PLC控制花樣噴泉

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(xué)生姓名 陳建東 指導(dǎo)教師 葉遠祥 答辯日期 2011/5/30 佛山職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)論文任務(wù)書（學(xué)生任務(wù)書-由指導(dǎo)教師填寫）系 專業(yè) 班 同學(xué)： 一、畢業(yè)論文課題二、畢業(yè)論文內(nèi)容和目標(biāo)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(yù)定目標(biāo)及檢查方式 六、備注：1、 本任務(wù)書一式三份，教研室、指導(dǎo)教師和學(xué)生各執(zhí)一份；2、 學(xué)生須將此任務(wù)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(yīng)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(shè)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(yīng)用領(lǐng)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(biāo)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(shè)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(shè)計185.1.1 PLC的

3、選擇185.1.2 PLC的輸入輸出分配185.2 PLC應(yīng)用程序設(shè)計195.2.1 采用順序功能流程圖(SFC)設(shè)計方法195.2.2 設(shè)計方案215.2.3 設(shè)計過程中的關(guān)鍵問題及實現(xiàn)21第6章 結(jié)束語22參考文獻：22致謝：22論文修改意見：1 增加所有表格。把任務(wù)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(shè)計，軟件設(shè)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(yīng)用隨著人們生活水平的提高,城市環(huán)境建設(shè)日益為人們所重視。噴泉作為一種觀賞性較高的藝術(shù)水景，不斷地出現(xiàn)在城市廣場、居民小區(qū)

4、、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(shè)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(yù)先設(shè)定的排列組合進行控制程序的設(shè)計，使水型、燈光實現(xiàn)多姿多彩的變化。通過PC與PLC之間的通

5、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(shè)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)很重要的地位。它具有超小型化、結(jié)構(gòu)緊

6、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(yīng)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(lǐng)域中有著很好的應(yīng)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)器對噴泉噴射的時間進行控制，并且也可以

7、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(shè)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(shè)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(shè)計的計算機，如圖2.2所示。工控機的特點工控機通俗的說就是專門

8、為工業(yè)現(xiàn)場而設(shè)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(yīng)用工控機以來，已被廣泛地應(yīng)用于鋼鐵冶金、石油化工、機電成套設(shè)備、醫(yī)學(xué)食品、數(shù)控機床、工業(yè)爐窖等工業(yè)領(lǐng)域、以及軍工和科研設(shè)備中。圖 2.2 工控機控制系統(tǒng) 對于工控機作為噴泉控制系統(tǒng)，由于

9、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(shè)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(jì)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(yīng)用。同時，PLC的功能葉不斷完善。隨著計算機技術(shù)、信號處理技術(shù)、控制技術(shù)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的不斷發(fā)展和用戶需求的不斷完善。PLC在開關(guān)量處理的基礎(chǔ)上增加了模擬量處理和運

10、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(lǐng)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(jì)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(lǐng)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(jì)七十年代的PLC只有開關(guān)量邏輯控制，首先應(yīng)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。用戶編制的控制程序表達了生產(chǎn)過程的工藝要求，并

11、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(shè)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(shè)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(shè)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)的可行分析可以看出，以PLC組成的控制

12、系統(tǒng)是此次設(shè)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(shè)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(shè)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(xué)標(biāo)準(zhǔn)，邏輯合理，且操作簡單。圖 2.4 噴泉控制系統(tǒng)總體方案第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(shù)和計算機技術(shù)的基礎(chǔ)上開發(fā)出來的，并逐漸發(fā)展成為以微處理器為核心，把自動化技術(shù)、計算機技術(shù)、通訊技術(shù)

13、融為一體的新型工業(yè)控制裝置。目前，PLC已被廣泛應(yīng)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(yīng)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(biāo)準(zhǔn)草案第三稿，其定義強調(diào)了PLC應(yīng)直接應(yīng)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(yīng)能力和廣闊的應(yīng)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

14、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(lǐng)域中，繼電器控制占主導(dǎo)地位，應(yīng)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(fù)雜、不易更改，對生產(chǎn)工藝變化的適應(yīng)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(shù)和計算機技術(shù)的發(fā)展，20世紀(jì)70年代中期微處理器技術(shù)應(yīng)用到PLC中，使PLC不僅具有邏輯控制功能，還增加了算術(shù)運算、數(shù)據(jù)傳送和數(shù)據(jù)處理等功能。 20世紀(jì)80年代

15、以后，隨著大規(guī)模、超大規(guī)模集成電路等微電子技術(shù)的迅速發(fā)展，16位和32位微處理器應(yīng)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(yīng)用也發(fā)展很快，尤其在應(yīng)用方面更為突出。在20世紀(jì)70年代末和80年代初，我國隨國外成套設(shè)備、專用設(shè)備引進了不少國外的PLC。此后，在傳統(tǒng)設(shè)備改造和新設(shè)備設(shè)計中，PLC的應(yīng)用逐年增多，并取得顯著的經(jīng)濟效益，PLC 在

16、我國的應(yīng)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(lǐng)域中占主導(dǎo)地位的通用工業(yè)控制裝置。3.2 PLC的特點與應(yīng)用領(lǐng)域（一）PLC的特點 PLC技術(shù)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(lǐng)域中普遍關(guān)心的可靠、安全、靈活、方便、經(jīng)濟等問題。主要有以下特點：1

17、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(dǎo)電、導(dǎo)磁材料進行屏蔽，以減少空間電磁干擾；對有些模塊設(shè)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(shè)有故障檢測和自診斷程序，能對系統(tǒng)硬件電路等故障實現(xiàn)檢測和判斷；當(dāng)由外界干

18、擾引起故障時，能立即將當(dāng)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(fù)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(shù)人員掌握。當(dāng)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(shè)計了各種專用編程指令及編程方法，進一步簡化了編程。3功能完善、通用性強 現(xiàn)代PLC不僅具有邏輯運算、定時

19、、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(shè)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(shè)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(yīng)用設(shè)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??；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，迅速查明原因，維修極為方便。5體積小、重量輕、能耗低由于PL

20、C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(shè)備。（二）PLC的應(yīng)用領(lǐng)域目前，在國內(nèi)外PLC已廣泛應(yīng)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(yīng)用領(lǐng)域不斷擴大。從應(yīng)用類型看，PLC的應(yīng)用大致可歸納為以下幾個方面：1.開關(guān)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最基本的應(yīng)用，也是PLC最廣泛的應(yīng)用領(lǐng)域。2.運動控制大多數(shù)

21、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(shè)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(yīng)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(xué)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)傳送給其它智能裝置，如計算機數(shù)值控制（CNC）設(shè)備，進行處理。

22、 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(shè)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(luò)，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(shù)和控制技術(shù)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、擴展接口電源等部分組成。其中，CPU是PLC的核心，輸入單

23、元與輸出單元是連接現(xiàn)場輸入/輸出設(shè)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(shè)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模塊、I/O模塊、電源模塊（有的含在CPU模塊中）以及各種

24、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(shù)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(shù)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(shè)中斷控制、PID控制等功能，適用于復(fù)雜控制系統(tǒng)。 （3）高檔PLC 除具有中檔機的

25、功能外，還增加了帶符號算術(shù)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(luò)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。其中，I/O點數(shù)超過8192點的為超大型PLC 。 在實

26、際中，一般PLC功能的強弱與其I/O點數(shù)的多少是相互關(guān)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(yīng)功能為低檔、中檔、高檔。3.4 PLC的工作原理一. 掃描技術(shù) 當(dāng)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(fù)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)，并將它們存入I/O映象區(qū)中的相應(yīng)得單元內(nèi)。輸入采樣結(jié)束后，轉(zhuǎn)入用戶

27、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(yīng)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(yīng)位的狀態(tài)；或者刷新該輸出線圈在I/O映象區(qū)中對應(yīng)位的狀態(tài)；或者確定是否要執(zhí)行該

28、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(shè)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(dāng)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(yīng)的狀態(tài)和數(shù)據(jù)刷新所有的輸出鎖存電路，再經(jīng)輸出電路驅(qū)動相應(yīng)的外設(shè)。這時，才是PLC的真正輸出。3.5 PLC

29、的性能指標(biāo)與發(fā)展趨勢（一） PLC的性能指標(biāo) 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(fù)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(biāo)。I/O點數(shù)越多，外部可接的輸入設(shè)備和輸出設(shè)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(biāo)。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

30、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(biāo)。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(fù)雜的控制任務(wù)。 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?jǐn)?shù)據(jù)、定時計數(shù)、模塊設(shè)置和各種標(biāo)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)品的一個重要指標(biāo)。近年來各PLC廠商非常重視特殊功能單元的開發(fā)，特殊

31、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(yīng)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(biāo)。 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盤。 2向超大型、超小型兩個方向發(fā)展 當(dāng)前中小型PLC比較

32、多，為了適應(yīng)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(yīng)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、溫度控制模塊、遠程I/O模塊、通信和人機接口模塊等。這些帶CPU和存

33、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(yīng)用范圍。 加強PLC 聯(lián)網(wǎng)通信的能力，是PLC技術(shù)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(biāo)準(zhǔn)，以構(gòu)成更大的網(wǎng)絡(luò)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%，I/O接口占15%，輸入設(shè)備占45%，輸出設(shè)備占30%，線

34、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(yīng)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進步的一種趨勢。3.6 國內(nèi)外PLC產(chǎn)品介紹 世界上PLC產(chǎn)品可按地

35、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(shù)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(shù)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(xué)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-00l/20、KB-20/40，天津中環(huán)自動化儀表公司的DJK

36、-S-84/86/480，上海自立電子設(shè)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(guān)企業(yè)與國外著名PLC制造廠商進行合資或引進技術(shù)、生產(chǎn)線等，這將促進我國的PLC技術(shù)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(yīng)

37、用指令128種：298個應(yīng)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(guān)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(shè)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，豐富的品種 可選用16/32/48/64/80/128/點的

38、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(yīng)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(yīng)用在模擬控制、定位控制等特殊用途。 FX2N系列中，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

39、輸出 FX2N4AD模擬輸入（4CH） FX2N4DA模擬輸出（4CH） FX2N4ADPTPT100溫度感應(yīng)器用（4CH） FX2NAADTC電熱偶溫度感應(yīng)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(shè)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 FX2N232BD可以同各種RS232接口內(nèi)置設(shè)備進行通訊，可

40、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，F(xiàn)X2N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FX2N485BD及FXON485ADP的FX2N系列間，可作簡易PLC通

41、信連接。 可共同的外部設(shè)備 可以共用FX系列的外部設(shè)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點繼電器輸出FX2N-16MR-001基本單元8點輸入/8

42、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8點輸入/8點晶體管輸出FX2NC-96MT基本單元48點

43、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FX2N特殊擴展模塊FX2N-CNV-BDFX0N模塊轉(zhuǎn)換

44、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(shè)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,熱偶型FX2N-1HC高速計數(shù)模塊（1通道）FX2N-2

45、32IFRS-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(shè)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(shù)的軟件開發(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

46、相互迭代和無間隙的特性。軟件的某個部分常常被重復(fù)工作多次，相關(guān)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(shè)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(shè)計、實現(xiàn)等活動只用對象類和關(guān)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(fù)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(shè)計活動，設(shè)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(yīng)于面向?qū)ο蟮能浖_發(fā)過程。由于噴泉模型在各個開發(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，

47、因此不利于項目的管理。此外這種模型要求嚴(yán)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(guān)和單周期健續(xù)開關(guān)決定。(3) 當(dāng)單周期連續(xù)開關(guān)在單周期位置時，噴泉只能按照花樣選擇開關(guān)設(shè)定的方式 ，運行一個循環(huán)。(4) 花樣選擇開關(guān)用于選擇噴泉的噴水花樣，現(xiàn)考慮兩種噴水花樣。4.2.2各種模式的動作狀態(tài)花樣選擇開關(guān)在位置1時，按下啟動按鈕后，4號

48、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。花樣選擇開關(guān)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(shè)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 ：（