第三章 花式喷泉系统硬件设计
第三章花式喷泉系统硬件设计
3.1可编程控制器（PLC）的选择
PLC产品的种类繁多，PLC的型号不同,对应着其结构形式、性能、容量、指令系统、编程方式、价格等均各不相同,适用的场合也各有侧重。因此，合理选用PLC，对于提高PLC控制系统的技术经济指标有着重要意义。
3.1.1 PLC概述
可编程控制器，英文称Progammable Controller,简称PLC，本课题中用PLC 作为它的简称。PLC是用于工业现场的电控制器。它源于继电器控制技术，但基于电子计算机。它通过运行存储在其内存中的程序，把经输入电路的物理过程得到的输入信息，变换为所要求的输出信息，进而再通过输出电路的物理过程去实现对负载的控制。可编程控制器是基于微型计算机技术的通用工业自动控制设备，在其早期主要应用于开关量的逻辑控制。l987年国际电工技术委员会（International Electrotechnical Commission，IEC）颁布的PLC标准草案对PLC 做了如下定义：“PLC是一种专门为在工业环境下应用而设计的数字运算操作的电子装置。它采用可以编制程序的存储器，用来在其内部存储执行逻辑运算、顺序运算、计时、计数和算术运算等操作的指令，并能通过数字式或模拟式的输入和输出，控制各种类型的机械或生产过程。PLC及其有关的外围设备都应该按易于与工业控制系统形成一个整体，易于扩展其功能的原则而设计。
PLC有丰富的指令系统，有各种各样的I/O接口、通信接口，有大容量的内存，有可靠的自身监控系统，它通过运行存储在其内存中的程序，把经输入电路的物理过程得到的输入信息，变换为所要求的输出信息，进而再通过输出电路的物理过程去实现对负载的控制，因而具有以下基本的功能：
◆逻辑处理功能；
◆数据运算功能；
◆准确定时功能；
◆高速计数功能；
◆中断处理（可以实现各种内部中断）功能；
◆程序与数据存储功能；
◆联网通信功能；
◆自检测、自诊断功能。
可以说，凡普通小型计算机能实现的功能，PLC 几乎也都可以做到。
3.1.2 PLC 的机型选择
在PLC 系统设计时，首先应确定控制方案，下一步工作就是PLC 工程设计选型。工艺流程的特点和应用要求是设计选型的主要依据。因此，工程设计选型和估算时，应详细分析工艺过程的特点、控制要求，控制任务和范围确定所需的操作和动作，然后根据控制要求，估算输入输出点数、所需存储器容量、确定PLC 的功能、外部设备特性等，最后选择有较高性能价格比的PLC 和设计相应的控制系统。如下图所示为PLC 控制系统示意图。
图3-1 PLC 控制系统示意图 （1）输入输出（I/O ）点数的估算
I/O 点数估算时应考虑适当的余量，通常根据统计的输入输出点数，再增加10%~20%的可扩展余量后，作为输入输出点数估算数据。
（2）存储器容量的估算
存储器容量是可编程序控制器本身能提供的硬件存储单元大小，程序容量是存储器中用户应用项目使用的存储单元的大小，因此程序容量小于存储器容量。设计阶段，由于用户应用程序还未编制，因此，程序容量在设计阶段是未知的，需在程序调试之后才知道。为了设计选型时能对程序容量有一定估算，通常采用存储器容量的估算来代替。
（3）控制功能的选择
该选择包括运算功能、控制功能、通信功能、编程功能、诊断功能和处理可编程控制器
输出模块 编程装置 输入磨块
CPU
模块 控制器 电磁阀 指示灯
电源 按钮 选择开关 限位开关 电源
速度等特性的选择。根据本课题所设计控制的需求，主要介绍一下几种功能的选择。
1.控制功能
PLC主要用于顺序逻辑控制，因此，大多数场合常采用单回路或多回路控制器解决模拟量的控制，有时也采用专用的智能输入输出单元完成所需的控制功能，提高PLC的处理速度和节省存储器容量。
2.编程功能
离线编程方式：PLC和编程器公用一个CPU，编程器在编程模式时，CPU 只为编程器提供服务，不对现场设备进行控制。完成编程后，编程器切换到运行模式，CPU对现场设备进行控制，不能进行编程。离线编程方式降低系统成本，但使用和调试不方便。在离线编程方式：CU和编程器有各自的CPU，主机CPU 负载现场控制，并在一个扫描周期内与编程器进行数据交换，编程器把在线编制的程序或数据发送到主机，下一扫描周期，主机就根据新收到的程序运行。
五种标准化编程语言：顺序功能（SFC）、梯形图（LD）、功能模式图块(FBD)三种图形化语言和语句表（il）、结构体文（ST）两种文本语言。选用的编程语言应遵守其标准（IEC113123），同时，还应该支持多种语言编程方式，如C,Basic 等，以满足特殊控制场合的控制要求。
3.诊断功能
PLC的诊断功能包括硬件和软件的诊断。硬件诊断通过硬件的逻辑判断确定硬件的故障位置，软件诊断分内诊断和外诊断。通过软件对PLC内部的性能和功能进行诊断是内诊断，通过软件对PLC的CPU与外币输入输出等部件信息交换功能进行诊断是外诊断。
PLC的诊断功能的强弱，直接影响对操作和维护人员技术能力的要求，并影响平均维修时间。
选择合适的机型是PLC控制系统硬件配置的关键问题，目前，生产PLC的厂家很多，如西门子，三菱，松下，欧姆龙，LG，ABB公司等，不同厂家的PLC 产品虽然基本功能相似，但有些特殊功能，价格及使用的编程指令和编程软件都不想同，而同一厂家生产的PLC产品又不同系列，同一系类中又有不同的CPU 型号，PLC的功能应强大，要具有开关量逻辑运算，定时，计数，数据处理等基本功能，鉴于本设计对控制速度要求不是很高，主要是开关量控制的应用系统。选用小型PLC就可满足要求。PLC的结构主要有整体性和模块式，本设计属于单片机控制系统宜选用整体式PLC结构。小型PLC一般使用简单编程器，它必须插在PLC上才能进行编程操作，其特点是编程器与PLC共用一个CPU，通过编程器上的方式开关选择PLC的编程，监控和运行工作状态，这种方法就是“离线编程”。简单编程器结构简单，体积小，携带方便，很适合在生产现场调试，
修改程序用。
现在很多PLC都有相应的编程软件，与个人计算机或笔记本电脑相配合，就可以实现“在线编程”。综合以上西门子S7-200系类的CPU 224型PLC可满足设计要求。运用西门子STEP7-Micro/WIN32编程软件编写，调试程序并下载到PLC中，让PLC完成响应的控制任务。还可以在PLC运行的模式下调试程序，非常的方便。如下表3-1为PLC选型模块名称及工作环境条件
表3-1 PLC选型模块名称及工作环境条件
模块名称及工作环境条件型号和说明
电源AC200V，允许变化范围为-15%~+15%，频率为
47~53HZ，瞬间停电保持10ms。
开关量输入模块输入点为12点输入，工作电压为24V直流输入
开关量输出模块10点晶体管输出，工作电压24V的EM222开关
量I/O输出模块
CPU CPU224型，水平安装0~550C，垂直安装0~450C，
5~95%，8K字节/典型值为2.6K条指令的程序存储，
2.5K字的数据存储，一个RS485通信接口
湿度工作温度0~55℃，最高为60℃
存储温度存储温度：-40℃~+85℃
湿度相对湿度为5%~95%（无凝结霜）
振动和冲击满足国际电工委员会标准
3.1.3 PLCI/O模块及内存容量的选择
I/O模块：
本设计中的现场执行设备为电磁阀，初步确定选用开关量I/O。根据要求选择合适的I/O点数。
①开关量输入模块种类很多，按输入点：常用的有8点，12点，16点，32点；按工作电压分：常用的有直流5V，12V，24V，48V几种。开关量输入模块工作电压等级主要根据现场检测原件与模块之间的距离来选择，该设计控制距离要求不是很远，可选择24V即可，为了提高控制系统的可靠性，必须考虑门槛电平的大小。所谓门槛电平是指输入点的接通电平和关断电平的差值。门槛电平值越大，抗干扰能力越强，传输距离也越远。
②开关量输出模块的输出方式的选择
继电器输出方式价格便宜，使用电压范围广，导通压降小，承受瞬时过电压和过电流的能力较强，且有隔离作用。但继电器有触点，寿命较短，且响应速度
较慢，使用于动作不频繁的直流负载。
晶体管输出方式属于无触点开关输出，使用寿命长，开关频率高适用于通断频繁的场合基于以上因素，I/O模块确定为12点输入，10点晶体管输出，工作电压24V的EM222开关量I/O模块。
③根据控制要求和I/O点数确定I/O分配表如表3-2.所示
内存容量：
每个I/O点及有关功能原件占用的内存量大致为：
开关量输入原件：10~20B/点；
开关量输出原件：5~10B/点；
定时器/计数器：2B/个；
通信接口：一个接口一般需要300B以上。
表3-2 I/O分配表
输入输出
符号地址功能描述符号地址功能描述
SB1 I0.0 启动按钮HL Q0.0 电源指示灯控制SB2 I0.1 停止按钮YV1 Q0.1 控制中心喷水管SB3 I0.2 电源开关YV2 Q0.2 控制内环喷水管SB4 I0.3 花样1选择开关YV3 Q0.3 控制次外环喷水管SB5 I0.4 花样2选择开关YV4 Q0.4 控制外环喷水管SB6 I0.5 花样3选择开关LR Q0.5 红色彩灯
SB7 I0.6 花样4选择开关LG Q0.6 绿色彩灯
SB8 I0.7 单步/连续选择开关L Y Q0.7 黄色彩灯
LB Q1.1 蓝色彩灯
PLC容量的选择除满足控制要求外，还应留有适当的裕量，以做备用。根据经验，在选择存储容量时，一般按实际要求的10%~25%考虑裕量。对于开关控制系统，存储字数为开关量I/O*8。
3.1.4 PLC工作原理
PLC通电后，需要对硬件和软件作一些初始化工作。为使PLC的输出及时
图3-2 扫描过程 的响应各种输入信号，初始化后PLC 要反复不停地分阶段处理各种不同的任务（见图3-2），这种周而复始的循环工作方式称为扫描工作方式。
1. 读取输入
在PLC 的存储器中，设置了一片区域来存放输入信号和输出信号的状态，它们分别称为输入过程映像寄存器和输出过程映像寄存器。
2. 执行用户程序
PLC 的用户程序由若干条指令组成，指令在存储器中顺利排列。在RUN 模式的程序执行阶段，如果没有跳转指令，CPU 从第一条指令开始，逐条顺序的执行用户程序。
3. 信号处理
在处理信号请求阶段，CPU 处理从通信接口和智能模块接收到的信息，例如读取智能模块的信息并存放在缓冲区中，在适当的时候将信息传递给通信请求方。
4. CPU 自诊断测试
自诊断测试包括定期检测CPU 模块的操作和扩展模块的状态是否正常，将检测定期器复位，以及完成一些别的内容工作。
5. 改写输出
CPU 执行完用户程序后，将输出过程映像寄存器的0/1状态传送到输出模块并锁存起来。梯形图中某一输出位的线圈“通电”时，对应的输出过程映像寄存器为1状态。信号经输出模块隔离和功率放大后，继电器型输出模块中对应的硬件继电器的线圈通电，起常开触电闭合。使外部负载通电工作。 读取输入
执行用户程序
处理信号请求
自诊断检查
改写输出 读取输入 自诊断检查 处理信号请求 改写输出
RUN 模式
STOP 模式
3.2变频器的选择
变频调速技术是针对固定工频而采取的高效节能措施，工频（50Hz）是发电的最佳频率，但它并非是所有用电设备的最佳工作频率，因而导致许多设备长期处于低频率、低功率引述运行状态。占全国耗电2/3的交流电动机目前大多数还在工频、恒速下运动，运行效率只有60%左右。为了提高效率，所以在本设计中用到变频器。
变频器是利用电力半导体器件的通断作用将工频电源变换为另一频率的电能控制装置。我们现在使用的变频器主要采用交——直——交方式（VVVF变频或矢量控制变频），先把贡品交流电源通过整流器转换成直流电源，然后再把直流电源转换成频率、电压均可控制的交流电源以供给电动机。整流部分为三桥式不可控整流器，逆变比分为IGBT三相桥式逆变器，且输出为PWM波形，中间直流环节为滤波、直流储能和缓冲无功功率。
变频器选型时要确定以下几点：
（1）采用变频的目的：恒压控制或恒流控制等。
（2）变频器的负载类型;如叶片泵或容积泵等，特别注意负载的性能曲线，性能曲线决定了应用时的方式方法。
（3）变频器与负载的匹配问题：
1.电压匹配：变频器的额定电压与负载的额定电压相符。
2.电流匹配：普通的离心泵，变频器的额定电流与电动机的额定电流相符。对于特殊的负载如深水泵等需要参考电机的性能参数，以最大电流确定变频器电流和过载能力。
3.转矩匹配：这种情况在恒转矩负载或又减速装置时有可能发生。
Ⅰ.在使用变频器驱动告诉电机时，由于高速电机的电抗小，高次谐波增加导致输出电流地阿牛值增大。因此用于高速电机的变频器的选型，其容量要稍大于普通电机的选型。
Ⅱ.变频器如果要长电缆运行时，此时要采取措施抑制长电缆对地耦合电容的影响，避免变频器出力不足，所以在这样的情况下，变频器容量要更大一档或者在变频器的输出端安装输出电抗器。
Ⅲ.对于一些特殊的应用场合，如高温，高海拔，此时会引起变频器的降容，变频器的容量要放大一档。
本设计是通过变频器苏调技术来控制每环喷水的高度。我选用的是FR-S520（E）系列变频调速器，其实物图如图3-4示。下面简单介绍其功能特点：简单、易用型
◆功率范围：0.4~3.7KW (三相200V FR-S520E系列)0.4~1.5kW (单相220V
FR-S520SE系列)
◆自动转矩提升，实现5Hz时150%转矩输出
◆数字式拨盘，设定简单快捷
◆柔性PWM，实现更低噪音运行
◆15段速，PID，4~20mA输入和漏源型转换等多功能
◆内置独立RS485通讯口
图3-3 FR-S520（E）系列变频调速器实物图
3.3泵的选择
泵是一种面大量广通用型号机械设备，它广泛地应用于石油、化工、电力、冶金、矿山、选船、轻工、农业、民用和国防各部门，在国民经济中占有重要的地位。泵的电能消耗起了积极作用。但是目前在国民经济各个领域中，由于选型不合理，许多的泵处于不合理运行状况，运行效率低，浪费了大量能量。还有的泵由于选型不合理，根本不能使用，或者使用维修成本增加，经济效益低。由此可见，合理选泵对节约能源同样具有重要意义。所谓合理选泵，就是要综合考虑泵机组和泵站的投资和运行费用等综合性的技术经济指标，使之符合经济、安全、适用的原则。具体来说，有以下几个方面：必须满足使用流量和扬程的要求，即要求泵的运行工次点经常保持在高效间运行，这样既能剩动力又不易损坏。所选择的水泵既要体积小、重量轻、造价便宜，又要具有良好的特性和较高的效率。具有良好的抗气蚀性能，这样既能减小泵房的开挖深度，又不使水泵发生气蚀，运行平衡、寿命长。
3.3.1选择步骤
（1）列出基本数据：
1.介质的特性：介质名称、比重、粘度、腐蚀性、毒性等。
2.介质中所含固体和颗粒、含量多少。
3.所需要的流量，一般工业用泵在工艺流程中可以忽略管道系统中的泄漏量压力，吸水池压力，排水池压力，管道系统中的压力降。
（2）确定流量扬程和流量
1.如果生产工艺中已给出最小、正常、最大流量，应按最大流量考虑。
2.如果生产工艺中只给出正常流量，应考虑留有一定的余量。
3.如果基本数据值只给重量流量，应换算成体积流量。
3.3.2泵的选型
泵是一种面大量广通用型号机械设备，它广泛地应用于石油、化工、电力、冶金、矿山、选船、轻工、农业、民用和国防各部门，在国民经济中占有重要的地位。泵的电能消耗起了积极作用。由此可见，合理选泵对节约能源同样具有重要意义。所谓合理选泵，就是要综合考虑泵机组和泵站的投资和运行费用等综合性的技术经济指标，使之符合经济、安全、适用的原则。具体来说，有以下几个方面：必须满足使用流量和扬程的要求，即要求泵的运行工次点经常保持在高效间运行，这样既能剩动力又不易损坏。所选择的水泵既要体积小、重量轻、造价便宜，又要具有良好的特性和较高的效率。具有良好的抗气蚀性能，这样既能减小泵房的开挖深度，又不使水泵发生气蚀，运行平衡、寿命长。
深井提水的重要设备。使用时整个机组潜入水中工作。把地下水提取到地表，是生活用水、矿山抢险、工业冷却、农田灌溉、海水提升、轮船调载，还可用于喷泉景观，热水潜水泵用于温泉洗浴，还可适用于从深井中提取地下水，也可用于河流、水库、水渠等提水工程。主要用于农田灌溉及高山区人畜用水，亦可供中央空调冷却、热泵机组、冷泵机组、城市、工厂、铁路、矿山、工地排水使用。一般流量可以达到(10m3~650m3)每小时、扬程可达到1500米。现在喷泉常用的潜水泵有QS、QY、QX、、QJ等系列。
QS系列潜水泵体积小、性能可靠，机泵一体、潜入水中运行主要优越性是：运行可靠、经久耐用、使用方便、功率大、故障少，维修费用低等。流量：10-250（m3/h）。杨程：5-140（m）。
QY系列潜水泵QY型潜水电泵由电动机、水泵和密封三部分组成。电泵的上端，多为离心式水泵；下端为三相鼠笼立式异部电动机。电机全部采用优质整圆硅钢片，效率高，耗电少潜水深度不超过5米水温不超过+40℃。流量：10-300（m3/h）。杨程：4-110（m）。
QX系列潜水泵工程潜水泵泵电一体，结构紧凑，非常适合于基建及矿山的搬运和安装无需引水，使用简便双端密封，电器保护设计合理、性能优良、几无
噪音。流量：5-20（m3/h）。杨程：20-60（m）
QJ系列潜水泵电机与水泵直联，机组全部潜入水中工作，具有结构紧凑、安装、维护方便、体积小、重量轻、高效节能等特点。工作条件1、工作介质为清水或化学性质类似于清水的液体。额定扬程：150米额定流量：10立方米/小时。
从该喷泉所需的扬程、流量、水质、价格等方面考虑该喷泉的水泵必须满足大功率快速精确启停，我选用QY系列的潜水泵，品牌为DESHB(德士比)的QYP100-4.5-2.2喷泉泵。其实物图见其3-4所示：
图3-4 QYP喷泉泵的实物图
3.3.3水泵的参数及性能
（1）水泵的主要参数
水泵参数是指工作性能的主要技术数据，包括流量、扬程、转速、效率和比转数等。
1.流量（Q）
泵的流量市直单位时间所排出的液体的数量。通常泵的流量用体积计算，以Q表示，单位为米3/时（m3/h）、米3/秒（m3/s）、升/秒（1/s），也可用重量计，以G表示，单位为吨/时（t/h）、吨/秒（t/S）、千克/秒（kg/s）。G与Q的关系：
G=r*Q r-液体的重量（千克/米3）（1-1）因水的重量近似1000千克/米3，故 1升/秒=3.6米3/时=3.6吨/时
2.扬程（H）
泵的扬程是指单位重量的液体通过泵所增加的能量。以H表示，实质上就是水泵能够扬水的高度，又叫总扬程或全扬程。单位为米液柱高度，习惯上省去“液柱”，以米（m）表示。泵的总扬程由吸水扬程两部分组成，因此：总扬程=吸水扬程=出水扬程（1-2）
但由于水流经过管路时受到各种阻力而减少了泵的吸水扬程和出水扬程，因此吸水扬程=实际吸水扬程+吸水损失扬程（1-3）
出水扬程=实际出水扬程+出水损失扬程（1-4）
损失扬程=吸水损失扬程+出水损失扬程（1-5）
总扬程=实际扬程+损失扬程（1-6）由于水泵铭牌上表明的扬程是上述水泵的总扬程，因此不能误认为铭牌上的扬程是实际扬程数值，水泵的实际扬程都比水泵铭牌上的扬程数值小。因此在确定水泵扬程时，这一点要特别注意，否则，如果只按实际扬程来确定水泵的扬程，订购来的水泵扬程就低了，那可能会降低水泵的效率，甚至打不上水来。损失扬程与管路上的水管和附近种类（低阀、闸阀、逆止阀、直管、弯管）、数量、水管内径、管长、水管内壁粗糙程度以及水泵流量等都有密切关系，这一点在管路设计和选配水管和附件时也应注意。
1.允许吸上真空高度（HS）
允许吸上真空高度是指真空表读数吸水扬程，也就是泵的吸水扬程（简称泵的吸程），包括实际吸水扬程和吸水损失扬程之和。以Hs表示，单位为米（m）。允许吸上真空高度是安装水泵高度的重要参数，安装水泵时，应使水泵的吸水扬程小于允许吸上真空高度值，否则安装过高，就吸不上水或产生气蚀现象、
2.转速（n）
转速是指泵叶轮每分钟的转数，以n表示，单位为转/分（r/min）。每台泵都有一定的转速，不能随意提高或降低，这个固定的转速称为额定转速，水泵铭牌上标定的转速即为额定转速。如果远大于额定转速，不但会引起动力机超载或转不动，而且泵的零部件也容易损坏；转速降低，泵的效率就会降低，影响水泵的正常工作。
3.比转数（ns）
在前述水泵型号中，有些型号的组成部分有比转数这个参数。比转数与转速是两个概念，水泵的比转数，简称比速，通常用符号为ns。水泵的比转数是指一个假象的所谓标准水泵叶轮的转数，这个假想的水泵与真实水泵的叶轮各部分都几乎相似而在消耗功率为0.735千瓦、扬程为1米、流量为0.075立方米/秒时所具有的转数。叶轮形状相同或相似的水泵比转数相同，叶轮形状不相同或不相似的水泵比转数不相同。如轴流泵比转数比混流泵大，混流泵比转数也是放映水泵特性的综合性指标。此外，要注意比转数大的水泵，其转速不一定高；比转数小的，转速不一定低。大流量、低扬程的水泵，比转数大，防止则小。一般比转数较低的离心泵，其流量小、扬程高；而比转数较高的轴流泵，其流量大、扬程低。
4.功率
功率是指机组在单位时间内作功的大小。水泵功率可分为有效功率、轴功率和配套功率三种。
（1）有效功率
它是出丢水泵内部损失功率后，纯用于羊水所消耗的功率，因此又称为净功率、输出功率或水马力。常用符号为N效，单位为千瓦（或马力）。有效功率只可用水泵的流量和扬程计算得出：
（1-7）（2）轴功率
它是动力机传给水泵轴上的功率，因此称为轴功率或输入功率。要包括泵体内轴承的摩擦、水泵轴与填料的摩擦、水与叶轮、泵壳间的摩擦，以及泵内高压水的回漏等所消耗的功率。
（3）配套功率
它是指水泵应选配的动力机的功率，一次又称有用功率。常用符号为N配，它比轴功率大。这是因为动力机把动力传递给水泵的过程中，有传动损失；同时还要考虑水泵工作时，流量及扬程有波动而可能出现动力机超载，因此动力机需要比水泵轴功率大的功率储备。配套功率可按下式求得：
（1-8）动力安全系数（或称备用系数）可根据水泵轴功率大小确定，轴功率小时取大值。传动交率要根据传动类型和传动方式确定。采用联轴器直接传动时，取0.99。采用皮带传动时，开口式传动取0.98，交叉传动取0.9，半交叉取0.92～0.94；三角带传动取0.96。
5.、效率（n）
效率是指有效功率与轴功率的比值，因此他是反映泵对动力所给予的功率利用程度的技术经济指标。常用符号为n，其大小用百分数来表示。可用下式表达：
（1-9）由于有效功率小与轴功率，因此水泵效率永远小于1。但水泵效率值越大说明有效功率越大，泵内损失功率越小。我们选择水泵时，应尽量选择效率高的水泵铭牌上的效率是指水泵可能达到的最高效率，一般农用水泵的最高效率为60%～80%，有些大型水泵超过了80%。
3.4喷头的选择
喷泉喷头也称喷泉喷嘴全部采用铜或不锈钢制作，这样具有黄金的色彩或银光闪闪，喷头显得豪华气派。其工艺精巧美观，结构合理，性能高效节能。其中常用的有：可调直流喷头、半球形喷头、树冰形喷头、礼花喷头、涌泉喷头、加气喷头、直上喷头等产品系列。
1号喷头：
1号喷头位于中间位置，需要喷出雄壮并且喷射高度高得水柱，所以1号喷头选择直上喷头。
直上喷头是在同一个配水室上安装多角度直射喷嘴，这些喷嘴规格相同时，喷出的水姿雄壮笔直、粗狂美观；这些喷嘴规格不完全相同时，大小喷嘴布设得当，喷出的水姿粗壮有力、层次分明、主题突出、是大型喷泉中心必备的主要喷头。该喷头也叫中心喷头。可调节射流的方向。喷头材质：铸铜、不锈钢，如图3-5所示。
图3-5 直上喷头实物图及安装简图
2号喷头：
2号喷头位于第二层的位置，所喷出的水柱应该比1号所喷出的水柱稍细比1号所喷的水柱要低。所以2号选择可调直流喷头。
可调节直流喷头在各种场合的喷水池中广泛应用，并是音乐喷泉的必备喷头，这种喷头装有球形接头，可沿垂直方向向15度进行调节。可调直流喷头可组合各种不同形状的喷射果，射流的高低和角度的变化，可根据水池形状大小决定。喷头材质：铸铜、不锈钢，如图3-6所示。
图3-6 可调直流喷头实物图及安装简图
3号喷头：
3号喷头喷头应该比2号喷头喷射高度略低比4号喷头喷射高度略高，所喷水柱比2号水柱略粗壮、挺拔。所以3号喷头选择树冰形喷头。
树冰形喷头喷水时外观效果庞大丰满，粗壮挺拔，抗风力较强。喷头安装在导流筒上端与水面齐平，喷水时能将池水带出，形成粗大壮观的水柱。喷头材质：铸铜、不锈钢，如图3-7所示。
图3-7 树冰形喷头实物图及安装简图
4号喷头：
4号喷头位于该喷泉的最外侧，水柱所喷高度应该最低，水量应该较大，择所喷水柱比较灵动。所以选择涌泉喷头。
涌泉喷头也是加气喷头的一种，又称鼓泡喷头、珍珠喷头。喷水时能将气吸入，使水姿形成充满空气的白色水丘，水沫轻溅，古朴灵动。
加气喷头用射流泵的原理，喷水时将空气吸入，以少量的水产生丰满的射流，喷出的水柱呈白色不透明状，反光效果好。喷头材质：铸铜、不锈钢，如图3-8
图3-8 涌泉喷头实物图及安装简图
3.5执行器—阀的选择
实现喷泉喷水管喷与不喷的执行器件为电磁阀。电磁阀是用电磁铁推动阀门的开启与关闭动作的电动执行器，主要优点是：体积小，动作可靠，维修方便，价格便宜。通常用于口径在100mm以下的两位控制中，尤其多用于接通，切断或转换气路或是液路等。
追溯电磁阀的发展史，电磁阀从原理上分为三大类：直动式、分步直动式、先导式。喷泉常用的阀门有球阀、蝶阀、闸阀、止回阀、水下液压阀、水下电磁阀、水下数控阀等。本设计中喷水管要求控制灵活，具有一定的工作压力，使得喷水管有很好的密封、打通特性，以满足喷水管的控制及要求，使用先导式电磁阀比较合适。如图3-9所示。
图3-9 先导式电磁阀
先导式电磁阀工作原理：通电时，电磁力把先导孔打开，上腔室压力迅速下降，在关闭件周围形成上低下高的压差，流体压力推动关闭件向上移动，阀门打开；断电时，弹簧力把先导孔关闭，入口压力通过旁通孔迅速腔室在关阀件周围形成下低上高的压差，流体压力推动关闭件向下移动，关闭阀门。动作时间很短频率较高时一般选用直动式，大口径选用先导式。流体压力范围上限较高，可任意安装(需定制)但必须满足流体压差条件。
先导式电磁阀特性：先导膜片式结构，低功能。保护型膜片结构设计，寿命延长两倍。配管方式可以任意角度安装，为增强寿命最好是水平管接线圈朝上。线圈防护等级IP65。
先导式电磁阀适用介质：液体、水、热水、气体、油、瓦斯等
3.6灯具的选择
该喷泉用四组彩灯分别为红，绿，黄，蓝。从里到外分别对应1处用蓝色的彩灯，2处为黄色的彩灯，3处为绿色彩灯，4处为红色彩灯。每一个喷头处对应一个相应颜色的彩灯。
因为喷泉用彩灯都是安装在水下所以对光线的要求高，对安全性能的要求也要很高，同时对使用寿命要求要长。LED水下灯能够达到上述的要求，所以本设计选择AC 220V LED水下灯，如图3-10所示
图3-10 LED水下灯
3.7电源模块的选择
3.7.1安装布线的注意事项
电源往往是干扰进入PLC是主要途径。PLC系统的电源有两类：外部电源和内部电源。外部电源用来驱动PLC输出设备（负载）和提供输入信号，又称用户电源。同一台PLC的外部电源可能有多种。外部电源的容量与性能由输出负载和PLC的输入电路决定。由于PLC的I/O电路都具有滤波，隔离功能，所以外部电源对PLC性能影响不大，因此，对外部电源的要求不高。内部电源是PLC的工作电源，即PLC内部电路的工作电源。他的性能好坏直接影响到PLC 的可靠性。因此，为了保证PLC的正常工作，对内部电源有较高的要求，一般的PLC的内部电源采用开关式稳压电源或是一次侧带低通滤波器的稳压电源。
在干扰较强或可靠性要求较高的场合，应该用带屏蔽层的隔离变压器，对PLC系统供电，还可以在隔离变压器二次侧串联LC滤波电路，同时，在安装时要注意以下问题：
动力部分、PLC以及I/O电源应分别配线。
隔离变压器与PLC和I/O电源之间最好采用双绞线，以控制串模干扰。
系统的动力线应该足够粗，以降低大容量设备启动时引起的线路压降。
PLC输入电路用外线直接电源时，最好采用稳压电源，以保证正确的输入信号，否则可能使PLC接收到错误的信号。
I/O线与动力线及其它控制线应分开走线，并保持一定的距离，尽量不要在同一线槽中布线。
交流线与直流线、输入线与输出线最好也分开走线。
3.7.2对电源的处理
电源模块的选择一般只需要考虑输出电流，电流模块的额定输出电流必须大于机器模块，I/O模块等消耗电流的总和。选定的电源模块的输出功率必须大于CPU模块，所有I/O模块，各种智能模块总消耗功率之和，并预留30%的余量。
3.7.3 PLC接地
良好的接地是PLC安全可靠性运行的重要条件，PLC与强电设备最好使用不同的接地装置，接地线的截面积应大于2mm2，接地点与PLC的距离应小于50m。
PLC一般最好单独接地，与其它设备分别使用各自的接地装置。在一个工程中，接地处理注意下面几个方面：机体接交流电源的GND并接地；柜内用到的直流电源，将直流电源的接地端点接到系统地；传送模拟信号的屏蔽线进行单点接地，若为了释放高频干扰，数字信号线的屏蔽层应该并联点位均衡器，其电阻应小于屏蔽层电阻的1/10，并将屏蔽层两端接地。若干扰还是无法解决，加隔离器。
通信线全解接地，否则改成全隔离或者转成光钎通信，不受任何干扰；屏蔽接地电极与变压器零线等其它强电设备接地电极的距离大于15cm；信号线必须要有唯一的参考地，屏蔽电缆遇到有可能产生传导干扰场合，也要在在就地或者控制室唯一接地，防止形成“地环路”。
3.8硬件接线图及元件明细表
系统硬件接线图：
CPU224本机集成14输入/10输出共24个数字量I/O点。可连接7个扩展模块，最大扩展至168路数字量I/O点或35路模拟量I/O点。13K字节程序和数据存储空间。6个独立的30kHz高速计数器，2路独立的20kHz高速脉冲输出，具有PID控制器。1个RS485通讯/编程口，具有PPI通讯协议、MPI通讯协议和自由方式通讯能力。I/O端子排可很容易地整体拆卸。是具有较强控制能力的控制器，CPU模块均可以配接多个扩展模块，连接时CPU模块放在最左侧，扩展模块用扁平电缆与左边的模块连接。
系统硬件接线图如下图所示，PLC内部已经集成了一定数目的数字量I/O 点，但如果用户需要的I/O点数多于CPU单元I/O点数时，就必须对PLC做数字量I/O点数扩展。如下图所示硬件接线图，用开关电源要与PLC隔开，相应的过电流保护设备，短路保护和接地保护的处理要有，保证系统的安全可行性，
其中L1为相线，N为零线，PE为保护接地端子，电路中应有基本的保护装置。
在外部AC/DC电源的输出端接大容量的电容器，负载突变时，可以维持电压稳定，以确保DC电源有足够的抗冲击能力，把所有的DC电源接地可以获得最佳的噪声抑制。
未接地的DC电源的公共端与保护地PE之间用RC并联电路连接，电容和电阻的典型值4700pF和1MΩ。电阻提供了静电释放电路，电容提供了高频噪声同路。
图3-11 系统硬件接线图
图3-12 变频器与水泵的接线图
元件明细表：
表3-3 系统所用元件明细表 序
号
名称 规格/型号 单位 数量 备注 1 可编程控制
器PLC
西门子S7-200系列CPU224型PLC 个 1 用EM222数字量扩展输出模块 2 变频器 FR-S520（E ）系列变频调
速器
个 1 内置独立RS485通讯口 3 泵 DESHB(德士比)的
QYP100-4.5-2.2喷泉泵 个 4 流量：10-300（m3/h ），杨程：4-110（m ），最
高效率为60%～80%。
4 喷头 1号
直上喷头 个 8 2号
可调直流喷头 个 8 3号
树冰形喷头 个 4 4号
涌泉喷头 个 1 5 执行器—阀 先导式电磁阀
个 4
PLC控制花样喷泉课程设计报告
- 学院：电子与信息工程学院 专业：电气工程及其自动化 课程名称：花式喷泉的PLC控制设计 指导教师：刘芳梅 学生学号：华进049 段石磊096 付成028
1喷泉介绍 常见的几种花样喷泉 随着时代的发展，科技水平的提高，城市的喷泉设备已经十分先进，各种音乐喷泉、程控喷泉、激光喷泉已经层出不穷，变化多端。规模可大可小，射程可高可低，喷出的水，大者如珠，细者如雾，变化万千，引人入胜。喷泉，使静水变为动水，使水也有了灵魂，又辅之以各种灯光效果，使水体具有丰富多彩的形态，可以缓冲、软化城市中“凝固的建筑物”和硬质的地面，以增加城市环境的生机，有益与身心健康并能满足视觉艺术的需要。大型城市广场中的人工动态喷泉，也多来自自然的种种水态，如瀑布、水帘、溢流、溪流、壁泉等，随着科学技术的发展进步，各种喷泉真是花样翻新、层出不穷，几乎达到了人们随心所欲创造各种晶莹剔透、绚丽多姿动态水景的程度。喷泉在当今时代，已经形成了一道独特的人文景观。下面是一些我们日常生活中常见的喷泉： 音乐喷泉是音乐和喷泉的结合，音乐是喷泉的主题，喷泉是音乐内涵的表达，如图1-1 图1-1音乐喷泉 程控喷泉是按照预先编辑的程序定时变换喷水造型，如图1-2。 图1-2程控喷泉 跑动喷泉是按照时序控制喷水，构成各种跑动、跳动、波动等形态，变化多端，如图1-3 图1-3跑动喷泉
可是用单片机通过可控硅作为功率开头元件实现花样喷泉时存在下面的缺点： 1、需要较多的保护电路；2、程序的增减不灵活；3、抗干扰能力差； 4、功率因数低。 而采用PLC能有效的解决这些问题，同时PLC具有较强的自诊断功能，能迅速方便检查出故障，缩短检修时间，确保控制系统的可靠性，稳定性。 花样喷泉的动作状态 1.按下启动按钮，喷泉开始工作；按下停止按钮，喷泉停止工作； 2.喷泉的工作方式由花样选择开关和单步/连续开关决定； 3.当单步/连续开关在单步位置时，喷泉只能按照花样选择开关设定的方式，运行一个循环； 4.花样选择开关用于选择喷泉的喷水花样，考虑以下4种喷水花样： 花样选择开关在位置1时，按下启动按钮后，4号喷头喷水，延时2s后，3号喷头喷水，在延时2s后，2号喷头喷水，又延时2s后，1号喷头喷水。18s后，如果为单步工作方式，则停下来；如果为连续工作方式，则继续循环下去。 花样选择开关在位置2时，按下启动按钮后，1号喷头喷水，延时2s后，2号喷头喷水，在延时2s后，3号喷头喷水，又延时2s后，4号喷头喷水。30s后，如果为单步工作方式，则停下来；如果为连续工作方式，则继续循环下去。 花样选择开关在位置3时，按下启动按钮后，1号、3号喷头喷水，延时3s后，2号、4号喷头喷水，同时1号、3号喷头停止喷水。如此交替运行15s后，4组喷头全部喷水，30s后，如果为单步工作方式，则停下来；如果连续工作方式，则继续循环下去。 花样选择开关在位置4时，按下启动按钮后，按照1->2->3->4的顺序，依次间隔2s喷水，然后一起喷水。30s后，按照 1->2->3->4的顺序，依次间隔2s停止喷水。在经1s延时，按照4->3->2->1的顺序，依次间隔2s 喷水，然后一起喷水，30s后停止。如果为单步工作方式，则停下来；如果为连续工作方式，则继续循环下去。 2 PLC的研究现状 PLC的应用领域 目前PLC在国内外已广泛应用于钢铁、石油、化工、电力、建材、机械制造、汽车、轻纺、交通运输、环保及文化娱乐等各个行业，使用情况大致可归纳为如下几类: 1、开关量的逻辑控制 这是PLC最基本、最广泛的应用领域，它取代传统的继电器电路，实现逻辑控制、顺序控制，既可用于单台设备的控制，也可用于多机群控及自动化流水线。如注塑机、印刷机、订书机械、组合机床、磨床、包装生产线、电镀流水线等。 2、模拟量控制 在工业生产过程当中，有许多连续变化的量，如温度、压力、流量、液位和速度等都
基于PLC的音乐喷泉控制系统设计(1)..
毕业设计（论文） 题目基于PLC的音乐喷泉 控制系统设计 专业电气工程及其自动化 班级 11电气2班 学生张军（20113264 ） 指导教师李林 职称工程师 高科学院 2015 年
摘要 摘要 音乐喷泉是近年来出现的一种园林建筑与花式观赏相结合的一种产物，它集合声、光、色、形于一体，并产生千变万化的水景。随着可编程控制器的迅速发展，音乐喷泉对控制系统的要求也越来越高，使得越来越多的控制部分需要用可编程控制器来实现。 本课题结合任务书的要求，以音乐喷泉为研究对象，采用三菱PLC作为喷泉的控制器。设计的控制方式有两种：一种是固定程序运行方式。是按事先设计好的步骤一步一步进行，循环执行。另一种控制方式是通过音乐控制喷泉。是通过PLC的中断程序采集播放音乐的音频信号，PLC对采集的音频信号进行标准化算法，将运算的数据转换成模拟量，通过模拟量输出口输出去控制变频器的输出频率，从而控制水泵转速，达到控制喷泉水柱的高低跟随音乐强弱的变化。 本次设计对音乐喷泉控制系统的总体功能进行了分析，并且对可编程控制技术、变频控制技术的应用、发展趋势作了简要介绍，以及音乐喷泉控制总体设计方案、电气系统的整体设计和PLC程序设计思路、变频参数设置。本次设计改善了音乐喷泉系统的控制品质，提高了音乐喷泉控制系统的稳定性。 关键词：音乐喷泉，控制系统，可编程控制器，变频器
ABSTRACT ABSTRACT In recent years, music fountain is the emergence of a garden building combined with a fancy watch a product, its collection of sound, light, color, shape, and generates kaleidoscope waterscape. Along with the rapid development of the programmable controller, music fountain is becoming more and higher to the requirement of control system; make more and more need to use PLC to realize control part. This topic combined with the requirements of the specification, with music fountain as the research object; adopt Mitsubishi PLC as the controller of the fountain model. Design of the control method has two kinds: one is fixed program operation mode. According to design a good steps in advance step by step, execution cycles. Another way of control is through the music fountain control. By PLC interrupt program audio signal collection and play music, audio signal of PLC to standardize algorithm, the algorithm of data into analog and output by analog output to control the output frequency of frequency converter, so as to control water pump speed, to control the fountain water column height to follow music strength changes. The design of music fountain control system's overall function is analyzed, and the programmable control technology, the application of variable frequency control technology, the development trends are briefly introduced, as well as the music fountain control overall design, the overall design of the electric system and PLC program design and parameter setting of inverter. This design improves the music fountain system control quality; improve the stability of music fountain control system. KEY WORDS: Musical fountain，Control system，PLC，frequency
花样喷泉控制设计
设计题目1: 花样喷泉控制设计 1.任务描述： 在游人和居民经常光顾的场所，如公园、广场、旅游景点及一些知名建筑前，经常会修建一些喷泉供人们休闲、观赏。这些喷泉按一定的规律改变喷水式样，如果再与五颜六色的灯光相配合，在和谐优雅的音乐中，更使人心旷神怡，流连忘返。 某广场的花式喷泉示意图如下图所示。 电源 单步/连续 停止启动 花样选择开关 在上图中，4号为中间喷头，3号为内环状喷头，2号为外环形状喷头，1号为外环形状喷头。 2.控制要求说明： 一、按下启动按钮，喷泉控制装置开始工作；按下停止按钮，喷泉控制装置停止工作。 二、喷泉的工作方式由花样选择开关和单步/连续开关决定。 三、当单步/连续开关在单步位置时，喷泉只能按照花样选择开关设定的方式，运行一个循环。 四、花样选择开关用于选择喷泉的喷水花样，现考虑四种喷水花样。 1 花样选择开关在位置1时，按下启动按钮后，4号喷头喷水，延时2s 后，3号喷头喷水，再延时2s 后，2号喷头喷水，又延时2s 后，1号喷头喷水。18s 后，如果为单步工作方式，则停止下来。如果为连续工作方式，则继
续循环下去。 2 花样选择开关在位置2时，按下启动按钮后，1号喷头喷水，延时2s后，2号喷头喷水，再延时2s后，3号喷头喷水，又延时2s后，4号喷头喷水。30s后，如果为单步工作方式，则停止下来。如果为连续工作方式，则继续循环下去。 3花样选择开关在位置3时，按下启动按钮后，1、3号喷头同时喷水，延时3s后，2、4号喷头喷水，1、3号停止喷水。如此交替运行15s后，4组喷头全喷水，30s后，如果为单步工作方式，则停止下来。如果为连续工作方式，则继续循环下去。 4花样选择开关在位置4时，按下启动按钮后，按照1→2→3→4的顺序，依次间隔2s喷水，然后一起喷水。30s后，按照1→2→3→4顺序，分别延时2s，依次停止喷水。再经1s延时，按照4→3→2→1的顺序，依次间隔2s喷水，然后一起喷水。30s后停止。如果为单步工作方式，则停止下来。如果为连续工作方式，则继续循环下去。
大型花样喷泉控制系统设计开题报告
毕业设计（论文）开题报告题目大型花样喷泉控制系统设计 学院电气与信息工程 学院专业自动化 班级0924122 学号学生姓名指导教师开题日期2016年4月5日
《大型花样喷泉控制系统设计》开题报告 一、选题的背景与意义： （一）课题研究来源 喷泉是由人工构筑的整形或天然泉池中，以喷射优美的水姿，供人们观赏的水景。喷泉是园林中重要的组成部分。现代园林中，除了植物景观外，喷泉也是重要的景观，它既是一种水景艺术，体现了动、静结合，形成明朗活泼的气氛，给人以美的享受；同时，喷泉还可以增加空气中的负离子含量，起到净化空气、增加空气湿度、降低环境温度等作用，喷泉在大型娱乐场所深受人们喜爱，在日常的活动中占着至关重要的位置，同时，大型花样喷泉系统设计也是一个十分重要的研究方向。 （二）课题研究的目的 该系统设计是基于PLC技术的设计，同时加以现代计算机技术的运用，构建的花样喷泉系统，具有系统配置合理,可靠性高,控制精度高和系统成本低等优点,喷泉喷头是完成喷泉艺术造型的主要工作部件，它的作用是把具有一定压力的水，经过造型的喷头，形成绚丽的水花，喷射在水面的上空。各种不同的喷头组合配置，更能创造出千姿百态的水景景观，令人兴奋、激动，产生奇妙的艺术效果。喷泉喷头的种类很多，按照结构形式不同，可分为直射、旋转、水膜、吸力、雾化等多种类型；按照所喷水流的花形可分为蒲公英、喇叭花、牵牛花、冰塔、开屏以及喷雾喷头等多种类型。 （三）课题研究的意义 喷泉原是一种自然景观，是承压水的地面露头。园林中的喷泉，一般是为了造景的需要，人工建造的具有装饰性的喷水装置。喷泉可以湿润周围空气，减少尘埃，降低气温。喷泉的细小水珠同空气分子撞击，能产生大量的负氧离子。因此，喷泉有益于改善城市面貌和增进居民身心健康。随着光、电、声及自动控制装置在喷泉上的应用，音乐喷泉、间歇喷泉、激光喷泉等形成的出现，更加丰富了喷泉的内容，更加丰富了人们在视觉、听觉上的双重感受。这不仅给人们的生活带来可多姿多彩，还是人们的生活环境有了极大的提高，满足了人们的视觉享受。
喷泉控制系统程序设计(三).
《机床电气控制与PLC》 实训报告 题目：喷泉控制系统程序设计（三） 组号：第九组 班级学号： 1202022037 学生姓名：丁振东 指导教师：张慧玲 成绩： 沈阳工学院
目录 课程设计的任务 (2) 1.设计题目 (2) 2.设计内容 (2) 3 . 设计要求 (2) 4 . 进度安排 (2) 摘要 (3) 一、总体设计 (4) 1.P L C的选型 (4) 2.P L C端子分配 (5) 二、P L C程序的设计 (8) 1.设计思想 (8) 2.L P C顺序功能图设计 (8) 3.P L C梯形图设计 (10) 4.P L C指令表 (14) 三、总结 (16) 四、参考文献 (17)
课程设计的任务 1．设计题目：喷泉控制系统程序设计（三） 2．设计内容： 1）喷泉控制要求为“A、B、D同时旋转并喷水12秒—B、D、C同时摆动并喷14秒—A、D、E同时旋转并喷10秒—A、C、D同时摆动并喷7秒--2秒后再循环” 2）每个喷头工作时，都连带红、绿、黄、蓝四个彩灯间隔0.1s循环发光。 3）喷泉可以实现连续操作方式。 4）当选择连续时，要求循环20次后终止循环，发出声光间断报警，按停止按钮终止报警。 3．设计要求： 1）设计端子分配图和顺序功能图 2）设计并调试PLC控制梯形图 3）撰写实训报告 4．进度安排： 1）理解题目要求，查阅资料，确定设计方案1天 2）PLC控制设计与调试 2.5天 3）实训报告撰写1天 4）答辩0.5天
摘要 喷泉是人工环境中最富有生命力的喷泉,它具有分隔空间、增加层次、净化空气美化环境的作用, 具有美化环境的功能，常常博得观赏者的喜爱。喷泉水景首次在我国兴建是18世纪中期，北京圆明园(又名长春园)中的“西洋楼”建筑提升到高处的蓄水池里，然后通过管道供给喷泉。近代，国内外随着城市和工业的发展，改善城市环境，兴建自然景观日益增多。因而水景的艺术形式和规模都有很大发展。 现代高科技把美妙的音乐、多姿的喷泉造型、五彩缤纷的水下灯光、神奇的激光图文，通过电脑有机的结合在一起，给人以音乐声响、视觉形象、色彩变换三位一体的超自然享受。随着我国人民物质生活水平的不断提高，对于精神生活的要求也在不断提高，为进一步改造环境景观，建设一个喷泉是很有必要的。随着科学技术的不断发展和生活水平的不断提高，尤其是喷泉在城市和社区环境建设中起着尤其重要的作用。当今喷泉工程和高新技术的结合正是历史发展的必然趋势，由于喷泉工程中采用了大量的高新技术，从而使喷泉效果更加绚丽多彩，婀娜多姿，令人赏心悦目、流连忘返。 本设计以西门子S7-200系列的PLC为核心控制系统，设计了一个能变换四种式样的喷泉，花样喷泉在PLC的控制之下，喷出各种各样的水柱，给人以一种视觉上美的享受。本次喷泉设计用SFC方法编程，可以使设计思路清晰，编程简便，若需要改变喷水花样和喷水时间，设计方案不必作很大调整，只要把控制程序作相应的修改，不必该变硬件接线图或只需微小改动即可，方便简单。
花式喷泉的PLC控制设计
《电气控制技术》课程设计说明书自动喷泉PLC控制系统设计 学院：电气与信息工程学院 学生姓名： 指导教师：职称 专业：电气工程及其自动化 班级： 学号： 完成时间：
湖南工学院电气控制技术课程设计课题任务书 学院：电气与信息工程学院专业：电气工程及其自动化
1 绪论 1.1课题研究背景 随着城市化进程的加速，花式喷泉可以在人们周围随处可见。比如广场，大厦，小区等。花式喷泉是人造小气候，在炎热的夏日可以起到增湿和降温的作用；也为水体充氧，有利于水体增加自净能力，起到防止水体黑臭的作用。 花式喷泉运行的灵活性是评价花式喷泉优劣的关键，而这与花式喷泉的控制系统息息相关。花式喷泉可以根据自己的设计，设计出各种各样的花样，加上灯光，能给人有种不错的视觉享受。 1985年国际电子委员会（iec）对plc的定义如下： Plc是自动控制技术，计算机技术和通讯技术于一体的一种新型工业控制装置，已跃居工业自动化三大支柱（plc、robot、cad/cam）的首位。可编程控制器，简称plc。它在集成电路、计算机技术的基础上发展起来的一种新型工业控制设备。具有1.可靠性高、抗干扰能力强2.设计、安装容易3.维修工作量少4.功能强、通用性好5.开发周期短、成功率高6.体积小、重量轻、功耗底等特点。具有功能强、可靠性高、配置灵活、使用方便以及体积小、重量轻等优点，已经广泛应用于自动化控制的各个领域，并已成为工业生产自动化的支柱产品。与继电——触发器系统相比系统更加可靠;价格上能与继电——接触器控制系统竞争；易于在现场变更程序；便于使用、维修、维护；能直接推动电磁阀、接触器与之相当的执行机构；能向中央执行机构。 因此，进行花式喷泉的plc控制系统的设计，可以推动喷泉行业的发展，扩大plc在自动控制领域的应用，具有一定的经济和理论研究的价值。 1.2课题设计的目的和意义 随着我国经济的高速发展，微电子技术，计算机技术和自动控制技术也得到了迅速发展，交流变频调速技术已经进入个崭新的时代，其应用越来越广。而随着我国城市化进程的加快和人口大量集聚，环境越来越重要，好的环境能使心身愉快，做事效率提高。其中喷泉可以湿润周围空气，减少尘埃，降低气温。喷泉的细小水珠同空气分子撞击，能产生大量的负氧离子，有益于改善社区面貌和增进居民身心健康。
PLC控制的花样喷泉_毕业论文
安徽机电职业技术学院 基于PLC控制的花样喷泉 毕业生姓名： 指导教师、职称： 学号： 专业名称：生产过程自动化技术
目录 目录 (1) 引言.......................................................................................... 错误！未定义书签。 一. PLC 概述............................................................................. 错误！未定义书签。 1.1 PLC 的产生................................................................... 错误！未定义书签。 1.2 PLC 的结构................................................................... 错误！未定义书签。 1.3 PLC 的应用领域............................................................ 错误！未定义书签。 1.3.1 开关量的逻辑控制............................................... 错误！未定义书签。 1.3.2 模拟量控制 (3) 1.3.3 运动控制............................................................. 错误！未定义书签。 1.3.4 过程控制 (4) 1.3.5 数据处理............................................................. 错误！未定义书签。 1.3.6 通信及联网 (5) 1.4 PLC 的应用特点 (5) 1.4.1 可靠性高 (5) 二、概述及设计目的 (7) 2.1 概述 (7) 2.2 设计目的 (7) 2.3 研究思路和方法 (8) 三、花样喷泉系统的设计 (9) 3.1 PLC 型号的选择 (9) 3.1.1 合理的结构型式 (9) 3.1.2 安装方式的选择 (9) 3.1.3 相应的功能要求 (10) 3.1.4 响应速度要求 (10) 3.1.5 系统可靠性的要求 (10) 3.1.6 机型尽量统一 (11) 四、PLC 的工作原理 (12) 4.1 扫描技术 (12) 4.2 输入采样阶段 (12) 4.3 用户程序执行阶段 (12) 4.4 输出刷新阶段 (13) 五、花样喷泉I/O 分配表及程序设计 (14) 5.1 I/O 分配表 (14) 5.2 程序初始化 (15)
音乐喷泉PLC控制系统设计
小型音乐喷泉自动控制系统 摘要：鉴于目前中、大型音乐喷泉投入大，许多小型企事业单位一是没有这么大场地，二是没有这么多资金投入，使音乐喷泉的应用得到了限制，而我见许多单位为了美化环境都设臵了喷泉，但其控制十分单调，缺乏观赏性。为了改变这个现状，我就利用我从事的技术工作的经验，将现代新技术应用到这一块来。这就是我研究这个题目的初衷。它适用于中小型企事业单位甚至家庭，具有可观的实用价值。 关键词：音乐喷泉变频调速 PLC 自动控制触摸屏 前言： 自2008年到邯郸大学后，系统学习电气自动化知识对音乐喷泉操作进行了理论学习和考察。学习电工专业课程《数字逻辑电路》、《PLC》、《电力拖动》之外，还自己学习电子方面的课程，如《音响》等，通过对市民乐园音乐喷泉系统的熟悉，发现该系统虽然效果好，功能多，宏伟壮观，但一次性投入实在太大，该系统单设计费用就花了200万人民币，更不用说总投入了，它不是一般单位和个人可以承受得了的。而许多中小型企业大部分都为了美化环境而建了喷泉系统，但其控制单一，缺乏变化，令观赏性大打折扣。所以，我就一直想设计一套一次性投入不大，但观赏性相对较强、可靠性又高的价廉物美的、适用于中小型企事业单位的小型音乐喷泉自动控制系统。通过几年的理论学习，我认为自己具备了这个实力，于是决定开发这个项目。 正文 1、方案设想 对于小型企事业单位或家庭而言，要建立一个音乐喷泉系统，我认为一次性投入不能太大，与大型音乐喷泉系统相比，规模应大大缩小，功能也没有必要那么完备。除具备随音乐变化外，再加上几种变化就可以满足需求。就比原来仅仅单一手动调节水柱变化要强许多。尤其对已有喷泉的单位，则投入将更小。只需投入变频器一台或两台、PLC一台、触摸屏一个、DVD一台即可。总投入应在2万元以内（如果原喷泉功率不是十分大的话），是任何一个单位或富裕家庭都能承受的水平。 我的设想是利用音乐的高低通过PLC控制变频器的输出频率，从而改变电动机转速，从而去改变水泵水柱的高低，利用变频器的多段速控制，不需要另外增加通讯模块，可降低成本，同时也具备15种转速变化之多，基本可以反映出音乐强弱变化的全貌。另
花式喷泉的单片机控制系统设计
课程名称：自动控制课程设计 设计题目：花式喷泉的单片机控制院系： 专业： 年级： 姓名： 指导教师： 西南交通大学峨眉校区 2010年7 月22 日
课程设计任务书 专业姓名学号 开题日期：2010年7 月14 日完成日期：2010年7 月22日 题目花式喷泉的单片机控制 一、设计的目的 进一步掌握单片机控制系统的软件、硬件设计方法和步骤，提高思 维逻辑判断能力，训练自我综合运用已学课程的基本知识，独立进行单片机应用技术和开发工作，掌握单片机程序设计、调试和应用电路设计、分析及调试检测。 二、设计的内容及要求 本课程设计以8051单片机为基础，通过控制程序，实现可选择、可输入的多种方式的单步、连续自动运行，以实现自动控制的目的。 三、指导教师评语 四、成绩 指导教师(签章) 年月日
基于MCS－51单片机的花式喷泉控制 摘要：本设计是一种基于单片机的花式喷泉控制方案，通过单片机实现对喷泉喷水样式的的控制。本方案以单片机作为主控核心，通过编写合理的控制程序实现对多个电磁阀不同方案的顺序控制，从而达到控制喷水阀开关的目的，以此来控制不同喷泉样式的形成。本系统具有体积小、硬件少、电路结构简单及容易操作和阅读等优点，通过更改控制程序，还可形成更多的喷泉样式。该控制器实际应用效果较好，运行模式多。与其他喷泉控制相比，具有体积小、价格低、低能耗等优点。在能源比较匮乏的今天，这种控制装置具有重大的现实意义和深远的历史意义，它不仅能够改善人们的生活质量，还能为节约能源作出重大的贡献。 关键字：花式喷泉控制程序电磁阀低能耗单片机
目录 摘要--------------------------------------------------1 第一章绪论--------------------------------------------------------1 ●国内外研究状况及选题的意义----------------------------------1 ●单片机的简介 -----------------------------------------------2 ?单片机发展概述----------------------------------------------------------------2 ?单片机的应用领域-------------------------------------------------------------3 ?MCS-51系列单片机简介-----------------------------------------------------4 第二章喷泉控制设计任务及要求--------------------------------------7 ●概述--------------------------------------------------------7 ●设计任务及要求：------------------------------------------------------------------8第三章喷泉控制硬件设计--------------------------------------------8 ●输入输出管理------------------------------------------------8 ●硬件接线图--------------------------------------------------8 ●喷泉控制系统的控制流程图------------------------------------8 ●操作指示----------------------------------------------------9 第四章喷泉控制程序设计--------------------------------------------10 ●主程序---------------------------------------------------------------------------------11 ●方式1子程序------------------------------------------------------------------------12 ●方式2子程序------------------------------------------------------------------------12 ●方式3子程序------------------------------------------------------------------------13 ●方式4子程序------------------------------------------------------------------------13 ●延时1S程序-------------------------------------------------------------------------14 ●延时2S程序-------------------------------------------------------------------------14 第五章调试与模拟------------------------------------------------- 15 ●编译结果--------------------------------------------------- 15 ●仿真截图--------------------------------------------------- 19 第六章参考文献--------------------------------------------------- 20
喷泉控制系统程序设计
“机电传动控制”课程设计任务书 第十三组 1.设计题目：喷泉控制系统程序设计（一） 2.设计内容： 1）喷泉控制要求为“A、D同时喷6秒，并左右摆动——A、C同时喷7秒并旋转——B、D同时喷10秒并旋转——A、C、B同时喷5秒并摆动—— 2秒后再循环” 2）每个喷头工作时，都连带红、绿、黄、蓝四个彩灯间隔0.1秒循环发光。 3）喷泉可以实现单周期、连续两种操作方式。 4）当选择连续时，要求循环20次后终止循环，发出声光间断报警，按停止按钮终止报警。 3.设计要求： 1）画出端子分配图和顺序功能图 2）设计并调试控制梯形图 3）设计说明书 4.进度安排： 1）理解题目要求，查阅资料，确定设计方案 1天 2）顺序功能图与梯形图设计 2天 3）说明书撰写 1天 4）答辩 1天 指导教师：
目录 1.前言 (3) 第一部分 1概述 (5) 2.设计任务书 (7) 第二部分 1.总体设计 (8) 第三部分 1设计思想 (11) 第四部分 1课程设计总结 (20) 前言 自动控制技术的研究有利于将人类从复杂、危险、繁琐的劳动环境中解放出来并大大提高控制效率。自动控制是工程科学的一个分支。它涉及利用
反馈原理的对动态系统的自动影响，以使得输出值接近我们想要的值。从方法的角度看，它以数学的系统理论为基础。我们今天称作自动控制的是二十世纪中叶产生的控制论的一个分支。 1、 40年代60年代初： 需求动力：市场竞争,资源利用,减轻劳动强度,提高产品质量,适应批量生产需要。主要特点：此阶段主要为单机自动化阶段,主要特点是:各种单机自动化加工设备出现,并不断扩大应用和向纵深方向发展。典型成果和产品：硬件数控系统的数控机床。 2、60年代中70年代初期： 需求动力：市场竞争加剧,要求产品更新快,产品质量高,并适应大中批量生产需要和减轻劳动强度。主要特点：此阶段主要以自动生产线为标志,其主要特点是:在单机自动化的基础上,各种组合机床、组合生产线出现,同时软件数控系统出现并用于机床、等软件开始用于实际工程的设计和制造中,此阶段硬件加工设备适合于大中批量的生产和加工。典型成果和产品：用于钻、镗、铣等加工的自动生产线。 3、70年代中期至今：需求动力：市场环境的变化,使多品种、中小批量生产中普遍性问题愈发严重,要求自动化技术向其广度和深度发展,使其各相关技术高度综合,发挥整体最佳效能。主要特点：自70年代初期美国学者首次提出概念至今,自动化领域已发生了巨大变化,其主要特点是已作为一种哲理、一种方法逐步为人们所接受也是一种实现集成的相应技术,把分散独立的单元自动化技术集成为一个优化的整体。所谓哲理,就是企业应根据需求来分析并克服现存的“瓶颈”,从而实现不断提高实力、竞争力的思想策略;而作为实现集成的相应技术,一般认为是:数据获取、分配、共享;网络和通信;车间层设备控制器;计算机硬、软件的规范、标准等。同时,并行工程作为一种经营哲理和工作模式自80 年代末期开始应用和活跃于自动化技术领域,并将进一步促进单元自动化技术的集成。典型成果和产品：工厂,柔性制造系统 ()。随着现代应用数学新成果的推出和电子计算机的应用，为适应自动控制。宇航技术的发展，自动控制理论跨入了一个新阶段——现代控制理论。主要研究具有高性能，高精度的多变量变参数的最优控制问题，主要采用的方法是以状态为基础的状态空间法。目前，自动控制理论还在继续发展，正向以控制论，信息论，仿生学为基础的智能控制理论深入。 为了实现各种复杂的控制任务，首先要将被控制对象和控制装置按照一定的方式连接起来，组成一个有机的总体，这就是自动控制系统。在自动控制系统中，被控对象的输出量即被控量是要求严格加以控制的物理量，它可以要求保持为某一恒定值，例如温度，压力或飞行航迹等；而控制装置则是对被控对象施加控制作用的机构的总体，它可以采用不同的原理和方式对被控对象进行控制，但最基本的一种是基于反馈控制原理的反馈控制系统。在反馈控制系统中，控制装置对被控装置施加的控制作用，是取自被控量的反馈信息，用来不断修正被控量和控制量之间的偏差从而实现
基于plc的花样喷泉控制系统设计
基于plc的花样喷泉控制系统设计
目录 第一章引言 (3) 1.1课题背景及目的 (3) 1.2本次课程设计任务及要求 (3) 第二章控制方案的选择 (4) 第四章I/O分配表 (5) 第五章PLC硬件连接图 (5) 5.1 PLC硬件连接图 (5) 5.2控制电机的接线图 (7) 第六章顺序连接图 (7) 第七章调试过程及说明 (10) 第八章结束语 (10) 第九章参考文献 (11) 第十章附录 (12) 附录1 控制面板设计 (12) 附录2 梯形图 (12) 附录3 指令表 (21)
第一章引言 1.1课题背景及目的 课程设计在整个教学过程中，是一个非常重要的实践性教学环节，尤其在掌握机电传动控制技术时，仅仅了解工作原理和控制的指令系统是远远不够的。为最大限度的满足生产工艺和机械设备的要求，就需要结合机电传动控制和应用技术的特点，进行初步的工程训练。 在许多休闲广场、景区或游乐场所里,人们经常看到喷泉按一定的规律喷水,景色迷人;若在夜晚配上各种颜色的灯光显示,则更加绚丽多彩.本次课程设计就是通过设计花样式喷泉以机电传动控制课程设计为载体的主要目的，是通过对喷泉简单的自动化控制、简单的工艺过程的调查研究，使学生明确生产工艺对电气控制提出的各项要求。根据这些要求，进行基本的原理设计、工艺设计和操作设计，使学生在课程设计的全过程中，进一步明确设计任务中的各项要求，建立课程设计工作的整体概念，从工程环境、实现手段和操作方式的各个环节入手来设计控制程系统，通过不断的调试和完善软硬件设计，最终能够满足这些要求。 课程设计以培养工程应用能力为主，在独立完成设计任务的同时，还要进行多方面能力的培养和提高，为毕业设计以及毕业后的工作能力打下良好的基础。 1.2本次课程设计任务及要求 某广场的喷泉如图所示，4号为中间喷头，3号为内环状喷头，2号为1次外环状喷头，1号为外环装喷头。
PLC控制花样喷泉
毕业设计（论文）报告 题目基于PLC控制的花样喷泉设计 院（系）别中德机电学院 专业数控技术（数控系统应用与维护） 班级数维1201 姓名周程 学号100121046 指导教师沈小燕 2015年4月
基于PLC控制的花样喷泉设计 摘要:在日常生活中，我们经常在公园、广场及一些建筑前，看到一些喷泉供人们休闲、观赏。随着可编程控制器在我国的快速发展，对花样喷泉的控制要求也越来越高，多数的控制部分需要可编程控制器来实现。使用PLC控制花样喷泉，使用方便，运行可靠，控制程序简单等优点。用梯形图方法编程，思路清晰，编程简单。针对传统的喷泉控制系统一旦设计好控制电路，就不能随便更改的问题，本设计结合西门子S7-200可编程控制器设计能适应不同季节、不同场合的要求目的的花样喷泉系统。该花样喷泉控制系统不但实现了自动转换花样，而且提高了系统的可靠性和安全性，具有硬顶的工业应用和推广价值。 关键词：PLC；花样喷泉；控制系统
Figure fountain design based on PLC Abstract：In daily life,we often in the park,square,tourist and some of the buildings,see some fountain for people to relax,watch.With the programmable controller in China's rapid development of figure fountain control requirements are also getting higher and higher,the control part of the majority of the programmable controller is required to achieve.PLC control the use of fountains,easy to use,reliable operation,has the advantages of simple control https://www.360docs.net/doc/388394862.html,ing ladder diagram programming method,clear thinking,simple programming.In view of the traditional fountain control system once the design control circuit,it can not change the problem,combined with the Siemens S7-200programmable controller design can adapt to different seasons,different fountain patterns of system requirements and upurposes.The figure fountain control system not only realizes the automatic conversion of the pattern,but also improve the safety and reliability of the system,with the hardtop industrial application and popularization value. Key Words:Figure fountain;control system;PLC;
模拟喷泉的PLC设计 开题报告
应天职业技术学院 机电工程系 毕业设计开题报告 2012年10月
专业：电力系统自动化技术 班级供电101学生姓名李盼盼学号1064117毕业设计题目模拟喷泉的PLC设计 任务书下达时间指导教师（签字） 一、课题的来源、选题依据 通过对《PLC原理与应用》的学习，以及在学校THPLC-B型试验台上做的各种PLC应用实验，我对PLC自动控制产生了浓厚的兴趣。 本次课题是指导老师细心拟出的几个课题之一—模拟喷泉的PLC设计。 我见过很多非常漂亮的喷泉，其中有的配合灯光和音乐等效果，喷泉不仅使空气清新之外，景色更是诗情画意令人心生愉悦。而想到能用自己的所学来设计喷泉，感觉这是是非常有意义的事情。能更加深度了解与掌握PLC实际应用的同时，也能了解工程设计中原理设计、工艺设计和操作设计等步骤，从而达到学以致用的目的。 所以我选择了模拟喷泉的PLC设计这个课题来作为我的毕业论文。 二、本课题研究(及实践)意义 随着中国经济的不断发展，城市化水平不断的提高，喷泉作为高质量生活和人文景观的标致，越来越走进大众的视线之中。 近年来喷泉行业得到快速的发展，其中包含计算机技术、以及彩灯、水雾、激光、水幕电影、音乐等学科的技术应用到喷泉之中，把喷泉行业的技术水平推上了一个新的层面。 喷泉具有趣味性可供小孩戏水，观赏性给人美的享受。以设计者的理念为原型，周边环境作为依托，可以创作设计包含何种人文气息，文学内蕴的喷泉，使人们的审美水平得到升华。 PLC以其靠性高，适用性强，能耗低，维护方便，容易改造的优点。使之用来设计喷泉将会非常方便，安全而且易于变更和扩展。
三、该课题研究(及实践)的基本内容、重点和难点 基本内容： 以PLC自动控制装置为设计平台，设计一个喷泉，按下开始按钮，水柱 喷射，经过一段时间后，水柱逆时针旋转循环向外喷射。按下停止按钮，能立即停止。 重点和难点： 1．针对以上要求进行PLC程序设计，程序尽可能完整，富有人性化。要能尽量的节省水源，不能漏电，要能持久使用，喷泉方式多样化； 2．需要确定主要元器件参数值。水泵和喷头的类型，PLC的型号，选用三菱FX2N PLC系列，油浸式潜水泵，旋转喷头； 3．绘制I/O接线图和编制程序。I/O模块分为数字量输入、数字量输出、模拟量输入和模拟量输出4类。CPU分配给数字量I/O模块的地址以字节为单位，一个字节由8个数字量I/O点组成。扩展模块I/O点的字节地址由I/O的类型和模块在同一类I/O模块链中的位置来决定； ； 四、研究方法(及实践手段) 向老师请教交流，和同学合作互助，实训室THPLC-B型模拟实验，在图书馆查阅喷泉设计与PLC应用的资料，上网搜集资料。
(完整版)三菱PLC控制花样喷泉控制系统设计毕业设计
以下文档格式全部为word格式，下载后您可以任意修改编辑。 摘要 随着我国经济文化不断的加速发展，物质生活水平的提高促使着人们迫切的追求更高的生活享受，花样喷泉可以在人们周围随处可见，比如广场、大厦、小区、公园等。于是大大小小的公园如雨后春笋般出现在新的城市规划中，其中必然会修建一些喷泉供人们休闲，观赏。花样喷泉是人造小气候，在炎热的夏日可以起到增湿和降温的作用：也为水体充氧，有利于水体增加自净能力，起到防止水体黑臭的作用。 花样喷泉的核心是PLC，是一种以微处理器为核心、带有指令存储器和输入输出接口、综合了微电子技术、计算机技术、自动控制技术、通信技术的新一代工业控制装置。它能够存储和执行指令，进行位置控制、逻辑控制、顺序控制、定时、计数和算术运算等操作，通过数字式和模拟式的输入和输出，控制各种类型的机械或生产过程。 本设计主要以可编程控制器PLC的控制功能，通过对各个开关的控制，来满足人们对视觉的需求，实现了利用可编程控制器控制花样喷泉的功能，具有接线简单、编程直观、扩展容易等特点。当花样喷泉的功能增加时，只需要增加相应程序以及输出的功能，要改动的地方也较少，调试结果表明，在适应性、灵活性、准确性和可靠性方面，都达到了设计要求。通过本设计，我学习到了很多东西，在工作的细心上也得到了提高。并且，更了解了有关可编程器件的功能。 关键词：花样喷泉、PLC、开关的控制
目录 1引言................................................................... 2 控制要求 .............................................................. 2.1花样控制的几种模式................................................ 2.2 各种模式的动作状态.............................................. 3. PLC简介.............................................................. 3.1 PLC的应用领域.................................................... 3.2 PLC的应用特点.................................................... 4 花样喷泉设计方案...................................................... 4.1 PLC型号的选择.................................................... 4.2 PLC的网络设计.................................................... 4.3软件编制 ......................................................... 4.4 确定所选PLC ...................................................... 4.5 花样喷泉IO分配.................................................. 4.5.1 PLCIO分配简介.............................................. 4.5.2 开关量输出模块的选择........................................ 4.5.3 模拟量IO模块的选择........................................ 4.5.4 特殊功能模块的选择......................................... 4.5.5 系统IO分配表.............................................. 4.6 PLC外部接线图.................................................... 4.7 喷泉控制过程模拟................................................. 5 软件设计 .............................................................. 5.1 喷泉控制流程图...................................................