PLC技術(shù)應(yīng)用的花式噴泉控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)探究

李婧

【摘 要】隨著人們生活水平的提高及高科技的快速發(fā)展，傳統(tǒng)的噴泉控制系統(tǒng)由于不能實(shí)現(xiàn)對(duì)噴水花樣及噴水時(shí)間的靈活控制，所以已經(jīng)不能滿足人們對(duì)于花式噴泉的需求。而PLC控制系統(tǒng)恰好具有體積小、靈活度高、可擴(kuò)展性強(qiáng)等諸多優(yōu)點(diǎn)，將其運(yùn)用在花式噴泉的控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)工作中，既可以提高花式噴泉的樣式，還能提高系統(tǒng)的可靠性，延長(zhǎng)花式噴泉的使用壽命。本文就針對(duì)PLC技術(shù)在花式噴泉控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)中的應(yīng)用進(jìn)行介紹，希望可以為實(shí)際生活中的花式噴泉建設(shè)提供一些參考。

【關(guān)鍵詞】PLC技術(shù)；花式噴泉；控制系統(tǒng)

0前言

花式噴泉控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)工作中應(yīng)用PLC技術(shù)，就是通過電腦將高科技與美妙的音樂、豐富多彩的噴泉造型結(jié)合起來，不僅能夠起到凈化空氣的作用，還可以給人以視覺的享受?，F(xiàn)如今，人們的物質(zhì)需求基本上都得到了極大的滿足，而對(duì)于精神上的追求也在逐步的提升，所以，在城區(qū)的環(huán)境建設(shè)中加入花式噴泉，增加城區(qū)環(huán)境的觀賞價(jià)值勢(shì)在必行。

1 PLC技術(shù)簡(jiǎn)介

1.1 PLC的定義及組成結(jié)構(gòu)

PLC又稱可編程序控制器，是一種微機(jī)技術(shù)與常規(guī)的繼電器相結(jié)合的新型控制器，在工作中以微處理器為核心，可以實(shí)現(xiàn)自動(dòng)控制。不僅可以滿足各個(gè)行業(yè)對(duì)于控制系統(tǒng)的要求，而且還由于方便簡(jiǎn)潔、易操作的性能而深受技術(shù)人員歡迎。

與常用的微型計(jì)算機(jī)組成結(jié)構(gòu)相差不多，PLC也是包含硬件系統(tǒng)與軟件系統(tǒng)兩大部分。其中，硬件系統(tǒng)由微處理器、存儲(chǔ)器、電源部件等部件組成，與硬件系統(tǒng)相對(duì)應(yīng)的軟件系統(tǒng)，還可以細(xì)分為系統(tǒng)程序與用戶程序兩個(gè)部分，所謂系統(tǒng)程序就是在購(gòu)買PLC之前，由廠家設(shè)定好的程序，而用戶程序則是需要用戶根據(jù)實(shí)際需求，自行設(shè)置的程序。所以兩者缺一不可，都是PLC在投入使用之前必須要進(jìn)行設(shè)置的程序。

1.2 PLC的特點(diǎn)

相比于傳統(tǒng)的繼電器控制系統(tǒng)，PLC具有諸多方面的優(yōu)點(diǎn)，可以簡(jiǎn)單的概括為如下幾個(gè)方面。

其一，靈活多變。由于繼電器控制系統(tǒng)是由人工布線、焊接并進(jìn)行固定的，所以，在設(shè)計(jì)過程中不僅需要消耗大量的人力、物力，而且已經(jīng)改裝，就要重新進(jìn)行布線、焊接以及固定的工作，操作非常不方便。而PLC則是靠編寫程序就可以實(shí)現(xiàn)良好的控制，尤其是在需要進(jìn)行改編工作時(shí)，只要對(duì)原有程序中的一部分進(jìn)行修改，就能夠?qū)崿F(xiàn)新功能，具有很強(qiáng)的靈活性。

其二，可靠性強(qiáng)、抗干擾能力好?？煽啃耘c抗干擾性是評(píng)定系統(tǒng)設(shè)備是否能夠穩(wěn)定運(yùn)行的重要指標(biāo)，由于PLC中包含了集成度很高的微電子器件，比如，在電源開關(guān)中使用的無觸點(diǎn)的半導(dǎo)體，具有非常高的靈敏度。這些微電子器件的使用，使得PLC具備了繼電器無法比擬的可靠度與抗干擾能力，保證了其在惡劣的環(huán)境下能夠順利地運(yùn)行。

其三，體積小、重量輕、易于操作。PLC本身就是為了工業(yè)控制需要專門設(shè)計(jì)的計(jì)算機(jī)，采用了目前最輕便的半導(dǎo)體集成電路，因此，具備了體積小、重量輕的優(yōu)點(diǎn)，并且結(jié)構(gòu)與功能也都十分理想。除此之外，PLC編程時(shí)經(jīng)常使用梯形圖與功能記符進(jìn)行編程，即使是初次操作的技術(shù)人員，都可以經(jīng)過短期的學(xué)習(xí)就能完全掌握，非常便于操作。

2 PLC技術(shù)在花式噴泉控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)的應(yīng)用

2.1 PLC控制花樣噴泉的運(yùn)行要求

在花式噴泉開始工作前，需要工作人員進(jìn)行幾步主要的操作。首先，工作人員要按下啟動(dòng)按鈕，使噴泉進(jìn)入運(yùn)行前的等待狀態(tài)；其次，選擇噴泉的運(yùn)行方式，現(xiàn)有的運(yùn)行方式分為單步運(yùn)行與連續(xù)運(yùn)行兩種，在確定了運(yùn)行方式后，就按下與之對(duì)應(yīng)的按鈕，如果不進(jìn)行選擇操作，系統(tǒng)默認(rèn)的運(yùn)行方式為連續(xù)運(yùn)行；然后是，按下噴泉的循環(huán)按鈕，噴泉開始正式運(yùn)行，并且每隔6S就可以改變一下花樣。如果上一步選擇的是單步運(yùn)行的按鈕，那么噴泉在運(yùn)行了一個(gè)循環(huán)之后就會(huì)自動(dòng)停止；但是選擇的是連續(xù)運(yùn)行方式，那么噴泉就會(huì)一直運(yùn)行下去；最后，按下停止按鈕，關(guān)閉噴泉。

2.2噴泉控制原理及運(yùn)行過程

噴泉的控制系統(tǒng)分為四個(gè)大的部分，按照進(jìn)行的順序可以分為啟動(dòng)控制系統(tǒng)、位移脈沖控制程序、位移及復(fù)位控制程序、驅(qū)動(dòng)控制程序。其中最主要的控制程序就是位移脈沖控制程序，可以實(shí)現(xiàn)子元件中的內(nèi)容在存儲(chǔ)器間的位移。其它的三個(gè)控制程序也各有各的用途，比如說，復(fù)位控制程序，運(yùn)行的主要目的是實(shí)現(xiàn)噴泉在噴射過程中的循環(huán)，而這一功能的實(shí)現(xiàn)就離不開驅(qū)動(dòng)控制程序，因?yàn)轵?qū)動(dòng)控制程序是實(shí)現(xiàn)噴泉噴射的必備程序。

噴泉的整個(gè)運(yùn)行過程可以分為8段，每段6s，首先會(huì)有一支大的水柱拔地而起，噴射6s之后，大水柱換作6支中水柱射向天空，歷時(shí)36s，最后6s，就是所有的水柱一齊噴發(fā)，整個(gè)過程不需要工作人員操作，就可以自行變換。比如說，當(dāng)選擇連續(xù)運(yùn)行方式，并將花樣選擇開關(guān)置于1時(shí)，噴泉的水柱運(yùn)行順序就是：1→2→（1+3+4）→（2+5）→（1+2）→（2+3+4）→（2+4）→（1+2+3+4+5）→1，自動(dòng)的進(jìn)入重復(fù)循環(huán)模式，直到按下停止按鈕，噴泉停止工作。如果在花樣選擇的開關(guān)置于2，噴泉的水柱運(yùn)行順序就是：1→2→（2+4）→（2+5）→（1+2）→（2+3+4）→（1+3+4）→（1+2+3+4+5）→1?；娱_關(guān)置于3時(shí)，噴泉的水柱運(yùn)行順序就是：1→2→（1+3+4）→（1+2）→（2+5）→（2+3+4）→（2+4）→（1+2+3+4+5）→1。花樣開關(guān)置于3時(shí)，噴泉的水柱運(yùn)行順序就是：1→2→（1+3+4）→（2+5）→（1+2）→（2+4）→（2+3+4）→（1+2+3+4+5）→1。通過將開關(guān)置于不同的位置，實(shí)現(xiàn)噴泉花樣的變換，噴泉的運(yùn)行流程圖如圖1所示：

3花式噴泉控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)、調(diào)試及結(jié)果分析

3.1硬件接口分配

所有的硬件接口分配中最重要的部分就是輸入或輸出接口分配，其中，輸入接口是指開關(guān)量輸入模塊，與一般的元件設(shè)備有所不同，它的工作電壓不是一個(gè)固定值，而是需要根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)的檢測(cè)元件與模塊之間的距離進(jìn)行確定的。在實(shí)際應(yīng)用中，兩者之間的距離經(jīng)常不會(huì)很遠(yuǎn)，可以選用24V的工作電壓，不過門檻電平的數(shù)值需要設(shè)置的相對(duì)大一些，原因就在于門檻電平作為輸入點(diǎn)的接通電壓與關(guān)斷電平之間的差值，只有電平的值足夠大，才能確保系統(tǒng)的抗干擾性強(qiáng)、可靠性高，傳輸?shù)木嚯x也可以滿足實(shí)際的需求。

I/O的分配與控制要求的I/O接口點(diǎn)數(shù)密切相關(guān)，詳細(xì)的分配表如表1所示。

硬件之間根據(jù)I/O分配表進(jìn)行線路連接，其中PLC輸入點(diǎn)與開關(guān)輸入單位相連接，X0接A0、X1接A1、X2接A2、X3接A3、X4接A4、X5接A5，這樣依照順序進(jìn)行連接。除此之外，還要將輸入公共端X-COM與A-COM進(jìn)行連接，形成輸出回路；輸出Y0與LED小燈連接，Y1、Y2、Y3、Y4與噴水管中與之對(duì)應(yīng)的位置連接。最后，把輸出的公共端接地，是連接的整個(gè)結(jié)構(gòu)形成回路。

不過，最關(guān)鍵的步驟不是將這些線路進(jìn)行連接，而是用一根編程電纜將PLC的編程接口與計(jì)算機(jī)串口相連，這樣就可以把運(yùn)用計(jì)算機(jī)編寫好的程序傳入到PLC中，實(shí)現(xiàn)對(duì)花式噴泉的控制。

3.2軟件實(shí)現(xiàn)

現(xiàn)如今，設(shè)計(jì)人員經(jīng)常使用FXGP_WIN_C編程軟件來實(shí)現(xiàn)PLC技術(shù)應(yīng)用的花式噴泉控制設(shè)計(jì)。調(diào)查研究顯示，F(xiàn)XGP_WIN_C編程軟件是三菱公司開發(fā)的一款FX系列的PLC編程軟件，可以對(duì)PLC中各個(gè)元件設(shè)備的工作狀態(tài)實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)監(jiān)控。

PLC噴泉控制狀態(tài)轉(zhuǎn)移圖，如圖2所示。在軟件設(shè)計(jì)工作中，主要采用步進(jìn)指令進(jìn)行操作控制，圖中的輔助繼電器M1實(shí)際上是一個(gè)停止按鈕，可以實(shí)現(xiàn)長(zhǎng)時(shí)間的停止工作控制。運(yùn)行原理為M1檢測(cè)X1是否有輸入，如果確認(rèn)有輸入的話，噴泉就會(huì)停止工作，但是如果實(shí)際情況需要噴泉再次開始工作，就需要按下圖中的X0。圖中的狀態(tài)器S0是指噴泉處于初試狀態(tài)，S20～S32表示在噴泉噴射過程中的各個(gè)狀態(tài)，定時(shí)器T0～T7表示控制噴泉噴射的時(shí)間。

在設(shè)計(jì)的程序中，由動(dòng)合觸點(diǎn)來實(shí)現(xiàn)對(duì)于噴泉不同花樣之間的切換，在花樣的上方可以看到對(duì)其進(jìn)行控制的選擇開關(guān)，想要選擇哪種噴泉花樣，就按下該花樣上方的啟動(dòng)按鈕。如果在噴射過程中，想要改變噴泉的花樣，就旋轉(zhuǎn)控制選擇的開關(guān)，利用輸出互鎖功能就可以很好的實(shí)現(xiàn)花樣的切換。

3.3系統(tǒng)調(diào)試與結(jié)果分析

在進(jìn)行系統(tǒng)調(diào)試與結(jié)果分析之前，必須要把設(shè)計(jì)的程序從計(jì)算機(jī)轉(zhuǎn)移到PLC中，這就需要把PLC主機(jī)上控制RUN/STOP的開關(guān)按鈕撥到“STOP”的位置，然后再將圖2所示的PLC噴泉控制狀態(tài)轉(zhuǎn)移圖輸入到FXGP_WIN_C的編程軟件中。再將編寫的梯形圖進(jìn)行代碼轉(zhuǎn)換，轉(zhuǎn)換成程序可以識(shí)別的指令，最后通過連接計(jì)算機(jī)與PLC的串口線把指令從計(jì)算機(jī)傳輸?shù)絇LC中，從而實(shí)現(xiàn)PLC通過程序控制噴泉的目的。在完成以上這些步驟之后，再把PLC主機(jī)上控制RUN/STOP的開關(guān)按鈕撥到“RUN”的位置，不僅可以使花式噴泉進(jìn)行噴射，還能通過PLC監(jiān)視各個(gè)元件設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)。如果元件正在被使用，則與該元件相連的顯示燈會(huì)變?yōu)榫G色，而未被使用的元件的顯示燈就不會(huì)發(fā)生任何改變。這不僅可以查看元件的工作狀態(tài)，還可以測(cè)試元件是否發(fā)生故障，減少在故障檢測(cè)方面浪費(fèi)的時(shí)間。

4結(jié)語

通過本文的介紹可以看出，將PLC技術(shù)應(yīng)用到花式噴泉控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)中，實(shí)際上就是利用計(jì)算機(jī)進(jìn)行程序設(shè)計(jì)，然后通過串口線將設(shè)計(jì)好的程序傳送到PLC中，就可以利用PLC實(shí)現(xiàn)對(duì)于花式噴泉的控制，并實(shí)現(xiàn)不同花樣的轉(zhuǎn)換。不僅可以增加噴泉的觀賞價(jià)值，還能在一定程度上解決噴泉控制系統(tǒng)的不穩(wěn)定性，使得噴泉更加安全、可靠，達(dá)到延長(zhǎng)噴泉噴射的時(shí)間與使用年限的目的。

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