课题二基本控制指令应用之任务5 花式喷泉控制系统.docx
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课题二基本控制指令应用之任务5花式喷泉控制系统
课题二基本控制指令应用
任务5花式喷泉控制系统
知识目标：
1．掌握计数器的功能及应用。
2．掌握三菱PLC时钟脉冲指令与计数器的长延时控制在PLC的软件系统及梯形图编程设计中的综合应用。
能力目标：
1.会根据控制要求，能灵活地运用经验法，通过时钟脉冲指令和计数器的综合运用，实现花式喷泉控制系统的梯形图程序设计。
2.掌握花式喷泉PLC控制系统的线路安装与调试。
图2-5-1花式喷泉
花式喷泉常用于休闲广场、景区或游乐场所。
传统的喷泉控制一旦设计好控制电路,就不能随意改变喷水花样及喷水时间。
若采用PLC控制,利用PLC体积小、功能强、可靠性高,且具有较大的灵活性和可扩展性的特点,通过改变喷泉的控制程序或改变方式选择开关,就可以改变花式喷泉的喷水规律,从而变换出各式花样,以适应不同季节、不同场合的喷水要求。
如图2-5-1所示是一休闲广场的花式喷泉控制效果画面。
本次任务的主要内容是通过PLC控制系统，实现对花式喷泉系统的控制。
其控制要求如下：
（1）有一花式喷泉分别由A、B、C三组喷头组成，其示意图如图2-5-2a所示。
（2）当按下启动按钮后，A、B、C三组喷头按图2-5-2b所示的时序图循环工作。
（3）花式喷泉的工作时间是从早八点启动至晚十一点停止。
图2-5-2喷泉组示意图和时序图
a）喷泉组示意图b）时序图
实施本任务教学所使用的实训设备及工具材料可参考表2-5-1所示。
表2-5-1实训设备及工具材料
序号
分类
名称
型号规格
数量
单位
备注
1
工具
电工常用工具
1
套
2
仪表
万用表
MF47型
1
块
3
设备
器材
编程计算机
要求机型：
IBMPC/AT（兼容）；CPU：
486以上；内存：
8兆或更高（推荐16兆以上）；显示器：
分辨率为800×600点，16色或更高
1
台
4
接口单元
采用FX-232AWC型RS-232/RS-422转换器（便携式）或FX-232AW型RS-232C/RS-422转换器（内置式），以及其他指定的转换器
1
套
5
通讯电缆
FX-422CAB型RS-422缆线（用于FX2，FX2C型PLC，0.3m）或FX-422CAB-150型RS-422缆线（用于FX2，FX2C型PLC，1.5m），以及其他指定的缆线
1
条
6
可编程序控制器
FX2N-48MR
1
台
7
安装配电盘
600*900mm
1
块
8
导轨
C45
0.3
米
9
空气断路器
Multi9C65ND20
2
只
10
熔断器
RT28-32
2
只
11
按钮
LA10-2H
1
只
12
稳压电源
DC24V
1
只
13
接线端子
D-20
20
只
14
电磁阀
24V
3
只
15
消耗
材料
铜塑线
BV1/1.37mm2
10
米
主电路
16
铜塑线
BV1/1.13mm2
15
米
控制电路
17
软线
BVR7/0.75mm2
10
米
18
紧固件
M4*20螺杆
若干
只
19
M4*12螺杆
若干
只
20
Φ4平垫圈
若干
只
21
Φ4弹簧垫圈及Φ4螺母
若干
只
22
号码管
若干
米
23
号码笔
1
支
从上述控制要求分析可知，本任务是一个长时限（工作时间为从早八点至晚十一点）的带延时的顺序控制（三组喷头按一定的顺序延时工作）。
在前面任务中介绍了100ms和10ms两种通用定时器的应用，我们知道FX2N系列PLC的最长定时时间为3276.7S,它们对长时限的控制具有局限性，不能有效的实现对本任务的控制，如果需要更长的定时时间，可以采用计数器、多个定时器的组合或者定时器与计数器的组合来获得较长的延时时间。
本任务主要是通过计数器来获得较长的延时时间实现长时限的控制。
一、编程元件
1.计数器（C）
（1）计数器的分类
FX2N系列PLC提供了两类计数器，一类为内部计数器，它是PLC在执行扫描操作时间对内部信号等进行计数的计数器，要求输入信号的接通或断开时间应大于PLC的扫描周期；另一类是高速计数器，其响应速度快，因此对于频率较高的计数就必须采用高速计数器。
内部计数器分为16位加计数器和32位加/减计数器两类，计数器采用C和十进制共同组成编号。
在此仅介绍16位加计数器。
C0～C199共200点是16位加计数器，其中C0～C99共100点为通用型，C100～C199共100点为断电保持型（断电保持型即断电后能保持当前值通电后继续计数）。
这类计数为递加计数，应用前先对其设置某一设定值，当输入信号（上升沿）个数累加到设定值时，计数器动作，其常开触点闭合、常闭触点断开。
16位加计数器的设定值为1～32767，设定值可以用常数K或者通过数据寄存器D来设定。
（2）计数器的工作原理
16位加计数器的工作原理如图2-5-3所示。
图中计数输入X000是计数器的工作条件，X000每次驱动计数器C0的线圈时，计数器的当前值加1。
“K5”为计数器的设定值。
当第5次执行线圈指令时，计数器的当前值和设定值相等，输出触点就动作。
Y000为计数器C0的工作对象，在C0的常开触点接通时置1。
而后即使计数器输入X000再动作，计数器的当前值保持不变。
由于计数器的工作条件X000本身就是断续工作的。
外电源正常时，其当前值寄存器具有记忆功能，因而即使是非掉电保持型的计数器也需复位指令才能复位。
图2-5-3中X001为复位条件。
当复位输入X001在上升沿接通时，执行RST指令，计数器的当前值复位为0,输出触点也复位。
图2-5-3计数器的工作过程
a）梯形图b）控制时序图
（3）编程实例
如图2-5-4所示是一个报警器控制程序，当行程开关条件X001＝ON满足时蜂鸣器鸣叫，同时报警灯以每次亮2S，熄灭3S的周期连续闪烁10次后，自动停止声光报警。
图2-5-4计数器的编程实例
2．特殊辅助继电器
在前面任务4中已介绍了通用型和失电保持型两种辅助继电器，现着重介绍与本次任务有关的一些特殊辅助继电器。
PLC的特殊辅助继电器很多，都具有不同的功能。
其中有些特殊辅助继电器在PLC运行时，能自动驱动其线圈，用户仅可利用其触点功能，下面是一些常用的特殊辅助继电器的元件编号和功能介绍：
M8000—作运行监视用（在运行中常接通）；
M8002—初始脉冲（仅在运行开始瞬间接通一脉冲周期）；
M8011—产生10ms连续脉冲；
M8012—产生100ms连续脉冲；
M8013—产生1s连续脉冲；
M8014—产生10min连续脉冲；
另外，一些特殊辅助继电器仅使用其线圈。
当线圈被驱动时，完成一定的功能。
例如：
M8034—禁止所有输出。
但PLC内部仍可运行；
M8028—FX1S、FX0N的100ms/10ms定时器切换。
二、典型的计数器长延时控制电路
1.单独计数器实现的长延时
单独计数器实现的长延时控制程序如图2-5-5所示，程序中以特殊辅助继电器M8014（1min时钟）作为计数器C1的输入脉冲信号，这样延时时间就是若干分钟（图中为1440个脉冲，即1440min）。
如果一个计数器不能满足要求，可以将多个计数器串联使用，即用前一个计数器的输出作为后一个计数器的输入脉冲。
图2-5-5计数器长时间延时控制程序
a）梯形图b）时序图
编程实例
（1）用计数器实现1h定时控制程序
用计数器实现1h定时控制程序梯形图，如图2-5-6所示，其中X001为启动按钮，X003为停止按钮。
图2-5-6用计数器实现1h定时控制程序
（2）用M8014和计数器配合实现1h定时程序以M8014作为分时钟脉冲的1h定时程序如图2-5-7所示。
图2-5-7用M8014和计数器配合实现1h定时控制程序
（3）用计数器实现24h时钟程序
用计数器实现24h时钟程序如图2-5-8所示。
其中图2-5-8a为错误程序，C1、C2不计数，原因是计数器的复位程序应该放在计数程序的上面，正确的程序如图2-5-8b所示。
图2-5-8用计数器实现24h时钟控制程序
a）错误程序b）正确程序
2.多个定时器串级实现的长延时控制
多个定时器串级实现的长延时控制如图2-5-9所示。
当X001接通，T1线圈得电并开始延时（2400S），延时到T1常开触点闭合，又使T2线圈得电，并开始延时（2400S），当定时器T2延时到，其常开触点闭合，再使T3线圈得电，并开始延时（2400S），当定时器T3延时到，其常开触点闭合，才使Y001接通。
因此，从X001接通到Y001接通共延时2h。
图2-5-9多个定时器组合长时间延时控制程序
a）梯形图b）时序图
3.定时器与计数器的组合实现的长延时控制
定时器与计数器的组合实现的长延时控制如图2-5-10所示，当X000的常闭触点闭合时，T0和C0复位不工作。
当X000的常开触点闭合时，T0开始定时，3000S后T0定时时间到，其常闭触点断开，使它自己复位，复位后T0的当前值变为0，同时它的常闭触点接通，使它自己的线圈重新通电，又开始定时。
T0将这样周而复始地工作，直至X000变为OFF。
从分析中可看出，图2-5-10中最上面一行电路是一个脉冲信号发生器，脉冲周期等于T0的设定值。
产生的脉冲列送给C0计数，计满30000个数（即25000h）后，C0的当前值等于设定值，它的常开触点闭合，Y000开始输出。
图2-5-10定时器与计数器的组合延时控制程序
a）梯形图b）时序图
一、通过对本任务控制要求分析，分配输入点和输出点，写出I/O通道地址分配表
根据任务控制要求，可确定PLC需要2个输入点，3个输出点，其I/O通道分配表见表2-5-2所示。
表2-5-2I/O通道地址分配表
输入
输出
元件代号
作用
输入继电器
元件代号
作用
输出继电器
SB1
启动按钮
X000
KV1
A组喷头电磁阀
Y001
SB2
停止按钮
X001
KV2
B组喷头电磁阀
Y002
KV3
C组喷头电磁阀
Y003
二、画出PLC接线图（I/O接线图）PLC接线图如图2-5-11所示。
图2-5-11花式喷泉控制的I/O接线图
三、程序设计
1．本任务的编程思路
通过对本任务的控制分析可知，该系统的程序控制是一个长时限（工作时间为从早八点至晚十一点）的带延时的顺序控制（三组喷头按一定的顺序延时工作）。
在进行编程设计时可按下列思路进行编程设计。
（1）首先设计一个24h的长时间自动控制程序
我们可以用秒时钟脉冲M8013和计数器配合实现24h定时控制程序如图2-5-12所示。
图2-5-12用秒时钟脉冲M8013和计数器配合实现24h定时控制程序
（2）设计花式喷泉中A、B、C三组喷头的顺序控制
通过对花式喷泉控制要求的分析，花式喷泉中A、B、C三组喷头的顺序控制应从以下两个方面进行设计：
1）当按下启动按钮SB1后，花式喷泉中A、B、C三组喷头按照如图2-5-2b所示的时序图循环工作。
从控制要求分析可知，花式喷泉中A、B、C三组喷头电磁阀都必须在系统启动后才开始工作，因此，我们可用前面任务中介绍的主控指令MC和主控复位指令MCR进行编程设计，如图2-5-13所示是按下按钮SB1后，花式喷泉中A、B
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