基于PLC控制的花樣噴泉

1、基于PLC控制的花樣噴泉摘要：在現(xiàn)代社會(huì)中隨著人們對(duì)環(huán)境越來(lái)越重視，計(jì)算機(jī)硬件技術(shù)越來(lái)越普遍，噴泉的應(yīng)用也更加受歡迎。用PLC技術(shù)控制噴泉結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，控制方便，可隨意改變控制功能達(dá)到變換噴泉噴水花樣的目的，所以在現(xiàn)代社會(huì)中有很大的發(fā)展空間。關(guān)鍵詞：PLC；花樣噴泉；變頻器 一、概述當(dāng)今社會(huì)在人們生活水平日益提高的同時(shí)，人們對(duì)城市環(huán)境的建設(shè)也越來(lái)越重視。在每座城市主要的廣場(chǎng)上、公園里都能見(jiàn)到噴泉的身影，人們對(duì)噴泉越來(lái)越喜愛(ài)。噴泉有非常高的觀賞價(jià)值，現(xiàn)在在各種不同的場(chǎng)所都能見(jiàn)到噴泉。它在給人們的生活到來(lái)了視覺(jué)上享受的同時(shí)，也提高了周邊的環(huán)境質(zhì)量，它增了空氣中的濕度，減少了空氣中的塵埃，降低了空氣的溫

2、度。在計(jì)算機(jī)技術(shù)應(yīng)用十分普遍的情況下，PLC的應(yīng)用越來(lái)越普遍。用PLC來(lái)控制噴泉不僅能讓噴泉切換各種水型，而且還能將各種水型按照預(yù)先設(shè)定的排列組合進(jìn)行控制程序的設(shè)計(jì)，通過(guò)計(jì)算機(jī)運(yùn)行控制程序發(fā)出控制信號(hào)，使水型實(shí)現(xiàn)多姿多彩的變換。二、花樣噴泉的設(shè)計(jì)方案1、花樣噴泉的控制要求（1）1號(hào)2號(hào)噴水管為外環(huán)形狀，3號(hào)噴水管為內(nèi)環(huán)形狀，4號(hào)噴水管為星型。（2）本次設(shè)計(jì)的花樣噴泉有三種花樣選擇。用按鈕來(lái)控制噴泉的開(kāi)始與停止，用選擇開(kāi)關(guān)來(lái)實(shí)現(xiàn)噴泉的工作方式。（3）三種花樣分別為：1）首先1、2、3、4每隔兩秒依次噴水，四個(gè)噴水管同時(shí)噴水10秒后停止，如此循環(huán)。2）先1、3同時(shí)噴水兩秒然后停止，同時(shí)2、4同時(shí)噴

3、水兩秒然后停止，交替運(yùn)行5次后1、2、3、4同時(shí)噴水，10秒后停止，如此循環(huán)。3）先1、3、2、4順序噴水，間隔兩秒，然后同時(shí)噴水10秒后，按2、4、1、3順序停噴，如此循環(huán)。（4）通過(guò)變頻器控制水泵的轉(zhuǎn)速達(dá)到控制每個(gè)噴泉噴水高度的要求。1、3為低速正轉(zhuǎn)，2、4為高速正轉(zhuǎn)?；訃娙疽鈭D如圖1所示：圖1 花樣噴泉示意圖2、花樣噴泉的控制原理圖通過(guò)按鈕開(kāi)關(guān)信號(hào)來(lái)控制PLC，用一個(gè)變頻器來(lái)控制4個(gè)水泵?；訃娙目刂圃韴D如圖2所示：圖2 花樣噴泉的控制原理圖三、噴泉的簡(jiǎn)介1、噴泉的種類(lèi) （1）普通噴泉 普通噴泉是由電源開(kāi)關(guān)的開(kāi)閉來(lái)控制噴泉的運(yùn)行，此種噴泉的水型較單一簡(jiǎn)單。 （2）程控噴泉 程控噴

4、泉是先將各種水型按照設(shè)計(jì)所需要的要求進(jìn)行排列組合，再根據(jù)要求進(jìn)行控制程序的設(shè)計(jì)，并通過(guò)計(jì)算機(jī)發(fā)出控制信號(hào)，使噴泉按照設(shè)計(jì)要求噴出各種水型。（3）音樂(lè)噴泉音樂(lè)噴泉是在程控噴泉的基礎(chǔ)上加入了音樂(lè)控制系統(tǒng)，計(jì)算機(jī)通過(guò)音頻信號(hào)的識(shí)別進(jìn)行譯碼和編碼，最終將信號(hào)輸出至控制系統(tǒng)，使噴泉的造型與音樂(lè)同步。 2、噴泉的應(yīng)用 隨著國(guó)民經(jīng)濟(jì)的恢復(fù)和發(fā)展，人民生活水平的提高，人們不斷追求高質(zhì)量的文化生活和環(huán)境美，使得噴泉越來(lái)越受到人們的喜愛(ài)。 在城市中我們可以看到大型群眾集會(huì)的廣場(chǎng)噴泉和城市主題雕塑?chē)娙谏虡I(yè)廣場(chǎng)、購(gòu)物中心以及旅游景點(diǎn)可以看到大型激光彩色音樂(lè)噴泉，在河、湖自然水面上可以看到噴水高度超過(guò)百米的高水柱噴

5、泉，甚至在商場(chǎng)內(nèi)、酒樓里也可以看到小巧、別致的噴泉。隨著人們對(duì)噴泉的造景功能、娛樂(lè)功能、環(huán)保功能認(rèn)識(shí)的提高，噴泉的得到了更多的應(yīng)用。四、可編程控制器介紹可編程控制器屬于存儲(chǔ)程序控制方式，其控制功能是通過(guò)存放在存儲(chǔ)器內(nèi)的程序來(lái)實(shí)現(xiàn)的，若要對(duì)控制功能做必要的修改，只需改變軟件指令即可，實(shí)現(xiàn)了硬件控制的軟件化。其主要特點(diǎn)為:1、PLC軟件簡(jiǎn)單易學(xué) PLC采用的易學(xué)易懂的梯形圖語(yǔ)言，是以計(jì)算機(jī)軟件技術(shù)構(gòu)成人們慣用的繼電器模型，形成的一套獨(dú)具風(fēng)格的一繼電器梯形圖為基礎(chǔ)的形象編程語(yǔ)言。2、使用和維護(hù)方便（1）硬件配置方便 PLC的硬件都是專(zhuān)門(mén)生產(chǎn)廠家按一定標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)格生產(chǎn)的，按實(shí)際需要配置PLC時(shí)，所需硬件

6、均可在市場(chǎng)上買(mǎi)到。（2）安裝方便 PLC內(nèi)部不需要接線和焊接，只要進(jìn)行外部接線和程序編寫(xiě)就可以了，當(dāng)生產(chǎn)工藝發(fā)生改變時(shí)，只要修改控制程序即可。（3）使用方便 PLC內(nèi)部各類(lèi)等效繼電器的接點(diǎn)使用不受次數(shù)限制。使用時(shí)，只需考慮輸入輸出點(diǎn)個(gè)數(shù)即可。（4）維護(hù)方便 PLC配有許多監(jiān)視提示信號(hào)，能動(dòng)態(tài)的監(jiān)視控制程序的執(zhí)行情況，檢查出自生的故障。3、運(yùn)行穩(wěn)定可靠PLC是專(zhuān)為工業(yè)控制設(shè)計(jì)的，在設(shè)計(jì)和制造過(guò)程中，采取了多層次抗干擾和精選元件措施，可在惡劣的工業(yè)環(huán)境下與強(qiáng)電設(shè)備一起工作，運(yùn)行的穩(wěn)定性和可靠性較高。4、設(shè)計(jì)施工周期短使用PLC完成一項(xiàng)控制工程，在系統(tǒng)設(shè)計(jì)完成以后，現(xiàn)場(chǎng)施工和PLC程序設(shè)計(jì)可同時(shí)進(jìn)行

7、，周期短，而且程序的調(diào)試和修改都很方便。五、 系統(tǒng)硬件的設(shè)計(jì)1、PLC的選型本次花樣噴泉控制系統(tǒng)選用的PLC為三菱公司的FX0N系列，型號(hào)為FX1S-30MR。此系列的PLC體積小，重量輕，使用壽命長(zhǎng)，編程和維護(hù)方便，故障率低，通過(guò)擴(kuò)展模塊的連接，可以增加輸入/輸出的點(diǎn)數(shù)。本次花樣噴泉系統(tǒng)共6個(gè)輸入，11個(gè)輸出。（1）、三菱PLC的工作原理 可編程控制器屬于工業(yè)控制計(jì)算機(jī)，它的工作原理是建立在計(jì)算機(jī)工作原理基礎(chǔ)上的，通過(guò)執(zhí)行反映控制器要求的用戶(hù)程序來(lái)實(shí)現(xiàn)。執(zhí)行用戶(hù)程序時(shí)，需要各種現(xiàn)場(chǎng)信息，如果這些現(xiàn)場(chǎng)洗洗（例如按鈕SB接通或斷開(kāi)狀態(tài)）已送到PLC的出入端口，PLC將采集所有輸入信號(hào)并存放到輸入

8、映象寄存器中，執(zhí)行用戶(hù)程序時(shí)需要輸入狀態(tài)均在映象寄存器中取用。同樣PLC對(duì)外部的輸出控制也是先把CPU執(zhí)行用戶(hù)程序后的輸出結(jié)果存放在輸出映象寄存器中，等執(zhí)行完用戶(hù)程序后，將所有輸出結(jié)果一次性的想輸出端口或輸出模塊輸出，使輸出設(shè)備部件動(dòng)作。PLC的工作過(guò)程是一個(gè)不斷循環(huán)掃描的過(guò)程。CPU從第一條指令開(kāi)始，按順序逐條地執(zhí)行用戶(hù)程序直到用戶(hù)程序借宿，然后返回第一條指令開(kāi)始新的一輪掃描，當(dāng)PLC處于正常運(yùn)行時(shí)，PLC會(huì)不斷循環(huán)掃描地工作下去，其工作過(guò)程示意圖與3所示。每一次掃描過(guò)程有輸入采樣，程序執(zhí)行和輸出刷新3個(gè)階段。（2）、采用PLC控制花樣噴泉的優(yōu)點(diǎn)1）、PLC軟接線，只需改變控制程序就可以輕易

9、改變邏輯或增加功能。2）、PLC串行工作，不受制約。3）、PLC通過(guò)半導(dǎo)體來(lái)控制，速度很快，無(wú)觸點(diǎn)，故而無(wú)抖動(dòng)一說(shuō)。 4）、PLC時(shí)鐘脈沖由晶振產(chǎn)生，精度高，定時(shí)范圍寬，有計(jì)數(shù)功能。 5）、PLC無(wú)觸點(diǎn)，壽命長(zhǎng)，具有自我診斷功能，對(duì)程序執(zhí)行的監(jiān)護(hù)功能，現(xiàn)場(chǎng)調(diào)試和維護(hù)方便。2、變頻器的選型本次花樣噴泉控制系統(tǒng)中的變頻器只用于每環(huán)噴水管的噴水高度，所以選用三菱公司FR-S520(S)E系列的變頻調(diào)速器。此變頻器簡(jiǎn)單易用；功率范圍：0.43.7KW (三相200V FR-S520E系列)，0.41.5kW (單相220V FR-S520SE系列)；自動(dòng)轉(zhuǎn)矩提升，實(shí)現(xiàn)5Hz時(shí)150%轉(zhuǎn)矩輸出；數(shù)字式撥

10、盤(pán)，設(shè)定簡(jiǎn)單快捷；柔性PWM，實(shí)現(xiàn)更低噪音運(yùn)行；15段速，PID，420mA輸入和漏源型轉(zhuǎn)換等多功能，內(nèi)置獨(dú)立RS485通訊口。3、水泵的選型本次花樣噴泉控制系統(tǒng)選用的是噴泉泵。此泵結(jié)構(gòu)緊湊，無(wú)需引水、使用簡(jiǎn)便，雙端密封、電氣保護(hù)，設(shè)計(jì)合理、性能優(yōu)良，經(jīng)久耐用，性能可靠。適用于音樂(lè)噴泉等場(chǎng)合對(duì)電機(jī)頻繁啟動(dòng)的要求。葉輪具有防松裝置，不怕反轉(zhuǎn)。六、系統(tǒng)軟件的設(shè)計(jì)1、花樣噴泉的工作過(guò)程分析（1）、按下啟動(dòng)按鈕，開(kāi)始運(yùn)行。（2）、按下位置開(kāi)關(guān)，運(yùn)行第一種花樣。（3）、按下位置開(kāi)關(guān)，運(yùn)行第三種花樣。2、PLC的I/O分配表如圖3所示：輸入輸出X0啟動(dòng)Y11號(hào)噴水管X1停止Y22號(hào)噴水管X2花樣一Y33號(hào)

11、噴水管X3花樣二Y44號(hào)噴水管X4花樣三Y5低速Y6高速Y7正轉(zhuǎn)圖3 I/O分配表 3、如圖4所示PLC的接線圖圖44、如圖5所示流程圖：圖53、花樣噴泉的控制系統(tǒng)的程序設(shè)計(jì)4、程序解析按下啟動(dòng)按鈕X0系統(tǒng)啟動(dòng)。按下X2系統(tǒng)執(zhí)行第一種花樣，S21S25為第一種花樣的程序；按下X3系統(tǒng)執(zhí)行第二種花樣，S31S25為第二種花樣的程序；按下X4系統(tǒng)執(zhí)行第三種花樣，S41S47為第三種花樣的程序。七、總結(jié)本文所設(shè)計(jì)的是用可編程控制器PLC及變頻器控制的簡(jiǎn)易花樣噴泉。本設(shè)計(jì)主要以三菱PLC為主，有三種噴水花樣可供選擇，變頻器可調(diào)節(jié)噴泉的高度。本設(shè)計(jì)控制方便、經(jīng)濟(jì)運(yùn)行，主要適用于中型小區(qū)、學(xué)校等地方。本文簡(jiǎn)單的完成了設(shè)計(jì)，在實(shí)際操控中變頻器可以得到更多的使用。在一些大型廣場(chǎng)使用時(shí)可以根據(jù)不同的要求增加軟硬件，實(shí)現(xiàn)程控噴泉到音樂(lè)噴泉的轉(zhuǎn)換，達(dá)到更高層次的美觀，使視覺(jué)與聽(tīng)覺(jué)同時(shí)享受科技的魅力。本設(shè)計(jì)在戴維老師的精心指導(dǎo)下最終順利完成。在此，我向戴老師表示衷心的感謝，同時(shí)還要感謝這六年來(lái)教過(guò)我的每一位老師，是你們教會(huì)了我這些專(zhuān)業(yè)知識(shí)，使我有能力完成本次設(shè)計(jì)，并為今后的工作打下了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。對(duì)于本次的設(shè)計(jì)論文，我從思想上高