喷水池

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引言

花式喷水池是近年来出现的一种园林建筑与花式观赏相结合的一种产物。在游人和

居民光顾的场所，如公园、广场、旅游景点及一些知名建筑前，经常会修建一些喷水

池供人们休闲、观赏，这些喷水池按一定的规律改变喷水式样。而且随着可编程控制

器在我国的迅速发展，对花式喷泉的控制要求也越来越高，使得越来越多的控制部分

需要可编程控制器来实现。本文结合任务设计书的要求，以4环花式喷水池为研究对

象，采用了西门子s7-200系列可编程序控制器作为喷水池的控制器。对花式喷水池的

控制系统的总体功能进行了分析，详细介绍了系统的硬件配置、设计方案及软件设计

顺序功能图。本设计改善了喷泉系统的控制品质，并真正地达到了实时控制的要求。

当控制要求发生改变时，只需要改变程序，硬件接线不变或作较小变动即可，方便简

单。而且采用PLC控制时，利用其体积小、功能强、可靠性高，并具有较大的灵活性

和可扩展性的特点，改变控制方式或改变选择开关，即可改变喷水规律，变换出不同

的花样。所以PLC在当前工业控制中得到广泛应用！

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第一章系统描述及控制要求

1.1系统描述

花式喷水池示意图

图a）中4为中间喷水管，3为内环状喷水管，2为中环形状喷水管，1为外环形状

喷水管。图b）中的选择开关可有4种选择，可分别用4个开关模拟实现；单步/连续

开关为“1”=单步，“0”=连续，其他为单一功能开关。

1.2控制要求

控制要求：

（1）控制器电源开关接通后，按下启动按钮，喷水装置即开始工作。按下停止按钮，

则停止喷水。工作方式由“选择开关”和“单步/连续”开关来决定。

（2）“单步/连续”开关在单步位置时，喷水池只运行一个循环；在连续位置时，喷水

池反复循环运行。

（3）方式选择开关用以选择喷水池的喷水花样，1～4号喷水管的工作方式选择如下：

选择开关在位置“1”——按下启动按钮后，4号喷水，延时2s，3号喷水，再延时2s，2

号喷水，再延时2s，1号喷水，接着一起喷水15s为一个循环。

选择开关在位置“2”——按下启动按钮后，1号喷水，延时2s，2号喷水，再延时2s，3

号喷水，再延时2s，4号喷水，接着一起喷水20s为一个循环。

选择开关在位置“3”——按下启动按钮后，1、3号同时喷水，延时3s后，2、4号同时

喷水，1、3号停止喷；交替运行5次后，再1～4号全部喷水30s为一个循环。

选择开关在位置“4”——按下启动按钮后，喷水池1～4号水管的工作顺序为：

1

2

3

4☆

a）花式喷水池喷嘴布局示意图

1

23

4

选择开关

启动停止

单步/连续电源

b）花式喷水池控制开关面板图

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1→2→3→4按顺序延时2s喷水，然后一起喷水30s后，1、2、3和4号水管分别延时2s

停水，再等待1s，由4→3→2→1反序分别延时2s喷水，然后再一起喷水30s为一个循环。

（4）不论在什么工作方式，按下停止按钮，喷水池立即停止工作，所有存储器复位。

1.3PLC选型

本系统采用西门子S7-200系列PLC进行控制。从分析可以知道，系统共有开关量

输入点7个，开关量输出点4个。如果选用CPU226PLC，价格较高，浪费较大。参照

西门子S7-200产品目录及市场实际价格，，主机CPU224.它体积小，重量轻，使用寿命

长，编程和维护方便，故障率低，通过扩展模块的连接，可以增加输入/输出点数。

1.4采用PLC控制花式喷水池的优点

1.从控制方式上看：PLC软接线，只需改变控制程序就可轻易改变逻辑或增加功能.

2.工作方式上看：PLC串行工作，不受约束。

3.控制速度上看：PLC控制速度快，继电器瞬间接触。

4.定时、计数看：PLC时钟精度高，定时范围宽；且有计数功能。

5.可靠、维护看：PLC无触点，寿命长，且具有自我诊断功能，对程序执行监控功能，

现场调试和维修方便。

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第二章控制系统分析

2.1控制系统的I/O点及分配地址

控制系统的输入/输出信号的名称、代码及地址如下表1-1所示：

代码输入/输出名称

SB1I0.0启动按钮

SB2I0.1停止按钮

SB3I0.2单步/连续开关

SB4I0.3选择开关1

SB5I0.4选择开关2

SB6I0.5选择开关3

SB7I0.6选择开关4

KM1Q0.1外环形喷水管1喷水

KM2Q0.2中环形喷水管2喷水

KM3Q0.3内环形喷水管3喷水

KM4Q0.4中间喷水管4喷水

表1-1输入输出信号的名称、代码及地址编号

2.2PLC的外部I/O接线图

依据花式喷水池的控制要求、实际控制需求以及输入/输出变量特点，选用的西门子

,可满足上述控制要求。PLC控制系统外部接线图如图1-1所示：

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2.3控制程序流程图

否否否

是是是是

否

是是

否

图1-2控制程序流程图

开始

选择开关

在位置1

从4到1喷

水各延时2S

1到4共同

喷水15S

连续

结束

位置

2

从1到4喷

水各延时2S

1到4共同

喷水30S

位置

3

位置

4

1、3同时喷

水并延时3S

从1到4喷

水各延时2S

2、4同时喷

水，1、3停

交替

5次

1到4共同

喷水30S

1到4各延

时2S停喷

1到4共同

喷水30S

等待1S

从4到1喷

水各延时2S

1到4共同

喷水30S

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2.4顺序功能图法设计

顺序功能图法简称SFC，根据系统的工作过程中状态的变化，将控制过程划分为若

干阶段即步。在此设计编程中，使用的是SFC编程方法，与传统设计法相比，它只考

虑一个状态，而不用考虑其他的状态，使编程更容易。

因选择开关在位置“3”和“4”时类同于“1、2”，在这不再赘述，只列举1、2来

说明。选择开关在位置“1”和“2”的顺序功能图如下示：

I0.1

I0.0·I0.3I0.0·I0.4

2S

T37T1012S

2S

T38

T1022S

2S

T39

T1032S

2S

T40T1042S

T41·I0.2T41·I0.2T105·I0.2T105·I0.2

图1-3选择开关在位置“1”和“2”的顺序功能图

2.5电气控制系统电路图

电气控制系统电路图包括主电路图、控制电路图。

R0

S0.0

S1.1

S0.2

S0.3

Q0.3T37

Q0.2T38

Q0.1T39

Q0.0T40

S1.0

S0.1

S1.2

S1.3

Q0.0T101

Q0.1T102

Q0.2T103

Q0.3T104

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2.5.1主电路图

如图所示为电气控制主电路。四台控制喷水管的电机分别为M1、M2、M3、M4。

接触器KM1、KM2、KM3、KM4分别控制M1、M2、M3、M4运行。FR1、FR2、FR3、

FR4分别为四台水泵电机过载保护用的热继电器；QS1、QS2、QS3、QS4分别为四台

水泵电机主电路的隔离开关；FU为主电路的熔断器。如图1-4所示；

2.5.2控制电路图

如图所示为电控系统控制电路图。SB1为启动按钮；SB2为停止按钮；SB3、SB4、

SB5、SB6分别为选择开关对应的1、2、3、4位置；系统在PLC程序控制下运行，

Q0.0~Q0.4控制线圈KM1~KM4,得电吸合。如图1-5所示；

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2.6系统程序设计

本系统分为两部分：主程序和子程序。

子程序有四部分。分别表示选择开关在位置1~4时的不同喷水花样。

程序如下：

ORGANIZATION_BLOCKMAIN:OB1

TITLE=PROGRAMCOMMENTS

BEGIN

Network1

LDI0.0

ANI0.1

CALLSBR0

CALLSBR1

CALLSBR2

CALLSBR3

END_ORGANIZATION_BLOCK

SUBROUTINE_BLOCKSBR_0:SBR0

TITLE=SUBROUTINECOMMENTS

BEGIN

Network1//网络标题

//网络注释

LDI0.3

EU

SS0.0,1

Network2

LSCRS0.0

Network3

LDSM0.0

SQ0.3,1

TONT37,20

Network4

LDT37

SCRTS0.1

Network5

SCRE

Network6

LSCRS0.1

Network7

LDSM0.0

SQ0.2,1

RQ0.3,1

TONT38,20

Network8

LDT38

SCRTS0.2

Network9

SCRE

Network10

LSCRS0.2

Network11

LDSM0.0

SQ0.1,1

RQ0.2,1

TONT39,20

Network12

LDT39

SCRTS0.3

Network13

SCRE

Network14

LSCRS0.3

Network15

LDSM0.0

SQ0.0,1

RQ0.1,1

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TONT40,20

Network16

LDT40

SCRTS0.4

Network17

SCRE

Network18

LSCRS0.4

Network19

LDSM0.0

RQ0.0,1

TONT41,10

Network20

LDT41

SCRTS0.5

Network21

SCRE

Network22

LSCRS0.5

Network23

LDSM0.0

SQ0.0,4

TONT42,150

Network24

LDT42

RQ0.0,4

ANI0.2

SCRTS0.0

Network25

SCRE

END_SUBROUTINE_BLOCK

SUBROUTINE_BLOCKSBR_1:SBR1

TITLE=SUBROUTINECOMMENTS

BEGIN

Network1//网络标题

//网络注释

LDI0.4

EU

SS2.0,1

Network2

LSCRS2.0

Network3

LDSM0.0

SQ0.0,1

RQ0.3,1

TONT101,20

Network4

LDT101

SCRTS2.1

Network5

SCRE]

Network6

LSCRS2.1

Network7

LDSM0.0

SQ0.1,1

RQ0.0,1

TONT102,20

Network8

LDT102

SCRTS2.2

Network9

SCRE

Network10

LSCRS2.2

Network11

LDSM0.0

SQ0.2,1

RQ0.1,1

TONT103,20

实用文档

Network12

LDT103

SCRTS2.3

Network13

SCRE

Network14

LSCRS2.3

Network15

LDSM0.0

SQ0.3,1

RQ0.2,1

TONT104,20

Network16

LDT104

SCRTS2.4

Network17

SCRE

Network18

LSCRS2.4

Network19

LDSM0.0

SQ0.0,4

TONT106,300

Network20

LDT106

RQ0.0,4

ANI0.2

SCRTS2.0

Network21//NetworkTitle

SCRE

END_SUBROUTINE_BLOCK

SUBROUTINE_BLOCKSBR_2:SBR2

TITLE=SUBROUTINECOMMENTS

BEGIN

Network1//网络标hy题

//网络注释

LDI0.5

EU

LDI0.5

ANI0.2

EU

OLD

SS1.0,1

Network2

LSCRS1.0

Network3

LDSM0.0

SQ0.0,1

SQ0.2,1

TONT43,30

RQ0.1,1

RQ0.3,1

Network4

LDT43

SCRTS1.1

Network5

SCRE

Network6

//

LSCRS1.1

Network7

LDSM0.0

SQ0.1,1

SQ0.3,1

RQ0.0,1

RQ0.2,1

TONT44,30

Network8

LDT44

SCRTS1.0

实用文档

Network9

SCRE

Network10

LDT44

ED

LDT46

ED

CTUC0,5

Network11

LDC0

AW<>T46,300

TONT46,300

Network12

LDC0

EU

RS1.0,2

SQ0.0,4

Network13

LDT46

RQ0.0,4

Network14

LDNI0.2

AW=T46,300

SS1.0,1

Network22//NetworkTitle

//NetworkComment

END_SUBROUTINE_BLOCK

SUBROUTINE_BLOCKSBR_3:SBR3

TITLE=SUBROUTINECOMMENTS

BEGIN

Network1//网络标题

LDI0.6

EU

SS3.0,1

Network2

LSCRS3.0

Network3

LDSM0.0

SQ0.0,1

TONT47,20

Network4

LDT47

SCRTS3.1

Network5

SCRE

Network6

LSCRS3.1

Network7

LDSM0.0

SQ0.1,1

RQ0.0,1

TONT48,20

Network8

LDT48

SCRTS3.2

Network9

SCRE

Network10

LSCRS3.2

Network11

LDSM0.0

SQ0.2,1

RQ0.1,1

TONT49,20

Network12

LDT49

SCRTS3.3

Network13

SCRE

Network14

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LSCRS3.3

Network15

LDSM0.0

SQ0.3,1

RQ0.2,1

TONT50,20

Network16

LDT50

SCRTS3.4

Network17

SCRE

Network18

LSCRS3.4

Network19

LDSM0.0

SQ0.0,4

TONT51,300

Network20

LDT51

SCRTS3.5

Network21

SCRE

Network22

LSCRS3.5

Network23

LDSM0.0

RQ0.0,1

TONT52,20

Network24

LDT52

SCRTS3.6

Network25

SCRE

Network26

LSCRS3.6

Network27

LDSM0.0

RQ0.1,1

TONT53,20

Network28

LDT53

SCRTS3.7

Network29

SCRE

Network30

LSCRS3.7

Network31

LDSM0.0

RQ0.2,1

TONT54,20

Network32

LDT54

SCRTS4.0

Network33

SCRE

Network34

LSCRS4.0

Network35

LDSM0.0

RQ0.3,1

TONT55,20

Network36

LDT55

SCRTS4.1

Network37

SCRE

Network38

LSCRS4.1

Network39

LDSM0.0

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TONT56,10

Network40

LDT56

SCRTS4.2

Network41

SCRE

Network42

LSCRS4.2

Network43

LDSM0.0

SQ0.3,1

TONT57,20

Network44

LDT57

SCRTS4.3

Network45

SCRE

Network46

LSCRS4.3

Network47

LDSM0.0

SQ0.2,1

RQ0.3,1

TONT58,20

Network48

LDT58

SCRTS4.4

Network49

SCRE

Network50

LSCRS4.4

Network51

LDSM0.0

SQ0.1,1

RQ0.2,1

TONT59,20

Network52

LDT59

SCRTS4.5

Network53

SCRE

Network54

LSCRS4.5

Network55

LDSM0.0

SQ0.0,1

RQ0.1,1

TONT60,20

Network56

LDT60

SCRTS4.6

Network57

SCRE

Network58

LSCRS4.6

Network59

LDSM0.0

SQ0.0,4

TONT61,300

Network60

LDT61

RQ0.0,4

ANI0.2

SCRTS3.0

Network61

SCREy

Network62//NetworkTitle

END_SUBROUTINE_BLOCK

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第三章设计的心得体会

经过这些天的苦苦奋斗，终于把设计完成了。在整个过程中，学会了如何去查询、收

集整理资料；这个设计最主要的是程序的设计和调试，特别是调试过程，好多错误以前都

没见过，通过查阅资料、询问同学等最终解决了问题。因为程序中用到的子程序的调用，

刚开始时一直出现调试失败，后来经过仔细检查，发现子程序中出现了相互转换，最终找

到问题并解决了。在画顺控图和流程图时，也费了一番周折。在主电路和控制电路中，更

加熟悉了PCschematic和CAD的用法，对于图形至少修改了三遍才感到满意。还有文档的

格式排版，自动生成目录等，可以说，从功能的实现到流程图的绘制，从程序的编写到程

序的调试，从程序的调试到实验报告都凝聚着我的心血和汗水，但我感到和欣慰，因为毕

竟经过自己的苦苦努力终于形成了一点小成果！

在此设计中，学到了很多知识，不仅对于技术有了更深入的学习，而且对于一个项目

的完成的工作时序也有了一定的了解。通过这次课程设计使我懂得了理论与实际相结合是

很重要的，只有理论知识是远远不够的，只有把所学的理论知识与实践相结合起来，从理

论中得出结论，才能真正为社会服务，从而提高自己的实际动手能力和独立思考的能力。

这次课程设计终于顺利完成了，在设计中遇到了些问题，最后在肖老师和朱振学长的

辛勤指导下终于解决了。同时，在肖老师的身上我学得到很多实用的知识，在次我表示感

谢！同时，对给过我帮助的所有同学和指导老师再次表示忠心的感谢！

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参考文献

【1】孙德胜等.PLC操作实训（三菱)[M].北京：机械工业出版社，2007.

【2】张扬等.S7-200PLC原理与应用系统设计[M].北京：机械工业出版社，2007.

【3】张万忠等.电器与PLC控制技术(第二版）[M]：北京：化学工业出版社，2007.

【4】吴明亮蔡文忠主编《可编程控制器实训教程》[M]化学工业出版社2005年

【5】贾德胜等主编《PLC应用开发实用子程序》[M]人民邮电出版社2006年