基于PLC的噴泉控制(共17頁)

1、精選優(yōu)質(zhì)文檔-傾情為你奉上基于PLC的噴泉控制 學(xué)號： 姓名： 日期：專心-專注-專業(yè)目錄 第1章 緒論1、1選題的背景與意義國內(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)的一個技術(shù)細(xì)節(jié)，從設(shè)計到產(chǎn)品制作、工程安裝都沒有形成規(guī)模。改革開放以來，隨著國民經(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)、改造過程中對噴泉美化和文化氛圍營造上提出了要求，結(jié)合當(dāng)時先進(jìn)的單片機、通過電磁閥和直流電機調(diào)速實行變量控制，設(shè)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(yè)技術(shù)人員把計算機技術(shù)、信息技術(shù)，以及聲、光、電、

2、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的迅速發(fā)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(xiàn)。人們對噴泉的造景功能、娛樂功能，認(rèn)識逐步提高，開拓了噴泉的應(yīng)用范圍。適宜于節(jié)日、大型集會的廣場噴泉和城市主題調(diào)速噴泉，造型簡潔、明快、莊重、大方。在商業(yè)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(chǎn)市場的逐漸升溫，一些住宅小區(qū)在景觀設(shè)計中，

3、融人了噴泉，使其與小區(qū)園林景觀遙相呼應(yīng)。商場、酒樓內(nèi)的噴泉小巧、別致，可以調(diào)節(jié)室內(nèi)氣溫。這些年，隨著計算機技術(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)計從最初的手工制圖發(fā)展到photoshop圖片，再到三維動畫制作的動態(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)、社會效應(yīng)和廣告效應(yīng)。第2章 系統(tǒng)總體設(shè)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(shè)計中噴泉的控制要求為：1)按下啟動按鈕，噴泉

4、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）按下噴泉啟動開關(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)行下面動作：中央噴水燈中央噴水閥環(huán)狀燈環(huán)狀噴水閥每個動作持續(xù)時間為2 秒。PLC是一種專門為在工業(yè)環(huán)境下應(yīng)用而設(shè)計的數(shù)字運算操作的電子裝置，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(nèi)部存儲執(zhí)行邏輯運算、順序運算、計時、計數(shù)和算術(shù)運算等操作的指令，并能通過數(shù)字式或模擬式的輸入和輸出，控制各種類型的機械或生產(chǎn)過程，所以利用PLC這一特點可以方便

5、的實現(xiàn)控制要求中每個動作持續(xù)時間為2秒的設(shè)計。PLC就物理結(jié)構(gòu)來看，有豐富的輸入、輸出端，從PLC的邏輯結(jié)構(gòu)來看，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、定時器、計數(shù)器和數(shù)據(jù)寄存器及器件對應(yīng)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(shù)量、位置的顯示。2.2系統(tǒng)總體設(shè)計從工程實際出發(fā)，在制定控制系統(tǒng)的方案時，充分考慮工程的組成和實現(xiàn)，主要從機械部件的動作順序、動作條件、必要的保護(hù)和聯(lián)鎖，系統(tǒng)的工作方式（如手動、自動、半自動）和安全保護(hù)措施及緊急情況處理等著手設(shè)計。以下幾點為梯形圖設(shè)計過程的主要思路：1） 需要時按下開始開關(guān)噴泉開始動作；2） 通過輔助繼電器、計數(shù)器、

6、定時器等來實現(xiàn)自動控制工程；3） 需要立即結(jié)束時，按下停止按鈕立即斷電。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。電源部分主要實現(xiàn)電力的提供等; 操作面板主要實現(xiàn)系統(tǒng)的啟動、停止、噴泉系統(tǒng)開關(guān); 變頻器部分實現(xiàn)對電機、水泵等變頻要求; 噴泉系統(tǒng)由PLC 系統(tǒng)進(jìn)行控制，主要是對噴水裝置及彩燈的實時控制。 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)系到實際控制需求、輸入、輸出等變量的特點，在此使用

7、的是日本三菱的FX2N-32MR繼電器輸出行的PLC來滿足控制要求。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。在上連接擴展單元或擴展模塊，可進(jìn)行16-256點的靈活輸入輸出組合?？蛇x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(jìn)行擴展?？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）可使用存儲盒，最大可擴充至16K步。豐富的軟元件應(yīng)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(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，輸入的讀

8、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)排列、三角函數(shù)運算、平方根、浮點小數(shù)運算等。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，校驗碼等。時計控制內(nèi)置時鐘的數(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)計選用SZ

9、-310型號，其余噴頭位于整體噴泉的最外圍，噴頭個數(shù)較多，可以采用直流噴頭，本設(shè)計選用WX-115型號，具體參數(shù)如表3-1所示：表3-1 噴頭參數(shù)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-310100-150200-25019-2325-283-56-111.0-1.31.4-1.650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)計要求對水泵的揚程、流量和適用場合、能耗比、性價比來

10、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、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(shù)如表3-2所示：表3-2 水泵參數(shù)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(shè)計噴泉燈選用SD-007,電壓AC12V

11、/24V，功率9*1W，顏色紅黃綠藍(lán)白七彩，防護(hù)等級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(biāo)準(zhǔn)，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(dá)5W小時以上，低能耗，高亮度，低溫冷光，不發(fā)熱，健康環(huán)保，無紅、紫外線輻射，固體發(fā)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(shè)計按鈕選擇GQ12B高強度彩色按鈕開關(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)

12、白黑等，防護(hù)等級IP65/IK08。3.1.5 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)計是通過變頻器調(diào)速技術(shù)來控制每環(huán)噴水的高度，本設(shè)計選用的是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）；自動轉(zhuǎn)矩提升，實現(xiàn)5Hz時150%轉(zhuǎn)矩輸出；柔性PWM，實現(xiàn)更低噪音運行；內(nèi)置獨立RS485通訊口；數(shù)字式撥盤，設(shè)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(fù)載類型：如葉片泵或容積泵等，特別

13、注意負(fù)載的特性曲線，性能曲線決定了應(yīng)用時的方式方法。3.變頻器與負(fù)載的匹配問題：(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機的額定電流相符。對于特殊的負(fù)載如深水泵等需要參考電機的性能參數(shù)，以最大電3.2 PLC 輸入輸出( I /O) 設(shè)計系統(tǒng)控制器硬件電路的設(shè)計主要是PLC 外圍電路的設(shè)計，其關(guān)鍵部分為I /O 分配表的設(shè)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(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總啟動按鈕SB1Y0噴

14、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(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4.1 系統(tǒng)流程4.1.1 程序流程圖軟件部分主要實現(xiàn)整個系統(tǒng)的運行和準(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、啟動判斷和噴泉系統(tǒng)動作等部分。 開始 初始化 是否啟動 否 是 噴泉系統(tǒng)動作 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，重在強調(diào)編程軟元件之間的關(guān)聯(lián)性及邏輯性。通過梯形圖之間的邏輯關(guān)系，能

15、較容易理解程序的功能，但從程序設(shè)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。本設(shè)計中噴泉控制系統(tǒng)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(jìn)順控指令來實現(xiàn)噴泉控制系統(tǒng)的運行。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（稱STL觸點）的順控區(qū)包括負(fù)載驅(qū)動、指定轉(zhuǎn)換條件和制定轉(zhuǎn)換目標(biāo)等三個功能。本設(shè)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 Y

16、2 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 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 Y

17、3LD T2STL S24END4.4程序分析 PLC運行后，有特殊輔助繼電器M8002產(chǎn)生一個掃描周期的脈沖，程序自動進(jìn)入初始狀態(tài)S0，按下啟動按鈕后，噴泉工作指示燈Y0點亮，且系統(tǒng)2秒后進(jìn)入S20狀態(tài)，驅(qū)動定時器計時；2秒時間到后，進(jìn)入下一通用狀態(tài)S21，驅(qū)動Y3，中央噴水燈開始工作點亮；2秒時間到后，進(jìn)入下一通用狀態(tài)S22，驅(qū)動Y1，中央潛水泵開始工作噴水；2秒時間到后，進(jìn)入下一通用狀態(tài)S23，驅(qū)動Y4，外圍噴水燈開始工作點亮；2秒時間到后，進(jìn)入下一通用狀態(tài)S24，驅(qū)動Y2，外圍潛水泵開始工作噴水，時間到后回到S20狀態(tài)，循環(huán)運行。第五章 仿真結(jié)果5.1 系統(tǒng)仿真按下啟動按鈕后噴泉系統(tǒng)工

18、作指示燈一直亮，其仿真結(jié)果如圖5-1所示：圖5-1 系統(tǒng)工作指示燈仿真定時2秒時間到后，中央噴水燈點亮，仿真結(jié)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(jié)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(jié)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(jié)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(tǒng)開始循環(huán)工作，中央噴水燈點亮，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、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。運用PLC來設(shè)計噴泉的控制系統(tǒng)和進(jìn)行系統(tǒng)仿真無論是從設(shè)計思路還是設(shè)計過程來說，都非常的方便，并且調(diào)試管理簡單明了，人們使用起來得心應(yīng)手。 通過這次設(shè)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(zhì)，在沒有做實踐設(shè)計以前，我們對知道的撐握都是思想上的，對一些細(xì)節(jié)不加重視，當(dāng)我們把自己想出來的程序與到PLC中的時候，問題出現(xiàn)了，不是不能運行，就是運行的結(jié)果和要求的結(jié)果不相符合。能過解決一個個在調(diào)試中出現(xiàn)的問題，我們對