基于plc的花園噴泉控制設(shè)計-畢業(yè)設(shè)計

1、<p>　　本科畢業(yè)設(shè)計（論文）</p><p>　　基于PLC的花園噴泉控制設(shè)計</p><p>　　姓 名： </p><p>　　學(xué) 號： </p><p>　　院 系： </p>

2、<p>　　專 業(yè)： 通信工程 </p><p>　　指導(dǎo)老師： </p><p>　　[摘 要] 隨著我國經(jīng)濟(jì)文化不斷的加速發(fā)展，物質(zhì)生活水平的提高促使著人們迫切的追求更高的生活享受，花樣噴泉可以在人們周圍隨處可見，比如廣場、大廈、小區(qū)、公園等。于是大大小小的公園如雨后春筍般出現(xiàn)在新的城市規(guī)劃中，其中必然會修建一些

3、噴泉供人們休閑，觀賞?；訃娙侨嗽煨夂?，在炎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能力，起到防止水體黑臭的作用。</p><p>　　本設(shè)計主要以可編程控制器PLC的控制功能，通過對各個開關(guān)的控制，來滿足人們對視覺的需求，實現(xiàn)了利用可編程控制器控制花樣噴泉的功能，具有接線簡單、編程直觀、擴(kuò)展容易等特點。當(dāng)花樣噴泉的功能增加時，只需要增加相應(yīng)程序以及輸出的功能，要改動的地方也較少，調(diào)

4、試結(jié)果表明，在適應(yīng)性、靈活性、準(zhǔn)確性和可靠性方面，都達(dá)到了設(shè)計要求。通過本設(shè)計，我學(xué)習(xí)到了很多東西，在工作的細(xì)心上也得到了提高。并且，更了解了有關(guān)可編程器件的功能。</p><p>　　[關(guān)鍵詞]花樣噴泉、PLC、開關(guān)的控制</p><p><b>　　目 錄</b></p><p>　　第一章 緒 論1</p><p&

5、gt;　　1.1 課題概述1</p><p>　　1.2 噴泉的應(yīng)用現(xiàn)狀1</p><p>　　1.3 課題設(shè)計的目地及意義1</p><p>　　第二章 系統(tǒng)總體設(shè)計3</p><p>　　2.1 設(shè)計方案論證3</p><p>　　2.2 PLC的介紹4</p><p>　　2.

6、1.1 PLC的定義4</p><p>　　2.1.2 PLC的分類5</p><p>　　2.1.3 PLC系統(tǒng)與繼電器控制系統(tǒng)的區(qū)別6</p><p>　　2.2 PLC的結(jié)構(gòu)與工作原理8</p><p>　　2.2.1 PLC的結(jié)構(gòu)8</p><p>　　2.2.2 可編程控制器工作原理9</p

7、><p>　　2.3 PLC的發(fā)展趨勢11</p><p>　　2.4 PLC的選擇13</p><p>　　2.4.1 單片機控制13</p><p>　　2.4.2 繼電器接觸器控制13</p><p>　　2.4.3 工控機控制13</p><p>　　2.4.4 PLC控制14&

8、lt;/p><p>　　第三章 花式噴泉的總體硬件設(shè)計16</p><p>　　3.1 PLC的選擇方案16</p><p>　　3.2 硬件組態(tài)16</p><p>　　3.3 S7-300PLC的結(jié)構(gòu)17</p><p>　　3.4水泵的選擇方案19</p><p>　　第四章 系

9、統(tǒng)的軟件設(shè)計20</p><p>　　4.1花式噴泉的PLC控制流程圖20</p><p>　　4.2 編程語言20</p><p>　　4.3 S7-300的編程軟件21</p><p>　　4.3.1 STEP7的組成及功能21</p><p>　　4.3.2 STEP7的程序類型22</p>

10、;<p>　　4.3.3 STEP7的程序結(jié)構(gòu)22</p><p>　　4.4 花式噴泉的I/O分配23</p><p>　　4.5 PLC的I/O地址分配簡介24</p><p>　　4.6 軟件的選用24</p><p>　　4.7系統(tǒng)主程序25</p><p>　　第五章 系統(tǒng)仿真與調(diào)試

11、32</p><p>　　5.1 S7-PLC模擬軟件S7-PLCSIM的簡介32</p><p>　　5.2 仿真軟件的選用32</p><p>　　5.3系統(tǒng)的仿真及調(diào)試32</p><p>　　第六章 WinCC畫面制作及調(diào)試35</p><p>　　6.1 WinCC的綜述35</p>

12、<p>　　6.1.1 WinCC簡介35</p><p>　　6.1.2 WinCC常用功能35</p><p>　　6.2 WinCC組態(tài)35</p><p>　　6.3 WinCC畫面37</p><p><b>　　個人心得42</b></p><p>　　參考文

13、獻(xiàn)………………………………………………………………………43</p><p><b>　　第一章 緒 論</b></p><p><b>　　1.1 課題概述</b></p><p>　　隨著人們的生活日趨小康，一些必要的美化設(shè)施逐漸興起，各式各樣的廣場花園越來越多，噴泉作為一項建筑藝術(shù)，在國內(nèi)外均有較悠久的歷史。人們隨

14、著生活水平的提高，對美化住宅小區(qū)以及別墅環(huán)境的要求也越來越高，小型音樂噴泉成為一個發(fā)展方向。目前的水景噴泉一般包括：固定水景、時控噴泉、程控噴泉、聲控噴泉、音樂噴泉５類，控制方式的復(fù)雜程度由低到高。使用ＰＬＣ控制花式噴泉，具有使用方便、運行可靠、控制程序設(shè)計簡單等優(yōu)點，若需要改變噴水花樣和噴水時間，不必做很大調(diào)整，只要相應(yīng)修改控制程序，即可實現(xiàn)控制目的。這樣的地方又怎能少了噴泉呢? 多花樣噴泉形式多樣，常常能吸引人們的眼球，同時水又增加

15、了環(huán)境的靈動性，多花樣噴泉已成為人們建造各類娛樂廣場的必需設(shè)施。那些控制簡便，花樣較多，價格低廉的噴泉慢慢成為建設(shè)者的首選?，F(xiàn)今，多花樣噴泉的制造，延襲傳統(tǒng)，結(jié)合現(xiàn)代，正日益成為人們或出于對環(huán)境的追求，或為了居室的美化，等等，而得到眾多品位人士的追求。</p><p>　　本設(shè)計的多花樣噴泉采用西門子編程軟件進(jìn)行PLC編程，利用PLC的工作原理，結(jié)合按鈕、開關(guān)、電源電路進(jìn)行設(shè)計，將軟件和硬件有機地結(jié)合起來，使得系

16、統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)多花樣噴泉各種模式的變化以及控制。</p><p>　　1.2 噴泉的應(yīng)用現(xiàn)狀</p><p>　　當(dāng)今噴泉已融入現(xiàn)代科技、建筑環(huán)境藝術(shù)和文化娛樂、社會經(jīng)濟(jì)為一體的多功能綜合景觀藝術(shù)。在研究"美學(xué)、水學(xué)、電學(xué)"互為互補科學(xué)關(guān)系的同時，利用計算機、軟件、激光、變頻技術(shù)等機電一體化現(xiàn)代科技，開發(fā)研制各系列噴泉控制系統(tǒng)。特別是最近研制的音樂噴泉控制系統(tǒng)，不但結(jié)構(gòu)先進(jìn)

17、靈活方便可靠，可利用各種音源（如錄音機、CD、VCD、DVD、卡拉OK音樂會），在噴水現(xiàn)場，根據(jù)不同的要求，通過控制任意改變噴水的高低、花形花樣，而且克服了以往音樂與噴水不夠同步、音樂曲目難改等缺點，更有效控制多路各種變化，既能創(chuàng)造出高歌澎湃、激昂熱烈的壯觀場面，又能達(dá)到輕歌曼舞柔情搖曳，絢麗多姿的景觀，真正使音樂、水姿、色彩和感觀有機融合，令人迷戀、陶醉！</p><p>　　1.3 課題設(shè)計的目地及意義<

18、;/p><p>　　通過對實例工程的模擬，熟悉掌握了PLC編程和程序調(diào)試方法。進(jìn)一步了解PLC的</p><p>　　I/O連接。進(jìn)一步熟悉定時移位的編程指令的應(yīng)用，用PLC構(gòu)成噴泉系，學(xué)習(xí)電氣可編程中的基本實驗器件及PLC編程等的綜合應(yīng)用。鞏固和加深對PLC編程控制器的理解和應(yīng)用。掌握硬件實驗裝置的方法。</p><p>　　PLC控制系統(tǒng)體積小、功能強、可靠性高且具

19、有較大的靈活性和可擴(kuò)展性的特點。用PLC花樣噴泉控制系統(tǒng)，不但實現(xiàn)了自動轉(zhuǎn)換花樣噴泉的噴水樣式，提高了系統(tǒng)的可靠性和安全性，而且，美化了我們的生活環(huán)境，使我們的生活環(huán)境更加安逸、舒適。因此PLC控制系統(tǒng)具有一定的工程應(yīng)用和推廣價值。第二章 系統(tǒng)總體設(shè)計</p><p>　　2.1 設(shè)計方案論證</p><p>　　方案1：使用單片機控制花式噴泉</p><p>　　

20、單片機的特點是控制性能和可靠性高，體積小、價格低、易于產(chǎn)品化。由于單片機具有良好的控制性能和靈活的嵌入品質(zhì)，近年來在智能儀表、機電一體化產(chǎn)品、實時工業(yè)控制家用電器等各個領(lǐng)域都獲得了極其廣泛的應(yīng)用。</p><p>　　花式噴泉的原理是利用控制器控制水泵的噴水的方式，此方案采用AT80C51系列單片機作為主控制器來控制噴泉的噴水方式。單片機的成本較低，適合用于控制小型的花式噴泉。單片機通過控制步進(jìn)電機來控制電磁閥,

21、實現(xiàn)對噴頭流量的控制, 從而使噴泉水姿、燈光色彩產(chǎn)生變化。但采用單片機控制原理，是以可控硅作為功率開關(guān)元件，由于可控硅承受過電壓、過電流的能力較差，因而不能長時間運行。</p><p>　　方案2：使用S7-300PLC控制花式噴泉</p><p>　　自20世紀(jì)60年代中期以來PLC產(chǎn)品在電力、冶金、化工等行業(yè)發(fā)揮了重大作用,尤其近20年來計算機和信息技術(shù)的飛速發(fā)展,不斷成倍擴(kuò)大的功能和

22、成倍降低的價格,使PLC、通訊聯(lián)網(wǎng)技術(shù)、過程控制軟件都獲得了長足的進(jìn)步,也使PLC的廣泛應(yīng)用成為可能。</p><p>　　PLC的優(yōu)點很多，主要包括：編程方法簡單易學(xué)；功能強、性能價格比高；硬件配套齊全、用戶使用方便、適應(yīng)性強；可靠性高、抗干擾能力強；系統(tǒng)的設(shè)計、安裝、調(diào)試工作量少；維修工作量低、維修方便；體積小、能耗低等。而且PLC在各個工業(yè)部門的應(yīng)用范圍都得到了擴(kuò)展。</p><p>

23、;　　此方案采用西門子300系列PLC作為主控制器。S7-300PLC是中型的PLC，它適用于各行各業(yè)，各種場合中的自動檢測、監(jiān)測及控制等。S7-300PLC的強大功能使其無論單機運行，或連成網(wǎng)絡(luò)都能實現(xiàn)復(fù)雜的控制功能。S7-300PLC可提多種CPU可供選擇使用，并且體積小，功能強、可靠性高，靈活性強和可擴(kuò)展性的特點通過改變噴泉的控制程序或改變方式選擇開關(guān)，就可以改變花式噴泉的噴水規(guī)律，從而變化出很多花樣，同時，PLC具有很強的自診斷

24、功能，迅速方便的檢查出故障，縮短檢修時間，因而確?？刂葡到y(tǒng)的可靠性，穩(wěn)定性。</p><p>　　基于本設(shè)計的控制要求，可采用S7-300系列的PLC來控制電磁閥，從而達(dá)到對噴頭流量的控制，產(chǎn)生各種方式的噴水花樣。</p><p>　　方案3：使用S7-200PLC控制花式噴泉</p><p>　　本方案采用S7-200PLC作為噴泉的主控制器來控制水泵的運行。S7

25、-200PLC是一種小型的PLC，它有5種CPU模塊，最多可以擴(kuò)展7個擴(kuò)展模塊，擴(kuò)展到248點數(shù)字量I/O或者38路模擬量I/O，最多有30多KB的程序存儲空間和數(shù)據(jù)存儲空間。集成了6個有12種工作模式的高速計數(shù)器和兩點高速脈沖發(fā)生器、脈沖寬度調(diào)制器。本設(shè)計方案可以選擇S7-300CPU226的PLC作為主控制器，該型號的PLC共14入10出24個I/O點。從I/O點分配方面來說很適合本設(shè)計的控制要求。但是這也限制了它以后的發(fā)展，在改變

26、噴水方式的時候很不方便，因此不利于調(diào)整。</p><p>　　2.2 PLC的介紹</p><p>　　2.1.1 PLC的定義</p><p>　　可編程程序邏輯控制器（PLC，Programmable Logic Controller），乃是一種固態(tài)電子裝置，主要利用輸入/輸出裝置的回授信號及儲存程序，控制機械或程序的操作。在工廠自動化（FA）系統(tǒng)中，PLC因為

27、具備價格便宜、系統(tǒng)穩(wěn)定及環(huán)境適應(yīng)性佳的特點，故一直為自動化業(yè)界所采用。近幾年來，各PLC制造廠家無不致力于新機種的研發(fā)，所以在CPU 處理速度、擴(kuò)展模塊及通訊的功能上，相較于早期PLC控制器，已有長足的進(jìn)展。</p><p>　　在工業(yè)生產(chǎn)過程中，大量的開關(guān)量順序控制，它按照邏輯條件進(jìn)行順序動作，并按照邏輯關(guān)系進(jìn)行連鎖保護(hù)動作的控制，及大量離散量的數(shù)據(jù)采集。傳統(tǒng)上，這些功能是通過氣動或電氣控制系統(tǒng)來實現(xiàn)的。196

28、8年美國通用汽車公司提出取代繼電氣控制裝置的要求，第二年，美國數(shù)字公司研制出了基于集成電路和電子技術(shù)的控制裝置，首次采用程序化的手段應(yīng)用于電氣控制，這就是第一代可編程序控制器，稱Programmable Controller(PC)。</p><p>　　最初，可編程邏輯控制器（Programmable Logic Controller）簡稱PLC。只能進(jìn)行計數(shù)、定時及開關(guān)量的邏輯控制。個人計算機(簡稱PC)發(fā)展

29、起來后，為了避免與個人計算機（ Personal Computer ）PC 這一簡寫名稱術(shù)語混亂，仍沿用早期的PLC 表示可編程控制器，但PLC 并不意味著只具有邏輯運算的功能1987年2月，國際電工委員會（IEC）對可編程控制器的定義是：可編程控制器是一種數(shù)學(xué)運算操作的電子系統(tǒng)，專為在工業(yè)環(huán)境下的應(yīng)用而設(shè)計。</p><p>　　它采用一類可編程序的存儲器，用于其內(nèi)部存儲程序、執(zhí)行邏輯運算、順序控制、定時、計數(shù)

30、和算術(shù)操作等面向擁護(hù)的指令，并通過數(shù)字式和模塊式輸入/輸出，控制各種類型的機械和生產(chǎn)過程。可編程序控制器及其有關(guān)外部設(shè)備，都按易于與工業(yè)控制系統(tǒng)連成一個整體、易于擴(kuò)充功能的原則設(shè)計。</p><p>　　2.1.2 PLC的分類</p><p>　　1．根據(jù)I/○點數(shù)分類</p><p><b>　?。?）微型機</b></p>

31、<p>　　I/○點數(shù)（總數(shù)）在64點以下，內(nèi)存容量為256B～1KB,稱為微型機。微型機的結(jié)構(gòu)為整體式，主要用于小規(guī)模的開關(guān)量控制。</p><p><b>　?。?）小型機</b></p><p>　　I/○點數(shù)（總數(shù)）為65～128點，內(nèi)存容量為1～3.6KB，稱為小型機。一般只有邏輯運算、定時、計數(shù)和移位等功能，適用于中小規(guī)模開關(guān)量的控制，可用它實現(xiàn)

32、條件控制、順序控制等。</p><p>　　微型機和小型機的特點是價格低，體積小，適用于控制自動化單機設(shè)備，開發(fā)機電一體化產(chǎn)品。</p><p><b>　?。?）中型機</b></p><p>　　I/○點數(shù)為129～512點，內(nèi)存容量為3.6～13KB，稱為中型機。它除了具有邏輯運算能力外，還增加了模擬量輸入/輸出、算數(shù)運算、數(shù)據(jù)傳送、數(shù)據(jù)

33、通信等功能，可完成既有開關(guān)量又有模擬量的復(fù)雜控制。中型機特點是功能強，配置靈活。適用于小規(guī)模的綜合控制系統(tǒng)。</p><p><b>　?。?）大型機</b></p><p>　　I/○點數(shù)為513～896點，內(nèi)存容量為13KB，稱為大型機。大型機的功能更加完善，具有數(shù)據(jù)運算、模擬調(diào)節(jié)、聯(lián)網(wǎng)通信、監(jiān)視記錄、打印等功能。</p><p><

34、b>　　（5）巨型機</b></p><p>　　I/○點數(shù)大于896點，內(nèi)存容量大于13KB，稱為巨型機。巨型機的特點是I/○點數(shù)特別多，控制規(guī)模宏大，組網(wǎng)能力強，可用于大規(guī)模的過程控制，構(gòu)成分布式控制系統(tǒng)或整個工廠的集散控制系統(tǒng)。</p><p>　　2．根據(jù)結(jié)構(gòu)形式分類</p><p><b>　　（1）整體式PLC</b&g

35、t;</p><p>　　這種結(jié)構(gòu)的PLC的電源、CPU、I/○、部件都集中配置在一個箱子中，結(jié)構(gòu)緊湊，體積小、重量輕、價格低。缺點是主機的I/○點數(shù)固定，使用不靈活。</p><p><b>　?。?）模版式PLC</b></p><p>　　這種形式的PLC各部分以單獨的模版分開設(shè)置，配置靈活，裝備方便，維修簡單，易于擴(kuò)展，缺點是結(jié)構(gòu)較復(fù)雜

36、，各種插件多，因而增加了造價。</p><p><b>　?。?）分散式PLC</b></p><p>　　分散式PLC的結(jié)構(gòu)是將可編程控制器的CPU、電源、存儲器集中放置在控制室，而將各I/○模版分散在各個工作站，由通信接口進(jìn)行通信連接，由CPU集中指揮。</p><p><b>　　3.根據(jù)用途分類</b></p

37、><p>　　（1）用于順序邏輯控制</p><p>　?。?）用于閉環(huán)過程控制</p><p>　?。?）用于多級分布式和集散控制系統(tǒng)</p><p>　?。?）用于機械加工的數(shù)字控制和機器人控制</p><p>　　2.1.3 PLC系統(tǒng)與繼電器控制系統(tǒng)的區(qū)別</p><p>　　PLC梯形圖與

38、繼電器控制電路圖非常相似，主要原因是 PLC梯形圖大致上沿用了繼電器控制的元件符號和術(shù)語，僅個別之處有不同。同時，信號的輸入/輸出形式及控制功能也基本上是相同的，但是PLC的控制與繼電器的控制又有根本的不同之處，主要表現(xiàn)在以下幾個方面。</p><p><b>　　1、邏輯控制</b></p><p>　　繼電器控制邏輯采用硬接線邏輯，利用繼電器機械觸點的串聯(lián)或并聯(lián)，

39、及延時繼電器的滯后動作等組合成控制邏輯，其接線多而復(fù)雜、體積大、功耗大、故障率高，一旦系統(tǒng)構(gòu)成后，想改變或增加功能都很困難。另外，繼電器觸點數(shù)目有限，每個只有4—8個對觸點。因此，靈活性和擴(kuò)展性很差。而PLC采用存儲器邏輯，其控制邏輯以程序方式存儲在內(nèi)存中，要改變控制邏輯，只需改變程序即可，故稱為“軟接線”。因此靈活性和擴(kuò)展性都很好。</p><p><b>　　2、工作方式</b><

40、/p><p>　　電源接通時，繼電器控制電路中各個繼電器都同時處于受控狀態(tài)，即該吸合的都應(yīng)該吸合，不該吸合的都因受某種條件限制不能吸合，它屬于并行工作方式。而的控制邏輯中，各內(nèi)部器件都處于周期性循環(huán)掃描過程中，屬于串行工作方式。</p><p>　　3、可靠性和可維護(hù)性</p><p>　　繼電器控制邏輯使用了大量的機械觸點，連線也多。觸點開閉時會受到電弧的損壞，并有機

41、械磨損，壽命短，因此可靠性和可維護(hù)性差。而PLC采用微電子技術(shù)，大量的開關(guān)動作由無觸點的半導(dǎo)體電路來完成，體積小、壽命長、可靠性高。PLC還配有自監(jiān)和監(jiān)督功能，能檢查出自身的故障，并隨時顯示給操作人員，還能動態(tài)的監(jiān)視控制程序的執(zhí)行情況，為現(xiàn)場調(diào)試和維護(hù)提供了方便。</p><p><b>　　4、控制速度</b></p><p>　　繼電器控制邏輯依靠觸點的機械動作實

42、現(xiàn)控制，工作頻率底，觸點的開閉動作一般在幾十ms數(shù)量級。另外，機械觸點還會出現(xiàn)抖動問題。而PLC是由程序指令控制半導(dǎo)體電路來實現(xiàn)控制，屬于無觸點控制，速度極快，一般一條用戶指令執(zhí)行時間在數(shù)量級，且不會出現(xiàn)抖動。</p><p><b>　　5、定時控制</b></p><p>　　繼電器控制邏輯利用時間繼電器進(jìn)行時間控制。一般來說，時間繼電器存在定時精度不高，定時范圍

43、窄，且易受環(huán)境濕度和溫度變化的影響，調(diào)整時間困難等問題。PLC使用半導(dǎo)體集成電路做定時器，時基脈沖由晶體震蕩器發(fā)生，精度相當(dāng)高，且定時時間不受環(huán)境的影響定時范圍一般從0.001s到若干天或更長。用戶和根據(jù)需要在程序中設(shè)定定時值，然后用軟件來控制定時時間。</p><p><b>　　6、設(shè)計和施工</b></p><p>　　使用繼電器控制邏輯完成一項控制工程，其設(shè)計

44、、施工、調(diào)試必須依次進(jìn)行，周期長而且修改困難。工程越大著一點就越突出。而用PLC完成一項控制工程，在系統(tǒng)設(shè)計完成以后，現(xiàn)場施工和控制邏輯的設(shè)計（包括梯形圖的設(shè)計）可以同時進(jìn)行，周期短，且調(diào)試和修改都很方便。</p><p>　　從以上幾個方面的比較可知，PLC在性能上比繼電器控制邏輯優(yōu)異，特別是可靠性高、通用性強、設(shè)計施工周期短、調(diào)試修改方便，而且體積小、功耗低、使用維護(hù)方便。但是在很小的系統(tǒng)中使用時，價格要高于

45、繼電器系統(tǒng)。</p><p>　　2.2 PLC的結(jié)構(gòu)與工作原理</p><p>　　2.2.1 PLC的結(jié)構(gòu)</p><p><b>　　1、CPU單元</b></p><p>　　CPU單元控制著I/○寄存器的讀、寫時序，以及對存儲器單元中的程序的解釋執(zhí)行工作，是PLC的大腦。其主要任務(wù)有：</p>&

46、lt;p>　　（1）接收、存儲由編程工具輸入的用戶程序和數(shù)據(jù)，并通過顯示器顯示出程序的內(nèi)容和存儲地址。</p><p>　?。?）檢查，校驗用戶程序。對正在輸入的用戶程序進(jìn)行檢查，發(fā)現(xiàn)語法錯誤立即報警，并停止輸入；在程序運行過程中若發(fā)現(xiàn)錯誤，則立即報警或停止程序的執(zhí)行。</p><p>　　（3）執(zhí)行用戶程序。當(dāng)PLC投入運行時，首先它以掃描的方式接收現(xiàn)場各輸入裝置的狀態(tài)和數(shù)據(jù)，并分

47、別存入I/○映像區(qū)，然后從用戶程序存儲器中逐條讀取用戶程序，經(jīng)過命令解釋后按指令的規(guī)定執(zhí)行邏輯或算數(shù)運算，并將運算結(jié)果送入I/○映像區(qū)或數(shù)據(jù)存儲器內(nèi)。等所有的用戶程序執(zhí)行完畢后，最后將I/○映像區(qū)的各輸出狀態(tài)或輸出寄存器內(nèi)的數(shù)據(jù)傳送到相應(yīng)的輸出裝置，如此循環(huán)運行，直到停止運行。</p><p>　?。?）故障診斷。診斷電源、PLC內(nèi)部電路的故障，根據(jù)故障或錯誤的類型，通過顯示器顯示出相應(yīng)的信息，以提示用戶及時排除

48、故障或糾正錯誤。</p><p><b>　　2、存儲器 </b></p><p>　　存儲器分為系統(tǒng)存儲器和用戶存儲器。系統(tǒng)存儲器存儲的是系統(tǒng)程序，它是由廠家開發(fā)固化好了的，用戶不能修改，PLC要在系統(tǒng)程序的管理下運行。用戶存儲器中存放的是用戶程序和運行所需要的資源，I/○寄存器的值作為條件決定著存儲器中的程序如何被執(zhí)行，從而完成復(fù)雜的控制功能。</p>

49、<p><b>　　3、I/○單元</b></p><p>　　I/○單元是PLC與工業(yè)現(xiàn)場連接的接口。</p><p>　　輸入單元用來接收和采集兩種類型的輸入信號。一類是按鈕、選擇開關(guān)、行程開關(guān)、繼電器觸點、接近開關(guān)、光電開關(guān)、數(shù)字撥碼開關(guān)發(fā)出的開關(guān)量輸入信號；另一類是由電位器、測速發(fā)電機和各種變送器等發(fā)來的模擬量輸入信號。</p>&

50、lt;p>　　輸出單元用來連接工業(yè)現(xiàn)場被控對象中各種執(zhí)行元件；如接觸器、指示燈、調(diào)節(jié)閥、調(diào)速裝置等。</p><p><b>　　4、電源適配器</b></p><p>　　電源適配器一方面可為CPU板、I/○板及擴(kuò)展單元提供工作電源，另一方面可為外部輸入元件提供電源</p><p><b>　　5、I/○擴(kuò)展接口</b&

51、gt;</p><p>　　I/○擴(kuò)展接口用于將擴(kuò)展單元與基本單元相連，是PLC的配置更加靈活。</p><p><b>　　6、設(shè)備通信接口</b></p><p>　　PLC配有各種通信接口，PLC通過這些通信接口可以與監(jiān)視器、打印機、其他PLC或計算機相連。當(dāng)PLC與打印機相連時，可將過程信息、系統(tǒng)參數(shù)等輸出打印：當(dāng)與監(jiān)視器相連時。可將過

52、程映像顯示出來；當(dāng)與其它PLC相連時，可以組成多機系統(tǒng)或連成網(wǎng)絡(luò)，實現(xiàn)更大規(guī)模的控制；當(dāng)與計算機相連時，可以組成多級控制系統(tǒng)，實現(xiàn)控制與管理相結(jié)合的綜合系統(tǒng)。</p><p><b>　　7、編程器</b></p><p>　　編程器的作用是供用戶進(jìn)行程序的編制、編輯、調(diào)試和監(jiān)視。編程器有簡易和智能型兩類。簡易型的編程器只能聯(lián)機編程，且往往需要將梯形圖轉(zhuǎn)化為機器語言助

53、記符后才能輸入。智能型的編程器又稱圖形編程器，可聯(lián)機也可脫機編程，可以直接輸入梯形圖屏幕對話。</p><p>　　PLC還可以配置EPROM寫入器、存儲器卡等其他外部設(shè)備。</p><p>　　2.2.2 可編程控制器工作原理</p><p><b>　　一、循環(huán)掃描</b></p><p>　　CUP連續(xù)執(zhí)行用戶程序

54、、任務(wù)的循環(huán)序列稱為掃描。CUP的掃描周期包括讀輸入、執(zhí)行程序、處理通訊請求、執(zhí)行CUP自診斷測試及寫輸出等等內(nèi)容。</p><p>　　PLC可被看成是在系統(tǒng)軟件支持下的一種掃描設(shè)備。他意識周而復(fù)始的循環(huán)掃描并執(zhí)行由系統(tǒng)軟件規(guī)定好的任務(wù)。用戶程序只是掃描周期的一個組成部分，用戶程序不運行時，PLC也在掃描，只不過在一個周期中去除了用戶程序和讀輸入、寫輸出這幾部分的內(nèi)容。典型的PLC在一個周期中可以完成以下5個掃

55、描過程。</p><p>　　1、自診斷測試掃描過程。為保證設(shè)備的可靠行，及時放映所出現(xiàn)的故障，PLC都具有自監(jiān)視功能。</p><p>　　2、與網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行通訊的掃描過程。一般小型系統(tǒng)沒有這一掃描過程，配有網(wǎng)絡(luò)的PLC系統(tǒng)才有通訊掃描過程，這一過程用于PLC之間及PLC與上位計算機或終端設(shè)備之間的通信。</p><p>　　3、用戶程序掃描過程。機器處于正常運行狀態(tài)

56、下，每一個掃描周期內(nèi)都包含該掃描過程。該過程在機器運行中是否執(zhí)行是可控的，即用戶可以通過軟件進(jìn)行設(shè)定。用戶程序的長短會影響過程所用的時間。</p><p>　　4、讀輸入、寫輸出掃描過程。機器在正常運行狀態(tài)下，每一個掃描周期都包含這個掃描過程。該過程在機器運行中是否被執(zhí)行是可控的。CUP在處理用戶程序時，使用的輸入值不是直接從輸入點讀取的，運算的結(jié)果也不直接送到實際輸出點，而是在內(nèi)存中設(shè)置了兩個映象寄存器：一個為

57、輸入映象寄存器，另一個為輸出映象寄存器。用戶程序所用的輸入值是輸入映象寄存器的值，運算結(jié)果也放在輸出映像寄存器。在輸入掃描過程中，CUP把實際輸入點的狀態(tài)鎖入到輸入映像寄存器：在輸出掃描過程中CUP把輸出映像寄存器的值的輸出點。循環(huán)掃描有如下特點。</p><p>　　1、掃描周期周而復(fù)始地進(jìn)行，讀輸入、輸出和用戶程序是否執(zhí)行是可控的。</p><p>　　2、輸入映像寄存器的內(nèi)容是由設(shè)備

58、驅(qū)動的，在程序執(zhí)行過程中的一個周期內(nèi)輸入映像寄存器的值保持不變，CUP采用集中輸入的控制思想，只能使用輸入映像寄存器的值來控制程序的執(zhí)行。</p><p>　　3、對同一個輸出單元的多次使用、修改次序會造成不同的執(zhí)行結(jié)果。</p><p>　　4、各個電路和不同的掃描階段會造成輸入和輸出的延遲，這是PLC的主要缺點。 </p><p>

59、　　在讀輸入階段，CUP對各個輸入端子進(jìn)行掃描，通過輸入電路將各輸入點的狀態(tài)鎖入映象寄存器中。緊接著轉(zhuǎn)入用戶程序執(zhí)行階段，CUP按照先左后右、先上后下的順序?qū)γ織l指令進(jìn)行掃描，根據(jù)輸入映象寄存器和輸出映象寄存器的狀態(tài)執(zhí)行用戶程序，同時將執(zhí)行結(jié)果寫入輸出映象寄存器。在程序執(zhí)行期間，即使輸入端子狀態(tài)發(fā)生變化，輸入狀態(tài)寄存器的內(nèi)容也不會改變——輸入端子狀態(tài)變化只能在下一個周期的輸入階段才被集中讀入。</p><p>　

60、　輸入/輸出采用映象寄存器的優(yōu)點。</p><p>　　1、集中采用I/○，程序掃描期間輸入值固定不變，程序執(zhí)行完后統(tǒng)一輸出。這種集中I/○的方式保證的程序的順序執(zhí)行與外部電路亂序執(zhí)行的統(tǒng)一，使系統(tǒng)更加穩(wěn)定可靠。</p><p>　　2、程序執(zhí)行時，存取映象寄存器要比讀寫I/○端點快的多，這樣可以加快程序執(zhí)行速度。</p><p>　　3、I/○點必須按位存取，而映

61、象寄存器可按位、字節(jié)、字、雙字靈活的存取，增加了程序的靈活性。</p><p><b>　　二、I/○響應(yīng)時間</b></p><p>　　由于PLC采用循環(huán)掃描的工作方式，而且對輸入和輸出信號只在沒個掃描周期的固定時間集中輸入/輸出，所以必然會產(chǎn)生輸出信號相對輸入信號滯后的現(xiàn)象。掃描周期越長，滯后現(xiàn)象越嚴(yán)重。</p><p>　　響應(yīng)時間由輸

62、入延遲、輸出延遲和程序執(zhí)行時間部分決定。</p><p>　　1、PLC輸入電路設(shè)置了濾波器，濾波器的常數(shù)越大，對輸入信號的延遲作用越強。輸入延遲是由硬件決定的，有的PLC濾波器時間常數(shù)可調(diào)。</p><p>　　2、從輸出鎖存器到輸出端子所經(jīng)歷的時間稱為輸出延遲，對于不同的輸出形式，其值大小不同。它也是由硬件決定的，對于不同信號的PLC可以通過查表得到。</p><p

63、>　　3、程序執(zhí)行時間主要由程序長短來決定，對于一個實際的控制程序，編程人員須對此進(jìn)行現(xiàn)場測算，使PLC的響應(yīng)時間控制在系統(tǒng)允許的范圍內(nèi)。</p><p>　　在最有利的情況下，輸入狀態(tài)經(jīng)過一個掃描周期在輸出得到響應(yīng)的時間，稱為最小I/○響應(yīng)時間。在最不利的情況下，輸入點的狀態(tài)恰好錯過了輸入的鎖入時刻，造成在下一個輸出鎖定才能被響應(yīng)，這就需要兩個掃描周期時間，稱為最大I/○響應(yīng)時間。它們是由PLC的掃描執(zhí)行

64、方式?jīng)Q定的，與編程方法無關(guān)。</p><p>　　2.3 PLC的發(fā)展趨勢</p><p>　　1. 向高集成、高性能、高速度，大容量發(fā)展</p><p>　　微處理器技術(shù)、存儲技術(shù)的發(fā)展十分迅猛，功能更強大，價格更便宜，研發(fā)的微處理器針對性更強。這為可編程序控制器的發(fā)展提供了良好的環(huán)境。大型可編程序控制器大多采用多CPU結(jié)構(gòu)，不斷地向高性能、高速度和大容量方向發(fā)展

65、。</p><p>　　在模擬量控制方面，除了專門用于模擬量閉環(huán)控制的PID指令和智能PID模塊，某些可編程序控制器還具有模糊控制、自適應(yīng)、參數(shù)自整定功能，使調(diào)試時間減少，控制精度提高。</p><p>　　2. 向普及化方向發(fā)展</p><p>　　由于微型可編程序控制器的價格便宜，體積小、重量輕、能耗低，很適合于單機自動化，它的外部接線簡單，容易實現(xiàn)或組成控制系

66、統(tǒng)等優(yōu)點，在很多控制領(lǐng)域中得到廣泛應(yīng)用。</p><p>　　3. 向模塊化、智能化發(fā)展</p><p>　　可編程序控制器采用模塊化的結(jié)構(gòu)，方便了使用和維護(hù)。智能I/○模塊主要有模擬量I/○、高速計數(shù)輸人、中斷輸入、機械運動控制、熱電偶輸入、熱電阻輸入、條形碼閱讀器、多路BCD碼輸人/輸出、模糊控制器、PID回路控制、通信等模塊。智能I/○模塊本身就是一個小的微型計算機系統(tǒng)，有很強的信息

67、處理能力和控制功能，有的模塊甚至可以自成系統(tǒng)，單獨工作。它們可以完成可編程序控制器的主CPU難以兼顧的功能，簡化了某些控制領(lǐng)域的系統(tǒng)設(shè)計和編程，提高了可編程序控制器的適應(yīng)性和可靠性。</p><p><b>　　4. 向軟件化發(fā)展</b></p><p>　　編程軟件可以對可編程序控制器控制系統(tǒng)的硬件組態(tài)，即設(shè)置硬件的結(jié)構(gòu)和參數(shù)，例如設(shè)置各框架各個插槽上模塊的型號、模

68、塊的參數(shù)、各串行通信接口的參數(shù)等。在屏幕上可以直接生成和編輯梯形圖、指令表、功能塊圖和順序功能圖程序，并可以實現(xiàn)不同編程語言的相互轉(zhuǎn)換?？删幊绦蚩刂破骶幊誊浖姓{(diào)試和監(jiān)控功能，可以在梯形圖中顯示觸點的通斷和線圈的通電情況，查找復(fù)雜電路的故障非常方便。歷史數(shù)據(jù)可以存盤或打印，通過網(wǎng)絡(luò)或Modem卡，還可以實現(xiàn)遠(yuǎn)程編程和傳送。</p><p>　　個人計算機（PC）的價格便宜，有很強的數(shù)學(xué)運算、數(shù)據(jù)處理、通信和人機交

69、互的功能。目前已有多家廠商推出了在PC上運行的可實現(xiàn)可編程序控制器功能的軟件包，如亞控公司的KingPLC?！败汸LC”在很多方面比傳統(tǒng)的“硬PLC"有優(yōu)勢，有的場合“軟PLC”可能是理想的選擇。</p><p>　　5. 向通信網(wǎng)絡(luò)化發(fā)展</p><p>　　伴隨科技發(fā)展，很多工業(yè)控制產(chǎn)品都加設(shè)了智能控制和通信功能，如變頻器、軟啟動器等。可以和現(xiàn)代的可編程序控制器通信聯(lián)網(wǎng)，實現(xiàn)

70、更強大的控制功能。通過雙絞線、同軸電纜或光纖聯(lián)網(wǎng)，信息可以傳送到幾十公里遠(yuǎn)的地方，通過Modem和互聯(lián)網(wǎng)可以與世界上其他地方的計算機裝置通信。</p><p>　　相當(dāng)多的大中型控制系統(tǒng)都采用上位計算機加可編程序控制器的方案，通過串行通信接口或網(wǎng)絡(luò)通信模塊，實現(xiàn)上位計算機與可編程序控制器交換數(shù)據(jù)信息。組態(tài)軟件引發(fā)的上位計算機編程革命，很容易實現(xiàn)兩者的通信，降低了系統(tǒng)集成的難度，節(jié)約了大量的設(shè)計時間，提高了系統(tǒng)的可

71、靠性。國際上比較著名的組態(tài)軟件有Intouch、Fix等，國內(nèi)也涌現(xiàn)出了組態(tài)王、力控等一批組態(tài)軟件。有的可編程序控制器廠商也推出了自己的組態(tài)軟件，如西門子公司的WinCC。</p><p>　　2.4 PLC的選擇</p><p>　　2.4.1 單片機控制</p><p>　　單片機雖然可以構(gòu)成各種各樣的應(yīng)用系統(tǒng)，從微型、小型、到大型都可以，但單片機應(yīng)用系統(tǒng)八仙過

72、海，各顯神通，功能千差萬別，學(xué)習(xí)、使用和維護(hù)都較困難。</p><p>　　系統(tǒng)的抗干擾能力相對較差，單片機系統(tǒng)依賴性很強，在系統(tǒng)設(shè)計中，即使注意了芯片、器件選擇、去耦濾波、電路板的布線，通道隔離以及屏蔽。也難以保證系統(tǒng)的可靠性和穩(wěn)定性。</p><p>　　綜上所述，畢業(yè)設(shè)計采用單片機控制系統(tǒng)不是最佳方案。</p><p>　　2.4.2 繼電器接觸器控制<

73、/p><p>　　這種控制系統(tǒng)屬于有觸點控制系統(tǒng)，繼電器接觸器控制器有如下缺點：</p><p>　　1. 系統(tǒng)的可靠性差</p><p>　　2. 系統(tǒng)的靈活性和通用性差</p><p>　　3. 找故障繁瑣、系統(tǒng)難以維護(hù)</p><p>　　4. 體積大、占地面積大 </p><p>　　5.

74、噪聲大、耗電多、觸點易磨損</p><p>　　6. 技術(shù)改造時，硬接線改變困難</p><p>　　綜上所述，畢業(yè)設(shè)計采用繼電器接觸器控制系統(tǒng)不是最佳方案。</p><p>　　2.4.3 工控機控制</p><p>　　工控機與普通計算機相比必須具有以下特點：</p><p>　　1. 機箱采用鋼結(jié)構(gòu)，有較高的防磁

75、、防塵、防沖擊的能力。</p><p>　　2. 機箱內(nèi)有專用底板，底板上有PCI和ISA插槽。</p><p>　　3. 機箱內(nèi)有專門電源，電源有較強的抗干擾能力。</p><p>　　4. 要求具有連續(xù)長時間工作能力。 </p><p>　　對于工控機作為病房呼叫控制系統(tǒng)，由于病房呼叫控制系統(tǒng)的環(huán)境相對工業(yè)控制環(huán)境要好得多，而且病房呼叫控

76、制系統(tǒng)對連續(xù)長時間工作的能力要求也不是很高，用工控機設(shè)計病房呼叫控制系統(tǒng)實屬有些大材小用。</p><p>　　綜上所述，畢業(yè)設(shè)計采用工控機控制系統(tǒng)不是最佳方案。</p><p>　　2.4.4 PLC控制</p><p>　　可編程序控制器（PLC）是一種以微機處理器為核心的工業(yè)通用自動控制裝置，其實質(zhì)是一種工業(yè)控制用的專用計算機。其主要原因是因為PLC具有以下優(yōu)

77、點：</p><p>　　1. 可靠性高，抗干擾能力強</p><p>　　PLC是專為工業(yè)控制設(shè)計的，能適應(yīng)工業(yè)現(xiàn)場的惡劣環(huán)境?？梢哉f， 沒有任何一種工業(yè)控制設(shè)備能夠達(dá)到可編程控制器的可靠性。 它具有很強的抗干擾能力，能在很惡劣的環(huán)境下(如溫度高、濕度大、金屬粉塵多、距離高壓設(shè)備近、有較強的高頻電磁干擾等)長期連續(xù)可靠的工作，平均無故障時間長，故障修復(fù)時間短。</p>&l

78、t;p><b>　　2. 編程簡單易學(xué)</b></p><p>　　梯形圖語言對于企業(yè)中熟悉繼電器控制線路圖的電氣工程技術(shù)人員是非常親切的，它形象、直觀，簡單、易學(xué)。因此，無論是在生產(chǎn)線的設(shè)計中，還是在傳統(tǒng)設(shè)備的改造中，電氣工程技術(shù)人員都特別歡迎和愿意使用PLC。</p><p>　　3. 硬件配套齊全，用戶使用方便、維護(hù)方便</p><p&

79、gt;　　4. 設(shè)計、施工、調(diào)試周期短</p><p>　　用PLC完成一項控制工程時，由于其硬、軟件齊全，設(shè)計和施工可同時進(jìn)行。由于用軟件編程取代了繼電器硬接線實現(xiàn)控制功能，使得控制柜的設(shè)計及安裝接線工作量大為減少，縮短了施工周期。同時，由于用戶程序大都可以在實驗室模擬調(diào)試，模擬調(diào)試好后再將PLC控制系統(tǒng)在生產(chǎn)現(xiàn)場進(jìn)行聯(lián)機統(tǒng)調(diào)，使得調(diào)試方便、快速、安全，因此大大縮短了設(shè)計和投運周期。</p>&l

80、t;p>　　5. 體積小，能耗低</p><p>　　6. 功能強，性價比高</p><p>　　基于本畢業(yè)設(shè)計的控制要求，經(jīng)過以上四種控制系統(tǒng)的可行性分析可以看出，以PLC作為控制器是此次設(shè)計病床呼叫控制系統(tǒng)的最佳方案。</p><p>　　第三章 花式噴泉的總體硬件設(shè)計</p><p>　　3.1 PLC的選擇方案</p>

81、;<p>　?。?）對輸入/輸出點的選擇</p><p>　　盲目選擇點數(shù)多的機型會造成一定浪費。要先弄清除控制系統(tǒng)的I/O總點數(shù)，再按實際所需總點數(shù)的15～20％留出備用量（為系統(tǒng)的改造等留有余地）后確定所需PLC的點數(shù)。</p><p>　?。?）對存儲容量的選擇</p><p>　　對用戶存儲容量作粗略的估算。</p><p&

82、gt;　　（3）對I/O響應(yīng)時間的選擇</p><p>　　PLC的I/O響應(yīng)時間包括輸入電路延遲、輸出電路延遲和掃描工作方式引起的時間延遲（一般在2～3個掃描周期）等。對開關(guān)量控制的系統(tǒng)，PLC和I/O響應(yīng)時間一般都能滿足實際工程的要求，可不必考慮I/O響應(yīng)問題。但對模擬量控制的系統(tǒng)、特別是閉環(huán)系統(tǒng)就要考慮這個問題。</p><p>　　（4）對PLC結(jié)構(gòu)形式的選擇</p>

83、<p>　　在相同功能和相同I/O點數(shù)據(jù)的情況下，整體式比模塊式價格低。但模塊式具有功能擴(kuò)展靈活，維修方便（換模塊），容易判斷故障等優(yōu)點，要按實際需要選擇PLC的結(jié)構(gòu)形式。</p><p>　　本設(shè)計采用S7-300 CPU315-2DP的PLC。該PLC屬于中型PLC，功能強大，控制能力好，性價比高。西門子S7-300系列PLC適用于靈活度更高和復(fù)雜邏輯的情況。它采用的是插槽板卡模塊式設(shè)計，有完備的

84、模擬量和開關(guān)量組合搭配，程序可以直接存在存儲卡中，在生產(chǎn)制造工程中應(yīng)用非常廣泛。S7-300 是由各種模塊部件所組成，各模塊能以各種不同方式組合在一起，可將控制系統(tǒng)根據(jù)需要設(shè)計成不同的應(yīng)用，有各種不同性能檔次的CPU 可供控制器使用，以滿足不同的需求。</p><p><b>　　3.2 硬件組態(tài)</b></p><p>　　S7-300的插槽地址</p>

85、<p>　　S7-300的插槽地址如圖所示。</p><p>　　圖3-1 S7-300的插槽地址</p><p>　　S7-300的各個模板安裝在機架的插上，不同的模板在插槽的安裝位置是固定的，要求如下：</p><p>　　a. 如果選擇了電源模板PS307，必須安裝在1號槽位上。</p><p>　　b. CPU模板的安

86、裝位置緊挨著電源模板，安裝在2號槽位上。</p><p>　　c. 用于連接擴(kuò)展機架的接口模板IM，安裝在3號槽位上。</p><p>　　d. 各種信號模板SM，安裝在4號～11號槽位上。從4號槽位開始，CPU為信號模板分配I/○地址，且根據(jù)信號模板的類型遞增I/○地址。</p><p>　　3.3 S7-300PLC的結(jié)構(gòu)</p><p>

87、;　　PLC實質(zhì)是一種專用于工業(yè)控制的計算機，其硬件結(jié)構(gòu)基本上與微型計算機相同，基本構(gòu)成為：</p><p><b>　?。?）. 電源</b></p><p>　　PLC的外部工作電源一般為單相85~260V，50/60Hz交流電源，也有采用24~26V直流電源的。使用單相交流電的PLC，往往還能夠提供24V的直流電源，供直流輸入使用。PLC對其外部的工作電源的穩(wěn)定

88、度要求不高，一般可允許+15%左右。對于PLC的輸出端子上接的負(fù)載所需的負(fù)載工作電源，必須由用戶提供。</p><p>　?。?）. 中央處理單元（CPU)</p><p>　　中央處理單元(CPU)是PLC的控制中樞。它按照PLC系統(tǒng)程序賦予的功能接收并存儲從編程器鍵入的用戶程序和數(shù)據(jù)；檢查電源、存儲器、I/O以及警戒定時器的狀態(tài)，并能診斷用戶程序中的語法錯誤。當(dāng)PLC投入運行時，首先它

89、以掃描的方式接收現(xiàn)場各輸入裝置的狀態(tài)和數(shù)據(jù)，并分別存入I/O映象區(qū)，然后從用戶程序存儲器中逐條讀取用戶程序，經(jīng)過命令解釋后按指令的規(guī)定執(zhí)行邏輯或算數(shù)運算的結(jié)果送入I/O映象區(qū)或數(shù)據(jù)寄存器內(nèi)。等所有的用戶程序執(zhí)行完畢之后，最后將I/O映象區(qū)的各輸出狀態(tài)或輸出寄存器內(nèi)的數(shù)據(jù)傳送到相應(yīng)的輸出裝置，如此循環(huán)運行，直到停止運行。</p><p><b>　?。?）.存儲器</b></p>

90、<p>　　存放系統(tǒng)軟件的存儲器稱為系統(tǒng)程序存儲器。</p><p>　　存放應(yīng)用軟件的存儲器稱為用戶程序存儲器。</p><p>　?。?）.輸入/輸出接口電路</p><p>　　a現(xiàn)場輸入接口電路由光耦合電路和微機的輸入接口電路，作用是PLC與現(xiàn)場控制的接口界面的輸入通道。</p><p>　　b現(xiàn)場輸出接口電路由輸出數(shù)據(jù)寄

91、存器、選通電路和中斷請求電路集成，作用PLC通過現(xiàn)場輸出接口電路向現(xiàn)場的執(zhí)行部件輸出相應(yīng)的控制信號。</p><p>　　3.4水泵的選擇方案</p><p>　　水泵的種類根據(jù)不同的要求，分類比較多；大致有臥式水泵和潛水泵。但都是根據(jù)各自對水泵的揚程、流量、使用的場合、能耗比、性價比等來選擇合適自己水泵。</p><p>　　根據(jù)本文的要求，選擇采用潛水泵。因為潛

92、水泵是放置在水下，因此不需要泵房，這樣可以降低造價。而且潛水泵能耗低，體積小，重量輕，不需灌引水，使用維護(hù)及管理方便，并且達(dá)到了節(jié)約水資源的目的，具有臥式水泵所不具有的優(yōu)點，可以適應(yīng)噴泉的噴水要求。</p><p>　　本設(shè)計采用上海申一水泵制造有限公司生產(chǎn)的QY型油浸式潛水泵。QY型油浸式潛水電泵是由充油式潛水電機與離心式水泵同軸聯(lián)接組成。符合JB/T8092-1996標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定，產(chǎn)品取得全國生產(chǎn)許可證，經(jīng)過三十

93、多年來不斷的改進(jìn)和完善，廣泛應(yīng)用于農(nóng)業(yè)灌溉、工礦排水、水景噴泉、水產(chǎn)養(yǎng)殖，魚塘增氧、防洪排澇等領(lǐng)域。具有泵電一體，結(jié)構(gòu)緊湊；無需引水、使用簡便；雙端密封、電器保護(hù)；設(shè)計合理、性能優(yōu)良等特點。水泵的使用條件是潛水深度不超過5米；水溫不超過+40℃；PH值應(yīng)在5-9之間，因此，很適合用本設(shè)計的要求。</p><p>　　第四章 系統(tǒng)的軟件設(shè)計</p><p>　　4.1花式噴泉的PLC控制流程

94、圖</p><p>　　花式噴泉的程序控制流程圖見圖4-1。</p><p>　　圖4-1系統(tǒng)控制流程圖</p><p>　　如圖所示通電后，并按下啟動按鈕，噴泉裝置進(jìn)入準(zhǔn)備工作狀態(tài)，接著選擇噴水花樣，共三種噴水花樣可供選擇。如不選擇噴水花樣，系統(tǒng)則只保持通電狀態(tài)。如按下花樣選擇開關(guān)，噴泉按照設(shè)定的程序開始運行。如果按下停止按鈕，系統(tǒng)則停止運行，如果不按停止按鈕，系

95、統(tǒng)則按照選擇的花樣繼續(xù)運行循環(huán)下去直到按下停止按鈕。</p><p><b>　　4.2 編程語言</b></p><p>　　可編程控制器的應(yīng)用軟件是指用戶根據(jù)自己的控制要求編寫的用戶程序。由于可編程控制器的應(yīng)用場合是工業(yè)現(xiàn)場，它的主要用戶是電氣技術(shù)人員，所以其編程語言與通用的計算機編程語言相比，具有明顯的特點，它既不同于高級語言，又不同于匯編語言，它要滿足易于編寫

96、和易于調(diào)試的要求，還要考慮現(xiàn)場電氣技術(shù)人員的接受水平和應(yīng)用習(xí)慣。因此，可編程控制器通常使用梯形圖語言，又稱繼電器語言，更有人稱之為電工語言。另外，為滿足各種不同形式的編程需要，根據(jù)不同的編程器和支持軟件，還可以采用指令語句表、邏輯功能圖、順序功能圖、流程圖及高級語言進(jìn)行編程。梯形圖是一種圖形編程語言，是面向控制過程的一種“自然語言”，它沿用繼電器的觸點（觸點在梯形圖中又常稱為接點）、線圈、串并聯(lián)等術(shù)語和圖形符號，同時也增加了一些繼電器控

97、制系統(tǒng)中所沒有的特殊功能符號。梯形圖語言比較形象、直觀，對于熟悉繼電器控制線路的電氣技術(shù)人員來說，很容易被接受，且不需要學(xué)習(xí)專門的計算機知識，因此，在PLC應(yīng)用中，梯形圖是使用得最基本、最普遍的編程語言。但這種編程方式只能用圖形編程器直接編程。</p><p>　　4.3 S7-300的編程軟件</p><p>　　4.3.1 STEP7的組成及功能</p><p>

98、;　　STEP7是用于SIMATIC PLC組態(tài)和編程的標(biāo)準(zhǔn)軟件包，是SIMATIC工業(yè)軟件的重要組成部分，開發(fā)或設(shè)計一個S7-300應(yīng)用系統(tǒng)，必須基于STEP7軟件包進(jìn)行組態(tài)和編程。</p><p><b>　　1．STEP7版本</b></p><p>　　STEP7標(biāo)準(zhǔn)軟件包：適用于使用各種功能的SIMATIC S7-300/400，SIMATIC M7-300

99、/400，SIMATIC C7等。</p><p>　　2．STEP7標(biāo)準(zhǔn)軟件包組成和功能</p><p>　　STEP7標(biāo)準(zhǔn)軟件包運行在Windows 95/98/2000/NT操作系統(tǒng)下，與Windows的圖形和面向?qū)ο蟮牟僮髟瓌t相匹配，支持自動控制任務(wù)創(chuàng)建過程的各個階段。</p><p>　?。?）SIMATIC管理器：用于集中管理一個自動化控制項目，可以方便

100、地瀏覽SIMATIC S7，SIMATIC M7，SIMATIC C7的所有工具軟件和數(shù)據(jù)，編輯數(shù)據(jù)所需要的工具在啟動SIMATIC管理器時自動調(diào)入。</p><p>　?。?）符合編輯器：用于定義符合名稱、數(shù)據(jù)類型和注釋全局變量，管理所有的共享符號。</p><p>　?。?）硬件組態(tài)工具：用于對自動化系統(tǒng)進(jìn)行硬件配置和參數(shù)賦值。</p><p>　?。?）通信組

101、態(tài)：用于定義經(jīng)MPI連接的自動化組件之間，使用NETPro時間驅(qū)動的周期性數(shù)據(jù)傳送，或定義用MPI、PROFIBUS、工業(yè)以太網(wǎng)進(jìn)行的事件驅(qū)動數(shù)據(jù)傳送。</p><p>　?。?）硬件診斷：用于提供PLC的工作狀態(tài)概況，快速瀏覽CPU數(shù)據(jù)和用戶程序在運行中的故障原因。</p><p>　?。?）編程語言：可以使用梯形圖（LAD）、語句表（STL）、功能塊圖（FBD）編程語言。</p&

102、gt;<p>　　4.3.2 STEP7的程序類型</p><p>　　用STEP7編寫PLC的控制程序，可以選擇3種程序結(jié)構(gòu)：線性編程、分部編程和結(jié)構(gòu)化編程。</p><p><b>　　1．線性編程</b></p><p>　　線性編程就是將用戶程序連續(xù)放置在一個指令塊內(nèi)，通常為OB1，程序按線性的或者按順序執(zhí)行每條指令。這種

103、結(jié)構(gòu)最初是PLC模擬繼電器電路的邏輯模型，它具有簡單、直接的結(jié)構(gòu)。</p><p><b>　　2．分部編程</b></p><p>　　分部編程是將一項控制任務(wù)分解成若干個獨立的子任務(wù)，如一套設(shè)備的控制或者一系列相似工作，每個子任務(wù)由一個功能FC完成，而這些功能的運行是靠組織塊OB1內(nèi)的指令來調(diào)用的。在進(jìn)行分部程序設(shè)計時，既無數(shù)據(jù)交換，也無重復(fù)利用的代碼。</

104、p><p><b>　　3．結(jié)構(gòu)化編程</b></p><p>　　結(jié)構(gòu)化編程是指對系統(tǒng)中控制過程和控制要求相近或類似的功能進(jìn)行分類，編寫通用的指令模塊，通過向這些指令模塊以參數(shù)形式提供有關(guān)信息，使得結(jié)構(gòu)化程序可以重復(fù)利用這些通用的指令模塊。</p><p>　　4.3.3 STEP7的程序結(jié)構(gòu)</p><p>　　一個實際

105、的用戶程序是由許多部分組成的，STEP 7將這些部分稱為邏輯塊。在STEP 7中，為了支持結(jié)構(gòu)化程序設(shè)計，將用戶程序分類歸并為不同的塊，并且允許各個塊之間的相互調(diào)用。塊的調(diào)用指令終止當(dāng)前塊（調(diào)用塊）的運行，轉(zhuǎn)而執(zhí)行被調(diào)用塊的指令。只有當(dāng)被調(diào)用塊的指令執(zhí)行完畢，原調(diào)用塊繼續(xù)執(zhí)行調(diào)用指令后的指令。</p><p>　?。?）．組織塊OB：組織塊是操作系統(tǒng)與用戶程序的接口，用于控制用戶程序的運行。</p>

106、<p>　　（2）．功能塊FB：功能塊實際上就是通常意義的用戶子程序。</p><p>　　（3）．功能FC：功能FC的作用與功能塊FB非常相似，都是用戶程序子程序，但功能FC不需要背景數(shù)據(jù)塊，完成操作后數(shù)據(jù)不能保持，因此在調(diào)用功能FC后必須立即處理所有的初始值。</p><p>　　4．?dāng)?shù)據(jù)塊DB：數(shù)據(jù)塊用于存儲用戶程序所需要的數(shù)據(jù)或變量，是各個邏輯塊之間進(jìn)行交換、傳遞和共享

107、數(shù)據(jù)的重要途徑。</p><p>　　5．系統(tǒng)功能塊SFB：系統(tǒng)功能塊SFB是集成到CPU的操作系統(tǒng)中的功能塊，如SEND、RECEIVE和控制器等。</p><p>　　6．系統(tǒng)功能SFC：系統(tǒng)功能SFC是集成到CPU的操作系統(tǒng)中的功能，如時間功能、塊傳送器等。</p><p>　　7．系統(tǒng)數(shù)據(jù)塊SDB：用于存儲CPU操作系統(tǒng)的數(shù)據(jù)，它包含系統(tǒng)的設(shè)定值，如硬件模板

108、參數(shù)等。</p><p>　　4.4 花式噴泉的I/O分配</p><p>　　噴泉的I/O分配見表4-1。</p><p>　　表4-1花式噴泉的I/O分配表</p><p>　　4.5 PLC的I/O地址分配簡介</p><p>　　I/O模塊分為數(shù)字量輸入、數(shù)字量輸出、模擬量輸入和模擬量輸出4類。CPU分配給數(shù)字

109、量I/O模塊的地址以字節(jié)為單位，一個字節(jié)由8個數(shù)字量I/O點組成。擴(kuò)展模塊I/O點的字節(jié)地址由I/O的類型和模塊在同一類I/O模塊鏈中的位置來決定。</p><p><b>　　4.6 軟件的選用</b></p><p>　　本設(shè)計采用STEP 7軟件進(jìn)行編寫系統(tǒng)程序，該軟件主要有組態(tài)硬件；組態(tài)通信連接；使用編程語言編寫用戶程序；下載和調(diào)試用戶程序、啟動、維護(hù)、文件建

110、檔、運行和診斷等功能。功能強大，很適合用來編寫噴泉的控制程序。編程軟件界面如圖4-2所示。</p><p>　　圖4-2 軟件編程界面</p><p>　　在FC1中編寫花樣1子程序，在FC2中編寫花樣2子程序，在FC3中編寫花樣3子程序，然后在OB1中編寫主程序并調(diào)用子程序。</p><p><b>　　4.7系統(tǒng)主程序</b></p&

111、gt;<p>　　系統(tǒng)的程序如下圖所示。當(dāng)按下系統(tǒng)啟動按鈕后，按相應(yīng)的花樣選擇開關(guān)進(jìn)行相應(yīng)的循環(huán)運行，按下系統(tǒng)停止按鈕時，系統(tǒng)斷電，噴泉停止工作。</p><p>　　第五章 系統(tǒng)仿真與調(diào)試</p><p>　　5.1 S7-PLC模擬軟件S7-PLCSIM的簡介</p><p>　　S7-PLCSIM模擬軟件是在STEP-7環(huán)境下，不用連接任何S7系

112、列的PLC（CPU或I／O模板），而是通過仿真的方法運行和測試用戶的應(yīng)用程序。</p><p>　　S7-PLCSIM提供了簡單的界面，可以用編程的方法（如改變輸入的通／斷狀態(tài)，輸入值的變化）來監(jiān)控和修改不同的參數(shù)，也可以使用變量表（VAT）進(jìn)行監(jiān)控和修改變量。</p><p>　　5.2 仿真軟件的選用</p><p>　　仿真PLC具有實際PLC所沒有的功能。首

113、先，仿真PLC可以立即暫時停止執(zhí)行用戶程序，對程序狀態(tài)不會有什么影響；其次，仿真PLC由RUN模式進(jìn)入STOP模式不會改變輸出的狀態(tài)；再次，在視圖對象中的變動立即使對應(yīng)的存儲區(qū)中的內(nèi)容發(fā)生相應(yīng)改變。實際的CPU要等到掃描結(jié)束時才會修改存儲區(qū)；第四，仿真PLC可以選擇單次掃描或者連續(xù)掃描；第五，可使定時器自動運行或者手動運行，可以手動復(fù)位全部定時器或復(fù)位制定的定時器；第六，仿真PLC可以對過程影像存儲器與外設(shè)存儲器的處理等。</p&