實習報告題目：基于PLC的花式噴水池限制系統設計學生姓名：學號：院系名稱：電氣與信息工程學院專業班級：指導老師：職稱：二○一二年八月二十四日

書目HYPERLINK第1章 引言 4HYPERLINK第2章 系統總體設計 5HYPERLINK2.1 系統總體設計 5HYPERLINK2.2 系統限制要求 5HYPERLINK2.3工藝流程圖 6HYPERLINK第3章 限制系統硬件設計 7HYPERLINK3.1 PLC選型及擴展模塊 7HYPERLINK3.1.1PLC的選型 7HYPERLINK 擴展模塊的選擇 8HYPERLINK3.2 I/O安排表 9HYPERLINK3.3 電機及驅動限制 10HYPERLINK 電機選型 10HYPERLINK 變頻器的選擇 10HYPERLINK3.4 低壓電器的選型 11HYPERLINK 低壓斷路器的選型原則 11HYPERLINK 熔斷器的選型 11HYPERLINK 限制按鈕的選型 12HYPERLINK3.5 電源型號 13HYPERLINK3.6 人機接口設計 14HYPERLINK第4章 限制系統軟件設計 15HYPERLINK4.1 限制程序流程圖 15HYPERLINK4.2 限制程序設計 15HYPERLINK4.3顯示操作界面設計 16HYPERLINK4.4程序調試 16HYPERLINK結束語 20HYPERLINK參考文獻 21HYPERLINK附錄 22HYPERLINK1PLC源程序 22HYPERLINK2電控柜元件布置圖 33HYPERLINK3電控柜限制面板元件布置圖 33引言隨著城市化進程的加速，花式噴泉可以在人們四周隨處可見。比如廣場，大廈，小區等。花式噴泉是人造小氣候，在燥熱的夏日可以起到增濕和降溫的作用；也為水體充氧，有利于水體增加自凈實力，起到防止水體黑臭的作用。花式噴泉運行的敏捷性是評價花式噴泉優劣的關鍵，而這與花式噴泉的限制系統休戚相關。花式噴泉可以依據自己的設計，設計出各種各樣的花樣，加上燈光，能給人有種不錯的視覺享受在很多休閑廣場、景區或游樂場里，常常看到噴水池按肯定的規律噴水或變更式樣，若在夜晚配上各種彩色的燈光顯示，更加迷人。花式噴水池是近年來出現的一種園林建筑與花式欣賞相結合的一種產物。隨著可編程限制器在我國的快速發展，對花式噴泉的限制要求也越來越高，使得越來越多的限制部分須要可編程限制器來實現。設計一花式噴水池，采納PLC限制是比較便利的，在花式噴水時序確定的前提下，可以通過變更時序或者變更限制開關，就可變更限制方式，達到顯現各種復合狀態的要求。在游人和居民常常光顧的場所，如公園、廣場、旅游景點及一些知名建筑前，常常會修建一些噴泉供人們休閑、欣賞。這些噴泉按肯定的規律變更噴水式樣，假如再與五彩繽紛的燈光相協作，在和和諧優雅的音樂中，更使人心曠神怡，流連忘返。利用PLC限制噴泉噴水方式，產生各樣的樣式。在系統的硬件組成以及軟件的實現，通過PLC限制電磁閥開關來確定噴水的效果。實際應用效果良好。

電氣限制與PLC課程設計是電氣自動化技術專業一個重要的實踐性教學環節，通過課程設計達到駕馭電氣限制柜的原理設計、安裝工藝圖紙設計的基本方法，并能達到嫻熟運用可編程限制器實現簡潔限制系統的限制要求，嫻熟地進行系統外圍電路設計、接線、編程、調試等工作。本系統采納PLC是基于以下三個緣由：

①PLC具有很高的牢靠性，通常的平均無故障時間都在30萬小時以上；

②編程實力強，程序指令簡潔，可以使限制過程便利地用軟件來實現；

③抗干擾實力強，目前空中各種電磁干擾日益嚴峻，為了保證花式噴水池牢靠穩定，我們選擇了能夠在惡劣的電磁干擾環境下正常工作的PLC。系統總體設計系統總體設計對花式噴水池進行PLC限制，我們的總體思路是先設計硬件電路，再設計軟件系統。硬件電路設計思路是對PLC各個I/O口進行功能安排，共有四個檔位按鈕，啟動按鈕和停止按鈕，單步開關和連續開關。軟件系統設計是利用步進指令進行編程限制其噴水規律。設計過程中主要考慮以下幾點：（1）深化了解和分析花式噴水池的工藝條件和限制要求。（2）確定I/O設備。依據花式噴水池限制系統的功能要求，確定系統所需的輸入、輸出設備。常用的輸入設備有按鈕、選擇開關等，常用的輸出設備有指示燈等。（3）依據I/O點數選擇合適的PLC類型。（4）安排I/O點。安排PLC的輸入輸出點，編制出輸入輸出安排表或輸入輸出端口的接線圖。（5）設計花式噴水池系統的梯形圖程序，依據工作要求設計出周密完整的梯形圖。（6）程序，這是整個花式噴水池系統設計的核心工作。（7）將程序輸入PLC進行軟件測試，查找錯誤，使系統程序更加完善。為便利編程，采納先編寫狀態轉移圖，再將狀態轉移圖編寫為梯形圖的方式，這樣便利分析每一步的步驟。運用西門子編程軟件編寫梯形圖，運用步進指令SET、STL，復位指令RST，總復位指令ZRST。

2.2系統限制要求圖2.1中4為中間噴水管，3為內環狀噴水管，2為中環形態噴水管，1為外環形態噴水管。圖2.2中的選擇開關可有4種選擇，可分別用4個開關模擬實現；單步/連續開關為“1”=單步，“0”=連續，其他為單一功能開關。限制要求如下：（1）限制器電源開關接通后，按下啟動按鈕，噴水裝置即起先工作。按下停止按鈕，則停止噴水。工作方式由“選擇開關”和“單步/連續”開關來確定。（2）“單步/連續”開關在單步位置時，噴水池只運行一個循環；在連續位置時，噴水池反復循環運行。（3）方式選擇開關用以選擇噴水池的噴水花樣，1～4號噴水管的工作方式選擇如下：（a）選擇開關在位置“1”——按下啟動按鈕后，4號噴水，延時2s，3號噴水，再延時2s，2號噴水，再延時2s，1號噴水，接著一起噴水15s為一個循環。（b）選擇開關在位置“2”——按下啟動按鈕后，1號噴水，延時2s，2號噴水，再延時2s，3號噴水，再延時2s，4號噴水，接著一起噴水30s為一個循環。（c）選擇開關在位置“3”——按下啟動按鈕后，1、3號同時噴水，延時3s后，2、4號同時噴水，1、3號停止噴；交替運行5次后，再1～4號全部噴水30s為一個循環。（d）選擇開關在位置“4”——按下啟動按鈕后，噴水池1～4號水管的工作依次為：1→2→3→4按依次延時2s噴水，然后一起噴水30s后，1、2、3和4號水管分別延時2s停水，再等待1s，由4→3→2→1反序分別延時2s噴水，然后再一起噴水30s為一個循環。不論在什么工作方式，按下停止按鈕，噴水池馬上停止工作，全部存儲器復位。2.3工藝流程圖圖2.3系統流程圖限制系統硬件設計PLC選型及擴展模塊3.1.1PLC的選型在PLC系統設計時，首先應確定限制方案；下一步工作就是PLC工程設計選型。工藝流程的特點和應用要求是設計選型的主要依據。因此，工程設計選型和估算時，應具體分析工藝過程的特點、限制要求，限制任務和范圍確定所需的操作和動作，然后依據限制要求，估算輸入輸出點數、所需存儲器容量、確定PLC的功能、外部設備特性等，最終選擇有較高性能價格比的PLC和設計相應的限制系統。

（1）輸入輸出（I/O）點數的估算輸入輸出（I/O）點數估算時應考慮適當的余量，通常依據統計的輸入輸出點數，再增加10%-20%的可擴展。余量后，作為輸入輸出點數估算數據。

（2）存儲器容量的估算

存儲器容量是可編程序限制器本身能供應的硬件存儲單元大小，程序容量是存儲器中用戶應用項目運用的存儲單元的大小，因此程序容量小于存儲器容量。設計階段，由于用戶應用程序還未編制，因此，程序容量在設計階段是未知的，需在程序調試之后才知道。為了設計選型時能對程序容量有肯定估算，通常采納存儲器容量的估算來代替。

存儲器內存容量的估算沒有固定的公式，很多文獻資料中給出了不同公式，大體上都是按數字量I/O點數的10-15倍，加上模擬I/O點數的100倍，以此數位內存的總字數（16位為一個字），另外再按次數的25%考慮余量。因此本課題的PLC內存容量選擇應能存儲2000條梯形圖，這樣才能在以后的改造過程中有足夠的空間。

（3）限制功能的選擇

該選擇包括運算功能、限制功能、通信功能、編程功能、診斷功能和處理速度等特性的選擇。（4）機型的選擇通過對輸入輸出點的選擇、對存儲容量選擇、對I/O響應時間的選擇以及輸出負載的特點選型的分析。選用西門子的S7-200-224型（輸入14點/輸出10點）PLC作限制單元來限制整個系統。西門子S7-200的結構功能本設計采納西門子S7-200系列PLC作為限制核心，所以現在就以它來講解并描述PLC的結構性能。西門子S7-200系列可編程限制系統由主機（基本單元）、I/O擴展單元、功能單元（模塊）和外部設備（文本／圖形顯示器、編程器）等組成。

西門子S7-200系列PLC屬于小型整體式結構的PLC,本機自帶RS-485通信接口、內置電源和I/O接口。它結構小巧，運行速度快，牢靠性高，具有極其豐富的指令系統和擴展模塊，實時特性和通信實力強大，便于操作、易于駕馭，性價比特別高，在各種行業中的應用越來越廣，成為中小規模限制系統的志向限制設備。西門子S7-200系列PLC的硬件配置敏捷，既可用一個單獨的S7-200CPU構成一個簡潔數字量限制系統，也可通過擴展電纜進行數字量I/O模塊、模擬量模塊或智能接口模塊的擴展，構成較困難的中等規模限制系統。擴展模塊的選擇當CPU的I/O點數不夠用或須要進行特別功能的限制時，就要進行系統擴展。系統擴展包括I/O點數的擴展和功能的擴展。不同的CPU有不同的擴展規范，比如可連接的擴展模塊的數量和種類等，這些主要受CPU的功能限制。模擬量輸入/輸出擴展模塊EM235只有一種4路AI/1路AO（占用2路輸出地址）的產品。工作電壓為24（V），輸出頻率為100（KHZ）。引腳圖如下圖3.1EM232引腳圖I/O安排表分析系統及限制要求知需8個輸入和四個輸出，所以選CPU224即可滿意要求（CPU224有14輸入和10輸出）。I/O安排表如下表。表3.1地址安排表輸入信號輸出信號序號功能元件地址序號限制對象元件地址1啟動按鈕SF0I0.014號接觸器QA3QA3Q0.32停止按鈕SF1I0.123號接觸器QA2QA2Q0.23單步/連續開關SF2I0.232號接觸器QA1QA1Q0.14選擇開關1SF3I0.341號接觸器QA0QA0Q0.05選擇開關2SF4I0.46選擇開關3SF5I0.57選擇開關4SF6I0.6圖3.2I/O接線電機及驅動限制電機選型電動機是生產機械電力拖動系統的拖動元件，選擇電動機時，應考慮電動機的功率、轉速、結構形式、額定電壓等。噴水管的運動主要由電動機M1、M2、M3、M4實現噴水，完成噴水池的噴水花樣。選擇電動機的功率的依據是負載功率。功率選的過大，設備投資將造成奢侈，同時由于電動機欠載運行，使之效率和功率因數降低，運行費用也會提高；相反，功率選的過小，電動機過載運行，使之壽命降低。溝通電動機額定電壓應與供電電網電壓一樣。中小型異步電動機額定電壓為220V/380V及380V/660V兩種，當功率較大時，可選用相應電壓的高壓電動機。對于額定功率相同電動機，額定轉速越高，電動機尺寸、質量愈小，成本愈低，所以選擇告知電動機較為經濟。但由于生產機械所需轉速肯定，電動機轉速愈高，傳動機構轉速比愈大，傳動機構愈困難。因此應考慮綜合分析來確定電動機的額定轉速。電動機的結構形式按其安裝位置的不同可分為臥式和立式兩種，應以電動機和工作機構的連接便利、緊湊為原則來選擇。綜上考慮，電動機選擇型號為：Y160M-4,11KW,380V,23.0A,1460r/min。變頻器的選擇西門子MM440是用于限制三相溝通電動機速度和轉矩的變頻器。本系列有多種型號，額定功率范圍120W到200kW(恒定轉矩(CT)限制方式)，或者可達250kW(可變轉矩(VT)限制方式)，供用戶選用。本變頻器由微處理器限制，并采納具有現代先進技術水平的絕緣柵雙極型晶體管(IGBT)作為功率輸出器件。因此，它們具有很高的運行牢靠性和功能的多樣性。采納脈沖頻率可選的專用脈寬調制技術，可使電動機低噪聲運行。全面而完善的愛護功能為變頻器和電動機供應了良好的愛護。MM440具有缺省的工廠設置參數，它是給數量眾多的可變速限制系統供電的志向變頻傳動裝置。由于MM440具有全面而完善的限制功能，在設置相關參數以后，它也可用于更高級的電動機限制系統。西門子MM440既可用于單獨傳動系統，也可集成到自動化系統中。圖3.3主電路低壓電器的選型低壓斷路器的選型原則（1）斷路器的額定工作電壓應大于或等于線路或設備的額定工作電壓。對于配電電路來說應留意區分是電源端愛護還是負載愛護，電源端電壓比負載端電壓高出約5%左右。（2）斷路器主電路額定工作電流大于或等于負載工作電流。（3）斷路器的過載脫扣整定電流應等于負載工作電流。（4）斷路器的額定通斷實力大于或等于電路的最大短路電流。（5）斷路器的欠電壓脫扣器額定電壓等于主電路額定電壓。（6）斷路器類型的選擇，應依據電路的額定電流及愛護的要求來選用。熔斷器的選型工業上選擇熔斷器一般應從以下幾個方面考慮：（1）熔斷器的類型應依據線路的要求、運用場合及安裝條件進行選擇。（2）熔斷器的額定電壓必需等于或高于熔斷器工作點的電壓。（3）熔斷器的額定電流依據被愛護的電路（支路）及設備的額定負載電流選擇。熔斷器的額定電流必需等于或高于所裝熔體的額定電流。（4）熔斷器的額定分斷實力必需大于電路中可能出現的最大故障電流。（5）熔斷器的選擇需考慮電路中其他配電電器、限制電器之間選擇性協作等要求。為此，應使上一級（供電干線）熔斷器的熔體額定電流比下一級（供電支線）大1-2個級差。選擇熔斷器類型時，主要依據負載的愛護特性和短路電流的大小。例如，用于愛護照明和電動機的熔斷器，一般是考慮它們的過載愛護，這時，希望熔斷器的熔化系數適當小些。所以，容量較小的照明線路和電動機宜采納熔體為鉛鋅合金熔斷器，而大容量的照明線路和電動機，除過載愛護外，還應考慮短路時分斷短路電流的實力。若短路電流較小時，可采納熔體為錫質的或熔體為鋅質的熔斷器。用于車間低壓供電線路的愛護熔斷器，一般是考慮短路時的分斷實力，當短路電流較大時，宜采納高分斷實力的熔斷器。當短路電流相當大時，宜采納限流作用的熔斷器。熔體額定電流的選擇：1.用于愛護照明或電熱設備的熔斷器，因負載電流比較穩定，熔體的額定電流一般應等于或稍大于負載的額定電壓，即式中：為熔體的額定電流，為負載的額定電流2.用于愛護單臺長期工作的電動機（即供電支線）的熔斷器，考慮電動機啟動時不應熔斷，即Ire≥（1.5~2.5）Ie輕載啟動或啟動時間比較短時，系數可取近似1.5。帶重載啟動或啟動時間比較長時，系數可取近似2.5。3.用于愛護頻繁啟動電動機（即供電支線）的熔斷器，考慮頻繁啟動時發熱而熔斷器也不應熔斷，即Ire≥（3~3.5）Ie式中：為熔體的額定電流，為電動機的額定電流。限制按鈕的選型限制按鈕簡稱按鈕，是一種結構簡潔且運用廣泛的手動電器，在限制電路中用于手動發出限制信號以限制接觸器、繼電器等。我們這次選擇的是LA39-11型的按鈕開關。元件明細表如下：表3.2元件明細表序號文字符號器件名稱型號主要參數數量1QA0塑料外殼式低壓斷路器DZ20Y-100/3300 50/60（Hz），800（V），400（A）12FU1-FU4熔斷器RL1-15

500（V）熔體：10（A）43MM440變頻器

6SE6420-2UD27-5CA0.37（kW）-250（kW），三相AC380（V），6（A）44KF1-KF4電磁繼電器HH52PDC24（V），10A(切換)，10（V）(切換)65SF0-SF7按鈕開關LA39-11220（V），10（A），≥60×104次86DC直流電源NES-50-2450（W）24（V）－20℃～+60℃（度）37PLC中心處理單元G6Q-TR4A50（kHz），220（V）18——模擬量輸出擴展模塊西門子EM232(6ES7232-0HB22-0XA0)24（V），100（kHz）29MA0-MA3電動機 Y160M-4 11（K）W,380（V）,23.0（A）,1460（r/min）4電源型號依據本設計需求選擇型號NES-50-24，調制方式：脈沖寬度調制（PWM式），輸入電壓：24（V），輸出功率：50（HZ）,輸出電壓：24（V），工作效率：86%，輸出紋波電壓：200（mV），輸出電壓精度：1%，輸出電流：2.2（A）。其方框圖如下：圖3.4電源方框圖人機接口設計TD200運用液晶（有背光LED）能顯示2行，每行20個字符或10個漢字，有4個可編程的功能鍵和5個系統鍵，最多可以處理80個報警信息、64個過程畫面、864個變量。下面是按鍵說明：1吩咐鍵說明（1）ENTER用此鍵寫入新數據和確認信息。（2）ESC用此鍵轉換DisplayMessage方式和Menu方式，或緊急停止一個編輯。（3）UPARROWUP箭頭用于遞增數據和上卷光標到下一個更高優先級的信息。（4）DOWNARROWDOWN箭頭用于遞減數據和卷動光標到下一個較低優先級的信息。（5）SHIFTSHIFT鍵轉換全部功能鍵的數值。當按SHIFT鍵時，在TD顯示區的右下方顯示一個閃耀的S。2功能鍵說明（1）F1功能鍵F1設置標記位Mx.0。（S7-200M存儲區x字節的第0位）假如按SHIFT鍵的同時（或預先按下SHIFT鍵）按下功能鍵F1，則設置標記位Mx.4（2）F2功能鍵F2設置標記位Mx.1。假如按SHIFT鍵的同時（或預先按下SHIFT鍵）按下功能鍵F2，則設置標記位Mx.5（3）F3功能鍵F3設置標記位Mx.2。假如按SHIFT鍵的同時（或預先按下SHIFT鍵）按下功能鍵F3，則設置標記位Mx.6（4）F4功能鍵F4設置標記位Mx.3。假如按SHIFT鍵的同時（或預先按下SHIFT鍵）按下功能鍵F4，則設置標記位Mx.7對于S7－200PLC的供電電源，應當設計一個獨立的開關，它能夠同時切斷CPU、輸入電路和輸出電路的全部供電，如有可能，可運用熔斷器或干脆運用斷路器等過電唁愛護裝置來限制供電線路的電流。限制系統軟件設計限制程序流程圖圖4.1程序流程圖限制程序設計表4.1內部元件明細表輸入地址功能輸出地址功能I0.0啟動Q0.01號噴頭動作I0.1停止Q0.12號噴頭動作I0.2單步動作Q0.23號噴頭動作I0.3花式1動作Q0.34號噴頭動作I0.4花式2動作I0.5花式3動作I0.5花式4動作4.3顯示操作界面設計（見附錄圖2）4.4程序調試（仿真圖）按下第一種運行方式，噴水池起先運行，如圖下圖所列圖4.2程序調試圖圖4.3程序調試圖圖4.4程序調試圖圖4.5程序調試圖圖4.6程序調試圖圖4.7程序調試圖圖4.8程序調試圖其余三種循環方式，也是在噴泉處于單步運行狀態時，進行調試。噴泉的四種循環方式選擇開關，可在噴泉處于單步運行狀態時，進行調試。噴泉運行狀態下，按下噴泉循環方式選擇按鈕，完成四種方式間的切換調試。以上調試完成后，噴泉在默認（連續）狀態下啟動，噴泉始終運行下去。結束語本次PLC課程設計題目與實際生活聯系緊密，使我充分相識到了這門課程的實際意義和現實重要性。通過本次課程設計我駕馭了電氣限制的原理設計的基本方法，并能達到嫻熟運用可編程限制器實現簡潔限制系統的限制要求，尤其是對于依次限制指令的運用。基本可以嫻熟地進行系統外圍電路設計、接線、編程、調試等工作。通過合作，我們的合作意識得到加強，合作實力得到提高。上高校后，很多同學都沒有過深化的溝通，在設計的過程中，我們用了分工與合作的方式，每個人互責肯定的部分，同時在肯定的階段共同探討，以解決分工中個人不能解決的問題，在溝通中大家主動發言，和提出看法，同時我們還向別的同學請教。在此過程中，每個人都想自己的方案得到實現，主動向同學說明自己的想法。能夠比較選出最好的方案。在這過程也提高了我們的表過實力。在設計的過程中我們還得到了老師的幫助與看法。在學習的過程中，不是每一個問題都能自己解決，向老師請教或向同學探討是一個很好的方法，可以讓自己在最短的時間內把自己不能解決的問題得以解決，從而提高學習的效率。參考文獻[1]謝少榮.《常用可編程序限制器極其應用》[M].化學工業出版社,2006.

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通過這次設計實踐。我鞏固和提高了我的PLC的基本編程方法，對PLC的工作原理和運用方法也有了更深刻的理解。在對理論的運用中，提高了我們的工程素養，改善了我們對一些細微環節不加重視的壞習慣，當我們把自己想出來的程序與到PLC中的時候，問題出現了，不是不能運行，就是運行的結果和要求的結果不相符合。能夠解決一個個在調試中出現的問題，我們對PLC的理解得到加強，看到了實踐與理論的差距。實習任務書組內學生姓名馮浩然，趙常宏，王海波，李世鵬，邢靜人數5系部名稱電氣與信念工程學院專業電氣工程及其自動化班級、學號09-3班20091579指導老師姓名徐鹿眉，王希鳳職稱講師從事專業電氣工程題目名稱基于PLC的花式噴水池限制系統設計一、工程實踐的目的、意義花式噴水池是近年來出現的一種園林建筑與花式欣賞相結合的一種產物。隨著可編程限制器在我國的快速發展，對花式噴泉的限制要求也越來越高，使得越來越多的限制部分須要可編程限制器來實現。在很多休閑廣場、景區或游樂場里，常常看到噴水池按肯定的規律噴水或變更式樣，若在夜晚配上各種彩色的燈光顯示，更加迷人。設計一花式噴水池，采納PLC限制是比較便利的，在花式噴水時序確定的前提下，可以通過變更時序或者變更限制開關，就可變更限制方式，達到顯現各種復合狀態的要求。二、工程實踐的主要內容、技術要求（包括原始數據、技術參數、設計要求、工作量要求等）設計要求：（1）限制器電源開關接通后，按下啟動按鈕，噴水裝置即起先工作。按下停止按鈕，則停止噴水。工作方式由“選擇開關”和“單步/連續”開關來確定。（2）“單步/連續”開關在單步位置時，噴水池只運行一個循環；在連續位置時，噴水池反復循環運行。（3）方式選擇開關用以選擇噴水池的噴水花樣，1～4號噴水管的工作方式選擇如下：（a）選擇開關在位置“1”——按下啟動按鈕后，4號噴水，延時2s，3號噴水，再延時2s，2號噴水，再延時2s，1號噴水，接著一起噴水15s為一個循環。（b）選擇開關在位置“2”——按下啟動按鈕后，1號噴水，延時2s，2