基于S7-200PLC的自动喷泉控制系统设计

学号091401133《电气控制与可编程控制技术》课程设计（2009级本科）题目：基于S7－200PLC的自动喷泉控制系统设计系（部）院：物理与机电工程学院专业：电气工程及其自动化作者姓名：赵桓指导教师：张静职称：副教授完成日期：2012年12月14日课程设计任务书2012年秋季学期学生姓名赵桓学号091401133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、设计的主要内容与要求：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：三、设计进度安排：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：目录一、设计目的............................................................................................1二、设计要求............................................................................................12.1本设计的基本控制要求................................................................12.2设计任务及要求............................................................................2三、系统硬件设计....................................................................................33.1系统设计步骤................................................................................33.2PLC的I\O分配表.........................................................................33.3控制面板........................................................................................43.4系统I/O口接图.............................................................................5四、控制系统设计....................................................................................64.1控制程序流程图设计....................................................................64.2控制程序设计思路........................................................................6五、软件系统设计....................................................................................75.1程序说明........................................................................................75.2梯形图.............................................................................................75.3系统调试及结果分析..................................................................12六、系统仿真与调试..............................................................................12七、总结..................................................................................................14参考文献..................................................................................................151一、设计目的PLC=ProgrammableLogicController，可编程逻辑控制器，一种数字运算操作的电子系统，专为在工业环境应用而设计的。它采用一类可编程的存储器，用于其内部存储程序，执行逻辑运算，顺序控制，定时，计数与算术操作等面向用户的指令，并通过数字或模拟式输入/输出控制各种类型的机械或生产过程。是工业控制的核心部分。早期的可编程控制器称作可编程逻辑控制器（ProgrammableLogicController,PLC），它主要用来代替继电器实现逻辑控制。随着技术的发展，这种采用微型计算机技术的工业控制装置的功能已经大大超过了逻辑控制的范围，因此，今天这种装置称作可编程控制器，简称PC。但是为了避免与个人计算机（PersonalComputer）的简称混淆，所以将可编程序控制器简称PLC,PLC自1969年美国数据设备公司（DEC）研制出现，现行美国，日本，德国的可编程序控制器质量优良，功能强大。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、设计要求2.1本设计的基本控制要求有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2基于以上要求，本系统应具有以下功能花样一：②按下启动按钮，再按下K1按钮选择花样1模式②1到4号亮，③2秒后灯5到8亮，1到4号灭④2秒后，9到12亮，5到8灭⑤2秒后13到16亮，9到12灭⑥2秒后，重复②到⑥花样二：①按下启动按钮，再按下K2选择花样2模式②灯6、7、10、11亮③2s后灯1、4、13、16亮，6、7、10、11灭④2秒后重复循环②--④步骤花样三：①按下启动按钮，再按下K3选择花样3模式②灯1亮，③2秒后灯6亮灯1灭④2秒后11亮6灭⑥2秒后灯16亮11灭⑥2秒后重复②到⑥花样四：①按下启动按钮，再按下K4选择花样4模式②灯4亮③2秒后灯7亮④2秒后灯10亮⑤2秒后灯13亮2.2设计任务及要求1）设计要求有16个彩灯代表16个喷头，有4个选择按钮，如下图所示。采用S7-200PLC进行控制，实现四种以上的自动喷泉花样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，3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。3）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.运用跳转、移位等功能指令进行PLC控制程序设计，并有主程序、子程序和中断程序；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三、系统硬件设计3.1系统设计步骤（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，根据工作要求设计出周密完整的梯形图（6）程序，这是整个花式喷泉系统设计的核心工作。（7）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。3.2PLC的I\O分配表根据系统要求所选择的I/O功能分布表如下表所示：功能元件输入点功能元件输出点启动按钮SB1I0.0指示灯L1Q0.0停止按钮SB2I0.1指示灯L2Q0.1花样选择开关K1I0.2指示灯L3Q0.2花样选择开关K2I0.3指示灯L4Q0.3花样选择开关K3I0.4指示灯L5Q0.4花样选择开关K4I0.5指示灯L6Q0.54指示灯L7Q0.6指示灯L8Q0.7指示灯L9Q1.0指示灯L10Q1.1指示灯L11Q1.2指示灯L12Q1.3指示灯L13Q1.4指示灯L14Q1.5指示灯L15Q1.6指示灯L16Q1.73.3控制面板53.4系统I/O口接图启动按钮SB1停止按钮SB2花样1按钮SB3花样2按钮SB4花样3按钮SB5花样4按钮SB6+L1L2L3L4L5L6L7L8L9L10L11L12L13L14L151M0.00.10.20.30.40.50.60.72M1.01.11.21.31.41.5ML+24VDC1M1L+0.00.10.20.30.42M2L+0.50.60.71.01.13M3L+1.21.31.41.51.61.7ML++++L16DC+输入端输出端CPU2266四、控制系统设计4.1控制程序流程图设计开始执行花样一执行花样二执行花样三执行花样四按下停止按钮是是是是停止按下开始按钮判断花样一是否按下判断花样二是否按下判断花样三是否按下判断花样四是否按下4.2控制程序设计思路在PLC系统设计时，首先应确定控制方案，下一步工作就是PLC工程设计选型。工艺流程的特点和应用要求是设计选型的主要依据。因此，工程设计选型和估算时，应详细分析工艺过程的特点、控制要求，控制任务和范围确定所需的操7作和动作，然后根据控制要求，估算输入输出点数、所需存储器容量、确定PLC的功能、外部设备特性等，最后选择有较高性能价格比的PLC和设计相应的控制系统。（1）输入输出（I/O）点数的估算I/O点数估算时应考虑适当的余量，通常根据统计的输入输出点数，再增加10%~20%的可扩展余量后，作为输入输出点数估算数据。（2）存储器容量的估算存储器容量是可编程序控制器本身能提供的硬件存储单元大小，程序容量是存储器中用户应用项目使用的存储单元的大小，因此程序容量小于存储器容量。设计阶段，由于用户应用程序还未编制，因此，程序容量在设计阶段是未知的，需在程序调试之后才知道。为了设计选型时能对程序容量有一