基于定時(shí)器和可編程序控制器設(shè)計(jì)的噴泉控制系統(tǒng)

李 航

遼寧軌道交通職業(yè)學(xué)院 沈陽(yáng) 110023

1 設(shè)計(jì)背景

近年來(lái),可編程序控制器被廣泛應(yīng)用于工業(yè)、教育、城市建設(shè)等諸多領(lǐng)域。以西門子S7-200系列為代表的可編程序控制器,具有豐富、強(qiáng)大的功能,并且有使用靈活、可靠性高、工作穩(wěn)定等優(yōu)點(diǎn)[1-4]。將S7-200可編程序控制器應(yīng)用于噴泉控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)中,既可以保證噴泉的控制要求,又可以使系統(tǒng)穩(wěn)定、可靠運(yùn)行。筆者基于定時(shí)器和可編程序控制器設(shè)計(jì)了噴泉控制系統(tǒng),以S7-200可編程序控制器為核心,在分析噴泉控制要求的基礎(chǔ)上,分配了可編程序控制器的輸入、輸出地址,完成了硬件接線,設(shè)計(jì)了時(shí)序圖和順序功能圖,并以定時(shí)器為主體編寫了梯形圖,最后完成運(yùn)行調(diào)試,實(shí)現(xiàn)了噴泉的自動(dòng)控制,達(dá)到了預(yù)期的效果。

2 控制要求

一個(gè)噴泉池中有A、B、C三種噴頭,如圖1所示。其中,噴頭A在最內(nèi)層,噴頭B在中間層,噴頭C在最外層。

圖1 噴泉池

噴泉控制系統(tǒng)的控制要求如下:

(1) 按下啟動(dòng)按鈕,系統(tǒng)開(kāi)始工作;

(2) 噴頭A噴水5 s;

(3) 噴頭B和噴頭C同時(shí)噴水8 s;

(4) 噴頭B繼續(xù)噴水4 s;

(5) 噴頭A和噴頭C同時(shí)噴水5 s;

(6) 噴頭A、噴頭B和噴頭C同時(shí)噴水8 s;

(7) 所有噴頭停止噴水1 s;

(8) 重復(fù)(2)～(7);

(9) 按下停止按鈕,系統(tǒng)停止工作。

3 輸入輸出地址分配

噴泉控制系統(tǒng)以S7-200可編程序控制器為控制芯片,硬件資源能夠達(dá)到系統(tǒng)設(shè)計(jì)的要求[5-6]。根據(jù)噴泉控制系統(tǒng)的控制要求,需要一個(gè)啟動(dòng)按鈕,用于啟動(dòng)系統(tǒng)工作。根據(jù)噴泉控制系統(tǒng)的控制要求,還需要一個(gè)停止按鈕,用于停止系統(tǒng)工作。噴泉控制系統(tǒng)的輸入地址分配見(jiàn)表1。

表1 噴泉控制系統(tǒng)輸入地址分配

按照噴泉控制系統(tǒng)的實(shí)際需求,共需要三個(gè)輸出端口,分別控制噴頭A、噴頭B和噴頭C。噴泉控制系統(tǒng)的輸出地址分配見(jiàn)表2。

表2 噴泉控制系統(tǒng)輸出地址分配

4 硬件接線

可編程序控制器的電源接220 V交流電,輸出端L接相線,N接中性線,保證可編程序控制器穩(wěn)定工作。

兩個(gè)常開(kāi)按鈕SB1、SB2分別作為啟動(dòng)按鈕和停止按鈕連接可編程序控制器的I0.0和I0.1,將SB1和SB2的一端連接輸入端L+,將輸入端的1M和M短接接地,這樣可以保證輸入端的正常供電[7-8]。Q0.0、Q0.1、Q0.2三個(gè)輸出端依次連接控制噴頭A、噴頭B、噴頭C的電磁閥YV1、YV2、YV3,從而實(shí)現(xiàn)對(duì)噴頭A、噴頭B、噴頭C控制。需要將輸出端的1L和L短接,從而保證輸出端的可靠供電[9]。

噴泉控制系統(tǒng)硬件接線如圖2所示。

圖2 噴泉控制系統(tǒng)硬件接線

5 時(shí)序圖

噴泉控制系統(tǒng)在第一個(gè)周期時(shí)間內(nèi)完成噴頭A、噴頭B、噴頭C六種樣式控制。噴頭A為噴5 s,停12 s,噴13 s,停1 s。噴頭B為停5 s,噴12 s,停5 s,噴8 s,停1 s。噴頭C為停5 s,噴8 s,停4 s,噴13 s,停1 s。噴泉控制系統(tǒng)時(shí)序圖如圖3所示。

圖3 噴泉控制系統(tǒng)時(shí)序圖

6 順序功能圖

噴泉控制系統(tǒng)需要完成三種噴頭六種樣式控制,每種樣式都需要持續(xù)一段時(shí)間。對(duì)于可編程序控制器而言,采用定時(shí)器來(lái)控制時(shí)間。由此,需要六個(gè)時(shí)間繼電器來(lái)控制六種樣式。噴泉控制系統(tǒng)順序功能圖如圖4所示。

圖4 噴泉控制系統(tǒng)順序功能圖

使用一個(gè)中間繼電器M0.0來(lái)表示噴泉控制系統(tǒng)是否工作,如果按下啟動(dòng)按鈕SB1,接通輸入端I0.0,那么中間繼電器M0.0得電,否則中間繼電器M0.0失電。六個(gè)定時(shí)器T37、T38、T39、T40、T41、T42最為關(guān)鍵的作用是控制噴泉六種樣式的噴射時(shí)間,按下啟動(dòng)按鈕后開(kāi)始定時(shí)工作,依次在工作5 s、13 s、17 s、22 s、30 s、31 s后狀態(tài)位置位。通過(guò)六個(gè)定時(shí)器的觸點(diǎn)來(lái)實(shí)現(xiàn)5 s、8 s、4 s、5 s、8 s、1 s的時(shí)間控制。

7 梯形圖

噴泉控制系統(tǒng)的梯形圖以定時(shí)器為主體,以定時(shí)器的觸點(diǎn)控制輸出繼電器[10-11]。按下啟動(dòng)按鈕,噴泉控制系統(tǒng)開(kāi)始工作。按下停止按鈕,噴泉控制系統(tǒng)停止工作。噴泉控制系統(tǒng)啟動(dòng)和停止梯形圖如圖5所示。

圖5 噴泉控制系統(tǒng)啟動(dòng)和停止梯形圖

在輸出網(wǎng)絡(luò)中,應(yīng)用定時(shí)器相應(yīng)的觸點(diǎn)來(lái)控制輸出繼電器是否得電,采用定時(shí)器T42常閉觸點(diǎn)來(lái)實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的循環(huán)控制。噴泉控制系統(tǒng)定時(shí)器梯形圖如圖6所示,TON表示接通延時(shí),IN為使能輸入端,PT表示預(yù)設(shè)值。

圖6 噴泉控制系統(tǒng)定時(shí)器梯形圖

噴頭A、噴頭B、噴頭C在六種樣式的循環(huán)工作過(guò)程中不單單是噴一次,為了防止輸出端重復(fù)輸出,輸出控制中采用并聯(lián)方式進(jìn)行處理。在六種樣式的噴射中,噴頭A工作了三次,時(shí)間依次為5 s、5 s、8 s,考慮到后面的5 s和8 s是兩個(gè)連續(xù)的工作過(guò)程,可以進(jìn)行合并,因此輸出端Q0.0由兩個(gè)支路并聯(lián)而成。一個(gè)是定時(shí)器T37的常閉觸點(diǎn),保證噴射時(shí)間5 s。另一個(gè)是定時(shí)器T39的常開(kāi)觸點(diǎn)和定時(shí)器T41的常閉觸點(diǎn)串聯(lián),保證先噴射5 s后再噴射8 s。這樣能夠保證輸出端Q0.0正常輸出。噴頭B工作了三次,時(shí)間依次為8 s、4 s、8 s,考慮到前面的8 s和4 s是兩個(gè)連續(xù)的工作過(guò)程,可以進(jìn)行合并,因此輸出端Q0.1由兩個(gè)支路并聯(lián)而成。一個(gè)是定時(shí)器T37的常開(kāi)觸點(diǎn)和定時(shí)器T39的常閉觸點(diǎn)串聯(lián),保證先噴射8 s后再噴射4 s。另一個(gè)是定時(shí)器T40的常開(kāi)觸點(diǎn)和定時(shí)器T41的常閉觸點(diǎn)串聯(lián),保證噴射時(shí)間8 s。這樣能夠保證輸出端Q0.1正常輸出。噴頭C工作了三次,時(shí)間依次為8 s、5 s、8 s,考慮到后面的5 s和8 s是兩個(gè)連續(xù)的工作過(guò)程,可以進(jìn)行合并,因此輸出端Q0.2由兩個(gè)支路并聯(lián)而成。一個(gè)是定時(shí)器T37的常開(kāi)觸點(diǎn)和定時(shí)器T38的常閉觸點(diǎn)串聯(lián),保證噴射時(shí)間8 s。另一個(gè)是定時(shí)器T39的常開(kāi)觸點(diǎn)和定時(shí)器T41的常閉觸點(diǎn)串聯(lián),保證先噴射5 s后再噴射8 s。這樣能夠保證輸出端Q0.2正常輸出。特別需要注意的是,定時(shí)器T42與噴泉停止關(guān)系密切,切勿出現(xiàn)在輸出控制網(wǎng)絡(luò)中,否則會(huì)造成時(shí)序混亂。噴泉控制系統(tǒng)輸出控制梯形圖如圖7所示。

圖7 噴泉控制系統(tǒng)輸出控制梯形圖

8 結(jié)束語(yǔ)

筆者基于定時(shí)器和可編程序控制器設(shè)計(jì)了噴泉控制系統(tǒng),以S7-200可編程序控制器為控制芯片,在分析噴泉控制要求的基礎(chǔ)上,正確分配了可編程

序控制器的輸入輸出地址,進(jìn)行了硬件接線,設(shè)計(jì)了時(shí)序圖和順序功能圖后,編寫了梯形圖程序。經(jīng)過(guò)運(yùn)行調(diào)試,成功地實(shí)現(xiàn)了噴泉控制系統(tǒng)的功能。這一系統(tǒng)能夠可靠、穩(wěn)定工作,具有一定的現(xiàn)實(shí)意義。