音乐喷泉控制系统的PLC程序设计

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1 音乐喷泉控制系统的PLC程序设计

摘要：本音乐喷泉控制系统是《高级维修电工技术训练》中的一个训练项目，也是高级维修电工职业资格考核项目之一，论文从系统控制要求，i/o分派，程序设计和程序设计中的注意事项等方面做了详细论述，对教师的教学和学生的考工有必然的实践指导意义。同时相关的高级维修电工职业资格考核操作题也可以类似的编程思路和编程方式来实现。

关键词：音乐喷泉控制系统 控制要求 状态转移图（sfc） 程序设计

1、引言

随着人民生活水平的提高，城市环境建设日益得到政府和人民的重视。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、景区等场所。它不仅可以增加周围空气的湿度，减少空气当中的尘埃，降低空气温度，更为人们生活增添了不少的生活情趣。音乐喷泉控制系统能自动且连续的根据音乐的音调改变其形态和灯光，呈现丰富多彩的花型和灯光变化，从而给予观赏者完美的视觉享受。由可编程序控制器plc控制的音乐喷泉，在软件和硬件上均可达到该控制系统的要求。

2、音乐喷泉控制系统控制要求

音乐喷泉控制系统的控制要求多种多样，本控制系统是《高级维修电工专业技能训练》中的一个训练项目，其控制系统构成及控制要求如下：该音乐喷泉控制系统由主喷头，副喷头，主激光灯b，百度文库 - 让每个人平等地提升自我

2 红色灯d，绿色灯e构成。其控制要求：无音乐时，所有喷头和灯可单独控制；当音乐为高音时，接通高压泵，同时b、d组灯亮；当音乐为低音时，接通低压泵，同时b、e组灯亮；当音乐为中音时，接通中压泵，同时b、d、e三组灯亮。

3、音乐喷泉控制系统解读

初看该控制系统的控制要求，感觉其控制比较简单。当输入信号为高音时，其输出高压泵、b、d灯；当输入信号为低音时，输出低压泵、b、e灯；当输入信号为中音时，输出中压泵、b、d、e灯。只需要单流程状态转移图就可实现。加入启动按钮，该系统其i/o需要输入信号四个，输出信号6个就可实现控制要求。但仔细看来，其中还有一个控制要求：无音乐时，所有喷头和灯可单独控制。也就是说该系统的所有输出信号均可手动控制，那就要求输出的五个信号有相对应的五个输入信号来进行手动控制，所以需在原有的i/o分配上加上五个输入信号，共需输入信号10个，输出信号6个。输入信号分别为启动按钮x0，高中低音x2、x3、x4，手动高中低压泵x10、x11、x12，手动b、d、e灯x13、x14、x15；输出信号高中低压泵y0、y1、y2，b、d、e组灯y3、y4、y5。

4、plc的选型

争于对以上控制要求分析及i/o需求，我们可选用三菱fx2n系列的fx2n-32mr型号的plc，fx2n是三菱公司具有代表性的小型plc，其体积只有fx2的50%，运行频度更快，是fx2的6倍，其输入点和输出点均为16个，可满足该控制系统的控制要求。 百度文库 - 让每个人平等地提升自我

3 5、音乐喷泉控制系统程序设计

控制系统实现：争对于以上的本音乐喷泉控制系统的控制要求，我们可以把该控制系统程序分成两个部分来完成。第一部分：手动控制部分，即实现无输入信号时，所有的喷头和灯可单独控制。第二部分：有输入信号（高音、低音、中音）时，对应输出泵和灯。最后把这两部分程序通过整合，完成整个控制系统。因此，要完整本控制系统程序的编写可分三步骤来进行。

第一步：完成手动控制部分程序的编写。手动控制的意思是按下当前控制按钮时，相应输出部分有输出，松开按钮时，对应输出部分无输出，该部分程序相应比较简单，对应输入信号输出相当的泵和灯。由于是手动控制，所以在程序设计过程中无需加入自锁触点。如输入信号为手动高压泵x10时，对应高压泵y0有输出，输入x11时，y1输出即可，当然也可以加上相应的电气保护触点。

第二步：完成自动控制部分程序的编写。自动控制部分即有输入信号（高、中、低音）时所需实现的控制。该控制部分的程序我们可通过单流程状态转移图来实现。初始状态通过特殊辅助继电器m8002驱动，当输入信号为高音（x2=1）时，状态s10激活，高压泵y0、b组灯y3、d组灯y4有输出，当音乐为低音（x4=1）时，状态s20激活，低压泵y1、b组灯y3、e组灯y5有输出，当音乐为中音（x4=1）时，状态s30激活，中压泵y2，所有灯组y3、y4、y5有输出。转移图结束前通过x2驱动返回s10状态，也可以无条件转移至s0状态，效果一样。其状态转移图如下： 百度文库 - 让每个人平等地提升自我

4 通过状态转移图，可以看出，我们将各阶段输出更换为状态，准备更换为初始状态，就得到了状态转移图。状态转移图是状态编程法的重要工具。状态编程的一般思想为：将一个复杂的控制过程分解为若干个工作状态，弄清各状态的工作内容（状态的功能、转移条件和转移方向，即状态的三要素），根据总的控制要求，将各独立状态联系起来，形成状态转移图，进行绘制梯形图程序，写出语句表。对照控制要求，分配、确定状态器元件，弄清每个被分配的状态器的功能。

第三步：将以上两部分程序进行整合。以上两部分程序整合在一起时，可使用plc功能指令中的程序流向控制条件跳步指令cj（fnc00）以及主程序结束指令fend（fnc06）。

两段程序在整合过程当中，应当注意以下几点内容：

(1)程序的跳转，当x0=1时，执行跳转指令，程序跳转到标号p0指针所标位置，被跳过部分程序不执行，其输出保持原状态，即执行自动控制部分程序；当x0=0时，不执行跳转指令，程序按原顺序执行，即手动控制部分程序。在编程中需注意，一个标号只允许出现一次，标号范围是p0至p63，否则程序会出错。手动控制部分程序结束，需加主程序结束指令fend。fend指令表示主程序结束，是一步指令，无操作目标元件。当程序执行到fend时，进行输入处理、输出处理、监视定时器刷新等，完成以后返回到0步。

(2)系统在执行自动控制程序的过程当中，如断开x0，程序应从自动控制程序中止，执行手动控制程序，当前自动控制部分程序的百度文库 - 让每个人平等地提升自我

5 所有输出应中止，所以，在程序跳转指令后面加区间复位指令[zrst

s10 s30]，目的是无论当前自动程序执行到哪一状态，输入是高音还是低音，其输出均复位置0。当然如不用区间复位令，也可以在状态转移图每一状态输出时，串联x0的常开触点，断开x0时，当前状态无输出，一样可实现控制要求，但相应的程序步数会有所增加。

(3)正常情况下，状态转移图初始状态均使用特殊辅助继电器m8002来驱动。m8002作为特殊辅助继电器具有其独特的功能，是plc从stop到run切换时的初始脉冲。即plc上电时激活初始状态s0。那么该程序在运行时，如先让x0=1，进入自动控制状态，进行高、中、低音控制，运行过程中，将x0=0，中止自动控制程序，进行手动控制状态，这一部分运行均是正常。之后再将x0=1，进入自动控制状态时，由于plc一直是处于run状态，没有经过stop至run的切换，使得m8002无法产生上电脉冲，自动控制部分程序无法运行。所以，我们需要在状态转移图部分初始状态的驱动并联上x0的常开触点，这样，当程序由手动切换至自动时，由于x0=1，状态流程图初始状态依然可以激活，自动控制部分程序方可正常运行。

通过前面的分析、状态转移图以及梯形图，我们可得到以下指令表程序：

ld x0 out y5 stl s20

cj p0 fend out y1

ldi x0 p0 out y3

zrst s10 s30 ld m8002 out y5 百度文库 - 让每个人平等地提升自我

6 ld x10 or x0 ld x4

out y0 set s0 set s30

ld x11 stl s0 stl s30

out y1 ld x2 out y2

ld x12 set s10 out y3

out y2 stl s10 out y4

ld x13 out y0 out y5

out y3 out y3 ld x2

ld x14 out y4 out s10

out y4 ld x3 ret

ld x15 set s20 end

6、结语

在这个音乐喷泉控制系统中，由于控制要求中没有要求加停止功能，但在实际工作中，肯定是不适用的，所以我们可根据实际需要，加上停止按钮。在编程过程中，增加输入点一个x1，在状态转移图初始状态点s0输出。程序如下：

stl s0

ld x1

zrst s10 s30

当然，在喷泉控制系统中，也有采用单片机控制的，它以可控制硅作为功率开关元件，由于可控硅承受过电流、过电压能力较差，所以运行的稳定性、可靠性不高，但采用plc控制能很好的解决这百度文库 - 让每个人平等地提升自我

7 一问题。同时通时状态转移图（sfc）的编程方法与传统编程方法相比较，让编程者每次只考虑一个状态，而不用考虑其他状态，使得编程更加容易。另外，plc的定时功能、计数功能、步进功能使得编程者对于程序的修改更加方便，随时可根据实际需要对程序进行修改；plc强大的自诊断功能，能迅速方便的检查判断故障，缩短维修周期，也不需要大量的外围设备和连线，因而大大缩短了施工和投产周期。

参考文献

[1]修电工专业技能训练.中国劳动社会保障出版社,2004.

[2]王兆义.编程控制器教程.机械工业出版社,2004.

作者简介

王亚东，男，1980年12月，职位：电子系实训中心主任：学历：大学本科;研究方向：控制工程。