0   引言

花式喷泉常用于休闲广场、景区或游乐场所。采用PLC控制，通过改变喷泉喷头的时间控制程序，就可以让花式喷泉变换出不同的花样，以适应不同场合的喷水要求控制。

1   花式喷泉控制要求

以三组喷头A、B、C组成的花式喷泉为例，喷泉示意图及控制时序图如图1、图2所示，使用PLC控制，完成系统设计。

 

图1 plc喷泉示意图

 

图2 控制时序图

控制要求如下。

1)早上8点按下启动按钮SB1，A、B、C三组喷头按照图2所示的时序图循环工作15 h，到晚上11点时自动停止。9 h后，即第二天早上8点，花式喷泉又自动开始按照图2所示的时序图循环工作15 h，即再到晚上11点又自动停止工作。每天都按照上述时间不断循环工作。

2)按下停止按钮SB2后，喷泉停止工作，即3组喷头停止喷水。

2   任务分析

通过控制要求，不难看出，本任务是1个长时限的带延时的顺序控制（工作时间为早8点到晚11点，共15 h；3组喷头按一定的顺序延时工作）。选用S7-200为控制器，PLC有3种（1 ms、10 ms、100 ms）定时时基，最长定时时间为3276.7 s，无法实现本任务时限要

求，因此，需要采用“计数器+定时器”的接力定时，组合实现长时间的延时控制。除此之外，3组喷头按照一定的时序顺序工作，可以选用比较指令，也可以使用几个定时器组成顺序脉冲发生器。因此，采用经验设计法编程，本任务需要综合运用位逻辑指令、比较指令、定时器指令及计数器指令。

另外，如果采用顺序控制设计法完成本任务的编程，需要根据喷泉3组喷头工作的时序图，先绘制出顺序功能图，和经验设计法用到的指令有相通的地方，再转换为SCR程序段梯形图。

无论采用哪种方法，都需要用到定时器和计数器的结合，完成24 h自启动定时和15 h连续喷水控制，因此时钟电路定时控制程序是相通的。

3   任务实施

3.1 经验设计法

针对本任务，首先根据前面所学的典型基本控制电路，运用经验设计法完成程序编程。大致按照以下几步。

1)分析控制要求，选择控制原则。根据前面的分析，长时限的延时控制要求，因此需要用到基本位逻辑指令和定时器+计数器组合来完成。

2)分析系统的控制信号和被控信号，确定输入输出设备。本任务中，启动按钮控制整个系统的开始，停止按钮用来控制喷泉停止工作，3组喷头作为被控制信号，按照时序图喷水实现花式喷泉。因此，系统有2个控制信号，3个被控信号。

3)选配PLC，进行I/O地址分配。

本任务中，控制信号和被控信号分别有2、3个，最小型的CPU222就可以满足需求，同时对I/O地址进行分配，如表1所示。

 

4)画出PLC外部接线图

因为花式喷泉PLC控制接线图和梯形图需要结合才能完成一个系统的设计，外部接线图的辅助触头开关（常开、常闭）需要和梯形图中一一对应。

安装接线时，为了最大程序保护电路，控制喷头喷水的电磁阀YV1、YV2、YV3暂时先不要接到CPU222的输出端，等待梯形图调试通过后再接线，如图3所示。

 

图3 花式喷泉PLC控制线路图

5)设计梯形图程序

梯形图程序的设计，需要设计执行元件的控制程序，用最简单的起保停电路完成程序设计，最后检查控制功能是否实现，完善程序。

首先编辑符号表，如图4所示。

 

图4 花式喷泉PLC控制符号表

通过前面分析任务控制要求可知，该系统的程序控制是一个长时限的带延时的顺序控制（三组喷头按时序图顺序工作），因此在编程设计的时候，需要先设计出来24 h自启动和15 h工作时长的时钟电路，再设计花式喷泉中A、B、C三组喷头的顺序控制，最后增加自启动和停止控制程序，程序图如图5所示。

 

图5 花式喷泉PLC控制程序梯形图

这种普通方法选用6个定时器组成顺序脉冲发生器。根据时序图可以看出，3组喷头的循环周期为30 s，其中最后3 s，3组喷头都没有工作，也就是说工作的有效时间是27 s。因此，这个任务也可以采用比较指令完成喷泉的控制，每个数据和27 s做比较。

西门子PLC的比较指令主要用于2个操作数按一定条件的比较，即2个相同数据类型的有符号数或无符号数的比较判断操作。

比较指令的操作数可以是整数，也可以是实数(浮点数)。在梯形图中用带参数和运算符的常开（动合）触点表示比较指令，比较条件满足（比较结果为真）时，触点闭合，否则断开。

梯形图程序中，比较触点可以直接装入，也可以串、并联使用。在这个任务中，选用时基为100 ms的T37定时器，预置值PT=270。采用比较指令设计的梯形图如图6所示。

 

图6 采用比较指令设计花式喷泉PLC控制程序梯形图

这两种方法总体思路类似，主要是依靠学生的经验进行设计，没有严格意义上的规律可言，需要多次反复修改和完善才能符合设计要求，编程结果也因人而异。单从网络个数来说，比较指令优势明显，网络数量较少，便于理解。

3.2 顺序控制设计法

所谓顺序控制，就是按照控制要求，在每个输入信号的作用下， 根据系统内部的状态和时间顺序，控制每个任务过程中各个执行机构自动有序的进行工作，这种系统就叫顺序控制系统，也称步进控制系统。在本任务中，3组喷头的喷水状态可以分解成几个独立的控制动作，这些动作需要按照时序图的顺序来保证花式喷泉的正常喷水，因此我们可以用顺序控制设计法来完成此任务的PLC程序设计。

首先需要根据顺序控制要求，划分出工作步，再以每步为核心，从起始步开始一步一步，确定出来每步向下一步转换的条件，即跳转条件，绘制出完整的顺序功能图，最后转化为梯形图，完成程序设计。

绘制的顺序功能图如图7所示，起始状态是S0.0，按下启动按钮或者24 h定时自启动作为起始步到工作步的转换条件，3组喷头的不同工作状态分别对应不同的工作步，工作步S0.6到下一步的转换条件是计数器C1（15h），C1计数器到时间，返回S0.0，否则，返回S0.1，开始下一个循环喷水。由于在任何时刻按下停止按钮I0.1，都要回到起始步，所以每一步都有到S0.0的跳变。

 

图7 花式喷泉PLC控制的顺序功能图

采用SCR指令的编程方法，将图7所示的顺序功能图转换为图8所示的PLC控制梯形图，以便于程序展开调试。

 

 

图8 花式喷泉顺序控制PLC程序

4   结论

本文通过花式喷泉PLC控制要求，采用两种不同方法设计，其中经验设计法中又运用了不同指令来分别完成，为PLC初学者编程思路提供参考。

通过这几种思路运用不难发现，编程均用到了定时器+计数器的结合，这是经验设计法和顺序控制法的相通之处；3种不同指令中，经验设计法中比较指令程序设计相对来说，网络最少，但是需要编程者有一定的编程基础；经验设计法中位逻辑指令编写起来没有规律可言，编程结果也不唯一；顺序控制法核心是绘制顺序功能图，只要顺序功能图绘制正确，梯形图的转换是固定的，对于没有编程基础和编程经验的人员，不失为一种较好的选择。

参考文献：

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