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1、实 习 报 告题 目：基于PLC的花式喷水池 控制系统设计学生：学 号：院系名称：电气与信息工程学院 专业班级：指导教师：职 称：二一二年八月二十四日目录第1章引言4第2章系统总体设计52.1系统总体设计52.2系统控制要求52.3 工艺流程图6第3章控制系统硬件设计73.1PLC选型与扩展模块73.1.1 PLC的选型73.1.2扩展模块的选择83.2I/O分配表93.3电机与驱动控制103.3.1电机选型103.3.2变频器的选择103.4低压电器的选型113.4.1低压断路器的选型原则113.4.2熔断器的选型113.4.3控制按钮的选型123.5电源型号133.6人机接口设计14第4章
2、控制系统软件设计154.1控制程序流程图154.2控制程序设计154.3 显示操作界面设计164.4程序调试16结束语20参考文献21附录221 PLC 源程序222 电控柜元件布置图333 电控柜控制面板元件布置图33第1章 引言随着城市化进程的加速，花式喷泉可以在人们周围随处可见。比如广场，大厦，小区等。花式喷泉是人造小气候，在炎热的夏日可以起到增湿和降温的作用；也为水体充氧，有利于水体增加自净能力，起到防止水体黑臭的作用。花式喷泉运行的灵活性是评价花式喷泉优劣的关键，而这与花式喷泉的控制系统息息相关。花式喷泉可以根据自己的设计，设计出各种各样的花样，加上灯光，能给人有种不错的视觉享受在许
3、多休闲广场、景区或游乐场里，经常看到喷水池按一定的规律喷水或变化式样，若在夜晚配上各种彩色的灯光显示，更加迷人。花式喷水池是近年来出现的一种园林建筑与花式观赏相结合的一种产物。随着可编程控制器在我国的迅速发展，对花式喷泉的控制要求也越来越高，使得越来越多的控制部分需要可编程控制器来实现。设计一花式喷水池，采用PLC控制是比较方便的，在花式喷水时序确定的前提下，可以通过改变时序或者改变控制开关，就可改变控制方式，达到显现各种复合状态的要求。在游人和居民经常光顾的场所，如公园、广场、旅游景点与一些知名建筑前，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
4、光相配合，在和和谐优雅的音乐中，更使人心旷神怡，流连忘返。利用PLC控制喷泉喷水方式，产生各样的样式。在系统的硬件组成以与软件的实现，通过PLC控制电磁阀开关来决定喷水的效果。实际应用效果良好。 电气控制与PLC课程设计是电气自动化技术专业一个重要的实践性教学环节，通过课程设计达到掌握电气控制柜的原理设计、安装工艺图纸设计的基本方法，并能达到熟练使用可编程控制器实现简单控制系统的控制要求，熟练地进行系统外围电路设计、接线、编程、调试等工作。本系统采用PLC是基于以下三个原因： PLC具有很高的可靠性，通常的平均无故障时间都在30万小时以上； 编程能力强，程序指令简单，可以使控制过程方便地用软件
5、来实现； 抗干扰能力强，目前空中各种电磁干扰日益严重，为了保证花式喷水池可靠稳定，我们选择了能够在恶劣的电磁干扰环境下正常工作的PLC。 第2章 系统总体设计2.1 系统总体设计对花式喷水池进行PLC控制，我们的总体思路是先设计硬件电路，再设计软件系统。硬件电路设计思路是对PLC各个I/O口进行功能分配，共有四个档位按钮，启动按钮和停止按钮，单步开关和连续开关。软件系统设计是利用步进指令进行编程控制其喷水规律。 设计过程中主要考虑以下几点： （1）深入了解和分析花式喷水池的工艺条件和控制要求。 （2）确定I/O设备。根据花式喷水池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
6、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口的接线图。 （5）设计花式喷水池系统的梯形图程序，根据工作要求设计出周密完整的梯形图。 （6）程序，这是整个花式喷水池系统设计的核心工作。（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。为方便编程，采用先编写状态转移图，再将状态转移图编写为梯形图的方式，这样方便分析每一步的步骤。使用西门子编程软件编写梯形图，使用步进指令SET、STL，复位指令RST，总复位指令ZRST。 2.2 系统控制要求图2.1 中4为
7、中间喷水管，3为环状喷水管，2为中环形状喷水管，1为外环形状喷水管。图2.2 中的选择开关可有4种选择，可分别用4个开关模拟实现；单步/连续开关为“1”= 单步，“0”= 连续，其他为单一功能开关。控制要求如下：（1）控制器电源开关接通后，按下启动按钮，喷水装置即开始工作。按下停止按钮，则停止喷水。工作方式由“选择开关”和“单步/连续”开关来决定。（2）“单步/连续”开关在单步位置时，喷水池只运行一个循环；在连续位置时，喷水池反复循环运行。（3） 方式选择开关用以选择喷水池的喷水花样，14号喷水管的工作方式选择如下：（a）选择开关在位置“1”按下启动按钮后，4号喷水，延时2s，3号喷水，再延时
8、2s，2号喷水，再延时2s，1号喷水，接着一起喷水15s为一个循环。（b）选择开关在位置“2”按下启动按钮后，1号喷水，延时2s，2号喷水，再延时2s，3号喷水，再延时2s，4号喷水，接着一起喷水30s为一个循环。（c）选择开关在位置“3”按下启动按钮后，1、3号同时喷水，延时3s后，2、4号同时喷水，1、3号停止喷；交替运行5次后，再14号全部喷水30s为一个循环。（d）选择开关在位置“4”按下启动按钮后，喷水池14号水管的工作顺序为：1234按顺序延时2s喷水，然后一起喷水30s后，1、2、3和4号水管分别延时2s停水，再等待1s，由4321反序分别延时2s喷水，然后再一起喷水30s为一个
9、循环。（4） 不论在什么工作方式，按下停止按钮，喷水池立即停止工作，所有存储器复位。2.3 工艺流程图图2.3 系统流程图第3章 控制系统硬件设计3.1 PLC选型与扩展模块3.1.1 PLC的选型在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/O）点数的估算 输入输出（
10、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。 存储器存容量的估算没有固定的公式，许多文献资料中给出了不同公式，大体上都是按数字量I/O点数的10-15倍，加上模拟I/O点数的100倍，以此数
11、位存的总字数（16位为一个字），另外再按次数的25%考虑余量。因此本课题的PLC存容量选择应能存储2000条梯形图，这样才能在以后的改造过程中有足够的空间。 （3）控制功能的选择 该选择包括运算功能、控制功能、通信功能、编程功能、诊断功能和处理速度等特性的选择。 （4）机型的选择 通过对输入输出点的选择、对存储容量选择、对I/O响应时间的选择以与输出负载的特点选型的分析。选用西门子的S7-200-224型（输入14点/输出10点）PLC作控制单元来控制整个系统。西门子S7-200的结构功能 本设计采用西门子S7-200系列PLC作为控制核心，所以现在就以它来讲述PLC的结构性能。西门子S7-2
12、00系列可编程控制系统由主机（基本单元）、I/O扩展单元、功能单元（模块）和外部设备（文本图形显示器、编程器）等组成。 西门子S7-200系列PLC属于小型整体式结构的PLC, 本机自带RS-485通信接口、置电源和I/O接口。它结构小巧，运行速度快，可靠性高，具有极其丰富的指令系统和扩展模块，实时特性和通信能力强大，便于操作、易于掌握，性价比非常高，在各种行业中的应用越来越广，成为中小规模控制系统的理想控制设备。 西门子S7-200系列PLC的硬件配置灵活，既可用一个单独的S7-200 CPU构成一个简单数字量控制系统，也可通过扩展电缆进行数字量I/O模块、模拟量模块或智能接口模块的扩展，构
13、成较复杂的中等规模控制系统。3.1.1 扩展模块的选择当CPU的I/O点数不够用或需要进行特殊功能的控制时，就要进行系统扩展。系统扩展包括I/O点数的扩展和功能的扩展。不同的CPU有不同的扩展规，比如可连接的扩展模块的数量和种类等，这些主要受CPU的功能限制。模拟量输入/输出扩展模块EM235只有一种4路AI/1路AO（占用2路输出地址）的产品。工作电压为24（V），输出频率为100（KHZ）。引脚图如下图3.1 EM232引脚图3.2 I/O分配表分析系统与控制要求知需8个输入和四个输出，所以选CPU224即可满足要求（CPU224有14输入和10输出）。I/O分配表如下表。表3.1 地址分
14、配表输入信号输出信号序号功能元件地址序号控制对象元件地址1启动按钮SF0I0.014号接触器QA3QA3Q0.32停止按钮SF1I0.123号接触器QA2QA2Q0.23单步/连续开关SF2I0.232号接触器QA1QA1Q0.14选择开关1SF3I0.341号接触器QA0QA0Q0.05选择开关2SF4I0.46选择开关3SF5I0.57选择开关4SF6I0.6图3.2 I/O接线3.3 电机与驱动控制3.3.1 电机选型电动机是生产机械电力拖动系统的拖动元件，选择电动机时，应考虑电动机的功率、转速、结构形式、额定电压等。喷水管的运动主要由电动机M1、M2、M3、M4实现喷水，完成喷水池的喷
15、水花样。选择电动机的功率的依据是负载功率。功率选的过大，设备投资将造成浪费，同时由于电动机欠载运行，使之效率和功率因数降低，运行费用也会提高；相反，功率选的过小，电动机过载运行，使之寿命降低。 交流电动机额定电压应与供电电网电压一致。中小型异步电动机额定电压为220V/380V与380V/660V两种，当功率较大时，可选用相应电压的高压电动机。 对于额定功率一样电动机，额定转速越高，电动机尺寸、质量愈小，成本愈低，所以选择告诉电动机较为经济。但由于生产机械所需转速一定，电动机转速愈高，传动机构转速比愈大，传动机构愈复杂。因此应考虑综合分析来确定电动机的额定转速。 电动机的结构形式按其安装位置的不同可分为卧式和立式两种，应以电动机和
