基于定時器和可編程序控制器設計的噴泉控制系統

李 航

遼寧軌道交通職業學院 沈陽 110023

1 設計背景

近年來,可編程序控制器被廣泛應用于工業、教育、城市建設等諸多領域。以西門子S7-200系列為代表的可編程序控制器,具有豐富、強大的功能,并且有使用靈活、可靠性高、工作穩定等優點[1-4]。將S7-200可編程序控制器應用于噴泉控制系統的設計中,既可以保證噴泉的控制要求,又可以使系統穩定、可靠運行。筆者基于定時器和可編程序控制器設計了噴泉控制系統,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,設計了時序圖和順序功能圖,并以定時器為主體編寫了梯形圖,最后完成運行調試,實現了噴泉的自動控制,達到了預期的效果。

2 控制要求

一個噴泉池中有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

噴泉控制系統的控制要求如下:

(1) 按下啟動按鈕,系統開始工作;

(2) 噴頭A噴水5 s;

(3) 噴頭B和噴頭C同時噴水8 s;

(4) 噴頭B繼續噴水4 s;

(5) 噴頭A和噴頭C同時噴水5 s;

(6) 噴頭A、噴頭B和噴頭C同時噴水8 s;

(7) 所有噴頭停止噴水1 s;

(8) 重復(2)～(7);

(9) 按下停止按鈕,系統停止工作。

3 輸入輸出地址分配

噴泉控制系統以S7-200可編程序控制器為控制芯片,硬件資源能夠達到系統設計的要求[5-6]。根據噴泉控制系統的控制要求,需要一個啟動按鈕,用于啟動系統工作。根據噴泉控制系統的控制要求,還需要一個停止按鈕,用于停止系統工作。噴泉控制系統的輸入地址分配見表1。

表1 噴泉控制系統輸入地址分配

按照噴泉控制系統的實際需求,共需要三個輸出端口,分別控制噴頭A、噴頭B和噴頭C。噴泉控制系統的輸出地址分配見表2。

表2 噴泉控制系統輸出地址分配

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定工作。

兩個常開按鈕SB1、SB2分別作為啟動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,從而實現對噴頭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]。

噴泉控制系統硬件接線如圖2所示。

圖2 噴泉控制系統硬件接線

5 時序圖

噴泉控制系統在第一個周期時間內完成噴頭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。噴泉控制系統時序圖如圖3所示。

圖3 噴泉控制系統時序圖

6 順序功能圖

噴泉控制系統需要完成三種噴頭六種樣式控制,每種樣式都需要持續一段時間。對于可編程序控制器而言,采用定時器來控制時間。由此,需要六個時間繼電器來控制六種樣式。噴泉控制系統順序功能圖如圖4所示。

圖4 噴泉控制系統順序功能圖

使用一個中間繼電器M0.0來表示噴泉控制系統是否工作,如果按下啟動按鈕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。六個定時器T37、T38、T39、T40、T41、T42最為關鍵的作用是控制噴泉六種樣式的噴射時間,按下啟動按鈕后開始定時工作,依次在工作5 s、13 s、17 s、22 s、30 s、31 s后狀態位置位。通過六個定時器的觸點來實現5 s、8 s、4 s、5 s、8 s、1 s的時間控制。

7 梯形圖

噴泉控制系統的梯形圖以定時器為主體,以定時器的觸點控制輸出繼電器[10-11]。按下啟動按鈕,噴泉控制系統開始工作。按下停止按鈕,噴泉控制系統停止工作。噴泉控制系統啟動和停止梯形圖如圖5所示。

圖5 噴泉控制系統啟動和停止梯形圖

在輸出網絡中,應用定時器相應的觸點來控制輸出繼電器是否得電,采用定時器T42常閉觸點來實現系統的循環控制。噴泉控制系統定時器梯形圖如圖6所示,TON表示接通延時,IN為使能輸入端,PT表示預設值。

圖6 噴泉控制系統定時器梯形圖

噴頭A、噴頭B、噴頭C在六種樣式的循環工作過程中不單單是噴一次,為了防止輸出端重復輸出,輸出控制中采用并聯方式進行處理。在六種樣式的噴射中,噴頭A工作了三次,時間依次為5 s、5 s、8 s,考慮到后面的5 s和8 s是兩個連續的工作過程,可以進行合并,因此輸出端Q0.0由兩個支路并聯而成。一個是定時器T37的常閉觸點,保證噴射時間5 s。另一個是定時器T39的常開觸點和定時器T41的常閉觸點串聯,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,時間依次為8 s、4 s、8 s,考慮到前面的8 s和4 s是兩個連續的工作過程,可以進行合并,因此輸出端Q0.1由兩個支路并聯而成。一個是定時器T37的常開觸點和定時器T39的常閉觸點串聯,保證先噴射8 s后再噴射4 s。另一個是定時器T40的常開觸點和定時器T41的常閉觸點串聯,保證噴射時間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,時間依次為8 s、5 s、8 s,考慮到后面的5 s和8 s是兩個連續的工作過程,可以進行合并,因此輸出端Q0.2由兩個支路并聯而成。一個是定時器T37的常開觸點和定時器T38的常閉觸點串聯,保證噴射時間8 s。另一個是定時器T39的常開觸點和定時器T41的常閉觸點串聯,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,定時器T42與噴泉停止關系密切,切勿出現在輸出控制網絡中,否則會造成時序混亂。噴泉控制系統輸出控制梯形圖如圖7所示。

圖7 噴泉控制系統輸出控制梯形圖

8 結束語

筆者基于定時器和可編程序控制器設計了噴泉控制系統,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上,正確分配了可編程

序控制器的輸入輸出地址,進行了硬件接線,設計了時序圖和順序功能圖后,編寫了梯形圖程序。經過運行調試,成功地實現了噴泉控制系統的功能。這一系統能夠可靠、穩定工作,具有一定的現實意義。