自动喷泉的PLC控制西门子PLC课程设计.docx
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自动喷泉的PLC控制西门子PLC课程设计
第一章、引言
随着人民生活水平的提高,城市环境建设日益为人们所重视。
喷泉作为一种观赏性较高的艺术水景,不断出现在城市广场、居民小区、公园等场所。
它不仅可以增加空气湿度,减少空气中的尘埃,降低空气温度,更为人们生活增添了不少情趣。
自动控制喷泉能自动且连续的改变其形态,呈现丰富多彩的花样变化,从而给人以美好的视觉感受。
由单片机或可编程控制器PLC组成的小型喷泉系统在软件及硬件上均可较好地满足控制喷泉花样变化的要求。
由计算机作为上位机,PLC或单片机作为下位机的自动喷泉系统在功能上大大超越了传统的喷泉系统,PLC完成对喷泉现场的造型或灯光的控制。
并向计算机发送实时控制数据。
上位计算机实现喷泉花样监控等功能。
自动喷泉控制的实现方法很多,本设计题目为基于可编程逻辑控制器(PLC)的喷泉控制系统,用PLC,不仅能够进行多种水型切换,而且能将各种水型,按照预先设定的排列组合进行控制程序的设计,通过计算机运行控制程序发出控制信号。
通过上位机(PC)与PLC之间的通讯来监控喷泉的状态与效果,进而控制电动机,以达到顺利实现工业控制的要求及目的,同时还要达到低功耗、高性价比、运行安全可靠等基本要求。
第二章、系统总体方案设计
2.1系统硬件配置及组成原理
(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;
(6)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.
系统I/O口接图
2.2系统变量定义及分配表
输入输出分配表
0.00
启动按钮
0.01
停止按钮
0.02
按钮花样1
0.03
按钮花样2
0.04
按钮花样3
0.05
按钮花样4
0.07
连续按钮
1.00
1号喷头
1.01
2号喷头
1.02
3号喷头
1.03
4号喷头
1.04
5号喷头
1.05
6号喷头
1.06
7号喷头
1.07
8号喷头
1.08
9号喷头
1.09
10号喷头
1.10
11号喷头
1.11
12号喷头
1.12
13号喷头
1.13
14号喷头
1.14
15号喷头
1.15
16号喷头
2.3系统接线图设计
自动喷泉的主电路
PLC的I/O分配表
功能元件
输入点
功能元件
输出点
启动按钮SB1
X0
指示灯L1
Y1
停止按钮SB2
X1
指示灯L2
Y2
花样选择开关K1
X2
指示灯L3
Y3
花样选择开关K2
X3
指示灯L4
Y4
花样选择开关K3
X4
指示灯L5
Y5
花样选择开关K3
X5
指示灯L6
Y6
指示灯L7
Y7
指示灯L8
Y10
指示灯L9
Y11
指示灯L10
Y12
指示灯L11
Y13
指示灯L12
Y14
指示灯L13
Y15
指示灯L14
Y16
指示灯L15
Y17
指示灯L16
Y20
控制面板图
2.4系统可靠性设计
(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;
(6)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.
第三章、控制系统设计
3.1控制程序流程图设计
系统流程图
该自动喷泉PLC程序是用子程序和定时器实现的,子程序实现自动喷泉的连续功能,用开关进行选择四个喷泉花样的变换。
3.2控制程序时序图设计
1.主程序
2.子程序
3.3控制程序设计思路
该自动喷泉PLC程序是用子程序和定时器实现的,子程序实现自动喷泉的连续功能,用开关进行选择四个喷泉花样的变换。
花样一:
1、按下启动按钮,再按下按钮选择花样喷泉1模式
2、1号喷头先喷,2s后2号喷
3、2s后3号喷,2s后4号喷喷
4、同时喷5s后,1、2、3、4都停
5、重复循环
--
步骤
花样二:
1、按下选择花样喷泉2模式
2、5号喷头先喷,3s后6号喷
3、3s后7号喷头喷,3s后8号喷
4、8号喷5s后停止
5、重复循环
--
步骤
花样三:
1、按下选择花样喷泉3模式
2、9号先喷,3s后10号喷,5s后9号、11号同时喷
3、5s后10号、12号同时喷
4、重复循环
--
步骤
花样四:
1、按下选择花样喷泉4模式
2、13、14、15、16号同时喷
3、30s后同时停
4、重复循环
--
步骤
设计控制系统的重要原则。
这就要求设计者在系统设计、元器件选择、软件编程等方面要全面考虑,以确保控制系统安全可靠。
例如:
应该保证PLC控制程序不仅能在正常条件下运行,而且要在非正常情况下,也能正常工作。
3.4创新设计内容
实现四种以上的自动喷泉花样控制
第四章、上位监控系统
4.1PLC与上位监控软件通讯
图3-1控制接线图
按“控制接线图”连接PLC外围电路;打开软件,点击,在弹出的对话框中选择“PC/PPI通信方式”,点击 ,设置PC/PPI属性;
图3-2设置属性
点击,在弹出的对话框中,双击,搜寻PLC,寻找到PLC后,选择该PLC。
至此,PLC与上位计算机通信参数设置完成。
4.2上位监控系统组态设计
到此,PLC已经与上位机进行了连接,在组态王中,用测试连接可以建立数据名称,并在数据词典中可以查看。
组态王在通讯中要设置数据通讯类型,不同的语句会对应不同的数据类型。
4.3实现的效果
将所有I/O点的参数收集齐全,并填写表格,以备在监控组态软件和PLC上组态时使用。
I/O位号名称说明正常状态信号类型逻辑极性是否需要累计运行时间I/O类型如下表所示。
表3-1I/O分配表
P00
I/O实型
21
PLC
P00
P01
I/O实型
22
PLC
P01
P02
I/O实型
23
PLC
P02
P03
I/O实型
24
PLC
P03
开关
I/O实型
42
PLC
M00
搞清楚所使用的I/0设备的生产商、种类、型号、使用的通讯接口类型,采用的通讯协议,以便在定义I/O设备时作出准确选择。
将所有I/O点的I/O标识收集齐全,并填写表格,I/O标识是唯一地确定一个I/O点的关键字,组态软件通过向I/O设备发出I/O标识来请求对应数据。
在大多数情况下I/O标识是I/O点的地址或位号名称。
表3-2I/O点地址表
Q1
内存离散
25
Q2
内存离散
26
Q3
内存离散
27
Q4
内存离散
28
Q5
内存离散
29
Q6
内存离散
30
Q7
内存离散
31
Q8
内存离散
32
Q9
内存离散
33
Q10
内存离散
34
Q11
内存离散
35
Q12
内存离散
36
Q13
内存离散
37
Q14
内存离散
38
Q15
内存离散
39
Q16
内存离散
40
内存整散
41
开关
I/0实型
42
开关1
内存离散
43
根据工艺过程绘制、设计画图结构和画图草图。
按照第一步统计出的表格,建立实时数据库,正确组态各种变量参数。
根据第一步和第二步的统计结果,在实时数据库中建立实时数据库变量与I/O点的一一对应关系,即定义数据连接。
图3-3定义数据连接
根据画面结构和画面草图,组态每一幅静态的操作画面(主要是绘图)。
将操作画面中的图形对象与实时数据库变量建立动画连接关系,规定动画属性和幅度。
第五章、系统调试及结果分析
5.1系统调试及解决的问题
对上述程序的仿真及调试的具体步骤如下:
(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;
(5)依次观察个花样的仿真结果。
按下开始按钮和开关2后执行花样一
按下开始按钮关闭开关2后,按下开关三执行花样二
按下开始按钮关闭开关3打开开关4后执行花样三
按下开始按钮关闭开关4打开开关5后执行花样四
5.2结果分析
仿真结果显示能够实现题目设计要求。
花样1、花样2、花样3、花样4分别都实现了各自的花样喷水。
此次,本人设计的这个人工喷泉系统是运用PLC为核心来自动控制的。
PLC发展至今,其用户PLC程序开发系统已经成为PLC系统中不可缺少的组成部分。
本论文的以上几章介绍了PLC程序开发系统的具体研制过程及相关的系统建模技术和实现技术。
通过本次设计对PLC程序开发系统的基本流程及相关技术有了很深的里阿杰,讨论了PLC程序开发系统应满足的基本功能及软件的设计原则。
完成了PLC程序开发系统的整体框架设计,规划了本系统的组成模块框架设计,规划了本系统的组成模块,以及各模块之间的关系。
完成了PLC程序编译模块的设计,在实现过程中采用了合理的编程方法和技术手段,大大提高了目标代码的执行速度并节约了很多内存空间。
自二十世纪六十年代美国推出可编程逻辑控制器(ProgrammableLogicController,PLC)取代传统继电器控制装置以来,PLC得到了快速发展,在世界各国得到了广泛应用。
PLC是由模仿原继电器控制原理发展起来的,二十世纪七十年代的PLC只有开关量逻辑控制,首先应用的是汽车制造行业。
它以存储执行逻辑运算、顺序控制、定时、计数和运算等操作的指令;并通过数字输入和输出操作,来控制各类机械或生产过程。
用户编制的控制程序表达了生产过程的工艺要求,并事先存入PLC的用户程序存储器中。
运行时按存储程序的内容逐条执行,以完成工艺流程要求的操作。
一个PLC的控制器,可以接收几千个I/O点。
对于喷泉控制系统这样,被控对象是设备连锁、回路很少,采用PLC较为合适。
PLC由于采用通用监控软件,在组态软件设计方面要容易一些。
且PLC通常都支持现场总线,会使得系统通信得到有利保障,更适合实现上位机的远程监控。
目前适用于喷泉控制的中小型PLC种类繁多,价格低廉。
使设计者会有更多的选择余地。
系统整体造价会比工控机低,而且不会降低系统的稳定性。
经过以上三种控制系统的可行性分析可以看出,以PLC为下位机,PC机位上位机组成的控制系统是此次设计喷泉控制系统的最佳方案。
第六章、结束语
通过所做PLC的设计,让我进一步对PLC的应用及功能做了了解,对软件梯形图的应用也变的熟练。
我掌握了更多关于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。
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网络测控,可编程控制器等课程,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过程。
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。
两周来所做PLC的设计,让我进一步对PLC的应用及功能做了了解,对软件梯形图的应用也变的熟练。
我掌握了更多关于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。
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网络测控,可编程控制器等课程,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过程。
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。
通过本次设计,让我很好的锻炼了理论与具体项目、课题相结合开发、设计产品的能力。
既让我们懂得了怎样把理论应用于实际,又让我们懂得了在实践中遇到的问题怎样用理论去解决。
最后,非常感谢老师的指导和同学们的帮助。
参考文献
[1]周军.《电气控制及PLC》.机械工业出版社,2001。
[2]廖常初.《PLC编程及应用》.机械工业出版社,2002。
[3]贾树军.《组态网在音乐喷泉中的应用》.山西机械出版社,2003。
[4]张静.《电气控制与可编程控制技术及应用》.国防工业出版社,2010。
[5]王永华.《现代电气控制及PLC实用技术》. 北京航天航空大学出版社,2008
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