畢業(yè)論文--多花樣噴泉設(shè)計(jì)研究

1、中國(guó)傳媒大學(xué)專業(yè)學(xué)位碩士學(xué)位論文多花樣噴泉設(shè)計(jì)研究the operating theory of essential truth in journalism作者姓名：學(xué)科、專業(yè)：學(xué) 號(hào)：指導(dǎo)教師：完成日期：shandong un i vers i ty目錄摘要1緒論31. plc 概述51. 1 plc的產(chǎn)生61.2 plc的結(jié)構(gòu)61.3 plc的應(yīng)用領(lǐng)域81.4 plc的應(yīng)用特點(diǎn)92. 概述及設(shè)計(jì)目的102. 1概述102.2設(shè)計(jì)目的112.3研究思路和方法113. 花樣噴泉系統(tǒng)的設(shè)計(jì)123. 1 plc型號(hào)的選擇123. 2 plc 1/0 的分配153. 3開關(guān)量輸入模塊的選擇173.4

2、特殊功能模塊的選擇193.5噴泉水柱的分布3.6噴泉及其參數(shù)的選擇3. 7多樣噴泉的方案193.8多花樣噴泉設(shè)計(jì)原理233.9多花樣噴泉設(shè)計(jì)原理圖244. 設(shè)計(jì)過程254. 1啟動(dòng)和停止的設(shè)計(jì)254.2花樣噴泉控制以及單步控制設(shè)計(jì)254.3程序梯形圖264. 4仿真效果295. 程序調(diào)試316. 設(shè)計(jì)優(yōu)缺點(diǎn)367. 設(shè)計(jì)體會(huì)368. 感謝詞269. 參考文獻(xiàn)3710. 附錄一11. 附錄二摘要在游人和居民經(jīng)常光顧的場(chǎng)所，如公園、廣場(chǎng)、旅游景點(diǎn)及一些知名 建筑前，經(jīng)常會(huì)修建一些噴泉供人們休閑、觀賞。這些噴泉按一定的規(guī)律 改變噴水式樣，如果再與五顏六色的燈光相配合，在和諧優(yōu)雅的音樂中， 更使人心曠

3、神怡，流連忘返。本設(shè)計(jì)講述的是如何利用plc控制噴泉噴水方 式，產(chǎn)生各樣的樣式，并給出了花式噴泉的噴水花樣，選擇曲門了的plc作 為控制器，分配了 4種噴水花樣下plc的i/o接口、設(shè)計(jì)了plc的外部接線圖 及控制梯形圖，同吋用組態(tài)王軟件完成了花式噴泉系統(tǒng)人機(jī)界面的設(shè)計(jì)， 通過人機(jī)屏面和西門子plc之間的通訊，實(shí)現(xiàn)了小型噴泉系統(tǒng)的plc控制。 關(guān)鍵詞：plc噴泉控制系統(tǒng)控制組態(tài)abstractthe place which patronizes frequently in the tourist and there sident, before like the park, the squar

4、e, the scenic site and some well-known constructions, will construct some eruptive fountains to supply the people leisure, watching frequently. these eruptive fountains according to certain rule change spraying of water model, if coordinates again with the colorful light, in with the harmonious grac

5、eful music, causes the human to be completely relaxed, forgets to return. what this article narrated is how using the plc control eruptive fountain spraying of water way, has all kinds styles. fore patterns of the fountain were given. the distribution of plc is input/output interface was described u

6、nder those patterns. the external hookup and ladder diagrams were designed also in this paper. the configuration realization of the system was introduced. configuration dynamic simulation was completed by communicating the configuration software and the plc hardware of siemens.key word: plc eruptive

7、 fountain control system control configuration中國(guó)傳媒人學(xué)（論文）緒論噴泉是人工環(huán)境屮最富冇生命力的噴泉，它具冇分隔空間、增加層次、 凈化空氣美化環(huán)境的作用，具有美化環(huán)境的功能，常常博得觀賞者的喜愛。 噴泉水景首次在我國(guó)興建是18世紀(jì)中期，北京圓明園（又名長(zhǎng)春園）中的“西 洋樓”建筑提升到高處的蓄水池（180m3）m,然后通過管道供給噴泉。近代, 國(guó)內(nèi)外隨著城市和工業(yè)的發(fā)展，改善城市環(huán)境，興建自然景觀日益增多。 因而水景的藝術(shù)形式和規(guī)模都冇很大發(fā)展。現(xiàn)代高科技把美妙的咅樂、多姿的噴泉造型、五彩繽紛的水卜燈光、 神奇的激光圖文，通過電腦冇機(jī)的結(jié)合在一

8、起，給人以音樂聲響、視覺形 象、色彩變換三位一體的超自然享受。隨著我國(guó)人民物質(zhì)生活水平的不斷 提高，對(duì)于精神生活的要求也在不斷提高，為進(jìn)一步改造環(huán)境景觀，建設(shè) 一個(gè)噴泉是很冇必要的。隨著科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展和生活水平的不斷捉高, 尤其是噴泉在城市和社區(qū)環(huán)境建設(shè)中起著尤其重要的作用。當(dāng)今噴泉工程 和高新技術(shù)的結(jié)合正是歷史發(fā)展的必然趨勢(shì)，曲于噴泉工程中采用了大量 的高新技術(shù)，從而使噴泉效果更加絢麗多彩，婀娜多姿，令人賞心悅口、 流連忘返。本次的畢業(yè)設(shè)計(jì)是一個(gè)以西門子s7-200 plc控制為核心的花樣噴泉控 制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)?；訃娙趐lc的控制z卜，噴出各種各樣的水柱，給人 以一種視覺上美的享受。1

9、plc概述可編程控制器是繼電器控制和計(jì)算機(jī)控制出上開發(fā)的產(chǎn)品，逐漸發(fā)展 成以微器處理為核心把口動(dòng)化技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)、通信技術(shù)融為一體的新 型工業(yè)自動(dòng)控制裝置。早期的口j編程控制器在功能上只進(jìn)行邏輯控制，稱 為可編程邏輯控制(programmable logic controller)簡(jiǎn)稱plc。隨著技 術(shù)的發(fā)展，其控制功能不斷增強(qiáng)?，F(xiàn)在的可編程控制還可進(jìn)行算術(shù)運(yùn)算、 模擬量控制，因此，美國(guó)電器制造i辦會(huì)(nema)于1980年將它命名為可編 程控制器(programmable controller)簡(jiǎn)稱pc。但容易同個(gè)人計(jì)算機(jī) (personal computer)相混淆,現(xiàn)又把可編程控制器稱

10、為plc。它已基本 上替代傳統(tǒng)的繼電器控制系統(tǒng)，成為工業(yè)自動(dòng)化領(lǐng)域屮最重要、應(yīng)用最多 的控制裝置，居工業(yè)生產(chǎn)自動(dòng)化三大支柱(可編程控制器、機(jī)器人、計(jì)算 機(jī)輔助設(shè)計(jì)與制造)的首位。1987年2月，國(guó)際電工委員會(huì)頒布可編程控制 器標(biāo)準(zhǔn)草案中將其進(jìn)一步定義為：“可編程控制器式一種數(shù)字運(yùn)算操作的 電子系統(tǒng)，轉(zhuǎn)為在工業(yè)環(huán)境下應(yīng)用而設(shè)計(jì)，它采用了可編程序的存儲(chǔ)器， 用來在其內(nèi)部存儲(chǔ)執(zhí)行邏輯運(yùn)算、順序控制、定吋、技術(shù)和算術(shù)運(yùn)算等操 作的指令，并通過數(shù)字式和模擬式的輸入和輸出，控制各種類型的機(jī)械或 生產(chǎn)過程。1.1 plc的產(chǎn)生plc是在激烈的市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)中產(chǎn)牛的，20世紀(jì)60年代么末，美國(guó)汽車制造 業(yè)競(jìng)爭(zhēng)激烈。

11、為適應(yīng)生產(chǎn)工藝不斷更新的需要，美國(guó)通用汽車公司(gm) 對(duì)控制系統(tǒng)提出要求為：(1)能替代由各種繼電器、定時(shí)器、接觸器及其 主令屯器等按一定的邏輯關(guān)系用導(dǎo)線連接起來的控制系統(tǒng)，出傳統(tǒng)的繼屯 接觸器控制，它簡(jiǎn)單-易懂，價(jià)格低廉，能夠滿足生產(chǎn)工藝改動(dòng)頻繁的 需要；(2)編程簡(jiǎn)單；(3)模塊式結(jié)構(gòu)；(4)輸入、輸出電壓為交流115v(美 國(guó)標(biāo)準(zhǔn))，輸岀能直接驅(qū)動(dòng)繼電器和電磁閥；(5)抗電磁干擾強(qiáng)；(6)具 冇數(shù)據(jù)通信功能。就是把繼電接觸器控制的優(yōu)點(diǎn)與計(jì)算機(jī)的功能齊全、 靈活性、通用性強(qiáng)的特點(diǎn)結(jié)合起來，用計(jì)算機(jī)的編程軟件邏輯易于修改來 代替繼電一一接觸器控制的碩接線邏輯不易修改。美國(guó)數(shù)字設(shè)備公司(de

12、c) 在1969年根據(jù)上述要求，研制出世界上首臺(tái)可編程控制器，并在美國(guó)通用 汽車公司的汽車裝配現(xiàn)上應(yīng)用成功，實(shí)現(xiàn)了生產(chǎn)裝配線的口動(dòng)控制。1.2 plc的結(jié)構(gòu)plc和一般的微型計(jì)算機(jī)基本相同，也是由硬件系統(tǒng)和軟件系統(tǒng)兩大部 分組成的。plc的硬件系統(tǒng)由微處理器(cpu)、存儲(chǔ)器(eprom, rom)、輸入 輸出(i/o)部件、電源部件、編程器、i/o擴(kuò)展單元和其他外圍設(shè)備組成。 各部分通過總線(電源總線、控制總線、地址總線、數(shù)據(jù)總線)連接而成。 其結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖1-1如下：plc的軟件系統(tǒng)是指plc所使用的各種程序的集合，通?？煞譃橄到y(tǒng)程 序和用戶程序兩大部分。系統(tǒng)程序是每一個(gè)plc成品必須包括的部

13、分，rflplc 廠家提供，用于控制plc木身的運(yùn)行，系統(tǒng)程序固化在eprom中。用戶程序 是由用戶根據(jù)控制需要而編寫的程序。硬件系統(tǒng)和軟件系統(tǒng)組成了一個(gè)完整的plc系統(tǒng)，他們是相輔相成，缺一不町的。1.3 plc的應(yīng)用領(lǐng)域目前，plc在國(guó)內(nèi)外已廣泛應(yīng)用于鋼鐵、石油、化工、電力、建材、機(jī) 械制造、汽車、輕紡、交通運(yùn)輸、環(huán)保及文化娛樂等各個(gè)行業(yè)，使用情況 主要分為如下幾類：1. 開關(guān)量邏輯控制取代傳統(tǒng)的繼電器電路，實(shí)現(xiàn)邏輯控制、順序控制，既可用于單臺(tái)設(shè) 備的控制，也可用于多機(jī)群控及口動(dòng)化流水線。如注塑機(jī)、印刷機(jī)、訂書 機(jī)械、組合機(jī)床、磨床、包裝生產(chǎn)線、電鍍流水線等。2. 工業(yè)過程控制在工業(yè)生產(chǎn)過

14、程當(dāng)中，存在一些如溫度、壓力、流量、液位和速度等 連續(xù)變化的量（即模擬量），plc釆用相應(yīng)的a/d和d/a轉(zhuǎn)換模塊及各種各樣 的控制算法程序來處理模擬量，完成閉環(huán)控制。pid調(diào)節(jié)是一般閉環(huán)控制系 統(tǒng)中用得較多的一種調(diào)節(jié)方法。過程控制在冶金、化工、熱處理、鍋爐控 制等場(chǎng)合有非常廣泛的應(yīng)用。3. 運(yùn)動(dòng)控制plc可以用丁圓周運(yùn)動(dòng)或直線運(yùn)動(dòng)的控制。一般使用專用的運(yùn)動(dòng)控制模 塊，如可驅(qū)動(dòng)步進(jìn)電機(jī)或伺服電機(jī)的單軸或多軸位置控制模塊，廣泛用于 各種機(jī)械、機(jī)床、機(jī)器人、電梯等場(chǎng)合。4. 數(shù)據(jù)處理plc具有數(shù)學(xué)運(yùn)算（含矩陣運(yùn)算、函數(shù)運(yùn)算、邏輯運(yùn)算）、數(shù)據(jù)傳送、 數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換、排序、查表、位操作等功能，可以完成數(shù)據(jù)的

15、采集、分析及處 理。數(shù)據(jù)處理一般用于如造紙、冶金、食甜工業(yè)中的一些大型控制系統(tǒng)。5. 通信及聯(lián)網(wǎng)plc通信含plc間的通信及plc與其它智能設(shè)備間的通信。隨著工廠自動(dòng)化網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展，現(xiàn)在的plc都具冇通信接口，通信非常方便1.4 plc的應(yīng)用特點(diǎn)1 可靠性高，抗干擾能力強(qiáng)高口j靠性是屯氣控制設(shè)備的關(guān)鍵性能。plc由于采用現(xiàn)代人規(guī)模集成電 路技術(shù)，采用嚴(yán)格的生產(chǎn)工藝制造，內(nèi)部電路采取了先進(jìn)的抗干擾技術(shù)， 具有很高的可靠性。使用plc構(gòu)成控制系統(tǒng)，和同等規(guī)模的繼電接觸器系統(tǒng) 相比，電氣接線及開關(guān)接點(diǎn)已減少到數(shù)百其至數(shù)千分z-,故障也就大大 降低。此外，plc帶有硬件故障門我檢測(cè)功能，出現(xiàn)故障時(shí)可及時(shí)

16、發(fā)出警報(bào) 信息。在應(yīng)用軟件中，應(yīng)用者還可以編入外圍器件的故障自診斷程序，使 系統(tǒng)屮除plc以外的電路及設(shè)備也獲得故障自診斷保護(hù)。這樣，整個(gè)系統(tǒng)將 極高的可靠性。2配套齊全，功能完善，適用性強(qiáng)plc發(fā)展到今天，已經(jīng)形成了各種規(guī)模的系列化產(chǎn)品，可以用于各種規(guī) 模的工業(yè)控制場(chǎng)合。除了邏輯處理功能以外，plc人多具冇完善的數(shù)據(jù)運(yùn)算 能力，可用于各種數(shù)字控制領(lǐng)域。多種多樣的功能單元大量涌現(xiàn)，使plc滲 透到了位置控制、溫度控制、cnc等各種工業(yè)控制中。加上plc通信能力的 增強(qiáng)及人機(jī)界而技術(shù)的發(fā)展，使用plc組成各種控制系統(tǒng)變得非常容易。 3易學(xué)易用，深受工程技術(shù)人員歡迎plc是面向工礦企業(yè)的工控設(shè)備。

17、它接口容易，編程語言易于為工程技 術(shù)人員接受。梯形圖語言的圖形符號(hào)與表達(dá)方式和繼電器電路圖相當(dāng)接近, 為不熟悉電子電路、不懂計(jì)算機(jī)原理和匯編語言的人從事工業(yè)控制打開了 方便z門。4系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，工作量小，維護(hù)方便，容易改造plc用存儲(chǔ)邏輯代替接線邏輯，人人減少了控制設(shè)備外部的接線，使控 制系統(tǒng)設(shè)計(jì)及建造的周期大為縮短，同吋日常維護(hù)也變得容易起來，更重 要的是使同一設(shè)備經(jīng)過改變程序而改變生產(chǎn)過程成為口j能。這特別適合多 詁種、小批量的生產(chǎn)場(chǎng)合。2.概述及設(shè)計(jì)目的2.1概述隨著人們的?；钊遮呅×?，一些必要的美化設(shè)施逐漸興起，各式各樣 的廣場(chǎng)花園越來越多，噴泉作為一項(xiàng)建筑藝術(shù)，在國(guó)內(nèi)外均冇較悠久的丿力

18、 史。人們隨著生活水平的提高，對(duì)美化住宅小區(qū)以及別墅環(huán)境的要求也越 來越高，小型音樂噴泉成為一個(gè)發(fā)展方向。目麗的水景噴泉一般包括：固 定水景、吋控噴泉、程控噴泉、聲控噴泉、音樂噴泉5類，控制方式的復(fù) 雜程度由低到高。使用plc控制花式噴泉，具有使用方便、運(yùn)行可靠、 控制程序設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單等優(yōu)點(diǎn)，若需要改變噴水花樣和噴水時(shí)間，不必做很大 調(diào)整，只要相應(yīng)修改控制程序，即可實(shí)現(xiàn)控制目的。這樣的地方又怎能少 了噴泉呢？多花樣噴泉形式多樣，常常能吸引人們的眼球，同時(shí)水又壇加 了環(huán)境的靈動(dòng)性，多花樣噴泉已經(jīng)成為人們建造各類娛樂廣場(chǎng)的必需設(shè)施。 那些控制簡(jiǎn)便，花樣較多，價(jià)格低廉的噴泉慢慢成為建設(shè)者的首選。現(xiàn)今,

19、多花樣噴泉的制造，延襲傳統(tǒng)，結(jié)合現(xiàn)代，正日益成為人們或出于對(duì)環(huán)境 的追求，或?yàn)榱司邮业拿阑?，等等，而得到眾多甜位人士的追求。本設(shè)計(jì)的多花樣噴泉采用西門子編程軟件進(jìn)行plc編程，利用plc的工 作原理，結(jié)合按鈕、開關(guān)、電源電路進(jìn)行設(shè)計(jì)，將軟件和硬件有機(jī)地結(jié)合 起來，使得系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)多花樣噴泉各種模式的變化以及控制。2. 2設(shè)計(jì)目的通過對(duì)實(shí)例工程的模擬，熟悉掌握了plc編程和程序調(diào)試方法。進(jìn)-步 了解plc的i/o連接。進(jìn)一步熟悉定時(shí)移位的編程指令的應(yīng)用，用plc構(gòu)成噴 泉系，學(xué)習(xí)電氣可編程屮的基本實(shí)驗(yàn)器件及plc編程等的綜合應(yīng)用。鞏固和加深對(duì)plc編程控制器的理解和應(yīng)用。掌握硬件實(shí)驗(yàn)裝置的方法。

20、2. 3研究思路和方法本次設(shè)計(jì)的題目是花樣噴泉系統(tǒng)，本設(shè)計(jì)基于ffil' j-t s7-200 plc編程, 設(shè)計(jì)了花樣噴泉系統(tǒng)。花樣噴泉控制系統(tǒng)的主要任務(wù)就是改變噴泉的噴水 樣式，以達(dá)到有規(guī)律的改變噴泉噴水樣式的口的。按下啟動(dòng)按鈕，噴泉裝 置開始工作，按下停止按鈕，噴泉控制裝置停止工作。噴泉工作方式由花 樣選擇開關(guān)和單步/連續(xù)開關(guān)決定。當(dāng)單步/連續(xù)開關(guān)選擇單步時(shí)，噴泉 只能按照花樣選擇開關(guān)設(shè)定的方式，運(yùn)行一個(gè)循環(huán)；當(dāng)單步/連續(xù)開關(guān)選 擇連續(xù)時(shí)，噴泉按照花樣選擇開關(guān)設(shè)定的方式，運(yùn)行多個(gè)循環(huán)，直至按下 停止按鈕?；友h(huán)方式選擇開關(guān)用于選擇噴泉的噴水花樣，木文設(shè)計(jì)四 種噴水花樣循環(huán)。pl

21、c控制系統(tǒng)體積小、功能強(qiáng)、可靠性高，口具有較大的 靈活性和可擴(kuò)展性的特點(diǎn)。用plc花樣噴泉控制系統(tǒng)，不但實(shí)現(xiàn)了自動(dòng)轉(zhuǎn) 換花樣噴泉的噴水樣式，提高了系統(tǒng)的可靠性和安全性，而且，美化了我 們的生活環(huán)境，使我們的生活環(huán)境更加安逸、舒適。因此plc控制系統(tǒng)具冇 一定的工程應(yīng)用和推廣價(jià)值。3.花樣噴泉系統(tǒng)的設(shè)計(jì)3.1 plc型號(hào)的選擇plc產(chǎn)品的種類繁多。plc的型號(hào)不同,對(duì)應(yīng)著其結(jié)構(gòu)形式、性能、容量、 指令系統(tǒng)、編程方式、價(jià)格等均各不相同，適用的場(chǎng)合也各冇側(cè)重。因此， 合理選用plc,對(duì)于提高plc控制系統(tǒng)的技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)有著重要意義。 plc機(jī)型的選擇plc的選擇主要應(yīng)從plc的機(jī)型、容量、i/o模塊

22、、電源模塊、特殊功 能模塊、通信聯(lián)網(wǎng)能力等方面加以綜合考慮。plc機(jī)型選擇的基本原則是在 滿足功能要求及保證可靠、維護(hù)方便的前捉下，力爭(zhēng)最佳的性能價(jià)格比。選 擇時(shí)應(yīng)主要考慮到合理的結(jié)構(gòu)型式，安裝方式的選擇，相應(yīng)的功能要求，響 應(yīng)速度要求，系統(tǒng)可靠性的要求，機(jī)型盡量統(tǒng)一等因素。一合理的結(jié)構(gòu)型式plc主耍冇整體式和模塊式兩種結(jié)構(gòu)型式。整體式plc的每一個(gè)i/o點(diǎn)的平均價(jià)格比模塊式的便宜,且體積相對(duì)較 小，一般用于系統(tǒng)工藝過程較為固定的小型控制系統(tǒng)中；而模塊式plc的功 能擴(kuò)展靈活方便，在i/o點(diǎn)數(shù)、輸入點(diǎn)數(shù)與輸出點(diǎn)數(shù)的比例、i/o模塊的種類 等方面選擇余地大，口維修方便，一般于較復(fù)雜的控制系統(tǒng)。二

23、安裝方式的選擇plc系統(tǒng)的安裝方式分為集中式、遠(yuǎn)程i/o式以及多臺(tái)plc聯(lián)網(wǎng)的分布 式。集屮式不需要設(shè)置驅(qū)動(dòng)遠(yuǎn)程i/o硬件,系統(tǒng)反應(yīng)快、成木低；遠(yuǎn)程i/o式 適用于大型系統(tǒng)，系統(tǒng)的裝置分布范圍很廣，遠(yuǎn)程i/o可以分散安裝在現(xiàn)場(chǎng) 裝置附近,連線短，但需要增設(shè)驅(qū)動(dòng)器和遠(yuǎn)程1/0電源；多臺(tái)plc聯(lián)網(wǎng)的分布 式適用于多臺(tái)設(shè)備分別獨(dú)立控制，又要相互聯(lián)系的場(chǎng)合,可以選用小型plc, 但必須要附加通訊模塊。三相應(yīng)的功能要求一般小型（低檔）plc具有邏輯運(yùn)算、定時(shí)、計(jì)數(shù)等功能，對(duì)于只需要開 關(guān)量控制的設(shè)備都可滿足。對(duì)于以開關(guān)量控制為主，帶少量模擬量控制的系 統(tǒng)，可選用能帶a/d和d/a轉(zhuǎn)換單元,具有加減算術(shù)運(yùn)

24、算、數(shù)據(jù)傳送功能的增 強(qiáng)型低檔plc。對(duì)于控制較復(fù)雜，要求實(shí)現(xiàn)pid運(yùn)算、閉環(huán)控制、通信聯(lián)網(wǎng)等功能，可 視控制規(guī)模大小及復(fù)雜程度，選用中檔或高檔plc。但是中、高檔plc價(jià)格較 貴，一般用于大規(guī)模過程控制和集散控制系統(tǒng)等場(chǎng)合。四響應(yīng)速度耍求plc是為工業(yè)自動(dòng)化設(shè)計(jì)的通用控制器，不同檔次plc的響應(yīng)速度一般 都能滿足其應(yīng)用范圍內(nèi)的需要。如果要跨范圍使用plc,或者某些功能或信 號(hào)有特殊的速度要求時(shí)，則應(yīng)該慎重考慮plc的響應(yīng)速度，可選用具有高速 1/0處理功能的plc,或選用具冇快速響應(yīng)模塊和屮斷輸入模塊的plc等。 五系統(tǒng)可靠性的要求對(duì)于一般系統(tǒng)plc的口j靠性均能滿足。對(duì)口j靠性要求很高的系

25、統(tǒng)，應(yīng)考 慮是否采用冗余系統(tǒng)或熱備用系統(tǒng)。六機(jī)型盡量統(tǒng)一一個(gè)企業(yè)，應(yīng)盡量做到plc的機(jī)型統(tǒng)一。主要考慮到以下三方而問題：1）機(jī)型統(tǒng)一，其模塊可互為備用，便于備甜備件的采購(gòu)和管理。2）機(jī)型統(tǒng)一，其功能和使用方法類似，冇利于技術(shù)力量的培訓(xùn)和技術(shù)水 半的提高。3）機(jī)型統(tǒng)一，其外部設(shè)備通用，資源可共享，易于聯(lián)網(wǎng)通信，配上位計(jì)算 機(jī)后易于形成一個(gè)多級(jí)分布式控制系統(tǒng)。綜上,本設(shè)計(jì)選擇西門子s7-200 plco3.2 plc i/o的分配一般i / 0模塊的價(jià)格占plc價(jià)格的一半以上。plc的i / 0模塊有開關(guān)量i /0模塊、模擬量i/o模塊及各利|特殊功能模塊等。不同的i/o模塊，其電 路及功能也不同

26、，直接影響plc的應(yīng)用范圍和價(jià)格，應(yīng)當(dāng)根據(jù)實(shí)際需要加以 選擇。 輸入信號(hào)的類型及電壓等級(jí)開關(guān)量輸入模塊有直流輸入、交流輸入和交流/直流輸入三種類型。 選擇時(shí)主要根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)輸入信號(hào)和周圍環(huán)境因素等。直流輸入模塊的延遲時(shí) 間較短，述可以直接與接近開關(guān)、光電開關(guān)等電子輸入設(shè)備連接；交流輸入模塊可靠性好，適合于冇油霧、粉塵的惡劣環(huán)境下使用。開關(guān)量輸入模塊的輸入信號(hào)的電壓等級(jí)有：直流5v、12v、24v、48v、 60v等；交流110v、220v等。選擇時(shí)主要根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)輸入設(shè)備與輸入模塊之間 的距離來考慮。一般5v、12v、24v用于傳輸距離較近場(chǎng)合，如5v輸入模塊 最遠(yuǎn)不得超過10米。距離較遠(yuǎn)的丿應(yīng)選用輸

27、入電壓等級(jí)較高的模塊。 輸入接線方式開關(guān)量輸入模塊主要有匯點(diǎn)式和分組式兩種接線方式。匯點(diǎn)式的開關(guān) 量輸入模塊所有輸入點(diǎn)共用一個(gè)公共端（com）:而分組式的開關(guān)量輸入模 塊是將輸入點(diǎn)分成若干組，每一組（幾個(gè)輸入點(diǎn)）冇一個(gè)公共端，各組z 間是分隔的。分組式的開關(guān)量輸入模塊價(jià)格較匯點(diǎn)式的高，如果輸入信號(hào) 之間不需要分隔，一般選用匯點(diǎn)式的。 注意同吋接通的輸入點(diǎn)數(shù)量對(duì)于選用高密度的輸入模塊（如32點(diǎn)、48點(diǎn)等），應(yīng)考慮該模塊同時(shí)接 通的點(diǎn)數(shù)一般不要超過輸入點(diǎn)數(shù)的60%。花樣噴泉控制i/o分配如表2-1:輸入信號(hào)元件及作用x0000啟動(dòng)按鈕x0001停止按鈕x0002單步開關(guān)x0003花樣1開關(guān)x000

28、4花樣2開關(guān)x0005花樣3開關(guān)x0006花樣4開關(guān)輸出信號(hào)元件及作用y00001號(hào)噴泉y00012號(hào)噴泉y00023號(hào)噴泉y00034號(hào)噴泉表2-1花樣噴泉控制i/o分配3. 3開關(guān)量輸入模塊的選擇開關(guān)量輸出模塊是將plc內(nèi)部低電壓信號(hào)轉(zhuǎn)換成驅(qū)動(dòng)外部輸出設(shè)備的 開關(guān)信號(hào)，并實(shí)現(xiàn)plc內(nèi)外信號(hào)的電氣隔離。選擇吋主要應(yīng)考慮以下幾個(gè)方 面： 輸出方式開關(guān)量輸出模塊冇繼電器輸出、品閘管輸出和品體管輸出三種方式。繼電器輸出的價(jià)格便宜，既可以用于驅(qū)動(dòng)交流負(fù)載，又可用于直流負(fù) 載，而且適用的電壓大小范圍較寬、導(dǎo)通壓降小，同時(shí)承受瞬時(shí)過電壓和 過電流的能力較強(qiáng)，但其屬于有觸點(diǎn)元件，動(dòng)作速度較慢（驅(qū)動(dòng)感性負(fù)載

29、 時(shí)，觸點(diǎn)動(dòng)作頻率不得超過1hz）、壽命較短、可靠性較差，只能適用于不 頻繁通斷的場(chǎng)合。對(duì)于頻繁通斷的負(fù)載，應(yīng)該選用晶閘管輸出或晶體管輸出，它們屈于無觸 點(diǎn)元件。但晶閘管輸出只能用于交流負(fù)載，而晶體管輸出只能用于直流負(fù) 載。分組式輸出、分隔式輸出組式輸出是幾個(gè)輸出點(diǎn)為一組，一組冇一個(gè)公共端，各組z間是分隔 的，可分別用于驅(qū)動(dòng)不同電源的外部輸出設(shè)備；分隔式輸出是每一個(gè)輸出 點(diǎn)就冇一個(gè)公共端，各輸出點(diǎn)之間相互隔離。選擇時(shí)主要根據(jù)plc輸出設(shè)備 的電源類型和電壓等級(jí)的多少而定。一般整體式plc既有分組式輸擊，也有 分隔式輸出。開關(guān)量輸出模塊的輸出電流（驅(qū)動(dòng)能力）必須大于plc外接輸出設(shè)備的 額定電流

30、。用戶應(yīng)根據(jù)實(shí)際輸出設(shè)備的電流大小來選擇輸出模塊的輸出電 流。如果實(shí)際輸出設(shè)備的電流較人，輸出模塊無法直接驅(qū)動(dòng)，口j増加中間 放大環(huán)節(jié)。 注意同時(shí)接通的輸出點(diǎn)數(shù)量選擇開關(guān)量輸出模塊時(shí)，述應(yīng)考慮能同時(shí)接通的輸出點(diǎn)數(shù)量。同時(shí)接 通輸出設(shè)備的累計(jì)電流值必須小于公共端所允許通過的電流值，如一個(gè) 220v / 2a的8點(diǎn)輸出模塊，每個(gè)輸出點(diǎn)可承受2a的電流，但輸出公共端允許 通過的電流并不是16a（8x2a）,通常要比此值小得多。一般來講，同吋接 通的點(diǎn)數(shù)不要超出同一公共端輸出點(diǎn)數(shù)的60%。 輸出的最大電流與負(fù)載類型、環(huán)境溫度等因素冇關(guān)開關(guān)量輸出模塊的技術(shù)指標(biāo)，它與不同的負(fù)載類型密切相關(guān)，特別是 輸出的

31、最人電流。另外，晶閘管的最人輸出電流隨環(huán)境溫度升高會(huì)降低， 在實(shí)際使用屮也應(yīng)注意。3.4特殊功能模塊的選擇目前，plc制造廠家相繼推出了一些具有特殊功能的i/o模塊，有的 還推出了自帶cpu的智能型t/0模塊，如高速計(jì)數(shù)器、凸輪模擬器、位置 控制模塊、pid控制模塊、通信模塊等。3.5噴泉水柱的分布該噴泉的回水池俯視圖為圓形，與噴泉噴射范圍俯視圖為同心圓，11 半徑相等。回水池的深度為4m。該冋水池由1個(gè)半徑為100cm的圓水池和3個(gè)有效寬度為50cm的圓 環(huán)水池組成，月各個(gè)水池z間相通，連接池寬度為50cm, 3個(gè)圓環(huán)水池的 半徑分別為4m、5m、6m。如圖32所示：回水池上方由金屬欄嵌入式

32、覆蓋。大水柱噴頭的內(nèi)徑d=50mm,中水柱噴頭的內(nèi)徑d=30mm,小水柱噴頭 的內(nèi)徑d=20mm,花朵噴泉和旋轉(zhuǎn)噴泉的內(nèi)徑d=30mm。大水柱高度h=10m,中水柱高度h=7m,小水柱高度h=5m,花朵噴泉 和旋轉(zhuǎn)噴泉的噴水高度h=4mo3. 6噴泉及其參數(shù)的選擇qsp型噴泉是由潛水電機(jī)和水泵連接組合而成。該產(chǎn)品符合jb/t8092-1996標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定，獲得全國(guó)生產(chǎn)許可證。該產(chǎn)品經(jīng)過不多的改進(jìn)和 完善，其結(jié)構(gòu)合理，外形美觀，工作可靠，適應(yīng)頻繁啟動(dòng)而且響應(yīng)速度快, 安裝方便，對(duì)水源無污染，廣泛應(yīng)用于農(nóng)業(yè)灌溉，工礦排水，水景噴泉， 水產(chǎn)養(yǎng)殖，魚塘增氧，防洪排澇等。使用條件：(1) 電泵應(yīng)完全浸入水中

33、運(yùn)行，潛水深度不小于0.5米，不大于5米。 環(huán)境水溫度應(yīng)不高于40攝氏度。(2) 工作介質(zhì)為無腐蝕性清水，含沙量不大于0.1%,ph值為6.58.5。 電源應(yīng)為三相50赫茲，額定電壓為380伏，其供電電壓必須保持在342420 伏范圍之內(nèi)。(3) 電泵應(yīng)在額定揚(yáng)程附近的適用范圍內(nèi)使用。結(jié)構(gòu)如圖3-3：圖3-3 qsp潛水泵結(jié)構(gòu)圖表3-4潛水泵參數(shù)型號(hào)(qsp)額定揚(yáng)程（米）額定功率 （千瓦）額定電壓（伏）額定頻率（赫茲）大水柱15-10-0.75100.7538050中水柱15-5-0.570.538050小水柱26-3-0.550.538050花朵水柱160-2-14138050旋轉(zhuǎn)水柱16

34、0-2-141380503.7多樣噴泉的方案多花樣噴泉集成輸入模塊、控制模塊、輸岀模塊等電路，能夠進(jìn)行多花樣噴泉控制。花式噴泉的造型圖3-5：設(shè)計(jì)一個(gè)可以滿足以下要求的簡(jiǎn)易多花樣噴泉:1. 按下啟動(dòng)按鈕，噴泉裝置開始工作，按下停止按鈕，噴泉控制裝置停止工作。2. 噴泉工作方式由花樣選擇開關(guān)和單步開關(guān)決定。3. 當(dāng)單步開關(guān)在單步位置時(shí)，噴泉只能按照花樣選擇開關(guān)設(shè)定的方 式，運(yùn)行一個(gè)循環(huán)，否則就連續(xù)循環(huán)下去。4. 屁樣選擇開關(guān)用于選擇噴泉的噴水花樣，現(xiàn)考慮四種噴水花樣。（1）花樣選擇開關(guān)在位置1時(shí)，按下啟動(dòng)按鈕后，4號(hào)噴頭噴水，延時(shí)2秒后，3號(hào)噴頭噴水，在延時(shí)2秒后，2號(hào)噴頭噴水，再延時(shí)2s, 1

35、號(hào)噴水。15秒后，如果為單步工作方式，則停卜來，否則繼續(xù)循環(huán)卜去。如圖3-6：（2）花樣選擇開關(guān)在位置2吋，按下啟動(dòng)按鈕后，1號(hào)噴頭噴水，延吋 2秒后，2號(hào)噴頭噴水，再延時(shí)2秒后，3號(hào)噴頭噴水，有延時(shí)2秒后，4號(hào)噴 頭噴水。30秒后，如果為單步工作方式，則停下來，否則繼續(xù)循環(huán)下去。圖3-7花樣2（3）花樣選擇開關(guān)在位置3時(shí)，按下啟動(dòng)按鈕后，1號(hào)、3號(hào)噴頭同 吋噴水，延吋3秒后，2號(hào)、4號(hào)噴頭噴水，1號(hào)、3號(hào)噴頭停止噴水。如 此交替15秒后，4組噴頭全噴水，30秒后，如果為單步工作方式，則停下來，否則繼續(xù)循環(huán)下去。如圖3-8：圖3-8花樣3（4）花樣選擇開關(guān)在位置4時(shí)，按下啟動(dòng)按鈕后，按照123

36、4 的順序，依次間隔2秒噴水，然后一起噴水。30秒后，在依次按1234 的順序，分別延時(shí)2秒，依次停止噴水。再經(jīng)1秒延時(shí)按照4321的 順序，依次間隔2秒噴水，然后一起噴水。30秒后停止。如果為單步工作 方式，則停下來，否則繼續(xù)循環(huán)下去。如圖3-9：圖3-9花樣4(5) 無論在什么工作方式，按下停止按鈕后，噴水池將停止運(yùn)行。3.8多花樣噴泉設(shè)計(jì)原理噴泉控制系統(tǒng)由啟動(dòng)控制程序、位移脈沖控制程序、位移及復(fù)位控制 程序、驅(qū)動(dòng)控制程序組成。通過位移脈沖控制程序?qū)崿F(xiàn)子元件中的內(nèi)容在 存儲(chǔ)器間的移動(dòng)，通過復(fù)位控制程序?qū)崿F(xiàn)噴泉花樣的循環(huán)，通過驅(qū)動(dòng)控制程序?qū)崿F(xiàn)噴泉的噴射。3.9多花樣噴泉設(shè)計(jì)原理圖i!.1圖3

37、-10花樣噴泉設(shè)計(jì)原理圖3.10花樣噴泉控制pcl接線圖啟動(dòng)sbo停止sb1單步sqo花樣選擇開關(guān)ssssqqqq4321p11號(hào) 噴泉p2號(hào)泉 2噴p33號(hào) 噴泉p44號(hào) 噴泉設(shè)計(jì)過程.4.1啟動(dòng)和停止的設(shè)計(jì)啟動(dòng)和停止梯形圖x000x001 h1i_pkfj/f他）no圖4-1啟動(dòng)停止梯形圖當(dāng)按下啟動(dòng)按鈕時(shí)，m0得電并且口鎖，保持得電；當(dāng)按下停止按鈕時(shí)，m0失電。當(dāng)ml得電時(shí)，m0也失電，這個(gè)是單步開關(guān)控制的，在后面介紹。4.2花樣噴泉控制以及單步控制設(shè)計(jì) 花樣1噴泉梯形圖mo x003 tox003hfk210(toy000hfk150 )t1set y003t2-pfk20(t2t2sf

38、tr mo y000 k4 ki圖4-2花樣1梯形圖當(dāng)屁樣1開關(guān)閉合吋，且按下啟動(dòng)按鈕，則屁樣1噴泉開始工作。當(dāng)一個(gè)循環(huán)結(jié)束時(shí)進(jìn)行判斷單步開關(guān)x2是否閉合，當(dāng)閉合式，則ml 得電，會(huì)將m0斷開，是m0失電從而結(jié)束，當(dāng)再按下啟動(dòng)按鈕時(shí)下一輪循 環(huán)開始。假如x2沒有閉合，則以此一直循環(huán)下去，直到按卜停止按鈕。其 他的花樣2、3、4的控制設(shè)計(jì)類似，只是輸出不相同，其他的工作過程類 似。4. 3程序梯形圖xooo xool mlmomo x003 toy000t1-4fk210tok150t1'sety003t2k20h(t2t2wsftr mo y000 k4 kitozrst y000y0

39、03x002|mlmo x004 t3k360iik4hy003k300t(t4t4 set y000k20 (t5t5 l-| psftl no yoook4kit3，匕醐 yoooy003x002h|n1mok450(t6k150(t7t7u-nmov k10kh000t6t7t9t8hflt8t7nov k10 k1yoook60(t9novk5k1y000hovklokiyooomovk15k1y000zrst y000y003)(002(mlmo x013t10k790iik<nt10y003k300ttilt11y000sett12k20；/ft12t12wsftr mo y

40、000 u kitil y003k70-卜卄?t13t13-4hrstyooot13thrstyooot14k20tf皿t14h|(m2m2t tsftryooo yooo k4 kitl3 yoook300t t15t15b y003m3t10t16t16sftl mo yoook4k20 (tl6(m3k1zrst肌m0y000y003t10k002y000:zrstk4k1yoooyoo3(ml4. 4仿真效果花樣1的仿真效果圖如下:號(hào)i n n ii 1i 1 n <1 hih1i i i i j lpfo 3號(hào)號(hào)n n 1! 11 fi n1號(hào)2號(hào)3號(hào) 4號(hào)圖4-4花樣1仿真圖

41、花樣2的仿真效果圖如下:x44i n n 1 1畀iji'l xo=1x4=lpl1號(hào)2號(hào)3號(hào)4號(hào)i 111 1 <1 1 % <1-i 1 1 1 1 hsnklhirtl-i 1 號(hào) if 1花樣3的仿真效果圖如下:二口號(hào)coi i i ji i n %i n %i 1jr1ii!: 11!;i山m "丄4-7-13-7i!: 11!;i山h "丄2fxo=1x5=1ah非單步狀態(tài)x2=0圖4-6花樣3仿真圖花樣4的仿真效果圖如下：fliifji!；ii!；i l!；il!：l101l!；l l：；li'l1 1i'li.1!flfl

42、plflfli!；li.'ll!；ll!ili1!111flfl2ss ii1fl非單步狀態(tài)30s單步狀態(tài)2ss號(hào)3il iiit4號(hào)1號(hào)2號(hào)3號(hào)4號(hào)2s五.程序調(diào)試調(diào)試步驟如圖所示：（1）按下啟動(dòng)按鈕，噴泉進(jìn)入侍命狀態(tài)，如圖5-1所不。（2）選擇單步運(yùn)行，如圖5-2所示。圖5-2程序調(diào)試圖（3）按下第一種運(yùn)行方式，噴泉開始運(yùn)行，如圖5-3所示。siemenssimatics7-200cpu 214t it il a 1 ft ill i ft 11 it it a 1siemenssimatics7-200cpu 214100110siemensrun10.1005114105msq

43、05cpu 214simatks7-200lofi10.7q0£00.7門口 叩 nnnnnnnn 叩01 2345670 1 2 3 4 5siemenssimatics7-200cpu 214mmr 尸mt it it 11 h it ill i it it it m it 1siemenssimatics7-2oocpu 21 4k ik it itin n 1 k it01 2345670 1 2 3 4 5siemenssimatics7-200lnnnnnnnnnnnnnnnnnjsiemenssimatics7-200cpu 214圖5-3程序調(diào)試圖當(dāng)噴泉第八種噴射花樣

44、結(jié)束后，噴泉進(jìn)入停止?fàn)顟B(tài)。在此調(diào)試過程中, 主要觀察噴射花樣的運(yùn)行是否符合程序的設(shè)定。其余三種循環(huán)方式，也是在噴泉處于單步運(yùn)行狀態(tài)時(shí)，進(jìn)行調(diào)試。噴泉的四種循環(huán)方式選擇開關(guān)，可在噴泉處于單步運(yùn)行狀態(tài)時(shí)，進(jìn)行 調(diào)試。噴泉運(yùn)行狀態(tài)下，按下噴泉循環(huán)方式選擇按鈕，完成四種方式間的 切換調(diào)試。以上調(diào)試完成后，噴泉在默認(rèn)（連續(xù)）狀態(tài)下啟動(dòng)，噴泉一直運(yùn)行下 去。優(yōu)點(diǎn)：六.設(shè)計(jì)優(yōu)缺點(diǎn)（1）該設(shè)計(jì)控制簡(jiǎn)單。（2）變化模式可選。（3）可單步執(zhí)行。缺點(diǎn)：（1）花樣變化比較單一。（2）用plc邏輯控制器設(shè)計(jì)，成本較高。七.設(shè)計(jì)體會(huì)通過木次畢業(yè)設(shè)計(jì)，利用plc在控制上的優(yōu)越性，使噴泉在實(shí)際生活 中的噴水花樣，變化更多，更

45、加完美。本設(shè)計(jì)采用plc控制，利用plc體積 小、功能強(qiáng)、可靠性高，月具冇較大的靈活性和可擴(kuò)展性的特點(diǎn)，通過改變 噴泉的控制程序或改變方式選擇開關(guān)，就可以改變花樣噴泉的噴水規(guī)律，從 而變換出各式花樣，以適應(yīng)不同季節(jié)、不同場(chǎng)合的噴水要求。能給人的視覺 系統(tǒng)帶來一種更加美的享受。八.感謝詞本畢業(yè)設(shè)計(jì)從開始工作到最終的完成都離不開我的指導(dǎo)老師張紀(jì)良老 師的悉心指導(dǎo)和幫助。張老師的嚴(yán)謹(jǐn)治學(xué)態(tài)度、淵博的知識(shí)、無私的奉獻(xiàn) 精神使我深受啟迪。從張老師身上，我不僅學(xué)到了扎實(shí)、寬廣的專業(yè)知識(shí), 也學(xué)到了做人的道理。在此我要向張老師致以最衷心的感謝和深深的敬意。 在完成設(shè)計(jì)的過程中，感謝眾多同學(xué)和任課教師的熱情幫

46、助。最后，衷心感謝各位老師對(duì)我的設(shè)計(jì)進(jìn)行評(píng)審，冇不足之處，敬請(qǐng)批評(píng)指止。九.參考文獻(xiàn)1孫平，可編程控制器原理及應(yīng)用，高等教育出版社，2003年1月第 二版。2.張運(yùn)波，工廠電氣控制技術(shù)，高等教育岀版社，2001年7月第一版。3.王永華，現(xiàn)代電氣及可編程控制技術(shù)，北京航空航天大學(xué)出版社，2002年9月第一版。4.任志錦，電氣與電氣控制，機(jī)械工業(yè)出版社，2003年2月第一版。5程周，可編程控制器原理及應(yīng)用,高等教育出版社，2003年4月第 四版。6.胡學(xué)林， 二版?？删幊炭刂破鲬?yīng)用技術(shù)，高等教育出版社，2001年8月第7廖常初，plc編程及應(yīng)用，機(jī)械工程出版社，2009年6月第三版。8陽憲惠，工業(yè)

47、數(shù)據(jù)通信與控制網(wǎng)絡(luò)，北京：清華大學(xué)出版社，20039. water pumping control system with a programmable logic controller (plc) and industrial wireless modules for industrial plantsan experimental setup isa transactions, in press, corrected proof, available online 3 december 2010 ramazan bayindir, yucel cetinee 10.siemens ag.s

48、imatic s7-200 programmable controller system maunal.200411. siemens ag.simatic text display (td) user manual.200412. siemens ag.stmattc net cp 243-1 communications processor forindustrial ethernet technical manual. 200210.附錄一i ntroduct i ons to temperature contro i and pid contro i i ersprocess cont

49、roi system.automatic process control is concerned with maintaining process variables temperatures pressures flows compositions, and the like at some desired operation value processes are dynamic in nature changes are always occurring and if actions are not taken, the important process variables-thos

50、e related to safety, product quality, and production rates-will not achieve design conditions.in order to fix ideas, let us consider a heat exchanger in which a process stream is heated by condensing steam. the process is sketched in fig. 10-1f icateci process st reamsteamprocess stream 77(/). x：m v

51、s10l heat exchangerfig.the purpose of this unit is to heat the process fluid from some inlet temperature, ti(t), up to a certain desired outlet temperature, t(t). as mentioned, the heating medium is condensing steam.the energy gained by the process fluid is equal to the heat released by the steam, p

52、rovided there are no heat losses to surroundings, iii that is, the heat exchanger and piping are well insulated.in this process there are many variables that can change, causing the outlet temperature to deviate from its desired value. 21 if this happens, some action must be taken to correct for this deviation. that is, the objective is to control the outlet process temperature to maintain its desired value.one way to accomplish this objective is by first measuring the temperature t(t), then comparing it to its desired valu