噴水池控制系統設計

朱磬鼎 吉同舟

摘要：為了更加快捷、可靠、簡單的噴水池裝置的噴水，本文利用可編程控制器技術即PLC設計了梯形圖程序來實現噴水池控制系統的設計，采用MELSOFT FX TRAINER進行仿真調試，仿真結果符合預期的設計要求。此外， 通過改寫噴水池控制裝置的程序， 還可以實現多種需求的噴水效果，通過PLC設計的控制系統簡單易懂，可靠性很高，在實際噴水池應用中具有一定的推廣意義。

關鍵詞：PLC;噴水池控制;實際應用

0 引言

隨著科技的發展與社會的進步，人們對生活的需求也日益增長了起來，精神上的需求與物質上的需求催生了現代化景觀的誕生;噴水池便是其中之一。綜合考慮噴水池控制系統的簡潔性和可靠性是設計的前提，因此，雖然控制噴水池的方法很多，但其中最為便利的方法之一便是用兼具簡單可靠等優點的PLC來實現。

1 設計功能要求

花式噴水池噴嘴的布局示意圖如圖1所示。圖中1、2、3、4分別為外環形狀噴水管、中環形狀噴水管、內環狀噴水管、中間噴水管。噴水池設有4個開關，分別為啟動開關、停止開關、模式選擇開關、單步/連續開關;其中單步/連續開關導通時對應著單步，關斷時對應著連續;模式選擇開關關斷時對應著模式1，導通時對應著模式2。

控制系統需要滿足的要求有：（1）噴水裝置的啟動和停止由啟動按鈕和停止控制。由模式選擇開關和單步/連續開關來決定工作方式。（2）單步/連續開關導通和關斷分別對應著噴水設備單循環和無限循環的工作模式（3）噴水池的噴水模式由模式開關決定。當模式選擇開關關斷時，即處在模式1的情況下，噴水池在啟動按鈕的控制下開始工作，中間噴水管、內環狀噴水管、中環形狀噴水管、外環形狀噴水管依次噴水2秒，然后停止1秒，緊跟著所有噴水管一起噴水5秒，這一工作過程為一個循環。當模式選擇開關導通時，即處在模式2的情況下，按下啟動按鈕后，外環形狀噴水管和內環狀噴水管同時工作，噴水3秒（此時另外兩個噴水管不工作），接著中環形狀噴水管和中間噴水管同時工作，噴水3秒（此時另外兩個噴水管不工作）;交替運行5伺候，4個噴水管同時工作，噴水5秒，這一工作過程為一個循環（4）按下停止按鈕時，不論噴水池處于何種工作狀態下，都會立即停止工作。

2 硬件設計

（1）PLC選型：在滿足輸入輸出點數，并留有10%的備用量的情況下，可選用小型PLC，并不要求較大的控制系統。對于存儲器（用戶程序）的容量，一般粗略為（40+3）×（10～12）=430～516的指令步數。由于程序有四個輸出，四個輸入，因此本應選擇FX-16MR-001，該型號輸出輸入都為8個，足夠滿足設計要求且留有充足裕量;但由于教學軟件的限制需要使用X25輸入口，故在本課題中選取FX2N-48MR-001滿足控制要求，且留有一定余量。

（2）輸入輸出分配表如表1

（3）PLC的I/O接線圖如圖2

3 軟件設計

（1）考慮到啟動按鈕和停止按鈕按下時，噴水裝置會立即開始工作和停止工作。故可設一鎖存來鎖存啟動輸入X20使得M100存儲輸入信號，并且通過常閉開關X21來中斷鎖存。由模式選擇開關X24和單步/連續開關X25來決定工作模式。

（2）單步/連續開關控制噴水裝置是工作在單循環狀態還是反復循環狀態下。故可使用開關X25常開聯通支路來中斷輸入M100來實現單步;若為連續則開關X25常閉支路中斷進行正常的循環。

（3） 模式選擇開關控制下的噴水設備工作模式：

a）模式選擇開關X24關斷時，即處在模式1的工作狀態下時，第一個來回可設6個定時器T0、T1、T2、T3、T4、T5讓噴水圈按照順序運作并設置噴水時間，在此之后根據單步/連續開關X25的開閉來決定輸入信號的延續;也以此決定了循環的延續中止。

b）模式選擇開關X24為導通時，即處在模式1的工作狀態下時，與模式1流程基本相似，但由于是多圈齊噴故只需一個輸出信號給多個圈即可，故設置3個定時器T6、T7、T8來控制噴泉順序與1個記次器C0來記錄交替次數;本設計利用2、4號燈的關閉來作為次數標準，即收到三次控制2、4號燈開關輸出信號的下降沿信號便滿足五次交替運行完成，進入下一步齊噴5s。單步/連續開關X25在此模式中則是用來決定是否中止清零記次器C0。常閉為連續，故設置常閉開關X25，當定時器T8開時X25常閉開關接通清零C0命令以此來保證循環正常運行（詳情請見程序分析）。

（4） 不論在什么工作方式，按下停止按鈕X21，噴水池立即停止工作。X21開關控制著輸入信號能否正常鎖存，若無輸入信號則所有循環停止;同時X21也有復位記次器C0的指令。

3 仿真結果

本次設計用了MELSOFT FX TRAINER進行軟件仿真。仿真時用了4個輸入，4個輸出。仿真結果完全可以滿足設計要求，仿真如圖4所示。模式一中（上兩張），按下啟動按鈕（輸入X020）后，4號（輸出Y003）噴水2s，再3號（輸出Y002）噴水2s，再2號（輸出Y001）噴水2s，再1號（輸出Y000）噴水2s，然后全部停止1s，接著一起噴水5s，為一個循環。模式二中（下兩張），按下啟動按鈕（輸入X020）后，1、3號噴水圈（Y000，Y002）同時噴水3S（此時2、4號噴水圈不噴水）后，2、4號噴水圈（Y001，Y003）同時噴水3S（此時1、3號噴水圈不噴水）;以此模式運行5次后，所有噴水設備同時噴水5秒，這一工作過程為一個循環。

4 結論

設計的噴水池控制以三菱公司芯片為核心，利用經驗編程法以梯形圖為基礎設計出能夠控制噴水池輪流噴水的程序以及電路。PLC控制簡單易學易操作，有通用性強、使用方便、適應面廣、可靠性高和抗干擾能力強等特點，而一般純電路的實現方法需要考慮一些通訊干擾等問題，并且設計麻煩、更改耗時、操作困難，故PLC控制系統的出現必定會拓寬噴水池控制的市場。

參考文獻

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[2]史國生.電氣控制與可編程控制技術[M].北京：化學工業出版社， 2004.

[3]范次猛.PLC編程與應用技術.華中科技大學出版社， 2015.

第一作者：朱磬鼎，2000.10，男，漢族，江蘇蘇州，南京師范大學本科在讀，

通訊作者：吉同舟，1962年5月，男，漢族，江蘇鹽城人，本科，高級實驗師，研究方向工業電氣自動化