自動(dòng)噴泉的PLC控制設(shè)計(jì)

1、摘摘 要要 可編程控制器是一種以微型計(jì)算機(jī)為核心的通用工業(yè)控制器。它是繼承了繼電器控 制器裝置的部分突出性能，并與現(xiàn)代的計(jì)算機(jī)技術(shù)和通行技術(shù)結(jié)合為一體，代表了當(dāng) 前電器控制技術(shù)的世界先進(jìn)水平。 自動(dòng)噴泉控制的實(shí)現(xiàn)方法很多，本設(shè)計(jì)題目為基于可編程控制器（plc）的噴泉控 制系統(tǒng)，用 plc 進(jìn)行控制不僅能夠進(jìn)行多種水型切換，而且能將各種水型、燈光按預(yù) 先設(shè)定的排列組合進(jìn)行控制程序的設(shè)計(jì)，通過(guò)計(jì)算機(jī)運(yùn)行控制程序發(fā)出控制信號(hào)，使 水型、等過(guò)實(shí)現(xiàn)多姿多彩的變化。通過(guò)上位機(jī)（pc）與 plc 之間的通訊來(lái)監(jiān)控噴泉的 狀態(tài)與效果，進(jìn)而控制電動(dòng)機(jī)，以達(dá)到順利實(shí)現(xiàn)工業(yè)控制的要求及目的，同時(shí)還要達(dá) 到低功耗、高

2、性?xún)r(jià)比、運(yùn)行可靠等基本要求 關(guān)鍵詞關(guān)鍵詞：自動(dòng)噴泉；plc； 目錄 第一章緒論第一章緒論.3 1.1 plc 的起源.3 1.2 plc 的發(fā)展趨勢(shì).3 1.3 設(shè)計(jì)要求.3 1.4 設(shè)計(jì)任務(wù).4 第二章控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)第二章控制系統(tǒng)設(shè)計(jì).6 2.1 控制程序流程圖設(shè)計(jì).6 2.2 plc 的選型.6 2.3 plc 的 i/o 分配表.7 2.4 接線圖.8 第三章第三章控制程序設(shè)計(jì)控制程序設(shè)計(jì).9 3.1 主程序.9 3.2 子程序.10 第四章系統(tǒng)仿真與調(diào)試第四章系統(tǒng)仿真與調(diào)試.13 4.1 仿真及調(diào)試的步驟.13 4.2 過(guò)程演示.13 第五章總結(jié)第五章總結(jié).16 參考文獻(xiàn)參考文獻(xiàn).17

3、第一章緒論第一章緒論 1.1plc1.1plc 的起源的起源 1968年美國(guó)通用汽車(chē)公司針對(duì)汽車(chē)制造業(yè)中必須采用大量的繼電器來(lái)實(shí)現(xiàn)控制，而 繼電器不僅體積龐大、接線繁瑣，而且每年維護(hù)工作也要消耗大量的人力財(cái)力和物力， 與此同時(shí)還對(duì)維護(hù)人員的熟練程度提出了很高的要求。于是就設(shè)計(jì)一種新的系統(tǒng)來(lái)替 換繼電器控制而向社會(huì)公開(kāi)招標(biāo)，并就此提出了著名的“通用十條”招標(biāo)指標(biāo)。 1969 年美國(guó)數(shù)字設(shè)備公司成功研制了第一臺(tái) pdp-14 控制器，并在汽車(chē)裝配線上成 功使用。并根據(jù)其功能而命名為可編程邏輯控制器。隨后日本、德國(guó)、法國(guó)和中國(guó)相 繼掌握這一技術(shù)4。 1.21.2 plcplc 的發(fā)展趨勢(shì)的發(fā)展趨勢(shì)

4、工業(yè)控制領(lǐng)域隨著近代半導(dǎo)體技術(shù)和通信技術(shù)的迅速發(fā)展而發(fā)生了翻天覆地的變化， plc 也在朝著自己的新技術(shù)方向發(fā)展，主要分為以下幾個(gè)方向。 一是 plc 大力開(kāi)發(fā)智能模塊，加強(qiáng)聯(lián)網(wǎng)通信能力。只有加強(qiáng)聯(lián)網(wǎng)通信能力才 有出路，才更適應(yīng)市場(chǎng)的需求。加強(qiáng)聯(lián)網(wǎng)通信有包括之間聯(lián)網(wǎng)通信和與 計(jì)算機(jī)之間的聯(lián)網(wǎng)通信，這是夠成一個(gè)系統(tǒng)必須的，另外就是各個(gè)廠家最好協(xié)商制定 一個(gè)通用的生產(chǎn)標(biāo)準(zhǔn)，最后就是 plc 信號(hào)采集與傳感器、上位機(jī)等之間的通信協(xié)議的 發(fā)展。只有這些發(fā)展好了才能做出更好更大的系統(tǒng)，才能適應(yīng)市場(chǎng)的需求。 二是向超小型化和超大型化方向發(fā)展，當(dāng)前中小型越來(lái)越多，為了適 應(yīng)社會(huì)的需求，plc 不得不向超小型

5、化和超大型化這兩個(gè)方向發(fā)展。超小型 plc 的優(yōu)點(diǎn) 是配置靈活，因此既可以單機(jī)運(yùn)行，也可以用于小型自動(dòng)控制系統(tǒng)。而超大型 因?yàn)椴捎枚鄠€(gè)并行工作，且具有大容量存儲(chǔ)，功能強(qiáng)大，在現(xiàn)代化市場(chǎng)也占有 一席之地。 三是向操作簡(jiǎn)易化方向發(fā)展。復(fù)雜的編程使得用戶(hù)望而卻步，阻礙了 的進(jìn)一步推廣應(yīng)用。的發(fā)展方向必然是簡(jiǎn)化對(duì)復(fù)雜任務(wù)的編程。 1.31.3 設(shè)計(jì)要求設(shè)計(jì)要求 有 16 個(gè)彩燈代表 16 個(gè)噴頭，有 4 個(gè)選擇按鈕，如下圖 1-1 所示。采用 s7-200plc 進(jìn)行控制，實(shí)現(xiàn)四種以上的自動(dòng)噴泉花樣。 圖 1-1 噴頭分布與方式選擇按鈕 基于以上要求，本系統(tǒng)應(yīng)具有以下功能 花樣一： 按下啟動(dòng)按鈕，再按

6、下 sb1 按鈕選擇花樣 1 模式 1 到 4 號(hào)亮， 1 秒后燈 5 到 8 亮，1 到 4 號(hào)滅 1 秒后，9 到 12 亮，5 到 8 滅 1 秒后 13 到 16 亮，9 到 12 滅 1 秒后，重復(fù)到 花樣二： 按下啟動(dòng)按鈕，再按下 sb2 選擇花樣 2 模式 燈 6、7、10、11 亮 1s 后燈 1、4、13、16 亮，6、7、10、11 滅 1 秒后重復(fù)循環(huán)-步驟 花樣三： 按下啟動(dòng)按鈕，再按下 sb3 選擇花樣 3 模式 燈 1 亮， 1 秒后燈 6 亮燈 1 滅 1 秒后 11 亮 6 滅 1 秒后燈 16 亮 11 滅 1 秒后重復(fù)到 花樣四： 按下啟動(dòng)按鈕，再按下 sb

7、4 選擇花樣 4 模式 燈 4 亮 彩彩 燈燈 l l1 1l l2 2l l3 3l l4 4 l l5 5l l6 6l l7 7l l8 8 l l9 9l l1 10 0 l l1 11 1l l1 12 2 l l1 13 3l l1 14 4l l1 15 5 l l1 16 6 按按 鈕鈕 s sb b1 1s sb b2 2s sb b3 3s sb b4 4 1 秒后燈 7 亮 1 秒后燈 10 亮 1 秒后燈 13 亮 1.41.4 設(shè)計(jì)任務(wù)設(shè)計(jì)任務(wù) 根據(jù)控制要求，明確設(shè)計(jì)任務(wù)，擬定設(shè)計(jì)方案與進(jìn)度計(jì)劃，運(yùn)用所學(xué)的理論知識(shí)， 進(jìn)行自動(dòng)噴泉的控制原理設(shè)計(jì)、硬件系統(tǒng)設(shè)計(jì)、軟件系統(tǒng)

8、設(shè)計(jì)、創(chuàng)新設(shè)計(jì)，提高理論 知識(shí)工程應(yīng)用能力、系統(tǒng)調(diào)試能力、分析問(wèn)題與解決問(wèn)題的能力。主要內(nèi)容包括： 1. 設(shè)計(jì)出硬件系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)圖、接線圖、時(shí)序圖等； 2. 系統(tǒng)有啟動(dòng)/停止，單步/連續(xù)功能按鈕； 3. 熟練運(yùn)用指令進(jìn)行 plc 控制程序設(shè)計(jì)，并有主程序、子程序和中斷程序； 4. 實(shí)現(xiàn)四種以上的自動(dòng)噴泉花樣控制； 5. 程序結(jié)構(gòu)與控制功能自行創(chuàng)新設(shè)計(jì)； 6. 進(jìn)行系統(tǒng)調(diào)試，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)噴泉的控制要求 第二章控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)第二章控制系統(tǒng)設(shè)計(jì) 2.12.1 控制程序流程圖設(shè)計(jì)控制程序流程圖設(shè)計(jì) 圖 2.1 控制程序流程圖 2.22.2 plcplc 的選型的選型 2.2.1 最大限度地滿(mǎn)足被控對(duì)象的控制要

9、求 充分發(fā)揮 plc 的功能，最大限度地滿(mǎn)足被控對(duì)象的控制要求，是設(shè)計(jì) plc 控制系 統(tǒng)的首要前提，這也是設(shè)計(jì)過(guò)程中最重要的一條原則。這就要求設(shè)計(jì)人員在設(shè)計(jì)之前 就要深入現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行調(diào)查研究，充分收集控制現(xiàn)場(chǎng)的資料，同時(shí)收集相關(guān)國(guó)內(nèi)、國(guó)外相 關(guān)的資料。同時(shí)還要注意和現(xiàn)場(chǎng)的工程管理人員、工程技術(shù)人員、現(xiàn)場(chǎng)操作人員等緊 密配合，擬定控制方案，共同解決設(shè)計(jì)中的重點(diǎn)問(wèn)題和疑難問(wèn)題。 2.2.2 保證 plc 控制系統(tǒng)安全可靠 保證 plc 控制系統(tǒng)能夠長(zhǎng)期安全、可靠、穩(wěn)定運(yùn)行，是設(shè)計(jì)控制系統(tǒng)的重要原則。 這就要求設(shè)計(jì)者在系統(tǒng)設(shè)計(jì)、元器件選擇、軟件編程等方面要全面考慮，以確?？刂?系統(tǒng)安全可靠。例如：應(yīng)該

10、保證 plc 控制程序不僅能在正常條件下運(yùn)行，而且要在非 正常情況下，也能正常工作。 2.2.3 力求簡(jiǎn)單、經(jīng)濟(jì)、使用及維修方便 一個(gè)新的控制工程固然能提高產(chǎn)品的質(zhì)量和數(shù)量，帶來(lái)巨大的經(jīng)濟(jì)效益和 社會(huì)效 益，但新工程的投入、技術(shù)的培訓(xùn)、設(shè)備的維護(hù)也將導(dǎo)致運(yùn)行資金的增加。因此，在 滿(mǎn)足控制要求的前提下，一方面要注意不斷地?cái)U(kuò)大工程的效益，另一方面也要注意不 斷地降低工程的成本。這就要求設(shè)計(jì)者不僅應(yīng)該使控制系統(tǒng)簡(jiǎn)單、經(jīng)濟(jì)，而且要使控 制系統(tǒng)的使用和維護(hù)方便、成本低，不宜盲目追求自動(dòng)化和高指標(biāo)。 2.2.4 適應(yīng)發(fā)展的需要 由于技術(shù)的不斷發(fā)展，控制系統(tǒng)的要求也將會(huì)不斷地提高，設(shè)計(jì)時(shí)要適當(dāng)考慮到 今后控

11、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(diǎn)數(shù)和 內(nèi)存容量時(shí)，要適當(dāng)留有裕量，以滿(mǎn)足今后生產(chǎn)的發(fā)展和工藝的改進(jìn)。 2.2.5 plc 選型 s7-200plc 它有四種不同的型號(hào)，由于設(shè)計(jì)要求有 6 個(gè)輸入點(diǎn)和 16 個(gè)輸出點(diǎn)，因 而選擇 s7-cpu226 最為合適。 cpu226 主機(jī)數(shù)字量 i/o 點(diǎn)為 24 輸入/16 輸出共 40 個(gè)；擴(kuò)展能力強(qiáng)，可連續(xù) 7 個(gè) 擴(kuò)展模塊，最大擴(kuò)展至 248 個(gè)數(shù)字量 i/o 點(diǎn)或 35 路模擬量 i/o 點(diǎn)；13kb 程序和數(shù)據(jù)存 取空間；6 個(gè)獨(dú)立的 30khz 高數(shù)計(jì)數(shù)器，2 路獨(dú)立的 20khz 高數(shù)緩沖輸出，具

12、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(qiáng)控制能力的控制器。 2.32.3 plcplc 的的 i/oi/o 分配表分配表 根據(jù)系統(tǒng)要求所選擇的 i/o 表如下表所示： 功能元件輸入點(diǎn)功能元件輸出點(diǎn) 啟動(dòng)按鈕 sb1 i0.0 指示燈 l1 q0.0 停止按鈕 sb2 i0.1 指示燈 l2 q0.1 花樣選擇按鈕 sb3 i0.2 指示燈 l3 q0.2 花樣選擇按鈕 sb4 i0.3 指示燈 l4 q0.3 花樣選擇按鈕 sb5 i0.4 指示燈 l5 q0.4 花樣選擇按鈕 sb6 i0.5 指示燈 l6 q0.5 指示燈 l7 q0.6 指示燈 l8 q0.7

13、 指示燈 l9 q1.0 指示燈 l10 q1.1 指示燈 l11 q1.2 指示燈 l12 q1.3 指示燈 l13 q1.4 指示燈 l14 q1.5 指示燈 l15 q1.6 指示燈 l16 q1.7 plc 輸入/輸出分配表 2.42.4 接線圖接線圖 第三章第三章控制程序設(shè)計(jì)控制程序設(shè)計(jì) 3.13.1 主程序主程序 3.23.2 子程序子程序 第四章系統(tǒng)仿真與調(diào)試第四章系統(tǒng)仿真與調(diào)試 4.14.1 仿真及調(diào)試的步驟仿真及調(diào)試的步驟 對(duì)上述程序的仿真及調(diào)試的具體步驟如下： （1）在 step7 中從主程序?qū)С鐾鮿?awl 程序； （2）在 s7_200 漢化仿真 v2.0 軟件中導(dǎo)入王

14、劍.awl 程序； （3）從軟件中選擇 cpu 型號(hào)為 cpu226； （4）在仿真軟件系運(yùn)行程序打開(kāi)開(kāi)關(guān) i0.0； （5）依次觀察個(gè)花樣的仿真結(jié)果。 4.24.2 過(guò)程演示過(guò)程演示 采用 s7_200 仿真對(duì)設(shè)計(jì)系統(tǒng)進(jìn)行仿真及調(diào)試,采集的圖如下圖所示 按下開(kāi)始按鈕和開(kāi)關(guān) 2 后執(zhí)行花樣一 按下開(kāi)始按鈕關(guān)閉開(kāi)關(guān) 2 后，按下開(kāi)關(guān)三執(zhí)行花樣二 按下開(kāi)始按鈕關(guān)閉開(kāi)關(guān) 3 打開(kāi)開(kāi)關(guān) 4 后執(zhí)行花樣三 按下開(kāi)始按鈕關(guān)閉開(kāi)關(guān) 4 打開(kāi)開(kāi)關(guān) 5 后執(zhí)行花樣四 第五章總結(jié)第五章總結(jié) 通過(guò)所做 plc 的設(shè)計(jì)，讓我進(jìn)一步對(duì) plc 的應(yīng)用及功能做了了解，對(duì)軟件 梯形圖的應(yīng)用也變的熟練。我掌握了更多關(guān)于自動(dòng)控

15、制系統(tǒng)的知識(shí)，明白了自 動(dòng)噴泉控制系統(tǒng)的組成，s7-200plc 的功能及特點(diǎn)。無(wú)論是在硬件還是軟件設(shè) 計(jì)上，我都遇到了不少的問(wèn)題，在克服困難的過(guò)程中，我學(xué)到了許多，特別是 在課堂上學(xué)不到的東西。使我重新系統(tǒng)的學(xué)習(xí)了網(wǎng)絡(luò)測(cè)控，可編程控制器等課 程，熟悉掌握了 plc 的使用。對(duì)一個(gè)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)步驟有了清楚的了解，并掌握 了一個(gè)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)過(guò)程。學(xué)會(huì)了如何發(fā)現(xiàn)問(wèn)題，解決問(wèn)題。并在查閱資料的過(guò) 程中對(duì)問(wèn)題的認(rèn)識(shí)和問(wèn)題的解決提出了新的見(jiàn)解，分析問(wèn)題出現(xiàn)的原因，使得 對(duì)問(wèn)題理解也更加深刻。 通過(guò)本次設(shè)計(jì)，讓我很好的鍛煉了理論與具體項(xiàng)目、課題相結(jié)合開(kāi)發(fā)、設(shè) 計(jì)產(chǎn)品的能力。在具體的設(shè)計(jì)過(guò)程中，通過(guò)老師和同學(xué)的幫助和自己的不斷摸 索，掌握了不少的工程技術(shù)方法，同時(shí)也培養(yǎng)了自己的工程設(shè)計(jì)思想，為以后 的實(shí)際工作打下了一定的基礎(chǔ)。因此，既讓我