基于PLC的喷泉控制.docx
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基于PLC的喷泉控制
基于PLC的喷泉控制
可编程序控制器（ProgrammableLogicController）简称PLC,是一种以撤处理器为基础、带有指令存齢器和输人输岀接口、综合了愧电子技术、计算机技术、自动控制技术、通信技术的新一代工业控制装置。
它能够存储和执行指令,»17位置控制、逆辑控制、顺序腔制、定时、itfifll算术运算等操作，并通il数字式和模拥式的输人和输岀，腔制各种类型的机械或生产il程。
PLC是电子技术、it算机技术与继电器遐辑自动腔制系貌相结合的产物。
它不仅充分发挥了计算机的优点，以满足各种工业生产过程自动控制的需要，同时Q照顾一般电气操作人员的技术水平和习愦，呆用梯形图或状态流程图等编辑方式，使PLC的使用始终保持大众化的特点。
PLC可以用于单台机电设备的控制,也可以用干生产流水线的控制。
使用者可根据生产过程和工艺要求编制腔制程序。
程序运行后，PLC就根折现场输人信号（按01、行程开关、接近开关或其他传感信号）按照预先编人的程序对执行机枸（如电随碉、电动机等）的动作进行腔制。
关谜词；PLC,喷泉，控制系筑
Abstract:
PLC（ProgrammableLogicController）referredtoasPLC,isamicroprocessor-based,withinstructionmemoryandinput-outputinterface,abinationofmicro-electronictechnology,putertechnology,automaticcontroltechnology,municationtechnologyanewgenerationofindustrialcontroldevices.Itcanstoreandexecution,carriedoutthelocationofcontrol,logiccontrol,sequentialcontrol,timing,countingandarithmeticoperationsandotheroperationsand,throughdigitalandanaloginputandoutput,controlofvarioustypesofmachineryorproductionprocess.
PLCiselectronictechnology,putertechnologyandautomaticcontrolsystemoftherelaylogicproductofthebination.Itnotonlygivefullplaytotheadvantagesoftheputerinordertomeetavarietyofindustrialprocessautomationneeds,whileatthesametimetakecareofGeneralElectricoperatorskilllevelsandhabits,usingladderorastateofflowcharteditor,etc.,soastoenabletheuseofPLChasalwaysbeenmaintainthepopularfeatures.
PLCcanbeusedforasinglecontrolelectricalandmechanicalequipment,productionlinescanalsobeusedtocontrol.Userscanprocessinaccordancewithrequirementsoftheproductionprocessandthepreparationofcontrolprocedures.Aftertheprogramisrunning,PLCinaccordancewiththesceneontheinputsignal（button,tripswitches,proximityswitchesorothersensingsignal）inaccordancewiththeproceduresinadvanceintotheexecutingagencies（suchassolenoidvalves,motors,etc.）tocontroltheaction.
keyword：
PLC,eruptivefountain,controlsystem
摘要1
第一章任务书5
第二章PLC简介7
2.1PLC的应用领域7
2.2PLC的应用特点9
第三章花样喷泉设计方案11
3.1腔制要求分折11
3.1.1喷泉灯工作时序图11
3.1.2控翎系统流程图12
3.2控翎系统硬件设廿12
3.2.1硬件配置及说明12
3.2.3I/O分配地址13
324其他分配地址13
3.2.5程序设廿13
第El章应用軟件安装15
4.1安装S7-200设备指南15
第五章设it心得员参考文献16
第一章（任务书）
在游人和居民经常光顾的场所，如公园、广场、族游景点及一些知名建筑前,经常会修建一些喷泉佻人们休闲、观贯。
这些喷泉按一定的规律改变喷水式样，如果再与五顾兀色的灯光相配合，在和和谐优雅的音乐中,更使人心旷神恰，流连忘通。
本人设计的是如何利用PLC控制喷泉喷水方式，产生各样的样式。
一喷泉模型
喷泉模型是一种以用户需求为动力，以对象为驱动的模塑，主要用干采用对象技术的軟件开发顶目。
该模塑认为軟件开发il程自下而上周期的各阶段是相互迭代和无间隙的特性。
软件的某个部分常常被重复工作名次，相关对象在每次迭代中I®之加人満进的軟件成分。
无同隙牯在各顶活动之同无明显ill界，如分桥和设it活动之间没有明显的界限，由于对象撕念的引人，表这分析、设廿、实现等活动只用对象类和关系，从而可以较为容易地实现活动的选代和无同隙，使其开发自然地0ISS用。
喷泉模型不像瀑布模型那样,需要分桥活动结東后才开始设廿活动，设廿活动结東后才开始编码活动。
该模塑的各个阶段没有明显的界限，开发人员可以同步进行开发。
其优戊是可以提高软件项目开发效率，节省开发时同，适应干面向湘象的軟件开发il程。
由于喷泉模塑在各个开发阶段是重叠的，因此在开发il程中需要大量的开发人员，因此不利于顶目的管理。
此外迪种模里要求严梢管理文档，使得审核的难度加大，尤其是面对可能ffiWJJD人各种信息、需求与资料的悄况。
二花样控制的几种模
近年，喷泉模式水景花样不断翻新，下面我们向读者介鉛几种比较新颖的喷泉模式。
腿泉：
廿算机控制数百个喷泉点，随音乐的旋律超高速88动，或瞬间形成排山倒海之势,或形成呃转起伏渋浪式，或组成其它的水景，科礼景点的壮观与活力。
尤适合于江、河、湖、海及广场等宽I询的地点。
层流喷泉：
采用特殊层流喷头，将水ttU-S连续喷向固定的另一常，中途水流不会扩散，不会馥落。
白天看去，就像透明的玻Jlffttt悬挂在天空，夜晚在灯光照射下，尤血雨后的彩*1,色彩用媚。
适用于各种场合与其它喷泉相组合。
凤现泉：
一段水柱从一个水池跣趺到另一个水池，可随意启动,当水柱在数个水池之间穿梭跣趺时即梅成展跣喷泉的特殊悄趣。
呱泉：
有密集的水柱排列成坡型，当游人通il话筒时，实时声控系筑控制水柱的开习停,从而显示所呱容，趣味性很強，适用于公园、族游景自等，具有极佳的营业性能。
时钟鹹泉：
用许名水柱组成数码直阵，I®时反映日期、小时、分押及枚的运行变化，构成迪特趣味
激光喷泉：
配合大型音乐喷泉设置一排水需，用激光成像系貌在水幕上打岀色彩斑爛的冏形、文字或广告，即道染美化了空间Q起到宣传、广告的效果。
水幕电影:
水幕电影是通11高压水泵和特制水幕发生器，將水自上而下，高速喷岀。
雾化后形成扇形“银幕”，有专用放映机将特制的录黔带投射在“银幕”上,形成水幕电影，当观众在观摩电影时，好做人物腾起飞向天空或自天而降，产生一种虛无嫖缈和妙幺1的感觉，令人神往。
第二章PLC简介
1PLC定义：
PLCHP可编程控胃器（ProgrammablelogicController,是算机技术为基础的新型工业控制装置。
在1987年国际电工委员会（InternationalElectricalmittee）颁布的PLC标准草案中对PLC做了如下定义：
PLC英文全称ProgrammableLogicController，中文全称为可编程逆辑控斟器，定义是:
一种数字运算操作的电子系统，专为在工业坏境应用而设廿的。
它釆用一类可编程的存储器，用于其部存棒程序，执行廻辑运算，噸序控制，定时，廿数与算术操作等面向用户的指令，并通11数字或模式输人/输岀控翎各种类塑的机械或生产过程.PLC是可编程逆辑电路,也是一种和硕件结合很紧密的培言,在半导休方面有很重要的应用，可以说有半导体的地方就有PLC
PLC是一种专门为在工业坏境下应用而设廿的数字运算操作的电子装置。
它果用可以编制程序的存储器，用来在其部存齡执行週辑运算、顺序运算、计时、it数和算术运算等操作的指令，并能通过数字式或模81武的输入和输出，控制各种类型的机械或生产il程oPLCK其有关的外围设备都应该按易于与工业腔制系貌形成一个整体，易于扩展其助能的原则而设廿。
国际电工委员会（IEC）在其标准中将PLC定义为:
可程式遐辑腔制器是一种数位运算操作的电子系貌，专为在工业坏境应用而设it的。
它果用一类可编程的存储器，用于其部存储程序，执行逆辑运算、顺序控制、定时、廿数与算术操作等
面向用户的荷令，并通11数字或模拥式输入/输岀控制各种类型的机械或生产过程。
可程式逆辑控制器及
其有关外部设备，都按易于与工业控制系统朕成一个整体，易干扩充其功能的原则设计。
」
2.1PLC的应用領域
目前，PLC在国外巳广泛应用于钢鉄、石油、化工、电力、建林、机械制造、汽车、轻纺、交通运输、坏保及文化娱乐等各个行业，使用悄况大致可旧纳为如下几类。
2.1.1ff关量的也辑控胃
这是PLC最基本、最广泛的应用领域，它取代传统的掘电器电胳，实现逻辑腔制、噸序控制，既可用于单台设备的控師，也可用干多机祥腔员自动化流水线。
如注塑机、ED刷机、订书机械、组合机床、磨床、包装生产线、电镀流水线等。
2.1.2模撕量控匍
在工业生产il程当中，有许多连续变化的量，如温度、压力、流量、液位和速度等都是模拥量。
为了使可编程控制器处理模量，必须实现模量（Analog）和数字量（Digital）之间的A/D转换及D/A转换。
PLC厂家協生产配套的A/D和
D/A转換模快，使可编程控斟器用于模抵量控JL
2.1.3运动控匍
PLC可以用于冏周运动或直线运动的控樹。
从腔制机构配置来说，早期直接用于开关量I/O模块连接位置传感器和执行机构，现在一般使用专用的运动控制模快。
如可驱动步进电机或何服电机的单轴或?
«E置控胃模決。
世界上各主要PLcr家的产晶几乎都有运动控制功能，广泛用于各种机檢、机床、机器人、电悌等场合。
2.1.4it程控匍
11程腔制是指对温度、压力、流量等模量的冈坏控斟。
作为工业腔制廿算机,PLC能编制各种各样的控制算法程序,完成ffl环腔制。
PID调节是一般冈坏控制系筑中用得较多的调节方袪。
大中塑PLC都有PID模快,目前许多小塑PLC也具有此〕力能模快。
PID处理一般是运行专用的PID子程序。
过程控胃在冷金、化工、热处理、錯炉腔制等场合有非常广泛的应用。
2.1.5数据处理
现代PLC具有数学运算（含矩阵运算、函数运算、遐辑运算）、数据传送、数播转换、排序、查表、位操作等助能，可以完成数据的采集、分折员处理。
&些数据可以与存齢在存储器中的参考值比较，完成一定的控制操作，也可以利用通信助能传送到别的智能装置，或将它们打印制表。
数据处理一股用干大里控制系貌，如无人控翎的柔性翎造系貌；也可用于il程腔制系貌，如造奴、冶金、食晶工业中的一些大塑腔制系统。
2.1.6通信及联网
PLC通信含PLC同的通信及PLC与其它智能设备同的通信。
砸着廿算机腔制的发展，工厂自动化网络发展得很快，各PLCP商都十分重视PLC的通信助能,
纷纷推岀各自的网络系貌。
新近生产的PLC都具有通信接口，通信非常方便。
2.2PLC的应用特点.
2.2.1PLC有以下主要特点
1结沟灵活，不受坏境的陨制，有电即可组建网络，同时可以灵活扩展接入端口数量，使资源保持较高的利用率，在務动性方面可与WLAN媳美。
2传输质量高、速IS快、带宽稳定，可以很平顺的在线观赏DVD影片，它所提供的14Mbps带宽可以为很多应用平台提供保证。
最新的电力线标准HomePlugAV传输速度已经这到T200Mbps；为了50QoS,HomePlugAV用了时分多路诉间（TDMA）与带有冲突检测机能的教体侦听多路诉问（CSMA）协放,两者给合,能昵很好地传输流媒体。
3围广，无所不在的电力线网络也是这种枝术的优势。
虽然无线网络可以做到不破IS对于高层建筑来说，其必需布设N多fAP才能满足需求，而目同样不能避面信号盲区的存在。
而电力线是最基础的啊络，它的规模之夫，是其他任何网络无法比的。
由此，运营商就可以轻松地把这种网络接人服务渗透到毎一处有电力线的地方。
逆一枝术一旦全面进人商业化阶段，将给互联啊普及带来极大的发展空间。
终端用户只需要插上电力術，就可以实现因特网接人，电视颐道接收节目，打或者是可視。
4IKBUo充分利用现有的低压配电啊络基础设施，无需任何布线，节约了资源。
无需挖沟和穿境打洞，避免了对建筑物、公用设施、家庭装瞋的破坏，同时也节省了人力。
相对传筑的组啊枝术，PLC成本更低，工期短，可扩展性和可管J!
性更強。
目前国已开通电力宽带上网的地方，其色月使用费用一般为50-80
元/月左右,这样的价恪和很名地方的ADSL色月相持平。
5适用面广。
PLC作为利用电力线组网的一种接人技术，提哄宽带网络“最后一公里”的解决方案，广泛适用于居民小区，酒店，亦公区，监腔安肪等领域。
它是利用电力线作为通信载体，使得PLC具有极大的便捷性，只要在傍间任何有电源插座的地方，不用抜号，就立即可阜受4.5~45Mbps的高速网络接人，来浏览网页、抜扌T,和观看在线电影，从而实现集数据、培音、视频，以员电力于一体的“四网合一”。
PLC还有一种说法是:
产品生命周期（productlifecycle）观念，简称PLC,是把一个产晶的IB售历史比作象人的生金周期一样，要经历岀生、成长、成熟、老化、死亡等阶段。
就产品而言，也就是要经历一个开发、引进、成长、成熟、衰退的阶段。
1、产晶开发IHJ：
U开发产品的设想到产晶制造成助的时期。
此期间该产品孙售額为零,公司投资不BilHDo
2、引进期：
新产品新上市，鋪售缓慢。
由于引进产品的费用太高，初期通常利汹偏IK或为负数，但此时没有或只有极少的竞争者。
3、成长期：
产品经il-K时间已有相当fflg®,ifi售快速增长，利汹也显普增加。
4、成熟期：
此时市场成长趙矜减缓或饱和，产品已被大多数潜在买者所接受，利网在达到顷贞后逐浙走下玻路。
此时市场竞争激烈，公司为保持产品地位需投人大量的营的费用。
5、衰退期：
送期间产品殖售量显普衰退，利汹也大帕度滑落。
优胜劣汰,
市场竞争者也越来越少。
第三章花样頤泉披计方案
3.1控制要求分析
本人设廿的是灯光喷泉，在夜晚来临的时候，能有灯光科托喷泉，册是另一番景象。
具体要求如下;
（1）按下I0.0后，即可启动电源，由T40,T41组成的方波发生器开始产生脉宽为1S周期为2s的方波。
（2）首先最圈的灯被点亮，师着周期为2s的信号而闪烁。
（3）部定时器开始定时，2s后启动c组灯泡工作一次，I#着周期为2s的信号而闪烁。
（4）1®着时间的延长，3s后启RJB组灯泡，并以周期为2s的信号而闪姝
（5）4s后启动A组灯泡，并以周期为2s的信号而闪姝
（6）因为ABCD四组灯时间的不同步，从而使灯泡按D-C-B-A由向外点亮，前仆
后進，从而实观流水效果。
以下为喷泉灯的时序图:
腔制系统流程图:
3.2.5控胃系竦的硬件按廿
3.2.5.1陨件配置
控制系筑中,PLC具体配置如表
PLC配置说明
序号
名称
型号
说明
数量
1
CPU
313-1AE01-0AB0
CPU313
1
2
电ig模块
307-1E100-0AA0
PS307
1
3
开关量输人模挟
321-1BH01-0AA0
SM321
1
4
开关量输岀模挟
322-1BH01-0AA0
SM322
1
5
前置连接器
390-1AJ00-0AA0
20针型
1
3.2.5.2I/O地址分配
腔制系统中输人/输出信号具体地址分配如表
开关量I/O信号一览表
序号
输人信号
地址
输出信号名称
地址
1
工作按钮
10.1
喷头和喷泉灯D
Q0.1
3
停止按钮
10.1
頤头和喷泉灯C
Q0.2
4
喷头和喷泉灯B
Q0.3
5
喷头和喷泉灯A
Q0.4
3.2.5.3其它地址分配
（1）定时器T37,定时2S.T38定时3S,T39定时4S
（2）定时器T40和T41,定时1s,构成周期为2s脉宽为1s的脉冲发生器。
3.2.5.4程序设it：
本人用S7-200软件编程，为了方便编程，将喷头和水下灯作为一个输出对象,
IN
ION
PT
10.1
140
-10-
即喷头和水下灯是同时工作同时断开的。
T40741
\/卜■卩TON
-•10-PT
M21
M2.1
—<）
10.0
qo.i
T37
IN
TON
PT
T37M2.1Q0.2
I1!
I——（）
I—
IN
TON
+30-
PT
10.0T39
I
IM
TON
I
*40-
IN
PT
根据喷水控制系统的工艺要求，工作特点，坏境等条件，选择合理的设
廿方案咸水系统的平面布置图,见图3-1o
外层内1层
内2层
图3-1喷水系貌的平面布置图
控剧系统采用FX2型PLC作为中心控剧坏节，利用PLC的定时控制,廿数控制以及步进控制来实规外层，一层，二层，中心层，三角层的不同时序，交替变换的喷水过程。
主电胳采用交流接触器来控制各层的潜水泵，外层喷水由一台7.5kW潜水泵梔动;一层、二层喷水分别是由一台3kW潜水泵葩动,三角层，中心层的喷水各由一台
5.5kW的潜水泵拖动，潜水泵的技术参数见表3-1o
表3-1潜水泵的技术参数
功率
額定
畅程
水泵
形式
額定
电压
額定
电说
绝缘
等级
额定
转速
3KW
7m
轴流
380V
7.5A
E
286
5.5KW
10m
离心
380V
11.6A
B
280
7.5KW
15m
离心
380V
15A
B
280
灯光系统由三条支路组成,分别为红色灯支路、黄色灯支胳、绿色灯支路，由PLC控制，自动实现灯光的变换。
3.2设廿的具体步骤
喷水花样有很多形式，用PLC很容易实现。
下面是喷水花样一种形式的设廿步骤：
1）先由一层舸喷头喷水,通过定时器依次实规外层、二层、中心层三角层的喷水。
其过程如图3-2所示。
图3-2控斟喷水流程图
2）在所有喷头喷水20S后，依次将一层、外层、二层、中心层、三角层间隔10S后停止喷水。
见图3-3o
|话二尉頑単哲外直両厚鸣I亡层停噴I
图3-3控制停水爲程图
3）在所有喷头停喷15S后，通aPLC依次实现三角层、中心层、二层、外层、一层的喷水。
4）所有喷头再次运行15S后，同时关停二层、中心层、三角层,只有一层、外层两层喷水，经20S后,一层、外层同时关停，二层、中心层、三角层再次同时喷水，这种过程重复三次。
5）当PLC的计数器达到3次后，外层，一层，二层，中心层，三角层同时喷水，运行1分押后结束，系统返回。
6）灯光系统的控砒由PLC的X1输入端作为灯光系统控制的选择按钮，当需要灯光配合时，接通X1输人端。
此时可实现三路灯光的控制,即二层，中心层，三角层任意一层喷水时，红色灯亮;一层喷水时,黄色灯亮;所有的喷头喷水时，绿色灯亮。
3.3PLC输人输出分配
喷泉控制系统PLC输人输出分配图如图3-4所示。
图3-4PLC接口瑚人输出分部图
3.4采用PLC控制的优点
1）PLCi机的輸入、输出电源相互独立,避免了电源间的干扰，同时输入、输出采用光电隔亂提髙了抗干扰能力。
2）PLC采用密封、肪尘、抗靈的外壳封装,可适应恶劣的工作环境。
3）PLC的部采用“监视器”的电路，保证CPU可靠、稳定也工作。
4）PLC的输入、输出接口较多，便于多路多点控剧。
而冃采用模挟武结札便于用户检修和更换模块。
4PLC控制的部分梯形
喷泉系统PLC控制的部分梯形图，见图4-1。
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Tip
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It色灯■出
红色灯■出
母色灯
■出
外层
外二层
中心展
三角■
備环三次
图4-1PLC程序控制梯形图
5结语
采用PLC来控制喷泉控制系统，有效的解决单片机控制的不稳定性，提高了系统运行的可靠牲，同时利用PLC的定时功能、廿数功能、步进功能,可灵活地编写，贈减和修改程序。
而且，PLC述具有很强的自诊断功能,迅速方便的检查判断出故障，缩短检修时亂也不需要很多趾套的外围设备和大量的复杂的接线，因而大大缩短设廿、施工和投产周期。
第四章PLC应用软件S7-200的安装
安装S7-200设备指南
操作系铳:
Windows95sWindows98xWindowsME或Windows2000
it算机：
IBM486以上兼容机，存8MB以上，VGA显示器，至少50MB以上硕盘
空间，Windows支持的鼠标。
通信电缆：
PC/PPI电缆（或使用一个通信处理器卡），用来将廿算机与PLC连接。
STEP7-Micro/WIN32编程软件在一光盘上，用户可按以下步骤安装:
1）将光盘插人光盘驱动器。
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