PLC在花式喷泉监控系统设计中的应用文档格式.doc

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通过毕业设计培养我们综合运用所学的基础理论，基础知识，基本技能分析和解决实际问题的能力；

使我们受到PLC系统开发的综合训练，并熟知PLC系统开发的相关知识及设计步骤，达到能够进行PLC系统设计并实施的目的；

使我们掌握利用PLC和触摸屏实现花样喷泉监控的工作原理和设计思路，培养我们自行开发，设计和自行研究的能力。

通过毕业设计，对我们大学几年的学习进行一次总结，使我们初次体验用自己学到的知识变为生产力的感受，对我们自身的意志的考验，和思维的拓广有着重要的意义。

2.2设计原理及项目发展情况

本设计中的喷泉监控系统重要应用部件为PLC及触摸屏，设计原理主要是基于这两者，下面分别介绍其工作过程及工作原理：

2.2.1PLC的组成和工作原理及过程

㈠PLC的组成：

PLC实质是一种专用计算机，它的组成形式基本上与微机相同，PLC的主机是由微处理器（CPU）、存储器（EP-ROM，RAM）、用户输入、输出部分I/O扩展机、外围设备以及电源等组成。

主要的各部分之间均通过总线连接。

总线有控制总线（CB）、地址总线（AB）、数据总线（DB）以及电源总线。

CPU是PLC机的核心，它从存储器中读取用户程序或数据，并从用户程序中逐条取出指令，解释指令的内容，按指令规定的任务产生相应的控制信号，以便执行该指令；

存储器用来存储监控程序，模块化应用功能子程序和各种系统参数等。

和用作存放用户编程的梯形图程序；

用户输入，输出部分包括输入、输出接口，输入、输出控制电路及隔离电路等。

它起着PLC与用户输入、输出设备之间的连接作用。

㈡PLC的工作原理:

图2-1CPU扫描周期

CPU连续执行用户程序，任务的循环序列称为扫描，如图2-1所示，CPU的扫描周期包括读输入，执行程序，处理通信请求，执行CPU自诊断测试及写输出等内容。

PLC可被看成是在系统软件支持下的一种扫描设备，它一直周而复始的循环扫描并执行由系统软件规定好的任务。

用户程序只是扫描周期的一个组成部分，用户程序不运行时，PLC也在扫描，只不过在一个周期中去除了用户程序和读输入，写输出这几部分内容。

典型的PLC在一个周期中完成以下5个扫描过程：

①自诊断测试扫描过程。

为保证设备的可靠性，及时反映所出现的故障，PLC都具有自诊断监视功能。

自诊断监视功能主要由时间监视器（WatchdogTimer，WDT）完成。

WDT是一个硬件定时器，每一个扫描周期开始前都被复位。

WDT的定时可由用户修改，一般在100-200ms之间。

其他的执行结果错误可由程序设计者通过标志位进行处理。

②与网络进行通信的扫描过程。

一般小型系统没有这一扫描过程，配有网络的PLC系统才有通信扫描过程，这一过程用于PLC之间几PLC与上机位计算机或终端设备之间的通信。

③用户程序扫描过程。

机器处于正常运行状态下，每一个扫描周期内包含该扫描过程，该过程在机器运行中是否执行是可控的，用户程序的长短，会影响过程所用的时间。

④读输入，写输出扫描过程。

机器在正常运行状态下，每一个扫描周期内部包含这个扫描过程。

该过程在机器运行中是否执行是可控的。

CPU在处理用户程序时，使用的输入值不是直接从输入中读取的，运算的结果也不直接送到实际输出点而是在内存中设置了两个映像寄存器；

一个为输入映像寄存器（PⅡ），另一个为输出映像寄存器（PIQ）。

用户程序中所用的输入值是输入映像寄存器的值，运算结果放在输出映像寄存器中。

在输入扫描过程中，CPU把实际输入点的状态锁定到输入映像寄存器；

在输出扫描过程中，CPU把输出映像寄存器的值锁定到实际输出点，为了现场调试方便，PLC具有I/O控制功能，用户可以通过编程器封锁或开放I/O，封锁I/O就是关闭I/O的扫描过程。

按照可编程控制器的构成原理，可编程控制器系统由传感器，可编程控制器和执行器组成，可编程控制器通过循环扫描输入端口的状态，执行用户程序来实现控制任务，其操作原理如图2-2所示：

图2-2PLC的工作过程

PLC输入模块的输入信号状态与传感器信号相对应，为传感器信号经过隔离和滤波后的有效信号。

开关量输入电路通过识别传感器0，1电平，识别开关的通断。

CPU在每个扫描周期的开始扫描输入模块的信号状态，并将其状态送入到输入映像寄存器区域；

CPU根据用户程序中的程序指令来处理传感器信号，并将处理结果送到输出映像寄存器区域。

PLC输出模块具有一定的负载驱动能力，再额定负载内，直接和负载相连，可以驱动相应的执行器。

2.2.2触摸屏的组成及工作原理

触摸屏最早出现在20世纪70年代，由于触摸屏比传统的开关和输入设备更简便，美观，即使没有接触过计算机的人也能使用，越来越多的设备开始采用触摸屏产品，触摸屏是根据显示表面接触（如用手指，笔或者其他物），靠电脑来识别其位置的装置。

陪有触摸屏的控制系统更直观，简单，易操作。

现在较大型的PLC控制系统中已广泛使用触摸屏。

为了操作上的方便，人们用触摸屏作为输入设备。

工作时，用户必须首先用手指或其他的物体触摸安装在显示器前端的触摸屏，然后系统根据手指触摸的图标或菜单位置来定位选择信息输入。

触摸屏由触摸检测部件和触摸屏控制器组成；

触摸检测部件安装在显示屏幕前面，用于检测用户触摸位置，接收后送触摸屏控制器；

而触摸屏控制器的主要作用是从触摸点检测装置上接收触摸信息，并将它转换成触点坐标，在送给CPU，它同时能接收CPU发来的命令并加以执行。

触摸屏的系统结构基本分为两个部分：

配合显像管CRT或LCD表面的坐标信号接收部分，即触摸感应屏幕部分；

处理坐标信号并与主机通讯的触摸屏控制部分，即触摸屏的控制卡或控制盒。

图2-3电阻式触摸屏组成

电阻压力触摸屏，分四线电阻产品和五线电阻产品两种产品。

电阻压力产品有三层组成。

第一层为玻璃或有机玻璃底层；

第二层为隔层；

第三层为多元树脂表层。

在多元脂表层表面的传导层及玻璃层感应器是被许多微小的隔层所分隔；

电流通过表层，轻触表层压下时，接触到底层，控制器同时从四个角读出相称的电流及计算手指位置的距离。

如图2-3所示。

5线电阻式触摸屏：

清晰度较好、透明度高、没有色彩失真、分辨率高无漂移、没有关干扰、防尘、寿命长。

五线电阻工作原理：

①在多元脂表层的传导层及玻璃底层感应器是被很多微小的隔层所分隔开；

②电流通过表层；

③轻触表层压下时接触到底层；

④控制器同时从四角读出相应的电流及计算手指位置的距离；

四线电阻与五线电阻的区别在于，四线电阻的表层起感应与判定作用；

五线电阻产品，四线电阻的表面如果破损，触摸屏幕将无法使用，五线电阻即使表面破损，仍然不影响触摸操作。

五线电阻触摸屏幕，与外间环境无关，具有最强大的环境适应能力，表面具有≥4H的防刮伤能力，和高于95%的透光率，而且客户戴手套，用笔，名片等任何材料都可以触摸，由于其专利技术因素，是触摸屏幕中最高档的产品。

2.2.3项目发展情况

喷泉技术的发展是和新兴控制器的发展密不可分的，而应用最多的PLC技术与传统的继电器控制技术相比较，在各种性能及用途上有了极大的提高。

电器控制逻辑采用硬件接线逻辑，利用继电器机械触点的串并联及延时继电器的滞后动作组合成逻辑，连线多而复杂，一旦系统构成想再改变增加功能都很困难。

因此灵活性很差。

而PLC采用存储逻辑。

其控制逻辑以程序方式存储在内存中，要改变控制逻辑，只需改变程序。

其连线少，加之PLC中每只软继电器理论上无限制，因此灵活性和扩展性很好。

电器控制逻辑依靠触点的机械动作实现控制，工作频率低。

而PLC是由程序指令控制半导体电路来实现控制的，速度快。

PLC内部有严格的同步，不会出现抖动问题。

继电器控制逻辑利用时间继电器的滞后动作进行限时控制。

其定时精度不高，且有时间易受环境湿度和温度变化的影响。

PLC使用半导体集成电路作定时器，时钟脉冲由晶体振荡器产生，精度相当高，定时范围长，且不受环境影响。

PLC实现计数功能，而继电器控制逻辑一般不具备计数功能。

继电器逻辑控制使用大量的机械触点，连线多。

触点开闭时会受电弧的损坏，并有机械磨损，寿命短，因此可靠性和可维护性好。

而PLC采用微电子技术，大量的开关动作由无触点的半导体电路完成，它体积小，寿命长，并随时显示给操作人员，还能动态地监视控制程序的执行情况，给现场调试和维护提供了方便。

PLC以其优秀的功能和性能在喷泉技术发展方面起了至关重要的作用，相信他的在喷泉工艺上的成功应用会引发PLC技术的进一步发展，给喷泉控制技术自身的发展也有着极大的促进作用。

3系统控制要求及控制方案

3.1喷水管的控制及要求

在许多休闲广场，景区或游乐场所里，常看到喷泉按着一定的规律或变化花样，其中喷水管的布置对喷水花样的形成很重要。

该喷泉采用PLC控制，在花式喷水时序确定前提下，可以通过改变时序或者改变控制开关，实现控制方式的改变，达到显现各种复合状态的要求。

图3-1喷水管布置和形状

本设计花式喷泉的造型图如图3-1所示:

1为外环形状喷水管，2为次外环形状喷水管，3为内环形状喷水管，4为中心喷水管。

3.2PLC程序的控制要求

1、电源开关接通后，按下启动按扭，喷水装置即开始工作；

按下停止按扭，则停止喷水、。

工作方式由选择开关和单步/连续开关来决定。

2、“单步/连续”开关在单步位置时，喷泉只运行一次循环；

在连续位置时，喷泉运行一直继续下去。

3、选择开关用来选择喷泉的喷水花样，该喷泉要求实现以工作方式：

选择开关在“1”位置时，按下启动按扭后，4,3,2,1隔2s依次喷水，一起喷水15s后停下；

隔2s;

然后按1,2,3,4的次序隔2s依次喷水，再一起喷水15s后停下。

若在连续状态时隔2s;

以此循环。

选择开关在“2”位置时，按下启动按扭后，1,3同时喷水，延时3s后，2,4喷水，1,3停喷，交替运行5次后，隔2s；

1,2,3,4全喷水，30s后停止。

若在连续状态时隔2s；

以此规律循环。

选择开关在“3”位置时，按下启动按扭后，1,2,3,4按顺序延时2s喷水，然后一起喷水30s后，1,2,3,4再分别延时2s停喷。

若再连续状态时隔2s。

喷水管布置和形状如图3-1所示

4、不论在什么工作方式下，按下停止按扭，喷泉停止运行。

5、用触摸屏监控喷泉的运行状态，并可以通过触摸屏修改喷水时间等有关参数。

3.3控制方案的确定

在本设计中驱动喷泉控