...wd...PLC控制系統的把戲噴泉設計目錄目錄1引言3一.PLC概述21.1PLC的產生21.2PLC的構造31.3PLC的應用領域41.3.1開關量的邏輯控制41.3.2模擬量控制41.3.3運動控制51.3.4過程控制51.3.5數據處理51.3.6通信及聯網61.4PLC的應用特點61.4.1可靠性高6二、概述及設計目的82.1概述82.2設計目的82.3研究思路和方法9三、把戲噴泉系統的設計103.1PLC型號的選擇103.1.1合理的構造型式103.1.2安裝方式的選擇103.1.3相應的功能要求113.1.4響應速度要求113.1.5系統可靠性的要求113.1.6機型盡量統一12四、PLC的工作原理134.1掃描技術134.2輸入采樣階段134.3用戶程序執行階段134.4輸出刷新階段14五、把戲噴泉I/O分配表及程序設計155.1I/O分配表155.2程序初始化165.3噴泉花式1185.4噴泉花式2195.5噴泉花式3205.6PLC接線圖21六、設計優缺點24七、心得體會25引言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把戲及噴水時間等問題，本設計結合西門子S7-200可編程控制器設計能適應不同季節、不同場合的噴水要求目的的把戲噴泉系統。該把戲噴泉控制系統不但實現了自動轉換把戲噴泉的噴水樣式，而且提高了系統的可靠性和安全性，具有一定的工程應用和推廣價值。關鍵詞：PLC；把戲噴泉；控制系統第1章噴泉的設計要求及目的1.1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開展方向。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５類，控制方式的復雜程度由低到高。使用ＰＬＣ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，假設需要改變噴水把戲和噴水時間，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?多把戲噴泉形式多樣，常常能吸引人們的眼球，同時水又增加了環境的靈動性，多把戲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，把戲較多，價格低廉的噴泉慢慢成為建設者的首選。現今，多把戲噴泉的制造，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。本設計的多把戲噴泉采用西門子編程軟件進展PLC編程，利用PLC的工作原理，結合按鈕、開關、電源電路進展設計，將軟件和硬件有機地結合起來，使得系統能夠實現多把戲噴泉各種模式的變化以及控制。1.2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根本實驗器件及PLC編程等的綜合應用。穩固和加深對PLC編程控制器的理解和應用。掌握硬件實驗裝置的方法。1.3研究思路及方法本次設計的題目是把戲噴泉系統，本設計基于西門子S7-200PLC編程，設計了把戲噴泉系統。把戲噴泉控制系統的主要任務就是改變噴泉的噴水樣式，以到達有規律的改變噴泉噴水樣式的目的。按下啟動按鈕，噴泉裝置開場工作，按下停頓按鈕，噴泉控制裝置停頓工作。噴泉工作方式由把戲選擇開關和單步∕連續開關決定。當單步∕連續開關選擇單步時，噴泉只能按照把戲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，噴泉按照把戲選擇開關設定的方式，運行多個循環，直至按下停頓按鈕。把戲循環方式選擇開關用于選擇噴泉的噴水把戲，本文設計四種噴水把戲循環。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把戲噴泉控制系統，不但實現了自動轉換把戲噴泉的噴水樣式，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2.1可編程序控制器簡介可編程序控制器PC〔ProgrammableController〕又稱可編程序控制器PLC〔ProgrammableLogicController〕，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根基上開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根基的形象編程語言和模塊化的軟件構造，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、能對模擬量進展控制、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。2.2PLC的構造PLC1.2PLC的構造PLC和一般的微型計算機根本一樣，也是由硬件系統和軟件系統兩大局部組成的。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、電源部件、編程器、I/O擴展單元和其他外圍設備組成。各局部通過總線(電源總線、控制總線、地址總線、數據總線)連接而成。其構造簡圖如下：外設I/O接口外設I/O接口輸出部件存儲器EPROM微處理器運算器控制器電源輸入部件I/O擴展接口I/O擴展單元受控元件輸入信號外部設備圖1-1PLC硬件構造圖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和用戶程序兩大局部。系統程序是每一個PLC成品必須包括的局部，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3.1PLC控制把戲噴泉運行要求1〕、按下啟動按鈕，噴泉進入運行等待狀態。2〕、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。3〕、按下噴泉噴水把戲的循環方式按鈕，噴泉開場運行，每隔6s改變一次把戲。在連續運行方式下，噴水把戲將一直循環下去，在單步運行方式下，噴水把戲只運行一個循環。按下其他任意一個循環方式按鈕，噴泉噴水把戲的循環方式立刻改變。4〕、按下停頓按鈕，噴泉停頓運行。噴泉的運行流程圖噴泉的運行過程按下噴泉控制系統的啟動按鈕，首先大水柱從地而起，直射天空；6s后，9陜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，把戲選擇開關置于1時，其噴泉水柱的動作順序如下：1→2→〔1+3+4〕→〔2+5〕→〔1+2〕→〔2+3+4〕→〔2+4〕→〔1+2+3+4+5〕→1，周而復始，直到按下停頓按鈕，水柱噴泉才停頓工作；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。把戲選擇開關置于2時，其噴泉水柱的動作順序如下：1→2→〔2+4〕→〔2+5〕→〔1+2〕→〔2+3+4〕→〔1+3+4〕→〔1+2+3+4+5〕→1。把戲選擇開關置于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。把戲選擇開關置于4時，其噴泉水柱的動作順序如下：1→2→〔1+3+4〕〔2+5〕→→〔1+2〕→〔2+4〕→〔2+3+4〕→〔1+2+3+4+5〕→1。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。1.3.4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把戲的循環，通過驅動控制程序實現噴泉的噴射3.5把戲噴泉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、分析及處理。這些數據可以與存儲在存儲器中的參考值比照，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。1.3.6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。隨著計算機控制的開展，工廠自動化網絡開展得很快，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。1.4PLC的應用特點1.4.1可靠性高高可靠性是電氣控制設備的關鍵性能。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。

1.4.2配套齊全

PLC開展到今天，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，PLC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開展，使用PLC組成各種控制系統變得非常容易。

1.4.3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承受。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翻開了方便之門。

1.4.4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。二、概述及設計目的2.1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開展方向。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５類，控制方式的復雜程度由低到高。使用ＰＬＣ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，假設需要改變噴水把戲和噴水時間，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?多把戲噴泉形式多樣，常常能吸引人們的眼球，同時水又增加了環境的靈動性，多把戲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，把戲較多，價格低廉的噴泉慢慢成為建設者的首選。現今，多把戲噴泉的制造，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。本設計的多把戲噴泉采用西門子編程軟件進展PLC編程，利用PLC的工作原理，結合按鈕、開關、電源電路進展設計，將軟件和硬件有機地結合起來，使得系統能夠實現多把戲噴泉各種模式的變化以及控制。2.2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根本實驗器件及PLC編程等的綜合應用。穩固和加深對PLC編程控制器的理解和應用。掌握硬件實驗裝置的方法。2.3研究思路和方法本次設計的題目是把戲噴泉系統，本設計基于西門子S7-200PLC編程，設計了把戲噴泉系統。把戲噴泉控制系統的主要任務就是改變噴泉的噴水樣式，以到達有規律的改變噴泉噴水樣式的目的。按下啟動按鈕，噴泉裝置開場工作，按下停頓按鈕，噴泉控制裝置停頓工作。噴泉工作方式由把戲選擇開關和單步∕連續開關決定。當單步∕連續開關選擇單步時，噴泉只能按照把戲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，噴泉按照把戲選擇開關設定的方式，運行多個循環，直至按下停頓按鈕。把戲循環方式選擇開關用于選擇噴泉的噴水把戲，本文設計四種噴水把戲循環。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把戲噴泉控制系統，不但實現了自動轉換把戲噴泉的噴水樣式，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。三、把戲噴泉系統的設計3.1PLC型號的選擇PLC產品的種類繁多。PLC的型號不同,對應著其構造形式、性能、容量、指令系統、編程方式、價格等均各不一樣,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機型選擇的根本原則是在滿足功能要求及保證可靠、維護方便的前提下,力爭最正確的性能價格比。選擇時應主要考慮到合理的構造型式,安裝方式的選擇,相應的功能要求,響應速度要求,系統可靠性的要求,機型盡量統一等因素。3.1.1合理的構造型式PLC主要有整體式和模塊式兩種構造型式。整體式PLC的每一個I/O點的平均價格比模塊式的廉價,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。3.1.2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,系統反響快、本錢低；遠程I/O式適用于大型系統,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。3.1.3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。3.1.4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。3.1.5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系統或熱備用系統。3.1.6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S7-200PLC。四、PLC的工作原理4.1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。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。4.2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。輸入采樣完畢后，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。4.3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展邏輯運算，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但凡用到這些線圈或數據的梯形圖起作用；相反，排在下面的梯形圖，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。4.4輸出刷新階段當掃描用戶程序完畢后，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