噴水池控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)

朱磬鼎 吉同舟

摘要：為了更加快捷、可靠、簡(jiǎn)單的噴水池裝置的噴水，本文利用可編程控制器技術(shù)即PLC設(shè)計(jì)了梯形圖程序來實(shí)現(xiàn)噴水池控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，采用MELSOFT FX TRAINER進(jìn)行仿真調(diào)試，仿真結(jié)果符合預(yù)期的設(shè)計(jì)要求。此外， 通過改寫噴水池控制裝置的程序， 還可以實(shí)現(xiàn)多種需求的噴水效果，通過PLC設(shè)計(jì)的控制系統(tǒng)簡(jiǎn)單易懂，可靠性很高，在實(shí)際噴水池應(yīng)用中具有一定的推廣意義。

關(guān)鍵詞：PLC;噴水池控制;實(shí)際應(yīng)用

0 引言

隨著科技的發(fā)展與社會(huì)的進(jìn)步，人們對(duì)生活的需求也日益增長(zhǎng)了起來，精神上的需求與物質(zhì)上的需求催生了現(xiàn)代化景觀的誕生;噴水池便是其中之一。綜合考慮噴水池控制系統(tǒng)的簡(jiǎn)潔性和可靠性是設(shè)計(jì)的前提，因此，雖然控制噴水池的方法很多，但其中最為便利的方法之一便是用兼具簡(jiǎn)單可靠等優(yōu)點(diǎn)的PLC來實(shí)現(xiàn)。

1 設(shè)計(jì)功能要求

花式噴水池噴嘴的布局示意圖如圖1所示。圖中1、2、3、4分別為外環(huán)形狀噴水管、中環(huán)形狀噴水管、內(nèi)環(huán)狀噴水管、中間噴水管。噴水池設(shè)有4個(gè)開關(guān)，分別為啟動(dòng)開關(guān)、停止開關(guān)、模式選擇開關(guān)、單步/連續(xù)開關(guān);其中單步/連續(xù)開關(guān)導(dǎo)通時(shí)對(duì)應(yīng)著單步，關(guān)斷時(shí)對(duì)應(yīng)著連續(xù);模式選擇開關(guān)關(guān)斷時(shí)對(duì)應(yīng)著模式1，導(dǎo)通時(shí)對(duì)應(yīng)著模式2。

控制系統(tǒng)需要滿足的要求有：（1）噴水裝置的啟動(dòng)和停止由啟動(dòng)按鈕和停止控制。由模式選擇開關(guān)和單步/連續(xù)開關(guān)來決定工作方式。（2）單步/連續(xù)開關(guān)導(dǎo)通和關(guān)斷分別對(duì)應(yīng)著噴水設(shè)備單循環(huán)和無限循環(huán)的工作模式（3）噴水池的噴水模式由模式開關(guān)決定。當(dāng)模式選擇開關(guān)關(guān)斷時(shí)，即處在模式1的情況下，噴水池在啟動(dòng)按鈕的控制下開始工作，中間噴水管、內(nèi)環(huán)狀噴水管、中環(huán)形狀噴水管、外環(huán)形狀噴水管依次噴水2秒，然后停止1秒，緊跟著所有噴水管一起噴水5秒，這一工作過程為一個(gè)循環(huán)。當(dāng)模式選擇開關(guān)導(dǎo)通時(shí)，即處在模式2的情況下，按下啟動(dòng)按鈕后，外環(huán)形狀噴水管和內(nèi)環(huán)狀噴水管同時(shí)工作，噴水3秒（此時(shí)另外兩個(gè)噴水管不工作），接著中環(huán)形狀噴水管和中間噴水管同時(shí)工作，噴水3秒（此時(shí)另外兩個(gè)噴水管不工作）;交替運(yùn)行5伺候，4個(gè)噴水管同時(shí)工作，噴水5秒，這一工作過程為一個(gè)循環(huán)（4）按下停止按鈕時(shí)，不論噴水池處于何種工作狀態(tài)下，都會(huì)立即停止工作。

2 硬件設(shè)計(jì)

（1）PLC選型：在滿足輸入輸出點(diǎn)數(shù)，并留有10%的備用量的情況下，可選用小型PLC，并不要求較大的控制系統(tǒng)。對(duì)于存儲(chǔ)器（用戶程序）的容量，一般粗略為（40+3）×（10～12）=430～516的指令步數(shù)。由于程序有四個(gè)輸出，四個(gè)輸入，因此本應(yīng)選擇FX-16MR-001，該型號(hào)輸出輸入都為8個(gè)，足夠滿足設(shè)計(jì)要求且留有充足裕量;但由于教學(xué)軟件的限制需要使用X25輸入口，故在本課題中選取FX2N-48MR-001滿足控制要求，且留有一定余量。

（2）輸入輸出分配表如表1

（3）PLC的I/O接線圖如圖2

3 軟件設(shè)計(jì)

（1）考慮到啟動(dòng)按鈕和停止按鈕按下時(shí)，噴水裝置會(huì)立即開始工作和停止工作。故可設(shè)一鎖存來鎖存啟動(dòng)輸入X20使得M100存儲(chǔ)輸入信號(hào)，并且通過常閉開關(guān)X21來中斷鎖存。由模式選擇開關(guān)X24和單步/連續(xù)開關(guān)X25來決定工作模式。

（2）單步/連續(xù)開關(guān)控制噴水裝置是工作在單循環(huán)狀態(tài)還是反復(fù)循環(huán)狀態(tài)下。故可使用開關(guān)X25常開聯(lián)通支路來中斷輸入M100來實(shí)現(xiàn)單步;若為連續(xù)則開關(guān)X25常閉支路中斷進(jìn)行正常的循環(huán)。

（3） 模式選擇開關(guān)控制下的噴水設(shè)備工作模式：

a）模式選擇開關(guān)X24關(guān)斷時(shí)，即處在模式1的工作狀態(tài)下時(shí)，第一個(gè)來回可設(shè)6個(gè)定時(shí)器T0、T1、T2、T3、T4、T5讓噴水圈按照順序運(yùn)作并設(shè)置噴水時(shí)間，在此之后根據(jù)單步/連續(xù)開關(guān)X25的開閉來決定輸入信號(hào)的延續(xù);也以此決定了循環(huán)的延續(xù)中止。

b）模式選擇開關(guān)X24為導(dǎo)通時(shí)，即處在模式1的工作狀態(tài)下時(shí)，與模式1流程基本相似，但由于是多圈齊噴故只需一個(gè)輸出信號(hào)給多個(gè)圈即可，故設(shè)置3個(gè)定時(shí)器T6、T7、T8來控制噴泉順序與1個(gè)記次器C0來記錄交替次數(shù);本設(shè)計(jì)利用2、4號(hào)燈的關(guān)閉來作為次數(shù)標(biāo)準(zhǔn)，即收到三次控制2、4號(hào)燈開關(guān)輸出信號(hào)的下降沿信號(hào)便滿足五次交替運(yùn)行完成，進(jìn)入下一步齊噴5s。單步/連續(xù)開關(guān)X25在此模式中則是用來決定是否中止清零記次器C0。常閉為連續(xù)，故設(shè)置常閉開關(guān)X25，當(dāng)定時(shí)器T8開時(shí)X25常閉開關(guān)接通清零C0命令以此來保證循環(huán)正常運(yùn)行（詳情請(qǐng)見程序分析）。

（4） 不論在什么工作方式，按下停止按鈕X21，噴水池立即停止工作。X21開關(guān)控制著輸入信號(hào)能否正常鎖存，若無輸入信號(hào)則所有循環(huán)停止;同時(shí)X21也有復(fù)位記次器C0的指令。

3 仿真結(jié)果

本次設(shè)計(jì)用了MELSOFT FX TRAINER進(jìn)行軟件仿真。仿真時(shí)用了4個(gè)輸入，4個(gè)輸出。仿真結(jié)果完全可以滿足設(shè)計(jì)要求，仿真如圖4所示。模式一中（上兩張），按下啟動(dòng)按鈕（輸入X020）后，4號(hào)（輸出Y003）噴水2s，再3號(hào)（輸出Y002）噴水2s，再2號(hào)（輸出Y001）噴水2s，再1號(hào)（輸出Y000）噴水2s，然后全部停止1s，接著一起噴水5s，為一個(gè)循環(huán)。模式二中（下兩張），按下啟動(dòng)按鈕（輸入X020）后，1、3號(hào)噴水圈（Y000，Y002）同時(shí)噴水3S（此時(shí)2、4號(hào)噴水圈不噴水）后，2、4號(hào)噴水圈（Y001，Y003）同時(shí)噴水3S（此時(shí)1、3號(hào)噴水圈不噴水）;以此模式運(yùn)行5次后，所有噴水設(shè)備同時(shí)噴水5秒，這一工作過程為一個(gè)循環(huán)。

4 結(jié)論

設(shè)計(jì)的噴水池控制以三菱公司芯片為核心，利用經(jīng)驗(yàn)編程法以梯形圖為基礎(chǔ)設(shè)計(jì)出能夠控制噴水池輪流噴水的程序以及電路。PLC控制簡(jiǎn)單易學(xué)易操作，有通用性強(qiáng)、使用方便、適應(yīng)面廣、可靠性高和抗干擾能力強(qiáng)等特點(diǎn)，而一般純電路的實(shí)現(xiàn)方法需要考慮一些通訊干擾等問題，并且設(shè)計(jì)麻煩、更改耗時(shí)、操作困難，故PLC控制系統(tǒng)的出現(xiàn)必定會(huì)拓寬噴水池控制的市場(chǎng)。

參考文獻(xiàn)

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[3]范次猛.PLC編程與應(yīng)用技術(shù).華中科技大學(xué)出版社， 2015.

第一作者：朱磬鼎，2000.10，男，漢族，江蘇蘇州，南京師范大學(xué)本科在讀，

通訊作者：吉同舟，1962年5月，男，漢族，江蘇鹽城人，本科，高級(jí)實(shí)驗(yàn)師，研究方向工業(yè)電氣自動(dòng)化