毕业设计（论文）-PLC控制花样喷泉.doc

毕 业 论 文 题 目 plc控制花样喷泉 专 业 机电一体化 班 级 09级2班 学生姓名 指导教师 答辩日期 2011/5/30 佛山职业技术学院毕业论文任务书（学生任务书-由指导教师填写）系 专业 班 同学： 一、毕业论文课题二、毕业论文内容和目标三、参考资料 四、毕业论文课题时间： 年 月 日至 年 月 日 五、进度安排：周 次工作内容预定目标及检查方式 六、备注：1、 本任务书一式三份，教研室、指导教师和学生各执一份；2、 学生须将此任务书按装订要求进行装订。目录第1章 概述11.1 喷泉控制系统的应用11.2 plc花样喷泉控制系统1第2章 系统整体方案设计22.1 实现方法分析与可行性讨论22.1.1 单片机喷泉控制系统22.1.2 工控机喷泉控制系统32.1.3 plc喷泉控制系统42.2 总体实现方案5第3章 plc简介63.1 plc常识63.2 plc的特点与应用领域73.3 plc的基本组成与分类83.4 plc的工作原理93.5 plc的性能指标与发展趋势103.6 国内外plc产品介绍113.7 三菱plcfx2n系列介绍12第4章花样喷泉设计方案164.1 花样喷泉的模型164.2花样控制要求174.2.1花样控制的几种模式174.2.2各种模式的动作状态17第5章plc花样喷泉控制系统的实现185.1 硬件设计185.1.1 plc的选择185.1.2 plc的输入输出分配185.2 plc应用程序设计195.2.1 采用顺序功能流程图(sfc)设计方法195.2.2 设计方案215.2.3 设计过程中的关键问题及实现21第6章 结束语22参考文献：22致谢：2207电气自动化专业毕业设计说明书第1章 概述1.1 喷泉控制系统的应用随着人们生活水平的提高,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的湿度，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。由可编程控制器plc组成的小型喷泉系统在软件及硬件上均可以较好的满足控制喷泉造型变化的要求。图1.1 花样喷泉系统1.2 plc花样喷泉控制系统 花样喷泉控制的实现方法很多，本设计题目基于可编程逻辑控制器（plc）的喷泉控制系统，可编程逻辑控制器（plc），不仅能够进行多种水型切换，而且能够将各种水型、灯光，按照预先设定的排列组合进行控制程序的设计，使水型、灯光实现多姿多彩的变化。通过pc与plc之间的通信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。第2章 系统整体方案设计2.1 实现方法分析与可行性讨论花样喷泉控制的实现方法很多，如利用单片机、工业机、plc等都可以实现。下面简单介绍这几种方法。2.1.1 单片机喷泉控制系统 单片机也称单片微型计算机，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。特别适合用于实时工业测量控制、智能化仪器仪表何家用电器控制等应用系统。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（advanced risc machine）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信。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。工控机的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，而工业现场一般只有强烈的震动，灰色特别多，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，有较高的防震、防尘、防冲击力的能力。（2）机箱内有专用底板，底板上有pci和isa插槽。（3）机箱内有专门电缆，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年内开始从事开发和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、医学食品、数控机床、工业炉窖等工业领域、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的多，而且喷泉控制系统对连续长时间工作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plc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得到了快速发展，在世界各地得到了广泛应用。同时，plc的功能叶不断完善。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完善。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。 plc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，首先应用的是汽车制造业，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，被控的对象主要是设备连锁，回路很少，采用plc较为合适。plc与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分析可以看出，以plc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，该喷泉控制系统是由plc组成，如图2.4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。需设计两种种不同的喷泉类型。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，且操作简单。图 2.4 喷泉控制系统总体方案第 21 页 共 22 页第3章 plc简介3.1 plc常识（一）概念可编程控制器（programmblecontroller）简称pc或plc。它是在电器控制技术和计算机技术的基础上开发出来的，并逐渐发展成为以微处理器为核心，把自动化技术、计算机技术、通讯技术融为一体的新型工业控制装置。目前，plc已被广泛应用于各种生产机械和生产过程的自动控制中，成为一种最重要、最普及、应用场合最多的工业控制装置，被公认为现代工业自动化的三大支柱（plc、机器人、cad/cam）之一。 国际电工委员会（iec）于1987年颁布了可编程控制器标准草案第三稿，其定义强调了plc应直接应用于工业环境，必须具有很强的抗干扰能力、广泛的适应能力和广阔的应用范围，这是区别于一般微机控制系统的重要特征。同时，也强调了plc用软件方式实现的“可编程”与传统控制装置中通过硬件或硬接线的变更来改变程序的本质区别。 近年来，可编程控制器发展很快，几乎每年都推出不少新系列产品，其功能已远远超出了上述定义的范围。 （二）plc的产生与发展 在可编程控制器出现前，在工业电气控制领域中，继电器控制占主导地位，应用广泛。但是电器控制系统存在体积大、可靠性低、查找和排除故障困难等缺点，特别是其接线复杂、不易更改，对生产工艺变化的适应性差。 早期的可编程控制器仅有逻辑运算、定时、计数等顺序控制功能，只是用来取代传统的继电器控制,通常称为可编程逻辑控制器（programmable logic controller ）。随着微电子技术和计算机技术的发展，20世纪70年代中期微处理器技术应用到plc中，使plc不仅具有逻辑控制功能，还增加了算术运算、数据传送和数据处理等功能。 20世纪80年代以后，随着大规模、超大规模集成电路等微电子技术的迅速发展，16位和32位微处理器应用于plc中，使plc得到迅速发展。plc不仅控制功能增强，同时可靠性提高，功耗、体积减小，成本降低，编程和故障检测更加灵活方便，而且具有通信和联网、数据处理和图象显示等功能，使plc真正成为具有逻辑控制、过程控制、运动控制、数据处理、联网通信等功能的名符其实的多功能控制器。 我国的plc研制、生产和应用也发展很快，尤其在应用方面更为突出。在20世纪70年代末和80年代初，我国随国外成套设备、专用设备引进了不少国外的plc。此后，在传统设备改造和新设备设计中，plc的应用逐年增多，并取得显著的经济效益，plc 在我国的应用越来越广泛，对提高我国工业自动化水平起到了巨大的作用。目前，我国不少科研单位和工厂在研制和生产plc，如辽宁无线电二厂、无锡光洋电子公司、上海香岛电机制造公司、厦门a-b公司等。 从近年的统计数据看，在世界范围内plc产品的产量、销量、用量高居工业控制装置榜首，而且市场需求量一直以每年15%的比率上升。plc已成为工业自动化控制领域中占主导地位的通用工业控制装置。3.2 plc的特点与应用领域（一）plc的特点 plc技术之所以高速发展，除了工业自动化的客观需要外，主要是因为它具有许多独特的优点。它较好地解决了工业领域中普遍关心的可靠、安全、灵活、方便、经济等问题。主要有以下特点：1可靠性高、抗干扰能力强可靠性高、抗干扰能力强是plc最重要的特点之一。plc的平均无故障时间可达几十万个小时 ，之所以有这么高的可靠性，是由于它采用了一系列的硬件和软件的抗干扰措施： （1）硬件方面 i/o通道采用光电隔离，有效地抑制了外部干扰源对plc的影响；对供电电源及线路采用多种形式的滤波，从而消除或抑制了高频干扰；对cpu等重要部件采用良好的导电、导磁材料进行屏蔽，以减少空间电磁干扰；对有些模块设置了联锁保护、自诊断电路等。（2）软件方面 plc采用扫描工作方式，减少了由于外界环境干扰引起故障；在plc系统程序中设有故障检测和自诊断程序，能对系统硬件电路等故障实现检测和判断；当由外界干扰引起故障时，能立即将当前重要信息加以封存，禁止任何不稳定的读写操作，一旦外界环境正常后，便可恢复到故障发生前的状态，继续原来的工作。2编程简单、使用方便目前，大多数plc采用的编程语言是梯形图语言，它是一种面向生产、面向用户的编程语言。梯形图与电器控制线路图相似，形象、直观，不需要掌握计算机知识，很容易让广大工程技术人员掌握。当生产流程需要改变时，可以现场改变程序，使用方便、灵活。同时，plc编程器的操作和使用也很简单。这也是plc获得普及和推广的主要原因之一。许多plc还针对具体问题，设计了各种专用编程指令及编程方法，进一步简化了编程。3功能完善、通用性强 现代plc不仅具有逻辑运算、定时、计数、顺序控制等功能，而且还具有a/d和d/a转换、数值运算、数据处理、pid控制、通信联网以等许多功能。同时，由于plc产品的系列化、模块化，有品种齐全的各种硬件装置供用户选用，可以组成满足各种要求的控制系统。 4设计安装简单、维护方便 由于plc用软件代替了传统电气控制系统的硬件，控制柜的设计、安装接线工作量大为减少。plc的用户程序大部分可在实验室进行模拟调试，缩短了应用设计和调试周期。在维修方面，由于plc的故障率极低，维修工作量很小；而且plc具有很强的自诊断功能，如果出现故障，可根据plc上指示或编程器上提供的故障信息，迅速查明原因，维修极为方便。5体积小、重量轻、能耗低由于plc采用了集成电路，其结构紧凑、体积小、能耗低，因而是实现机电一体化的理想控制设备。（二）plc的应用领域目前，在国内外plc已广泛应用冶金、石油、化工、建材、机械制造、电力、汽车、轻工、环保及文化娱乐等各行各业，随着plc性能价格比的不断提高，其应用领域不断扩大。从应用类型看，plc的应用大致可归纳为以下几个方面：1.开关量逻辑控制利用plc最基本的逻辑运算、定时、计数等功能实现逻辑控制，可以取代传统的继电器控制，用于单机控制、多机群控制、生产自动线控制等，例如：机床、注塑机、印刷机械、装配生产线、电镀流水线及电梯的控制等。这是plc最基本的应用，也是plc最广泛的应用领域。2.运动控制大多数plc都有拖动步进电机或伺服电机的单轴或多轴位置控制模块。这一功能广泛用于各种机械设备，如对各种机床、装配机械、机器人等进行运动控制。3.过程控制大、中型plc都具有多路模拟量i/o模块和pid控制功能，有的小型plc也具有模拟量输入输出。所以plc可实现模拟量控制，而且具有pid控制功能的plc可构成闭环控制，用于过程控制。这一功能已广泛用于锅炉、反应堆、水处理、酿酒以及闭环位置控制和速度控制等方面。4.数据处理现代的plc都具有数学运算、数据传送、转换、排序和查表等功能，可进行数据的采集、分析和处理，同时可通过通信接口将这些数据传送给其它智能装置，如计算机数值控制（cnc）设备，进行处理。 5.通信联网plc的通信包括plc与plc、plc与上位计算机、plc与其它智能设备之间的通信，plc系统与通用计算机可直接或通过通信处理单元、通信转换单元相连构成网络，以实现信息的交换，并可构成“集中管理、分散控制”的多级分布式控制系统，满足工厂自动化（fa）系统发展的需要。3.3 plc的基本组成与分类（一） plc的基本组成plc是微机技术和控制技术相结合的产物，是一种以微处理器为核心的用于控制的特殊计算机，因此plc的基本组成与一般的微机系统类似。 plc的硬件主要由中央处理器（cpu）、存储器、输入单元、输出单元、通信接口、扩展接口电源等部分组成。其中，cpu是plc的核心，输入单元与输出单元是连接现场输入/输出设备与cpu之间的接口电路，通信接口用于与编程器、上位计算机等外设连接。（二） plc的分类plc产品种类繁多，其规格和性能也各不相同。对plc的分类，通常根据其结构形式的不同、功能的差异和i/o点数的多少等进行大致分类。 1按结构形式分类根据plc的结构形式，可将plc分为整体式和模块式两类。（1）整体式plc 整体式plc是将电源、cpu、i/o接口等部件都集中装在一个机箱内， 具有结构紧凑、体积小、价格低的特点。（2）模块式plc 模块式plc是将plc各组成部分，分别作成若干个单独的模块，如cpu模块、i/o模块、电源模块（有的含在cpu模块中）以及各种功能模块。 还有一些plc将整体式和模块式的特点结合起来，构成所谓叠装式plc。 2按功能分类 根据plc所具有的功能不同，可将plc分为低档、中档、高档三类。 （1）低档plc 具有逻辑运算、定时、计数、移位以及自诊断、监控等基本功能，还可有少量模拟量输入输出、算术运算、数据传送和比较、通信等功能。主要用于逻辑控制、顺序控制或少量模拟量控制的单机控制系统。 （2）中档plc 除具有低档plc的功能外，还具有较强的模拟量输入输出、算术运算、数据传送和比较、数制转换、远程i/o、子程序、通信联网等功能。有些还可增设中断控制、pid控制等功能，适用于复杂控制系统。 （3）高档plc 除具有中档机的功能外，还增加了带符号算术运算、矩阵运算、位逻辑运算、平方根运算及其它特殊功能函数的运算、制表及表格传送功能等。高档plc机具有更强的通信联网功能，可用于大规模过程控制或构成分布式网络控制系统，实现工厂自动化。 3按i/o点数分类 根据plc的i/o点数的多少，可将plc分为小型、中型和大型三类。 （1）小型plc i/o点数为256点以下的为小型plc。其中，i/o点数小于64点的为超小型或微型plc。 （2）中型plc i/o点数为256点以上、2048点以下的为中型plc。 （3）大型plc i/o点数为2048以上的为大型plc。其中，i/o点数超过8192点的为超大型plc 。 在实际中，一般plc功能的强弱与其i/o点数的多少是相互关联的，即plc的功能越强，其可配置的i/o点数越多。因此，通常我们所说的小型、中型、大型plc，除指其i/o点数不同外，同时也表示其对应功能为低档、中档、高档。3.4 plc的工作原理一. 扫描技术 当plc投入运行后，其工作过程一般分为三个阶段，即输入采样、用户程序执行和输出刷新三个阶段。完成上述三个阶段称作一个扫描周期。在整个运行期间，plc的cpu以一定的扫描速度重复执行上述三个阶段。 (一) 输入采样阶段 在输入采样阶段，plc以扫描方式依次地读入所有输入状态和数据，并将它们存入i/o映象区中的相应得单元内。输入采样结束后，转入用户程序执行和输出刷新阶段。在这两个阶段中，即使输入状态和数据发生变化，i/o映象区中的相应单元的状态和数据也不会改变。因此，如果输入是脉冲信号，则该脉冲信号的宽度必须大于一个扫描周期，才能保证在任何情况下，该输入均能被读入。 (二) 用户程序执行阶段 在用户程序执行阶段，plc总是按由上而下的顺序依次地扫描用户程序(梯形图)。在扫描每一条梯形图时，又总是先扫描梯形图左边的由各触点构成的控制线路，并按先左后右、先上后下的顺序对由触点构成的控制线路进行逻辑运算，然后根据逻辑运算的结果，刷新该逻辑线圈在系统ram存储区中对应位的状态；或者刷新该输出线圈在i/o映象区中对应位的状态；或者确定是否要执行该梯形图所规定的特殊功能指令。 即，在用户程序执行过程中，只有输入点在i/o映象区内的状态和数据不会发生变化，而其他输出点和软设备在i/o映象区或系统ram存储区内的状态和数据都有可能发生变化，而且排在上面的梯形图，其程序执行结果会对排在下面的凡是用到这些线圈或数据的梯形图起作用；相反，排在下面的梯形图，其被刷新的逻辑线圈的状态或数据只能到下一个扫描周期才能对排在其上面的程序起作用。 (三) 输出刷新阶段 当扫描用户程序结束后，plc就进入输出刷新阶段。在此期间，cpu按照i/o映象区内对应的状态和数据刷新所有的输出锁存电路，再经输出电路驱动相应的外设。这时，才是plc的真正输出。3.5 plc的性能指标与发展趋势（一） plc的性能指标 1存储容量 存储容量是指用户程序存储器的容量。用户程序存储器的容量大，可以编制出复杂的程序。一般来说，小型plc的用户存储器容量为几千字，而大型机的用户存储器容量为几万字。 2i/o点数 输入/输出（i/o）点数是plc可以接受的输入信号和输出信号的总和，是衡量plc性能的重要指标。i/o点数越多，外部可接的输入设备和输出设备就越多，控制规模就越大。 3扫描速度 扫描速度是指plc执行用户程序的速度，是衡量plc性能的重要指标。一般以扫描1k字用户程序所需的时间来衡量扫描速度，通常以ms/k字为单位。plc用户手册一般给出执行各条指令所用的时间，可以通过比较各种plc执行相同的操作所用的时间，来衡量扫描速度的快慢。 4指令的功能与数量 指令功能的强弱、数量的多少也是衡量plc性能的重要指标。编程指令的功能越强、数量越多，plc的处理能力和控制能力也越强，用户编程也越简单和方便，越容易完成复杂的控制任务。 5内部元件的种类与数量 在编制plc程序时，需要用到大量的内部元件来存放变量、中间结果、保持数据、定时计数、模块设置和各种标志位等信息。这些元件的种类与数量越多，表示plc的存储和处理各种信息的能力越强。 6特殊功能单元 特殊功能单元种类的多少与功能的强弱是衡量plc产品的一个重要指标。近年来各plc厂商非常重视特殊功能单元的开发，特殊功能单元种类日益增多，功能越来越强，使plc的控制功能日益扩大 7可扩展能力 plc的可扩展能力包括i/o点数的扩展、存储容量的扩展、联网功能的扩展、各种功能模块的扩展等。在选择plc时，经常需要考虑plc的可扩展能力。（二） plc的发展趋势 1向高速度、大容量方向发展 为了提高plc的处理能力，要求plc 具有更好的响应速度和更大的存储容量。目前，有的plc的扫描速度可达0.1 ms/k步左右。plc的扫描速度已成为很重要的一个性能指标。 在存储容量方面，有的plc最高可达几十兆字节。为了扩大存储容量，有的公司已使用了磁泡存储器或硬盘。 2向超大型、超小型两个方向发展 当前中小型plc比较多，为了适应市场的多种需要，今后plc 要向多品种方向发展，特别是向超大型和超小型两个方向发展。现已有i/o点数达14336点的超大型plc，其使用32位微处理器，多cpu并行工作和大容量存储器，功能强。 小型plc由整体结构向小型模块化结构发展，使配置更加灵活，为了市场需要已开发了各种简易、经济的超小型微型plc ，最小配置的i/o点数为816 点，以适应单机及小型自动控制的需要，如三菱公司系列plc。 3plc大力开发智能模块，加强联网通信能力 为满足各种自动化控制系统的要求，近年来不断开发出许多功能模块，如高速计数模块、温度控制模块、远程i/o模块、通信和人机接口模块等。这些带cpu和存储器的智能i/o模块，既扩展了plc功能，又使用灵活方便，扩大了plc应用范围。 加强plc 联网通信的能力，是plc技术进步的潮流。plc的联网通信有两类：一类是plc之间联网通信，各plc生产厂家都有自己的专有联网手段；另一类是plc与计算机之间的联网通信，一般plc都有专用通信模块与计算机通信。为了加强联网通信能力，plc生产厂家之间也在协商制订通用的通信标准，以构成更大的网络系统，plc已成为集散控制系统（dcs）不可缺少的重要组成部分。 4增强外部故障的检测与处理能力 根据统计资料表明：在plc控制系统的故障中，cpu占5%，i/o接口占15%，输入设备占45%，输出设备占30%，线路占5%。前二项共20%故障属于plc的内部故障，它可通过plc本身的软、硬件实现检测、处理；而其余80%的故障属于plc的外部故障。因此，plc生产厂家都致力于研制、发展用于检测外部故障的专用智能模块，进一步提高系统的可靠性。 5编程语言多样化 在plc系统结构不断发展的同时，plc的编程语言也越来越丰富，功能也不断提高。除了大多数plc使用的梯形图语言外，为了适应各种控制要求，出现了面向顺序控制的步进编程语言、面向过程控制的流程图语言、与计算机兼容的高级语言（basic、c语言等）等。多种编程语言的并存、互补与发展是plc进步的一种趋势。3.6 国内外plc产品介绍 世界上plc产品可按地域分成三大流派：一个流派是美国产品，一个流派是欧洲产品，一个流派是日本产品。美国和欧洲的plc技术是在相互隔离情况下独立研究开发的，因此美国和欧洲的plc产品有明显的差异性。而日本的plc技术是由美国引进的，对美国的plc产品有一定的继承性，但日本的主推产品定位在小型plc上。美国和欧洲以大中型plc而闻名，而日本则以小型plc著称。 我国有许多厂家、科研院所从事plc的研制与开发，如中国科学院自动化研究所的plc-0088，北京联想计算机集团公司的gk-40，上海机床电器厂的cky-40，原机电部北京机械工业自动化研究所的mpc-00l/20、kb-20/40，天津中环自动化仪表公司的djk-s-84/86/480，上海自立电子设备厂的kki系列，上海香岛机电制造有限公司的acmy-s80、acmy-s256，无锡光洋电子工业有限公司的sr-10、sr-20/21等。从1982年以来，先后有天津、厦门、大连、上海等地相关企业与国外著名plc制造厂商进行合资或引进技术、生产线等，这将促进我国的plc技术在赶超世界先进水平的道路上快速发展。3.7 三菱plcfx2n系列介绍系统配置既固定又灵活 在基本单元上连接单元或扩展，可进行16256点的灵活输入出组合。 在基本单元，扩展单元上可分别连接扩展模块还可连接fxon系列扩展模块编程简单 指令种类指令数目基本指令27种步进梯形指令2种应用指令128种：298个应用指令中有多个可使用的简单指令高速处理指令 输入过滤器常数可变，中断输入处理，直接输入等。 便利指令 数字开关的数据读取，16位数据的读取矩阵输入的读取，7段显示器输出等。 数据处理 数据检索，数据排列，三角子函数运算，平方根，浮点小数运算等。 特殊用途 脉冲输出（20khz/dc5v,10khz/dc12v24v）脉宽调制，pid控制指令等。 外部设备相互通信 串行数据传送，accii code印刷，hexascii变换，校验码等。 时计控制 内置时钟的数据比较、加法、减法，读出、写入等。 备有可自由选择，丰富的品种 可选用16/32/48/64/80/128/点的主机，可以采用最小8点的扩展模块进行扩展。 可根据电源及输出形式，自由选择。 令人放心的高性能 程序容量.内置8000步ram（可输入注释）可使用存储盒，最大可扩充至16k步。 丰富的软元件 高速运算 1个指令运行时间，只需0.08us 基本指令/1指令0.08us 应用指令/1指令1.52us数100us 在指令以外，实现高速化 高速计数器 1相60khz：2点10khz：4点或 2相30khz：1点5khz：1点 脉冲读取 可读取最大50us的短脉冲输入 适用于多种特殊用途 还可应用在模拟控制、定位控制等特殊用途。 fx2n系列中，1台基本单元最多可连接8台扩展模块或特殊功能模块 模拟输入输出 fx2n4ad模拟输入（4ch） fx2n4da模拟输出（4ch） fx2n4adptpt100温度感应器用（4ch） fx2naadtc电热偶温度感应器用（4ch） fxon3a模拟输入出模块（2ch入，1ch出） 高速脉冲输入 fx2n1hc高速计数器（2相50khz） 定位 fx2n1pg脉冲输出（1轴100kpps） rs232c机器通讯 fx2n232ifrs232通讯用（1ch） 外部机器通讯简单化 通过安装机能扩充板，可将与外部设备通讯端口置1个通道。一台fx2n主机可安装一个机能扩充板。 rs232c通信用 fx2n232bd可以同各种rs232接口内置设备进行通讯，可 以和个人电脑连接。 rs485通信用 fx2n485bd可以同个人电脑等计算机连接，可以再同1台基本单元并连连接，可以在fxon，fx2n间作简易plc间进行连接。 rs422通信用 fx2n422bd可以同编程工具，du，got等连接。 机能扩充板 在上述通讯功能之外，还备有多种。 电位器适配器 fx2n8avbd模拟计时器（8点内置） fxon用适配器连接 fx2ncnvbd用于连接fxon系列用的适配器板。 fxon232adp（rs232c通讯用） fxon485adp（计算机连接，并连简易plc间连接） 在使用fx2n485bd及fxon485adp的fx2n系列间，可作简易plc通信连接。 可共同的外部设备 可以共用fx系列的外部设备 便携式简易编程器fx10pe、fx20pe需使用fx20pcab0作连接线 个人电脑软件 视窗（3.1，95）用（fxpcs/win）(需使用sc09作连接线)fx2n系列目录模块点 数fx2n-128mr-001基本单元64点输入/64点继电器输出fx2n-80mr-001基本单元40点输入/40点继电器输出fx2n-64mr-001基本单元32点输入/32点继电器输出fx2n-48mr-001基本单元24点输入/24点继电器输出fx2n-32mr-001基本单元16点输入/16点继电器输出fx2n-16mr-001基本单元8点输入/8点继电器输出fx2n-80mr-d基本单元40点输入/40点继电器输出fx2n-64mr-d基本单元32点输入/32点继电器输出fx2n-48mr-d基本单元24点输入/24点继电器输出fx2n-32mr-d基本单元16点输入/16点继电器输出fx2n-128mt基本单元64点输入/64点晶体管输出fx2n-80mt基本单元40点输入/40点晶体管输出fx2n-64mt基本单元32点输入/32点晶体管输出fx2n-48mt基本单元24点输入/24点晶体管输出fx2n-32mt基本单元16点输入/16点晶体管输出fx2n-16mt基本单元8点输入/8点晶体管输出fx2nc-96mt基本单元48点输入/48点晶体管输出fx2nc-64mt基本单元32点输入/32点晶体管输出fx2nc-32mt基本单元16点输入/16点晶体管输出fx2nc-16mt基本单元8点输入/8点晶体管输出fx2n系列扩展单元fx2n-48er扩展单元24点输入/24点继电器输出fx2n-48et扩展单元24点输入/24点晶体管输出fx2n-48er扩展单元16点输入/16点继电器输出fx2n-32et扩展单元16点输入/16点晶体管输出fx2n-16ex扩展单元16点输入fx2n-16eyr扩展单元8点继电器输出fx2n-16eyt扩展单元8点晶体管输出fx2n特殊扩展模块fx2n-cnv-bdfx0n模块转换模块fx2n-cnv-bc扩展电缆转换器fx2n-cnv-if扩展电缆转换器（fx2fx2n）fx2n-8av-bd手动可调电位器设定输入板fx2n-232-bdrs-232c串行接口（1通道）fx2n-485-bdrs-485串行接口（1通道）fx2n-422-bdrs-422串行接口（1通道）fx2n系列特殊功能单元fx2n-2da2通道d/afx2n-2ad2通道a/dfx2n-4da4通道d/afx2n-4ad4通道a/dfx2n-8ad8通道a/dfx2n-4ad-pt4通道温度输入,pt型fx2n-4ad-tc4通道温度输入,热偶型fx2n-1hc高速计数模块（1通道）fx2n-232ifrs-232通讯模块（1通道）fx2n-1pg脉冲串输出单元（1通道）fx2n-10gm1轴位控单元fx2n-20gm2轴位控单元fx-pcs-vps/win-efx2n-2lc2通道温度控制模块fx2n-1rm-e-set可编程cam模块fx2n-rs-scabfx2n-1rm与f2-720rsv间信号电缆f2-720rsv隔离器fx2n-32ccl计算机与通讯连接模块fx2n-16lnk远程i/o系统主控模块第4章花样喷泉设计方案4.1 花样喷泉的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。某广场的花式喷泉示意图如图4.1所示 。 图4.1 花样喷泉示意图4.2花样控制要求4.2.1花样控制的几种模式(1) 按下启动按钮，喷泉控制装置开始工作；按下停止按钮，喷泉控制装置停止工作。(2) 喷泉的工作方式由花样选择开关和单周期健续开关决定。(3) 当单周期连续开关在单周期位置时，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，现考虑两种喷水花样。4.2.2各种模式的动作状态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，再延时2s后，2号喷头喷水，又延时2s后，1号喷头喷水。18s后，如果是单周期工作方式，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，再延时2s后，3号喷头喷水又延 时2s后，4号喷头喷水。30s后，如果是单周期工作方式，则停下来；如果为连续工作方式，则继续循环下去。第5章plc花样喷泉控制系统的实现5.1 硬件设计5.1.1 plc的选择依据花样喷泉的控制要求、实际控制需求以及输入，输出变量特点，选用日本三菱的fx2n系列继电器输出型的plc，可满足上述控制要求。采用 p l c控制的优点 ：（1）plc主机的