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PLC在自动喷泉控制中的应用
摘要：随着计算机软硬件技术的飞速发展,新型喷泉与计算机的交互应用越来越广泛，自动喷泉也越来越复杂和越来越精密,使得越来越多的控制部分需要计算机来完成。计算机控制灯光喷泉成为必然趋势。为此．建立以PLC为核心的多媒体计算机自动控制喷泉，采用基于组态程序的计算机控制系统来监控音乐、灯光、流水的变化．获得较理想的效果.
本文基于韩国金星公司生产的MASTER—K30H可编程逻辑控制器，设计三种喷泉类型，不仅能够进行多种水形切换，而且将各种水形，灯光按照设定的排列组合进行控制,实现了PLC的自动喷泉控制.通过上位机与PLC之间的通讯监控喷泉的状态与效果，并利用北京亚控公司的组态王6。55设计了上位机监控程序，实现了喷泉的自动控制与远程实时监控。
关键词：程控喷泉；自动控制技术；可编程序控制器（PLC）；组态王
Abstract： Programmable Controller is used widely in the automatic produce of industry. This paper introduces the concrete application of this technique all automatic fountain。
Keyword: autocontrol technology； PLC;kingview；
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目录
第1章 概述 ...................................................................................................................... 3
1。1喷泉控制系统的应用 .................................................................................. 3 1。2 PLC自动喷泉控制系统 ............................................................................. 3
第2章 系统总体方案设计 .............................................................................................. 4
2。1实现方法分析与可行性讨论 ...................................................................... 4
2。1。1单片机喷泉控制系统 .............................................................. 4 2.1。2工控机喷泉控制系统 ................................................................. 4 2.1。2 PLC喷泉控制系统 ..................................................................... 5
2.1总体实现方案 ................................................................................................. 6
第3章 硬件系统实现 ...................................................................................................... 8
3.1 PLC工作原理 ................................................................................................ 8
3.1。1 PLC的等效工作电路 ................................................................. 8 3。1。2 PLC的工作过程 ...................................................................... 9
3。2 PLC选型 ..................................................................................................... 9
3.2.1 PLC类型简介 ................................................................................ 9 3.2.2金星MASTER—K系列PLC介绍 ............................................ 10
3。3硬件系统组成 ............................................................................................ 11
第4章 软件系统实现 .................................................................................................. 15
4.1 PLC控制程序设计 ................................................................................... 15
4。1。1 编程软件KGL_WE Application 简介 .............................. 16 4.1.2 喷泉PLC程序设计 .................................................................. 18
4。2 组态程序设计 ......................................................................................... 24
4。2。1 组态王简介 ......................................................................... 24 4。2。2 通信数据设置 ..................................................................... 27 4。2.3 组态画面设计 ........................................................................ 29
第5章 系统综合调试 .................................................................................................. 34
5.1 PLC连接测试 ........................................................................................... 34 5.2 组态程序的调试 ........................................................................................ 35
第6章 总 结 .............................................................................................................. 36 参考文献 .......................................................................................................................... 37
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第1章 概述 1.1喷泉控制系统的应用
随着人民生活水平的提高，城市环境建设日益为人们所重视。喷泉作为一种观赏性较高的艺术水景，不断地出现在城市广场、居民小区、公园等场所。它不仅可以增加周围空气湿度，减少空气中的尘埃,降低空气温度，更为人们生活增添了不少情趣。自动控制喷泉能自动且连续的改变其形态，呈现丰富多彩的花型变化,从而给人以美好的视觉感受。
由单片机或可编程控制器PLC (Programmable Logic Controller）组成的小型喷泉系统在软件及硬件上均可以较好地满足控制喷泉造型变化的要求。由计算机作为上位机，PLC或单片机作为下位机的自动喷泉系统在功能上大大超越了传统的喷泉系统，PLC完成对喷泉现场的造型、灯光的控制，并向计算机发送实时控制数据。上位计算机实现喷泉花型监控等功能.
1。2 PLC自动喷泉控制系统
自动喷泉控制的实现方法很多，本设计题目为基于可编程逻辑控制器（PLC）的喷泉控制系统，用可编程逻辑控制器(PLC）,不仅能够进行多种水型切换，而且能将各种水型、灯光，按照预先设定的排列组合进行控制程序的设计，通过计算机运行控制程序发出控制信号，使水型、灯光实现多姿多彩的变化.通过上位机(PC）与PLC之间的通讯来监控喷泉的状态与效果,进而控制电动机，以达到顺利实现工业控制的要求及目的,同时还要达到低功耗、高性价比、运行安全可靠等基本要求。
基于以上要求,本系统应具备以下功能：
1.设计三种喷泉类型，编写程序控制以顺利实现喷泉的控制。 2.系统中组态王组态画面、PLC之间要能顺利实现通讯。
3。具备人机对话功能，即具有可视的组态画面，能设置及监控系统运行。 4。整个系统要具有安装、调试简单、方便的特点。
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第2章 系统总体方案设计 2.1实现方法分析与可行性讨论
2。1.1单片机喷泉控制系统
单片机也称为单片微型计算机,是把微型计算机的各部件—-中央处理器、存储器、输入输出接口电路、定时器/计数器等制作在一块集成电路芯片上，构成一个完整的微型计算机，如图2。1所示。
由于单片机在一块小芯片上就集成了一台计算机有具备的功能，所以其在工业控制中占据很重要的地位。它具有超小型化、结构紧凑、抗干扰能力强等优势。特别适用于实时工业测量控制、智能化仪器仪表和家用电器控制等应用系统。
目前,市场上流行的单片机种类繁多，如MCS-51系列,8位单片机仍占有单片机市场60%以上的份额，促进了8位单片机朝着高性能和多功能化方向发展。其他单片机，如凌阳公司的SPCE061A 16位单片机,美国TEXAS INSTRUMENTS公司的MSP430系列单片机，ARM（Advanced RISC Machine)嵌入式单片机等都是各有优点，在不同的领域中有着很好的应用。
图2.1 单片机控制系统
单片机控制系统用于喷泉控制是完全可行的，它可以通过定时器/计数器对喷泉喷射的时间进行控制，并且也可以利用串行接口与上位机进行通讯。由于单片机的价格比较便宜，所以大批量生产时的性能价格比很高。但由于单片机需要附属很多的外围电路,对电路的设计水平要求很高,否则便很可能降低系统的稳定性。而且，由于喷泉控制系统很少会有批量生产的情况，对于小规模制作时，PCB印刷电路板的制作成本是很高的。
综上所述，此次设计采用单片机控制系统不是最佳方案。
2。1。2工控机喷泉控制系统
工控机即工业控制计算机,但现在更时髦的叫法是产业电脑或工业电脑，英文简称
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IPC,全称Industrial Personal Computer。工控机通俗的说就是专门为工业现场而设计的计算机，如图2.2所示.
工控机特点
工控机通俗的说就是专门为工业现场而设计的计算机,而工业现场一般具有强烈的震动，灰尘特别多，另有很高的电磁场力干扰等特点，且一般工厂均是连续作业即一年中一般没有休息.因此,工控机与普通计算机相比必须具有以下特点:
1） 机箱采用钢结构，有较高的防磁、防尘、防冲击的能力. 2） 机箱内有专用底板,底板上有PCI和ISA插槽。 3） 机箱内有专门电源，电源有较强的抗干扰能力。 4) 要求具有连续长时间工作能力。
自1984年国内开始从事开发和推广应用工控机以来，已被广泛地应用于钢铁冶金、石油化工、机电成套设备、医药食品、数控机床、工业炉窑等工业领域、以及军工和科研设备中。
图2.2 工控机控制系统
对于工控机作为喷泉控制系统，由于喷泉控制系统的环境相对工业控制环境要好得多,而且喷泉控制系统对连续长时间工作的能力要求也不是很高，用工控机设计喷泉控制系统实属有些大材小用.而且工控机的价格较同层次的PC机要偏高，这样就更增加了系统的成本，降低了整体的性价比。
2.1。2 PLC喷泉控制系统
自二十世纪六十年代美国推出可编程逻辑控制器(Programmable Logic Controller，PLC)取代传统继电器控制装置以来,PLC得到了快速发展,在世界各地得到了广泛应用。同时,PLC的功能也不断完善.随着计算机技术、信号处理技术、控制技术网络技术的不断发展和用户需求的不断提高,PLC在开关量处理的基础上增加了模拟量处理和运动控制等功能。今天的PLC不再局限于逻辑控制，在运动控制、过程控制等领域也发挥着十分重要的作用。如图2.3所示。
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作为离散控的制的首选产品，PLC在二十世纪八十年代至九十年代得到了迅速发展，世界范围内的PLC年增长率保持为20%～30%。随着工厂自动化程度的不断提高和PLC市场容量基数的不断扩大，在自动化领域占据着十分重要的位置.
PLC是由模仿原继电器控制原理发展起来的,二十世纪七十年代的PLC只有开关量逻辑控制,首先应用的是汽车制造行业。它以存储执行逻辑运算、顺序控制、定时、计数和运算等操作的指令;并通过数字输入和输出操作，来控制各类机械或生产过程。用户编制的控制程序表达了生产过程的工艺要求，并事先存入PLC的用户程序存储器中。运行时按存储程序的内容逐条执行,以完成工艺流程要求的操作。
图2.3 PLC控制系统
一个PLC的控制器，可以接收几千个I/O点(最多可达8000多个I/O）。对于喷泉控制系统这样，被控对象主要是设备连锁、回路很少,采用PLC较为合适。PLC由于采用通用监控软件，在组态软件设计方面，要容易一些。且PLC通常都支持现场总线,会使得系统通信得到有利保障，更适合实现上位机的远程监控。
目前适用于喷泉控制的中小型PLC种类繁多,价格低廉。使设计者会有更多的选择余地。系统整体造价会比工控机低，而且不会降低系统的稳定性.
经过以上三种控制系统的可行性分析可以看出,以PLC为下位机,PC机为上位机组成的控制系统是此次设计喷泉控制系统的最佳方案。
2。1总体实现方案
根据设计要求,该喷泉控制系统由PLC下位机及上位机PC组成，如图2。4所示。PLC对喷泉的水泵进行时序控制，产生各种不同的喷水造型.需设计三种不同的喷泉类型。上位机编写组态软件对喷泉的工作状态进行实时监控。
要求喷泉控制程序能够产生不同的喷水造型，并且符合美学标准，逻辑合理。组态软件要求画面美观大方，具备人机对话功能，且操作简单。
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操作员组态王控制泵，阀门的PLC控制信号控制各个泵，阀门… … 泵1泵2阀门1阀门2 图2。4 喷泉控制系统总体方案
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第3章 硬件系统实现 3.1 PLC工作原理
3。1。1 PLC的等效工作电路
PLC是一种微机控制系统,其工作原理也与微机相同，但在应用时，可不必用计算机的概念去做深入的了解，只需将它看成是由普通的继电器、定时器、计数器、移位器等组成的装置，从而把PLC等效成输入、输出和内部控制电路三部分。
（1）输入部分
这部分的作用是接受被控设备的信息或操作命令等外部输入信息.输入接线端是PLC与外部的开关、按钮、传感器转换信号等连接的端口。每个端子可等效为一个内部继电器线圈,线圈号即输入接点号，这个线圈由接收到的输入端的外部信号来驱动，其驱动电源可由PLC的电源部件提供(如直流24V）,也可由独立的交流电源(如交流110V )供给.每个输入继电器可以有无穷多个内部触点(动合、动断形式均可）(这里使用的是计算机的“COPY”概念），供设计PLC的内部控制电路(即编制PLC控制程序）时使用。
（2）内部控制电路
这部分的作用是运算和处理由输入部分得到的信息,并判断应产生哪些输出。内部控制电路实际上也就是用户根据控制要求编制的程序。PLC程序一般用梯形图形式表示。而梯形图是从继电器控制的电气原理图演变而来的，PIC程序中的动合、动断触点、线圈等概念均与继电器控制电路相同。 在PLC内部还设有定时器、计数器、移位器、保持器、内部辅助继电器等,继电器控制系统没有的器件,它们的线圈及动合、动断触点只能在PLC内部控制电路中使用，而不能与外部电路相连。
（3）输出部分
这部分的作用是驱动外部负载。在PLC内部，有若干能与外部设备直接相连的输出继电器(有继电器、双向硅、晶体管三种形式），它也有无限多种软件实现的动合、动断触点,可在PLC内部控制电路中使用；但对应每一个输出端只有一个硬件的动合触点与之相连，用以驱动需要操作的外部负载；外部负载的驱动电源接在输出公共端(COM)上.
总之，在使用PLC时，可以把输入端等效为一个继电器线圈，其相应的继电器接点(动合或动断)可在内部控制电路中使用，而输出端又以等效为内部输出继电器的一个动合触点，驱动外部设备。
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3。1。2 PLC的工作过程
PLC一般采用循环扫描方式工作。当PLC加电后，首先进行初始化处理,包括清除I／O及内部辅助继电器、复位所有定时器、检查I/O单元的连接等。开始运行之后，串行执行存贮器中的程序,这个过程可以分为如下四个阶段。PLC工作时，上述过程周而复始，称为扫描周期.
（1）公共处理阶段
这部分在每次循环开始都要被执行，包括复位系统定时器、检查程序存贮器、检查I／O总线、检查扫描时间等。如出现异常情况，则通过自诊断给出故障信号，或自行进行相应的处理，这将有助于及时发现或提前预报系统的故障，提高系统的可靠性.
（2）执行外围设备命令阶段
当有简易编程器、图形编程器、打印机等外部设备与PLC相连时，则PLC在每次循环时,都将执行来自外部设备的命令。
（3)程序执行阶段
在这个阶段，CPU将指令逐条调出并执行,即按程序对所有的数据(输入和输出的状态)进行处理，包括逻辑、算术运算，再将结果送到输出状态寄存器。
（4)输入、输出更新阶段
PLC的CPU在每个扫描周期进行一次输入来进行输出更新。CPU对各个输入端进行扫描，并将输入端的状态送到输入状态寄存器中;同时，把输出状态寄存器的状态通过输出部件转换成外部设备能接收的电压或电流信号，以驱动被控设备。这种对输入、输出状态的集中处理过程，称为批处理，这是PLC工作的重要特点。
3。2 PLC选型
目前。全世界的PLC生产厂家约有200家，生产300多个品种的产品。主要集中在美国、德国、日本等多家公司。其中德国和美国是以大型PLC而闻名，而日本则主要生产小型PLC。
3。2。1 PLC类型简介
美国的PLC：
美国的PLC厂家很多，现已超过百家。其中以A-B（ALLEN—BRADLEY）公司、美国通用（GE）公司生产的PLC最具代表性。
A-B公司是美国的可编程控制器制造商，同时也是世界上最大的PLC制造商之一。该公司产品规格齐全,所提供的特殊模块和职能模块品种丰富。而且还有丰富的指
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令集和强大的软件功能.其主要代表机型有：SLC-500系列、PLC-5系列、PLC—5/250系列、还有早期的PLC-3和PLC-2系列等。
GE公司是世界上最早研制和生产PLC产品的主要厂商之一。其主要产品有小型机GE-1、GE-1/J、GE—1P等，中型机GE—Ⅲ，还有大型机GE-Ⅴ等.
德国的PLC:
德国的PLC主要以西门子（SIEMENS）为代表，它也是世界上较早研制和生产PLC的主要厂商之一。适用范围可覆盖从代替继电器的简单控制到更复杂的自动化控制。应用领域极为广泛,覆盖所有自动检测,自动化控制有关的工业及民用领域，包括各种机床、机械、电力设施、民用设施和环境保护设备等。如冲压机床、磨床、印刷机械、橡胶化工机械、中央空调、电梯控制和运动系统等。其主流产品包括西门子S7-200、S7—300、S7-400系列PLC.
日本的PLC：
日本的PLC以性价比高的小型机著称.其主要代表厂家为欧姆龙（OMRON）、三菱等厂家.
欧姆龙公司已经有50多年的历史，该公司以良好的性价比占据了我国PLC市场较大的份额。它的PLC指令系统功能强大，能够处理复杂的控制要求；具有品种齐全的通信模块,在CPU本体上具有标准上位接口，可配备6种通信模块;将PC卡（PCMCIA规格)使用在可编程控制器中，可以临时存储设备运行情况和各种生产过程数据,并能够十分方便的与以太网连接。主要产品有微型的C20P和C20、小型的C120和C200H、中型的C500和C1000H、大型的C2000H.
三菱公司也是日本生产PLC产品的主要厂家之一，很早就进入了中国市场。它具有固定灵活的系统配置、丰富的品种、无需维护的程序存储器、编程简单、共同的外部设备等特点。其主要产品有小型的F、F1、F2系列，FX0、FX2系列和A系列等。
我国的PLC:
无锡光华电子工业有限公司是中日合资企业，成立于1989年4月。是生产开发销售可编程序控制器、触摸式工业图形显示器、接近开关、电子计数器、旋转编码器等电子控制产品的专业企业。它也生产多种型号与规格的PLC,如SU、SG等,发展很快，并在价格上很有优势。
3.2。2金星MASTER-K系列PLC介绍
本次设计采用韩国金星公司生产的MASTER-K30H可编程逻辑控制器。金星公司即韩国最大的跨国集团LG集团(原名:乐喜金星集团），是韩国产业电器制造业的先驱。提供可编程控制器、变频调速器、直流电机调速器、不间断电源、高压电器、低
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压电器、电力电子设备等。
MASTER-K 系列 PLC具有如下的一些特征: 不同编程设备的简易编程。 可以在RUN(运行）模式下编辑。
支持国际标准通讯协议的不同开放网络。使用专用算法处理器实现高速处理。 为PLC不同应用领域提供各种不同的专用功能模块。 特点
持有多种类型
Master—K系列根据需要控制的I/O点数，具有14—1024点的各种最优化机种。 高速运行
高速运行计算(最高 0。2 μs/step)，实时控制/监视输出点和输入点。 各种专用功能模块
持有控制/测定温度、湿度、流量、风量的模拟模块和控制伺服电机的位置控制模块等各种专用功能模块。
强大的网络
RS—232C/RS-485系列基础通讯设备、Fieldbus、Modbus、DNet等各种通信网络. 提供基于Window的编程工具
可编程Master-K系列整个模块的KGL-WIN Software适用于Windows 95/98/NT O/S配置，可与GSIKGL以及KGL-DOS中制作的程序互换。
3。3硬件系统组成
根据系统要求，我们选择性价比较好的K30H型PLC，共有16点10mA光隔输入和16点继电器输出。输入点为P00~P07、P10~P17；输出点为P20～P27、P30～P37。
由于实验设备有限,故选用了韩国GoldStar公司生产的MASTER-K30型PLC，其输入输出规格如下表3。1表3.2所示:
表3。1 PLC输入规格
输入形式 点数 额定输入电压 额定输入电流 动
ON
DC输入 16点 DC24V 10mA/1点 19V以上
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作 电压 响应 时间
OFF→ON ON→OFF 输入显示 绝缘方式
表3。2 PLC输出规格 输出形式 点数 额定输出电压 额定输出电流 响应时 间
OFF→ON ON→OFF 输出显示 绝缘方式
继电器 16点 AC250V，DC30V 5A/4点 10ms以下
OFF 6V以下
10ms以下 10ms以下 绿色LED 光电绝缘
10ms以下 红色LED 光电绝缘
其DC输入接线图如图3.1所示；继电器输出接线图如图3。2所示。
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端子排0内部回路127DC 24VCOM
图3。1 DC输入接线图
端子排0LOAD1LOAD2LOADRy+24V7LOADCOM13
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图3.2 继电器输出接线图
PLC与上位机串行口通过RS232C进行串行通信。如图3.3所示。
金星MASTER-K30HRS232C下位机（PLC）喷泉池水泵上位机（PC）
图3。3 硬件组成
PLC通讯的电缆标准上位机应与PLC按如下方式连接通讯
PLC 部分（9针连接器）计算机部分串口（9针连接器）235235235235
图3.4 PLC通讯电缆接口
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第4章 软件系统实现 4.1 PLC控制程序设计
PLC作为一个工业控制计算机，采用软件编程逻辑代替传统的硬件有线逻辑实现控制。其编成语言是面向被控对象，面向操作者，易于为熟悉继电器控制电路的广大电气技术人员所掌握，通常PLC的编程语言有梯形图语言，指令助记符语言，控制系统流程图语言（功能图编程语言）,布尔代数语言等,大型PLC还可用高级语言.［3］
不同厂家，甚至不同型号的PLC产品使用的编程语言及编程语言中所采用的符号也不尽相同.
一、梯形图语言（LD，Ladder Diagram）
梯形图语言是在继电—接触器控制原理的基础上演变而来的一种图形语言，它形象、直观，为广大电气人员所熟悉，是中、小型PLC的主要程序语言。它将PLC内部的各种编成元件（如输入继电器，输出继电器，内部继电器，定时器,计数器等)和命令用特定的图形符号和标注加以描述，并赋予一定的意义。
二、指令助记符语言
梯形图语言虽然直观、方便，但PLC须配有较大的显示器才能输入图形符号，而小型机，特别是在生产现场编制调试程序时，常要借助于编程器.它显示屏小，采用的是助记符语言，这是一种类似微机的汇编语言的助记符编成表达式。不同厂家的PLC指令语句表使用的助记符并不相同,但基本上大同小异。
三、功能图编程语言（SCF）
这是一种较新的编程方法，它是用像控制系统流程图一样的功能图表达一个控制过程,目前国际电工协会（IEC）正在实施发展这种新式的编成标准。不同厂家的PLC对这种编成语言所用的符号和名称也不一样。其优点为：
1，特别适宜顺序系统的设计，可以灵活地控制系统流程，实现复杂控制。 2，易于将传统的手控方是选择和自动运行等多种工作模式结合在一起。 3，有利于提高程序的效率。
4，程序的可读性好，容易调试和修改. 四、高级语言编程
近几年推出的PLC产品，尤其是大型PLC，已经开始使用BASIC高级语言进行编程。有的PLC采用类似PASCAL语言的专用语言，系统软件具有这种专用语言的自动编译程序。采用高级语言编程后，用户可以像使用普通计算机一样操作PLC。除了完成逻辑功能外，还可以进行PID调节、数据采集和处理以及与上位机通信等。
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4。1.1 编程软件KGL_WE Application 简介
KGL for Windows的特征
KGL for Windows是LG Master—K系列和 LG MASTER—K系列编程和调试工具。KGL for Windows 有以下相当丰富的特征。
PLC 系统由工程[Project］结构
KGL for Windows把用户自定义程序当成一个包括参数和变量/注释的工程[Project]来管理。
同时有允许用户把程序(*。PRG）,参数*(。PMT)，，变量（*。VAR),注释(＊。CNT）各自保存起来，是这些单独的文件应用到别的工程[Project]中。
2) 用户友好接口
为创建,编辑和监视提供简单的和友好的接口。 3） 在线编辑
在在线方式下可以获得实时编辑。在在线条件下编辑的程序可以自动的下载、而不必停止PLC的硬件。
4) 从PLC监视信息
用户可以轻易的监视PLC的状态如：错误状态，网络信息和系统信息。 5） 调试和自诊断(LG MASTER-K系列）
在精确调试中可以得到取样跟踪，触发和强制I/O Enable. 创建一个工程［Project］
双击 KGL_WIN。exe 文件去运行KGL for Windows或可执行文件。开始屏幕如下所示。
为创建一个新的工程,在开始屏幕选择 工程Project]— 新工程New Project］… ( )。
在对话框内选择‘Blank Project’，然后点击‘OK’按钮。如图4.1所示。
图4。1 新建工程
在如下的对话框中键入：
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PLC类型，编程语言,标题,公司，作者和描述。
图4。2 添加注释
点击‘OK’按钮,然后,过程,消息,和程序窗体会自动显示。 创建一个梯级图程序
在梯级图工具条内选择了常开触点(方。如图4.3所示。
） 图标后,把光标移动到要插入触点的地
图4.3 设置触点属性
点击鼠标的左键或按下‘Enter’键，然后将出现触点输入对话框.键入触点名（M0000),点击‘OK’按钮或按下‘Enter’键。如图4。4。
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图4.4 常开触点
在梯级图工具条内选择了输出Coil （点击鼠标按钮或按下Enter;键。
） 图标后，把光标移动M000的下一列。
在梯级图工具条内选择常闭触点图标同时把光标移动到插入触点的地方。点击鼠标或按下Enter键，去打开触点输入的输入对话框。
为了完成程序的编辑，在下一行插入『END』指令. 选择应用指令图标 (插入『END』指令，按下Enter 键或点击鼠标按钮。 如图4.5所示。
）去
图4.5 完整梯形图
4.1。2 喷泉PLC程序设计
本系统要有三种不同的喷泉控制模式，即要完成三种不同花色类型的喷泉程序设
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计.对于喷泉的控制实际就是对输出点的顺序控制.
喷泉一 控制要求
(1）喷泉由1号~6号，六组喷头组成；
（2)按动开始按钮后，1号先喷，2s后2号喷，再1s后3号喷； (3）3号喷5s后4号，5号，6号间隔1s喷； （4)齐喷5s，后3号,2号依次间隔1s停;
（5）2s后6，5，4依次间隔1s停，再2s后齐喷5s； (6）停3s后循环（2)～（6)步骤
（7）按动停止按钮后，6组喷头全部停止。 PLC系统资源分配
（1)喷泉控制系统的输入有两个按钮：开始按钮和结束按钮，也就是有两个输入量；
（2)输出要控制设备有1号～6号六组喷头,输出量是6个。 PLC系统资源分配如表4.1;
表4。1 喷泉一输入/输出继电器地址分配表
I/O端子 P0000 P0001 P0020 P0021 P0022 P0023 P0024 P0025
作用 开始按钮 结束按钮 1号喷头 2号喷头 3号喷头 4号喷头 5号喷头 6号喷头
梯形图
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0P0000M0017P0001M0001P0020P0020TON T000 260T0001M000211P002017F0122M0011M0017P0001M0001P0021CMP T000 020P0021M001525P002131F0122M0010M0017P0001M0001P0022CMP T000 030P0022M001539P002245F0122M0014M0017P0001M0001P0023CMP T000 080P0023M001553P002359F0122M0013M0017P0001M0001P0024CMP T000 090P0024M001567P002473F0122M0012M0017P0001M0001P0025CMP T000 100P0025M001520
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图4。6 喷泉一主要程序
喷泉二 控制要求
（1）喷泉由1号~11号喷头组成； (2）按动开始按钮后,1号先喷,2s后2号喷； （3）后3号～10号喷头间隔1s开始喷；
（4)10号喷后间隔2s后11号喷，持续5s后全部停; (5）再3s后重复上（2）～(4）步骤； （6)按动停止按钮后,所有喷头全部停止. PLC系统资源分配
（1)喷泉控制系统的输入有两个按钮:开始按钮和结束按钮，也就是有两个输入量；
（2)输出要控制设备有1～11号喷头，输出量是11个. PLC系统资源分配如表4。2；
表4.2 喷泉二输入/输出继电器地址分配表
I/O端子 P0000 P0001 P0020 P0021 P0022 P0023 P0024 P0025 P0026 P0027 P0030 P0031 P0032
作用 开始按钮 结束按钮 1号喷头 2号喷头 3号喷头 4号喷头 5号喷头 6号喷头 7号喷头 8号喷头 9号喷头 10号喷头 11号喷头
梯形图
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0P0000MOO10P0020TON T000 210P00207P002013F0122MOO10CMP TOOO 020P0021P002117P002123F0122MOO10M0020CMP T000 050M002027M002030F0093MOO10MOO10P0022BSFTP P0022 P003137P002243F0122MOO10CMP T000 150P0032P003247P003253F0122CMP T000 200M0010
图4。7 喷泉二主要程序
喷泉三 控制要求
(1）喷泉有16 组喷头组成
（2）按动开始按钮后，16组喷头依次喷,间隔时间为1s； （3）当16组喷头都喷水后，保持同时喷10s；
(4）10s后16组喷头再以相反顺序依次停止，间隔时间仍为1s； （5）当全部停止后，再10s后重复（2)~(4)步骤；
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（6）按动停止按钮后，全部停止。 PLC系统资源分配
（1）喷泉控制系统的输入有两个按钮：开始按钮和结束按钮，也就是有两个输入量；
（2）输出要控制设备有16组喷头，输出量是16个。 PLC系统资源分配如表4。3;
表4。3 喷泉三输入/输出继电器地址分配表
I/O端子 P0000 P0001 P0020 P0021 P0022 P0023 P0024 P0025 P0026 P0027 P0030 P0031 P0032 P0033 P0034 P0035 P0036 P0037
作用 开始按钮 结束按钮 1号喷头 2号喷头 3号喷头 4号喷头 5号喷头 6号喷头 7号喷头 8号喷头 9号喷头 10号喷头 11号喷头 12号喷头 13号喷头 14号喷头 15号喷头 16号喷头
梯形图
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0P0000P0001T0001P0020TON T000 460P0020TON T001 620M000012F009320F0093T0000T0000P0001BSFTP P0037 P0020BSFTP P0020 P0037
图4.8 喷泉三主要程序部分
4。2 组态程序设计
组态程序
在使用工控软件中，我们经常提到组态一词，组态英文是“Configuration”，其意义究竟是什么呢？简单的讲，组态就是用应用软件中提供的工具、方法、完成工程中某一具体任务的过程.
与硬件生产相对照，组态与组装类似。如要组装一台电脑,事先提供了各种型号的主板、机箱、电源、CPU、显示器、硬盘、光驱等,我们的工作就是用这些部件拼凑成自己需要的电脑。当然软件中的组态要比硬件的组装有更大的发挥空间,因为它一般要比硬件中的“部件”更多,而且每个 “部件” 都很灵活，因为软部件都有内部属性，通过改变属性可以改变其规格(如大小、性状、颜色等).
在组态概念出现之前，要实现某一任务，都是通过编写程序（如使用BASIC，C，FORTRAN等）来实现的。编写程序不但工作量大、周期长,而且容易犯错误,不能保证工期。组态软件的出现,解决了这个问题。对于过去需要几个月的工作，通过组态几天就可以完成。
4。2.1 组态王简介
组态王软件是北京亚控科技发展有限公司经过八年开发,五年的各种突发环境的真实考验，两万五千余例工程（钢铁，化工，电力，国家粮库，邮电通讯，环保，水处理，冶金等各行业）的现场运行（包括\"中华世纪坛\"国家标志性工程）,现已成为国内组态软件的客户首选，并且作为首家国内组态软件应用于国防，航空航天等重大领.
组态王具有如下十大特点： 一、工程管理
对于系统集成商和用户来说,一个系统开发人员可能保存有很多个组态王工程，对
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于这些工程的集中管理以及新开发工程中的工程备份等都是比较烦琐的事情.组态王工程管理器的主要作用就是为用户集中管理本机上的所有组态王工程.工程管理器的主要功能包括:新建、删除工程，对工程重命名,搜索指定路径下的所有组态王工程，修改工程属性,工程的备份、恢复，数据词典的导入导出，切换到组态王开发或运行环境等。另外，组态王开发系统提供工程加密，画面和命令语言导入、导出功能.
二、画面制作系统 (1)支持无限色和过渡色
组态王调色板支持无限色,支持二十四种过渡色效果， 组态王的任一种绘图工具都可以使用无限色，大部分图形都支持过渡色效果，巧妙地利用无限色和过渡色效果，可以使您轻松构造面无限逼真、美观的画面.
（2）图库
使用图库具有很多好处：降低了工程人员设计界面的难度,缩短开发周期；用图库开发的软件将具有统一的外观，方便工程人员学习和掌握；利用图库的开放性，工程人员可以生成自己的图库元素，\"一次构造,随处使用\节省了工程人员投资。图库全新改版,提供具有属性定义向导的图库精灵，用户只需稍做调整即能制作具有个性化的图形。
（3）按钮和图形
组态王支持按钮的多种形状和多种效果,并且支持位图按钮，用户可以构造无限漂亮的按钮.另外,组态王支持多种图形格式，如Gif 、Jpg、Bmp等，用户可以充分利用已有的资源，轻松构造自己功能强大且美观的应用系统。
（4）可视化动画连接向导
通过可视化图形操作，直接完成移动、旋转的动画连接定义。 三、报警和事件系统
组态王报警系统全新改版，具有方便、灵活、可靠、易于扩展的特点。组态王分布式报警管理提供多种报警管理功能.包括：基于事件的报警、报警分组管理、报警优先级、报警过滤、新增死区和延时概念等功能，以及通过网络的远程报警管理。组态王还可以记录应用程序事件和操作员操作信息。报警和事件具有多种输出方式:文件、数据库、打印机和报警窗,并且可以利用控件等工具轻松浏览和打印报警数据库的内容.
四、报表系统
组态王提供一套全新的、集成的内嵌式报表系统，内部提供丰富的报表函数，用户可创建多样的报表。提供报表工具条，操作简单明了,比如：日报表的组态只需用户选择需要的变量和每个变量的收集间隔时间；提供报表模板，方便用户调入其它的表
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格。报表能够进行组态，例如有日报表、月报表、年报表、实时报表的组态，另外，报表打印时可以进行预览和页面设置。
五、控件
组态王支持Windows标准的Active X控件（主要为可视控件），包括Microsoft提 供的标准Active X控件和用户自制的Active X控件。Active X控件的引入在很大程度上方便了用户，用户可以灵活地编制一个符合自身需要的控件，或调用一个已有的标准控件,来完成一项复杂的任务，而无须在组态王中做大量的复杂的工作.一般的 Active X控件都具有属性、方法、事件,用户通过控件的这些属性、事件、方法来 完成工作.组态王版本中新增三个功能强大的控件，即数据表格控件(可将ODBC数据源里的大量数据在组态王中进行显示和打印）；历史曲线控件(可动态增删曲线,进行曲线比较,并且数据来源可以是ODBC数据源）；PID调节控件（对过程量进行闭环控制，可实现三种PID控制算法:标准型，归一参数型，和近似微分型)。
六、OPC
全面支持OPC标准(组态王6。0既可以作为OPC服务器，也可以作为OPC客户端）开发人员可以从任何一个OPC服务器直接获取动态数据，并集成到组态王中；同时组态王作为OPC服务器，可向其他符合OPC规范的厂商的控制系统提供数据。OPC节省了不同厂商的控制系统相连的工作量和费用.并且组态王提供SDK开发包，用户可以自己利用VC，VB编制程序，利用组态王的OPC接口来访问组态王的变量和变量的域。
七、通讯系统
（1） 支持远程拨号组态王支持与远程设备间通过拨号方式进行通讯.组态王的远程拨号与组态王原有驱动程序无缝连接，硬件设备端无需更改程序.利用远程拨号能实时显示现场设备运行状况，随时打印，报警和历史数据自动上传等功能。
(2)开发中进行硬件测试 开发系统中有硬件测试界面,在不启动运行系统的情况下,能测试对硬件设备的读写操作，并且IO变量支持时间戳和质量戳，能随时判断数据采集的时间和检查通讯质量的好坏。
（3）支持网络DDE，组态王版本支持win2000操作系统下的DDEshare方式，实现组态王与excel和VB程序间通过网络进行数据交换。
八、安全系统
组态王采用分级和分区保护的双重保护策略。新增用户组和安全区管理，999个不同级别的权限和64个安全区形成双重保护，另外组态王能记录程序运行中操作员的所有操作。
九、网络功能
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组态王完全基于网络的概念,是一种真正的客户——服务器模式,支持分布式历史数据库和分布式报警系统，组态王的网络结构是一种柔性结构，可以将整个应用程序分配给多个服务器，如指定报警服务器和历史数据记录服务器,这样可以提高项目的整体容量结构并改善系统的性能。
十、冗余系统
组态王提供全面的冗余功能,能够有效地减少数据丢失的可能，增加了系统的可靠性, 方便了系统维护。组态王提供三重意义上的冗余功能，即双设备冗余、双机冗余和双网络冗余。对于这三种冗余方式,设计者可综合运用,可以同时采取或采取其中的任意一种或两种.采用冗余后,系统运行时将更加稳定、可靠，对各种情况都能应付自如。
4.2。2 通信数据设置
I/O设备的输入提供现场的信息,例如产品的位置、机器的转速、炉温等等。I/O设备的输出通常用于对现场的控制，例如启动电动机、改变转速、控制阀门和指示灯等等。有些I/O设备(例如PLC）,其本身的程序完成对现场的控制,程序根据输入决定各输出的值。
输入输出的数值存放在I/O设备的寄存器中，寄存器通过其地址进行引用。大多数I/O设备提供与其他设备或计算机进行通讯的通讯端口或数据通道,组态王通过这些通讯通道读写I/O设备的寄存器，采集到的数据可用于进一步的监控。不需要读写I/O设备的寄存器，组态王提供了一种数据定义方法，定义了I/O变量后，可直接使用变量名用于系统控制、操作显示、趋势分析、数据记录和报警显示。
在本系统中，采用串行口进行通讯,在数据通讯前首先要在组态王中添加新的I/O设备，即要使用的金星PLC。在组态王工程浏览器的设备选项中选择COM1口，然后新建一个设备连接，在设备配置向导中选择本次设计所需的PLC型号-金星MASTER—K30H如图4。9所示
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图4。9 连接设备选择
下一步后要给新设备命名，并且对其通讯参数进行设定。具体数值如下： 波特率: 9600bps 数据位： 8 停止位： 1 校验: 无 BCC： 无
到此PLC已经与上位机建立了连接，在组态王中，用测试连接可以建立数据名称，并在数据词典中可以查看.组态王在通讯中要设置数据通讯类型，不同的语句会对应不同的数据类型，所以在数据采集是要特别注意。金星MASTER-K30H 系列PLC数据类型如表4。1
表4.1 数据类型说明
寄存器名称 HSC
上限
下限
数据类型 BYTE_DATATYPE BYTE_DATATYPE BYTE_DATA
读写属性
0 255 读写
M K
0 0
63 31
读写 读写
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TYPE
TS
0
127
BIT_DATATY
PE BIT_DATATY
PE BYTE_DATATYPE BYTE_DATATYPE BYTE_DATATYPE UINT_DATATYPE UINT_DATATYPE UINT_DATATYPE UINT_DATATYPE BYTE_DATATYPE
读写
CS 0 127 读写
F 0 15 只读
P 0 15 读写
D 0 255 读写
TE 0 127 读写
CE 0 127 读写
CP 0 127 只读
TP 0 127 只读
S 0 31 读写
在本系统中共需要采集两组寄存器数据，其中的P寄存器对应的是输入输出口，是用于连接外部设备的装置，如开关、按钮等输入设备以及电磁阀、电机、指示灯等输出设备。
M为辅助继电器，也叫中间继电器.不能向外直接输出，可供程序的中间转换环节使用.
4.2。3 组态画面设计
1、将所有I/O点的参数收集齐全，并填写表格，以备在监控组态软件和PLC上组态时使用。I/O位号名称说明正常状态信号类型逻辑极性是否需要累计运行时间I/O类型如图4.10所示。
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图4。10 I/O分配表
2、搞清楚所使用的I/O设备的生产商、种类、型号、使用的通信接口类型,采用的通信协议，以便在定义I/O设备时做出准确选择。
3、将所有I/O点的I/O标识收集齐全,并填写表格，I/O标识是唯一地确定一个I/O点的关键字，组态软件通过向I/O设备发出I/O标识来请求其对应的数据。在大多数情况下I/O标识是I/O点的地址或位号名称。
图4。11 I/O点地址表
4、根据工艺过程绘制、设计画面结构和画面草图。如图4。12，图4。13。
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图4。12 喷泉一草图
图4.13 喷泉三草图
5、按照第一步统计出的表格，建立实时数据库，正确组态各种变量参数。 6、根据第一步和第二步的统计结果，在实时数据库中建立实时数据库变量与I/O点的一一对应关系，即定义数据连接。如图4。14所示。
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图4.14 定义数据连结
7、根据第四步的画面结构和画面草图,组态每一幅静态的操作画面(主要是绘图）。 8、将操作画面中的图形对象与实时数据库变量建立动画连接关系，规定动画属性和幅度。如图4。15，图4.16,图4.17所示.
图4.15 喷泉一静态图
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图4。16 喷泉二静态图
图4。17 喷泉三静态图
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第5章 系统综合调试 5。1 PLC连接测试
PLC连接到计算机的COM1口，首先要测试计算机与PLC的通讯是否正常，建立一个PLC设备，打开组态软件的工程管理器，双击COM1口,会弹出一个设置COM1串口的属性框，波特率选为9600，数据位为8,停止位为1,奇偶校验为：无校验,通讯方式为：RS232。这里的设定PLC-金星K30H与别的厂家生产的PLC是不同的，这个设定只适合与金星系列的PLC，具体设定如图5。1所示：
图5。1 串口设置
通讯延时可以根据自己的需要自己设定,一般没有特殊要求默认的设定即可，设定主要就是波特率，奇偶校验，数据位和停止为的设定,它们是金星K30H独有的，若是设定错误，会导致PLC无法正常与组态软件连接。
串口设置完后，双击新建，会弹出“设备配置向导”点击“PLC/金星/K30H/串口”,下一步设备名称将“新I/O设备”改为“喷泉控制\口选为“COM1\"，建立完成后,会在新建的旁边出现一个名为“喷泉控制”的新设备.这个新的PLC设备就是组态软件与PLC连接的通道，测试的时候就主要用到这里,这个设定就是软件与硬件连接的重要载体，组态软件上采集上来的数据都是通过这个新建的PLC设备如实的反应在组态的界面上显示的。
鼠标右键点击PLC会弹出菜单,点击“测试PLC/设备测试\"，寄存器选“P0”，数据类型选“BYTE”，添加后点“读取”，会在新建的设备里出现一个二进制数表示的变量
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值在P0寄存器.如图5。2所示:
图5。2 PLC的测试
5.2 组态程序的调试
组态王与PLC的测试完后，就可以进行整个系统的调试,整个系统在组态王界面显示里各个信号是否正常,如果有不正常的情况出现，分析可能存在的原因，如变量设置错误，对象参数设置错误，动画连接错误,表达式错误，命令语言错误等.通过“画面—退出”菜单项,可以退出组态王运行系统,同时也可以通过“系统设置”退出系统。回到工程浏览器或者组态王开发系统,做出相应的修改后再次进入组态王运行系统进行观察,这需要反复多次才能使得系统工作完全正常.
由于需要组态软件对金星K30H的运行和运行进行控制，最开始设计时没有设计到控制方面，原来只是对PLC进行采集并对PLC的状态进行显示，主要是对PLC的P输出、输入口的状态判定，进而显示PLC的状态，如果要是控制PLC的状态,则需要控制PLC的M00(辅助继电器）进行控制。
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第6章 总 结
通过近八周的课程学习，我掌握了更多关于自动控制系统的知识，明白了自动喷泉控制系统的组成,金星系列PLC的功能及特点，以及组态王的连接与画面设计.使我重新系统的学习了网络测控，可编程控制器等课程，熟练掌握了PLC的使用。使我对自动喷泉控制系统的设计制作过程有了一个很深的认识。对一个系统的设计步骤有了清楚的了解，并且掌握了一个系统的设计过程。学会了如何发现问题、解决问题。并在查阅资料的过程中对问题的认识和问题的解决提出了新的见解，分析问题出现的原因,使得对问题的理解更加深刻。同时在老师的指导的过程中向老师学习到了解决问题的新的办法、新思路和对故障分析的新方法。
总而言之，经过这段时间的课程学习,使我在各方面都得到了很好的锻炼，受益匪浅。
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参考文献
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