1、花式噴泉的PLC控制系統設計目 錄1 引言11.1 可編程控制器PLC的發展背景與研究意義11.2 可編程控制器PLC控制花式噴泉的優勢21.3 可編程控制器PLC在國際上的發展現狀21.4 可編程控制器PLC在我國的發展現狀、問題與對策32 PLC的組成與工作原理42.1可編程控制器PLC的分類42.2 可編程控制器PLC的特點52.3循環掃描工作方式簡介52.4 PLC的工作原理62.5 PLC的硬件組成72.6順序功能圖82.7 梯形圖82.8 PLC的應用領域93 花式噴泉的設計103.1 花式噴泉的設計要求103.2 花式噴泉的控制要求113.3可編程控制器PLC的選取與其特點113

2、.4 基于PLC花式噴泉的接口設計123.5 PLC 外部接線圖123.6花式噴泉的梯形圖133.7 花式噴泉的實驗結果193.8 實驗小結224 結束語22參考文獻22英文摘要24致 謝25花式噴泉的PLC控制系統設計摘要：本文總結了可編程控制器（PLC）研究的背景和意義，評述了PLC控制系統的國內外研究現狀，并由此引出了該領域目前存在的問題。描述了可編程控制器PLC的組成與工作原理。在此基礎上，在花式噴泉控制系統的設計中，具體給出了花式噴泉的噴水花樣，分配了幾種噴水花樣下PLC的輸入/輸出接口、設計了PLC的外部接線圖、梯形圖。實驗結果表明，將可編程控制器PLC應用于花式噴泉控制系統中，具

3、有使用方便、運行可靠、控制程序設計簡單等優點。本文最后對可編程控制器PLC的發展趨勢進行了展望。關鍵詞:PLC；花式噴泉；控制1 引言1.1 可編程控制器PLC的發展背景與研究意義1.1.1 可編程控制器PLC的發展背景隨著微處理器和數字通信技術的飛速發展，計算機控制已經廣泛地應用在幾乎所有的工業領域。現代社會要求制造業對市場需求作出迅速的反應，生產出小批量、多品種、多規格、低成本和高質量的產品，可編程序控制器（簡稱PLC）正是順應這一要求出現的，它是以微處理器為基礎的通用控制裝置1。可編程序控制器的英文為Programmable Controller，在二十世紀七十至八十年代一直簡稱為PC。

4、由于到90年代，個人計算機發展起來，也簡稱為PC；加之可編程序的概念所涵蓋的范圍太大，所以美國AB公司首次將可編程序控制器定名為可編程序邏輯控制器（PLC，Programmable Logic Controller），為了方便，仍簡稱PLC為可編程序控制器。有人把可編程序控制器組成的系統稱為PCS可編程序控制系統，強調可編程序控制器生產廠商向人們提供的已是完整的系統了。PLC是模仿繼電器控制原理發展起來的。1.1.2 可編程控制器PLC的研究意義可編程序控制器，是微機技術與繼電器常規控制技術相結合的產物，是在順序控制器和微機控制器的基礎上發展起來的新型控制器，是一種以微處理器為核心用作數字控制

5、的專用計算機2 。作為通用工業控制計算機，30年來，可編程控制器從無到有，實現了工業控制領域接線邏輯到存儲邏輯的飛躍；其功能從弱到強，實現了從邏輯控制到數字控制的進步；其應用領域從小到大，實現了單體設備簡單控制到勝任運動控制、過程控制及集散控制等各種任務的跨越3。今天的可編程控制器正在成為工業控制領域的主流控制設備，在世界各地發揮著越來越大的作用，因此，PLC的應用也就成為了一個熱點問題。在PLC誕生之前，工業控制設備的主流品種是以繼電器、接觸器為主體的控制裝置。繼電器、接觸器是一些電磁開關，后來隨著工業自動化程度的不斷提高，使用繼電器電路構成工業控制系統的缺陷不斷地暴露出來，在20世紀607

6、0年代，社會的進步要求制造出小批量、多品種、多規格、低成本、高質量的產品以滿足市場需要，不斷的提出改善生產機械功能的要求。加上當時電子技術已經有了一定的發展，于是人們開始尋求一種以存儲邏輯代替接線邏輯的新型工業控制設備，這就是我們現在所說的PLC4。1.2 可編程控制器PLC控制花式噴泉的優勢目前，在游人和居民經常光顧的場所，如公園、廣場、旅游景點及一些知名建筑前，經常會修建一些噴泉供人們休閑、觀賞。這些噴泉按一定的規律改變噴水式樣，如果再與五顏六色的燈光相配合，在和諧優雅的音樂中，更使人心曠神怡，流連忘返。在大型廣場或景區的噴泉控制系統中，應用單片機控制原理，通過可控硅作為功率開關元件,完成

7、對潛水泵間歇工作的控制，可實現各種花樣的噴水，但是這種控制系統在實踐中存在以下缺點：由于可控硅承受過電壓、過電流的能力差，因而不能長時間運行；需要配置較多的保護電路；程序的增減、修改和運行監視不靈活；抗干擾能力差；功率因數較低等。為有效解決上述問題,確保控制系統的正常運行，采用PLC來控制噴泉控制系統。若采用PLC控制，利用PLC體積小、功能強、可靠性高，且具有較大的靈活性和可擴展性的特點，通過改變噴泉的控制程序或改變方式選擇開關，就可以改變花式噴泉的噴水規律，從而變換出各式花樣，以適應不同季節、不同場合的噴水要求。所以使用PLC控制花式噴泉，具有使用方便、運行可靠、控制程序設計簡單等優點5。

8、若需要改變噴水花樣和噴水時間,設計方案不必作很大調整，只要把控制程序作相應的修改,即可實現控制目的6。1.3 可編程控制器PLC在國際上的發展現狀自二十世紀六十年代美國推出可編程邏輯控制器（Programmable Logic Controller，PLC）取代傳統繼電器控制裝置以來，PLC得到了快速發展，在世界各地得到了廣泛應用。同時，PLC的功能也不斷完善。隨著計算機技術、信號處理技術、控制網絡技術的不斷發展和用戶需求的不斷提高，PLC在開關量處理的基礎上增加了模擬量處理和運動控制等功能。今天的PLC不再局限于邏輯控制，在運動控制、過程控制等領域也發揮著十分重要的作用。目前，PLC在小型化

9、、大型化、大容量、強功能等方面有了質的飛躍，使早期的PLC從最初的邏輯控制、順序控制，發展成為具有邏輯判斷、定時、計數、記憶和算術運算、數據處理、聯網通信及PID回路調節等功能的現代PLC。 PLC之所以有生命力，在于它更加適合工業現場和市場的要求：高可靠性、強抗各種干擾的能力、編程安裝使用簡便、低價格長壽命。它的輸入輸出端更接近現場設備，不需添加太多的中間部件或需要更多的接口，這樣節省了用戶時間和成本。PLC的下端(輸入端)為繼電器、晶體管和晶閘管等控制部件，而上端一般是面向用戶的微型計算機。PLC的應用領域目前也在不斷擴大，并延伸到過程控制、批處理、運動和傳動控制、無線電遙控以至實現全廠的

10、綜合自動化。PLC的技術發展除了小型化、超高速，大容量存儲器，多CPU，多任務并行運行外，PLC的開放性更大，通信聯網能力更強，集成化軟件更優。標準化的IEC61131-3PLC編程語言已被眾多PLC廠商所接受，其推廣速度越來越快。軟PLC的應用范圍將更廣7。1.4 可編程控制器PLC在我國的發展現狀、問題與對策進入90年代，我國的可編程序控制器進入了廣泛發展階段，但是目前我國的可編程序控制器的發展主要面臨著三大問題。一是技術層面上的，在國際上可編程序控制器迅速發展的形勢下，我國還沒有具有自主知識產權，能夠參與國際競爭的可編程序控制器產品，原因主要在于我國的整個基礎工業還有一定差距。二是競爭層

11、面上的，實際上也是一個經濟競爭的問題。現在95%的國內市場由外國的可編程序控制器產品所占領，中、大型可編程序控制器中，幾乎全部由國外幾大公司壟斷，隨著我國使用可編程序控制器領域的不斷擴大，市場越來越大，然而國外幾大公司幾乎每年都會針對市場推出新的產品，一旦人們使用了新的產品后，他們就會逐漸的提高產品市場價格，沒有我國自己的自主知識產權的產品，在經濟競爭中就只能處于被動。三是市場秩序層面上的，隨著我國改革開放的不斷深入，特別是加入WTO后，我國巨大的市場份額極大的吸引了國外的大公司，他們開拓市場的方法都是采用大范圍建立代理銷售渠道，每個公司的分銷商、系統集成商都會有數十家，甚至上百家之多，造成了

12、我國的分銷商、系統集成商之間的激烈競爭，而這些無序的競爭為國際大公司分而治之、獲取穩定的高額利潤創造條件8。面對這些問題，我國可編程序控制器的發展應該采取如下對策： (1) 面對如此巨大的市場，我國應該集中資金和技術力量，盡快研制生產出具有自主知識產權的可編程序控制器的系列產品，就像以前的家電行業一樣。其實隨著我國整個民族工業的不斷發展，特別是近年來芯片工業的迅速發展，推出具有國際競爭力的可編程序控制器產品已成為可能。(2) 繼續發揮我國科學技術人員可編程序控制器應用技術的優勢，擴大可編程序控制器的應用領域，從而帶動我國相關成套設備和軟件產業的發展。(3) 在擴大可編程序控制器應用的同時，要在

13、軟件集成化上下功夫。針對不同的工業生產過程，形成具有我國特點的系統集成軟件、人機界面軟件和系統應用軟件，在一些我國領先的工業行業中制造出具有核心技術的系統應用軟件。真正形成具有國際標準的、可進行復制的模塊化軟件。采取上述策略后，我國就能在可編程序控制器的應用上率先實現突破，融入全球一體化經濟之中，形成具有自主知識產權的軟件產業，進而研制、開發、生產出具有自主知識產權，能夠參與國際競爭的可編程序控制器產品9。2 PLC的組成與工作原理2.1可編程控制器PLC的分類PLC產品種類繁多，其規格和性能也各不相同。對 PLC 的分類可以根據結構、功能的差異等進行大致分類10。 按 I/O 點數分類 。P

14、LC按其 I/O 點數多少一般可分為以下 4 類： (1) 微型 PLC：I/O 點數小于 64點的 PLC 為超小型或微型 PLC。 (2) 小型 PLC：I/O 點數為 256 點以下，用戶程序存儲容量小于 8KB 的為小型 PLC。它可以連接開關量和模擬量 I/O 模塊以及其他各種特殊功能模塊，能執行包括邏輯運算、計時、計數、算術運算、數據處理和傳送、通信聯網等功能。 (3)中型 PLC：I/O 點數在 5122048 點之間的為中型 PLC。它除了具有小型機所能實現的功能外，還具有更強大的通信聯網功能、更豐富的指令系統、更大的內存容量和更快的掃描速度。 (4)大型 PLC：I/O 點數

15、為 2048 點以上的為大型 PLC。它具有極強的軟件和硬件功能、自診斷功能、通信聯網功能，它可以構成三級通信網，實現工廠生產管理自動化。按結構分類 。PLC按其結構可分為整體式、模塊式及疊裝式 3 種： （1）整體式 PLC 將 CPU、I/O 單元、電源、通信等部件集成到一個機殼內的稱為整體式 PLC。（2）模塊式 PLC 模塊式 PLC 是將 PLC 的每個工作單元都制成獨立的模塊，如 CPU 模塊、I/O 模塊、電源模塊(有的含在 CPU 模塊中)以及各種功能模塊。模塊式 PLC 由母板(或框架)以及各種模塊組成。（3）疊裝式 PLC 將整體式和模塊式的特點結合起來，構成所謂疊裝式 P

16、LC。疊裝式 PLC 將 CPU 模塊、電源模塊、通信模塊和一定數量的 I/O 單元集成到一個機殼內，如果集成的 I/O 模塊不夠使用，可以進行模塊擴展。按功能分類 。根據 PLC 所具有的功能不同，可將 PLC 分為低檔、中檔、高檔 3類： （1）低檔 PLC 具有邏輯運算、定時、計數、移位以及自診斷、監控等基本功能，還可有少量的模擬量 I/O、算術運算、數據傳送和比較、通信等功能。主要用于邏輯控制、順序控制或少量模擬量控制的單機控制系統。 （2）中檔 PLC 除具有低檔 PLC 的功能外，還具有較強的模擬量 I/O、算術運算、數據傳送和比較、數制轉換、遠程 I/O、子程序、通信聯網等功能。

17、 （3）高檔 PLC 除具有中檔 PLC 的功能外，還增加了帶符號算術運算、矩陣運算、函數、表格、CRT可編程控制器原理與應用顯示、打印和更強的通信聯網功能。2.2 可編程控制器PLC的特點可編程控制器之所以能得到飛速發展，與其自身特點是密不可分的10。（1）可靠性高，抗干擾能力強高PLC由于采用現大規模集成電路技術，采用嚴格的生產工藝制造，內部電路采取了先進的抗干擾技術，高的可靠性。例如三菱公司生產的F系列PLC平均無故障時間高達30萬小時。一些使用冗余CPU的PLC的平均無故障工作時間則更長。從PLC的機外電路來說，使用PLC構成控制系統，和同等規模的繼電接觸器系統相比，電氣接線及開關接點

18、已減少到數百甚至數千分之一，故障也就大大降低。（2）配套齊全，功能完善，適用性強 PLC發展到今天，已經形成了大、中、小各種規模的系列化產品。可以用于各種規模的工業控制場合。除了邏輯處理功能以外，現代PLC大多具有完善的數據運算能力，可用于各種數字控制領域。（3）易學易用，深受工程技術人員歡迎PLC作為通用工業控制計算機，是面向工礦企業的工控設備。它接口容易，編程語言易于為工程技術人員接受。梯形圖語言的圖形符號與表達方式和繼電器電路圖相當接近，只用PLC的少量開關量邏輯控制指令就可以方便地實現繼電器電路的功能。（4）系統的設計、建造工作量小，維護方便，容易改造PLC用存儲邏輯代替接線邏輯，大大

19、減少了控制設備外部的接線，使控制系統設計及建造的周期大為縮短，同時維護也變得容易起來。更重要的是使同一設備經過改變程序改變生產過程成為可能。2.3循環掃描工作方式簡介采用循環執行用戶程序的方式是PLC工作的基本原理，這種運行方式也稱為掃描工作方式。OB100是用于循環處理的組織塊，相當于用戶程序中的主程序，它可以調用別的邏輯塊，或被中斷程序（組織塊）中斷11。圖1給出了循環掃描的過程。PLC得電或由STOP模式切換到RUN模式時，CPU執行啟動操作，清除沒有保持功能的位存儲器、定時器和計數器，清除中斷堆棧和塊堆棧的內容，復位保存的硬件中斷等。此外還要執行一次用戶編寫的“系統啟動組織塊”OB10

20、0，完成用戶指定的初始化操作。以后將進入周期性的循環運行。下面是循環處理各個階段的任務：（1）操作系統啟動循環時間控制。（2）CPU將輸出過程映像區的數據寫到輸出模塊。（3）CPU讀取輸入模塊的輸入狀態，并存入輸入過程映像區。（4）CPU處理用戶程序，執行用戶程序中的指令。（5）在循環結束時，操作系統執行所有掛起的任務，例如下載和刪除塊，接收和發送全局數據等。（6）CPU返回第一階段，重新啟動循環時間監控。執行OB100啟動循環時間監控數據寫入輸出模塊讀取輸入模塊狀態執行用戶程序執行其他任務 圖1 掃描過程2.4 PLC的工作原理PLC的工作原理是采用循環掃描的工作方式，在PLC中用戶程序按先

21、后順序存放，CPU從第一條指令開始執行程序，直到遇到結束符后又返回第一條，如此周而復始不斷循環。PLC的掃描過程分為內部處理、通信操作、程序輸入處理、程序執行、程序輸出幾個階段。全過程掃描一次所需的時間稱為掃描周期。當PLC處于停狀態時，只進行內部處理和通信操作服務等內容。在PLC處于運行狀態時，從內部處理、通信操作、程序輸入、程序執行、程序輸出，一直循環掃描工作12。（1）輸入處理：輸入處理也叫輸入采樣。在此階段，順序讀入所有輸入端子的通斷狀態，并將讀入的信息存入內存中所對應的映象寄存器。在此輸入映象寄存器被刷新。接著進入程序執行階段。在程序執行時，輸入映象寄存器與外界隔離，即使輸入信號發生

22、變化，其映象寄存器的內容也不會發生變化，只有在下一個掃描周期的輸入處理階段才能被讀入信息。（2）程序執行：根據PLC梯形圖程序掃描原則，按先左后右先上后下的步序，逐句掃描，執行程序。遇到程序跳轉指令，根據跳轉條件是否滿足來決定程序的跳轉地址。從用戶程序涉及到輸入輸出狀態時，PLC從輸入映象寄存器中讀出上一階段采入的對應輸入端子狀態，從輸出映象寄存器讀出對應映象寄存器，根據用戶程序進行邏輯運算，存入有關器件寄存器中。對每個器件來說，器件映象寄存器中所寄存的內容，會隨著程序執行過程而變化。 （3）輸出處理： 程序執行完畢后，將輸出映象寄存器，即器件映象寄存器中的Y寄存器的狀態，在輸出處理階段轉存到

23、輸出鎖存器，通過隔離電路，驅動功率放大電路，使輸出端子向外界輸出控制信號，驅動外部負載。2.5 PLC的硬件組成一般講，PLC分為箱體式和模塊式兩種。但它們的組成是相同的，對箱體式PLC，有一塊CPU板、I/O板、顯示面板、內存塊、電源等，當然按CPU性能分成若干型號，并按I/O點數又有若干規格。對模塊式PLC，有CPU模塊、I/O模塊、內存、電源模塊、底板或機架。無任哪種結構類型的PLC，都屬于總線式開放型結構，其I/O能力可按用戶需要進行擴展與組合13。PLC的基本結構框圖2所示：輸入接口部件中央處理單元CPU板電源部件接口部件輸出受控元件 圖2 PLC基本結構圖可編程控制器的硬件結構多種

24、多樣，但其組成的一般原理基本相同，都是以微處理器為核心的結構。通常由中央處理單元（CPU）、存儲器（RAM、ROM）、輸入輸出單元（I/O）、電源和編程器等幾個部分組成。（1）中央處理單元（CPU）PLC中的CPU是PLC的核心，起神經中樞的作用，每臺PLC至少有一個CPU，它按PLC的系統程序賦予的功能接收并存貯用戶程序和數據，用掃描的方式采集由現場輸入裝置送來的狀態或數據，并存入規定的寄存器中，同時，診斷電源和PLC內部電路的工作狀態和編程過程中的語法錯誤等。進入運行后，從用戶程序存貯器中逐條讀取指令，經分析后再按指令規定的任務產生相應的控制信號，去指揮有關的控制電路。 與通用計算機一樣，

25、主要由運算器、控制器、寄存器及實現它們之間聯系的數據、控制及狀態總線構成，還有外圍芯片、總線接口及有關電路。它確定了進行控制的規模、工作速度、內存容量等。內存主要用于存儲程序及數據，是PLC不可缺少的組成單元。CPU的控制器控制CPU工作，由它讀取指令、解釋指令及執行指令。但工作節奏由震蕩信號控制。CPU的運算器用于進行數字或邏輯運算，在控制器指揮下工作。 CPU的寄存器參與運算，并存儲運算的中間結果，它也是在控制器指揮下工作。CPU雖然劃分為以上幾個部分，但PLC中的CPU芯片實際上就是微處理器，由于電路的高度集成，對CPU內部的詳細分析已無必要，我們只要弄清它在PLC中的功能與性能，能正確

26、地使用它就夠了14。CPU模塊的外部表現就是它的工作狀態的種種顯示、種種接口及設定或控制開關。一般講，CPU模塊總要有相應的狀態指示燈，如電源顯示、運行顯示、故障顯示等。箱體式PLC的主箱體也有這些顯示。它的總線接口，用于接I/O模板或底板，有內存接口，用于安裝內存，有外設口，用于接外部設備，有的還有通訊口，用于進行通訊。CPU模塊上還有許多設定開關，用以對PLC作設定，如設定起始工作方式、內存區等。（2）存儲器（RAM、ROM）存儲器主要用于存放系統程序、用戶程序及工作數據。存放系統軟件的存儲器稱為系統程序存儲器;存放應用軟件的存儲器稱為用戶程序存儲器；存放工作數據的存儲器稱為數據存儲器。常

27、用的存儲器有RAM、EPROM和EEPROM。RAM是一種可進行讀寫操作的隨機存儲器存放用戶程序，生成用戶數據區，存放在RAM中的用戶程序可方便地修改。RAM存儲器是一種高密度、低功耗、價格便宜的半導體存儲器，可用鋰電池做備用電源。掉電時，可有效地保持存儲的信息。EPROM、EEPROM都是只讀存儲器。用這些類型存儲器固化系統管理程序和應用程序。（3）輸入輸出單元（I/O單元） I/O單元實際上是PLC與被控對象間傳遞輸入輸出信號的接口部件。I/O單元有良好的電隔離和濾波作用。接到PLC輸入接口的輸入器件是各種開關、按鈕、傳感器等。PLC的各輸出控制器件往往是電磁閥、接觸器、繼電器，而繼電器有

28、交流和直流型，高電壓型和低電壓型，電壓型和電流型。 （4）電源PLC電源單元包括系統的電源及備用電池，電源單元的作用是把外部電源轉換成內部工作電壓。PLC內有一個穩壓電源用于對PLC的CPU單元和I/O單元供電。（5）編程器編程器是PLC的最重要外圍設備。利用編程器將用戶程序送入PLC的存儲器，還可以用編程器檢查程序，修改程序，監視PLC的工作狀態。除此以外，在個人計算機上添加適當的硬件接口和軟件包，即可用個人計算機對PLC編程。利用微機作為編程器，可以直接編制并顯示梯形圖。2.6順序功能圖順序功能圖是描述控制系統的控制過程、功能和特性的一種圖形。順序功能圖并不涉及所描述的控制功能的具體技術，

29、而是一種通用的技術語言，可以供進一步設計和在不同的人之間進行技術交流。順序功能圖是設計順序控制程序的有力工具。步、轉換、轉換條件、有連線和動作說明是構成順序功能圖的基本要素。在花式噴泉的設計中，本文只給出其詳細的梯形圖，而不給出順序功能圖。2.7 梯形圖其沿襲了繼電器控制電路的形式，它是在電器控制系統中常用的繼電器、接觸器邏輯控制基礎上簡化了符號演變來的，形象、直觀、實用15。梯形圖的設計應注意以下三點：（1）梯形圖按從左到右、從上到下的順序排列。每一邏輯行起始于左母線，然后是觸點的串、并聯接，最后是線圈與右母線相聯。（2）梯形圖中每個梯級流過的不是物理電流，而是“概念電流”，從左流向右，其兩

30、端沒有電源。這個“概念電流”只是形象地描述用戶程序執行中應滿足線圈接通的條件。 （3）輸入繼電器用于接收外部輸入信號，而不能由PLC內部其它繼電器的觸點來驅動。因此，梯形圖中只出現輸入繼電器的觸點，而不出現其線圈。輸出繼電器輸出程序執行結果給外部輸出設備，當梯形圖中的輸出繼電器線圈得電時，就有信號輸出，但不是直接驅動輸出設備，而要通過輸出接口的繼電器、晶體管或晶閘管才能實現。輸出繼電器的觸點可供內部編程使用。可編程控制器梯形圖設計規則如下16：（1）觸點的安排梯形圖的觸點應畫在水平線上，不能畫在垂直分支上。（2）串、并聯的處理在有幾個串聯回路相并聯時，應將觸點最多的那個串聯回路放在梯形圖最上面

31、。在有幾個并聯回路相串聯時，應將觸點最多的并聯回路放在梯形圖的最左面。（3）線圈的安排不能將觸點畫在線圈右邊，只能在觸點的右邊接線圈。（4）不準雙線圈輸出如果在同一程序中同一元件的線圈使用兩次或多次，則稱為雙線圈輸出。這時前面的輸出無效，只有最后一次才有效，所以不應出現雙線圈輸出。（5）重新編排電路如果電路結構比較復雜，可重復使用一些觸點畫出它的等效電路，然后再進行編程就比較容易。（6）編程順序對復雜的程序可先將程序分成幾個簡單的程序段，每一段從最左邊觸點開始，由上之下向右進行編程，再把程序逐段連接起來。2.8 PLC的應用領域PLC的應用領域非常廣泛。目前，PLC在國內外已廣泛應用于鋼鐵、石

32、油、化工、電力、建材、機械制造、汽車、輕紡、交通運輸、環保及文化娛樂等各個行業，使用情況大致可歸納為如下幾類17。（1）開關量的邏輯控制。這是PLC最基本、最廣泛的應用領域，它取代傳統的繼電器電路，實現邏輯控制、順序控制，既可用于單臺設備的控制，也可用于多機群控及自動化流水線。如注塑機、印刷機、訂書機械、組合機床、磨床、包裝生產線、電鍍流水線等。（2）模擬量控制。在工業生產過程當中，有許多連續變化的量，如溫度、壓力、流量、液位和速度等都是模擬量。為了使可編程控制器處理模擬量，必須實現模擬量（Analog）和數字量（Digital）之間的A/D轉換及D/A轉換。PLC廠家都生產配套的A/D和D/

33、A轉換模塊，使可編程控制器用于模擬量控制。 （3）運動控制。PLC可以用于圓周運動或直線運動的控制。從控制機構配置來說，早期直接用于開關量I/O模塊連接位置傳感器和執行機構，現在一般使用專用的運動控制模塊。如可驅動步進電機或伺服電機的單軸或多軸位置控制模塊。世界上各主要PLC廠家的產品幾乎都有運動控制功能，廣泛用于各種機械、機床、機器人、電梯等場合。 （4）過程控制。過程控制是指對溫度、壓力、流量等模擬量的閉環控制。作為工業控制計算機，PLC能編制各種各樣的控制算法程序，完成閉環控制。PID調節是一般閉環控制系統中用得較多的調節方法。大中型PLC都有PID模塊，目前許多小型PLC也具有此功能模

34、塊。PID處理一般是運行專用的PID子程序。過程控制在冶金、化工、熱處理、鍋爐控制等場合有非常廣泛的應用。 （5）數據處理。現代PLC具有數學運算（含矩陣運算、函數運算、邏輯運算）、數據傳送、數據轉換、排序、查表、位操作等功能，可以完成數據的采集、分析及處理。這些數據可以與存儲在存儲器中的參考值比較，完成一定的控制操作，也可以利用通信功能傳送到別的智能裝置，或將它們打印制表。數據處理一般用于大型控制系統，如無人控制的柔性制造系統；也可用于過程控制系統，如造紙、冶金、食品工業中的一些大型控制系統。 （6）通信及聯網。PLC通信含PLC間的通信及PLC與其它智能設備間的通信。隨著計算機控制的發展，

35、工廠自動化網絡發展得很快，各PLC廠商都十分重視PLC的通信功能，紛紛推出各自的網絡系統。新近生產的PLC都具有通信接口，通信非常方便。因此，在可預見的未來，PLC的應用領域仍將非常廣泛。3 花式噴泉的設計3.1 花式噴泉的設計要求 圖3為花式噴泉的造型圖，1、2均為外環形狀的噴水管，3為內環形狀的噴水管，4為星形噴水管。該花式噴泉有四種噴水花樣可供選擇：（1）4號噴頭噴水，延時2s后，3號噴頭噴水，在延時2s后，2號噴頭噴水，又延時2s后，1號噴頭噴水。18s后，如果為單步工作方式，則停下來；如果為連續工作方式，則繼續循環下去。（2）1號噴頭噴水，延時2s后，2號噴頭噴水，在延時2s后，3號

36、噴頭噴水，又延時2s后，4號噴頭噴水。30s后，如果為單步工作方式，則停下來；如果為連續工作方式，則繼續循環下去。（3）1號、3號噴頭噴水，延時3s后，2號、4號噴頭噴水，同時1號、3號噴頭停止噴水。如此交替運行15s后，4組噴頭全部噴水，30s后，如果為單步工作方式，則停下來；如果連續工作方式，則繼續循環下去。（4）按照1、2、3、4的順序，依次間隔2s噴水，然后一起噴水。30s后，按照1、2、3、4的順序，依次間隔2s噴水。再經1s延時，按照4、3、2、1的順序，依次間隔2s噴水，然后一起噴水，30s后停止。如果為單步工作方式，則停下來；如果為連續工作方式，則繼續循環下去。圖3 花式噴泉的

37、造型圖3.2 花式噴泉的控制要求花式噴泉的工作過程是按下啟動按鈕，噴泉開始工作；按下停止按鈕，噴泉停止工作； 噴泉的工作方式由花樣選擇開關和單步/連續開關決定； 當單步/連續開關在單步位置時，噴泉只能按照花樣選擇開關設定的方式，運行一個循環； 花樣選擇開關用于選擇噴泉的噴水花樣，考慮以下4種噴水花樣： （1）花樣選擇開關在位置1時，按下啟動按鈕后，花式噴泉按花樣一的噴水花樣噴水。（2）花樣選擇開關在位置2時，按下啟動按鈕后，花式噴泉按花樣二的噴水花樣噴水。（3）花樣選擇開關在位置3時，按下啟動按鈕后，花式噴泉按花樣三的噴水花樣噴水。（4）花樣選擇開關在位置4時，按下啟動按鈕后，花式噴泉按花樣四

38、的噴水花樣噴水。3.3可編程控制器PLC的選取與其特點本論文選用西門子公司的S7-200系列可編程序控制器PLC。S7-200系列PLC適用于各行各業，各種場合中的檢測、監測及控制的自動化。S7-200系列的強大功能使其無論在獨立運行中，或相連成網絡皆能實現復雜控制功能。因此S7-200系列具有極高的性能/價格比。S7-200系列出色表現在以下幾個方面：（1）極高的可靠性 （2）極豐富的指令集 （3）易于掌握 （4）便捷的操作 （5）豐富的內置集成功能 （6）實時特性 （7）強勁的通訊能力 （8）豐富的擴展模塊 S7-200系列在集散自動化系統中充分發揮其強大功能。使用范圍可覆蓋從替代繼電器的

39、簡單控制到更復雜的自動化控制。應用領域極為廣泛，覆蓋所有與自動檢測，自動化控制有關的工業及民用領域，包括各種機床、機械、電力設施、民用設施、環境保護設備等等。如：沖壓機床，磨床，印刷機械，橡膠化工機械，中央空調，電梯控制，運動系統18。3.4 基于PLC花式噴泉的接口設計花式噴泉設計方案是根據花樣選擇開關的位置信號，采用跳轉指令編程。在每一個跳轉程序段內，采用定時器指令實現順序控制。PLC I/O口地址分配表如表1所示表1 PLC I/O口地址分配表輸入信號地址元件功能I0.0SB1啟動按鈕I0.1SA1花樣選擇開關位置1I0.2SA2花樣選擇開關位置2I0.3SA3花樣選擇開關位置3I0.4

40、SA4花樣選擇開關位置4I0.5SB2重復按鈕I0.6SB3停止按鈕輸出信號地址元件功能Q0.1KM1噴頭1Q0.2KM2噴頭2Q0.3KM3噴頭3Q0.4KM4噴頭43.5 PLC 外部接線圖PLC 外部接線圖如圖4所示I0.0I0.1I0.2I0.3I0.4I0.5I0.6COMKM1KM2KM3KM4 S7-200 / CPU222NLCOMQ0.1Q0.2Q0.3Q0.4220V啟動花樣1花樣2花樣3花樣4重復結束圖4 PLC外部接線圖3.6花式噴泉的梯形圖3.6.1 梯形圖中的關鍵問題及實現I0.0代表啟動按鈕，I0.6代表停止按鈕，I0.1、I0.2、I0.3、I0.4分別代表四種

41、花樣，I0.5代表模式選擇（按下表示重復）；Q 0.1、Q0.2、Q0.3、Q0.4分別代表4個噴頭；中間變量M 0.1、M0.2、M0.3、M 0.4代表4個噴水階段；M1.0代表停止狀態19。本論文的梯形圖采用西門子公司STEP 7- Micro/WIN V4.0 SP3版軟件編程并截圖而得，四種花樣的梯形圖均有截圖，因梯形圖篇幅太大，所以采用截圖后拼接的方式拼合在一起。3.6.2 梯形圖花樣一對應的梯形圖如圖5所示圖5 花樣一對應的梯形圖如圖5所示，花樣一對應的梯形圖中，各網絡所起到的作用：網絡1的梯形圖程序作用是啟動噴泉進入第1步；網絡2作用為停止噴泉；網絡3為第1步,代表啟動4號噴頭

42、并且啟動2秒定時器；網絡4作用定時時間到進入第2步；網絡5為第2步,表示啟動3號噴頭并啟動2s定時器；網絡6作用是定時時間到進入第3步；網絡7為第3步,代表啟動2號噴頭和啟動2s定時器；網絡8為定時時間到進入第4步；網絡為9為第4步,表示啟動1號噴頭和啟動18秒定時器；網絡10表示定時時間到并判斷是否需要重復。花樣二對應的梯形圖如圖6所示圖6 花樣二對應的梯形圖如圖6所示，花樣二對應的梯形圖中，各網絡所起到的作用：網絡1的梯形圖程序作用是啟動噴泉進入第1步；網絡2作用為停止噴泉；網絡3為第1步,代表啟動1號噴頭并且啟動2秒定時器；網絡4作用定時時間到進入第2步；網絡5為第2步,表示啟動2號噴頭

43、并啟動2s定時器；網絡6作用是定時時間到進入第3步；網絡7為第3步代,表啟動3號噴頭和啟動2s定時器；網絡8為定時時間到進入第4步；網絡9為第4步,表示啟動4號噴頭和啟動30秒定時器；網絡10表示定時時間到并判斷是否需要重復。花樣三對應的梯形圖如圖7所示圖7 花樣三對應的梯形圖如圖7所示，花樣三對應的梯形圖中，各網絡所起到的作用：網絡1的梯形圖程序作用是啟動噴泉并進入第1步；網絡2作用為停止噴泉；網絡3為第1步,代表啟動1、3號噴頭并且啟動3s定時器；網絡4作用定時時間到進入第2步；網絡5為第2步,代表啟動2、4號噴頭和啟動3s定時器；網絡6作用是定時時間到進入第3步；網絡7為第3步,表示啟動

44、1、3號噴頭并且啟動3s定時器；網絡8為定時時間到進入第4步；網絡9為第4步,表示啟動2、4號噴頭和啟動3s定時器；網絡10表示定時時間到并進入第5步；網絡11為第5步,代表啟動1、3號噴頭并且啟動3s定時器；網絡12作用定時時間到進入第6步；網絡13為第6步,表示4個噴頭同時啟動，啟動30s定時器；網絡14作用是定時時間到判斷是否需要重復噴水。花樣四對應的梯形圖如圖8和圖9所示圖8 花樣四對應的部分梯形圖如圖8所示，花樣四對應的部分梯形圖中，網絡1到網絡14所起到的作用：網絡1的梯形圖程序作用是啟動噴泉進入第1步；網絡2作用為停止噴泉；網絡3為第1步,代表啟動1號噴頭并且啟動2秒定時器；網絡

45、4作用定時時間到進入第2步；網絡5為第2步,表示啟動2號噴頭并啟動2s定時器；網絡6作用是定時時間到進入第3步；網絡7為第3步,代表啟動3號噴頭和啟動2s定時器；網絡8為定時時間到進入第4步；網絡為9第4步,表示啟動4號噴頭和啟動2秒定時器；網絡10表示定時時間到并進入第5步；網絡11為第5步,作用是若M2.0斷開，重復以上噴水動作（1-2-3-4），若M2.0合上，進行接下來的動作（4-3-2-1）；網絡12表示定時時間到，根據M2.0判斷是否需要重復一次以上噴水動作（1-2-3-4）；否則，繼續下一動作（4-3-2-1）；網絡13為第6步，4個噴泉全部關閉，延時1s；網絡14代表定時時間到

46、，進入第7步。圖9 花樣四對應的部分梯形圖如圖9所示，花樣四對應的部分梯形圖中，網絡15到網絡24所起到的作用：網絡15為第7步,其梯形圖程序作用是啟動4號噴頭并且啟動2秒定時器；網絡16作用定時時間到進入第8步；網絡17為第8步,表示啟動3號噴頭并啟動2s定時器；網絡18作用是定時時間到進入第9步；網絡19為第9步,代表啟動2號噴頭和啟動2s定時器；網絡20為定時時間到進入第10步；網絡21為第10步,表示啟動1號噴頭和啟動2秒定時器；網絡21為第10步，啟動1號噴泉，啟動2s定時器；網絡22為定時時間到，進入第11步；網絡23為第11步,作用是同時啟動4個噴泉，啟動30s定時器；網絡24表

47、示定時時間到，判斷是否需要重復噴水。3.7 花式噴泉的實驗結果采用西門子公司S7-200仿真軟件進行調試，運行時共有2組信號指示燈和一組開關可供觀察和設置。位于軟件界面下方的一組開關0至6分別對應開啟按鈕、花樣選擇開關1、花樣選擇開關2、花樣選擇開關3、花樣選擇開關4、重復選擇按鈕、停止按鈕；位于界面中間的指示燈0至7作用是顯示下方開關的狀態；位于界面上方的指示燈1至4代表噴泉的噴頭1至噴頭4。花樣一的實驗結果如圖10所示：延時2秒延時2秒延時2秒延時18秒圖10 花樣一的實驗結果截圖花樣二的實驗結果如圖11所示：延時2秒延時30秒延時2秒延時2秒圖11 花樣二的實驗結果截圖花樣三的實驗結果如

48、圖12所示：1、3噴頭與2、4噴頭交替噴水五次延時3秒延時3秒延時30秒交替5次圖12 花樣三的實驗結果截圖花樣四的實驗結果如圖13所示：延時2秒延時2秒延時2秒延時2秒延時2秒延時2秒延時2秒延時2秒延時1秒延時2秒延時2秒延時2秒延時2秒延時30秒延時30秒圖13 花樣四的實驗結果截圖3.8 實驗小結本文的梯形圖是用西門子公司的STEP 7- Micro/WIN V4.0 SP3 版編程軟件按設計要求編制而得，在 S7-200 sim 2.0 版的仿真軟件上運行后，得到的實驗結果完全符合最初的設計要求，因此說明本文給出的梯形圖設計合理、方法得當、邏輯正確、能夠成功地實現花式噴泉的預定控制要

49、求。此外，在仿真中遇到的最大難題是對軟件進行仿真設置，原因恰恰是對英文專業詞匯的匱乏和對研究缺乏一種耐心與毅力，最后在同學和導師的幫助下，我及時調整好心態并最終解決了這一難題。4 結束語本文介紹了可編程控制器PLC的發展背景與研究意義，分析了PLC控制花式噴泉的優勢，總結了國內外PLC的現狀與問題等。闡述了PLC控制的基本原理、組成與基本功能模塊，介紹了梯形圖的編程與設計規則。詳細闡明了花式噴泉的設計與控制要求，在此基礎上提出了花式噴泉的噴水花樣，在對4種噴水花樣進行分析后設計了PLC的外部接線圖、梯形圖，最后，本文選用西門子STEP 7- Micro/WIN V4.0 SP3版的仿真軟件編制

50、梯形圖，并在此基礎上在S7-200 sim 2.0 版仿真軟件上進行了調試，達到了按下相應的花樣選擇開關并運行后，噴泉按相應的花樣進行噴水的預期效果。本文尚存在不足之處，特別是在對花樣進行相應的編程時，難免會使梯形圖有些錯誤。此外，本文只闡述了四種噴水花樣，這在實際的運用中難免會顯得單調與欠缺，并且現實中的花樣噴泉會有相應的燈光與聲音效果來使噴泉更具有觀賞性，這一點是需要改進的。PLC設計控制系統的發展趨勢是PLC技術將繼續向開放式控制系統方向轉移，尤其是基于工業PC的控制系統，工業PC技術提供了許多功能，能夠增強PLC的功能特性。另外，越來越多的PLC供應商開始提供Ethernet接口部件。

51、在最近的幾年間，發展比現有普通小PLC更加強大的PLC是種趨勢，許多PLC供應商在其產品的開發過程中仍然繼續不斷地改進和提高通信性能，其開發方向主要面向于Ethernet技術和基于Web技術。盡管傳統PLC被應用于離散過程控制領域，但現在，PLC已被廣泛應用于連續過程控制領域，而且基于連續過程控制技術的發展趨勢正在進一步得到增長20。參考文獻 1廖常初編著可編程序控制器應用技術第四版.機械工業出版社.2004.12謝劍英.微型計算機控制技術.國防工業出版社.2001.33施尚英.淺談PLC的應用與發展.CAD/CAM與制造業信息化.2005(6).34陳小龍.PLC是一種可編程的控制器，相當于一種控制設備.5郭中強.簡述PLC的應用及使用中應注意的問題.科學之友.2007(38):11-13 6袁任光主編.可編程序控制器應用技術與實例.華南理工大學出版社.2003.12-157王永華編著.現代電氣控制及PLC應用技術. 北京航空航天大學. 2008.28王兆義.PLC發展的幾個特點和國產化.自動化博覽.2009.8-99金廣業.可編程序控制器在我國的發展和應用.自動化博覽.2004(3):310楊公源主編.可編程控制器（PLC）原理與應用