PLC技術應用的花式噴泉控制系統設計探究

李婧

【摘 要】隨著人們生活水平的提高及高科技的快速發展，傳統的噴泉控制系統由于不能實現對噴水花樣及噴水時間的靈活控制，所以已經不能滿足人們對于花式噴泉的需求。而PLC控制系統恰好具有體積小、靈活度高、可擴展性強等諸多優點，將其運用在花式噴泉的控制系統設計工作中，既可以提高花式噴泉的樣式，還能提高系統的可靠性，延長花式噴泉的使用壽命。本文就針對PLC技術在花式噴泉控制系統設計中的應用進行介紹，希望可以為實際生活中的花式噴泉建設提供一些參考。

【關鍵詞】PLC技術；花式噴泉；控制系統

0前言

花式噴泉控制系統設計工作中應用PLC技術，就是通過電腦將高科技與美妙的音樂、豐富多彩的噴泉造型結合起來，不僅能夠起到凈化空氣的作用，還可以給人以視覺的享受。現如今，人們的物質需求基本上都得到了極大的滿足，而對于精神上的追求也在逐步的提升，所以，在城區的環境建設中加入花式噴泉，增加城區環境的觀賞價值勢在必行。

1 PLC技術簡介

1.1 PLC的定義及組成結構

PLC又稱可編程序控制器，是一種微機技術與常規的繼電器相結合的新型控制器，在工作中以微處理器為核心，可以實現自動控制。不僅可以滿足各個行業對于控制系統的要求，而且還由于方便簡潔、易操作的性能而深受技術人員歡迎。

與常用的微型計算機組成結構相差不多，PLC也是包含硬件系統與軟件系統兩大部分。其中，硬件系統由微處理器、存儲器、電源部件等部件組成，與硬件系統相對應的軟件系統，還可以細分為系統程序與用戶程序兩個部分，所謂系統程序就是在購買PLC之前，由廠家設定好的程序，而用戶程序則是需要用戶根據實際需求，自行設置的程序。所以兩者缺一不可，都是PLC在投入使用之前必須要進行設置的程序。

1.2 PLC的特點

相比于傳統的繼電器控制系統，PLC具有諸多方面的優點，可以簡單的概括為如下幾個方面。

其一，靈活多變。由于繼電器控制系統是由人工布線、焊接并進行固定的，所以，在設計過程中不僅需要消耗大量的人力、物力，而且已經改裝，就要重新進行布線、焊接以及固定的工作，操作非常不方便。而PLC則是靠編寫程序就可以實現良好的控制，尤其是在需要進行改編工作時，只要對原有程序中的一部分進行修改，就能夠實現新功能，具有很強的靈活性。

其二，可靠性強、抗干擾能力好。可靠性與抗干擾性是評定系統設備是否能夠穩定運行的重要指標，由于PLC中包含了集成度很高的微電子器件，比如，在電源開關中使用的無觸點的半導體，具有非常高的靈敏度。這些微電子器件的使用，使得PLC具備了繼電器無法比擬的可靠度與抗干擾能力，保證了其在惡劣的環境下能夠順利地運行。

其三，體積小、重量輕、易于操作。PLC本身就是為了工業控制需要專門設計的計算機，采用了目前最輕便的半導體集成電路，因此，具備了體積小、重量輕的優點，并且結構與功能也都十分理想。除此之外，PLC編程時經常使用梯形圖與功能記符進行編程，即使是初次操作的技術人員，都可以經過短期的學習就能完全掌握，非常便于操作。

2 PLC技術在花式噴泉控制系統設計的應用

2.1 PLC控制花樣噴泉的運行要求

在花式噴泉開始工作前，需要工作人員進行幾步主要的操作。首先，工作人員要按下啟動按鈕，使噴泉進入運行前的等待狀態；其次，選擇噴泉的運行方式，現有的運行方式分為單步運行與連續運行兩種，在確定了運行方式后，就按下與之對應的按鈕，如果不進行選擇操作，系統默認的運行方式為連續運行；然后是，按下噴泉的循環按鈕，噴泉開始正式運行，并且每隔6S就可以改變一下花樣。如果上一步選擇的是單步運行的按鈕，那么噴泉在運行了一個循環之后就會自動停止；但是選擇的是連續運行方式，那么噴泉就會一直運行下去；最后，按下停止按鈕，關閉噴泉。

2.2噴泉控制原理及運行過程

噴泉的控制系統分為四個大的部分，按照進行的順序可以分為啟動控制系統、位移脈沖控制程序、位移及復位控制程序、驅動控制程序。其中最主要的控制程序就是位移脈沖控制程序，可以實現子元件中的內容在存儲器間的位移。其它的三個控制程序也各有各的用途，比如說，復位控制程序，運行的主要目的是實現噴泉在噴射過程中的循環，而這一功能的實現就離不開驅動控制程序，因為驅動控制程序是實現噴泉噴射的必備程序。

噴泉的整個運行過程可以分為8段，每段6s，首先會有一支大的水柱拔地而起，噴射6s之后，大水柱換作6支中水柱射向天空，歷時36s，最后6s，就是所有的水柱一齊噴發，整個過程不需要工作人員操作，就可以自行變換。比如說，當選擇連續運行方式，并將花樣選擇開關置于1時，噴泉的水柱運行順序就是：1→2→（1+3+4）→（2+5）→（1+2）→（2+3+4）→（2+4）→（1+2+3+4+5）→1，自動的進入重復循環模式，直到按下停止按鈕，噴泉停止工作。如果在花樣選擇的開關置于2，噴泉的水柱運行順序就是：1→2→（2+4）→（2+5）→（1+2）→（2+3+4）→（1+3+4）→（1+2+3+4+5）→1。花樣開關置于3時，噴泉的水柱運行順序就是：1→2→（1+3+4）→（1+2）→（2+5）→（2+3+4）→（2+4）→（1+2+3+4+5）→1。花樣開關置于3時，噴泉的水柱運行順序就是：1→2→（1+3+4）→（2+5）→（1+2）→（2+4）→（2+3+4）→（1+2+3+4+5）→1。通過將開關置于不同的位置，實現噴泉花樣的變換，噴泉的運行流程圖如圖1所示：

3花式噴泉控制系統的設計、調試及結果分析

3.1硬件接口分配

所有的硬件接口分配中最重要的部分就是輸入或輸出接口分配，其中，輸入接口是指開關量輸入模塊，與一般的元件設備有所不同，它的工作電壓不是一個固定值，而是需要根據現場的檢測元件與模塊之間的距離進行確定的。在實際應用中，兩者之間的距離經常不會很遠，可以選用24V的工作電壓，不過門檻電平的數值需要設置的相對大一些，原因就在于門檻電平作為輸入點的接通電壓與關斷電平之間的差值，只有電平的值足夠大，才能確保系統的抗干擾性強、可靠性高，傳輸的距離也可以滿足實際的需求。

I/O的分配與控制要求的I/O接口點數密切相關，詳細的分配表如表1所示。

硬件之間根據I/O分配表進行線路連接，其中PLC輸入點與開關輸入單位相連接，X0接A0、X1接A1、X2接A2、X3接A3、X4接A4、X5接A5，這樣依照順序進行連接。除此之外，還要將輸入公共端X-COM與A-COM進行連接，形成輸出回路；輸出Y0與LED小燈連接，Y1、Y2、Y3、Y4與噴水管中與之對應的位置連接。最后，把輸出的公共端接地，是連接的整個結構形成回路。

不過，最關鍵的步驟不是將這些線路進行連接，而是用一根編程電纜將PLC的編程接口與計算機串口相連，這樣就可以把運用計算機編寫好的程序傳入到PLC中，實現對花式噴泉的控制。

3.2軟件實現

現如今，設計人員經常使用FXGP_WIN_C編程軟件來實現PLC技術應用的花式噴泉控制設計。調查研究顯示，FXGP_WIN_C編程軟件是三菱公司開發的一款FX系列的PLC編程軟件，可以對PLC中各個元件設備的工作狀態實現實時監控。

PLC噴泉控制狀態轉移圖，如圖2所示。在軟件設計工作中，主要采用步進指令進行操作控制，圖中的輔助繼電器M1實際上是一個停止按鈕，可以實現長時間的停止工作控制。運行原理為M1檢測X1是否有輸入，如果確認有輸入的話，噴泉就會停止工作，但是如果實際情況需要噴泉再次開始工作，就需要按下圖中的X0。圖中的狀態器S0是指噴泉處于初試狀態，S20～S32表示在噴泉噴射過程中的各個狀態，定時器T0～T7表示控制噴泉噴射的時間。

在設計的程序中，由動合觸點來實現對于噴泉不同花樣之間的切換，在花樣的上方可以看到對其進行控制的選擇開關，想要選擇哪種噴泉花樣，就按下該花樣上方的啟動按鈕。如果在噴射過程中，想要改變噴泉的花樣，就旋轉控制選擇的開關，利用輸出互鎖功能就可以很好的實現花樣的切換。

3.3系統調試與結果分析

在進行系統調試與結果分析之前，必須要把設計的程序從計算機轉移到PLC中，這就需要把PLC主機上控制RUN/STOP的開關按鈕撥到“STOP”的位置，然后再將圖2所示的PLC噴泉控制狀態轉移圖輸入到FXGP_WIN_C的編程軟件中。再將編寫的梯形圖進行代碼轉換，轉換成程序可以識別的指令，最后通過連接計算機與PLC的串口線把指令從計算機傳輸到PLC中，從而實現PLC通過程序控制噴泉的目的。在完成以上這些步驟之后，再把PLC主機上控制RUN/STOP的開關按鈕撥到“RUN”的位置，不僅可以使花式噴泉進行噴射，還能通過PLC監視各個元件設備的運行狀態。如果元件正在被使用，則與該元件相連的顯示燈會變為綠色，而未被使用的元件的顯示燈就不會發生任何改變。這不僅可以查看元件的工作狀態，還可以測試元件是否發生故障，減少在故障檢測方面浪費的時間。

4結語

通過本文的介紹可以看出，將PLC技術應用到花式噴泉控制系統設計中，實際上就是利用計算機進行程序設計，然后通過串口線將設計好的程序傳送到PLC中，就可以利用PLC實現對于花式噴泉的控制，并實現不同花樣的轉換。不僅可以增加噴泉的觀賞價值，還能在一定程度上解決噴泉控制系統的不穩定性，使得噴泉更加安全、可靠，達到延長噴泉噴射的時間與使用年限的目的。

參考文獻：

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