【正文】 本科生畢業(yè)論文 (設(shè)計(jì) ) 基于 PLC 的 花式噴泉系統(tǒng) 設(shè)計(jì) 學(xué) 院 電氣信息工程學(xué)院 專 業(yè) 電氣工程及其自動(dòng)化 班 級(jí) 09 級(jí)電氣 1 班 學(xué) 號(hào) 學(xué) 生 姓 名 聯(lián) 系 方 式 指 導(dǎo) 教 師 職稱 ： 副 教授 2021 年 5 月 獨(dú) 創(chuàng) 性 聲 明 本人鄭重聲明：所呈交的畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)）是本人在指導(dǎo)老師指導(dǎo)下取得的研究成果。除了文中特別加以注釋和致謝的地方外，論文（設(shè)計(jì)）中不包含其他人已經(jīng)發(fā)表的研究成果。與本研究成果相關(guān)的所有人所做出的任何貢獻(xiàn)均已在論文（設(shè)計(jì)）中作了明確的說明并表示了謝意。 簽名： __________________ ________年 ______月 _____日 授權(quán)聲明 本人完全了解許昌學(xué)院有關(guān)保留、使用本科生畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)）的規(guī)定，即：有權(quán)保留并向國(guó)家有關(guān)部門或機(jī)構(gòu)送交畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)）的復(fù)印件和磁盤，允許畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)）被查閱和借閱。本人授權(quán)許昌學(xué)院可以將畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)）的全部或部分內(nèi)容編入有關(guān)數(shù)據(jù)庫(kù)進(jìn)行檢索，可以采用影印、縮印或掃描等復(fù)制手段保存、匯編論文（設(shè)計(jì)）。 本人論文（設(shè)計(jì)）中有原創(chuàng)性數(shù)據(jù)需要保密的部分為（如沒有，請(qǐng)?zhí)顚憽盁o”）： 學(xué)生簽名： 年 月 日 指導(dǎo)教師簽名： 年 月 日 基于 PLC 的 花式噴泉系統(tǒng) 設(shè)計(jì) 摘 要 花式噴泉是園林工藝與現(xiàn)代美學(xué)相結(jié)合而逐漸發(fā)展起來的一種產(chǎn)物。花式噴泉系統(tǒng)的主要架構(gòu)即是其控制部分，它的控制功能直接決定了花式噴泉絕大部分的性能。就一般意義上的花式噴泉而言，其噴水花式和噴水時(shí)間，將隨著其控制電路設(shè)計(jì)方案的確定而確定，在一些特殊場(chǎng)合，遂行特殊的噴水任務(wù)有一定的困難。在考慮到花式噴泉的控制要求和控制元件的性能體現(xiàn)之后 ，本設(shè)計(jì)選定西門子 S7200 系列 PLC 為控制元件，以可實(shí)現(xiàn)多種噴水模式的自動(dòng)切換為目的，通過梯形圖的編寫和仿真，初步模擬了噴泉的控制程序，實(shí)現(xiàn)了預(yù)定的設(shè)計(jì)目標(biāo)。 關(guān)鍵詞 ： PLC；自動(dòng)控制 基于 PLC 的 花式噴泉系統(tǒng) 設(shè)計(jì) ABSTRACT Fancy fountain is a kind of product es from the bination of garden art and modern aesthetics . The core control ponent is the most important part of it, which mostly decides its function. As the fancy and the time of spraying are ensured while its control circuit was designed, mon fancy fountains will have difficulties in performing some special spray tasks. Considering the requirement of its control and the property of the control ponent, this design selected Siemens S7200 Programmable Logic Controllership as the core control ponent of fancy fountain system. In order to succeed in the automatic transfer of the spray model, this design preliminary imitated the control program of the fancy fountain through redacting and simulating the ladder diagram, thus achieving the concerted objective of this design. Key words: Programmable Logic Controller。 Automatic control 目 錄 前言 .................................................... 1 第一章 西門子 S7200PLC 概述 ............................. 1 可編程控制器概述 ............................................ 1 PLC 的組成 ............................................ 2 PLC 的功能 ............................................ 3 P L C 的特點(diǎn) .......................................... 3 PLC 的發(fā)展?fàn)顩r和前景 .................................. 3 西門子 S7200 系列 PLC 概述 .................................. 4 第二章 主控制器的選擇 ................................... 5 噴泉控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)要求 ....................................... 5 花式噴泉系統(tǒng)整體設(shè)計(jì)概況 .............................. 5 花式噴泉的具體控制要求 ................................ 6 主控制器選擇 ............................................... 7 系統(tǒng)主電路設(shè)計(jì) ............................................... 8 第三章 噴泉控制系統(tǒng)設(shè)計(jì) .................................. 8 噴泉控制系統(tǒng)的控制原理 ..................................... 8 噴泉系統(tǒng)控制的輸入輸出點(diǎn)分配 ............................... 9 系統(tǒng)接線分布 ............................................... 9 梯形圖分析 ................................................ 10 程序運(yùn)行分析 .............................................. 18 第四章 噴泉控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)程序調(diào)試 ........................ 19 總結(jié) ................................................... 25 參考文獻(xiàn) ............................................... 28 致 謝 ................................................. 29 1 基于 PLC 的 ？？？ 設(shè)計(jì) 前言 噴泉，顧名思義，是指水在水壓的作用下以特定形狀噴出而形成的景觀。在自然界里，天然形成的噴泉多是由地下水受壓噴出地表形成，多出現(xiàn)于平原地區(qū)或山丘地帶；在現(xiàn)實(shí)生活中，人工 制造的噴泉多出現(xiàn)于花園、公園、公共場(chǎng)館等處，作為一種人工景觀，起到襯托點(diǎn)綴環(huán)境的作用?；ㄊ絿娙Y(jié)合了園林工藝與現(xiàn)代美學(xué)，用可編程控制器作為其核心控制部件，具有花式繁多，易于轉(zhuǎn)換，便于控制等諸多優(yōu)點(diǎn)，解決了普通噴泉觀賞性略顯不足、控制不便等一些問題，具有良好的實(shí)用性和發(fā)展前景。 可編程控制器不僅可以充分發(fā)揚(yáng)并利用微處理器的普遍優(yōu)點(diǎn)，還具有設(shè)計(jì)調(diào)試工作量少等獨(dú)特的優(yōu)點(diǎn)，因此具有更加廣泛的應(yīng)用 [1]。在考慮到花式噴泉的控制要求和控制元件的性能體現(xiàn)之后，本設(shè)計(jì)選定西門子 S7200 系列 PLC 為控制元件。本設(shè)計(jì)通過梯 形圖的編寫和仿真，初步模擬了噴泉的控制程序，實(shí)現(xiàn)了預(yù)定的設(shè)計(jì)目標(biāo)。 第一章 西門子 S7200PLC 概述 可編程控制器概述 Programmable Logic Controller，即可編程控制器，是在結(jié)合了微型計(jì)算機(jī)原理和繼電器常規(guī)控制原理的前提下、充分吸收利用微型處理器控制和繼電器順序控制的優(yōu)點(diǎn)，并將其運(yùn)用到數(shù)字控制領(lǐng)域的新型控制器 [2]。作為一種新的控制器，可編程控制器有著自身獨(dú)特的編程方法，不同于一般微型計(jì)算機(jī)編程語言，而是另辟蹊徑，采用梯形圖這種象形編程方法。獨(dú)特的編程語言，配合其自身的 模塊化構(gòu)造，從而形成了清晰明了、直觀易懂、便于學(xué)習(xí)、易于維修的特點(diǎn) [3]?？删幊炭刂破鞑粌H可以借助其微處理器的優(yōu)點(diǎn)，來滿足工業(yè)應(yīng)用的需求，而且可以方 2 便專業(yè)人員的維護(hù)與檢查 [4]。 PLC 的組成 PLC 分為兩類。其中，單元式也可稱作整體式，模塊式也可稱作組合式 [5]。單元式 PLC 的機(jī)箱內(nèi)不僅裝有其各個(gè)部件，也可加裝擴(kuò)展模塊。模塊式 PLC 則將單元式 PLC 的每一個(gè)部件分別做成與之對(duì)應(yīng)的電路模塊，并用總線連接起來，組成一個(gè)完整的 PLC。單元式 PLC 的外觀較小，多用于小型機(jī)。而模塊式 PLC的體積較大，配 置也相對(duì)靈活，可以根據(jù)不同用戶的不同需求，配置不同的模塊，以滿足廣大用戶 [6]。 輸 入單 元輸 出單 元外 設(shè)接 口I/ O擴(kuò) 展口電 源中 央 處 理 器存 儲(chǔ) 器系 統(tǒng)程 序存 儲(chǔ)用 戶程 序存 儲(chǔ) 圖 11 單元式 PLC 構(gòu)造示意圖 通信單元智能I/O單元輸入單元輸出單元CPU單元控 制 系 統(tǒng)P L C系 統(tǒng) 總 線編 程 器 圖 12 模塊式 PLC 構(gòu)造示意圖 3 PLC 的功能 PLC 自 1969 年問世以來， 40 余年間，獲得了極大的發(fā)展，已經(jīng)成為一個(gè)獨(dú)立的行業(yè)，成為自動(dòng)控制裝置的主導(dǎo)。這與其強(qiáng)大的功能是分不開的 [7]。 PLC 的主要功能如下： 1）多種控制功能。 2）數(shù)據(jù)處理功能。 3）通信聯(lián)網(wǎng)功能。 P L C 的特點(diǎn) 作為一種新的控制器，可編程控制器有著自身獨(dú)特的一些優(yōu)點(diǎn)，這些優(yōu)點(diǎn)不僅促進(jìn)了 P L C 的開發(fā)和利用，也給用戶提供了良好的用戶體驗(yàn) [8]。 1）可靠性強(qiáng)，抗干擾。 2）功能相對(duì)較多、適用性強(qiáng)。 3）簡(jiǎn)單易學(xué)、便于使用。 4）功耗低、性價(jià)比高。 5）易于安裝、調(diào)試、維護(hù)。 PLC 的發(fā)展?fàn)顩r和前景 在 PLC 誕生之前，工業(yè)上借助于繼電器電路和接觸器電路構(gòu)成的控制系統(tǒng)來滿足工業(yè)電器生產(chǎn)的需要。由于受到自身缺點(diǎn)的限制，繼電器控制系統(tǒng)在對(duì)順序、時(shí)序等動(dòng)作進(jìn)行控 制和對(duì)開關(guān)量、模擬量等信號(hào)量進(jìn)行處理時(shí)，有著明顯的不足 [9]。 在 1969 年，美國(guó) DEC 公司研發(fā)了第一臺(tái) PLC，開辟了計(jì)算機(jī)技術(shù)在工業(yè)控制領(lǐng)域應(yīng)用的新局面。在隨后的七十年代， PLC 技術(shù)逐漸發(fā)展并走向成熟。到了九十年代， PLC 的運(yùn)算速度有了更進(jìn)一步的提高，功能有了更加全面的開發(fā)，在工業(yè)控制領(lǐng)域的應(yīng)用也越來越廣泛 [10]。近年來，隨著技術(shù)發(fā)展， PLC 的運(yùn)行速度也越來越快。 在未來， PLC 的發(fā)展方向?qū)⒀刂湟?guī)模和功能大致分為兩個(gè)方向。其中，大 4 型 PLC 將沿著運(yùn)行速度更快、運(yùn)行容量更大的方向發(fā)展 [11]。與之對(duì)應(yīng)，小 型 PLC將會(huì)衍生出一種體積更小、成本更低、功效卻得到提高的系列，以適應(yīng)小型控制系統(tǒng)自動(dòng)化的需要。 西門子 S7200 系列 PLC 概述 西門子 S7200 系列 PLC，屬于單元式，主要用于中小型系統(tǒng) [12]。 其基本組成包括五大部分。 編 程 器 編 程 軟 件基 本 模 塊E M 1擴(kuò) 展 模 塊E M 2擴(kuò) 展 模 塊文 本 顯 示 器 觸 摸 屏 通 信 設(shè) 備 其 他 設(shè) 備E m n擴(kuò) 展 模 塊 圖 13 西門子 S7200 系列 PLC 的系統(tǒng)結(jié)構(gòu) 基本模塊也稱作 CPU 模塊。主要包括 CPU、電源、輸入輸出單元等部件。這些單元都安裝在一個(gè)集成模塊內(nèi)，構(gòu)成了 PLC 的核心控制裝置 [12]。其 CPU 模塊技術(shù)指標(biāo)如 下： 5 表 11 S7200PL