基于PLC的音樂噴泉控制系統(tǒng)設(shè)計(jì).doc

課程設(shè)計(jì)說明書題目: 基于PLC的音樂噴水池系統(tǒng)設(shè)計(jì)系 別： 機(jī) 械 工 程 學(xué) 院 專 業(yè) 班 級： 學(xué) 號： 學(xué) 生 姓 名： 指 導(dǎo) 教 師： 2014 年 0 1 月 15 日安徽理工大學(xué)課程設(shè)計(jì)（論文）任務(wù)書 機(jī)械工程學(xué)院 測控教研室 學(xué) 號 學(xué)生姓名 專業(yè)（班級） 設(shè)計(jì)題目基于PLC的音樂噴水池系統(tǒng)設(shè)計(jì)設(shè)計(jì)技術(shù)參數(shù)（1） 按下啟動按鈕，主電機(jī)Y0工作500ms后停止工作（2） Y1至Y7開始間隔500ms輪流工作 (3) 當(dāng)Y1至Y7一個(gè)循環(huán)后同時(shí)一起輸出1秒后停止1秒再同時(shí)輸出（4） 當(dāng)完成一個(gè)大循環(huán)以后回到單獨(dú)主電機(jī)Y0上電，開始新的循環(huán)設(shè)計(jì)要求（1）按下啟動按鈕，主電機(jī)Y0上電音樂上電開始工作（2） 主電機(jī)Y0工作后停止工作，Y1至Y7開始間隔輪流工作 (3) 當(dāng)Y1至Y7一個(gè)循環(huán)后同時(shí)一起輸出后停止再同時(shí)輸出（4） 當(dāng)完成一個(gè)大循環(huán)以后回到單獨(dú)主電機(jī)Y0上電，開始新的循環(huán)工作量課程設(shè)計(jì)說明書一份，要求附錄中包含結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、控制主程序以及硬件接線圖。工作計(jì)劃第一周：查閱相關(guān)資料和書籍，了解PLC控制技術(shù)、PLC設(shè)計(jì)軟件設(shè)計(jì)方法；掌握音樂噴水池控制系統(tǒng)的工藝過程和設(shè)計(jì)要求。第二周：進(jìn)行PLC主界面編輯，完成元件動畫級聯(lián)設(shè)計(jì)，編寫腳本控制程序。第三周：控制程序的模擬運(yùn)行調(diào)試，找出缺點(diǎn)并加以改進(jìn)。第四周：整理設(shè)計(jì)內(nèi)容及相關(guān)數(shù)據(jù)，編寫課程設(shè)計(jì)說明書。參考資料1 秦春斌. PLC基礎(chǔ)及應(yīng)用教程M.北京： 機(jī)械工業(yè)出版社， 2010.2 蔡美琴. 張為民. MCS-51系列單片機(jī)系統(tǒng)及其應(yīng)用M.北京： 高等教育出版社3 馮清秀,鄧星鐘 等. 機(jī)電傳動控制M（第五版）.北京： 華中科技大學(xué)出版社4 黃蜂. 三菱數(shù)控系統(tǒng)的調(diào)試與應(yīng)用M.北京： 機(jī)械工業(yè)出版社 ， 2008.5 李建勇，孫衛(wèi)青.機(jī)電一體化技術(shù)M.北京：科學(xué)出版社，2009.6 楊后川. 三菱PLC應(yīng)用 100例M.北京： 電子工業(yè)出版社，20077 梁延?xùn)|. 電梯控制技術(shù)M .北京： 國建筑出版社，2008.8 陳伯時(shí).電力拖動自動控制系統(tǒng)M.3版.北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2009.9 魏偉. PLC控制技術(shù)與應(yīng)用M.北京： 中國輕工業(yè)出版社，2006.指導(dǎo)教師簽字教研室主任簽字 2014 年 01月15 日 學(xué)生姓名： 學(xué)號： 專業(yè)班級： 機(jī) 設(shè)10-12班 課程設(shè)計(jì)題目： 基于PLC的音樂噴水池系統(tǒng)設(shè)計(jì) 指導(dǎo)教師評語： 成績： 指導(dǎo)教師： 年 月 日安徽理工大學(xué)課程設(shè)計(jì)（論文）成績評定表摘要 隨著國民經(jīng)濟(jì)的發(fā)展,城市建設(shè)日新月異,噴泉水景逐漸成為了城市中一道靚麗的景觀。在大型公園、廣場、樓盤社區(qū)隨處可見,只是規(guī)模大小、控制方式存在差別。特別是利用現(xiàn)代化的控制技術(shù),將噴泉的造型(根據(jù)噴頭分布情況組成的花形)、音樂、燈光三種元素進(jìn)行有機(jī)地結(jié)合,相互映襯,使噴泉展現(xiàn)出美輪美奐的景象,享有“水上芭蕾”的美譽(yù)。 PLC是一種用于自動化控制的專用計(jì)算機(jī)，實(shí)質(zhì)上屬于計(jì)算機(jī)控制方PLC控制一般具有可靠性高、易操作、維修、編程簡單、靈活性強(qiáng)等特點(diǎn),所以基于PLC的音樂噴水池應(yīng)用而生，利用PLC控制音樂噴水池也變得越來越普遍，同時(shí)， 隨著電力電子技術(shù)、微電子技術(shù)和計(jì)算機(jī)控制技術(shù)的飛速發(fā)展，交流變頻調(diào)速技術(shù)的發(fā)展也十分迅速。電動機(jī)交流變頻調(diào)速技術(shù)是當(dāng)今節(jié)電、改善工藝流程以提高產(chǎn)品質(zhì)量和改善環(huán)境、推動技術(shù)進(jìn)步的一種主要手段。變頻調(diào)速以其優(yōu)異的調(diào)速性能和起制動性能、高效率、高功率因數(shù)和節(jié)電效果，廣泛的適用范圍及其它許多優(yōu)點(diǎn)而被國內(nèi)外公認(rèn)為最有發(fā)展前途的調(diào)速方式。所以利用PLC控制噴水池也變得方便，高效。關(guān)鍵詞：PLC; 音樂噴水池 ; 梯形圖 目錄第一章 緒論1第二章 PLC 簡介22.1 PLC的由來22.2 PLC的定義22.3 PLC的構(gòu)成32.4 PLC的各組成元素的構(gòu)成及功能32.5 PLC工作原理5第三章 控制系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)73.1 PLC控制系統(tǒng)I/O口的估算73.2 PLC模塊及擴(kuò)展模塊8第四章. PLC音樂噴水池軟件系統(tǒng)94.1 實(shí)施步驟94.2 小型音樂噴泉自動控制系統(tǒng)104.3 方案設(shè)計(jì)10第四章 程序調(diào)試與運(yùn)行184.1 實(shí)驗(yàn)臺接線圖184.2 PLC和音樂噴水池接線圖184.3 程序運(yùn)行監(jiān)視圖194.4 程序運(yùn)行狀態(tài)204.5 程序調(diào)試21總結(jié)23參考文獻(xiàn)24 第一章 緒論音樂噴泉是一個(gè)使用音樂的主體元素（頻率，振幅，音調(diào)和節(jié)奏）與花型組合控制噴泉，水柱高度，距離變換和光的顏色組合與亮度變化。音樂噴泉是人工噴泉現(xiàn)代控制技術(shù)的使用，是融合了基于程序控制的音樂噴泉控制系統(tǒng)，通過水和輕音樂噴泉控制相結(jié)合的變化而變化，從而實(shí)現(xiàn)光與色的組合、音樂的情緒、噴泉的生動豐富的表演內(nèi)涵。隨著可編程控制技術(shù)的發(fā)展，可編程序控制器和變頻器技術(shù)在噴泉控制領(lǐng)域發(fā)揮著不可替代的作用。即使用一個(gè)小型PLC的音樂噴泉控制系統(tǒng)頻率轉(zhuǎn)換器，可以實(shí)現(xiàn)控制噴泉燈，水泵，接線簡單、編程與音樂節(jié)奏和情感以及流水燈的多點(diǎn)結(jié)合，便于適合追求時(shí)尚家居生活和娛樂。目前，音樂噴泉的控制中最常出現(xiàn)的是實(shí)時(shí)控制。小型PLC的音樂噴泉控制系統(tǒng)基于現(xiàn)實(shí)生活中的應(yīng)用前景，值得推廣。在設(shè)計(jì)過程中，采用可編程控制器實(shí)現(xiàn)音樂噴泉的控制。尤其是在現(xiàn)場總線和工業(yè)自動化領(lǐng)域的控制網(wǎng)絡(luò)中開辟了一個(gè)新的發(fā)展空間。PLC及其外圍設(shè)備的設(shè)計(jì)是依據(jù)易于形成一個(gè)整體的工業(yè)控制系統(tǒng)，便于擴(kuò)充功能的原則。考慮到音樂噴泉系統(tǒng)的控制復(fù)雜性，若采用繼電器控制，其控制可靠性較差。若采取PLC控制，PLC是由程序控制，是一種軟連接，大大的提高了可靠性。可編程控制器是音樂噴泉的控制核心，可編程控制器是整個(gè)系統(tǒng)的“大腦”，開關(guān)量轉(zhuǎn)換音樂頻率來控制噴泉的變化和閃爍的燈光都是通過程序?qū)崿F(xiàn)的。可編程控制器，簡化了控制電路，提高工作速度和系統(tǒng)運(yùn)行的可靠性和靈活性，而且還增強(qiáng)了噴泉工程的自動化及智能化。第二章 PLC簡介2.1 PLC的由來在PLC問世之前，工業(yè)控制領(lǐng)域中是繼電器控制占主導(dǎo)地位。繼電器控制系統(tǒng)有著十分明顯的缺點(diǎn)：體積大、耗電多、可靠性差、壽命短、運(yùn)行速度慢、適應(yīng)性差，尤其當(dāng)生產(chǎn)工藝發(fā)生變化時(shí)，就必須重新設(shè)計(jì)、重新安裝，造成時(shí)間和資金的嚴(yán)重浪費(fèi)。為了改變這一現(xiàn)狀，1968年美國最大的汽車制造商通用汽車公司（GM），為了適應(yīng)汽車型號不斷更新的要求，以在激烈的競爭的汽車工業(yè)中占有優(yōu)勢，提出要研制一種新型的工業(yè)控制裝置來取代繼電器控制裝置，為此，特?cái)M定了十項(xiàng)公開招標(biāo)的技術(shù)要求，即：1）編程簡單方便，可在現(xiàn)場修改程序；2）硬件維護(hù)方便，最好是插件式結(jié)構(gòu)；3）可靠性要高于繼電器控制裝置；4）體積小于繼電器控制裝置；5）可將數(shù)據(jù)直接送入管理計(jì)算機(jī)；6）成本上可與繼電器柜競爭；7）輸入可以是交流115V；8）輸出為交流115V，2A以上，能直接驅(qū)動電磁閥；9）擴(kuò)展時(shí)，原有系統(tǒng)只需做很小的改動；10）用戶程序存儲器容量至少可以擴(kuò)展到4KB。根據(jù)招標(biāo)要求，1969年美國數(shù)字設(shè)備公司（DEC）研制出世界上第一臺PLC（PDP14型），并在通用汽車公司自動裝配線上試用，獲得了成功，從而開創(chuàng)了工業(yè)控制新時(shí)期。從此，可編程控制器這一新的控制技術(shù)迅速發(fā)展起來，而且，在工業(yè)發(fā)達(dá)國家發(fā)展很快。 2.2 PLC的定義 在PLC的發(fā)展過程中，美國電氣制造商協(xié)會（NEMA）經(jīng)過4年的調(diào)查，于1980年把這種新型的控制器正式命名為可編程序控制器（Programmable Controller），英文縮寫為PC，并作如下定義：“可編程序控制器是一種數(shù)字式電子裝置。它使用可編程序的存儲器來存儲指令，并實(shí)現(xiàn)邏輯運(yùn)算、順序控制、計(jì)數(shù)、計(jì)時(shí)和算術(shù)運(yùn)算功能，用來對各種機(jī)械或生產(chǎn)過程進(jìn)行控制?！?國際電工委員會（IEC）曾于1982年11月頒布了可編程序控制器標(biāo)準(zhǔn)的草案第一稿，1985年1月又發(fā)表了草案第二稿，1987年2月頒布了草案第三稿。該草案中對可編程序控制器的定義是：“可編程序控制器是一種數(shù)字運(yùn)算操作的電子系統(tǒng)，專為在工業(yè)環(huán)境下應(yīng)用而設(shè)計(jì)。它采用了可編程序的存儲器，用來在其內(nèi)部存儲執(zhí)行邏輯運(yùn)算、順序控制、定時(shí)、計(jì)數(shù)、和算術(shù)運(yùn)算等操作的指令。并通過數(shù)字式和模擬式的輸入和輸出，控制各種類型的機(jī)械或生產(chǎn)過程。PLC及其有關(guān)外部設(shè)備，都應(yīng)按易于與工業(yè)系統(tǒng)聯(lián)成一個(gè)整體，易于擴(kuò)充其功能的原則設(shè)計(jì)。 定義強(qiáng)調(diào)了PLC應(yīng)直接應(yīng)用于工業(yè)環(huán)境，它必須具有很強(qiáng)的抗干擾能力、廣泛的適應(yīng)能力和應(yīng)用范圍。這是區(qū)別于一般微機(jī)控制系統(tǒng)的一個(gè)重要特征。2.3 PLC的構(gòu)成 從結(jié)構(gòu)上分，PLC分為固定式和組合式（模塊式）兩種。固定式PLC包括CPU板、I/O板、顯示面板、內(nèi)存塊、電源等，這些元素組合成一個(gè)不可拆卸的整體。模塊式PLC包括CPU模塊、I/O模塊、內(nèi)存、電源模塊、底板或機(jī)架，這些模塊可以按照一定規(guī)則組合配置。2.4 PLC的各組成元素的構(gòu)成及功能2.4.1 CPU CPU是PLC的核心，起神經(jīng)中樞的作用，主要由運(yùn)算器、控制器、寄存器及實(shí)現(xiàn)它們之間聯(lián)系的數(shù)據(jù)、控制及狀態(tài)總線構(gòu)成，CPU單元還包括外圍芯片、總線接口及有關(guān)電路。每套PLC至少有一個(gè)CPU，它按PLC的系統(tǒng)程序賦予的功能接收并存貯用戶程序和數(shù)據(jù)，用掃描的方式采集由現(xiàn)場輸入裝置送來的狀態(tài)或數(shù)據(jù)，并存入規(guī)定的寄存器中，同時(shí)，診斷電源和PLC內(nèi)部電路的工作狀態(tài)和編程過程中的語法錯(cuò)誤等。進(jìn)入運(yùn)行后，從用戶程序存儲器中逐條讀取指令，經(jīng)分析后再按指令規(guī)定的任務(wù)產(chǎn)生相應(yīng)的控制信號，去指揮有關(guān)的控制電路。 對使用者來說，不必詳細(xì)分析CPU的內(nèi)部電路，但對各部分的工作機(jī)制還是應(yīng)有足夠的理解。CPU的控制器控制CPU工作，由它讀取指令、解釋指令及執(zhí)行指令，但工作節(jié)奏由震蕩信號控制。運(yùn)算器用于進(jìn)行數(shù)字或邏輯運(yùn)算，在控制器指揮下工作。寄存器參與運(yùn)算，并存儲運(yùn)算的中間結(jié)果，它也是在控制器指揮下工作。 CPU速度和內(nèi)存容量是PLC的重要參數(shù)，它們決定著PLC的工作速度，IO數(shù)量及軟件容量等，因此限制著控制規(guī)模。2.4.2 I/O模塊 PLC與電氣回路的接口，是通過輸入輸出部分（I/O）完成的。I/O模塊集成了PLC的I/O電路，其輸入暫存器反映輸入信號狀態(tài)，輸出點(diǎn)反映輸出鎖存器狀態(tài)。輸入模塊將電信號變換成數(shù)字信號進(jìn)入PLC系統(tǒng)，輸出模塊相反。I/O種類有開關(guān)量輸入（DI），開關(guān)量輸出（DO），模擬量輸入（AI），模擬量輸出（AO）等。 開關(guān)量是指只有開和關(guān)（或1和0）兩種狀態(tài)的信號，模擬量是指連續(xù)變化的量。常用的I/O分類如下： 開關(guān)量：按電壓水平分，有220VAC、110VAC、24VDC，按隔離方式分，有繼電器隔離和晶體管隔離。模擬量：按信號類型分，有電流型（4-20mA,0-20mA）、電壓型（0-10V,0-5V,-10-10V）等，按精度分，有12bit,14bit,16bit等。2.4.3 內(nèi)存 內(nèi)存主要用于存儲程序及數(shù)據(jù)，是PLC不可缺少的組成單元。不同機(jī)型的PLC期內(nèi)存大小也不盡相同，除主機(jī)單元的已有的內(nèi)存區(qū)外，大部分機(jī)型還可根據(jù)用戶具體需要加以擴(kuò)展。2.4.4 電源模塊 PLC電源用于為PLC各模塊的集成電路提供工作電源。同時(shí)，有的還為輸入電路提供24V的工作電源。電源輸入類型有：交流電源（220VAC或110VAC），直流電源（常用的為24VAC）。2.4.5 底板或機(jī)架 大多數(shù)模塊式PLC使用底板或機(jī)架，其作用是：電氣上，實(shí)現(xiàn)各模塊間的聯(lián)系，使CPU能訪問底板上的所有模塊，機(jī)械上，實(shí)現(xiàn)各模塊間的連接，使各模塊構(gòu)成一個(gè)整體。2.4.6 PLC系統(tǒng)的其它設(shè)備（1）) 編程設(shè)備：編程器是PLC開發(fā)應(yīng)用、監(jiān)測運(yùn)行、檢查維護(hù)不可缺少的器件，用于編寫程序、對系統(tǒng)作一些設(shè)定、監(jiān)控PLC及PLC所控制的系統(tǒng)的工作狀況，但它不直接參與現(xiàn)場控制運(yùn)行。某些PLC也配有手持型編程器，目前一般由計(jì)算機(jī)（運(yùn)行編程軟件）充當(dāng)編程器。（2） 人機(jī)界面：最簡單的人機(jī)界面是指示燈和按鈕，目前液晶屏（或觸摸屏）式的一體式操作員終端應(yīng)用越來越廣泛，由計(jì)算機(jī)（運(yùn)行組態(tài)軟件）充當(dāng)人機(jī)界面也非常普及。（3）輸入輸出設(shè)備：用于永久性地存儲用戶數(shù)據(jù)，如EPROM、EEPROM寫入器、條碼閱讀器，輸入模擬量的電位器，打印機(jī)等。2.4.7 PLC的通信聯(lián)網(wǎng) 依靠先進(jìn)的工業(yè)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)可以迅速有效地收集、傳送生產(chǎn)和管理數(shù)據(jù)。因此，網(wǎng)絡(luò)在自動化系統(tǒng)集成工程中的重要性越來越顯著，甚至有人提出網(wǎng)絡(luò)就是控制器的觀點(diǎn)說法。PLC具有通信聯(lián)網(wǎng)的功能，它使PLC與PLC 之間、PLC與上位計(jì)算機(jī)以及其他智能設(shè)備之間能夠交換信息，形成一個(gè)統(tǒng)一的整體，實(shí)現(xiàn)分散集中控制。多數(shù)PLC具有RS-232接口，還有一些內(nèi)置有支持各自通信協(xié)議的接口。 PLC的通信，還未實(shí)現(xiàn)互操作性，IEC規(guī)定了多種現(xiàn)場總線標(biāo)準(zhǔn)，PLC各廠家均有采用。對于一個(gè)自動化工程(特別是中大規(guī)?？刂葡到y(tǒng))來講，選擇網(wǎng)絡(luò)非常重要的。首先,網(wǎng)絡(luò)必須是開放的，以方便不同設(shè)備的集成及未來系統(tǒng)規(guī)模的擴(kuò)展；其次，針對不同網(wǎng)絡(luò)層次的傳輸性能要求，選擇網(wǎng)絡(luò)的形式，這必須在較深入地了解該網(wǎng)絡(luò)標(biāo)準(zhǔn)的協(xié)議和機(jī)制的前提下進(jìn)行；再次，綜合考慮系統(tǒng)成本、設(shè)備兼容性、現(xiàn)場環(huán)境適用性等具體問題，確定不同層次所使用的網(wǎng)絡(luò)標(biāo)準(zhǔn)。2.5 PLC工作原理2.5.1 I/O接口 在PLC（可編程控制器）中，客戶所設(shè)計(jì)的用戶程序通過一邊讀寫PLC內(nèi)的存儲器區(qū)域（歐姆龍稱I/O存儲器）的信息一邊將指令從開始到最后逐個(gè)執(zhí)行的方式來進(jìn)行處理。另一方面，對于與PLC或I/O單元直接相連的感應(yīng)器/開關(guān)等PLC外的數(shù)據(jù)，按照一定時(shí)序，會與PLC內(nèi)的I/O存儲器的數(shù)據(jù)一并更新。這種PLC外的數(shù)據(jù)與PLC內(nèi)的I/O存儲器的數(shù)據(jù)的一并更新，即稱為I/O刷新動作。2.5.2 周期時(shí)間在PLC處理周期中，從I/O刷新執(zhí)行（開始）到下一次的I/O刷新執(zhí)行（處理）之間的時(shí)間，即周期時(shí)間。周期時(shí)間包含共通處理（自我診斷）、用戶程序執(zhí)行處理、I/O刷新處理、外圍服務(wù)處理等所需要的時(shí)間。1 如周期時(shí)間過長，則與PLC外部進(jìn)行數(shù)據(jù)更新的周期變長，輸入輸出的響應(yīng)時(shí)間變長，導(dǎo)致無法獲取比周期時(shí)間短的輸入的變化。2 如周期時(shí)間短，則輸入輸出的響應(yīng)時(shí)間變短，可進(jìn)行高速處理。3 如更改周期時(shí)間，則命令的執(zhí)行間隔及輸入輸出的響應(yīng)時(shí)間也會改變。2.5.3 中斷任務(wù) 通常，在PLC的處理周期內(nèi)，用戶程序包括I/O刷新等其他處理，將按順序執(zhí)行。在這個(gè)處理周期中能夠優(yōu)先執(zhí)行的處理，即中斷任務(wù)。如事先指定的中斷條件成立，則中斷處理周期，優(yōu)先執(zhí)行該處理。2.5.4 I/O分配 在用戶程序中，為了對PLC內(nèi)裝載的輸入輸出單元的輸入、輸出信號進(jìn)行處理，有必要事先為其分配PLC內(nèi)的I/O存儲器的地址。將PLC內(nèi)裝載的單元的輸入、輸出信號分配到I/O存儲器上，即為I/O分配。CPU單元即根據(jù)該I/O分配信息執(zhí)行裝載單元及I/O刷新動作。 將PLC內(nèi)裝載的單元的輸入、輸出信號分配到I/O存儲器上，即為I/O分配。CPU單元即根據(jù)該I/O分配信息執(zhí)行裝載單元及I/O刷新動作。2.5.5 CPU單元的存儲區(qū)域 在PLC內(nèi)，進(jìn)行用戶程序、I/O存儲器的數(shù)據(jù)及注釋信息、CPU單元及高功能單元的設(shè)定信息、登錄I/O表信息等各類的數(shù)據(jù)的處理。保存這些PLC所處理的全部數(shù)據(jù)的地方，即CPU單元內(nèi)的存儲區(qū)域。 2.5.6 用戶程序區(qū)域 記錄客戶所設(shè)計(jì)的用戶程序。2.5.7 I/O存儲器區(qū)域 通過指令的操作碼，可以訪問該區(qū)域。記錄通道I/O（CIO）、內(nèi)部輔助繼電器、保持繼電器、特殊輔助繼電器、數(shù)據(jù)存儲器、擴(kuò)展數(shù)據(jù)存儲器、計(jì)時(shí)完成標(biāo)志?當(dāng)前值、計(jì)數(shù)完成標(biāo)志?當(dāng)前值、任務(wù)標(biāo)志、變址寄存器、數(shù)據(jù)寄存器、條件寄存器、時(shí)鐘脈沖等的信息。 l/O存儲器區(qū)域的數(shù)據(jù)中包括：斷電后恢復(fù)時(shí)，內(nèi)容會被清除的區(qū)域，以及可保持以前的信息的區(qū)域2.5.8 參數(shù)區(qū)域 PLC所處理的各種初始設(shè)定信息。記錄PLC系統(tǒng)設(shè)定、登錄I/O表、路由表、CPU高功能單元系統(tǒng)設(shè)定等的信息。第三章 控制系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)音樂噴泉邏輯控制系統(tǒng)的控制核心是PLC，在建立一個(gè)PLC控制系統(tǒng)時(shí)，哪些信號需要輸入至PLC，PLC需要驅(qū)動哪些負(fù)載,以及采用何種編程方式，都會影響到其內(nèi)部I/O點(diǎn)數(shù)的分配，首先需要把系統(tǒng)所需的輸入/輸出數(shù)量明確，其次按需要確定各控制動作的順序和各控制裝置彼此間的關(guān)系。在確定控制系統(tǒng)各環(huán)節(jié)的關(guān)系后，進(jìn)行分配輸入/輸出設(shè)備點(diǎn)。因此， PLC音樂噴泉控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)首先要解決的問題是I/O點(diǎn)數(shù)的確定，它不僅決定著系統(tǒng)硬件部分的設(shè)計(jì)，也是系統(tǒng)軟件編寫的前提。在估算PLC的輸入/輸出點(diǎn)、內(nèi)部繼電器、定時(shí)器、計(jì)數(shù)器之后，就可以對PLC進(jìn)行選型，并進(jìn)一步進(jìn)行輸入/輸出量的確定。3.1 PLC控制系統(tǒng)I/O口的估算小型音樂噴泉控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)I/O點(diǎn)時(shí),依據(jù)PLC 的I/O節(jié)點(diǎn)使用原則,應(yīng)預(yù)留出一定的I/O點(diǎn)擴(kuò)展時(shí)使用。可以根據(jù)系統(tǒng)的控制要求大體確定控制系統(tǒng)的輸入輸出點(diǎn)數(shù)。1、 估算系統(tǒng)數(shù)字量輸入點(diǎn)數(shù)根據(jù)音樂的旋律和音頻信號的大小來控制噴泉水柱的高低，所以其數(shù)字量輸入只需要滿足系統(tǒng)啟動、停止兩個(gè)功能。如表3.1所示表3.1 系統(tǒng)數(shù)字量輸入各元器件功能及所占PLC點(diǎn)數(shù)項(xiàng)目名稱輸入點(diǎn)數(shù)備注總點(diǎn)數(shù)啟動按鈕1噴水池控制系統(tǒng)啟動輸入點(diǎn)數(shù)：2停止按鈕1噴水池控制系統(tǒng)停止2、估算系統(tǒng)模擬量輸入點(diǎn)數(shù)將音頻信號轉(zhuǎn)化成PLC能識別數(shù)字量信號的過程中需采用一個(gè)A/D轉(zhuǎn)換模塊，因此模擬量輸入點(diǎn)為1個(gè)。如表3.2所示表2 系統(tǒng)模擬量輸入各元器件功能及所占PLC點(diǎn)數(shù)項(xiàng)目名稱模擬量輸入點(diǎn)數(shù)備注總點(diǎn)數(shù)音頻信號轉(zhuǎn)換模塊1音頻信號大小輸入點(diǎn)數(shù)：13、估算系統(tǒng)數(shù)字量輸出點(diǎn)數(shù)系統(tǒng)數(shù)字量輸出由變頻器開關(guān)量控制和燈光開關(guān)量控制兩個(gè)部分，變頻器包括啟動和調(diào)速兩種控制量。3.2 PLC模塊及擴(kuò)展模塊1 PLC模塊該模塊主要包括CPU、電源和I/O點(diǎn)三部分。CPU主要負(fù)責(zé)程序的運(yùn)行工作； CPU供電以及與CPU模塊相連的其他模塊的用電需求都由此電源模塊部分提供；該模塊自身帶的一定數(shù)量的開關(guān)量I/O點(diǎn)，若足以達(dá)到控制系統(tǒng)的要求，則可以不需要擴(kuò)展開關(guān)量I/O模塊。圖3-1PLC模塊2 擴(kuò)展模塊因?yàn)橥ǔPU模塊本身的I/O點(diǎn)有限、且無模擬量I/O點(diǎn)，所以需要一些特殊功能擴(kuò)展模塊：數(shù)字量I/O模塊、模擬量I/O模塊等，音樂噴水池的擴(kuò)展模塊如下圖所示圖3-2音樂噴水池模塊第四章. PLC音樂噴水池軟件系統(tǒng)噴泉是利用水泵工作所產(chǎn)生的壓力,從噴頭噴射出水柱,將若干臺水泵按照一定的型號、位置進(jìn)行安裝,結(jié)合不同類型的噴頭,就可以產(chǎn)生各種各樣的花形。我們可以將每一臺水泵視為一個(gè)工作點(diǎn),編制程序,通過PLC的模塊實(shí)現(xiàn)對每個(gè)點(diǎn)的控制,也就是通過對每臺水泵執(zhí)行回路中的接觸器或傳動裝置進(jìn)行控制,達(dá)到控制水泵工作狀態(tài)的目的。為展示噴泉的藝術(shù)感,通常會配以相應(yīng)的曲目,根據(jù)所選曲目的節(jié)奏快慢、抑揚(yáng)頓挫,編制相應(yīng)的水泵控制程序來體現(xiàn)音樂的內(nèi)涵。其中,最重要的環(huán)節(jié)就是時(shí)間同步,即將樂曲的播放時(shí)間根據(jù)節(jié)奏、樂感分解為若干個(gè)時(shí)間段,在每個(gè)時(shí)間段內(nèi)編制相應(yīng)的水泵、燈光控制程序,調(diào)整曲目播放的時(shí)間精度和PLC編程的時(shí)間精度相同,而且在同一時(shí)間段內(nèi),水泵和燈光的子程序工作時(shí)間相同,從而在視覺上達(dá)到同步的觀賞效果。4.1 實(shí)施步驟4.1.1 水泵的控制根據(jù)水泵的型號、花形及分布位置,進(jìn)行統(tǒng)一編號,并與PLC模塊的點(diǎn)數(shù)編號一一對應(yīng),將同一花形的水泵進(jìn)行編組,對每組花形的水泵的工作先后順序、工作方式(整體還是單獨(dú))進(jìn)行排列組合,編制相應(yīng)的子程序并進(jìn)行編號,賦予對應(yīng)的工作時(shí)間數(shù)值,控制水泵的工作時(shí)間,工作時(shí)間類型可持續(xù),也可以間斷,兩者的表現(xiàn)形式為靜態(tài)和動態(tài)。另外,通過添加變頻器來表現(xiàn)柔美曲目的花形,增添噴泉的美感。在PLC和變頻器之間建立對應(yīng)的等量關(guān)系,將PLC的數(shù)字信號轉(zhuǎn)換為變頻器控制水泵轉(zhuǎn)速的模擬信號,實(shí)現(xiàn)水泵的動態(tài)工作狀態(tài),然后根據(jù)花形的形狀要求對其進(jìn)行排列組合,編制相應(yīng)的子程序并進(jìn)行編號。4.1.2 燈光的控制根據(jù)燈光的顏色(最好選取紅、黃、藍(lán)三原色)、安裝位置、照射角度,進(jìn)行燈光工作狀態(tài)的排列組合,編制相應(yīng)的子程序,賦予對應(yīng)的工作時(shí)間數(shù)值,與水泵花形的時(shí)間類型、數(shù)值相一致,其顏色可以一致,也可以不一致體現(xiàn)動感,還可以進(jìn)行某兩種或某三種顏色的疊加,生成另外不同的顏色,豐富燈光的色彩。4.1.3 時(shí)間同步這是整個(gè)音樂程控噴泉控制中最重要、最關(guān)鍵的環(huán)節(jié),因?yàn)橐魳烦炭貒娙故菊w效果的協(xié)調(diào)性直接與時(shí)間同步有著非常密切的關(guān)系,如果時(shí)間同步有差異,會導(dǎo)致音樂、花形和燈光不是一個(gè)整體,觀賞效果大打折扣,所以此環(huán)節(jié)是核心環(huán)節(jié)?！皶r(shí)間同步”在這里包含了三個(gè)層面的時(shí)間。其一,是指音樂播放時(shí)間段的精度和PLC控制程序時(shí)間段的精度相一致,而且兩者之間的關(guān)系是同時(shí)開始、同時(shí)停止;其二,根據(jù)音樂曲目的節(jié)奏、氣勢所劃分的播放時(shí)間長度,要與相對應(yīng)的水泵、燈光子程序所持續(xù)工作的時(shí)間長度一致,也就是水泵花形和燈光要隨著音樂曲目產(chǎn)生的變化而變化,否則觀賞時(shí)會出現(xiàn)音4.2小型音樂噴泉自動控制系統(tǒng)4.2.1 方案設(shè)想對于小型企事業(yè)單位或家庭而言，要建立一個(gè)音樂噴泉系統(tǒng)，我認(rèn)為一次性投入不能太大，與大型音樂噴泉系統(tǒng)相比，規(guī)模應(yīng)大大縮小，功能也沒有必要那么完備。除具備隨音樂變化外，再加上幾種變化就可以滿足需求。就比原來僅僅單一手動調(diào)節(jié)水柱變化要強(qiáng)許多。尤其對已有噴泉的單位，則投入將更小。只需投入變頻器一臺或兩臺、PLC一臺、觸摸屏一個(gè)、DVD一臺即可。總投入應(yīng)在2萬元以內(nèi)（如果原噴泉功率不是十分大的話），是任何一個(gè)單位或富裕家庭都能承受的水平。我的設(shè)想是利用音樂的高低通過PLC控制變頻器的輸出頻率，從而改變電動機(jī)轉(zhuǎn)速，從而去改變水泵水柱的高低，利用變頻器的多段速控制，不需要另外增加通訊模塊，可降低成本，同時(shí)也具備15種轉(zhuǎn)速變化之多，基本可以反映出音樂強(qiáng)弱變化的全貌。另外，配備一話筒，可以測量人們喊話音量的大?。ㄓ盟叩妥兓瘉砗饬浚＞邆湟欢ǖ娜の缎?。如果僅有水柱隨音量變化而變化這一種功能，則功能太過單一。所以，我設(shè)想當(dāng)不播放音樂時(shí)，應(yīng)該具備按一定的規(guī)律進(jìn)行水柱高度和噴灑時(shí)間的自動控制功能，并且水柱的噴灑高度和時(shí)間可以由用戶來調(diào)節(jié)（或者通過觸摸屏修改）。從而增加系統(tǒng)的實(shí)用性，提高系統(tǒng)的附加值。而該功能可以通過PLC編程實(shí)現(xiàn)，且較容易實(shí)現(xiàn)和擴(kuò)展。4.2.2 方案可行性論證從技術(shù)性角度來看，設(shè)系統(tǒng)所用技術(shù)均為現(xiàn)代新技術(shù)，具有很高的技術(shù)含量。 從系統(tǒng)的可靠性來看，所增加的設(shè)備、PLC、觸摸屏、變頻器，它們的使用壽命都相當(dāng)長，尤其是PLC，故該系統(tǒng)可靠性高，后期維護(hù)維修費(fèi)用十分小。從經(jīng)濟(jì)性來看，對于企事業(yè)單位，2萬元投入更是小菜一碟。綜上所述，該系統(tǒng)具有良好的開發(fā)價(jià)值，具有廣闊的應(yīng)用前景。4.3方案設(shè)計(jì)4.3.1實(shí)驗(yàn)?zāi)康?用PLC完成音樂噴水池的過程4.3.2音樂噴泉自動控制設(shè)計(jì)一、控制原理1.控制系統(tǒng)組成音樂噴泉的控制系統(tǒng)由音樂信號處理電路（包括F/V轉(zhuǎn)換電路、模/數(shù)轉(zhuǎn)換電路、信號隔離電路），PLC及變頻控制電路，潛水泵和彩燈控制電路，穩(wěn)壓電源電路和音響設(shè)備組成。2.音樂噴水池演示板結(jié)構(gòu)如圖 圖4-1音樂噴水池布置圖音樂噴泉自動控制原理圖 B、音頻信號轉(zhuǎn)換為PLC輸入的設(shè)計(jì)考慮到變頻器和電動機(jī)及負(fù)載的慣性問題，決定每隔15秒采樣一次音樂電平高低（采樣頻率過高，變頻器、電機(jī)及水泵無法反應(yīng)過來）。該每隔5秒采樣一次可以通過PLC自身實(shí)現(xiàn)，（依靠PLC輸出對繼電器定時(shí)控制），經(jīng)ADC量化，編碼為四位二進(jìn)制數(shù)碼（除0000外，0001-1111剛好15種變化，可以對應(yīng)多段速的15段速控制），采用輸出可以直接驅(qū)動發(fā)光二極管的ADC，可以將其輸出直接作為PLC的輸入，可以減少輸入模塊，降低成本，而音頻電平可以參照現(xiàn)有電平指示電路即可。故得出音頻轉(zhuǎn)化為PLC的輸入設(shè)計(jì)如下：注意：該指示電路的電源由PLC自身供給，地與PLC輸入COM連接。 C、音樂噴泉PLC程序設(shè)計(jì)二實(shí)驗(yàn)原理與步驟1. 控制要求 （1）按下啟動按鈕，主電機(jī)Y0上電音樂上電開始工作 （2） 主電機(jī)Y0工作500ms后停止工作，Y1至Y7開始間隔500ms輪流工作 (3) 當(dāng)Y1至Y7一個(gè)循環(huán)后同時(shí)一起輸出1秒后停止1秒再同時(shí)輸出 （4） 當(dāng)完成一個(gè)大循環(huán)以后回到單獨(dú)主電機(jī)Y0上電，開始新的循環(huán) 2.實(shí)驗(yàn)步驟 （1） 打開實(shí)驗(yàn)臺電源，編程器與PLC連接 （2） 根據(jù)具體情況編制輸入程序（如上文所述），并檢驗(yàn)是否正確 （3） 按圖接線，實(shí)驗(yàn)臺與音樂噴水池模塊，檢驗(yàn)連線是否正確 （4） 啟動程序，觀察運(yùn)行結(jié)果三、輸入輸出分配由于音頻采樣及控制需4個(gè)輸入，外加啟動與停止共需6個(gè)輸入輸出控制變頻器的多段速控制，15段速需PLC4個(gè)輸出點(diǎn)，外加轉(zhuǎn)向控制一個(gè)點(diǎn)，采集控制一個(gè)點(diǎn)，共需6個(gè)輸出點(diǎn)，從而得出下表。I/O地址分配表4-1 I/O地址分配表輸入地址啟動X0輸出地址Y0Y0Y1Y1Y2Y2Y3Y3Y4Y4Y5Y5Y6Y6Y7Y7喇叭Y10 指令表0 LDI X000 29 OUT Y0021 ZRST S0 S20 30 OUT T2 K56 RST Y010 33 LD T27 LDP X000 34 SET S39 SET S0 36 STL S311 SET Y010 37 OUT Y00312 STL S0 38 OUT T3 K513 OUT T0 K5 41 LD T3 16 OUT Y000 42 SET S417 LD T0 44 STL S418 SET S1 45 OUT Y00420 STL S1 46 OUT T4 K521 OUT Y001 49 LD T422 OUT T1 K5 50 SET S525 LD T1 52 STL S526 SET S2 53 OUT Y00528 STL S2 54 OUT T5 K557 LD T5 86 OUT Y00258 SET S6 87 OUT Y003 60 STL S6 88 OUT Y004 61 OUT Y006 89 OUT Y005 62 OUT T6 K5 90 OUT Y006 65 LD T6 91 OUT Y007 66 SET S7 92 OUT T9 L10 68 STL S7 95 LD T9 69 OUT Y007 96 SET S10 70 OUT T7 K5 98 STL S10 73 LD T7 99 OUT T10 K10 74 SET S8 102 LD T0 76 STL S8 103 SET S11 77 OUT Y000 105 STL S11 78 OUT T8 L10 106 OUT Y001 81 LD T8 107 OUT Y002 82 SET S9 108 OUT Y003 84 STL S9 111 OUT Y006 85 OUT Y001 112 OUT 007 按下啟動按鈕，狀態(tài)S0至S20被激活，當(dāng)檢驗(yàn)到有上升脈沿時(shí)，喇叭Y10激活，發(fā)出音樂，狀態(tài)S0被激活， 主電機(jī)Y0工作500ms后停止工作，Y1至Y7開始間隔500ms輪流工作， 當(dāng)Y1至Y7一個(gè)循環(huán)后同時(shí)一起輸出1秒后停止1秒再同時(shí)輸出， 當(dāng)完成一個(gè)大循環(huán)以后回到單獨(dú)主電機(jī)Y0上電，開始新的循環(huán)。 其梯形圖如下圖所示： 圖3-2 程序梯形圖梯形圖：圖3-3 程序梯形圖（續(xù)）圖3-4 程序梯形圖（續(xù)）圖3-4 程序梯形圖（續(xù)）圖3-5 程序梯形圖（續(xù)）X0Y0Y0Y1Y1Y2Y2Y3Y3Y4Y4Y5Y5Y6Y6Y7Y7Y10喇叭COMO-COM5+24V圖4-6接線圖 注：FX系列的輸出繼電器的公共端：FX2N-32MR 為COMOCOM4;FX2N-48MR為COMOCOM5第四章 程序調(diào)試與運(yùn)行音樂噴泉邏輯控制系統(tǒng)的控制核心是PLC，在建立一個(gè)PLC控制系統(tǒng)時(shí)，哪些信號需要輸入至PLC，PLC需要驅(qū)動哪些負(fù)載,以及采用何種編程方式，都會影響到其內(nèi)部I/O點(diǎn)數(shù)的分配，必須首先把系統(tǒng)需要的輸入，輸出數(shù)量確定下來，然后按需要確定各種控制動作的順序和各個(gè)控制裝置彼此之間的相互關(guān)系。在確定控制系統(tǒng)各環(huán)節(jié)的相互關(guān)系之后，就可以進(jìn)行分配輸入輸出設(shè)備。因此，I/O點(diǎn)數(shù)的確定，是設(shè)計(jì)整個(gè)PLC音樂噴泉控制系統(tǒng)首先需要解決的問題，它不僅決定著系統(tǒng)硬件部分的設(shè)計(jì)，也是系統(tǒng)軟件編寫的前提。在估算了PLC的輸入輸出點(diǎn)、內(nèi)部輔助繼電器、定時(shí)器、計(jì)數(shù)器之后，就可以對PLC進(jìn)行選型，并進(jìn)一步進(jìn)行輸入/輸出量的確定。其連接如下所示。4.1實(shí)驗(yàn)臺接線圖 正確進(jìn)行接線是進(jìn)行實(shí)驗(yàn)必不可少的要求，所以進(jìn)行實(shí)驗(yàn)時(shí)應(yīng)熟悉所要操作的器材，所需器材如下：1. 可編程控制器實(shí)驗(yàn)臺2. 音樂噴水池模塊3. PC機(jī)或FX-20P-E4. 自鎖連接導(dǎo)線4.2 PLC和音樂噴水池接線圖圖4-1PLC和音樂噴水池接線圖圖4-2 4.3 程序運(yùn)行監(jiān)視圖 圖4-3 程序運(yùn)行監(jiān)視圖（a） 圖4-4 程序運(yùn)行監(jiān)視圖（b）圖4-5 程序運(yùn)行監(jiān)視圖（c）4.4 程序運(yùn)行狀態(tài)圖4-6 程序運(yùn)行狀態(tài)圖 4.5 程序調(diào)試循環(huán)時(shí)7個(gè)燈一起點(diǎn)亮的狀態(tài)圖按下啟動按鈕，主電機(jī)Y0上電音樂上電開始工作， 主電機(jī)Y0工作500ms后停止工作，Y1至Y7開始間隔500ms輪流工作， 當(dāng)Y1至Y7一個(gè)循環(huán)后同時(shí)一起輸出1秒后停止1秒再同時(shí)輸出，當(dāng)完成一個(gè)大循環(huán)以后回到單獨(dú)主電機(jī)Y0上電，開始新的循環(huán)。 圖4-7 程序調(diào)試圖 在接線的過程中由于用到模擬量輸入接口模板的知識，現(xiàn)將模擬量輸入接口模板的知識作如下介紹： 模擬量輸入接口模板的任務(wù)是把現(xiàn)場中被測的模擬量信號轉(zhuǎn)變成PLC可以處理的數(shù)字量信號。通常生產(chǎn)現(xiàn)場可能有多路模擬信號需要采集，各模擬量的類型和參數(shù)都可能不同，這就需要在進(jìn)入模板前，對模擬量信號進(jìn)行轉(zhuǎn)換和預(yù)處理，把它們變換成輸入模板能統(tǒng)一處理的電信號，經(jīng)多路轉(zhuǎn)換開關(guān)進(jìn)行多中選一，再將已選中的那路信號進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換，轉(zhuǎn)換結(jié)束進(jìn)行必要處理后，送入數(shù)據(jù)總線供CPU存取，或存入中間寄存器備用。 A/D轉(zhuǎn)換器是模擬量輸入模板的關(guān)鍵器件，它完成模擬量到數(shù)字量的轉(zhuǎn)換。轉(zhuǎn)換時(shí)間一般為10100us，A/D轉(zhuǎn)換器是在控制的控制下，完成啟動A/D轉(zhuǎn)換，讀取轉(zhuǎn)換結(jié)果等工作過程。通常，A/D轉(zhuǎn)換的結(jié)果是以帶符號的二進(jìn)制形式出現(xiàn)。轉(zhuǎn)換后的數(shù)據(jù)經(jīng)光電隔離，再經(jīng)數(shù)據(jù)驅(qū)動器，送入中間寄存器。當(dāng)CPU需要讀取本通道輸入信號時(shí)，再由中間寄存器取出，經(jīng)總線驅(qū)動后送入數(shù)據(jù)總線。經(jīng)數(shù)據(jù)線驅(qū)動的輸出數(shù)據(jù)也可以不經(jīng)中間寄存器而直接進(jìn)入總線驅(qū)動，供CPU立即讀取。 第五章 總結(jié) 隨著我國國力的不斷增強(qiáng), 人民生活水平的不斷提高, 現(xiàn)在在許多城市的廣場上都能看到音樂噴泉。音樂噴泉, 顧名思義, 就是指噴泉的水形根據(jù)播放音樂