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,是一种以微处理器为基础、带有指令存储器和输入输出接口、综合了微电子技术、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，进行位置控制、逻辑控制、顺序控制、定时、计数和算术运算等操作，并通过数字式和模拟式的输入和输出，控制各种类型的机械或生产过程。
PLC是电子技术、计算机技术与继电器逻辑自动控制系统相结合的产物。
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，同时又照顾一般电气操作人员的技术水平和习惯，采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，也可以用于生产流水线的控制。
使用者可根据生产过程和工艺要求编制控制程序。
程序运行后，PLC就根据现场输入信号（按钮、行程开关、接近开关或其他传感信号）按照预先编入的程序对执行机构（如电磁阀、电动机等）的动作进行控制。
关键词；PLC，喷泉，控制系统
Abstract:
PLC（ProgrammableLogicController）referredtoasPLC,isamicroprocessor-based,withinstructionmemoryandinput-outputinterface,acombinationofmicro-electronictechnology,computertechnology,automaticcontroltechnology,communicationtechnologyanewgenerationofindustrialcontroldevices.Itcanstoreandexecution,carriedoutthelocationofcontrol,logiccontrol,sequentialcontrol,timing,countingandarithmeticoperationsandotheroperationsand,throughdigitalandanaloginputandoutput,controlofvarioustypesofmachineryorproductionprocess.
PLCiselectronictechnology,computertechnologyandautomaticcontrolsystemoftherelaylogicproductofthecombination.Itnotonlygivefullplaytotheadvantagesofthecomputerinordertomeetavarietyofindustrialprocessautomationneeds,whileatthesametimetakecareofGeneralElectricoperatorskilllevelsandhabits,usingladderorastateofflowcharteditor,etc.,soastoenabletheuseofPLChasalwaysbeenmaintainthepopularfeatures.
PLCcanbeusedforasinglecontrolelectricalandmechanicalequipment,productionlinescanalsobeusedtocontrol.Userscanprocessinaccordancewithrequirementsoftheproductionprocessandthepreparationofcontrolprocedures.Aftertheprogramisrunning,PLCinaccordancewiththesceneontheinputsignal（button,tripswitches,proximityswitchesorothersensingsignal）inaccordancewiththeproceduresinadvanceintotheexecutingagencies（suchassolenoidvalves,motors,etc.）tocontroltheaction.
keyword:
PLC,eruptivefountain,controlsystem
目录
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控制要求分析.................................................11
3.1.1喷泉灯工作时序图............................................11
3.1.2控制系统流程图..............................................12
3.2控制系统硬件设计..............................................12
3.2.1硬件配置及说明...............................................12
3.2.3I/O分配地址..................................................13
3.2.4其他分配地址.................................................13
3.2.5程序设计.....................................................13
第四章应用软件安装...............................................15
4.1安装S7-200设备指南...........................................15
第五章设计心得及参考文献........................................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、旅游景点及一些知名建筑前，经常会修建一些喷泉供人们休闲、观赏。
这些喷泉按一定的规律改变喷水式样，如果再与五颜六色的灯光相配合，在和和谐优雅的音乐中，更使人心旷神怡，流连忘返。
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，以对象为驱动的模型，主要用于采用对象技术的软件开发项目。
该模型认为软件开发过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多次，相关对象在每次迭代中随之加入渐进的软件成分。
无间隙指在各项活动之间无明显边界，如分析和设计活动之间没有明显的界限，由于对象概念的引入，表达分析、设计、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迭代和无间隙，使其开发自然地包括复用。
喷泉模型不像瀑布模型那样，需要分析活动结束后才开始设计活动，设计活动结束后才开始编码活动。
该模型的各个阶段没有明显的界限，开发人员可以同步进行开发。
其优点是可以提高软件项目开发效率，节省开发时间，适应于面向对象的软件开发过程。
由于喷泉模型在各个开发阶段是重叠的，因此在开发过程中需要大量的开发人员，因此不利于项目的管理。
此外这种模型要求严格管理文档，使得审核的难度加大，尤其是面对可能随时加入各种信息、需求与资料的情况。
二花样控制的几种模
近年，喷泉模式水景花样不断翻新，下面我们向读者介绍几种比较新颖的喷泉模式。
跑泉：
计算机控制数百个喷泉点，随音乐的旋律超高速跑动，或瞬间形成排山倒海之势，或形成婉转起伏波浪式，或组成其它的水景，衬托景点的壮观与活力。
尤适合于江、河、湖、海及广场等宽阔的地点。
层流喷泉：
采用特殊层流喷头，将水柱从一端连续喷向固定的另一端，中途水流不会扩散，不会溅落。
白天看去，就像透明的玻璃供柱悬挂在天空，夜晚在灯光照射下，尤如雨后的彩虹，色彩斑斓。
适用于各种场合与其它喷泉相组合。
鼠跳泉：
一段水柱从一个水池跳跃到另一个水池，可随意启动，当水柱在数个水池之间穿梭跳跃时即构成鼠跳喷泉的特殊情趣。
喊泉：
有密集的水柱排列成坡型，当游人通过话筒时，实时声控系统控制水柱的开与停，从而显示所喊内容，趣味性很强，适用于公园、旅游景点等，具有极佳的营业性能。
时钟喊泉：
用许多水柱组成数码点阵，随时反映日期、小时、分钟及秒的运行变化，构成独特趣味
激光喷泉：
配合大型音乐喷泉设置一排水幕，用激光成像系统在水幕上打出色彩斑斓的圆形、文字或广告，即渲染美化了空间又起到宣传、广告的效果。
水幕电影：
水幕电影是通过高压水泵和特制水幕发生器，将水自上而下，高速喷出。
雾化后形成扇形“银幕”，有专用放映机将特制的录影带投射在“银幕”上，形成水幕电影，当观众在观摩电影时，好似人物腾起飞向天空或自天而降，产生一种虚无缥缈和梦幻的感觉，令人神往。
第2章PLC简介
1PLC定义：
PLC即可编程控制器（ProgrammablelogicController，是指以计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（InternationalElectricalCommittee）颁布的PLC标准草案中对PLC做了如下定义：
PLC英文全称ProgrammableLogicController,中文全称为可编程逻辑控制器，定义是:
一种数字运算操作的电子系统，专为在工业环境应用而设计的。
它采用一类可编程的存储器，用于其内部存储程序，执行逻辑运算,顺序控制，定时，计数与算术操作等面向用户的指令，并通过数字或模拟式输入/输出控制各种类型的机械或生产过程.PLC是可编程逻辑电路，也是一种和硬件结合很紧密的语言，在半导体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环境下应用而设计的数字运算操作的电子装置。
它采用可以编制程序的存储器，用来在其内部存储执行逻辑运算、顺序运算、计时、计数和算术运算等操作的指令，并能通过数字式或模拟式的输入和输出，控制各种类型的机械或生产过程。
PLC及其有关的外围设备都应该按易于与工业控制系统形成一个整体，易于扩展其功能的原则而设计。
国际电工委员会（IEC）在其标准中将PLC定义为:
可程式逻辑控制器是一种数位运算操作的电子系统，专为在工业环境应用而设计的。
它采用一类可编程的存储器，用于其内部存储程序，执行逻辑运算、顺序控制、定时、计数与算术操作等
面向用户的指令，并通过数字或模拟式输入/输出控制各种类型的机械或生产过程。
可程式逻辑控制器及
其有关外部设备，都按易于与工业控制系统联成一个整体，易于扩充其功能的原则设计。
」
2.1PLC的应用领域
目前，PLC在国内外已广泛应用于钢铁、石油、化工、电力、建材、机械制造、汽车、轻纺、交通运输、环保及文化娱乐等各个行业，使用情况大致可归纳为如下几类。
2.1.1开关量的逻辑控制
这是PLC最基本、最广泛的应用领域，它取代传统的继电器电路，实现逻辑控制、顺序控制，既可用于单台设备的控制，也可用于多机群控及自动化流水线。
如注塑机、印刷机、订书机械、组合机床、磨床、包装生产线、电镀流水线等。
2.1.2模拟量控制
在工业生产过程当中，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拟量。
为了使可编程控制器处理模拟量，必须实现模拟量（Analog）和数字量（Digital）之间的A/D转换及D/A转换。
PLC厂家都生产配套的A/D和D/A转换模块，使可编程控制器用于模拟量控制。
2.1.3运动控制
PLC可以用于圆周运动或直线运动的控制。
从控制机构配置来说，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块。
如可驱动步进电机或伺服电机的单轴或多轴位置控制模块。
世界上各主要PLC厂家的产品几乎都有运动控制功能，广泛用于各种机械、机床、机器人、电梯等场合。
2.1.4过程控制
过程控制是指对温度、压力、流量等模拟量的闭环控制。
作为工业控制计算机，PLC能编制各种各样的控制算法程序，完成闭环控制。
PID调节是一般闭环控制系统中用得较多的调节方法。
大中型PLC都有PID模块，目前许多小型PLC也具有此功能模块。
PID处理一般是运行专用的PID子程序。
过程控制在冶金、化工、热处理、锅炉控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、逻辑运算）、数据传送、数据转换、排序、查表、位操作等功能，可以完成数据的采集、分析及处理。
这些数据可以与存储在存储器中的参考值比较，完成一定的控制操作，也可以利用通信功能传送到别的智能装置，或将它们打印制表。
数据处理一般用于大型控制系统，如无人控制的柔性制造系统；也可用于过程控制系统，如造纸、冶金、食品工业中的一些大型控制系统。
2.1.6通信及联网
PLC通信含PLC间的通信及PLC与其它智能设备间的通信。
随着计算机控制的发展，工厂自动化网络发展得很快，各PLC厂商都十分重视PLC的通信功能，纷纷推出各自的网络系统。
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结构灵活，不受环境的限制，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，在移动性方面可与WLAN媲美。
②传输质量高、速度快、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传输速度已经达到了200Mbps；为了确保QoS，HomePlugAV采用了时分多路访问（TDMA）与带有冲突检测机能的载体侦听多路访问（CSMA）协议，两者结合，能够很好地传输流媒体。
③范围广，无所不在的电力线网络也是这种技术的优势。
虽然无线网络可以做到不破墙，但对于高层建筑来说，其必需布设N多个AP才能满足需求，而且同样不能避面信号盲区的存在。
而电力线是最基础的网络，它的规模之大，是其他任何网络无法比拟的。
由此，运营商就可以轻松地把这种网络接入服务渗透到每一处有电力线的地方。
这一技术一旦全面进入商业化阶段，将给互联网普及带来极大的发展空间。
终端用户只需要插上电力猫，就可以实现因特网接入，电视频道接收节目，打电话或者是可视电话。
④低成本。
充分利用现有的低压配电网络基础设施，无需任何布线，节约了资源。
无需挖沟和穿墙打洞，避免了对建筑物、公用设施、家庭装潢的破坏，同时也节省了人力。
相对传统的组网技术，PLC成本更低，工期短，可扩展性和可管理性更强。
目前国内已开通电力宽带上网的地方，其包月使用费用一般为50-80元/月左右，这样的价格和很多地方的ADSL包月相持平。
⑤适用面广。
PLC作为利用电力线组网的一种接入技术，提供宽带网络“最后一公里”的解决方案，广泛适用于居民小区，酒店，办公区，监控安防等领域。
它是利用电力线作为通信载体，使得PLC具有极大的便捷性，只要在房间任何有电源插座的地方，不用拨号，就立即可享受4.5~45Mbps的高速网络接入，来浏览网页﹑拨打电话，和观看在线电影，从而实现集数据、语音、视频，以及电力于一体的“四网合一”。
PLC还有一种说法是:
产品生命周期（productlifecycle）观念，简称PLC，是把一个产品的销售历史比作象人的生命周期一样，要经历出生、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、产品开发期：
从开发产品的设想到产品制造成功的时期。
此期间该产品销售额为零，公司投资不断增加。
2、引进期：
新产品新上市，销售缓慢。
由于引进产品的费用太高，初期通常利润偏低或为负数，但此时没有或只有极少的竞争者。
3、成长期：
产品经过一段时间已有相当知名度，销售快速增长，利润也显著增加。
4、成熟期：
此时市场成长趋势减缓或饱和，产品已被大多数潜在购买者所接受，利润在达到顶点后逐渐走下坡路。
此时市场竞争激烈，公司为保持产品地位需投入大量的营销费用。
5、衰退期：
这期间产品销售量显著衰退，利润也大幅度滑落。
优胜劣汰，市场竞争者也越来越少。
第三章花样喷泉设计方案
3.1控制要求分析
本人设计的是灯光喷泉，在夜晚来临的时候，能有灯光衬托喷泉，那是另一番景象。
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）首先最内圈的灯被点亮，随着周期为2s的信号而闪烁。
（3）内部定时器开始定时，2s后启动c组灯泡工作一次，随着周期为2s的信号而闪烁。
（4）随着时间的延长，3s后启动B组灯泡，并以周期为2s的信号而闪烁
（5）4s后启动A组灯泡，并以周期为2s的信号而闪烁
（6）因为ABCD四组灯时间的不同步，从而使灯泡按D-C-B-A由内向外点亮，前仆后继，从而实现流水效果。
喷泉灯示意图:
。
以下为喷泉灯的时序图：
控制系统流程图：
3.2.5控制系统的硬件设计
3.2.5.1硬件配置
控制系统中，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
电源模块
307-1E100-0AA0
PS307
1
3
开关量输入模块
321-1BH01-0AA0
SM321
1
4
开关量输出模块
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
控制系统中输入/输出信号具体地址分配如表
开关量I/O信号一览表
序号
输入信号
地址
输出信号名称
地址
1
工作按钮
I0.1
喷头和喷泉灯D
Q0.1
3
停止按钮
I0.1
喷头和喷泉灯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程序设计:
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，即喷头和水下灯是同时工作同时断开的。
根据喷水控制系统的工艺要求,工作特点,环境等条件,选择合理的设计方案,喷水系统的平面布置图，见图3-1。
图3-1 喷水系统的平面布置图
控制系统采用FX2型PLC作为中心控制环节,利用PLC的定时控制,计数控制以及步进控制来实现外层,内一层,内二层,中心层,三角层的不同时序,交替变换的喷水过程。
主电路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潜水泵拖动;内一层、内二层喷水分别是由一台3kW潜水泵拖动,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3-1。
表3-1潜水泵的技术参数
功率
额定
扬程
水泵
形式
额定
电压
额定
电流
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、黄色灯支路、绿色灯支路,由PLC控制,自动实现灯光的变换。
3.2设计的具体步骤
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计步骤:
1）先由内一层的喷头喷水,通过定时器依次实现外层、内二层、中心层三角层的喷水。
其过程如图3-2所示。
图3-2 控制喷水流程图
2）在所有喷头喷水20S后,依次将内一层、外层、内二层、中心层、三角层间隔10S后停止喷水。
见图3-3。
图3-3 控制停水流程图
3）在所有喷头停喷15S后,通过PLC依次实现三角层、中心层、内二层、外层、内一层的喷水。
4）所有喷头再次运行15S后,同时关停内二层、中心层、三角层,只有内一层、外层两层喷水,经20S后,内一层、外层同时关停,内二层、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,内一层,内二层,中心层,三角层同时喷水,运行1分钟后结束,系统返回。
6）灯光系统的控制:
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输入端。
此时可实现三路灯光的控制,即内二层,中心层,三角层任意一层喷水时,红色灯亮;内一层喷水时,黄色灯亮;所有的喷头喷水时,绿色灯亮。
3.3PLC输入输出分配
喷泉控制系统PLC输入输出分配图如图3-4所示。
图3-4 PLC接口输入输出分部图
3.4 采用PLC控制的优点
1）PLC主机的输入、输出电源相互独立,避免了电源间的干扰,同时输入、输出采用光电隔离,提高了抗干扰能力。
2）PLC采用密封、防尘、抗震的外壳封装,可适应恶劣的工作环境。
3）PLC的内部采用“监视器”的电路,保证CPU可靠、稳定地工作。
4）PLC的输入、输出接口较多,便于多路多点控制。
而且采用模块式结构,便于用户检修和更换模块。
4 PLC控制的部分梯形图
喷泉系统PLC控制的部分梯形图,见图4-1。
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性,同时利用PLC的定时功能、计数功能、步进功
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