1、基于PLC的噴泉控制 學號： 姓名： 日期：目錄第1章 緒論11、1選題的背景與意義1第2章 系統總體設計22.1方案的選擇22.1.1 噴泉控制裝置22.1.2 噴泉控制要求22.2系統總體設計3第3章 硬件設計43.1 硬件選型43.1.1 PLC的選擇43.1.2 噴頭的選擇43.1.3 水泵的選擇5 3.1.4噴泉燈和按鈕的選擇53.1.5 變頻器的選擇63.2 PLC 輸入輸出( I /O) 設計63.3系統的硬件接線圖7第4章 軟件設計84.1 系統流程84.1.1 程序流程圖84.1.2 順序功能圖84.2 梯形圖94.3 指令表114.4程序分析11第五章 仿真結果125.1

2、系統仿真12結論14參考文獻15 第1章 緒論1、1選題的背景與意義國內在20世紀80年代以前，噴泉只是建筑給排水和園林造景專業的一個技術細節，從設計到產品制作、工程安裝都沒有形成規模。改革開放以來，隨著國民經濟的發展，人民生活水平的提高，一些城市的城建、園林主管部門在城市建設、改造過程中對噴泉美化和文化氛圍營造上提出了要求，結合當時先進的單片機、通過電磁閥和直流電機調速實行變量控制，設計出了一批噴泉水景。近年來，噴泉走出公園、園林的圍墻和廣場的中心，深入延伸到人們的各個社會活動場所。專業技術人員把計算機技術、信息技術，以及聲、光、電、霧、火、激光、音樂、水幕電影等學科的技術應用到噴泉之中，這

3、些噴泉按照一定的規律改變噴泉式樣，輔以五顏六色的燈光和優美的音樂，使人心曠神怡，流連忘返。隨著可編程控制器在我國的迅速發展，人們對花式噴泉控制的要求也越來越高，使得越來越多的控制部分需用可編程控制器來實現。人們對噴泉的造景功能、娛樂功能，認識逐步提高，開拓了噴泉的應用范圍。適宜于節日、大型集會的廣場噴泉和城市主題調速噴泉，造型簡潔、明快、莊重、大方。在商業廣場、購物中心以及一些景點的大型激光彩色音樂噴泉，歡快、跳躍，富有詩意，有些噴泉配以水幕電影，給人們帶來變幻奇妙的視聽效果。近年來，隨著房地產市場的逐漸升溫，一些住宅小區在景觀設計中，融人了噴泉，使其與小區園林景觀遙相呼應。商場、酒樓內的噴泉

4、小巧、別致，可以調節室內氣溫。這些年，隨著計算機技術的廣泛應用，噴泉方案的制作技術有了極大的發展，方案設計從最初的手工制圖發展到photoshop圖片，再到三維動畫制作的動態噴水方案。噴泉專用產品、設備不斷地更新換代，新材料、新技術的采用，都為噴泉的良性發展提供了技術支持。大多數噴泉除了具有美化環境的功能之外，還具有良好的生態效應、社會效應和廣告效應。第2章 系統總體設計2.1方案的選擇2.1.1 噴泉控制裝置 噴泉工作示意圖如圖2-1所示：圖2-1 噴泉工作示意圖2.1.2 噴泉控制要求本設計中噴泉的控制要求為：1)按下啟動按鈕，噴泉控制裝置開始工作，按下停止按鈕，噴泉控制裝置停止工作。 2

5、）按下噴泉啟動開關后，噴泉工作指示燈一直保持亮的狀態。3）在噴泉工作指示燈亮2 秒后，循環執行下面動作：中央噴水燈中央噴水閥環狀燈環狀噴水閥每個動作持續時間為2 秒。PLC是一種專門為在工業環境下應用而設計的數字運算操作的電子裝置，它所采用的工作方式是循環掃描的方式，在前期準備工作完成后按下噴泉啟動按鈕，PLC掃描到該信號時開始工作。因為PLC采用可以編制程序的存儲器，用來在其內部存儲執行邏輯運算、順序運算、計時、計數和算術運算等操作的指令，并能通過數字式或模擬式的輸入和輸出，控制各種類型的機械或生產過程，所以利用PLC這一特點可以方便的實現控制要求中每個動作持續時間為2秒的設計。PLC就物理

6、結構來看，有豐富的輸入、輸出端，從PLC的邏輯結構來看，內部有許多軟元件，如輸入繼電器、輸出繼電器、狀態組件、定時器、計數器和數據寄存器及器件對應的常開、常閉接點，方便對噴泉開啟、停止、計時等信號的輸入和數量、位置的顯示。2.2系統總體設計從工程實際出發，在制定控制系統的方案時，充分考慮工程的組成和實現，主要從機械部件的動作順序、動作條件、必要的保護和聯鎖，系統的工作方式（如手動、自動、半自動）和安全保護措施及緊急情況處理等著手設計。以下幾點為梯形圖設計過程的主要思路：1） 需要時按下開始開關噴泉開始動作；2） 通過輔助繼電器、計數器、定時器等來實現自動控制工程；3） 需要立即結束時，按下停止

7、按鈕立即斷電。以PLC 為核心的噴泉控制系統整體結構如圖2-2 所示。該系統主要包括電源部分、操作控制部分、變頻器部分、噴泉系控制系統部分。電源部分主要實現電力的提供等; 操作面板主要實現系統的啟動、停止、噴泉系統開關; 變頻器部分實現對電機、水泵等變頻要求; 噴泉系統由PLC 系統進行控制，主要是對噴水裝置及彩燈的實時控制。 控制 PLC 變 面板 頻 噴泉 器 系統 電源 圖2-2 控制系統整體結構框圖第3章 硬件設計3.1 硬件選型 3.1.1 PLC的選擇 根據噴泉的控制要求，聯系到實際控制需求、輸入、輸出等變量的特點，在此使用的是日本三菱的FX2N-32MR繼電器輸出行的PLC來滿足

8、控制要求。除輸入出16-25點的獨立用途外，該PLC還可以適用于在多個基本組件間的連接，模擬控制，定位控制等特殊用途。在基本單元上連接擴展單元或擴展模塊，可進行16-256點的靈活輸入輸出組合。可選用16/32/48/64/80/128點的主機，可以采用最小8點的擴展模塊進行擴展。可根據電源及輸出形式，自由選擇。程序容量：內置800步RAM（可輸入注釋）可使用存儲盒，最大可擴充至16K步。豐富的軟元件應用指令中有多個可使用的簡單指令、高速處理指令、輸入過濾常數可變，中斷輸入處理，直接輸出等。便利指令數字開關的數據讀取，16位數據的讀取，矩陣輸入的讀取，7段顯示器輸出等。數據處理、數據檢索、數據

9、排列、三角函數運算、平方根、浮點小數運算等。特殊用途、脈沖輸出（20KHZ/DC5V，KHZ/DC12V-24V），脈寬調制，PID控制指令等。外部設備相互通信，串行數據傳送，ASCII code印刷，HEX ASCII變換，校驗碼等。時計控制內置時鐘的數據比較、加法、減法、讀出、寫入等。 3.1.2 噴頭的選擇 噴泉的噴頭大致分為直流噴頭、涌泉噴頭、集柬噴頭和旋轉噴頭等，種類繁多，噴出的水型各不相同。根據噴泉設計方案，中央噴頭位于花式噴泉的中心，采用中間小、四周大的技術噴頭組合方案，能夠產生中間噴出的水柱較四周要高、要細的視覺效果，本設計選用SZ-310型號，其余噴頭位于整體噴泉的最外圍，噴

10、頭個數較多，可以采用直流噴頭，本設計選用WX-115型號，具體參數如表3-1所示：表3-1 噴頭參數噴頭型號主要性能連接管安裝尺寸(mm)水壓（kpa)流量(m3/h）噴高( m ) 噴灑直徑（m )直徑（mm)連接方式ABSZ-310100-150200-25019-2325-283-56-1150內螺紋220+120WX-11547-7720內螺紋110+403.1.3 水泵的選擇水泵的種類更具不同的要求，大致分為臥式水泵和潛水泵。根據設計要求對水泵的揚程、流量和適用場合、能耗比、性價比來分析，由于潛水泵放置在水中，不需要泵房，可以降低造價。潛水泵能耗低、體積小、重量輕，不需灌引水，使用、

11、維護及管理方便，能夠達到節約水資源的目的，適合噴泉的噴水要求。本設計中央水泵選用QSP10-13-0.75型號，外圍水泵選用QSP10-10-0.55,具體參數如表3-2所示：表3-2 水泵參數型號流量（m3/h)揚程（m) 功率 （kw)使用電壓（v)頻率（hz)水泵高度（mm)最大外徑（mm)QSP10-13-0.7510130.7538050440168QSP10-10-0.5510100.55380504201503.1.4噴泉燈和按鈕的選擇本設計噴泉燈選用SD-007,電壓AC12V/24V，功率9*1W，顏色紅黃綠藍白七彩，防護等級IP68，外殼材質全不銹鋼制造。該產品由9顆高亮度

12、的美國大功率LED燈作光源，特制硅膠密封圈，外殼為戶外全天候型，符合國家標準，電器三級絕緣。燈體采用全不銹鋼，安全24V電源供電，超低功耗，使用壽命長達5W小時以上，低能耗，高亮度，低溫冷光，不發熱，健康環保，無紅、紫外線輻射，固體發光無污染，無閃屏，防腐防銹，廣泛用于噴水池魚池人工瀑布假山草坪水下泳池等裝飾點綴使用。本設計按鈕選擇GQ12B高強度彩色按鈕開關，安裝孔尺寸12mm，開關額定值2A/36VDC， 開關組合1NO，操作類型自復式，外殼材料鋅鋁合金，鈕頭材料PBT，頭部顏色有紅綠黃藍白黑等，防護等級IP65/IK08。3.1.5 變頻器的選擇變頻器是利用電力半導體器件的通斷作用將工頻

13、電源變換為另一頻率的電能控制裝置。本設計是通過變頻器調速技術來控制每環噴水的高度，本設計選用的是FR-S520(E)系列變頻調速器,其功率范圍0.4-3.7kw(三相220 FR-S520E系列），0.4-1.5kw(單相220v FR-S520E系列）；自動轉矩提升，實現5Hz時150%轉矩輸出；柔性PWM，實現更低噪音運行；內置獨立RS485通訊口；數字式撥盤，設定簡單快捷。變頻器選型時要確定以下幾點：1.采用變頻的目的：恒壓控制或恒流控制等。2.變頻器的負載類型：如葉片泵或容積泵等，特別注意負載的特性曲線，性能曲線決定了應用時的方式方法。3.變頻器與負載的匹配問題：(1)電壓匹配：變頻器

14、的額定電壓與負載的額定電壓相符。(2)電流匹配：普通的離心泵，變頻器的額定電流與電動機的額定電流相符。對于特殊的負載如深水泵等需要參考電機的性能參數，以最大電3.2 PLC 輸入輸出( I /O) 設計系統控制器硬件電路的設計主要是PLC 外圍電路的設計，其關鍵部分為I /O 分配表的設計。I /O 分配表包含了在PLC 控制過程中，PLC 對輸入信號的檢測以及對輸出設備潛水泵、彩燈等的控制。詳細的PLC I /O 分配表如表3-1所示：表3-1 I/O分配表輸入輸出X0總啟動按鈕SB1Y0噴泉工作指示燈X1總停止按鈕SB2Y1中央潛水泵Y2外圍潛水泵Y3中央噴水燈Y4外圍噴水燈3.3系統的硬

15、件接線圖 系統的硬件連接圖即PLC與系統中各個硬件的連接如圖3-1所示：圖3-1 PLC與硬件接線圖 第4章 軟件設計4.1 系統流程4.1.1 程序流程圖軟件部分主要實現整個系統的運行和準確控制。圖4-1為該系統的主程序流程圖，主要包括系統初始化程序、啟動判斷和噴泉系統動作等部分。 開始 初始化 是否啟動 否 是 噴泉系統動作 否 是否結束 是 結束 圖4-1 程序流程圖4.1.2 順序功能圖用基本邏輯指令編寫的PLC程序，重在強調編程軟元件之間的關聯性及邏輯性。通過梯形圖之間的邏輯關系，能較容易理解程序的功能，但從程序設計的角度而言，因邏輯性較強，程序往往較難編寫，且程序的擴展能力也比較弱

16、。本設計中噴泉控制系統的運行，從控制要求分析可以看出，其具有順序控制的特點，即可以采用先做什么、在做什么、然后在做什么的方式，一步步來解決，為此可以采用步進順控指令來實現噴泉控制系統的運行。三菱FX2N系列的步進順控指令STL的狀態繼電器的常開觸點（稱STL觸點）的順控區包括負載驅動、指定轉換條件和制定轉換目標等三個功能。本設計的順序功能圖如圖4-2所示： M8002 S0 X0 Y0 S20 T0 T0 S21 Y3 T1 T1 S22 Y1 T2 T2 S23 Y4 T3 T3 S24 Y2 T4 T4圖4-2 順序功能圖4.2 梯形圖噴泉的控制梯形圖如圖4-3所示：圖4-3 梯形圖4.3

17、 指令表根據梯形圖可得噴泉控制系統的步進順控如表4-1所示：表4-1指令表LD M8002STL S20OUT T1 K20SET S23OUT Y2SET S0OUT T0 K20LD T1STL S23OUT T4 K20LD X0LD T0SET S22OUT Y4LD T4OUT Y0OR T4STLS22OUT T3 K20ANI X1STL S0SET S21OUT Y1LD T3SET S20LD X0STL S21OUT T2 K20SET S24RETSET S20OUT Y3LD T2STL S24END4.4程序分析 PLC運行后，有特殊輔助繼電器M8002產生一個掃描周

18、期的脈沖，程序自動進入初始狀態S0，按下啟動按鈕后，噴泉工作指示燈Y0點亮，且系統2秒后進入S20狀態，驅動定時器計時；2秒時間到后，進入下一通用狀態S21，驅動Y3，中央噴水燈開始工作點亮；2秒時間到后，進入下一通用狀態S22，驅動Y1，中央潛水泵開始工作噴水；2秒時間到后，進入下一通用狀態S23，驅動Y4，外圍噴水燈開始工作點亮；2秒時間到后，進入下一通用狀態S24，驅動Y2，外圍潛水泵開始工作噴水，時間到后回到S20狀態，循環運行。第五章 仿真結果5.1 系統仿真按下啟動按鈕后噴泉系統工作指示燈一直亮，其仿真結果如圖5-1所示：圖5-1 系統工作指示燈仿真定時2秒時間到后，中央噴水燈點亮

19、，仿真結果如圖5-2所示：圖5-2 中央噴水燈仿真 定時2秒時間到后，中央潛水泵開始工作噴水，仿真結果如圖5-3所示：圖5-3 中央潛水泵仿真定時2秒時間到后，外圍噴水燈點亮，仿真結果如圖5-4所示：圖5-4外圍噴水燈仿真定時2秒時間到后，外圍潛水泵開始工作噴水，仿真結果如圖5-5所示：圖5-5 外圍潛水泵仿真2秒時間到后，系統開始循環工作，中央噴水燈點亮，仿真結果如圖5-6所示：圖5-6 系統循環工作仿真結論在完成全部的程序硬件選擇、軟件設計、接線安裝和程序調試之后，該系統能夠正常地完成工作。運用PLC來設計噴泉的控制系統和進行系統仿真無論是從設計思路還是設計過程來說，都非常的方便，并且調試管理簡單明了，人們使用起來得心應手。 通過這次設計實踐，我掌握了PLC的基本編程方法，對PLC的工作原理和使用方法也有了更深刻的理解。在對理論的運用中，提高了我們的工程素質，在沒有做實踐設計以前，我們對知道的撐握都是思想上的，對一些細節不加重視，當我們把自己想出來的程序與到PLC中的時候，問題出現了，不是不能運行，就是運行的結果和要求的結果