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1、学号1151401150电气控制与可编程控制技术课 程 设 计（ 2011级本科） 题 目：基于S7200PLC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： 张毓鹏 指导教师： 张静 职称： 副教授 完成日期： 2014 年 6 月 10 日课程设计任务书 学 生 姓 名张毓鹏学 号1151401150专 业 方 向电气工程班 级2011级（1）班题 目 名 称基于S7200PLC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，实现四种自动喷泉花样二、设计的主
2、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，设计进度及安排。三、设计进度： 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
3、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、引言1二、设计目的1三、设计任务及要求13.1设计任务13.2设计要求2四、系统硬件设计34.1系统设计步骤34.2 PLC的IO分配表34.3控制面板44.4系统接线图5五、控制系统设计65.1控制程序流程图设计65.2控制程序设计思路6六、软件系统设计76.1程序说明76.2梯形图7七、系统仿真与结果分析117.1仿真及调试步骤117.2仿真结果及分析13八、总结13参考文献14一、引言 PLC是 Programmable Logic Controller的缩写，全称可编程逻辑控制器，是一种
4、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，是工业控制的核心器件。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， 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。 二、设计目的通过对基于S7-200PLC自动喷泉控制系统的工作原理的分析、系统设计、编程、及上机调试工作的实践，了解电器控制系统的一般设计思路，熟悉和掌握外围
5、电路系统和软件设计的方法，并掌握利用PC对PLC工作状况进行监控的方法。三、设计任务及要求3.1设计任务有16个彩灯代表16个喷头，有4个选择按钮，如下图4-1所示。采用S7-200PLC进行控制，实现四种以上的自动喷泉花样。基于以上要求，本系统应具有以下功能花样一： 按下启动按钮，再按下K1按钮选择花样1模式 1到4号亮， 2秒后灯5到8亮，1到4号灭 2秒后，9到12亮，5到8灭 2秒后13到16亮，9到12灭 2秒后，重复到花样二： 按下启动按钮，再按下K2选择花样2模式 灯6、7、10、11亮 2s后灯1、4、13、16亮，6、7、10、11灭 2秒后重复循环-步骤花样三： 按下启动按
6、钮，再按下K3选择花样3模式 灯1亮， 2秒后灯6亮灯1灭 2秒后11亮6灭 2秒后灯16亮11灭 2秒后重复到花样四： 按下启动按钮，再按下K4选择花样4模式 灯4亮 2秒后灯7亮 2秒后灯10亮 2秒后灯13亮3.2设计要求1.总体要求根据控制要求，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，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。2.主要内容（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，花样选择功能按钮；（3） 运用定时、置位等指令进行PLC控制程序设计，并
7、有主程序、子程序，实现四种自动喷泉花样的控制；（4）程序结构与控制功能自行创新设计；（5）进行系统调试，实现自动喷泉的控制要求四、系统硬件设计4.1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
8、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。4.2 PLC的IO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花样选择按钮SB3I0.2指示灯L3Q0.2花样选择开关SB4I0.3指示灯L4Q0.3花样选择开关SB5I0.4指示灯L5Q0.4花样选择开关SB6I0.5指示灯L6Q0.5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.
9、6指示灯L16Q1.7 表4.1 PLC的I/O分配表4.3控制面板图4.1 喷泉喷头分布图4.4系统接线图图4.2 系统I/O接线图五、控制系统设计5.1控制程序流程图设计 图5.1 控制程序流程图5.2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
10、/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定估算，通常采用存储器容量的估算来代替。（3）机型的选择通过对输入/输出点的选择、对存储量的选择，对I/O响应时间的选择输出负载的特点选型的分许。该控制系统选用西门子公司的PLC
11、。它体积小，重量轻，使用寿命长，编程和维护方便，故障率低，通过扩展模块的链接，可以增加输入/输出点数。我设计的花式喷泉模型共有6个输入，16个输出，因此，选用型号为CPU 226。六、软件系统设计6.1程序说明该自动喷泉PLC程序是用子程序和定时器加实现的，子程序实现自动喷泉动作，用按钮开关进行四个喷泉花样的变换。6.2梯形图（1）主程序（2）子程序七、系统仿真与结果分析7.1仿真及调试步骤（1）在step7中从主程序导出111.awl程序；（2）在S7_200汉化仿真 V2.0软件中导入111.awl程序；（3）从软件中选择CPU型号为cpu226；（4）在仿真软件系运行程序打开开关I0.0
12、；（5）依次观察各花样的仿真结果。采用S7_200仿真对设计系统进行仿真及调试,采集仿真图如下图6.1-6.4所示图7.1 花样一仿真图和程序状态图图7.2花样二仿真图和程序状态图图7.3花样三仿真图和程序状态图图7.4花样四仿真图和程序状态图7.2仿真结果及分析通过我们在S7-200PLC仿真软件上的调试及仿真，分别测试开关按钮及各花样子程序所实现的功能，并与设计要求相比较，仿真结果完全符合设计任务及要求。八、总结通过使用PLC对喷泉的设计，让我深入地了解了PLC的功能及应用。通过对问题的提出，根据问题找到合适的算法到最后的编程，我掌握了更多基于PLC自动控制系统的知识，明白了自动喷泉控制系统的组成，S7-200PLC的功能及特点。在设计过程中无论是在硬件还是软件设计上，我都遇到了不少的问题，在克服困难的过程中，我学到了许多，特别是在课堂上学不到的东西。使我重新系统的学习了可编程控制器相关课程，熟悉掌握了PLC的使用。对一个系统的设计步骤有了清楚的了解，并掌握了一个系统的设计的基本步骤。学会了如何发现问题，解决问题。并在查阅资料的过程中对问题的认识和问题的解决提出了新的见解，分析问题出现的原因，使得对问题理解也更加深刻。本次课程设计得到了张老师的悉心指导和同组成员的帮助，在此表示感谢。参考文献1 张晓锋，张
