結合開發(fā)、設計產品的能力。在具體的設計過程中，通過老師和同學的幫助和自己的不斷摸索，掌握了不少的工程技術方法，同時也培養(yǎng)了自己的工程設計思想，為以后的實際工作打下了一定的基礎。因此，既讓我們懂得了怎樣把理論應用于實際，又讓我們懂得了在實踐中遇到的問題怎樣用理論去解決。最后，非常感謝老師的指導和同學們的幫

35、助。</p><p><b>　　九 參考文獻</b></p><p>　　[1] 周軍.《電氣控制及PLC》.機械工業(yè)出版社，2001。</p><p>　　[2] 廖常初.《PLC編程及應用》.機械工業(yè)出版社，2002。</p><p>　　[3] 賈樹軍.《組態(tài)網在音樂噴泉中的應用》.山西機械出版社，2003。&l

36、t;/p><p>　　[4] 張靜.《電氣控制與可編程控制技術及應用》.國防工業(yè)出版社，2010。</p><p>　　[5] 王永華.《現(xiàn)代電氣控制及PLC實用技術》.  北京航天航空大學出版社，2008</p><p>　　電氣控制與PLC課程設計成績評定表</p><p>　　指導教師簽字： <