毕业设计（论文）-基于PLC的喷泉控制系统设计.docx

毕业设计题 目：基于PLC的喷泉控制系统设计 系 部：数控系工程 函 授 站：湖南工程学院 专 业：机械设计制造及其自动化 学生姓名： 学 号： 指导老师： 完成日期：2016年3月28日目 录摘要、关键词 1前言 2第1章 PLC的简介5 1.1 PLC的基本概念5 1.2 PLC的生产与发展5 1.3 PLC的基本结构51.4 PLC的特点71.5 PLC的分类81.6 PLC的工作原理81.7 PLC的性能指标 101.8 PLC的软件系统 111.9 PLC的应用领域 111.10 PLC选型12第2章 喷泉的设计与要球13 2.1 喷泉的布局设计13 2.2 控制要求13第3章 系统软件设计15 3.1 IO分配 15 3.2 梯形图和接线图15 3.3 组态王监控系统18第4章 系统调试19第5章 设计总结22参考文献 23致谢 24基于PLC的喷泉控制系统设计摘 要：随着我国经济文化不断的加速发展，物质生活水平的提高促使着人们迫切的追求更高的生活享受，花样喷泉可以在人们周围随处可见，比如广场、大厦、小区、公园等。于是大大小小的公园如雨后春笋般出现在新的城市规划中，其中必然会修建一些喷泉供人们休闲，观赏。花样喷泉是人造小气候，在炎热的夏日可以起到增湿和降温的作用：也为水体充氧，有利于水体增加自净能力，起到防止水体黑臭的作用。 花样喷泉的核心是PLC，是一种以微处理器为核心、带有指令存储器和输入输出接口、综合了微电子技术、计算机技术、自动控制技术、通信技术的新一代工业控制装置。它能够存储和执行指令，进行位置控制、逻辑控制、顺序控制、定时、计数和算术运算等操作，通过数字式和模拟式的输入和输出，控制各种类型的机械或生产过程。 本设计主要以可编程控制器PLC的控制功能，通过对各个开关的控制，来满足人们对视觉的需求，实现了利用可编程控制器控制花样喷泉的功能，具有接线简单、编程直观、扩展容易等特点。当花样喷泉的功能增加时，只需要增加相应程序以及输出的功能，要改动的地方也较少，调试结果表明，在适应性、灵活性、准确性和可靠性方面，都达到了设计要求。通过本设计，我学习到了很多东西，在工作的细心上也得到了提高。并且，更了解了有关可编程器件的功能。关键词： 花样喷泉； PLC； 开关控制Design of fountain control system based on PLCAbstract:With the accelerated development of Chinas economic and cultural improvement of material living standards prompted the urgent pursuit of higher enjoyment of life pattern fountain in the people around everywhere, such as square, buildings, residential, parks, etc. So large and small parks have sprung up in the new urban planning, which is bound to build some of the fountain for people to relax, and watch. Pattern fountain is a man-made climate, can play the role of humidification and cooling during the hot summer: water oxygenation, increase in water self-purification capacity, and serve to prevent the role of black-odor water.Synchronized fountain core is PLC, is a microprocessor core, with the instruction memory, and input and output interfaces, a combination of micro-electronics technology, computer technology, automatic control technology, communications technology, a new generation of industrial control devices. It can store and execute instructions, position control, logic control, sequence control, timing, counting and arithmetic operations such as digital and analog inputs and outputs to control various types of machinery or production processes.This design mainly to the programmable controller PLC control functions through the control of each switch, to meet the needs of the people on the visual, realized easily programmable controller to control the function of the pattern fountain, with the wiring is simple, intuitive programming, expansion and so on. Synchronized fountain feature adds only need to increase the function of the corresponding procedures and output changes less debug results show that the adaptability, flexibility, accuracy and reliability, have met the design requirements. With this design, I learned a lot, has also been improved in the work carefully. And a better understanding of the function of programmable devices.Keywords：synchronized fountain; PLC; switch control前言自古以来,喷泉水景在我国园林建造中应用广泛,但是就其技术而言,只是利用地形之高差或自然的水压,而形成镜池、溪流、涌泉、壁流、瀑布等,景观形式较为单一。二十世纪八十年代以后，伴随着改革开放的春风，国民经济快速恢复并且持续发展，人民生活得到稳步提升。在一些大中型城市中，城市建设和园林设计部门对喷泉景观在环境的美化和文化氛围的营造上提出了新的要求。一些园林，水利的设计院，研究所及大专院校，根据土建结构、给水排水、机电控制等传统的专业技术，加上当时先进的单片机，通过电磁阀和直流电机调速实行变量控制，设计出许多优秀的喷泉、水景。令人耳目一新,给人以视听上的高度享受，得到了良好的社会反映和社会效益。在这个时期，一些喷泉设备专业加工厂和公司开始组建、发展，为喷泉的专业化发展提供了力量，打下了基础。喷泉水景逐步成为美化城市改善环境的重要手段。二十世纪九十年代以后，社会主义市场经济快速发展，全国城市建设速度加快，人们也追求高质量的文化生活和环境美。喷泉开始进入到人们的各个社会活动场所中，从此走出公园、园林的围墙和广场的中心。市场经济的推动让喷泉设计和制造行业进入了快速发展的新天地。一些喷泉专业的生产厂商和制造公司，在这段时间内应运而生，快速发展起来。专业研究人员把微机技术、信息技术，以及声、光、电、雾、火、激光、音乐、水幕电影等技术应用到喷泉之中，把喷泉行业的技术水平推上了一个新的层面，开拓了广阔的应用空间，喷泉行业得到了飞速发展。2001年中国建筑金属结构协会、给水排水设备分会成立了水景喷泉专业委员会，行业组织为城镇、园林的主管部门、设计院、所及专业生产厂商、公司提供服务，促进喷泉行业健康有序地发展。一些大学和中专的建筑、园林专业也开设了水景、喷泉课程，为喷泉行业的今后发展提供了知识储备。喷泉行业的发展进入到一个新的阶段。随着人们生活水平的提高，精神生活的不断丰富，人们对喷泉的景观功能，环保功能，娱乐功能提出了新的要求。在喷泉方案的制作上，短短的几年时间就从手工制图发展到photo shop图片再发展到三维动画制作的光盘描绘的动态喷水方案，计算机技术极大地丰富和开拓了人们的思维空间。快速、直观、便于保存、易于修改的优点很快地就被建设方接受，成为喷泉设计方案招投标的必备内容。喷泉的专用产品，设备也在不断地更新换代，新材料、新技术的采用，环保型的产品更加安全、可靠，售后服务周到、及时，这些都为喷泉的良性发展提供了技术支撑，使得大多数的喷泉在美化环境之外，还发挥了良好的生态效应社会效益和广告效应等间接的经济效益。一些大型城市的城市主题喷泉造型雄伟，壮观，给人团结向上，气势磅礴的感觉，像西安大雁塔的音乐喷泉已经成为城市的地标，城市精神面貌提升到很高的等级。在广场和公园的大型喷泉，结合了多种技术，形成了许多令人留恋往返的喷泉，像激光音乐喷泉，火焰音乐喷泉，结合水幕电影的主题喷泉，既动感十足，又富有诗意，配合声、光、电、雾、火，给人们以变幻无穷，绚丽多姿的视听效果。在购物中心，商业广场的景观喷泉，松弛、舒适的环境氛围给人们愉悦的感受，也加湿了空气，降低温度。随着住宅小区的越来越高档，喷泉景观也逐步走入了小区人民的生活，伴随假山，景观湖，既有中、老年人们喜爱的幽静、典雅的风格，也有适于儿童嬉水，趣味十足的形式。商场内、酒楼里的喷泉小巧、别致，既调节了室内小气候，又增添了画意。依托大型建筑物和自然地形建成的人工瀑布及溢水造景给人们以清新和另有韵味的感受。喷泉在电视和大型歌舞上频频出现，水形烘托着演出的效果给人眼前一亮的感觉。精巧优美的微型喷泉走进了办公室和居室，给室内增添了动态的装饰。喷泉是艺术和技术的结合物，建筑艺术、园林艺术、美术以至引伸到人文学、文学艺术、音乐艺术等都能蕴含到喷泉的设计、创作中。不少成功的作品都注意喷泉的设计风格与周边的环境、建筑物风格的协调一致，注意当地人文、文化心理，所以好的方案设计是至关重要的，它是成功的起点。随着喷泉的广泛应用，喷泉的一些问题也逐渐暴漏出来，有些认识上的误区和不良倾向应该引起人们的重视。否则会对喷泉行业的持续发展会造成严重打击。（1） 方案设计上的很盲目，导致作品成为败笔，使作品难于长久保存。（2） 细部设计的不合理，直接影响作品效果。（3） 质次价高的伪劣产品直接影响着有关厂商和公司的信誉。（4） 节能、节水、环保问题应引起足够的重视。喷泉的水造型是通过细部设计来实现的，机、泵、管、阀门、喷头的合理选配，直接影响着喷水效果。有些喷泉的设计，只注意了流量、工作压力等技术指标，忽视了流态效果这个重要因素，水造型效果差。例如：超高水柱密实段长，破裂段和雾化段短，水柱直径和喷水高度比例合适，抗风能力强，喷水效果挺拔、雄伟。而目前的一些超高水柱，水柱密实段短，破裂段和雾化段长，水柱直径与喷水高度相比显得细小单薄，抗风能力差，水柱很容易被吹散飘移，这就是有关参数选配不合理所致。在整体水造型的组合效果上也存在类似的问题。细部设计不合理，是技术经济指标差的表现，需要在设计阶段给予解决。喷泉是耗能的景观工程，在保障设计效果的前提下，尽可能地节约水能源，这在方案设计阶段时就应该进行量体裁衣的设计。我国是一个缺水的国家，节水是我国的基本国策，喷泉要提倡循环用水，设计时应考虑减少喷水的雾化，飘移损失。循环用水系统应该有过滤净化装置，现在有许多旱喷泉，喷水很容易把地面上的泥土、脏物冲入地下水池，水质极易污染，搞好池水净化，延长池水使用周期，用过的池水可以浇灌周边的草坪、绿地，既节约了用水，又有环保的功能。这就达到了喷泉应该体现的价值。本设计根据生活当中出现的一些情况，以花样喷泉为研究对象，结合了大量资料及文献，研究花样喷泉的控制问题，设计出一套可行性较高的喷泉控制系统。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。第1章 PLC1.1 PLC的基本概念 早期的可编程控制器主要是用来代替继电器控制系统的，因此功能较为简单，只能进行开关逻辑控制，称为可编程控制器（programmable logic controller）,简称PLC。随着微电子技术，计算机技术和通行技术的快速发展，20世纪70年代后期微处理器被用作可编程控制器的中央处理器，从而较大的扩展了可编程控制器的功能，可编程控制器有开关逻辑，模拟量控制，高速计数，PID贿赂调节，远程I/O和网络通信等功能。1980年，美国电气制造协会正式将其命名为可编程控制器，简称PC。1987年2月，国际电工委会对PLC的具体含义做出了明确的定义：在工业环境的背景之下，一种常用来做数字运算操作的电子系统。它既可以进行逻辑运算、顺序控制，也可以进行定时、计数、数学运算等操作。虽然它中间的运算是采用的数字模式，但是它的输入和输出还是采用模拟的信号。这种可编程的控制器，可以控制各类生产的过程。1.2 PLC的产生与发展 20世纪20年代起，人们把各种继电器、定时器、接触器及其触点按一定的逻辑关系连接起来组成控制系统，控制各种生产机械，这就是传统的继电接触器控制系统。由于它结构简单，容易掌握，价格便宜，在一定范围内能满足控制要求。因而使用面甚广，在工业控制领域中一直占主导地位。但是继电接触器控制系统有明显的缺点：设备体积大，可靠性差，动作速度慢，功能少，难与实现较复杂的控制。特别是由于它是靠硬连线逻辑构成的系统，接线复杂，当生产工艺或对象改变时，原有的接线和控制盘就要更换，所以通用性和灵活性较差。 1968年美国最大的汽车制造商通用汽车公司（GM），为了适应生产工艺不断更新的需要，提出要研制一种新型的工业控制装置来取代继电器控制装置，并要求把计算机的功能完善、通用、灵活等优点和继电器控制系统的简单易懂、操作方便、价格便宜等优点结合起来，制成一种通用控制装置把计算机的编程方法和程序输入方式加以简化，采用面向控制过程、面向对象的语言编程。使不熟悉计算机的人也能方便地使用。第二年美国数字设备公司DEC（DIGTAL）根据上述要求，首先研制出了世界上第一台可编程控制器PDP-14，并在通用汽车公司的自动装配线上试用成功，取得了满意的效果，可编程控制器自此诞生。1.3 PLC的基本结构1.中央处理器（CPU）CPU是PLC的核心部件，CPU模块在PLC中相当于大脑和心脏，是整个PLC控制系统的神经中枢。它的主要功能如下： 接受和储存用户程序和数据； 扫描现场设备的数据和状态，存入数据区； 检测和诊断电源，PLC内部电路工作状态和程序中的语法错误； 从存储器中逐条读取用户程序，经过指令解释后，去开启或关闭相关控制电路，完成相关的逻辑运算和算术运算； 根据数据处理的结果，刷新相关标识位的状态和输出状态寄存器表的内容，以实现输出控制，制表打印或数据通信等功能。PLC中采用的CPU一般有三大类：通用处理器、单片机芯片和微处理器。其中小中型PLC一般采用微处理器或单片机，而大型的PLC大多采用高速位片式处理器。档次越高，PLC的位次也越多，运行的速度越快，功能也会更强大。2.存储器 存储器一般分两种：系统存储器和用户存储器。系统存储器存储的是系统程序，它是由厂家开发固化好了的，用户不能更改，PLC要在系统程序的管理下运行。用户存储器中存放的是用户程序和运行所需要的资源，I/O寄存器的值作为条件决定着存储器中的程序如何被执行，从而完成复杂的控制功能。常用的存储器类型有CMOS RAM、EPROM、EEPROM.由于系统程序用来管理PLC系统，用户不能直接存储，因此PLC产品中所说的存储类型及其容量，是指用户程序存储器而言。PLC中所配用的用户存储器的容量大小有较大差别，小型的在8K以下，大型的可以达到256K。3.输入输出（I/O）模块 输入模块和输出模块简称I/O模块，他是联系外部设备和CPU模块的桥梁。PLC的对外功能，主要是通过各种I/O接口模块与外界联系的，按I/O点数确定模块规格及数量，I/O模块可多可少，但其最大数受CPU所能管理的基本配置的能力，即受最大的底板或机架槽数限制。I/O模块集成了PLC的I/O电路，其输入暂存器反映输入信号状态，输出点反映输出锁存器状态。输入模块用来接收和采集输入信号，输出模块用来送出PLC运算后得出的控制信息，并通过机外的执行机构完成工业现场的各类控制。PLC有多重I/O模块，常见的有数字I/O模块、模拟量I/O模块、快速响应模块，高速计数模块和PID控制模块等。4.电源 PLC配有开关式稳压电源，用来将外部供电电源转换成供PLC内部的CPU、存储器和I/O接口等电路工作所需的直流电源。PLC使用AC 220V电源或DC 24V电源。内部的开关电源为各模块提供不同等级的直流电源。小型的PLC可以为输入电路和外部的电子传感器（例如接近开关）提供DC 24V电源，驱动PLC负载的直流电源一般由用户提供。小型PLC的电源往往和CPU单元合为一体，大中型PLC都有专门的外部电源部件，驱动PLC负载的直流电源一般由用户提供。为防止PLC内部重要数据的丢失，PLC还带有锂电池作为后备电源。5.编程器 编程器用来生成用户程序，一般分为手持式编程器和图形编程器。手持式编程器不能直接输入和编辑梯形图，只能输入好编辑指令表程序，因此又叫做指令编辑器。它的体积小，价格便宜，一般用来给小型的PLC编程，或者用与现场调试和维护。图形编程器既可以用指令语句进行编程，又可以用梯形图编程；既可联机编程，又可脱机编程，操作方便、功能强。现在，很多PLC都可以用计算机作为编程工具，在计算机上直接生成和编辑梯形图或指令表，并可以实现其转换。最重要的是这种程序可以存盘或者打印，也可通过网络远程传送。6.其他外部设备PLC还包含有一些其他的外部设备，如合适磁带机、打印机、EPROM写入器等。图1-1 PLC的基本结构1.4 PLC的特点1.可靠性极高、抗干扰能力极强 体现在两个方面，硬件方面体现在微处理器I/O电路之间，采用光电隔离措施，有效地抑制了外部干扰源对PLC的影响，同时还可以防止外部高电压进入模版；软件方面体现在设置故障检测与诊断程序。2.编程简单、易于掌握 PLC是面向用户的设备，PLC的设计者充分考虑到现场工程技术人员的技能和习惯，PLC程序的编制，采用梯形图或面向工业控制的简单指令形式。梯形图与继电器原理图相类似，这种编程语言现象直观，容易掌握，不需要专门的计算机知识和语言，只要具有一定的电工和工艺的知识的人员都可在短时间内学会。3.控制系统结构简单、使用方便 在PLC控制系统中，只需在PLC的输入/输出端子上接入相应的信号线即可，不需要连接继电器之类的低压电气和大量复杂的硬件接线电路，大大简化了控制系统的结构。PLC体积小，质量轻，安装与维护也极为方便。另外，PLC的编程大多采用类似于继电器控制控制线路的梯形图形式，这种编程语言形象直观、容易掌握，编程非常方便。4.功能强大、通用性好 PLC的输出/输入功能完善，性能可靠，能够适应与任何形式和性质的开关量和模拟量的输入/输出。在PLC内部具有许多控制功能，诸如时序、计算机、主控继电器以及移位寄存器、中间寄存器等。由于采用了微处理器，它能够很方便地实现延时、锁存、比较、跳转、和强制I/O等诸多功能，不仅具有逻辑功能、算术运算、数制转换、以及顺序控制功能，而且还具备模拟运算、显示、监控、打印、及报表生成等功能。同一台PLC可适用于不同的控制对象的不同控制要求。同一档次、不同机型的功能也能方便地相互转换。5.开发周期短，成功率高 只需要正确合理的选用各种模块组成系统而无需大量硬件配置和管理软件的二次开发。PLC采用软件控制方式，控制系统一旦构成便可在机械装置研制之前根据技术要求独立进行应用程序开发。6.安装、设计、调试的工作量少 大量中间继电器、时间继电器、计数器的使用使得安装、设计、接线的工作大大减少。并且PLC具有完善的自诊断和显示功能，故障率很低。7.体积小、重量轻、功率低、性价比高。 大量的使用半导体大规模集成电路，这个产品的结构紧凑、体积小、重量轻、功率低。与相同功能的继电器系统相比，PLC具有很高的性价比，可以实现非常复杂的控制功能。1.5 PLC的分类 PLC的种类很多，其实现的功能、内存容量、控制规模、外型等方面均存在较大的差异。因此，PLC的分类没有一个严格的统一标准，而是按照结构形式、控制规模、实现的功能进行大致的分类。1.按结构形式分类 PLC按照硬件的结构形式可以分为整体式和组合式。整体式PLC外观上是一个长方形箱体，又称为箱式PLC。组合式PLC在硬件构成上具有一定的灵活性，其规模可以像拼积木一样的进行组合，构成具有不同控制规模和功能的PLC，因此这种PLC又称为积木式PLC。 整体式PLC：整体式PLC的CPU、存储器、输入输出安装在同一机体内，这种结构的特点是：结构简单，体积小，价格低；输入输出路数固定，实现的功能和控制规模固定，灵活性较低。 组合式PLC：组合式PLC为总线结构。其总线做成总线板，上面有若干个总线槽，每个总线槽可安装一个PLC模块，不同的模块实现不同的功能。PLC的CPU、存储器和电源等做成一个模块，该模块在总线版上的安装位置一般来说是固定的，而且该模块也是构成组合式PLC所必需的。其他的模块根据PLC的控制规模、实现的功能选取，安装在总线版的其他任一总线槽上。组合式PLC安装完成后，需进行登记，使PLC对安装在个总线上的模块进行确认。组合式PLC的总线板又称为基版。组合式PLC的特点是系统构成灵活性高，可构成具有不同控制规模和功能的PLC；价格较高。2.按控制规模分类 输入/输出的总线数，又称I/O点数，是表征PLC控制规模的重要参数。因此，按控制规模对PLC分类时，可根据I/O点数的不同大致分为小型、中型和大型PLC。 小型PLC：I/O点数较少，在256点以下的PLC。 中型PLC：I/O点数较多，在256点以上、2048以下的PLC。 大型PLC：I/O点数较多，在2048点以下的PLC。3.按实现的功能分类 按照PLC所能实现的功能的不同，可以把PLC大致的分为低档、中档、和高档机三类。一般地，低档机多为小型PLC，采用整体式机构；中档机可为大、中、小型PLC，其中小型PLC多采用整体式结构，中型和大型PLC多采用组合式结构；高档机多为大型PLC，采用组合式结构。目前，在国内工业控制中应用最广泛的是中、低档机。1.6 PLC的工作原理CPU不断的执行用户的程序和任务的语句，这一过程称为扫描。一个扫描的周期包括输入、执行、处理、自诊断、输出等过程。这一过程的运行时循环往复不断经行的。它的过程如图1-2、图1-3所示。图1-2 PLC的扫描工作过程图1-3 PLC的扫描周期 PLC由软件系统和硬件系统两部分组成。再硬件系统满足要求，软件系统已经编制好的情况下，它会不断的执行软件系统以及预设好的指令代码。扫描周期和用户程序不是一个概念，扫描周期包括用户程序。即使用户程序不执行，扫描周期也在继续，只是这一过程不再包含用户程序、输入、输出这三个方面。1. 自诊断测试扫描 PLC的自监视过程不仅可以保障设备还可以实时的反映故障。时间监视器完成这种自监视。当一个扫描周期开始时，PLC中的硬件计时器会自动的更新。而用户可以根据自己的需要来修改WDT，它的数值在100到200，而且设计人员可以通过标志位来处理错误的结果。2. 与网络进行通信的扫描大型有网络的PLC有网络扫描过程，而小型的PLC则没有这种扫描过程。PLC与PLC之间以及PLC与计算机之间可以通过网络宽带来进行通信。3. 用户程序扫描 只要机器是正常运行的，那么，该扫描过程会移植存在。用户可以通过软件来根据自己的需要来有目的的控制这一过程。扫描过程的时间与用户程序的长短有着密切的关系。4. 读输入与写输出扫描同样，只要机器是正常运行的，这一过程贯穿于整个扫描过程。并且该过程同样是可控的。如果CPU要处理程序，它不从及既不从输入点读取，也不直接送到输出点。而是通过计算机内部的输入映像寄存器和输出映像寄存器。输入映像寄存器控制输入值，而输出映像寄存器则保存运算的结果。在一个扫描过程中，输入点的状态会被所入到输入映像寄存器，而一样，输出映像寄存器的指会被所入到相应的输出点。未来满足现场施工和运作的要求，PLC支持I/O接口可受用户控制的特点。用户可以锁定或者开锁I/O接口，而且锁定后，I/O接口的扫描过程便不再运行。这一过程的好处是，可以有效的节约I/O端口的扫描时间，提高效率。在读输入阶段，CPU对各个输入端子进行扫描，通过输入电路将各输入点的状态锁入输入映像寄存器中。紧接着转入用户程序执行阶段，CPU按照先左后右、先上后下的顺序对每条指令进行扫描，PLC在执行用户程序时会事先参考输入映像寄存器和输出映像寄存器，最后将结果传送到输出映像寄存器中。程序执行时，就算输入子端变化，这一个工作周期，输入寄存器也不会改变，只是会在下一个周期被读入。同样，输出锁存器会锁定输出映像寄存器，通过输出电路，这一结果会被输出。由上述分析得出循环扫描有如下特点： 扫描过程周而复始地进行，读输入、写输出和用户程序是否执行是可控的。 输入映像寄存器的内容是设备驱动的，在程序执行过程中的一个工作周期内输入映像寄存器的值保持不变，CPU采用集中输入的控制思想，只能使用输入映像积存的值来控制程序的执行。 程序执行完后的输出映像寄存器的值决定了下一个扫描周期的输出值，而在程序执行阶段，输出映像寄存器的值即可以作为控制程序执行的条件，同时又可以被程序修改用于存储中间结果或下一个扫描周期的输出结果。此时的修改不会影响输出锁存器的现在输出值，这是与输入映像寄存器完全不同的。 对同一个输出单元的多次使用、修改次序会造成不同的执行结果。由于输出映像寄存器的值可以作为程序执行的条件，所以程序的下一个扫描周期的集中输出结果是与编程顺序有关的，即最后一次的修改决定了下一个周期的输出值，这是编程人员要注意的问题。各个电路和不同的扫描阶段会造成输入和输出的延迟，这是PLC的主要缺点。各PLC厂家为了缩小延迟采取了很多措施，编程人员应对所使用型号的PLC的延迟时间的长短很清楚，它是进行PLC选型时的重要指标。1.7 PLC的性能指标1. 编程语言及指令功能 PLC常用的编程语言有梯形图、语言表、流程图等。对于特定厂家生产的PLC，其编程语言不同，若PLC可用多种语言编程，则其可移植性较好。PLC的指令条数和综合性指标能够反映出该PLC的功能强弱。2. I/O点数 I/O点数是指系统所能接入和输出的总的最大数量。通常用I/O点总数表示I/O开关量，而用I/O通道数表示模拟量。3. 用户程序储存容量 用户程序储存容量是指存放用户程序的储存器的容量，用字节K表示。对于一般的逻辑操作指令，一条指令占一个字节，而对于计时、计数和位移等则要占用两个字节，数据操作通常要占用24个字节。4. 扫描速度 指执行1024条基本指令用时。5. 内部寄存器的配置与容量 辅助继电器、计时器、计数器、移位寄存器、特殊继电器等都叫做内部寄存器。这些内部寄存器可用于存放各种数据，内部寄存器的大小与多少直接影响用户编程的灵活与方便。6. 其他的功能例如输入与输出方式、特殊功能模块、自诊断功能、通信联网功能、高数计数、远程I/O能力和监控功能等。1.8 PLC的软件系统 PLC的硬件系统和软件系统是相辅相成的，就像一个人的骨骼和血肉一样。骨骼是支撑整个身躯的硬性指标，没有骨骼其他的就无从说起，而血肉也是一个人正常活动所必须的。PLC的软件系统分为系统程序和用户程序。1.系统程序 系统程序是由PLC生产厂家提供，并且固化在EPROM中，用户不能直接读取。系统程序由管理程序、编译程序、标准程序三个部分组成。管理程序用于对PLC输入、输出、运算等操作的时间顺序的管理，规定数据和程序的存放地址。编译程序则是把程序语言翻译成机器语言的程序。标准模块程序由多个独立的程序模块组成，每个程序模块完成一种独立的功能。根据要完成不同的共组来选择不同的功能模块。2.用户程序 用户程序是指根据不同的工作要求，用户用PLC程序语言编制的应用程序，以实现各种控制要求。小型的PLC很简单，整个程序不用分段，按顺序编制。但是大型的PLC的用户程序很复杂。为了简化用户编程的难度，可以把用户程序划分为程序模块，通过模块的组合来组成一个大的完整的用户程序。用户程序的模块： 组织模块。用于控制主程序的运行方式及个组织模块的组织关系。 程序模块。按电气控制的要求，把不同的控制内容划分为程序段。 功能模块。用来描述特定功能的程序模块。它的使用使得PLC超出了传统的顺序逻辑、计时、计数等功能。 步进模块。用于步进顺序操作。 数据模块。可用来存放数据，可以是固定的数据或者是可变的数据，类似于寄存器。1.9 PLC的应用领域1. 开关量的逻辑控制 取代传统的继电器，不仅可以控制单台设备，也可以控制多机群及自动化流水线，这是它应用的最广泛的领域。2. 模拟量与过程控制 可以对温度、压力、流量、液位等模拟量进行控制，还可以用于位置控制、速度控制以及过程控制等。3. 运动控制 PLC可以用于圆周运动或者直线运动的控制，驱动步进电机或者伺服电机，PLC广泛的应用于机械、机床、机器人等。4. 数据处理 可以进行数学运算、数据传输、转换、排序、查表等一系列操作，也可以通过通信设备传输到别的设备。5. 通信联网通过双绞线或者同轴电缆等可实现PLC与PLC之间或者PLC与计算机之间的信息交换。易于建立工厂的自动化办公网络。1.10 PLC选型 现在应用最广泛的PLC有三菱、西门子、欧姆龙、松下等。 三菱PLC结构灵活、传输质量高、速度快、带宽稳定、范围广、成本低、适用面广但是数据处理比西门子弱。 西门子PLC性能强大、可操作性强、有相配套的伺服系统和组态软件但是价钱太高。 欧姆龙PLC欧姆龙编程软件对符号地址的格式有要求，东欧的老机床器件符号输进去好多都不认，按它的标准老图的标示都要变很不方便。 松下PLC超小型尺寸，轻松扩展，扩展单元可直接连接到控制单元上、不需任何电缆。从I/O10点到最大I/O128点的选择空间。本设计需要速度快稳定同时从价格等方面考虑我们选择三菱PLC本设计所使用的I/O口不是太多所以我们选择三菱FX-1N型PLC，如图1-4所示。图1-4 三菱FX1N PLC第2章 喷泉的设计与要求2.1 喷泉的布局设计图2-1 喷泉布局图 本设计布局如图2-1所示。图2-1中A组喷水管，有一个喷水管该喷水管所喷出的水柱为4组喷水管最大，喷射高度为4组喷水管最高为8（m）。图2-1中B组喷水管所处的圆上由8个喷水管组成，该组喷水管所喷出的水柱为比A组的水柱略小，所喷高度比A组的高度略底，所喷高度为6（m）。图2-1中C组喷水管所处的圆上由20个喷水管组成，该组所喷出的水柱比B组的水柱小，所喷高度比B组水柱低，所喷高度为4（m）。图2-1中D组喷水管所处的圆上组由30个喷水管组成，该组所喷水柱为4组中水柱最小，所喷高度最低的一组。所喷高度为2（m）。为了在每组喷水管工作时能够更好的欣赏，能区别4组所喷出的水柱，所以B组所处的圆的半径为R=2(m)，C组所处的圆的半径为R=4（m），D组所处的圆的半径为R=6（m）。 本设计中A组喷头所喷的水柱最高，本设计中4组喷头所喷的水柱高度为2-8（m）。本设计的最多时有A、B、C三组喷头同时喷出水柱，最少时有两组喷头喷出水柱，所以流量为150-230（m3/h）。水质为自来水。2.2 控制要求 本设计由四组喷头组成，分别为A组B组C组D组。本设计有单周期和连续两种操作方式。按下开始按钮后指示灯亮，当选择单周期方式时A组D组同时喷6秒然后A组和C组同时喷7秒然后B组和D组同时喷10秒然后ABC三组同时喷水5秒停2秒后报警器发出声音报警，按停止按钮终止报警。当选择连续方式时重复单周期方式时的过程20次后停两秒后报警，按停止按钮终止报警。每个喷头工作时，都连带红，绿，黄，蓝四组彩色灯间隔1S循环发光。 如图2-2系统流程图所示当系统上电后，点击开始按钮SB1，PLC的输入口X1=1，则Y10=1指示灯被点亮，等待用户选择运行方式。当用户选择单次运行时点击单次运行按钮SB3则X3=1，Y12=1水泵开始工作，同时Y0=1、Y3=1，A、D两组喷头的电磁阀得电，A、D两组喷头开始喷出水柱同时T5开始计时。当T5=6S时Y3=0、Y2=1,D组喷头的的电磁阀失电，C组喷头的电磁阀得电。所以A、C组喷头喷出水柱，D组喷头停止喷水，同时T6开始计时。当T6=7S时Y1=0、Y2=0、Y1=1、Y3=1，A、C两组喷头的的电磁阀失电，B、D两组喷头的电磁阀得电。所以B组喷头和D组喷头喷出水柱A组喷头和C组喷头停止喷水，同时T7开始计时。当T7=10S时Y3=0、Y0=1、Y1=1、Y2=1,D组喷头的的电磁阀失电，A、B、C组喷头的电磁阀得电。所以A组喷头和C组喷头喷出水柱D组喷头停止喷水，同时T8开始计时。当T8=5S时系统停止两秒后开始报警。 当用户选择连续运行时点击连续运行按钮SB4则X4=1，Y12=1水泵开始工作，同时Y0=1、Y3=1，A、D两组喷头的电磁阀得电，A、D两组喷头开始喷出水柱同时T1开始计时。当T1=6S时Y3=0、Y2=1,D组喷头的的电磁阀失电，C组喷头的电磁阀得电。所以A、C组喷头喷出水柱，D组喷头停止喷水，同时T2开始计时。当T2=7S时Y1=0、Y2=0、Y1=1、Y3=1，A、C两组喷头的的电磁阀失电，B、D两组喷头的电磁阀得电。所以B组喷头和D组喷头喷出水柱A组喷头和C组喷头停止喷水，同时T3开始计时。当T3=10S时Y3=0、Y0=1、Y1=1、Y2=1,D组喷头的的电磁阀失电，A、B、C组喷头的电磁阀得电。所以A组喷头和C组喷头喷出水柱D组喷头停止喷水，同时T4开始计时。当T4=5S时C0开始计数，当CO20时重复上述动作当C0=20时系统停止2S后开始报警。 当系统报警时点击停止按钮SB2则系统停止报警。图1-2 系统流程图第三章 系统软件设计3.1 I/O分配 根据第一章的介绍可以得出该喷泉的开始、停止、单周期、连续需要用到四个按钮，这四个按钮开关分别接到PLC的四个输入口上。而A、B、C、D四组喷泉口需要用到四个水用电磁阀，这四个电磁阀需要接到PLC上面的四个输出口上。红绿黄蓝四组彩灯、指示灯、报警器和控制水泵的接触器也需要接到PLC的七个输出口上，所以该系统需要用到四个输入口和十一个输出口。表3-1为它们所对应的I/O口。表3-1 I/O分配表3.2 梯形图和接线图 为了解决应用可编程控制器(PLC)的基本逻辑指令编写顺序控制梯形图时所存在的编程复杂、不易理解等问题,采用PLC的顺序功能图（SFC）来编写顺序控制梯形图是一种非常有效的方法,该方法具有编程简单而且直观等特点。本设计采用顺序功能图（SFC）的方法编写其控制梯形图,从编程结果可以看出,与应用PLC的基本逻辑指令方法相比具有简单、直观、逻辑性强,提高编程的效率。与梯形图相比简单，出现错误时更容易检查。如图3-1、3-2所示图3-1 梯形图图3-2 接线图3.3 组态王监控系统组态王开发监控系统软件，是新型的工业自动控制系统，它以标准的工业计算机软、硬件平台构成的集成系统取代传统的封闭式系统。 “组态王”把每一台与之通讯的设备看作是外部设备，为实现组态王和外部设备的通讯，组态王内置了大量设备的驱动作为组态王和外部设备的通讯接口，在开发过程中您只需根据工程浏览器提供的“设备配置向导”一步步完成连接过程即可实现组态王和相应外部设备驱动的连接。在运行期间，组态王就可通过驱动接口和外部设备交换数据，包括采集数据和发送数据/指令。每一个驱动都是一个COM对象，这种方式使驱动和组态王构成一个完整的系统，既保证了运行系统的高效率，也使系统有很强的扩展性。如图3-3所示图3-3 组态王监控系统第四章 系统调试 在系统调试时先将附录A中的系统程序烧到PLC里，然后打开组态王软件监控系统的运行情况。 当PLC