畢業(yè)論文：PLC控制花樣噴泉設計

1、畢 業(yè) 論 文 題 目 plc控制花樣噴泉 專 業(yè) 機電一體化 班 級 09級2班 學生姓名 陳建東 指導教師 葉遠祥 答辯日期 2011/5/30 佛山職業(yè)技術學院畢業(yè)論文任務書（學生任務書-由指導教師填寫）系 專業(yè) 班 同學： 一、畢業(yè)論文課題二、畢業(yè)論文內(nèi)容和目標三、參考資料 四、畢業(yè)論文課題時間： 年 月 日至 年 月 日 五、進度安排：周 次工作內(nèi)容預定目標及檢查方式 六、備注：1、 本任務書一式三份，教研室、指導教師和學生各執(zhí)一份；2、 學生須將此任務書按裝訂要求進行裝訂。目錄第1章 概述11.1 噴泉控制系統(tǒng)的應用11.2 plc花樣噴泉控制系統(tǒng)1第2章 系統(tǒng)整體方案設計22.1

2、 實現(xiàn)方法分析與可行性討論22.1.1 單片機噴泉控制系統(tǒng)22.1.2 工控機噴泉控制系統(tǒng)32.1.3 plc噴泉控制系統(tǒng)42.2 總體實現(xiàn)方案5第3章 plc簡介63.1 plc常識63.2 plc的特點與應用領域73.3 plc的基本組成與分類83.4 plc的工作原理93.5 plc的性能指標與發(fā)展趨勢103.6 國內(nèi)外plc產(chǎn)品介紹113.7 三菱plcfx2n系列介紹12第4章花樣噴泉設計方案164.1 花樣噴泉的模型164.2花樣控制要求174.2.1花樣控制的幾種模式174.2.2各種模式的動作狀態(tài)17第5章plc花樣噴泉控制系統(tǒng)的實現(xiàn)185.1 硬件設計185.1.1 plc的

3、選擇185.1.2 plc的輸入輸出分配185.2 plc應用程序設計195.2.1 采用順序功能流程圖(sfc)設計方法195.2.2 設計方案215.2.3 設計過程中的關鍵問題及實現(xiàn)21第6章 結(jié)束語22參考文獻：22致謝：2207電氣自動化專業(yè)畢業(yè)設計說明書論文修改意見：1 增加所有表格。把任務書填寫好。2 第1章與第2章可以合作第1章，作為介紹。3 第2章起 著重寫plc的控制方案包括硬件設計，軟件設計、調(diào)試等等。4 另外，你的噴泉花樣過于簡單。暫時修改這些吧。第1章 概述1.1 噴泉控制系統(tǒng)的應用隨著人們生活水平的提高,城市環(huán)境建設日益為人們所重視。噴泉作為一種觀賞性較高的藝術水景

4、，不斷地出現(xiàn)在城市廣場、居民小區(qū)、公園等場所。它不僅可以增加周圍空氣的濕度，減少空氣中的塵埃，降低空氣溫度，更為人們生活增添了不少情趣。自動控制噴泉能自動且連續(xù)的改變其形態(tài)，呈現(xiàn)豐富多彩的花型變化，從而給人以美好的視覺感受。由可編程控制器plc組成的小型噴泉系統(tǒng)在軟件及硬件上均可以較好的滿足控制噴泉造型變化的要求。圖1.1 花樣噴泉系統(tǒng)1.2 plc花樣噴泉控制系統(tǒng) 花樣噴泉控制的實現(xiàn)方法很多，本設計題目基于可編程邏輯控制器（plc）的噴泉控制系統(tǒng)，可編程邏輯控制器（plc），不僅能夠進行多種水型切換，而且能夠?qū)⒏鞣N水型、燈光，按照預先設定的排列組合進行控制程序的設計，使水型、燈光實現(xiàn)多姿多彩

5、的變化。通過pc與plc之間的通信來監(jiān)控噴泉的狀態(tài)與效果，進而控制電動機，以達到順利實現(xiàn)工業(yè)控制的要求及目的，同時還要達到低功耗、高性價比、運行安全可靠等基本要求。第2章 系統(tǒng)整體方案設計2.1 實現(xiàn)方法分析與可行性討論花樣噴泉控制的實現(xiàn)方法很多，如利用單片機、工業(yè)機、plc等都可以實現(xiàn)。下面簡單介紹這幾種方法。2.1.1 單片機噴泉控制系統(tǒng) 單片機也稱單片微型計算機，是把微型計算機的各部件中央處理器、存儲器、輸入輸出接口電路、定時器/計數(shù)器等制作在一塊集成電路芯片上，構(gòu)成一個完整的微型計算機，如圖2.1所示。 由于單片機在一塊小芯片上就集成了一臺計算機有具備的功能，所以其在工業(yè)控制中占據(jù)很重

6、要的地位。它具有超小型化、結(jié)構(gòu)緊湊、抗干擾能力強等優(yōu)勢。特別適合用于實時工業(yè)測量控制、智能化儀器儀表何家用電器控制等應用系統(tǒng)。目前，市場上流行的單片機種類繁多，如mcs-51系列，8位單片機仍占有單片機市場60%以上的份額，促進了8位單片機朝著高性能和功能化方向發(fā)展。其他單片機，如凌陽公司的spce061a 16位單片機，美國texas instruments 公司的msp430 系列單片機，arm（advanced risc machine）嵌入式單片機等都是各有優(yōu)點，在不同的領域中有著很好的應用。圖 2.1 單片機控制系統(tǒng)單片機控制系統(tǒng)用于噴泉控制是完全可行的，它可以通過定時器/計數(shù)器對噴

7、泉噴射的時間進行控制，并且也可以利用串行接口與上位機進行通信。由于單片機的價格比較便宜，所以大批量生產(chǎn)時的性能價格比很高。但由于單片機需要附屬很多的外圍電路，對電路的設計水平要求很高，否則便可能降低系統(tǒng)的穩(wěn)定性，而且，由于噴泉控制系統(tǒng)很少會有批量生產(chǎn)的情況，對于小規(guī)模制作時，pcb印刷電路板的制作成本是很高的。綜上所述，此次設計采用單片機控制系統(tǒng)不是最佳方案。2.1.2 工控機噴泉控制系統(tǒng)工控機即工業(yè)控制計算機，但現(xiàn)在更時髦的叫法是產(chǎn)業(yè)電腦或工業(yè)電腦，英文簡稱ipc，全稱industrial personal computer。工控機通俗的說就是專門為工業(yè)現(xiàn)場而設計的計算機，如圖2.2所示。工

8、控機的特點工控機通俗的說就是專門為工業(yè)現(xiàn)場而設計的計算機，而工業(yè)現(xiàn)場一般只有強烈的震動，灰色特別多，另有很高的電磁場力干擾等特點，且一般工廠均是連續(xù)作業(yè)即一年中一般沒有休息。因此，工控機與普通計算機相比必須具有以下特點：（1）機箱采用鋼結(jié)構(gòu)，有較高的防震、防塵、防沖擊力的能力。（2）機箱內(nèi)有專用底板，底板上有pci和isa插槽。（3）機箱內(nèi)有專門電纜，電源有較強的抗干擾能力。（4）要求具有連續(xù)長時間工作能力。自1984年內(nèi)開始從事開發(fā)和推廣應用工控機以來，已被廣泛地應用于鋼鐵冶金、石油化工、機電成套設備、醫(yī)學食品、數(shù)控機床、工業(yè)爐窖等工業(yè)領域、以及軍工和科研設備中。圖 2.2 工控機控制系統(tǒng)

9、對于工控機作為噴泉控制系統(tǒng)，由于噴泉控制系統(tǒng)的環(huán)境相對工業(yè)控制環(huán)境要好的多，而且噴泉控制系統(tǒng)對連續(xù)長時間工作能力要求也不是很高，用工控機設計噴泉控制系統(tǒng)實屬有些大材小用。而且工控機的價格較同層次的plc機要偏高，這樣就更增加了系統(tǒng)的成本，降低了整體的性價比。2.1.3 plc噴泉控制系統(tǒng) 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(tǒng)繼電器控制裝置以來，plc得到了快速發(fā)展，在世界各地得到了廣泛應用。同時，plc的功能葉不斷完善。隨著計算機技術、信號處理技術、控制技術網(wǎng)絡技術的不斷發(fā)展和用戶需求的不斷完善。plc在開關量

10、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(fā)揮著十分重要的作用。如圖2.3所示。 作為離散控制的首選產(chǎn)品，plc在二十世紀八十年代至九十年代得到了迅速發(fā)展，世界范圍內(nèi)的plc年增長率保持為20%30%。隨著工廠自動化程度的不斷提高和plc市場容量基數(shù)的不斷擴大，在自動化領域占據(jù)著十分重要的位置。 plc是由模仿原繼電器控制原理發(fā)展起來的，二十世紀七十年代的plc只有開關量邏輯控制，首先應用的是汽車制造業(yè)，它以存儲執(zhí)行邏輯運算、順序控制、定時、計數(shù)和運算等操作的指令；并通過數(shù)字輸入和輸出操作，來控制各類機械或生產(chǎn)過程。用戶編制的控制

11、程序表達了生產(chǎn)過程的工藝要求，并事先存入plc的用戶程序存儲器中。運行時按存儲程序的內(nèi)容逐條執(zhí)行，以完成工藝流程的操作。圖2.3 plc控制系統(tǒng)一個plc的控制器，可以接收幾千個i/o點（最多可達8000多個i/o），對于噴泉控制系統(tǒng)這樣，被控的對象主要是設備連鎖，回路很少，采用plc較為合適。plc與由于采用通用監(jiān)控軟件。在組態(tài)軟件設計方面，要容易一些，且plc通常都支持現(xiàn)場總線，會使得系統(tǒng)通信得到有利保障，更適合實現(xiàn)上位機的遠程監(jiān)控。目前適用于噴泉控制的中小型plc種類繁多，價格低廉。使設計者會有更多的選擇余地。系統(tǒng)整體造價會比工控機低，而且不會降低系統(tǒng)的穩(wěn)定性。經(jīng)過以上三種控制系統(tǒng)的可行

12、分析可以看出，以plc組成的控制系統(tǒng)是此次設計噴泉控制系統(tǒng)的最佳方案。2.2 總體實現(xiàn)方案根據(jù)設計要求，該噴泉控制系統(tǒng)是由plc組成，如圖2.4所示。plc對噴泉的水泵進行時序控制，產(chǎn)生各種不同的噴水造型。需設計兩種種不同的噴泉類型。上位機編寫組態(tài)軟件對噴泉的工作狀態(tài)進行實時監(jiān)控。要求噴泉控制程序能夠產(chǎn)生不同的噴水造型，并且符合美學標準，邏輯合理，且操作簡單。圖 2.4 噴泉控制系統(tǒng)總體方案第 21 頁 共 22 頁第3章 plc簡介3.1 plc常識（一）概念可編程控制器（programmblecontroller）簡稱pc或plc。它是在電器控制技術和計算機技術的基礎上開發(fā)出來的，并逐漸發(fā)

13、展成為以微處理器為核心，把自動化技術、計算機技術、通訊技術融為一體的新型工業(yè)控制裝置。目前，plc已被廣泛應用于各種生產(chǎn)機械和生產(chǎn)過程的自動控制中，成為一種最重要、最普及、應用場合最多的工業(yè)控制裝置，被公認為現(xiàn)代工業(yè)自動化的三大支柱（plc、機器人、cad/cam）之一。 國際電工委員會（iec）于1987年頒布了可編程控制器標準草案第三稿，其定義強調(diào)了plc應直接應用于工業(yè)環(huán)境，必須具有很強的抗干擾能力、廣泛的適應能力和廣闊的應用范圍，這是區(qū)別于一般微機控制系統(tǒng)的重要特征。同時，也強調(diào)了plc用軟件方式實現(xiàn)的“可編程”與傳統(tǒng)控制裝置中通過硬件或硬接線的變更來改變程序的本質(zhì)區(qū)別。 近年來，可編

14、程控制器發(fā)展很快，幾乎每年都推出不少新系列產(chǎn)品，其功能已遠遠超出了上述定義的范圍。 （二）plc的產(chǎn)生與發(fā)展 在可編程控制器出現(xiàn)前，在工業(yè)電氣控制領域中，繼電器控制占主導地位，應用廣泛。但是電器控制系統(tǒng)存在體積大、可靠性低、查找和排除故障困難等缺點，特別是其接線復雜、不易更改，對生產(chǎn)工藝變化的適應性差。 早期的可編程控制器僅有邏輯運算、定時、計數(shù)等順序控制功能，只是用來取代傳統(tǒng)的繼電器控制,通常稱為可編程邏輯控制器（programmable logic controller ）。隨著微電子技術和計算機技術的發(fā)展，20世紀70年代中期微處理器技術應用到plc中，使plc不僅具有邏輯控制功能，還增

15、加了算術運算、數(shù)據(jù)傳送和數(shù)據(jù)處理等功能。 20世紀80年代以后，隨著大規(guī)模、超大規(guī)模集成電路等微電子技術的迅速發(fā)展，16位和32位微處理器應用于plc中，使plc得到迅速發(fā)展。plc不僅控制功能增強，同時可靠性提高，功耗、體積減小，成本降低，編程和故障檢測更加靈活方便，而且具有通信和聯(lián)網(wǎng)、數(shù)據(jù)處理和圖象顯示等功能，使plc真正成為具有邏輯控制、過程控制、運動控制、數(shù)據(jù)處理、聯(lián)網(wǎng)通信等功能的名符其實的多功能控制器。 我國的plc研制、生產(chǎn)和應用也發(fā)展很快，尤其在應用方面更為突出。在20世紀70年代末和80年代初，我國隨國外成套設備、專用設備引進了不少國外的plc。此后，在傳統(tǒng)設備改造和新設備設計

16、中，plc的應用逐年增多，并取得顯著的經(jīng)濟效益，plc 在我國的應用越來越廣泛，對提高我國工業(yè)自動化水平起到了巨大的作用。目前，我國不少科研單位和工廠在研制和生產(chǎn)plc，如遼寧無線電二廠、無錫光洋電子公司、上海香島電機制造公司、廈門a-b公司等。 從近年的統(tǒng)計數(shù)據(jù)看，在世界范圍內(nèi)plc產(chǎn)品的產(chǎn)量、銷量、用量高居工業(yè)控制裝置榜首，而且市場需求量一直以每年15%的比率上升。plc已成為工業(yè)自動化控制領域中占主導地位的通用工業(yè)控制裝置。3.2 plc的特點與應用領域（一）plc的特點 plc技術之所以高速發(fā)展，除了工業(yè)自動化的客觀需要外，主要是因為它具有許多獨特的優(yōu)點。它較好地解決了工業(yè)領域中普遍關

17、心的可靠、安全、靈活、方便、經(jīng)濟等問題。主要有以下特點：1可靠性高、抗干擾能力強可靠性高、抗干擾能力強是plc最重要的特點之一。plc的平均無故障時間可達幾十萬個小時 ，之所以有這么高的可靠性，是由于它采用了一系列的硬件和軟件的抗干擾措施： （1）硬件方面 i/o通道采用光電隔離，有效地抑制了外部干擾源對plc的影響；對供電電源及線路采用多種形式的濾波，從而消除或抑制了高頻干擾；對cpu等重要部件采用良好的導電、導磁材料進行屏蔽，以減少空間電磁干擾；對有些模塊設置了聯(lián)鎖保護、自診斷電路等。（2）軟件方面 plc采用掃描工作方式，減少了由于外界環(huán)境干擾引起故障；在plc系統(tǒng)程序中設有故障檢測和自

18、診斷程序，能對系統(tǒng)硬件電路等故障實現(xiàn)檢測和判斷；當由外界干擾引起故障時，能立即將當前重要信息加以封存，禁止任何不穩(wěn)定的讀寫操作，一旦外界環(huán)境正常后，便可恢復到故障發(fā)生前的狀態(tài)，繼續(xù)原來的工作。2編程簡單、使用方便目前，大多數(shù)plc采用的編程語言是梯形圖語言，它是一種面向生產(chǎn)、面向用戶的編程語言。梯形圖與電器控制線路圖相似，形象、直觀，不需要掌握計算機知識，很容易讓廣大工程技術人員掌握。當生產(chǎn)流程需要改變時，可以現(xiàn)場改變程序，使用方便、靈活。同時，plc編程器的操作和使用也很簡單。這也是plc獲得普及和推廣的主要原因之一。許多plc還針對具體問題，設計了各種專用編程指令及編程方法，進一步簡化了編

19、程。3功能完善、通用性強 現(xiàn)代plc不僅具有邏輯運算、定時、計數(shù)、順序控制等功能，而且還具有a/d和d/a轉(zhuǎn)換、數(shù)值運算、數(shù)據(jù)處理、pid控制、通信聯(lián)網(wǎng)以等許多功能。同時，由于plc產(chǎn)品的系列化、模塊化，有品種齊全的各種硬件裝置供用戶選用，可以組成滿足各種要求的控制系統(tǒng)。 4設計安裝簡單、維護方便 由于plc用軟件代替了傳統(tǒng)電氣控制系統(tǒng)的硬件，控制柜的設計、安裝接線工作量大為減少。plc的用戶程序大部分可在實驗室進行模擬調(diào)試，縮短了應用設計和調(diào)試周期。在維修方面，由于plc的故障率極低，維修工作量很小；而且plc具有很強的自診斷功能，如果出現(xiàn)故障，可根據(jù)plc上指示或編程器上提供的故障信息，迅

20、速查明原因，維修極為方便。5體積小、重量輕、能耗低由于plc采用了集成電路，其結(jié)構(gòu)緊湊、體積小、能耗低，因而是實現(xiàn)機電一體化的理想控制設備。（二）plc的應用領域目前，在國內(nèi)外plc已廣泛應用冶金、石油、化工、建材、機械制造、電力、汽車、輕工、環(huán)保及文化娛樂等各行各業(yè)，隨著plc性能價格比的不斷提高，其應用領域不斷擴大。從應用類型看，plc的應用大致可歸納為以下幾個方面：1.開關量邏輯控制利用plc最基本的邏輯運算、定時、計數(shù)等功能實現(xiàn)邏輯控制，可以取代傳統(tǒng)的繼電器控制，用于單機控制、多機群控制、生產(chǎn)自動線控制等，例如：機床、注塑機、印刷機械、裝配生產(chǎn)線、電鍍流水線及電梯的控制等。這是plc最

21、基本的應用，也是plc最廣泛的應用領域。2.運動控制大多數(shù)plc都有拖動步進電機或伺服電機的單軸或多軸位置控制模塊。這一功能廣泛用于各種機械設備，如對各種機床、裝配機械、機器人等進行運動控制。3.過程控制大、中型plc都具有多路模擬量i/o模塊和pid控制功能，有的小型plc也具有模擬量輸入輸出。所以plc可實現(xiàn)模擬量控制，而且具有pid控制功能的plc可構(gòu)成閉環(huán)控制，用于過程控制。這一功能已廣泛用于鍋爐、反應堆、水處理、釀酒以及閉環(huán)位置控制和速度控制等方面。4.數(shù)據(jù)處理現(xiàn)代的plc都具有數(shù)學運算、數(shù)據(jù)傳送、轉(zhuǎn)換、排序和查表等功能，可進行數(shù)據(jù)的采集、分析和處理，同時可通過通信接口將這些數(shù)據(jù)傳送

22、給其它智能裝置，如計算機數(shù)值控制（cnc）設備，進行處理。 5.通信聯(lián)網(wǎng)plc的通信包括plc與plc、plc與上位計算機、plc與其它智能設備之間的通信，plc系統(tǒng)與通用計算機可直接或通過通信處理單元、通信轉(zhuǎn)換單元相連構(gòu)成網(wǎng)絡，以實現(xiàn)信息的交換，并可構(gòu)成“集中管理、分散控制”的多級分布式控制系統(tǒng)，滿足工廠自動化（fa）系統(tǒng)發(fā)展的需要。3.3 plc的基本組成與分類（一） plc的基本組成plc是微機技術和控制技術相結(jié)合的產(chǎn)物，是一種以微處理器為核心的用于控制的特殊計算機，因此plc的基本組成與一般的微機系統(tǒng)類似。 plc的硬件主要由中央處理器（cpu）、存儲器、輸入單元、輸出單元、通信接口、

23、擴展接口電源等部分組成。其中，cpu是plc的核心，輸入單元與輸出單元是連接現(xiàn)場輸入/輸出設備與cpu之間的接口電路，通信接口用于與編程器、上位計算機等外設連接。（二） plc的分類plc產(chǎn)品種類繁多，其規(guī)格和性能也各不相同。對plc的分類，通常根據(jù)其結(jié)構(gòu)形式的不同、功能的差異和i/o點數(shù)的多少等進行大致分類。 1按結(jié)構(gòu)形式分類根據(jù)plc的結(jié)構(gòu)形式，可將plc分為整體式和模塊式兩類。（1）整體式plc 整體式plc是將電源、cpu、i/o接口等部件都集中裝在一個機箱內(nèi)， 具有結(jié)構(gòu)緊湊、體積小、價格低的特點。（2）模塊式plc 模塊式plc是將plc各組成部分，分別作成若干個單獨的模塊，如cpu

24、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。 還有一些plc將整體式和模塊式的特點結(jié)合起來，構(gòu)成所謂疊裝式plc。 2按功能分類 根據(jù)plc所具有的功能不同，可將plc分為低檔、中檔、高檔三類。 （1）低檔plc 具有邏輯運算、定時、計數(shù)、移位以及自診斷、監(jiān)控等基本功能，還可有少量模擬量輸入輸出、算術運算、數(shù)據(jù)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(tǒng)。 （2）中檔plc 除具有低檔plc的功能外，還具有較強的模擬量輸入輸出、算術運算、數(shù)據(jù)傳送和比較、數(shù)制轉(zhuǎn)換、遠程i/o、子程序、通信聯(lián)網(wǎng)等功能。有些還可增設中斷控制、pid控制等功

25、能，適用于復雜控制系統(tǒng)。 （3）高檔plc 除具有中檔機的功能外，還增加了帶符號算術運算、矩陣運算、位邏輯運算、平方根運算及其它特殊功能函數(shù)的運算、制表及表格傳送功能等。高檔plc機具有更強的通信聯(lián)網(wǎng)功能，可用于大規(guī)模過程控制或構(gòu)成分布式網(wǎng)絡控制系統(tǒng)，實現(xiàn)工廠自動化。 3按i/o點數(shù)分類 根據(jù)plc的i/o點數(shù)的多少，可將plc分為小型、中型和大型三類。 （1）小型plc i/o點數(shù)為256點以下的為小型plc。其中，i/o點數(shù)小于64點的為超小型或微型plc。 （2）中型plc i/o點數(shù)為256點以上、2048點以下的為中型plc。 （3）大型plc i/o點數(shù)為2048以上的為大型plc

26、。其中，i/o點數(shù)超過8192點的為超大型plc 。 在實際中，一般plc功能的強弱與其i/o點數(shù)的多少是相互關聯(lián)的，即plc的功能越強，其可配置的i/o點數(shù)越多。因此，通常我們所說的小型、中型、大型plc，除指其i/o點數(shù)不同外，同時也表示其對應功能為低檔、中檔、高檔。3.4 plc的工作原理一. 掃描技術 當plc投入運行后，其工作過程一般分為三個階段，即輸入采樣、用戶程序執(zhí)行和輸出刷新三個階段。完成上述三個階段稱作一個掃描周期。在整個運行期間，plc的cpu以一定的掃描速度重復執(zhí)行上述三個階段。 (一) 輸入采樣階段 在輸入采樣階段，plc以掃描方式依次地讀入所有輸入狀態(tài)和數(shù)據(jù)，并將它們

27、存入i/o映象區(qū)中的相應得單元內(nèi)。輸入采樣結(jié)束后，轉(zhuǎn)入用戶程序執(zhí)行和輸出刷新階段。在這兩個階段中，即使輸入狀態(tài)和數(shù)據(jù)發(fā)生變化，i/o映象區(qū)中的相應單元的狀態(tài)和數(shù)據(jù)也不會改變。因此，如果輸入是脈沖信號，則該脈沖信號的寬度必須大于一個掃描周期，才能保證在任何情況下，該輸入均能被讀入。 (二) 用戶程序執(zhí)行階段 在用戶程序執(zhí)行階段，plc總是按由上而下的順序依次地掃描用戶程序(梯形圖)。在掃描每一條梯形圖時，又總是先掃描梯形圖左邊的由各觸點構(gòu)成的控制線路，并按先左后右、先上后下的順序?qū)τ捎|點構(gòu)成的控制線路進行邏輯運算，然后根據(jù)邏輯運算的結(jié)果，刷新該邏輯線圈在系統(tǒng)ram存儲區(qū)中對應位的狀態(tài)；或者刷新該

28、輸出線圈在i/o映象區(qū)中對應位的狀態(tài)；或者確定是否要執(zhí)行該梯形圖所規(guī)定的特殊功能指令。 即，在用戶程序執(zhí)行過程中，只有輸入點在i/o映象區(qū)內(nèi)的狀態(tài)和數(shù)據(jù)不會發(fā)生變化，而其他輸出點和軟設備在i/o映象區(qū)或系統(tǒng)ram存儲區(qū)內(nèi)的狀態(tài)和數(shù)據(jù)都有可能發(fā)生變化，而且排在上面的梯形圖，其程序執(zhí)行結(jié)果會對排在下面的凡是用到這些線圈或數(shù)據(jù)的梯形圖起作用；相反，排在下面的梯形圖，其被刷新的邏輯線圈的狀態(tài)或數(shù)據(jù)只能到下一個掃描周期才能對排在其上面的程序起作用。 (三) 輸出刷新階段 當掃描用戶程序結(jié)束后，plc就進入輸出刷新階段。在此期間，cpu按照i/o映象區(qū)內(nèi)對應的狀態(tài)和數(shù)據(jù)刷新所有的輸出鎖存電路，再經(jīng)輸出電路

29、驅(qū)動相應的外設。這時，才是plc的真正輸出。3.5 plc的性能指標與發(fā)展趨勢（一） plc的性能指標 1存儲容量 存儲容量是指用戶程序存儲器的容量。用戶程序存儲器的容量大，可以編制出復雜的程序。一般來說，小型plc的用戶存儲器容量為幾千字，而大型機的用戶存儲器容量為幾萬字。 2i/o點數(shù) 輸入/輸出（i/o）點數(shù)是plc可以接受的輸入信號和輸出信號的總和，是衡量plc性能的重要指標。i/o點數(shù)越多，外部可接的輸入設備和輸出設備就越多，控制規(guī)模就越大。 3掃描速度 掃描速度是指plc執(zhí)行用戶程序的速度，是衡量plc性能的重要指標。一般以掃描1k字用戶程序所需的時間來衡量掃描速度，通常以ms/k

30、字為單位。plc用戶手冊一般給出執(zhí)行各條指令所用的時間，可以通過比較各種plc執(zhí)行相同的操作所用的時間，來衡量掃描速度的快慢。 4指令的功能與數(shù)量 指令功能的強弱、數(shù)量的多少也是衡量plc性能的重要指標。編程指令的功能越強、數(shù)量越多，plc的處理能力和控制能力也越強，用戶編程也越簡單和方便，越容易完成復雜的控制任務。 5內(nèi)部元件的種類與數(shù)量 在編制plc程序時，需要用到大量的內(nèi)部元件來存放變量、中間結(jié)果、保持數(shù)據(jù)、定時計數(shù)、模塊設置和各種標志位等信息。這些元件的種類與數(shù)量越多，表示plc的存儲和處理各種信息的能力越強。 6特殊功能單元 特殊功能單元種類的多少與功能的強弱是衡量plc產(chǎn)品的一個重

31、要指標。近年來各plc廠商非常重視特殊功能單元的開發(fā)，特殊功能單元種類日益增多，功能越來越強，使plc的控制功能日益擴大 7可擴展能力 plc的可擴展能力包括i/o點數(shù)的擴展、存儲容量的擴展、聯(lián)網(wǎng)功能的擴展、各種功能模塊的擴展等。在選擇plc時，經(jīng)常需要考慮plc的可擴展能力。（二） plc的發(fā)展趨勢 1向高速度、大容量方向發(fā)展 為了提高plc的處理能力，要求plc 具有更好的響應速度和更大的存儲容量。目前，有的plc的掃描速度可達0.1 ms/k步左右。plc的掃描速度已成為很重要的一個性能指標。 在存儲容量方面，有的plc最高可達幾十兆字節(jié)。為了擴大存儲容量，有的公司已使用了磁泡存儲器或硬

32、盤。 2向超大型、超小型兩個方向發(fā)展 當前中小型plc比較多，為了適應市場的多種需要，今后plc 要向多品種方向發(fā)展，特別是向超大型和超小型兩個方向發(fā)展?，F(xiàn)已有i/o點數(shù)達14336點的超大型plc，其使用32位微處理器，多cpu并行工作和大容量存儲器，功能強。 小型plc由整體結(jié)構(gòu)向小型模塊化結(jié)構(gòu)發(fā)展，使配置更加靈活，為了市場需要已開發(fā)了各種簡易、經(jīng)濟的超小型微型plc ，最小配置的i/o點數(shù)為816 點，以適應單機及小型自動控制的需要，如三菱公司系列plc。 3plc大力開發(fā)智能模塊，加強聯(lián)網(wǎng)通信能力 為滿足各種自動化控制系統(tǒng)的要求，近年來不斷開發(fā)出許多功能模塊，如高速計數(shù)模塊、溫度控制模

33、塊、遠程i/o模塊、通信和人機接口模塊等。這些帶cpu和存儲器的智能i/o模塊，既擴展了plc功能，又使用靈活方便，擴大了plc應用范圍。 加強plc 聯(lián)網(wǎng)通信的能力，是plc技術進步的潮流。plc的聯(lián)網(wǎng)通信有兩類：一類是plc之間聯(lián)網(wǎng)通信，各plc生產(chǎn)廠家都有自己的專有聯(lián)網(wǎng)手段；另一類是plc與計算機之間的聯(lián)網(wǎng)通信，一般plc都有專用通信模塊與計算機通信。為了加強聯(lián)網(wǎng)通信能力，plc生產(chǎn)廠家之間也在協(xié)商制訂通用的通信標準，以構(gòu)成更大的網(wǎng)絡系統(tǒng)，plc已成為集散控制系統(tǒng)（dcs）不可缺少的重要組成部分。 4增強外部故障的檢測與處理能力 根據(jù)統(tǒng)計資料表明：在plc控制系統(tǒng)的故障中，cpu占5%，

34、i/o接口占15%，輸入設備占45%，輸出設備占30%，線路占5%。前二項共20%故障屬于plc的內(nèi)部故障，它可通過plc本身的軟、硬件實現(xiàn)檢測、處理；而其余80%的故障屬于plc的外部故障。因此，plc生產(chǎn)廠家都致力于研制、發(fā)展用于檢測外部故障的專用智能模塊，進一步提高系統(tǒng)的可靠性。 5編程語言多樣化 在plc系統(tǒng)結(jié)構(gòu)不斷發(fā)展的同時，plc的編程語言也越來越豐富，功能也不斷提高。除了大多數(shù)plc使用的梯形圖語言外，為了適應各種控制要求，出現(xiàn)了面向順序控制的步進編程語言、面向過程控制的流程圖語言、與計算機兼容的高級語言（basic、c語言等）等。多種編程語言的并存、互補與發(fā)展是plc進步的一種

35、趨勢。3.6 國內(nèi)外plc產(chǎn)品介紹 世界上plc產(chǎn)品可按地域分成三大流派：一個流派是美國產(chǎn)品，一個流派是歐洲產(chǎn)品，一個流派是日本產(chǎn)品。美國和歐洲的plc技術是在相互隔離情況下獨立研究開發(fā)的，因此美國和歐洲的plc產(chǎn)品有明顯的差異性。而日本的plc技術是由美國引進的，對美國的plc產(chǎn)品有一定的繼承性，但日本的主推產(chǎn)品定位在小型plc上。美國和歐洲以大中型plc而聞名，而日本則以小型plc著稱。 我國有許多廠家、科研院所從事plc的研制與開發(fā)，如中國科學院自動化研究所的plc-0088，北京聯(lián)想計算機集團公司的gk-40，上海機床電器廠的cky-40，原機電部北京機械工業(yè)自動化研究所的mpc-00

36、l/20、kb-20/40，天津中環(huán)自動化儀表公司的djk-s-84/86/480，上海自立電子設備廠的kki系列，上海香島機電制造有限公司的acmy-s80、acmy-s256，無錫光洋電子工業(yè)有限公司的sr-10、sr-20/21等。從1982年以來，先后有天津、廈門、大連、上海等地相關企業(yè)與國外著名plc制造廠商進行合資或引進技術、生產(chǎn)線等，這將促進我國的plc技術在趕超世界先進水平的道路上快速發(fā)展。3.7 三菱plcfx2n系列介紹系統(tǒng)配置既固定又靈活 在基本單元上連接單元或擴展，可進行16256點的靈活輸入出組合。 在基本單元，擴展單元上可分別連接擴展模塊還可連接fxon系列擴展模塊

37、編程簡單 指令種類指令數(shù)目基本指令27種步進梯形指令2種應用指令128種：298個應用指令中有多個可使用的簡單指令高速處理指令 輸入過濾器常數(shù)可變，中斷輸入處理，直接輸入等。 便利指令 數(shù)字開關的數(shù)據(jù)讀取，16位數(shù)據(jù)的讀取矩陣輸入的讀取，7段顯示器輸出等。 數(shù)據(jù)處理 數(shù)據(jù)檢索，數(shù)據(jù)排列，三角子函數(shù)運算，平方根，浮點小數(shù)運算等。 特殊用途 脈沖輸出（20khz/dc5v,10khz/dc12v24v）脈寬調(diào)制，pid控制指令等。 外部設備相互通信 串行數(shù)據(jù)傳送，accii code印刷，hexascii變換，校驗碼等。 時計控制 內(nèi)置時鐘的數(shù)據(jù)比較、加法、減法，讀出、寫入等。 備有可自由選擇，豐

38、富的品種 可選用16/32/48/64/80/128/點的主機，可以采用最小8點的擴展模塊進行擴展。 可根據(jù)電源及輸出形式，自由選擇。 令人放心的高性能 程序容量.內(nèi)置8000步ram（可輸入注釋）可使用存儲盒，最大可擴充至16k步。 豐富的軟元件 高速運算 1個指令運行時間，只需0.08us 基本指令/1指令0.08us 應用指令/1指令1.52us數(shù)100us 在指令以外，實現(xiàn)高速化 高速計數(shù)器 1相60khz：2點10khz：4點或 2相30khz：1點5khz：1點 脈沖讀取 可讀取最大50us的短脈沖輸入 適用于多種特殊用途 還可應用在模擬控制、定位控制等特殊用途。 fx2n系列中，

39、1臺基本單元最多可連接8臺擴展模塊或特殊功能模塊 模擬輸入輸出 fx2n4ad模擬輸入（4ch） fx2n4da模擬輸出（4ch） fx2n4adptpt100溫度感應器用（4ch） fx2naadtc電熱偶溫度感應器用（4ch） fxon3a模擬輸入出模塊（2ch入，1ch出） 高速脈沖輸入 fx2n1hc高速計數(shù)器（2相50khz） 定位 fx2n1pg脈沖輸出（1軸100kpps） rs232c機器通訊 fx2n232ifrs232通訊用（1ch） 外部機器通訊簡單化 通過安裝機能擴充板，可將與外部設備通訊端口置1個通道。一臺fx2n主機可安裝一個機能擴充板。 rs232c通信用 fx2

40、n232bd可以同各種rs232接口內(nèi)置設備進行通訊，可 以和個人電腦連接。 rs485通信用 fx2n485bd可以同個人電腦等計算機連接，可以再同1臺基本單元并連連接，可以在fxon，fx2n間作簡易plc間進行連接。 rs422通信用 fx2n422bd可以同編程工具，du，got等連接。 機能擴充板 在上述通訊功能之外，還備有多種。 電位器適配器 fx2n8avbd模擬計時器（8點內(nèi)置） fxon用適配器連接 fx2ncnvbd用于連接fxon系列用的適配器板。 fxon232adp（rs232c通訊用） fxon485adp（計算機連接，并連簡易plc間連接） 在使用fx2n485b

41、d及fxon485adp的fx2n系列間，可作簡易plc通信連接。 可共同的外部設備 可以共用fx系列的外部設備 便攜式簡易編程器fx10pe、fx20pe需使用fx20pcab0作連接線 個人電腦軟件 視窗（3.1，95）用（fxpcs/win）(需使用sc09作連接線)fx2n系列目錄模塊點 數(shù)fx2n-128mr-001基本單元64點輸入/64點繼電器輸出fx2n-80mr-001基本單元40點輸入/40點繼電器輸出fx2n-64mr-001基本單元32點輸入/32點繼電器輸出fx2n-48mr-001基本單元24點輸入/24點繼電器輸出fx2n-32mr-001基本單元16點輸入/16

42、點繼電器輸出fx2n-16mr-001基本單元8點輸入/8點繼電器輸出fx2n-80mr-d基本單元40點輸入/40點繼電器輸出fx2n-64mr-d基本單元32點輸入/32點繼電器輸出fx2n-48mr-d基本單元24點輸入/24點繼電器輸出fx2n-32mr-d基本單元16點輸入/16點繼電器輸出fx2n-128mt基本單元64點輸入/64點晶體管輸出fx2n-80mt基本單元40點輸入/40點晶體管輸出fx2n-64mt基本單元32點輸入/32點晶體管輸出fx2n-48mt基本單元24點輸入/24點晶體管輸出fx2n-32mt基本單元16點輸入/16點晶體管輸出fx2n-16mt基本單元

43、8點輸入/8點晶體管輸出fx2nc-96mt基本單元48點輸入/48點晶體管輸出fx2nc-64mt基本單元32點輸入/32點晶體管輸出fx2nc-32mt基本單元16點輸入/16點晶體管輸出fx2nc-16mt基本單元8點輸入/8點晶體管輸出fx2n系列擴展單元fx2n-48er擴展單元24點輸入/24點繼電器輸出fx2n-48et擴展單元24點輸入/24點晶體管輸出fx2n-48er擴展單元16點輸入/16點繼電器輸出fx2n-32et擴展單元16點輸入/16點晶體管輸出fx2n-16ex擴展單元16點輸入fx2n-16eyr擴展單元8點繼電器輸出fx2n-16eyt擴展單元8點晶體管輸出

44、fx2n特殊擴展模塊fx2n-cnv-bdfx0n模塊轉(zhuǎn)換模塊fx2n-cnv-bc擴展電纜轉(zhuǎn)換器fx2n-cnv-if擴展電纜轉(zhuǎn)換器（fx2fx2n）fx2n-8av-bd手動可調(diào)電位器設定輸入板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系列特殊功能單元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通道溫度輸入,pt型fx2n-4ad-tc4通道溫度輸入

45、,熱偶型fx2n-1hc高速計數(shù)模塊（1通道）fx2n-232ifrs-232通訊模塊（1通道）fx2n-1pg脈沖串輸出單元（1通道）fx2n-10gm1軸位控單元fx2n-20gm2軸位控單元fx-pcs-vps/win-efx2n-2lc2通道溫度控制模塊fx2n-1rm-e-set可編程cam模塊fx2n-rs-scabfx2n-1rm與f2-720rsv間信號電纜f2-720rsv隔離器fx2n-32ccl計算機與通訊連接模塊fx2n-16lnk遠程i/o系統(tǒng)主控模塊第4章花樣噴泉設計方案4.1 花樣噴泉的模型噴泉模型是一種以用戶需求為動力，以對象為驅(qū)動的模型，主要用于采用對象技術的

46、軟件開發(fā)項目。該模型認為軟件開發(fā)過程自下而上周期的各階段是相互迭代和無間隙的特性。軟件的某個部分常常被重復工作多次，相關對象在每次迭代中隨之加入漸進的軟件成分。無間隙指在各項活動之間無明顯邊界，如分析和設計活動之間沒有明顯的界限，由于對象概念的引入，表達分析、設計、實現(xiàn)等活動只用對象類和關系，從而可以較為容易地實現(xiàn)活動的迭代和無間隙，使其開發(fā)自然地包括復用。噴泉模型不像瀑布模型那樣，需要分析活動結(jié)束后才開始設計活動，設計活動結(jié)束后才開始編碼活動。該模型的各個階段沒有明顯的界限，開發(fā)人員可以同步進行開發(fā)。其優(yōu)點是可以提高軟件項目開發(fā)效率，節(jié)省開發(fā)時間，適應于面向?qū)ο蟮能浖_發(fā)過程。由于噴泉模型在

47、各個開發(fā)階段是重疊的，因此在開發(fā)過程中需要大量的開發(fā)人員，因此不利于項目的管理。此外這種模型要求嚴格管理文檔，使得審核的難度加大，尤其是面對可能隨時加入各種信息、需求與資料的情況。某廣場的花式噴泉示意圖如圖4.1所示 。 圖4.1 花樣噴泉示意圖4.2花樣控制要求4.2.1花樣控制的幾種模式(1) 按下啟動按鈕，噴泉控制裝置開始工作；按下停止按鈕，噴泉控制裝置停止工作。(2) 噴泉的工作方式由花樣選擇開關和單周期健續(xù)開關決定。(3) 當單周期連續(xù)開關在單周期位置時，噴泉只能按照花樣選擇開關設定的方式 ，運行一個循環(huán)。(4) 花樣選擇開關用于選擇噴泉的噴水花樣，現(xiàn)考慮兩種噴水花樣。4.2.2各種

48、模式的動作狀態(tài)花樣選擇開關在位置1時，按下啟動按鈕后，4號噴頭噴水，延時2s后，3號噴頭噴水，再延時2s后，2號噴頭噴水，又延時2s后，1號噴頭噴水。18s后，如果是單周期工作方式，則停下來；如果為連續(xù)工作方式，則繼續(xù)循環(huán)下去?；舆x擇開關在位置2時，按下啟動按鈕后，1號噴頭噴水，延時2s后，2號噴頭噴水，再延時2s后，3號噴頭噴水又延 時2s后，4號噴頭噴水。30s后，如果是單周期工作方式，則停下來；如果為連續(xù)工作方式，則繼續(xù)循環(huán)下去。第5章plc花樣噴泉控制系統(tǒng)的實現(xiàn)5.1 硬件設計5.1.1 plc的選擇依據(jù)花樣噴泉的控制要求、實際控制需求以及輸入，輸出變量特點，選用日本三菱的fx2n系列繼電器輸出型的plc，可滿足上述控制要求。采用 p l c控制的優(yōu)點