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1、- 学 院：电子与信息工程学院 专 业：电气工程及其自动化 课程名称：花式喷泉的PLC控制设计 指导教师：刘芳梅 学生学号：华 进20133522049 段石磊20130123096 付 成201335220281喷泉介绍1.1常见的几种花样喷泉随着时代的发展，科技水平的提高,城市的喷泉设备已经十分先进,各种音乐喷泉、程控喷泉、激光喷泉已经层出不穷,变化多端。规模可大可小，射程可高可低，喷出的水，大者如珠，细者如雾,变化万千，引人入胜。喷泉，使静水变为动水，使水也有了灵魂，又辅之以各种灯光效果,使水体具有丰富多彩的形态，可以缓冲、软化城市中“凝固的建筑物”和硬质的地面，以增加城市环境的生机，有
2、益与身心健康并能满足视觉艺术的需要。大型城市广场中的人工动态喷泉，也多来自自然的种种水态,如瀑布、水帘、溢流、溪流、壁泉等，随着科学技术的发展进步，各种喷泉真是花样翻新、层出不穷，几乎达到了人们随心所欲创造各种晶莹剔透、绚丽多姿动态水景的程度。喷泉在当今时代,已经形成了一道独特的人文景观。下面是一些我们日常生活中常见的喷泉：音乐喷泉是音乐和喷泉的结合，音乐是喷泉的主题，喷泉是音乐内涵的表达，如图11图11音乐喷泉程控喷泉是按照预先编辑的程序定时变换喷水造型，如图12。图12程控喷泉跑动喷泉是按照时序控制喷水，构成各种跑动、跳动、波动等形态，变化多端， 如图1-3图13跑动喷泉可是用单片机通过可
3、控硅作为功率开头元件实现花样喷泉时存在下面的缺点： 1、需要较多的保护电路；2、程序的增减不灵活;3、抗干扰能力差； 4、功率因数低。而采用PLC能有效的解决这些问题，同时PLC具有较强的自诊断功能,能迅速方便检查出故障，缩短检修时间，确保控制系统的可靠性,稳定性.1.2 花样喷泉的动作状态1.按下启动按钮，喷泉开始工作;按下停止按钮，喷泉停止工作;2.喷泉的工作方式由花样选择开关和单步/连续开关决定；3.当单步/连续开关在单步位置时，喷泉只能按照花样选择开关设定的方式，运行一个循环；4.花样选择开关用于选择喷泉的喷水花样,考虑以下4种喷水花样：花样选择开关在位置1时，按下启动按钮后,4号喷头
4、喷水，延时2s后，3号喷头喷水,在延时2s后，2号喷头喷水，又延时2s后，1号喷头喷水.18s后，如果为单步工作方式，则停下来；如果为连续工作方式，则继续循环下去。花样选择开关在位置2时,按下启动按钮后，1号喷头喷水，延时2s后，2号喷头喷水，在延时2s后，3号喷头喷水，又延时2s后，4号喷头喷水。30s后，如果为单步工作方式，则停下来；如果为连续工作方式，则继续循环下去。花样选择开关在位置3时,按下启动按钮后,1号、3号喷头喷水，延时3s后，2号、4号喷头喷水，同时1号、3号喷头停止喷水.如此交替运行15s后，4组喷头全部喷水,30s后,如果为单步工作方式,则停下来；如果连续工作方式，则继续
5、循环下去。花样选择开关在位置4时，按下启动按钮后,按照1-234的顺序,依次间隔2s喷水，然后一起喷水。30s后,按照 12-3-4的顺序，依次间隔2s停止喷水。在经1s延时，按照4-32-1的顺序，依次间隔2s 喷水，然后一起喷水，30s后停止。如果为单步工作方式，则停下来；如果为连续工作方式，则继续循环下去。2 PLC的研究现状2.1 PLC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：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、
6、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、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。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，直接开关量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
7、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。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.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
8、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。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. 2.2 PLC的应用特点1、功能丰富 PLC的功能非常丰富。这主要与它具有丰富的处理信息的指令系统及存储信息的
9、内部器件有关。它的指令多达几十条、几百条，可进行各式各样的逻辑问题的处理，还可进行各种类型数据的运算.凡普通计算机能做到的,它也都可作到。它的内部器件，即内存中的数据存储区,种类繁多,容量宏大。I/O继电器，可以用以存储入、出 点信息的，少的几十、几百，多的可达几千、几万，以至10几万。这意味着它可进行这么多I/O点的入出信息变换，进行这么大规模的控制。它的内部种种继电器，相当于中间继电器，数量更多。内存中的一个位就可作为一个中间继电器。它的计数器、定时器也很多，是继电电路所望尘莫及的。小小的箱体或模块，其内部定时器、计数器可达成百、成千。这也是因为只要用内存中的一个字，再加一些标志位，即可成
10、为定时器、计数器，所以才那么多.而且，这些内部器件还可设置成丢电保持的，或丢电不保持的，即上电后予以清零的.以满足不同的使用要求。这些也是继电器件所难以做到的。2、使用方便用PLC实现对系统的控制是非常方便的。这是因为:首先PLC控制逻辑的建立是程序，用程序代替硬件接线。编程序变接线,更改程序变更改接线,当然要方便得多.其次PLC的硬件是高度集成化的，已集成为种种小型化的模块。而且，这些模块是配套的，已实现了系列化与规格化。种种控制系统所需的模块,PLC厂家多有现货供应，市场上即可购得。所以，硬件系统配置与建造也非常方便。正因如此，用可编程序控制器才有这个“可”字。对软件讲,它的程序可编,也不
11、难编。对硬件讲，它的配置可变，而且也易于变.3、工作可靠用PLC实现对系统的控制是非常可靠的.这是因为PLC在硬件与软件两个方面都采取了很多措施，确保它能可靠工作.事实上,如果PLC工作不可靠,就无法在工业环境下运用，也就不成其为PLC了。(1) 在硬件方面：PLC的输入输出电路与内部CPU是电隔离。其信息靠光耦器件或电磁器件传递。而且，CPU板还有抗电磁干扰的屏蔽措施.故可确保PLC程序的运行不受外界的电与磁的干扰，能正常地工作。PLC使用的元器件多为无触点的，而且是高度集成的，数量并是不太多，这就为其可靠工作提供了物质基础。 在机械结构设计与制造工艺上，为使PLC能安全可靠地工作，也采取了
12、很多措施，可确保PLC耐振动、耐冲击。使用环境温度可高达摄氏50多度，有的PLC可高达8090度。 有的PLC的模块可热备，一个主机工作，另一个主机也运转，但不参与控制,仅作备份。一旦工作主机出现故障，热备的可自动接替其工作。 此外,有的PLC还采用三取一的设计，CPU、I/O模块、电源模块都冗余或其中的部分冗余。三套同时工作,最终输出取决于三者中的多数决定的结果。这可使系统出故障的机率几乎为零,做到万无一失。当然，这样的系统成本是很高的,只用于特别重要的场合,如铁路车站的道叉控制系统.（2）软件方面： PLC的工作方式为扫描加中断，这既可保证它能有序地工作，避免继电控制系统常出现的”冒险竞争
13、”，其控制结果总是确定的；而且又能应急处理急于处理的控制，保证了PLC对应急情况的及时响应，使PLC能可靠地工作。为监控PLC运行程序是否正常，PLC系统都设置了“看门狗”（Watchingdog）监控程序。运行用户程序开始时，先清”看门狗”定时器，并开始计时。当用户程序一个循环运行完了，则查看定时器的计时值。若超时（一般不超过100ms)，则报警.严重超时,还可使PLC停止工作。用户可依报警信号采取相应的应急措施。定时器的计时值若不超时，则重复起始的过程，PLC将正常工作。显然，有了这个“看门狗监控程序,可保证PLC用户程序的正常运行，可避免出现“死循环而影响其工作的可靠性。PLC还有很多防
14、止及检测故障的指令,以产生各种检测模块工作正常与否的提示信号。可通过编制相应的用户程序,对PLC的工作状况，以及PLC所控制的系统进行监控，以确保其可靠工作。PLC每次上电后,还都要运行自检程序及对系统进行初始化。这是系统程序配置了的，用户可不干预。出现故障时有相应的出错信号提示。正是因为PLC在软、硬件诸方面有强有力的可靠性措施,才确保了PLC能够可靠的工作。它的平均无故障时间可高达几万小时以上;出了故障时的平均修复时间却很短，几小时以甚至几分钟就可以了.曾有人做过为什么要使用PLC的问卷调查。在回答中，多数用户把PLC工作可靠作为选用它的主要原因,即把PLC能可靠工作,作为它的首选指标4、
15、经济合算 尽管使用PLC首次投资要大些,但从全面及长远看,使用PLC还是经济的。这是因为： 使用PLC的投资虽大，但它的体积小、所占空间小，辅助设施的投入少；使用时省电，运行费少;工作可靠，停工损失少；维修简单，维修费少；还可再次使用以及能带来附加价值等等，从中可得更大的回报。所以，在多数情况下,它的效益是很可观的。3 喷泉设计方案3。1控制要求分析1.按下启动按钮，喷泉开始工作;按下停止按钮，喷泉停止工作;2。喷泉的工作方式由花样选择开关和单步/连续开关决定；3。当单步/连续开关在单步位置时,喷泉只能按照花样选择开关设定的方式，运行一个循环；4.花样选择开关用于选择喷泉的喷水花样，考虑以下4种喷水花样：花样选择开关在位置1时，按下启动按钮后,4号喷头喷水，延时2s后，3号喷头喷水，在延时2s后，2号喷头喷水，又延时2s后，1号喷头喷水。18s后，如果为单步工作方式，则停下来；如果为连续工作方式，则继续循环下去。花样选择开关在位置2时，按下启动
