PLC技术应用的花式喷泉控制系统设计探究

李婧

【摘 要】随着人们生活水平的提高及高科技的快速发展，传统的喷泉控制系统由于不能实现对喷水花样及喷水时间的灵活控制，所以已经不能满足人们对于花式喷泉的需求。而PLC控制系统恰好具有体积小、灵活度高、可扩展性强等诸多优点，将其运用在花式喷泉的控制系统设计工作中，既可以提高花式喷泉的样式，还能提高系统的可靠性，延长花式喷泉的使用寿命。本文就针对PLC技术在花式喷泉控制系统设计中的应用进行介绍，希望可以为实际生活中的花式喷泉建设提供一些参考。

【关键词】PLC技术；花式喷泉；控制系统

0前言

花式喷泉控制系统设计工作中应用PLC技术，就是通过电脑将高科技与美妙的音乐、丰富多彩的喷泉造型结合起来，不仅能够起到净化空气的作用，还可以给人以视觉的享受。现如今，人们的物质需求基本上都得到了极大的满足，而对于精神上的追求也在逐步的提升，所以，在城区的环境建设中加入花式喷泉，增加城区环境的观赏价值势在必行。

1 PLC技术简介

1.1 PLC的定义及组成结构

PLC又称可编程序控制器，是一种微机技术与常规的继电器相结合的新型控制器，在工作中以微处理器为核心，可以实现自动控制。不仅可以满足各个行业对于控制系统的要求，而且还由于方便简洁、易操作的性能而深受技术人员欢迎。

与常用的微型计算机组成结构相差不多，PLC也是包含硬件系统与软件系统两大部分。其中，硬件系统由微处理器、存储器、电源部件等部件组成，与硬件系统相对应的软件系统，还可以细分为系统程序与用户程序两个部分，所谓系统程序就是在购买PLC之前，由厂家设定好的程序，而用户程序则是需要用户根据实际需求，自行设置的程序。所以两者缺一不可，都是PLC在投入使用之前必须要进行设置的程序。

1.2 PLC的特点

相比于传统的继电器控制系统，PLC具有诸多方面的优点，可以简单的概括为如下几个方面。

其一，灵活多变。由于继电器控制系统是由人工布线、焊接并进行固定的，所以，在设计过程中不仅需要消耗大量的人力、物力，而且已经改装，就要重新进行布线、焊接以及固定的工作，操作非常不方便。而PLC则是靠编写程序就可以实现良好的控制，尤其是在需要进行改编工作时，只要对原有程序中的一部分进行修改，就能够实现新功能，具有很强的灵活性。

其二，可靠性强、抗干扰能力好。可靠性与抗干扰性是评定系统设备是否能够稳定运行的重要指标，由于PLC中包含了集成度很高的微电子器件，比如，在电源开关中使用的无触点的半导体，具有非常高的灵敏度。这些微电子器件的使用，使得PLC具备了继电器无法比拟的可靠度与抗干扰能力，保证了其在恶劣的环境下能够顺利地运行。

其三，体积小、重量轻、易于操作。PLC本身就是为了工业控制需要专门设计的计算机，采用了目前最轻便的半导体集成电路，因此，具备了体积小、重量轻的优点，并且结构与功能也都十分理想。除此之外，PLC编程时经常使用梯形图与功能记符进行编程，即使是初次操作的技术人员，都可以经过短期的学习就能完全掌握，非常便于操作。

2 PLC技术在花式喷泉控制系统设计的应用

2.1 PLC控制花样喷泉的运行要求

在花式喷泉开始工作前，需要工作人员进行几步主要的操作。首先，工作人员要按下启动按钮，使喷泉进入运行前的等待状态；其次，选择喷泉的运行方式，现有的运行方式分为单步运行与连续运行两种，在确定了运行方式后，就按下与之对应的按钮，如果不进行选择操作，系统默认的运行方式为连续运行；然后是，按下喷泉的循环按钮，喷泉开始正式运行，并且每隔6S就可以改变一下花样。如果上一步选择的是单步运行的按钮，那么喷泉在运行了一个循环之后就会自动停止；但是选择的是连续运行方式，那么喷泉就会一直运行下去；最后，按下停止按钮，关闭喷泉。

2.2喷泉控制原理及运行过程

喷泉的控制系统分为四个大的部分，按照进行的顺序可以分为启动控制系统、位移脉冲控制程序、位移及复位控制程序、驱动控制程序。其中最主要的控制程序就是位移脉冲控制程序，可以实现子元件中的内容在存储器间的位移。其它的三个控制程序也各有各的用途，比如说，复位控制程序，运行的主要目的是实现喷泉在喷射过程中的循环，而这一功能的实现就离不开驱动控制程序，因为驱动控制程序是实现喷泉喷射的必备程序。

喷泉的整个运行过程可以分为8段，每段6s，首先会有一支大的水柱拔地而起，喷射6s之后，大水柱换作6支中水柱射向天空，历时36s，最后6s，就是所有的水柱一齐喷发，整个过程不需要工作人员操作，就可以自行变换。比如说，当选择连续运行方式，并将花样选择开关置于1时，喷泉的水柱运行顺序就是：1→2→（1+3+4）→（2+5）→（1+2）→（2+3+4）→（2+4）→（1+2+3+4+5）→1，自动的进入重复循环模式，直到按下停止按钮，喷泉停止工作。如果在花样选择的开关置于2，喷泉的水柱运行顺序就是：1→2→（2+4）→（2+5）→（1+2）→（2+3+4）→（1+3+4）→（1+2+3+4+5）→1。花样开关置于3时，喷泉的水柱运行顺序就是：1→2→（1+3+4）→（1+2）→（2+5）→（2+3+4）→（2+4）→（1+2+3+4+5）→1。花样开关置于3时，喷泉的水柱运行顺序就是：1→2→（1+3+4）→（2+5）→（1+2）→（2+4）→（2+3+4）→（1+2+3+4+5）→1。通过将开关置于不同的位置，实现喷泉花样的变换，喷泉的运行流程图如图1所示：

3花式喷泉控制系统的设计、调试及结果分析

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输入或输出接口分配，其中，输入接口是指开关量输入模块，与一般的元件设备有所不同，它的工作电压不是一个固定值，而是需要根据现场的检测元件与模块之间的距离进行确定的。在实际应用中，两者之间的距离经常不会很远，可以选用24V的工作电压，不过门槛电平的数值需要设置的相对大一些，原因就在于门槛电平作为输入点的接通电压与关断电平之间的差值，只有电平的值足够大，才能确保系统的抗干扰性强、可靠性高，传输的距离也可以满足实际的需求。

I/O的分配与控制要求的I/O接口点数密切相关，详细的分配表如表1所示。

硬件之间根据I/O分配表进行线路连接，其中PLC输入点与开关输入单位相连接，X0接A0、X1接A1、X2接A2、X3接A3、X4接A4、X5接A5，这样依照顺序进行连接。除此之外，还要将输入公共端X-COM与A-COM进行连接，形成输出回路；输出Y0与LED小灯连接，Y1、Y2、Y3、Y4与喷水管中与之对应的位置连接。最后，把输出的公共端接地，是连接的整个结构形成回路。

不过，最关键的步骤不是将这些线路进行连接，而是用一根编程电缆将PLC的编程接口与计算机串口相连，这样就可以把运用计算机编写好的程序传入到PLC中，实现对花式喷泉的控制。

3.2软件实现

现如今，设计人员经常使用FXGP_WIN_C编程软件来实现PLC技术应用的花式喷泉控制设计。调查研究显示，FXGP_WIN_C编程软件是三菱公司开发的一款FX系列的PLC编程软件，可以对PLC中各个元件设备的工作状态实现实时监控。

PLC喷泉控制状态转移图，如图2所示。在软件设计工作中，主要采用步进指令进行操作控制，图中的辅助继电器M1实际上是一个停止按钮，可以实现长时间的停止工作控制。运行原理为M1检测X1是否有输入，如果确认有输入的话，喷泉就会停止工作，但是如果实际情况需要喷泉再次开始工作，就需要按下图中的X0。图中的状态器S0是指喷泉处于初试状态，S20～S32表示在喷泉喷射过程中的各个状态，定时器T0～T7表示控制喷泉喷射的时间。

在设计的程序中，由动合触点来实现对于喷泉不同花样之间的切换，在花样的上方可以看到对其进行控制的选择开关，想要选择哪种喷泉花样，就按下该花样上方的启动按钮。如果在喷射过程中，想要改变喷泉的花样，就旋转控制选择的开关，利用输出互锁功能就可以很好的实现花样的切换。

3.3系统调试与结果分析

在进行系统调试与结果分析之前，必须要把设计的程序从计算机转移到PLC中，这就需要把PLC主机上控制RUN/STOP的开关按钮拨到“STOP”的位置，然后再将图2所示的PLC喷泉控制状态转移图输入到FXGP_WIN_C的编程软件中。再将编写的梯形图进行代码转换，转换成程序可以识别的指令，最后通过连接计算机与PLC的串口线把指令从计算机传输到PLC中，从而实现PLC通过程序控制喷泉的目的。在完成以上这些步骤之后，再把PLC主机上控制RUN/STOP的开关按钮拨到“RUN”的位置，不仅可以使花式喷泉进行喷射，还能通过PLC监视各个元件设备的运行状态。如果元件正在被使用，则与该元件相连的显示灯会变为绿色，而未被使用的元件的显示灯就不会发生任何改变。这不仅可以查看元件的工作状态，还可以测试元件是否发生故障，减少在故障检测方面浪费的时间。

4结语

通过本文的介绍可以看出，将PLC技术应用到花式喷泉控制系统设计中，实际上就是利用计算机进行程序设计，然后通过串口线将设计好的程序传送到PLC中，就可以利用PLC实现对于花式喷泉的控制，并实现不同花样的转换。不仅可以增加喷泉的观赏价值，还能在一定程度上解决喷泉控制系统的不稳定性，使得喷泉更加安全、可靠，达到延长喷泉喷射的时间与使用年限的目的。

参考文献：

[1]陆建国，基于PLC的花式喷泉控制系统的设计.《安徽农业科学》，2010年31期

[2]马克联.基于触摸屏的花式喷泉控制系统设计.《工业仪表与自动化装置》，2014年2期

[3]赵永强，刘帅，范淑静.基于PLC控制的音乐喷泉系统.《电子测试》，2011年6期

[4]商利斌，赵建华.基于PLC的广场音乐喷泉控制系统.《科技风》，2014年12期