基于PLC的噴泉控制

1、基于PLC的噴泉控制 學(xué)號(hào)： 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(tǒng)總體設(shè)計(jì)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(tǒng)總體設(shè)計(jì)3第3章 硬件設(shè)計(jì)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(shè)計(jì)63.3系統(tǒng)的硬件接線圖7第4章 軟件設(shè)計(jì)84.1 系統(tǒng)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(jié)果125.1

2、系統(tǒng)仿真12結(jié)論14參考文獻(xiàn)15 第1章 緒論1、1選題的背景與意義國(guó)內(nèi)在20世紀(jì)80年代以前，噴泉只是建筑給排水和園林造景專業(yè)的一個(gè)技術(shù)細(xì)節(jié)，從設(shè)計(jì)到產(chǎn)品制作、工程安裝都沒有形成規(guī)模。改革開放以來(lái)，隨著國(guó)民經(jīng)濟(jì)的發(fā)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(shè)、改造過(guò)程中對(duì)噴泉美化和文化氛圍營(yíng)造上提出了要求，結(jié)合當(dāng)時(shí)先進(jìn)的單片機(jī)、通過(guò)電磁閥和直流電機(jī)調(diào)速實(shí)行變量控制，設(shè)計(jì)出了一批噴泉水景。近年來(lái)，噴泉走出公園、園林的圍墻和廣場(chǎng)的中心，深入延伸到人們的各個(gè)社會(huì)活動(dòng)場(chǎng)所。專業(yè)技術(shù)人員把計(jì)算機(jī)技術(shù)、信息技術(shù)，以及聲、光、電、霧、火、激光、音樂、水幕電影等學(xué)科的技術(shù)應(yīng)用到噴泉之中，這

3、些噴泉按照一定的規(guī)律改變噴泉式樣，輔以五顏六色的燈光和優(yōu)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(guó)的迅速發(fā)展，人們對(duì)花式噴泉控制的要求也越來(lái)越高，使得越來(lái)越多的控制部分需用可編程控制器來(lái)實(shí)現(xiàn)。人們對(duì)噴泉的造景功能、娛樂功能，認(rèn)識(shí)逐步提高，開拓了噴泉的應(yīng)用范圍。適宜于節(jié)日、大型集會(huì)的廣場(chǎng)噴泉和城市主題調(diào)速噴泉，造型簡(jiǎn)潔、明快、莊重、大方。在商業(yè)廣場(chǎng)、購(gòu)物中心以及一些景點(diǎn)的大型激光彩色音樂噴泉，歡快、跳躍，富有詩(shī)意，有些噴泉配以水幕電影，給人們帶來(lái)變幻奇妙的視聽效果。近年來(lái)，隨著房地產(chǎn)市場(chǎng)的逐漸升溫，一些住宅小區(qū)在景觀設(shè)計(jì)中，融人了噴泉，使其與小區(qū)園林景觀遙相呼應(yīng)。商場(chǎng)、酒樓內(nèi)的噴泉

4、小巧、別致，可以調(diào)節(jié)室內(nèi)氣溫。這些年，隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的廣泛應(yīng)用，噴泉方案的制作技術(shù)有了極大的發(fā)展，方案設(shè)計(jì)從最初的手工制圖發(fā)展到photoshop圖片，再到三維動(dòng)畫制作的動(dòng)態(tài)噴水方案。噴泉專用產(chǎn)品、設(shè)備不斷地更新?lián)Q代，新材料、新技術(shù)的采用，都為噴泉的良性發(fā)展提供了技術(shù)支持。大多數(shù)噴泉除了具有美化環(huán)境的功能之外，還具有良好的生態(tài)效應(yīng)、社會(huì)效應(yīng)和廣告效應(yīng)。第2章 系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)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(shè)計(jì)中噴泉的控制要求為：1)按下啟動(dòng)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(dòng)開關(guān)后，噴泉工作指示燈一直保持亮的狀態(tài)。3）在噴泉工作指示燈亮2 秒后，循環(huán)執(zhí)行下面動(dòng)作：中央噴水燈中央噴水閥環(huán)狀燈環(huán)狀噴水閥每個(gè)動(dòng)作持續(xù)時(shí)間為2 秒。PLC是一種專門為在工業(yè)環(huán)境下應(yīng)用而設(shè)計(jì)的數(shù)字運(yùn)算操作的電子裝置，它所采用的工作方式是循環(huán)掃描的方式，在前期準(zhǔn)備工作完成后按下噴泉啟動(dòng)按鈕，PLC掃描到該信號(hào)時(shí)開始工作。因?yàn)镻LC采用可以編制程序的存儲(chǔ)器，用來(lái)在其內(nèi)部存儲(chǔ)執(zhí)行邏輯運(yùn)算、順序運(yùn)算、計(jì)時(shí)、計(jì)數(shù)和算術(shù)運(yùn)算等操作的指令，并能通過(guò)數(shù)字式或模擬式的輸入和輸出，控制各種類型的機(jī)械或生產(chǎn)過(guò)程，所以利用PLC這一特點(diǎn)可以方便的實(shí)現(xiàn)控制要求中每個(gè)動(dòng)作持續(xù)時(shí)間為2秒的設(shè)計(jì)。PLC就物理

6、結(jié)構(gòu)來(lái)看，有豐富的輸入、輸出端，從PLC的邏輯結(jié)構(gòu)來(lái)看，內(nèi)部有許多軟元件，如輸入繼電器、輸出繼電器、狀態(tài)組件、定時(shí)器、計(jì)數(shù)器和數(shù)據(jù)寄存器及器件對(duì)應(yīng)的常開、常閉接點(diǎn)，方便對(duì)噴泉開啟、停止、計(jì)時(shí)等信號(hào)的輸入和數(shù)量、位置的顯示。2.2系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)從工程實(shí)際出發(fā)，在制定控制系統(tǒng)的方案時(shí)，充分考慮工程的組成和實(shí)現(xiàn)，主要從機(jī)械部件的動(dòng)作順序、動(dòng)作條件、必要的保護(hù)和聯(lián)鎖，系統(tǒng)的工作方式（如手動(dòng)、自動(dòng)、半自動(dòng)）和安全保護(hù)措施及緊急情況處理等著手設(shè)計(jì)。以下幾點(diǎn)為梯形圖設(shè)計(jì)過(guò)程的主要思路：1） 需要時(shí)按下開始開關(guān)噴泉開始動(dòng)作；2） 通過(guò)輔助繼電器、計(jì)數(shù)器、定時(shí)器等來(lái)實(shí)現(xiàn)自動(dòng)控制工程；3） 需要立即結(jié)束時(shí)，按下停止

7、按鈕立即斷電。以PLC 為核心的噴泉控制系統(tǒng)整體結(jié)構(gòu)如圖2-2 所示。該系統(tǒng)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(tǒng)部分。電源部分主要實(shí)現(xiàn)電力的提供等; 操作面板主要實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的啟動(dòng)、停止、噴泉系統(tǒng)開關(guān); 變頻器部分實(shí)現(xiàn)對(duì)電機(jī)、水泵等變頻要求; 噴泉系統(tǒng)由PLC 系統(tǒng)進(jìn)行控制，主要是對(duì)噴水裝置及彩燈的實(shí)時(shí)控制。 控制 PLC 變 面板 頻 噴泉 器 系統(tǒng) 電源 圖2-2 控制系統(tǒng)整體結(jié)構(gòu)框圖第3章 硬件設(shè)計(jì)3.1 硬件選型 3.1.1 PLC的選擇 根據(jù)噴泉的控制要求，聯(lián)系到實(shí)際控制需求、輸入、輸出等變量的特點(diǎn)，在此使用的是日本三菱的FX2N-32MR繼電器輸出行的PLC來(lái)滿足

8、控制要求。除輸入出16-25點(diǎn)的獨(dú)立用途外，該P(yáng)LC還可以適用于在多個(gè)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(kuò)展單元或擴(kuò)展模塊，可進(jìn)行16-256點(diǎn)的靈活輸入輸出組合?？蛇x用16/32/48/64/80/128點(diǎn)的主機(jī)，可以采用最小8點(diǎn)的擴(kuò)展模塊進(jìn)行擴(kuò)展?？筛鶕?jù)電源及輸出形式，自由選擇。程序容量：內(nèi)置800步RAM（可輸入注釋）可使用存儲(chǔ)盒，最大可擴(kuò)充至16K步。豐富的軟元件應(yīng)用指令中有多個(gè)可使用的簡(jiǎn)單指令、高速處理指令、輸入過(guò)濾常數(shù)可變，中斷輸入處理，直接輸出等。便利指令數(shù)字開關(guān)的數(shù)據(jù)讀取，16位數(shù)據(jù)的讀取，矩陣輸入的讀取，7段顯示器輸出等。數(shù)據(jù)處理、數(shù)據(jù)檢索、數(shù)據(jù)

9、排列、三角函數(shù)運(yùn)算、平方根、浮點(diǎn)小數(shù)運(yùn)算等。特殊用途、脈沖輸出（20KHZ/DC5V，KHZ/DC12V-24V），脈寬調(diào)制，PID控制指令等。外部設(shè)備相互通信，串行數(shù)據(jù)傳送，ASCII code印刷，HEX ASCII變換，校驗(yàn)碼等。時(shí)計(jì)控制內(nèi)置時(shí)鐘的數(shù)據(jù)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(zhuǎn)噴頭等，種類繁多，噴出的水型各不相同。根據(jù)噴泉設(shè)計(jì)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(shù)噴頭組合方案，能夠產(chǎn)生中間噴出的水柱較四周要高、要細(xì)的視覺效果，本設(shè)計(jì)選用SZ-310型號(hào)，其余噴頭位于整體噴泉的最外圍，噴

10、頭個(gè)數(shù)較多，可以采用直流噴頭，本設(shè)計(jì)選用WX-115型號(hào)，具體參數(shù)如表3-1所示：表3-1 噴頭參數(shù)噴頭型號(hào)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-310100-150200-25019-2325-283-56-111.0-1.31.4-1.650內(nèi)螺紋220+120WX-11547-771.5-2.03.4-5.020內(nèi)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(jù)設(shè)計(jì)要求對(duì)水泵的揚(yáng)程、流量和適用場(chǎng)合、能耗比、性價(jià)比來(lái)分析，由于潛水泵放置在水中，不需要泵房，可以降

11、低造價(jià)。潛水泵能耗低、體積小、重量輕，不需灌引水，使用、維護(hù)及管理方便，能夠達(dá)到節(jié)約水資源的目的，適合噴泉的噴水要求。本設(shè)計(jì)中央水泵選用QSP10-13-0.75型號(hào)，外圍水泵選用QSP10-10-0.55,具體參數(shù)如表3-2所示：表3-2 水泵參數(shù)型號(hào)流量（m3/h)揚(yáng)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(shè)計(jì)噴泉燈選用SD-007,電壓AC12V/24V，功率9*1W，顏色紅黃綠藍(lán)白七彩，防

12、護(hù)等級(jí)IP68，外殼材質(zhì)全不銹鋼制造。該產(chǎn)品由9顆高亮度的美國(guó)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(guó)家標(biāo)準(zhǔn)，電器三級(jí)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(zhǎng)達(dá)5W小時(shí)以上，低能耗，高亮度，低溫冷光，不發(fā)熱，健康環(huán)保，無(wú)紅、紫外線輻射，固體發(fā)光無(wú)污染，無(wú)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(diǎn)綴使用。本設(shè)計(jì)按鈕選擇GQ12B高強(qiáng)度彩色按鈕開關(guān)，安裝孔尺寸12mm，開關(guān)額定值2A/36VDC， 開關(guān)組合1NO，操作類型自復(fù)式，外殼材料鋅鋁合金，鈕頭材料PBT，頭部顏色有紅綠黃藍(lán)白黑等，防護(hù)等級(jí)IP65/IK08。3.1.5

13、 變頻器的選擇變頻器是利用電力半導(dǎo)體器件的通斷作用將工頻電源變換為另一頻率的電能控制裝置。本設(shè)計(jì)是通過(guò)變頻器調(diào)速技術(shù)來(lái)控制每環(huán)噴水的高度，本設(shè)計(jì)選用的是FR-S520(E)系列變頻調(diào)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(dòng)轉(zhuǎn)矩提升，實(shí)現(xiàn)5Hz時(shí)150%轉(zhuǎn)矩輸出；柔性PWM，實(shí)現(xiàn)更低噪音運(yùn)行；內(nèi)置獨(dú)立RS485通訊口；數(shù)字式撥盤，設(shè)定簡(jiǎn)單快捷。變頻器選型時(shí)要確定以下幾點(diǎn)：1.采用變頻的目的：恒壓控制或恒流控制等。2.變頻器的負(fù)載類型：如葉片泵或容積泵等，特別注意負(fù)載的特性曲線，性能曲線決定了應(yīng)用時(shí)的方式

14、方法。3.變頻器與負(fù)載的匹配問(wèn)題：(1)電壓匹配：變頻器的額定電壓與負(fù)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(dòng)機(jī)的額定電流相符。對(duì)于特殊的負(fù)載如深水泵等需要參考電機(jī)的性能參數(shù)，以最大電3.2 PLC 輸入輸出( I /O) 設(shè)計(jì)系統(tǒng)控制器硬件電路的設(shè)計(jì)主要是PLC 外圍電路的設(shè)計(jì)，其關(guān)鍵部分為I /O 分配表的設(shè)計(jì)。I /O 分配表包含了在PLC 控制過(guò)程中，PLC 對(duì)輸入信號(hào)的檢測(cè)以及對(duì)輸出設(shè)備潛水泵、彩燈等的控制。詳細(xì)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(dòng)按鈕SB1Y0噴泉工作指示燈X1總停止按鈕SB2Y1中央潛水泵

15、Y2外圍潛水泵Y3中央噴水燈Y4外圍噴水燈3.3系統(tǒng)的硬件接線圖 系統(tǒng)的硬件連接圖即PLC與系統(tǒng)中各個(gè)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(shè)計(jì)4.1 系統(tǒng)流程4.1.1 程序流程圖軟件部分主要實(shí)現(xiàn)整個(gè)系統(tǒng)的運(yùn)行和準(zhǔn)確控制。圖4-1為該系統(tǒng)的主程序流程圖，主要包括系統(tǒng)初始化程序、啟動(dòng)判斷和噴泉系統(tǒng)動(dòng)作等部分。 開始 初始化 是否啟動(dòng) 否 是 噴泉系統(tǒng)動(dòng)作 否 是否結(jié)束 是 結(jié)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(qiáng)調(diào)編程軟元件之間的關(guān)聯(lián)性及邏輯性。通過(guò)梯形圖之間的邏輯關(guān)系，能較容易理解程序的功能，但從程序設(shè)計(jì)的角度而言，

16、因邏輯性較強(qiáng)，程序往往較難編寫，且程序的擴(kuò)展能力也比較弱。本設(shè)計(jì)中噴泉控制系統(tǒng)的運(yùn)行，從控制要求分析可以看出，其具有順序控制的特點(diǎn)，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(lái)解決，為此可以采用步進(jìn)順控指令來(lái)實(shí)現(xiàn)噴泉控制系統(tǒng)的運(yùn)行。三菱FX2N系列的步進(jìn)順控指令STL的狀態(tài)繼電器的常開觸點(diǎn)（稱STL觸點(diǎn)）的順控區(qū)包括負(fù)載驅(qū)動(dòng)、指定轉(zhuǎn)換條件和制定轉(zhuǎn)換目標(biāo)等三個(gè)功能。本設(shè)計(jì)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

17、圖噴泉的控制梯形圖如圖4-3所示：圖4-3 梯形圖4.3 指令表根據(jù)梯形圖可得噴泉控制系統(tǒng)的步進(jìn)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

18、 PLC運(yùn)行后，有特殊輔助繼電器M8002產(chǎn)生一個(gè)掃描周期的脈沖，程序自動(dòng)進(jìn)入初始狀態(tài)S0，按下啟動(dòng)按鈕后，噴泉工作指示燈Y0點(diǎn)亮，且系統(tǒng)2秒后進(jìn)入S20狀態(tài)，驅(qū)動(dòng)定時(shí)器計(jì)時(shí)；2秒時(shí)間到后，進(jìn)入下一通用狀態(tài)S21，驅(qū)動(dòng)Y3，中央噴水燈開始工作點(diǎn)亮；2秒時(shí)間到后，進(jìn)入下一通用狀態(tài)S22，驅(qū)動(dòng)Y1，中央潛水泵開始工作噴水；2秒時(shí)間到后，進(jìn)入下一通用狀態(tài)S23，驅(qū)動(dòng)Y4，外圍噴水燈開始工作點(diǎn)亮；2秒時(shí)間到后，進(jìn)入下一通用狀態(tài)S24，驅(qū)動(dòng)Y2，外圍潛水泵開始工作噴水，時(shí)間到后回到S20狀態(tài)，循環(huán)運(yùn)行。第五章 仿真結(jié)果5.1 系統(tǒng)仿真按下啟動(dòng)按鈕后噴泉系統(tǒng)工作指示燈一直亮，其仿真結(jié)果如圖5-1所示：圖5

19、-1 系統(tǒng)工作指示燈仿真定時(shí)2秒時(shí)間到后，中央噴水燈點(diǎn)亮，仿真結(jié)果如圖5-2所示：圖5-2 中央噴水燈仿真 定時(shí)2秒時(shí)間到后，中央潛水泵開始工作噴水，仿真結(jié)果如圖5-3所示：圖5-3 中央潛水泵仿真定時(shí)2秒時(shí)間到后，外圍噴水燈點(diǎn)亮，仿真結(jié)果如圖5-4所示：圖5-4外圍噴水燈仿真定時(shí)2秒時(shí)間到后，外圍潛水泵開始工作噴水，仿真結(jié)果如圖5-5所示：圖5-5 外圍潛水泵仿真2秒時(shí)間到后，系統(tǒng)開始循環(huán)工作，中央噴水燈點(diǎn)亮，仿真結(jié)果如圖5-6所示：圖5-6 系統(tǒng)循環(huán)工作仿真結(jié)論在完成全部的程序硬件選擇、軟件設(shè)計(jì)、接線安裝和程序調(diào)試之后，該系統(tǒng)能夠正常地完成工作。運(yùn)用PLC來(lái)設(shè)計(jì)噴泉的控制系統(tǒng)和進(jìn)行系統(tǒng)仿真無(wú)論是從設(shè)計(jì)思路還是設(shè)計(jì)過(guò)程來(lái)說(shuō)，都非常的方便，并且調(diào)試管理簡(jiǎn)單明了，人們使用起來(lái)得心應(yīng)手。 通過(guò)這次設(shè)計(jì)實(shí)踐，我掌握了PLC的基本編程方法，對(duì)PLC的工作原理和使用方法也有了更深刻的理解。在對(duì)理論的運(yùn)用中，提高了我們的工程素質(zhì)，在沒有做實(shí)踐設(shè)計(jì)以前，我們對(duì)知道的撐握都是思想上的，對(duì)一些細(xì)節(jié)不加重視，當(dāng)我們把自己想出來(lái)的程序與到PLC中的時(shí)候，問(wèn)題出現(xiàn)了，不是不能運(yùn)行，就是運(yùn)行的結(jié)果和要求