淺談三菱PLC在噴泉控制中的應(yīng)用

王寶東新會(huì)中集集裝箱有限公司

淺談三菱PLC在噴泉控制中的應(yīng)用

王寶東
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噴泉作為一種觀賞性較高的藝術(shù)水景，可以在公共設(shè)施供人們休閑，觀賞,比如廣場、大廈、小區(qū)、公園等。花樣噴泉的核心是PLC,本文運(yùn)用三菱PLC控制各種類型的噴泉機(jī)械或吸水過程。本設(shè)計(jì)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。

花樣噴泉；三菱PLC；自動(dòng)控制

前言

本文基于三菱PLC實(shí)現(xiàn)噴泉自動(dòng)化控制，闡述了三菱PLC的組成和自動(dòng)控制工作原理。通過可編程控制器設(shè)定的排列組合，進(jìn)行噴泉水型花樣變化,使得噴泉能夠噴射各種水型，實(shí)現(xiàn)多姿多彩的變化。

1 、花樣噴泉設(shè)計(jì)要求

要求噴泉控制程序能夠產(chǎn)生不同的噴水造型，對(duì)于噴泉控制系統(tǒng)，采用PLC較為合適，PLC對(duì)噴泉的水泵進(jìn)行時(shí)序控制。按下啟動(dòng)按鈕，在噴泉工作指示燈亮2秒后，PLC驅(qū)動(dòng)電機(jī)水泵有不同的周期運(yùn)轉(zhuǎn)，選擇開關(guān)設(shè)置的方式運(yùn)行一個(gè)循環(huán)，改變不同時(shí)段內(nèi)噴水閥的狀態(tài)，就是各噴頭按順序噴水。通過計(jì)算機(jī)運(yùn)行程序發(fā)出控制信號(hào)，運(yùn)用感應(yīng)器的開關(guān)量信號(hào)輸入給PLC來實(shí)現(xiàn)控制。

對(duì)于花式噴泉的PLC控制，該控制系統(tǒng)選用三菱公司FXON系列的PLC，故障率低、穩(wěn)定性能好、具有強(qiáng)大的診斷功能、維護(hù)工作量少。

2 、可編程控制器(PLC)的選型

2.1 PLC概述

可編程控制器，有各種各樣的I/O接口，實(shí)現(xiàn)控制外設(shè)或通信接口與外界交換信息。PLC帶有硬件故障自我檢測功能，自身故障自診斷程序，具有完善的數(shù)據(jù)運(yùn)算能力。自動(dòng)化開關(guān)量邏輯控制是PLC最基本、最廣泛的應(yīng)用領(lǐng)域，它取代傳統(tǒng)的繼電器電路內(nèi)部電路采取了先進(jìn)的抗干擾技術(shù)。PLC采用相應(yīng)的A/D和D/A轉(zhuǎn)換模塊及各種各樣的控制算法程序來處理在實(shí)際工業(yè)化運(yùn)作中的模擬量。PLC系統(tǒng)可以完成對(duì)系統(tǒng)中各種的采集然后通過分析及處理，使系統(tǒng)中除PLC以外的電路及設(shè)備也獲得故障自診斷保護(hù)。從控制機(jī)構(gòu)配置來說，日常維護(hù)容易，早期直接用于開關(guān)量I/ O模塊連接位置傳感器和執(zhí)行機(jī)構(gòu)，現(xiàn)在一般使用專用的運(yùn)動(dòng)控制模塊。

2.2 PLC的選型

在PLC系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)，設(shè)計(jì)選型的主要依據(jù)就是課題的噴泉自動(dòng)化控制，通過三菱PLC對(duì)水泵的噴射控制，選擇噴泉的控制水位范圍以及噴泉的控制動(dòng)作，確定PLC的功能，估算輸入輸出（I/O）點(diǎn)數(shù)作為輸入輸出點(diǎn)數(shù)估算數(shù)據(jù)。所需存儲(chǔ)器容量，即PLC在噴泉應(yīng)用中所使用的存儲(chǔ)單元的容量。為了保證系統(tǒng)的實(shí)用性，在CPU型號(hào)的選擇上應(yīng)考慮開關(guān)量、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器的容量、性能價(jià)格比、模塊的擴(kuò)展能力。

2.3 外圍硬件的選型

噴泉的噴頭有很多種，噴泉安裝許多對(duì)方向直流噴嘴，需要選擇中心直上噴頭才能噴射各種水型，噴頭由多個(gè)直流噴頭組合而成滿足噴泉的功能展示，當(dāng)水泵開啟時(shí)相應(yīng)的電磁閥也打開。因?yàn)閲娙暮诵目刂圃O(shè)備工作環(huán)境特殊，坑污能力、電磁閥電壓、流體溫度、所以選用水下專用電磁閥。電機(jī)必須滿足使用流量和揚(yáng)程的要求，噴泉的水泵選擇功率2.2kw的電機(jī)，適用于電機(jī)頻繁啟動(dòng)的要求，滿足噴射流量12.50米3/h，根據(jù)本文的工作環(huán)境要求，選擇采用潛水泵，達(dá)到了節(jié)約水資源的目的，使用條件是潛水深度不超過5米。為了提高效率，所以在本設(shè)計(jì)中用到變頻器，噴泉需要6臺(tái)步進(jìn)電機(jī)來制造多功能花樣噴泉，所以在對(duì)多步進(jìn)電機(jī)控制時(shí)選擇合適的控制柜，通過變頻器調(diào)速技術(shù)來控制調(diào)節(jié)噴泉噴射的水流長短及出水速度，而且后期可以通過控制器編寫程序，實(shí)現(xiàn)多功能程序運(yùn)作。燈的選擇，要考慮燈的使用壽命和安全性，選用LED水下燈。

3 、花樣噴泉系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)

本設(shè)計(jì)中噴泉控制系統(tǒng)的運(yùn)行，采用指令來實(shí)現(xiàn)噴泉控制系統(tǒng)的。在噴泉中，通電后，進(jìn)入工作狀態(tài)，通過按鈕開關(guān)信號(hào)來控制PLC，噴泉按照設(shè)定的程序開始運(yùn)行。根據(jù)噴泉的適用性要求，將設(shè)計(jì)好的程序?qū)懭隤LC后，根據(jù)梯形圖中各觸點(diǎn)的狀態(tài)和邏輯關(guān)系，系統(tǒng)則按照選擇的花樣繼續(xù)運(yùn)行。I/O模塊的選擇，用于連接電磁閥、步進(jìn)電機(jī)、變頻器。PLC的I/O地址分配，為數(shù)字量輸入、數(shù)字量輸出、模擬量輸入和模擬量。如果程序?yàn)檫B續(xù)運(yùn)行模式，需要定時(shí)器來控制噴頭的噴射時(shí)間。本設(shè)計(jì)采用STEP 7軟件，用來編寫噴泉的控制程序，只需要改寫子程序，就可以改變?yōu)槠渌膰娝绞剑肵GET和XPUT指令與S7-200PLC的CPU通信以便于快速實(shí)現(xiàn)相關(guān)應(yīng)用，適合于多種場所。

4 、PLC監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)

MCGS組態(tài)軟件,夠完成噴泉數(shù)據(jù)采集、運(yùn)用組態(tài)技術(shù)在通訊中要設(shè)置數(shù)據(jù)通訊類型，對(duì)系統(tǒng)監(jiān)控對(duì)象生產(chǎn)過程狀態(tài)的綜合記錄，收集所有I/O點(diǎn)的參數(shù)，設(shè)計(jì)畫圖結(jié)構(gòu)和畫圖草圖，人機(jī)界面友好管理水平高。通過PC/PPI電纜與多臺(tái)S7-200機(jī)通訊時(shí)的連接，實(shí)現(xiàn)PLC實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫中的系統(tǒng)數(shù)據(jù)變化狀態(tài)，使輸入輸出I/O與數(shù)據(jù)庫建立實(shí)時(shí)監(jiān)控對(duì)應(yīng)數(shù)據(jù)連接關(guān)系，將組態(tài)監(jiān)控系統(tǒng)與PLC設(shè)備進(jìn)行通信連接。直到在各種可能的情況下輸入量與輸出量之間的關(guān)系完全符合要求。上位機(jī)可實(shí)現(xiàn)對(duì)系統(tǒng)自動(dòng)控制方式之間自動(dòng)切換，進(jìn)行控制運(yùn)算和流程調(diào)度保證噴泉的花樣功能。

5 、系統(tǒng)的調(diào)試

可以根據(jù)功能表圖，將模擬調(diào)試好的程序送入用戶存儲(chǔ)器進(jìn)行調(diào)試，檢查程序的運(yùn)行是否符合功能表圖的規(guī)定和活動(dòng)狀態(tài)的正確變化、驅(qū)動(dòng)的負(fù)載相應(yīng)的變化。及時(shí)根據(jù)現(xiàn)實(shí)的噴泉需求修改梯形圖和PLC中的程序，寫入它們的實(shí)際設(shè)定值，對(duì)相應(yīng)硬件和軟件部分作適當(dāng)調(diào)整。根據(jù)對(duì)新的改進(jìn)梯形圖程序進(jìn)行翻譯成程序，并在實(shí)際的噴泉中測試，通過觀察各個(gè)步驟是否與噴泉自動(dòng)化系統(tǒng)要求相符合，假如存在一些調(diào)試不成功或者不滿意的地方，通過檢查反復(fù)編寫控制程序，一直調(diào)試掃描通電檢查來查找接線故障，直到一個(gè)最滿意的控制系統(tǒng)。

小結(jié)

通過對(duì)噴泉PLC的設(shè)計(jì)，了解了編程控制器的工作特點(diǎn)以及多功能性，熟悉掌握了PLC的使用。為了更好的實(shí)現(xiàn)對(duì)自動(dòng)噴泉控制，需要編寫可靠地運(yùn)用程序，并且還需要人機(jī)動(dòng)態(tài)監(jiān)控控制，靈活性對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行操作修改，實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)多功能運(yùn)用。通過對(duì)相應(yīng)硬件和軟件部分調(diào)試，保證系統(tǒng)軟件和系統(tǒng)硬件更好地作適用于噴泉自動(dòng)化控制，并且符合美學(xué)標(biāo)準(zhǔn)。

[1]王傳艷.三菱PLC在花式噴泉控制系統(tǒng)中的應(yīng)用[J].自動(dòng)化信息，2007，(1).

[2]德勝.PLC應(yīng)用開發(fā)使用子程序[M].北京:人民郵電出版社，2006.

[3]吳明亮，蔡文忠.可編程控制器實(shí)訓(xùn)教程[M].北京:化學(xué)工業(yè)出版社，2005.3