基于plc的花園噴泉控制設計-畢業(yè)設計

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

2、<p>　　專 業(yè)： 通信工程 </p><p>　　指導老師： </p><p>　　[摘 要] 隨著我國經濟文化不斷的加速發(fā)展，物質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。花樣噴泉是人造小氣候，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>　　本設計主要以可編程控制器PLC的控制功能，通過對各個開關的控制，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、擴展容易等特點。當花樣噴泉的功能增加時，只需要增加相應程序以及輸出的功能，要改動的地方也較少，調

4、試結果表明，在適應性、靈活性、準確性和可靠性方面，都達到了設計要求。通過本設計，我學習到了很多東西，在工作的細心上也得到了提高。并且，更了解了有關可編程器件的功能。</p><p>　　[關鍵詞]花樣噴泉、PLC、開關的控制</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 噴泉的應用現(xiàn)狀1</p><p>　　1.3 課題設計的目地及意義1</p><p>　　第二章 系統(tǒng)總體設計3</p><p>　　2.1 設計方案論證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的結構與工作原理8</p><p>　　2.2.1 PLC的結構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的結構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的程序結構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)的仿真及調試32</p><p>　　第六章 WinCC畫面制作及調試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………………………………………………………………………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，在國內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，不必做很大調整，只要相應修改控制程序，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施。那些控制簡便，花樣較多，價格低廉的噴泉慢慢成為建設者的首選?，F(xiàn)今，多花樣噴泉的制造，延襲傳統(tǒng)，結合現(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>　　本設計的多花樣噴泉采用西門子編程軟件進行PLC編程，利用PLC的工作原理，結合按鈕、開關、電源電路進行設計，將軟件和硬件有機地結合起來，使得系

16、統(tǒng)能夠實現(xiàn)多花樣噴泉各種模式的變化以及控制。</p><p>　　1.2 噴泉的應用現(xiàn)狀</p><p>　　當今噴泉已融入現(xiàn)代科技、建筑環(huán)境藝術和文化娛樂、社會經濟為一體的多功能綜合景觀藝術。在研究"美學、水學、電學"互為互補科學關系的同時，利用計算機、軟件、激光、變頻技術等機電一體化現(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)，不但結構先進

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編程和程序調試方法。進一步了解PLC的</p><p>　　I/O連接。進一步熟悉定時移位的編程指令的應用，用PLC構成噴泉系，學習電氣可編程中的基本實驗器件及PLC編程等的綜合應用。鞏固和加深對PLC編程控制器的理解和應用。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)具有一定的工程應用和推廣價值。第二章 系統(tǒng)總體設計</p><p>　　2.1 設計方案論證</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、易于產品化。由于單片機具有良好的控制性能和靈活的嵌入品質，近年來在智能儀表、機電一體化產品、實時工業(yè)控制家用電器等各個領域都獲得了極其廣泛的應用。</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、燈光色彩產生變化。但采用單片機控制原理，是以可控硅作為功率開關元件，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60年代中期以來PLC產品在電力、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的飛速發(fā)展,不斷成倍擴大的功能和

22、成倍降低的價格,使PLC、通訊聯(lián)網技術、過程控制軟件都獲得了長足的進步,也使PLC的廣泛應用成為可能。</p><p>　　PLC的優(yōu)點很多，主要包括：編程方法簡單易學；功能強、性能價格比高；硬件配套齊全、用戶使用方便、適應性強；可靠性高、抗干擾能力強；系統(tǒng)的設計、安裝、調試工作量少；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)部門的應用范圍都得到了擴展。</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，或連成網絡都能實現(xiàn)復雜的控制功能。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，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>　　基于本設計的控制要求，可采用S7-300系列的PLC來控制電磁閥，從而達到對噴頭流量的控制，產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，最多可以擴展7個擴展模塊，擴展到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、脈沖寬度調制器。本設計方案可以選擇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，已有長足的進展。</p><p>　　在工業(yè)生產過程中，大量的開關量順序控制，它按照邏輯條件進行順序動作，并按照邏輯關系進行連鎖保護動作的控制，及大量離散量的數(shù)據采集。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的控制裝置，首次采用程序化的手段應用于電氣控制，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。只能進行計數(shù)、定時及開關量的邏輯控制。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)學運算操作的電子系統(tǒng)，專為在工業(yè)環(huán)境下的應用而設計。</p><p>　　它采用一類可編程序的存儲器，用于其內部存儲程序、執(zhí)行邏輯運算、順序控制、定時、計數(shù)

30、和算術操作等面向擁護的指令，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過程。可編程序控制器及其有關外部設備，都按易于與工業(yè)控制系統(tǒng)連成一個整體、易于擴充功能的原則設計。</p><p>　　2.1.2 PLC的分類</p><p>　　1．根據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，內存容量為256B～1KB,稱為微型機。微型機的結構為整體式，主要用于小規(guī)模的開關量控制。</p><p><b>　?。?）小型機</b></p><p>　　I/○點數(shù)（總數(shù)）為65～128點，內存容量為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備，開發(fā)機電一體化產品。</p><p><b>　?。?）中型機</b></p><p>　　I/○點數(shù)為129～512點，內存容量為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)據傳送、數(shù)據

33、通信等功能，可完成既有開關量又有模擬量的復雜控制。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)據運算、模擬調節(jié)、聯(lián)網通信、監(jiān)視記錄、打印等功能。</p><p><

34、b>　?。?）巨型機</b></p><p>　　I/○點數(shù)大于896點，內存容量大于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，組網能力強，可用于大規(guī)模的過程控制，構成分布式控制系統(tǒng)或整個工廠的集散控制系統(tǒng)。</p><p>　　2．根據結構形式分類</p><p><b>　?。?）整體式PLC</b&g

35、t;</p><p>　　這種結構的PLC的電源、CPU、I/○、部件都集中配置在一個箱子中，結構緊湊，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置，配置靈活，裝備方便，維修簡單，易于擴展，缺點是結構較復雜

36、，各種插件多，因而增加了造價。</p><p><b>　　（3）分散式PLC</b></p><p>　　分散式PLC的結構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，由通信接口進行通信連接，由CPU集中指揮。</p><p><b>　　3.根據用途分類</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>　　（4）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，其接線多而復雜、體積大、功耗大、故障率高，一旦系統(tǒng)構成后，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性差。而PLC采用微電子技術，大量的開關動作由無觸點的半導體電路來完成，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)場調試和維護提供了方便。</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，調整時間困難等問題。PLC使用半導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。用戶和根據需要在程序中設定定時值，然后用軟件來控制定時時間。</p><p><b>　　6、設計和施工</b></p><p>　　使用繼電器控制邏輯完成一項控制工程，其設計

44、、施工、調試必須依次進行，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)設計完成以后，現(xiàn)場施工和控制邏輯的設計（包括梯形圖的設計）可以同時進行，周期短，且調試和修改都很方便。</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、設計施工周期短、調試修改方便，而且體積小、功耗低、使用維護方便。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的結構與工作原理</p><p>　　2.2.1 PLC的結構</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，并通過顯示器顯示出程序的內容和存儲地址。</p><p>　　（2）檢查，校驗用戶程序。對正在輸入的用戶程序進行檢查，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>　?。?）執(zhí)行用戶程序。當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，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，并將運算結果送入I/○映像區(qū)或數(shù)據存儲器內。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)或輸出寄存器內的數(shù)據傳送到相應的輸出裝置，如此循環(huán)運行，直到停止運行。</p><p>　?。?）故障診斷。診斷電源、PLC內部電路的故障，根據故障或錯誤的類型，通過顯示器顯示出相應的信息，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、行程開關、繼電器觸點、接近開關、光電開關、數(shù)字撥碼開關發(fā)出的開關量輸入信號；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、調節(jié)閥、調速裝置等。</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/○擴展接口</b&

51、gt;</p><p>　　I/○擴展接口用于將擴展單元與基本單元相連，是PLC的配置更加靈活。</p><p><b>　　6、設備通信接口</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PLC與打印機相連時，可將過程信息、系統(tǒng)參數(shù)等輸出打?。寒斉c監(jiān)視器相連時。可將過

52、程映像顯示出來；當與其它PLC相連時，可以組成多機系統(tǒng)或連成網絡，實現(xiàn)更大規(guī)模的控制；當與計算機相連時，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行程序的編制、編輯、調試和監(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容。</p><p>　　PLC可被看成是在系統(tǒng)軟件支持下的一種掃描設備。他意識周而復始的循環(huán)掃描并執(zhí)行由系統(tǒng)軟件規(guī)定好的任務。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、與網絡進行通訊的掃描過程。一般小型系統(tǒng)沒有這一掃描過程，配有網絡的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行設定。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，運算的結果也不直接送到實際輸出點，而是在內存中設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、掃描周期周而復始地進行，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容是由設備

58、驅動的，在程序執(zhí)行過程中的一個周期內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。緊接著轉入用戶程序執(zhí)行階段，CUP按照先左后右、先上后下的順序對每條指令進行掃描，根據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)象越嚴重。</p><p>　　響應時間由輸

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。</p><p>　　2、從輸出鎖存器到輸出端子所經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，編程人員須對此進行現(xiàn)場測算，使PLC的響應時間控制在系統(tǒng)允許的范圍內。</p><p>　　在最有利的情況下，輸入狀態(tài)經過一個掃描周期在輸出得到響應的時間，稱為最小I/○響應時間。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，這就需要兩個掃描周期時間，稱為最大I/○響應時間。它們是由PLC的掃描執(zhí)行

64、方式決定的，與編程方法無關。</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、存儲技術的發(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結構，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、參數(shù)自整定功能，使調試時間減少，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，在很多控制領域中得到廣泛應用。</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構，方便了使用和維護。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，簡化了某些控制領域的系統(tǒng)設計和編程，提高了可編程序控制器的適應性和可靠性。</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)，即設置硬件的結構和參數(shù)，例如設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換。可編程序控制器編程軟件有調試和監(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，查找復雜電路的故障非常方便。歷史數(shù)據可以存盤或打印，通過網絡或Modem卡，還可以實現(xiàn)遠程編程和傳送。</p><p>　　個人計算機（PC）的價格便宜，有很強的數(shù)學運算、數(shù)據處理、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. 向通信網絡化發(fā)展</p><p>　　伴隨科技發(fā)展，很多工業(yè)控制產品都加設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，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，信息可以傳送到幾十公里遠的地方，通過Modem和互聯(lián)網可以與世界上其他地方的計算機裝置通信。</p><p>　　相當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絡通信模塊，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>　　單片機雖然可以構成各種各樣的應用系統(tǒng)，從微型、小型、到大型都可以，但單片機應用系統(tǒng)八仙過

72、海，各顯神通，功能千差萬別，學習、使用和維護都較困難。</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</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. 技術改造時，硬接線改變困難</p><p>　　綜上所述，畢業(yè)設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. 機箱采用鋼結構，有較高的防磁

75、、防塵、防沖擊的能力。</p><p>　　2. 機箱內有專用底板，底板上有PCI和ISA插槽。</p><p>　　3. 機箱內有專門電源，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)控制設計的，能適應工業(yè)現(xiàn)場的惡劣環(huán)境。可以說， 沒有任何一種工業(yè)控制設備能夠達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，故障修復時間短。</p>&l

78、t;p><b>　　2. 編程簡單易學</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人員是非常親切的，它形象、直觀，簡單、易學。因此，無論是在生產線的設計中，還是在傳統(tǒng)設備的改造中，電氣工程技術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、維護方便</p><p&

79、gt;　　4. 設計、施工、調試周期短</p><p>　　用PLC完成一項控制工程時，由于其硬、軟件齊全，設計和施工可同時進行。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試，模擬調試好后再將PLC控制系統(tǒng)在生產現(xiàn)場進行聯(lián)機統(tǒng)調，使得調試方便、快速、安全，因此大大縮短了設計和投運周期。</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)設計的控制要求，經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;　?。?）對I/O響應時間的選擇</p><p>　　PLC的I/O響應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。對開關量控制的系統(tǒng)，PLC和I/O響應時間一般都能滿足實際工程的要求，可不必考慮I/O響應問題。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>　?。?）對PLC結構形式的選擇</p>

83、<p>　　在相同功能和相同I/O點數(shù)據的情況下，整體式比模塊式價格低。但模塊式具有功能擴展靈活，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的結構形式。</p><p>　　本設計采用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雜邏輯的情況。它采用的是插槽板卡模塊式設計，有完備的

84、模擬量和開關量組合搭配，程序可以直接存在存儲卡中，在生產制造工程中應用非常廣泛。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)根據需要設計成不同的應用，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，且根據信號模板的類型遞增I/○地址。</p><p>　　3.3 S7-300PLC的結構</p><p>

87、;　　PLC實質是一種專用于工業(yè)控制的計算機，其硬件結構基本上與微型計算機相同，基本構成為：</p><p><b>　　（1）. 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載所需的負載工作電源，必須由用戶提供。</p><p>　　（2）. 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；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，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)運算的結果送入I/O映象區(qū)或數(shù)據寄存器內。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)或輸出寄存器內的數(shù)據傳送到相應的輸出裝置，如此循環(huán)運行，直到停止運行。</p><p><b>　　（3）.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>　　存放應用軟件的存儲器稱為用戶程序存儲器。</p><p>　　（4）.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，使用維護及管理方便，并且達到了節(jié)約水資源的目的，具有臥式水泵所不具有的優(yōu)點，可以適應噴泉的噴水要求。</p><p>　　本設計采用上海申一水泵制造有限公司生產的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標準規(guī)定，產品取得全國生產許可證，經過三十

93、多年來不斷的改進和完善，廣泛應用于農業(yè)灌溉、工礦排水、水景噴泉、水產養(yǎng)殖，魚塘增氧、防洪排澇等領域。具有泵電一體，結構緊湊；無需引水、使用簡便；雙端密封、電器保護；設計合理、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值應在5-9之間，因此，很適合用本設計的要求。</p><p>　　第四章 系統(tǒng)的軟件設計</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，噴泉裝置進入準備工作狀態(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，噴泉按照設定的程序開始運行。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>　　可編程控制器的應用軟件是指用戶根據自己的控制要求編寫的用戶程序。由于可編程控制器的應用場合是工業(yè)現(xiàn)場，它的主要用戶是電氣技術人員，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、和易于調試的要求，還要考慮現(xiàn)場電氣技術人員的接受水平和應用習慣。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人員來說，很容易被接受，且不需要學習專門的計算機知識，因此，在PLC應用中，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)和編程的標準軟件包，是SIMATIC工業(yè)軟件的重要組成部分，開發(fā)或設計一個S7-300應用系統(tǒng)，必須基于STEP7軟件包進行組態(tài)和編程。</p><p><b>　　1．STEP7版本</b></p><p>　　STEP7標準軟件包：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標準軟件包組成和功能</p><p>　　STEP7標準軟件包運行在Windows 95/98/2000/NT操作系統(tǒng)下，與Windows的圖形和面向對象的操作原則相匹配，支持自動控制任務創(chuàng)建過程的各個階段。</p><p>　　（1）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，編輯數(shù)據所需要的工具在啟動SIMATIC管理器時自動調入。</p><p>　?。?）符合編輯器：用于定義符合名稱、數(shù)據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)進行硬件配置和參數(shù)賦值。</p><p>　?。?）通信組

101、態(tài)：用于定義經MPI連接的自動化組件之間，使用NETPro時間驅動的周期性數(shù)據傳送，或定義用MPI、PROFIBUS、工業(yè)以太網進行的事件驅動數(shù)據傳送。</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種程序結構：線性編程、分部編程和結構化編程。</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，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、結構最初是PLC模擬繼電器電路的邏輯模型，它具有簡單、直接的結構。</p><p><b>　　2．分部編程</b></p><p>　　分部編程是將一項控制任務分解成若干個獨立的子任務，如一套設備的控制或者一系列相似工作，每個子任務由一個功能FC完成，而這些功能的運行是靠組織塊OB1內的指令來調用的。在進行分部程序設計時，既無數(shù)據交換，也無重復利用的代碼。</

104、p><p><b>　　3．結構化編程</b></p><p>　　結構化編程是指對系統(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)形式提供有關信息，使得結構化程序可以重復利用這些通用的指令模塊。</p><p>　　4.3.3 STEP7的程序結構</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，為了支持結構化程序設計，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用。塊的調用指令終止當前塊（調用塊）的運行，轉而執(zhí)行被調用塊的指令。只有當被調用塊的指令執(zhí)行完畢，原調用塊繼續(xù)執(zhí)行調用指令后的指令。</p><p>　　（1）．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>　?。?）．功能塊FB：功能塊實際上就是通常意義的用戶子程序。</p><p>　?。?）．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)據塊，完成操作后數(shù)據不能保持，因此在調用功能FC后必須立即處理所有的初始值。</p><p>　　4．數(shù)據塊DB：數(shù)據塊用于存儲用戶程序所需要的數(shù)據或變量，是各個邏輯塊之間進行交換、傳遞和共享

107、數(shù)據的重要途徑。</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)據塊SDB：用于存儲CPU操作系統(tǒng)的數(shù)據，它包含系統(tǒng)的設定值，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>　　本設計采用STEP 7軟件進行編寫系統(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；下載和調試用戶程序、啟動、維護、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。當按下系統(tǒng)啟動按鈕后，按相應的花樣選擇開關進行相應的循環(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的存儲區(qū)中的內容發(fā)生相應改變。實際的CPU要等到掃描結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，可以手動復位全部定時器或復位制定的定時器；第六，仿真PLC可以對過程影像存儲器與外設存儲器的處理等。</p&