基于西门子S7-200PLC控制心的花样喷泉控制系统的设计

目录

摘要 (1)

绪论 (3)

1.PLC概述 (5)

1.1 PLC的产生 (6)

1.2 PLC的结构 (6)

1.3 PLC的应用领域 (8)

1.4 PLC的应用特点 (9)

2.概述及设计目的 (10)

2.1 概述 (10)

2.2 设计目的 (11)

2.3 研究思路和方法 (11)

3.花样喷泉系统的设计 (12)

3.1 PLC型号的选择 (12)

3.2 PLC I/O的分配 (15)

3.3开关量输入模块的选择 (17)

3.4 特殊功能模块的选择 (19)

3.5 喷泉水柱的分布......................................

3.6 喷泉及其参数的选择..................................

3.7 多样喷泉的方案 (19)

3.8 多花样喷泉设计原理 (23)

3.9 多花样喷泉设计原理图 (24)

4.设计过程 (25)

4.1启动和停止的设计 (25)

4.2 花样喷泉控制以及单步控制设计 (25)

4.3 程序梯形图 (26)

4.4 仿真效果 (29)

5.程序调试 (31)

6.设计优缺点 (36)

7.设计体会 (36)

8.感谢词 (26)

9.参考文献 (37)

10．附录一........................................

11.附录二...............................................

摘要

在游人和居民经常光顾的场所，如公园、广场、旅游景点及一些知名建筑前，经常会修建一些喷泉供人们休闲、观赏。这些喷泉按一定的规律改变喷水式样，如果再与五颜六色的灯光相配合，在和谐优雅的音乐中，更使人心旷神怡，流连忘返。本设计讲述的是如何利用PLC控制喷泉喷水方式，产生各样的样式，并给出了花式喷泉的喷水花样，选择西门子的PLC作为控制器，分配了４种喷水花样下PLC的I/O接口、设计了PLC的外部接线图及控制梯形图，同时用组态王软件完成了花式喷泉系统人机界面的设计，通过人机屏面和西门子PLC之间的通讯，实现了小型喷泉系统的PLC控制。关键词: PLC 喷泉控制系统控制组态

ABSTRACT

the place which patronizes frequently in the tourist and there sident, before like the park, the square, the scenic site and some well-known constructions, will construct some eruptive fountains to supply the people leisure, watching frequently. These eruptive fountains according to certain rule change spraying of water model, if coordinates again with the colorful light, in with the harmonious graceful music, causes the human to be completely relaxed, forgets to return. What this article narrated is how using the PLC control eruptive fountain spraying of water way, has all kinds styles. Fore patterns of the fountain were given. The distribution of PLC is input/output interface was described under those patterns. The external hookup and ladder diagrams were designed also in this paper. The configuration realization of the system was introduced. Configuration dynamic simulation was completed by communicating the configuration software and the PLC hardware of SIEMENS.

key word: PLC eruptive fountain control system Control Configuration

绪论

喷泉是人工环境中最富有生命力的喷泉,它具有分隔空间、增加层次、净化空气美化环境的作用, 具有美化环境的功能，常常博得观赏者的喜爱。喷泉水景首次在我国兴建是18世纪中期，北京圆明园(又名长春园)中的“西洋楼”建筑提升到高处的蓄水池(180m3)里，然后通过管道供给喷泉。近代，国内外随着城市和工业的发展，改善城市环境，兴建自然景观日益增多。因而水景的艺术形式和规模都有很大发展。

现代高科技把美妙的音乐、多姿的喷泉造型、五彩缤纷的水下灯光、神奇的激光图文，通过电脑有机的结合在一起，给人以音乐声响、视觉形象、色彩变换三位一体的超自然享受。随着我国人民物质生活水平的不断提高，对于精神生活的要求也在不断提高，为进一步改造环境景观，建设一个喷泉是很有必要的。随着科学技术的不断发展和生活水平的不断提高，尤其是喷泉在城市和社区环境建设中起着尤其重要的作用。当今喷泉工程和高新技术的结合正是历史发展的必然趋势，由于喷泉工程中采用了大量的高新技术，从而使喷泉效果更加绚丽多彩，婀娜多姿，令人赏心悦目、流连忘返。

本次的毕业设计是一个以西门子S7-200 PLC控制为核心的花样喷泉控制系统的设计。花样喷泉在PLC的控制之下，喷出各种各样的水柱，给人以一种视觉上美的享受。

1.PLC概述

可编程控制器是继电器控制和计算机控制出上开发的产品，逐渐发展成以微器处理为核心把自动化技术、计算机技术、通信技术融为一体的新型工业自动控制装置。早期的可编程控制器在功能上只进行逻辑控制，称为可编程逻辑控制（programmable logic controller）简称PLC。随着技术的发展，其控制功能不断增强。现在的可编程控制还可进行算术运算、模拟量控制，因此，美国电器制造协会（NEMA）于1980年将它命名为可编程控制器（Programmable controller) 简称PC。但容易同个人计算机（personal computer）相混淆，现又把可编程控制器称为PLC。它已基本上替代传统的继电器控制系统，成为工业自动化领域中最重要、应用最多的控制装置，居工业生产自动化三大支柱（可编程控制器、机器人、计算机辅助设计与制造）的首位。1987年2月，国际电工委员会颁布可编程控制器标准草案中将其进一步定义为：“可编程控制器式一种数字运算操作的电子系统，转为在工业环境下应用而设计，它采用了可编程序的存储器，用来在其内部存储执行逻辑运算、顺序控制、定时、技术和算术运算等操作的指令，并通过数字式和模拟式的输入和输出，控制各种类型的机械或生产过程。

1.1 PLC的产生

PLC是在激烈的市场竞争中产生的，20世纪60年代么末，美国汽车制造业竞争激烈。为适应生产工艺不断更新的需要，美国通用汽车公司（GM）对控制系统提出要求为：（1）能替代由各种继电器、定时器、接触器及其主令电器等按一定的逻辑关系用导线连接起来的控制系统，由传统的继电——接触器控制，它简单易懂，价格低廉，能够满足生产工艺改动频繁的需要；（2）编程简单；（3）模块式结构；（4）输入、输出电压为交流115V(美国标准)，输出能直接驱动继电器和电磁阀；（5）抗电磁干扰强；（6）具

有数据通信功能。就是把继电——接触器控制的优点与计算机的功能齐全、灵活性、通用性强的特点结合起来，用计算机的编程软件逻辑易于修改来代替继电——接触器控制的硬接线逻辑不易修改。美国数字设备公司（DEC）在1969年根据上述要求，研制出世界上首台可编程控制器，并在美国通用汽车公司的汽车装配现上应用成功，实现了生产装配线的自动控制。

1.2 PLC的结构

PLC和一般的微型计算机基本相同，也是由硬件系统和软件系统两大部分组成的。PLC的硬件系统由微处理器(CPU)、存储器(EPROM，ROM)、输入输出(I/O)部件、电源部件、编程器、I/O扩展单元和其他外围设备组成。各部分通过总线(电源总线、控制总线、地址总线、数据总线)连接而成。其结构简图1-1如下：

图1-1 PLC硬件结构图

PLC的软件系统是指PLC所使用的各种程序的集合，通常可分为系统程序和用户程序两大部分。系统程序是每一个PLC成品必须包括的部分，由PLC 厂家提供，用于控制PLC本身的运行，系统程序固化在EPROM中。用户程序是由用户根据控制需要而编写的程序。硬件系统和软件系统组成了一个完

整的PLC系统，他们是相辅相成，缺一不可的。

1.3 PLC的应用领域

目前，PLC在国内外已广泛应用于钢铁、石油、化工、电力、建材、机械制造、汽车、轻纺、交通运输、环保及文化娱乐等各个行业，使用情况主要分为如下几类：

1.开关量逻辑控制

取代传统的继电器电路，实现逻辑控制、顺序控制，既可用于单台设备的控制，也可用于多机群控及自动化流水线。如注塑机、印刷机、订书机械、组合机床、磨床、包装生产线、电镀流水线等。

2.工业过程控制

在工业生产过程当中，存在一些如温度、压力、流量、液位和速度等连续变化的量（即模拟量），PLC采用相应的A/D和D/A转换模块及各种各样的控制算法程序来处理模拟量，完成闭环控制。PID调节是一般闭环控制系统中用得较多的一种调节方法。过程控制在冶金、化工、热处理、锅炉控制等场合有非常广泛的应用。

3.运动控制

PLC可以用于圆周运动或直线运动的控制。一般使用专用的运动控制模块，如可驱动步进电机或伺服电机的单轴或多轴位置控制模块，广泛用于各种机械、机床、机器人、电梯等场合。

4.数据处理

PLC具有数学运算（含矩阵运算、函数运算、逻辑运算）、数据传送、数据转换、排序、查表、位操作等功能，可以完成数据的采集、分析及处理。数据处理一般用于如造纸、冶金、食品工业中的一些大型控制系统。

5.通信及联网

PLC通信含PLC间的通信及PLC与其它智能设备间的通信。随着工厂自动

化网络的发展，现在的PLC都具有通信接口，通信非常方便

1.4 PLC的应用特点

1.可靠性高，抗干扰能力强

高可靠性是电气控制设备的关键性能。PLC由于采用现代大规模集成电路技术，采用严格的生产工艺制造，内部电路采取了先进的抗干扰技术，具有很高的可靠性。使用PLC构成控制系统，和同等规模的继电接触器系统相比，电气接线及开关接点已减少到数百甚至数千分之一，故障也就大大降低。此外，PLC带有硬件故障自我检测功能，出现故障时可及时发出警报信息。在应用软件中，应用者还可以编入外围器件的故障自诊断程序，使系统中除PLC以外的电路及设备也获得故障自诊断保护。这样，整个系统将极高的可靠性。

2.配套齐全，功能完善，适用性强

PLC发展到今天，已经形成了各种规模的系列化产品，可以用于各种规模的工业控制场合。除了逻辑处理功能以外，PLC大多具有完善的数据运算能力，可用于各种数字控制领域。多种多样的功能单元大量涌现，使PLC渗透到了位置控制、温度控制、CNC等各种工业控制中。加上PLC通信能力的增强及人机界面技术的发展，使用PLC组成各种控制系统变得非常容易。3.易学易用，深受工程技术人员欢迎

PLC是面向工矿企业的工控设备。它接口容易，编程语言易于为工程技术人员接受。梯形图语言的图形符号与表达方式和继电器电路图相当接近，为不熟悉电子电路、不懂计算机原理和汇编语言的人从事工业控制打开了方便之门。

4.系统的设计，工作量小，维护方便，容易改造

PLC用存储逻辑代替接线逻辑，大大减少了控制设备外部的接线，使控制系统设计及建造的周期大为缩短，同时日常维护也变得容易起来，更重