1、安徽機電職業技術學院 基于 PLC 控制的花樣噴泉畢 業 生 姓 名：指導教師、職稱：學 號：專 業 名 稱：生產過程自動化技術目錄目 錄 1引言 錯 誤！未定義書簽。一 . PLC 概述 錯 誤！未定義書簽。1.1 PLC 的產生 錯 誤！未定義書簽。1.2 PLC 的結構 錯 誤！未定義書簽。1.3 PLC 的應用領域 錯誤！未定義書簽。1.3.1 開關量的邏輯控制 錯 誤！未定義書簽。1.3.2 模擬量控制 31.3.3 運動控制 錯 誤！未定義書簽。1.3.4 過程控制 41.3.5 數據處理 錯 誤！未定義書簽。1.3.6 通信及聯網 51.4 PLC 的應用特點 51.4.1 可靠

2、性高 5二、概述及設計目的 72.1 概述 72.2 設計目的 72.3 研究思路和方法 8三、花樣噴泉系統的設計 93.1 PLC 型號的選擇 93.1.1 合理的結構型式 93.1.2 安裝方式的選擇 93.1.3 相應的功能要求 103.1.4 響應速度要求 103.1.5 系統可靠性的要求 103.1.6 機型盡量統一 11四、PLC 的工作原理 124.1 掃描技術 124.2 輸入采樣階段 124.3 用戶程序執行階段 124.4 輸出刷新階段 13五、花樣噴泉 I/O 分配表及程序設計 145.1 I/O 分配表 145.2 程序初始化 151.5 噴泉花式1 171.6 噴泉花

3、式2 181.7 噴泉花式3 191.8 PLC 接線圖 20六、設計優缺點 23七、心得體會 24八、感謝詞 25九、參考文獻 26引言節、自動轉工程應用針對傳統的噴泉控制系統一旦設計好控制電路，就不能隨意改變噴水花樣 及噴水時間等問題， 本設計結合西門子 S7-200 可編程控制器設計能適應不同季 不同場合的噴水要求目的的花樣噴泉系統。該花樣噴泉控制系統不但實現了 換花樣噴泉的噴水樣式，而且提高了系統的可靠性和安全性，具有一定的 和推廣價值。關鍵詞： PLC ；花樣噴泉；控制系統5第 1 章 噴泉的設計要求及目的1.9 概述隨著人們的生活日趨小康，一些必要的美化設施逐漸興起，各式各樣 的廣

4、場花園越來越多，噴泉作為一項建筑藝術，在國內外均有較悠久的歷 史。人們隨著生活水平的提高，對美化住宅小區以及別墅環境的要求也越 來越高，小型音樂噴泉成為一個發展方向。目前的水景噴泉一般包括：固 定水景、時控噴泉、程控噴泉、聲控噴泉、音樂噴泉類，控制方式的復 雜程度由低到高。使用控制花式噴泉，具有使用方便、運行可靠、 控制程序設計簡單等優點，若需要改變噴水花樣和噴水時間，不必做很大 調整，只要相應修改控制程序，即可實現控制目的。這樣的地方又怎能少 了噴泉呢 ? 多花樣噴泉形式多樣，常常能吸引人們的眼球，同時水又增加 了環境的靈動性， 多花樣噴泉已經成為人們建造各類娛樂廣場的必需設施。 那些控制簡

5、便，花樣較多，價格低廉的噴泉慢慢成為建設者的首選。現今， 多花樣噴泉的制造，延襲傳統，結合現代，正日益成為人們或出于對環境 的追求，或為了居室的美化，等等，而得到眾多品位人士的追求。本設計的多花樣噴泉采用西門子編程軟件進行 PLC 編程，利用 PLC 的工 作原理，結合按鈕、開關、電源電路進行設計，將軟件和硬件有機地結合 起來，使得系統能夠實現多花樣噴泉各種模式的變化以及控制。1.10 設計目的通過對實例工程的模擬，熟悉掌握了 PLC 編程和程序調試方法。進一步 了解 PLC 的 I/O 連接。進一步熟悉定時移位的編程指令的應用，用 PLC 構成噴 泉系，學習電氣可編程中的基本實驗器件及 PL

6、C 編程等的綜合應用。鞏固和 加深對 PLC 編程控制器的理解和應用。掌握硬件實驗裝置的方法。1.11 研究思路及方法本次設計的題目是花樣噴泉系統， 本設計基于西門子 S7-200 PLC 編程， 設計了花樣噴泉系統。花樣噴泉控制系統的主要任務就是改變噴泉的噴水 樣式，以達到有規律的改變噴泉噴水樣式的目的。按下啟動按鈕，噴泉裝 置開始工作，按下停止按鈕，噴泉控制裝置停止工作。噴泉工作方式由花 樣選擇開關和單步 連續開關決定。當單步 連續開關選擇單步時，噴泉 只能按照花樣選擇開關設定的方式，運行一個循環；當單步 連續開關選 擇連續時，噴泉按照花樣選擇開關設定的方式，運行多個循環，直至按下 停止按

7、鈕。花樣循環方式選擇開關用于選擇噴泉的噴水花樣，本文設計四 種噴水花樣循環。 PLC 控制系統體積小、功能強、可靠性高, 且具有較大的靈活性和可擴展性的特點。用PLC 花樣噴泉控制系統，不但實現了自動轉換花樣噴泉的噴水樣式，提高了系統的可靠性和安全性，而且，美化了我 們的生活環境，使我們的生活環境更加安逸、舒適。因此 PLC 控制系統具有 一定的工程應用和推廣價值。PLC 的簡介1.12 可編程序控制器簡介可 編 程 序 控 制 器 PC ( Programmable Controller ) 又 稱 可 編 程 序 控 制 器 PLC ( Programmable Logic Control

8、ler ) ，是微機技術與繼電器常規控制技術相接合的 產 物，是在順序控制器和微機控制器的基礎上發展起來的新型控制器，是一種以微處理器為核心用作數字控制的專用計算機。 它不僅充分利用微處理器的優點來 滿足各 種工業領域的實時控制要求， 同時也照顧到現場電器操作維護人員的技能 和習慣， 擯棄了微機常用的計算機編程語言的表達形式，獨具風格地形成一套以 繼電器梯形 圖為基礎的形象編程語言和模塊化的軟件結構， 使用戶程序的編制清 晰直觀、方便 易學，調試和查錯都很容易。 PLC 現已成為現代工業控制三大支柱(PLC 、CAD/CAM 、ROBOT )之一，以其可靠性、邏輯功能強、體積小、可在 線修改控

9、制程序、具有遠 程通信聯網功能、易于與計算機接口、能對模擬量進行 控制、具備告訴計數與位控 等高性能模塊等優異性能，日益取代由大量中間繼電 器、時間繼電器、計數繼電器 等組成的傳統繼電接觸控制系統在機械、化工、 石油、冶金、電力、輕工、電子、 紡織、食品、交通、等行業得到廣泛應用。 PLC 的應用深度和廣度已經成為一個國家 工業先進水平的重要標志之一。也是由硬件系統和軟件1.13 PLC 的結構PLC 1.2 PLC 的結構 PLC 和一般的微型計算機基本相同， 系統兩大部分組 成的。 PLC 的硬件系統由微處理器 (CPU) 、存儲器 (EPROM ，ROM) 、輸入輸出 (I/O) 部件、

10、電源部件、編程器、 I/O 擴展單元和其他外圍設備組成。各部分 通過 總線 (電源總線、控制總線、地址總線、數據總線)連接而成。其結構簡圖如下：電源輸輸入入微處理器口受輸控運算器出 部控制器外 部 設 備I/O 接存儲器EPROMI/O 擴 展 接 口I/O 擴 展 單 元和用圖 1-1 PLC 硬件結構圖PLC 的軟件系統是指 PLC 所使用的各種程序的集合，通常可分為系統程序戶程序兩大部分。 系統程序是每一個 PLC 成品必須包括的部分， 由 PLC 廠 家提供， 用于控制 PLC 本身的運行，系統程序固化在 EPROM 中。用戶程序是 由用戶根據 控制需要而編寫的程序。 硬件系統和軟件系

11、統組成了一個完整的 PLC 系統， 他們是 相輔相成，缺一不可的。第 3 章 PLC 控制系統總設計1.14 PLC 控制花樣噴泉運行要求、按下啟動按鈕，噴泉進入運行等待狀態。、按下噴泉的單步 ?連續運行方式按鈕，該噴泉默認為連續運行方式。、按下噴泉噴水花樣的循環方式按鈕，噴泉開始運行，每隔1)2)6s 改變一次 花樣。 花樣只運 式立刻改變。3)在連續運行方式下，噴水花樣將一直循環下去，在單步運行方式下，噴水 行一個循環。按下其他任意一個循環方式按鈕，噴泉噴水花樣的循環方4) 、按下停止按鈕，噴泉停止運行。1.15 噴泉的運行流程圖156s 后， 9 陜1.16 噴泉的運行過程按下噴泉控制系

12、統的啟動按鈕，首先大水柱從地而起，直射天空；西能源職業技術學院畢業論文大水柱消失，緊接著六支中水柱競相射向天空；最后所有水柱噴泉一齊迸發。 整個過程分為 8 段，每段 6s ，且自動轉換， 全過程為 48s 當單步 連續開 關置于連續，花樣選擇開關置于 1 時，其噴泉水柱的動作順序如下： 12 （ 1+3+4 ） （ 2+5 ） （ 1+2 ） （ 2+3+4 ） （ 2+4） （ 1+2+3+4+5 ）1， 周而復始，直到按下停止按鈕，水柱噴泉才停止工作；當單步 連續開關置于單 步時， 噴泉水柱的動作只運行一個循環。花樣選擇開關置于 2 時，其噴泉水柱的 動作順序 如下： 1 2 （ 2+4

13、 ） （ 2+5 ） （ 1+2 ） （ 2+3+4 ） （ 1+3+4 ） （ 1+2+3+4+5 ） 1。 花樣選擇開關置于 3 時， 其噴泉水柱的動作順序如下：1 2 （ 1+3+4 ） （1+2 ） （ 2+5 ） （ 2+3+4 ） （ 2+4 ） （1+2+3+4+5 ）1。 花樣選擇開關置 于 4 時， 其噴泉水柱的動作順序如下：12 （ 1+3+4 ） （2+5） （1+2）（2+4） （ 2+3+4 ） （ 1+2+3+4+5 ）1。1.17 噴泉的控制原理PLC 可以用于圓周運動或直線運動的控制。 從控制機構配置來說， 早期 直接用于開關量 I/O 模塊連接位置傳感器和執行

14、機構，現在一般使用專用 的運動控制模塊。如可驅動步進電機或伺服電機的單軸或多軸位置控制模 塊。世界上各主要 PLC 廠家的產品幾乎都有運動控制功能，廣泛用于各種 機械、機床、機器人、電梯等場合。1.3.7 過程控制噴泉控制系統由啟動控制程序、位移脈沖控制程序、位移及復位控制程序、驅動控制程序組成。 通過位移脈沖控制程序實現子元件中的內容在存儲器間的移動，通過復位控制程序實現噴泉花樣的循環， 通過驅動控制程序實現噴泉的噴射1.18 花樣噴泉 PLC 控制接線圖現代 PLC 具有數學運算（含矩陣運算、函數運算、邏輯運算）、數據 傳送、數據轉換、排序、查表、位操作等功能，可以完成數據的采集、分 析及

15、處理。這些數據可以與存儲在存儲器中的參考值比較，完成一定的控 制操作，也可以利用通信功能傳送到別的智能裝置，或將它們打印制表。 數據處理一般用于大型控制系統，如無人控制的柔性制造系統；也可用于 過程控制系統，如造紙、冶金、食品工業中的一些大型控制系統。1.19通信及聯網PLC 通信含 PLC 間的通信及 PLC 與其它智能設備間的通信。 隨著計算機 控制的發展，工廠自動化網絡發展得很快，各 PLC 廠商都十分重視 PLC 的 通信功能，紛紛推出各自的網絡系統。新近生產的 PLC 都具有通信接口， 通信非常方便。1.3.8 PLC 的應用特點1.4.2 可靠性高高可靠性是電氣控制設備的關鍵性能。

16、 PLC 由于采用現代大規模集成電 路技術，采用嚴格的生產工藝制造，內部電路采取了先進的抗干擾技術， 具有很高的可靠性。使用 PLC 構成控制系統，和同等規模的繼電接觸器系統 相比，電氣接線及開關接點已減少到數百甚至數千分之一，故障也就大大 降低。此外， PLC 帶有硬件故障自我檢測功能，出現故障時可及時發出警報 信息。在應用軟件中，應用者還可以編入外圍器件的故障自診斷程序，使 系統中除 PLC 以外的電路及設備也獲得故障自診斷保護。這樣，整個系統將 極高的可靠性。1.4.3 配套齊全PLC 發展到今天，已經形成了各種規模的系列化產品，可以用于各種規模的工業控制場合。除了邏輯處理功能以外， P

17、LC 大多具有完善的數據運算 能力，可用于各種數字控制領域。多種多樣的功能單元大量涌現，使 PLC 滲 透到了位置控制、溫度控制、 CNC 等各種工業控制中。加上 PLC 通信能力的 增強及人機界面技術的發展，使用 PLC 組成各種控制系統變得非常容易。 1.20易學易用PLC 是面向工礦企業的工控設備。它接口容易，編程語言易于為工程技 術人員接受。 梯形圖語言的圖形符號與表達方式和繼電器電路圖相當接近， 為不熟悉電子電路、不懂計算機原理和匯編語言的人從事工業控制打開了 方便之門。1.21系統的設計PLC 用存儲邏輯代替接線邏輯，大大減少了控制設備外部的接線，使控 制系統設計及建造的周期大為縮

18、短，同時日常維護也變得容易起來，更重 要的是使同一設備經過改變程序而改變生產過程成為可能。這特別適合多 品種、小批量的生產場合。、概述及設計目的1.22 概述隨著人們的生活日趨小康，一些必要的美化設施逐漸興起，各式各樣 的廣場花園越來越多，噴泉作為一項建筑藝術，在國內外均有較悠久的歷 史。人們隨著生活水平的提高，對美化住宅小區以及別墅環境的要求也越 來越高，小型音樂噴泉成為一個發展方向。目前的水景噴泉一般包括：固 定水景、時控噴泉、程控噴泉、聲控噴泉、音樂噴泉類，控制方式的復 雜程度由低到高。使用控制花式噴泉，具有使用方便、運行可靠、 控制程序設計簡單等優點，若需要改變噴水花樣和噴水時間，不必

19、做很大 調整，只要相應修改控制程序，即可實現控制目的。這樣的地方又怎能少 了噴泉呢 ? 多花樣噴泉形式多樣，常常能吸引人們的眼球，同時水又增加 了環境的靈動性， 多花樣噴泉已經成為人們建造各類娛樂廣場的必需設施。 那些控制簡便，花樣較多，價格低廉的噴泉慢慢成為建設者的首選。現今， 多花樣噴泉的制造，延襲傳統，結合現代，正日益成為人們或出于對環境 的追求，或為了居室的美化，等等，而得到眾多品位人士的追求。本設計的多花樣噴泉采用西門子編程軟件進行 PLC 編程，利用 PLC 的工 作原理，結合按鈕、開關、電源電路進行設計，將軟件和硬件有機地結合 起來，使得系統能夠實現多花樣噴泉各種模式的變化以及控

20、制。1.23 設計目的通過對實例工程的模擬，熟悉掌握了 PLC 編程和程序調試方法。進一步 了解 PLC 的 I/O 連接。進一步熟悉定時移位的編程指令的應用，用 PLC 構成噴 泉系，學習電氣可編程中的基本實驗器件及 PLC 編程等的綜合應用。鞏固和 加深對 PLC 編程控制器的理解和應用。掌握硬件實驗裝置的方法。1.24 研究思路和方法本次設計的題目是花樣噴泉系統， 本設計基于西門子 S7-200 PLC 編程， 設計了花樣噴泉系統。花樣噴泉控制系統的主要任務就是改變噴泉的噴水 樣式，以達到有規律的改變噴泉噴水樣式的目的。按下啟動按鈕，噴泉裝 置開始工作，按下停止按鈕，噴泉控制裝置停止工作

21、。噴泉工作方式由花 樣選擇開關和單步 連續開關決定。當單步 連續開關選擇單步時，噴泉 只能按照花樣選擇開關設定的方式，運行一個循環；當單步 連續開關選 擇連續時，噴泉按照花樣選擇開關設定的方式，運行多個循環，直至按下 停止按鈕。花樣循環方式選擇開關用于選擇噴泉的噴水花樣，本文設計四 種噴水花樣循環。 PLC 控制系統體積小、功能強、可靠性高 , 且具有較大的 靈活性和可擴展性的特點。用 PLC 花樣噴泉控制系統，不但實現了自動轉 換花樣噴泉的噴水樣式，提高了系統的可靠性和安全性，而且，美化了我 們的生活環境，使我們的生活環境更加安逸、舒適。因此 PLC 控制系統具有 一定的工程應用和推廣價值。

22、三、花樣噴泉系統的設計1.25 PLC 型號的選擇PLC 產品的種類繁多。 PLC 的型號不同 , 對應著其結構形式、 性能、容量、 指令系統、編程方式、價格等均各不相同 , 適用的場合也各有側重。因此 ,合理選用 PLC, 對于提高 PLC 控制系統的技術經濟指標有著重要意義PLC 機型的選擇PLC 的選擇主要應從 PLC 的機型、容量、I/O 模塊、電源模塊、特殊功能模塊、通信聯網能力等方面加以綜合考慮PLC 機型選擇的基本原則是在滿足功能要求及保證可靠、維護方便的前提下, 力爭最佳的性能價格比。選擇時應主要考慮到合理的結構型式 , 安裝方式的選擇 , 相應的功能要求 , 響 應速度要求

23、, 系統可靠性的要求 , 機型盡量統一等因素。1.3.9 合理的結構型式PLC 主要有整體式和模塊式兩種結構型式。整體式 PLC 的每一個 I/O 點的平均價格比模塊式的便宜 , 且體積相對較 小, 一般用于系統工藝過程較為固定的小型控制系統中；而模塊式PLC 的功能擴展靈活方便 , 在 I/O 點數、輸入點數與輸出點數的比例、 I/O 模塊的種類 等方面選擇余地大 , 且維修方便 , 一般于較復雜的控制系統。1.3.10安裝方式的選擇PLC 系統的安裝方式分為集中式、遠程I/O 式以及多臺PLC 聯網的分布式。集中式不需要設置驅動遠程 I/O 硬件, 系統反應快、成本低；遠程 I/O 式 適

24、用于大型系統 , 系統的裝置分布范圍很廣 , 遠程 I/O 可以分散安裝在現場 裝置附近 , 連線短, 但需要增設驅動器和遠程 I/O 電源；多臺 PLC 聯網的分布 式適用于多臺設備分別獨立控制 , 又要相互聯系的場合 , 可以選用小型 PLC, 但必須要附加通訊模塊。1.26相應的功能要求一般小型（ 低檔）PLC 具有邏輯運算、定時、計數等功能, 對于只需要開關量控制的設備都可滿足。 對于以開關量控制為主 , 帶少量模擬量控制的系 統, 可選用能帶 A/D和 D/A轉換單元, 具有加減算術運算、數據傳送功能的增 強型低檔 PLC 。對于控制較復雜 , 要求實現 PID 運算 、閉環控制、通

25、信聯網等功能 , 可 視控制規模大小及復雜程度 , 選用中檔或高檔 PLC 。但是中、高檔 PLC 價格較 貴, 一般用于大規模過程控制和集散控制系統等場合。1.27響應速度要求PLC 是為工業自動化設計的通用控制器, 不同檔次 PLC 的響應速度一般都能滿足其應用范圍內的需要。如果要跨范圍使用 PLC, 或者某些功能或信 號有特殊的速度要求時 , 則應該慎重考慮 PLC 的響應速度 , 可選用具有高速 I/O 處理功能的 PLC, 或選用具有快速響應模塊和中斷輸入模塊的PLC 等。1.28系統可靠性的要求對于一般系統 PLC 的可靠性均能滿足。對可靠性要求很高的系統 , 應考 慮是否采用冗余

26、系統或熱備用系統。1.29機型盡量統一一個企業, 應盡量做到 PLC 的機型統一。主要考慮到以下三方面問題：1）機型統一 , 其模塊可互為備用 , 便于備品備件的采購和管理。2）機型統一 , 其功能和使用方法類似 , 有利于技術力量的培訓和技術水 平的提高。3）機型統一 , 其外部設備通用 , 資源可共享 , 易于聯網通信 , 配上位計算 機后易于形成一個多級分布式控制系統。綜上，本設計選擇西門子 S7-200 PLC 。四、PLC 的工作原理1.30 掃描技術當 PLC 投入運行后，其工作過程一般分為三個階段，即輸入 采樣、用戶程序執行和輸出刷新三個階段。完成上述三個階段稱 作一個掃描周期。

27、在整個運行期間， PLC 的 CPU 以一定的掃描速 度重復執行上述三個階段。1.31 輸入采樣階段在輸入采樣階段， PLC 以掃描方式依次地讀入所有輸入狀態 和數據，并將它們存入 I/O 映象區中的相應得單元內。輸入采樣 結束后，轉入用戶程序執行和輸出刷新階段。在這兩個階段中， 即使輸入狀態和數據發生變化， I/O 映象區中的相應單元的狀態 和數據也不會改變。因此，如果輸入是脈沖信號，則該脈沖信號 的寬度必須大于一個掃描周期，才能保證在任何情況下，該輸入 均能被讀入。1.32 用戶程序執行階段在用戶程序執行階段， PLC 總是按由上而下的順序依次地掃 描用戶程序 （ 梯形圖 ） 。在掃描每一

28、條梯形圖時，又總是先掃描梯 形圖左邊的由各觸點構成的控制線路，并按先左后右、先上后下 的順序對由觸點構成的控制線路進行邏輯運算， 然后根據邏輯運 算的結果，刷新該邏輯線圈在系統 RAM 存儲區中對應位的狀態； 或者刷新該輸出線圈在 I/O 映象區中對應位的狀態； 或者確定是 否要執行該梯形圖所規定的特殊功能指令。即，在用戶程序執行過程中，只有輸入點在 I/O 映象區內的 狀態和數據不會發生變化， 而其他輸出點和軟設備在 I/O 映象區 或系統 RAM 存儲區內的狀態和數據都有可能發生變化， 而且排在 上面的梯形圖， 其程序執行結果會對排在下面的凡是用到這些線 圈或數據的梯形圖起作用；相反，排在

29、下面的梯形圖，其被刷新 的邏輯線圈的狀態或數據只能到下一個掃描周期才能對排在其 上面的程序起作用。1.33 輸出刷新階段當掃描用戶程序結束后， PLC 就進入輸出刷新階段。在此期 間， CPU 按照 I/O 映象區內對應的狀態和數據刷新所有的輸出鎖 存電路，再經輸出電路驅動相應的外設。這時，才是 PLC 的真正 輸出。同樣的若干條梯形圖， 其排列次序不同， 執行的結果也不同。 另外，采用掃描用戶程序的運行結果與繼電器控制裝置的硬邏輯 并行運行的結果有所區別。 當然，如果掃描周期所占用的時間對 整個運行來說可以忽略，那么二者之間就沒有什么區別了。一般來說， PLC 的掃描周期包括自診斷、通訊等，

30、如下圖所 示，即一個掃描周期等于自診斷、通訊、輸入采樣、用戶程序執 行、輸出刷新等所有時間的總和。五、花樣噴泉 I/O 分配表及程序設計1.34I/O 分配表元件代號輸入地址作用SB0X0啟動/停止元件代號輸出地址作用YV0Y01 號噴點YV1Y12 號噴點YV2Y23 號噴點YV3Y34 號噴點YV3Y45 號噴點YV4Y56 號噴點YV5Y67 號噴點YV6Y78 號噴點YV7Y109 號噴點YV10Y1110 號噴點YV11Y1211 號噴點YV12Y1312 號噴點16YV13Y14主電動機1.35 程序初始化初始化以及程序執行一次大循環和停止時對所有狀態復位17161.36 噴泉花式 1按下啟動按鈕 X0 ，程序開始執行， Y014 為主電機，一直處 于得電狀態。 Y0 到 Y13 每隔一秒順序點亮。當 Y13 點亮后隔一 秒種，Y0 到 Y13 每隔一秒逆序停止。逆序停止后，置位M9 開始下一個流程。211.37 噴泉花式 2M9 得電后 Y0 到 Y13 每隔一秒全亮全滅三次，次數到單數亮兩秒，雙數亮兩秒后執行下一步程序1.38 噴泉花式 3T31 得電后，每隔一秒， Y0-Y13, 從兩邊向一次點亮，計數六次，計數到全停，開始下一個循環1.39 PLC 接線圖FUi FU2FU3 FU4xCOMIr八MYo