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1、PLC在自动喷泉控制中的应用摘 要随着计算机软硬件技术的飞速发展，新型喷泉与计算机的交互应用越来越广泛，自动喷泉也越来越复杂和越来越精密，使得越来越多的控制部分需要计算机来完成。计算机控制灯光喷泉成为必然趋势。为此建立以PLC为核心的多媒体计算机自动控制喷泉，采用基于组态程序的计算机控制系统来监控音乐、灯光、流水的变化获得较理想的效果。本文基于韩国金星公司生产的MASTER-K30H可编程逻辑控制器，设计三种喷泉类型，不仅能够进行多种水形切换，而且将各种水形，灯光按照设定的排列组合进行控制，实现了PLC的自动喷泉控制。通过上位机与PLC之间的通讯监控喷泉的状态与效果，并利用北京亚控公司的组态王
2、设计了上位机监控程序，实现了喷泉的自动控制与远程实时监控。关键词：程控喷泉；自动控制技术；可编程序控制器(PLC)；组态王AbstractProgrammable Controller is used widely in the automatic produce of industryThis paper introduces the concrete application of this technique all automatic fountain Keyword: autocontrol technology; PLC；kingview；目 录摘 要IAbstractII第1章 概
3、述1喷泉控制系统的应用1PLC自动喷泉控制系统1第2章 系统总体方案设计22.1 实现方法分析与可行性讨论2单片机喷泉控制系统2工控机喷泉控制系统3PLC喷泉控制系统4总体实现方案5第3章 硬件系统实现6PLC工作原理6PLC的等效工作电路6PLC的工作过程7PLC选型7PLC类型简介8金星MASTER-K系列PLC介绍9硬件系统组成10第4章 软件系统实现134.1 PLC控制程序设计134.1.1 编程软件KGL_WE Application 简介144.1.2 喷泉PLC程序设计174.2 组态程序设计224.2.1 组态王简介224.2.2 通信数据设置254.2.3 组态画面设计27
4、第5章 系统综合调试325.1 PLC连接测试325.2 组态程序的调试33第6章 总 结35致 谢36参考文献37附 录38附录A 英文资料38附录B 中文翻译47附录C 源程序54第1章 概述1.1 喷泉控制系统的应用随着人民生活水平的提高，城市环境建设日益为人们所重视。喷泉作为一种观赏性较高的艺术水景，不断地出现在城市广场、居民小区、公园等场所。它不仅可以增加周围空气湿度，减少空气中的尘埃，降低空气温度，更为人们生活增添了不少情趣。自动控制喷泉能自动且连续的改变其形态，呈现丰富多彩的花型变化，从而给人以美好的视觉感受。由单片机或可编程控制器PLC (Programmable Logic
5、Controller)组成的小型喷泉系统在软件及硬件上均可以较好地满足控制喷泉造型变化的要求1。由计算机作为上位机，PLC或单片机作为下位机的自动喷泉系统在功能上大大超越了传统的喷泉系统，PLC完成对喷泉现场的造型、灯光的控制，并向计算机发送实时控制数据。上位计算机实现喷泉花型监控等功能。21.2 PLC自动喷泉控制系统自动喷泉控制的实现方法很多，本设计题目为基于可编程逻辑控制器（PLC）的喷泉控制系统，用可编程逻辑控制器(PLC)，不仅能够进行多种水型切换，而且能将各种水型、灯光，按照预先设定的排列组合进行控制程序的设计，通过计算机运行控制程序发出控制信号，使水型、灯光实现多姿多彩的变化。通
6、过上位机（PC）与PLC之间的通讯来监控喷泉的状态与效果，进而控制电动机，以达到顺利实现工业控制的要求及目的，同时还要达到低功耗、高性价比、运行安全可靠等基本要求。基于以上要求，本系统应具备以下功能：1. 设计三种喷泉类型，编写程序控制以顺利实现喷泉的控制。2. 系统中组态王组态画面、PLC之间要能顺利实现通讯。3. 具备人机对话功能，即具有可视的组态画面，能设置及监控系统运行。4. 整个系统要具有安装、调试简单、方便的特点。第2章 系统总体方案设计 实现方法分析与可行性讨论2.1.1 单片机喷泉控制系统单片机也称为单片微型计算机，是把微型计算机的各部件中央处理器、存储器、输入输出接口电路、定
7、时器/计数器等制作在一块集成电路芯片上，构成一个完整的微型计算机，如图2.1所示。由于单片机在一块小芯片上就集成了一台计算机有具备的功能，所以其在工业控制中占据很重要的地位。它具有超小型化、结构紧凑、抗干扰能力强等优势。特别适用于实时工业测量控制、智能化仪器仪表和家用电器控制等应用系统。3目前，市场上流行的单片机种类繁多，如MCS-51系列，8位单片机仍占有单片机市场60%以上的份额，促进了8位单片机朝着高性能和多功能化方向发展。其他单片机，如凌阳公司的SPCE061A 16位单片机，美国TEXAS INSTRUMENTS公司的MSP430系列单片机，ARM（AdvancedRISCMachi
8、ne）嵌入式单片机等都是各有优点，在不同的领域中有着很好的应用。 图2.1 单片机控制系统单片机控制系统用于喷泉控制是完全可行的，它可以通过定时器/计数器对喷泉喷射的时间进行控制，并且也可以利用串行接口与上位机进行通讯。由于单片机的价格比较便宜，所以大批量生产时的性能价格比很高。但由于单片机需要附属很多的外围电路，对电路的设计水平要求很高，否则便很可能降低系统的稳定性。而且，由于喷泉控制系统很少会有批量生产的情况，对于小规模制作时，PCB印刷电路板的制作成本是很高的。综上所述，此次设计采用单片机控制系统不是最佳方案。2.1.2 工控机喷泉控制系统工控机即工业控制计算机，但现在更时髦的叫法是产业
9、电脑或工业电脑，英文简称IPC，全称Industrial Personal Computer。工控机通俗的说就是专门为工业现场而设计的计算机，如图2.2所示。工控机特点工控机通俗的说就是专门为工业现场而设计的计算机，而工业现场一般具有强烈的震动，灰尘特别多，另有很高的电磁场力干扰等特点，且一般工厂均是连续作业即一年中一般没有休息。因此，工控机与普通计算机相比必须具有以下特点：1） 机箱采用钢结构，有较高的防磁、防尘、防冲击的能力。2） 机箱内有专用底板，底板上有PCI和ISA插槽。3） 机箱内有专门电源，电源有较强的抗干扰能力。4） 要求具有连续长时间工作能力。 自1984年国内开始从事开发和
10、推广应用工控机以来，已被广泛地应用于钢铁冶金、石油化工、机电成套设备、医药食品、数控机床、工业炉窑等工业领域、以及军工和科研设备中。图2.2 工控机控制系统对于工控机作为喷泉控制系统，由于喷泉控制系统的环境相对工业控制环境要好得多，而且喷泉控制系统对连续长时间工作的能力要求也不是很高，用工控机设计喷泉控制系统实属有些大材小用。而且工控机的价格较同层次的PC机要偏高，这样就更增加了系统的成本，降低了整体的性价比。2.1.3 PLC喷泉控制系统自二十世纪六十年代美国推出可编程逻辑控制器（Programmable Logic Controller，PLC）取代传统继电器控制装置以来，PLC得到了快速
11、发展，在世界各地得到了广泛应用。同时，PLC的功能也不断完善。随着计算机技术、信号处理技术、控制技术网络技术的不断发展和用户需求的不断提高，PLC在开关量处理的基础上增加了模拟量处理和运动控制等功能。今天的PLC不再局限于逻辑控制，在运动控制、过程控制等领域也发挥着十分重要的作用。如图2.3所示。作为离散控的制的首选产品，PLC在二十世纪八十年代至九十年代得到了迅速发展，世界范围内的PLC年增长率保持为20%30%。随着工厂自动化程度的不断提高和PLC市场容量基数的不断扩大，在自动化领域占据着十分重要的位置。4PLC是由模仿原继电器控制原理发展起来的，二十世纪七十年代的PLC只有开关量逻辑控制
12、，首先应用的是汽车制造行业。它以存储执行逻辑运算、顺序控制、定时、计数和运算等操作的指令；并通过数字输入和输出操作，来控制各类机械或生产过程。用户编制的控制程序表达了生产过程的工艺要求，并事先存入PLC的用户程序存储器中。运行时按存储程序的内容逐条执行，以完成工艺流程要求的操作。图2.3 PLC控制系统一个PLC的控制器，可以接收几千个I/O点（最多可达8000多个I/O）。对于喷泉控制系统这样，被控对象主要是设备连锁、回路很少，采用PLC较为合适。PLC由于采用通用监控软件，在组态软件设计方面，要容易一些。且PLC通常都支持现场总线，会使得系统通信得到有利保障，更适合实现上位机的远程监控。目
13、前适用于喷泉控制的中小型PLC种类繁多，价格低廉。使设计者会有更多的选择余地。系统整体造价会比工控机低，而且不会降低系统的稳定性。经过以上三种控制系统的可行性分析可以看出，以PLC为下位机，PC机为上位机组成的控制系统是此次设计喷泉控制系统的最佳方案。2.2 总体实现方案根据设计要求，该喷泉控制系统由PLC下位机及上位机PC组成，如图所示。PLC对喷泉的水泵进行时序控制，产生各种不同的喷水造型。需设计三种不同的喷泉类型。上位机编写组态软件对喷泉的工作状态进行实时监控。要求喷泉控制程序能够产生不同的喷水造型，并且符合美学标准，逻辑合理。组态软件要求画面美观大方，具备人机对话功能，且操作简单。图
14、喷泉控制系统总体方案第3章 硬件系统实现3.1 PLC工作原理3.1.1 PLC的等效工作电路PLC是一种微机控制系统，其工作原理也与微机相同，但在应用时，可不必用计算机的概念去做深入的了解，只需将它看成是由普通的继电器、定时器、计数器、移位器等组成的装置，从而把PLC等效成输入、输出和内部控制电路三部分。5（1）输入部分这部分的作用是接受被控设备的信息或操作命令等外部输入信息。输入接线端是PLC与外部的开关、按钮、传感器转换信号等连接的端口。每个端子可等效为一个内部继电器线圈，线圈号即输入接点号，这个线圈由接收到的输入端的外部信号来驱动，其驱动电源可由PLC的电源部件提供(如直流24V)，也
15、可由独立的交流电源(如交流110V )供给。每个输入继电器可以有无穷多个内部触点(动合、动断形式均可)(这里使用的是计算机的“COPY”概念)，供设计PLC的内部控制电路(即编制PLC控制程序)时使用。（2）内部控制电路 这部分的作用是运算和处理由输入部分得到的信息，并判断应产生哪些输出。内部控制电路实际上也就是用户根据控制要求编制的程序。PLC程序一般用梯形图形式表示。而梯形图是从继电器控制的电气原理图演变而来的，PIC程序中的动合、动断触点、线圈等概念均与继电器控制电路相同。 在PLC内部还设有定时器、计数器、移位器、保持器、内部辅助继电器等，继电器控制系统没有的器件，它们的线圈及动合、动断触点只能在PLC内部控制电路中使用，而不能与外部电路相连。（3）输出部分这部分的作用是驱动外部负载。在PLC内部，有若干能与外部设备直接相连的输出继电器(有继电器、双向硅、晶体管三种形式)，它也有无限多种软件实现的动合、
