基于定时器和可编程序控制器设计的喷泉控制系统

2021-07-05李航

上海电气技术 2021年2期

李航

辽宁轨道交通职业学院沈阳 110023

1 设计背景

近年来,可编程序控制器被广泛应用于工业、教育、城市建设等诸多领域。以西门子S7-200系列为代表的可编程序控制器,具有丰富、强大的功能,并且有使用灵活、可靠性高、工作稳定等优点[1-4]。将S7-200可编程序控制器应用于喷泉控制系统的设计中,既可以保证喷泉的控制要求,又可以使系统稳定、可靠运行。笔者基于定时器和可编程序控制器设计了喷泉控制系统,以S7-200可编程序控制器为核心,在分析喷泉控制要求的基础上,分配了可编程序控制器的输入、输出地址,完成了硬件接线,设计了时序图和顺序功能图,并以定时器为主体编写了梯形图,最后完成运行调试,实现了喷泉的自动控制,达到了预期的效果。

2 控制要求

一个喷泉池中有A、B、C三种喷头,如图1所示。其中,喷头A在最内层,喷头B在中间层,喷头C在最外层。

图1 喷泉池

喷泉控制系统的控制要求如下:

(1) 按下启动按钮,系统开始工作;

(2) 喷头A喷水5 s;

(3) 喷头B和喷头C同时喷水8 s;

(4) 喷头B继续喷水4 s;

(5) 喷头A和喷头C同时喷水5 s;

(6) 喷头A、喷头B和喷头C同时喷水8 s;

(7) 所有喷头停止喷水1 s;

(8) 重复(2)～(7);

(9) 按下停止按钮,系统停止工作。

3 输入输出地址分配

喷泉控制系统以S7-200可编程序控制器为控制芯片,硬件资源能够达到系统设计的要求[5-6]。根据喷泉控制系统的控制要求,需要一个启动按钮,用于启动系统工作。根据喷泉控制系统的控制要求,还需要一个停止按钮,用于停止系统工作。喷泉控制系统的输入地址分配见表1。

表1 喷泉控制系统输入地址分配

按照喷泉控制系统的实际需求,共需要三个输出端口,分别控制喷头A、喷头B和喷头C。喷泉控制系统的输出地址分配见表2。

表2 喷泉控制系统输出地址分配

4 硬件接线

可编程序控制器的电源接220 V交流电,输出端L接相线,N接中性线,保证可编程序控制器稳定工作。

两个常开按钮SB1、SB2分别作为启动按钮和停止按钮连接可编程序控制器的I0.0和I0.1,将SB1和SB2的一端连接输入端L+,将输入端的1M和M短接接地,这样可以保证输入端的正常供电[7-8]。Q0.0、Q0.1、Q0.2三个输出端依次连接控制喷头A、喷头B、喷头C的电磁阀YV1、YV2、YV3,从而实现对喷头A、喷头B、喷头C控制。需要将输出端的1L和L短接,从而保证输出端的可靠供电[9]。

喷泉控制系统硬件接线如图2所示。

图2 喷泉控制系统硬件接线

5 时序图

喷泉控制系统在第一个周期时间内完成喷头A、喷头B、喷头C六种样式控制。喷头A为喷5 s,停12 s,喷13 s,停1 s。喷头B为停5 s,喷12 s,停5 s,喷8 s,停1 s。喷头C为停5 s,喷8 s,停4 s,喷13 s,停1 s。喷泉控制系统时序图如图3所示。

图3 喷泉控制系统时序图

6 顺序功能图

喷泉控制系统需要完成三种喷头六种样式控制,每种样式都需要持续一段时间。对于可编程序控制器而言,采用定时器来控制时间。由此,需要六个时间继电器来控制六种样式。喷泉控制系统顺序功能图如图4所示。

图4 喷泉控制系统顺序功能图

使用一个中间继电器M0.0来表示喷泉控制系统是否工作,如果按下启动按钮SB1,接通输入端I0.0,那么中间继电器M0.0得电,否则中间继电器M0.0失电。六个定时器T37、T38、T39、T40、T41、T42最为关键的作用是控制喷泉六种样式的喷射时间,按下启动按钮后开始定时工作,依次在工作5 s、13 s、17 s、22 s、30 s、31 s后状态位置位。通过六个定时器的触点来实现5 s、8 s、4 s、5 s、8 s、1 s的时间控制。

7 梯形图

喷泉控制系统的梯形图以定时器为主体,以定时器的触点控制输出继电器[10-11]。按下启动按钮,喷泉控制系统开始工作。按下停止按钮,喷泉控制系统停止工作。喷泉控制系统启动和停止梯形图如图5所示。

图5 喷泉控制系统启动和停止梯形图

在输出网络中,应用定时器相应的触点来控制输出继电器是否得电,采用定时器T42常闭触点来实现系统的循环控制。喷泉控制系统定时器梯形图如图6所示,TON表示接通延时,IN为使能输入端,PT表示预设值。

图6 喷泉控制系统定时器梯形图

喷头A、喷头B、喷头C在六种样式的循环工作过程中不单单是喷一次,为了防止输出端重复输出,输出控制中采用并联方式进行处理。在六种样式的喷射中,喷头A工作了三次,时间依次为5 s、5 s、8 s,考虑到后面的5 s和8 s是两个连续的工作过程,可以进行合并,因此输出端Q0.0由两个支路并联而成。一个是定时器T37的常闭触点,保证喷射时间5 s。另一个是定时器T39的常开触点和定时器T41的常闭触点串联,保证先喷射5 s后再喷射8 s。这样能够保证输出端Q0.0正常输出。喷头B工作了三次,时间依次为8 s、4 s、8 s,考虑到前面的8 s和4 s是两个连续的工作过程,可以进行合并,因此输出端Q0.1由两个支路并联而成。一个是定时器T37的常开触点和定时器T39的常闭触点串联,保证先喷射8 s后再喷射4 s。另一个是定时器T40的常开触点和定时器T41的常闭触点串联,保证喷射时间8 s。这样能够保证输出端Q0.1正常输出。喷头C工作了三次,时间依次为8 s、5 s、8 s,考虑到后面的5 s和8 s是两个连续的工作过程,可以进行合并,因此输出端Q0.2由两个支路并联而成。一个是定时器T37的常开触点和定时器T38的常闭触点串联,保证喷射时间8 s。另一个是定时器T39的常开触点和定时器T41的常闭触点串联,保证先喷射5 s后再喷射8 s。这样能够保证输出端Q0.2正常输出。特别需要注意的是,定时器T42与喷泉停止关系密切,切勿出现在输出控制网络中,否则会造成时序混乱。喷泉控制系统输出控制梯形图如图7所示。