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/O）

设计

...........................6

3.3

系统的硬件接线图

...................................7

软件设计

........................................................................................8

4.1

系统流程

...........................................8

4.1.1

程序流程图

...................................8

4.1.2

顺序功能图

4.2

梯形图

.............................................9

4.3

指令表

............................................11

4.4

程序分析

..........................................11

第五章

仿真结果

.......................................................................................12

5.1

系统仿真

..........................................12

结　论

.........................................................................................................14

参考文献

.....................................................................................................15

绪论

选题的背景与意义

国内在

世纪

年代以前，喷泉只是建筑给排水和园林造景专业的一个技

术细节，从设计到产品制作、工程安装都没有形成规模。

改革开放以来，随着国

民经济的发展，人民生活水平的提高，一些城市的城建、园林主管部门在城市建

设、改造过程中对喷泉美化和文化氛围营造上提出了要求，结合当时先进的单片

机、通过电磁阀和直流电机调速实行变量控制，设计出了一批喷泉水景。

近年来，

喷泉走出公园、园林的围墙和广场的中心，深入延伸到人们的各个社会活动场所。

专业技术人员把计算机技术、信息技术，以及声、光、电、雾、火、激光、音乐、

水幕电影等学科的技术应用到喷泉之中，这些喷泉按照一定的规律改变喷泉式样，

辅以五颜六色的灯光和优美的音乐，使人心旷神怡，流连忘返。

随着可编程控制

器在我国的迅速发展，人们对花式喷泉控制的要求也越来越高，使得越来越多的

控制部分需用可编程控制器来实现。

人们对喷泉的造景功能、娱乐功能，认识逐步提高，开拓了喷泉的应用范围。

适宜于节日、大型集会的广场喷泉和城市主题调速喷泉，造型简洁、明快、庄重、

大方。

在商业广场、购物中心以及一些景点的大型激光彩色音乐喷泉，欢快、跳

跃，富有诗意，有些喷泉配以水幕电影，给人们带来变幻奇妙的视听效果。

近年

来，随着房地产市场的逐渐升温，一些住宅小区在景观设计中，融人了喷泉，使

其与小区园林景观遥相呼应。

商场、酒楼内的喷泉小巧、别致，可以调节室内气

温。

这些年，随着计算机技术的广泛应用，喷泉方案的制作技术有了极大的发展，

方案设计从最初的手工制图发展到

photoshop

图片，再到三维动画制作的动态喷

水方案。

喷泉专用产品、设备不断地更新换代，新材料、新技术的采用，都为喷

泉的良性发展提供了技术支持。

大多数喷泉除了具有美化环境的功能之外，还具

有良好的生态效应、社会效应和广告效应。

系统总体设计

方案的选择

喷泉控制装置

喷泉工作示意图如图

2-1

所示：

图

喷泉工作示意图

喷泉控制要求

本设计中喷泉的控制要求为：

1）按下启动按钮，喷泉控制装置开始工作，按下停止按钮，喷泉控制装置停

止工作。

2）按下喷泉启动开关后，喷泉工作指示灯一直保持亮的状态。

3）在喷泉工作指示灯亮

2秒后，循环执行下面动作：

中央喷水灯→中央喷

水阀→环状灯→环状喷水阀每个动作持续时间为

秒。

是一种专门为在工业环境下应用而设计的数字运算操作的电子装置，它

所采用的工作方式是循环扫描的方式，在前期准备工作完成后按下喷泉启动按钮，

扫描到该信号时开始工作。

因为

采用可以编制程序的存储器，用来在其

内部存储执行逻辑运算、顺序运算、计时、计数和算术运算等操作的指令，并能

通过数字式或模拟式的输入和输出，控制各种类型的机械或生产过程，所以利用

这一特点可以方便的实现控制要求中每个动作持续时间为

秒的设计。

PLC

就物理结构来看，有丰富的输入、输出端，从

的逻辑结构来看，内部有许多

软元件，如输入继电器、输出继电器、状态组件、定时器、计数器和数据寄存器

及器件对应的常开、常闭接点，方便对喷泉开启、停止、计时等信号的输入和数

量、位置的显示。

从工程实际出发，在制定控制系统的方案时，充分考虑工程的组成和实现，

主要从机械部件的动作顺序、动作条件、必要的保护和联锁，系统的工作方式

（如手动、自动、半自动）和安全保护措施及紧急情况处理等着手设计。

以下几

点为梯形图设计过程的主要思路：

1）需要时按下开始开关喷泉开始动作；

2）通过辅助继电器、计数器、定时器等来实现自动控制工程；

3）需要立即结束时，按下停止按钮立即断电。

以

为核心的喷泉控制系统整体结构如图

2-2

所示。

该系统主要包括电

源部分、操作控制部分、变频器部分、喷泉系控制系统部分。

电源部分主要实现

电力的提供等;

操作面板主要实现系统的启动、停止、喷泉系统开关;

变频器部

分实现对电机、水泵等变频要求;

喷泉系统由

系统进行控制，主要是对喷

水装置及彩灯的实时控制。

控制PLC变

面板频喷泉

器系统

电源

控制系统整体结构框图

硬件设计

硬件选型

的选择

根据喷泉的控制要求，联系到实际控制需求、输入、输出等变量的特点，

在此使用的是日本三菱的

FX2N-32MR

继电器输出行的

来满足控制要求。

除输

入出

16-25

点的独立用途外，该

还可以适用于在多个基本组件间的连接，模

拟控制，定位控制等特殊用途。

在基本单元上连接扩展单元或扩展模块，可进行

16-256

点的灵活输入输出组合。

可选用

16/32/48/64/80/128

点的主机，可以采用

最小

点的扩展模块进行扩展。

可根据电源及输出形式，自由选择。

程序容量：

内置

800

步

RAM（可输入注释）可使用存储盒，最大可扩充至

16K

步。

丰富的

软元件应用指令中有多个可使用的简单指令、高速处理指令、输入过滤常数可变，

中断输入处理，直接输出等。

便利指令数字开关的数据读取，16

位数据的读取，

矩阵输入的读取，7

段显示器输出等。

数据处理、数据检索、数据排列、三角函

数运算、平方根、浮点小数运算等。

特殊用途、脉冲输出

（20KHZ/DC5V，KHZ/DC12V-24V），脉宽调制，PID

控制指令等。

外部设备相

互通信，串行数据传送，ASCII

code

印刷，HEX

ASCII

变换，校验码等。

时计控

制内置时钟的数据比较、加法、减法、读出、写入等。

喷头的选择

喷泉的喷头大致分为直流喷头、涌泉喷头、集柬喷头和旋转喷头等，种类

繁多，喷出的水型各不相同。

根据喷泉设计方案，中央喷头位于花式喷泉的中心，

采用中间小、四周大的技术喷头组合方案，能够产生中间喷出的水柱较四周要高、

要细的视觉效果，本设计选用

SZ-310

型号，其余喷头位于整体喷泉的最外围，

喷头个数较多，可以采用直流喷头，本设计选用

WX-115

型号，具体参数如表

3-1

喷头

型号

主要性能

连接管

安装尺寸（mm）

水压

（kpa）

流量

（m3/h）

喷高

（m）

喷洒直

径（m

）

直径

（mm）

连接

方式

SZ-310

100-150

200-250

19-23

25-28

3-5

6-11

1.0-1.3

1.4-1.6

内螺纹

220

+120

WX-115

47-77

1.5-2.0

3.4-5.0

110

+40

扬程

功率

（kw）

使用电

压（v）

频率

（hz）

水泵高

度

最大外

径

QSP10-13-0.75

0.75

380

440

168

QSP10-10-0.55

0.55

420

150

表

3-1

喷头参数

水泵的选择

水泵的种类更具不同的要求，大致分为卧式水泵和潜水泵。

根据设计要求对

水泵的扬程、流量和适用场合、能耗比、性价比来分析，由于潜水泵放置在水中，

不需要泵房，可以降低造价。

潜水泵能耗低、体积小、重量轻，不需灌引水，使

用、维护及管理方便，能够达到节约水资源的目的，适合喷泉的喷水要求。

本设

计中央水泵选用

QSP10-13-0.75

型号，外围水泵选用

QSP10-10-0.55,具体参数如

3-2

水泵参数

喷泉灯和按钮的选择

本设计喷泉灯选用

SD-007,电压

AC12V/24V，功率

9*1W，颜色红黄绿蓝白七

彩，防护等级

IP68，外壳材质全不锈钢制造。

该产品由

颗高亮度的美国大功率

LED

灯作光源，特制硅胶密封圈，外壳为户外全天候型，符合国家标准，电器三

级绝缘。

灯体采用全不锈钢，安全

24V

电源供电，超低功耗，使用寿命长达

小时以上，低能耗，高亮度，低温冷光，不发热，健康环保，无红、紫外线辐射，

固体发光无污染，无闪屏，防腐防锈，广泛用于喷水池鱼池人工瀑布假山草坪水

下泳池等装饰点缀使用。

本设计按钮选择

GQ12B

高强度彩色按钮开关，安装孔尺寸

Φ12mm，开关额定

值

2A/36VDC，开关组合

1NO，操作类型自复式，外壳材料锌铝合金，钮头材料

PBT，头部颜色有红绿黄蓝白黑等，防护等级

IP65/IK08。

变频器的选择

变频器是利用电力半导体器件的通断作用将工频电源变换为另一频率的电能

控制装置。

本设计是通过变频器调速技术来控制每环喷水的高度，本设计选用的

是

FR-S520（E）系列变频调速器,其功率范围

0.4-3.7kw（三相

220

FR-S520E

系列）

，0.4-1.5kw（单相

220v

系列）；

自动转矩提升，实现

5Hz

时

150%转矩

输出；

柔性

PWM，实现更低噪音运行；

内置独立

RS485

通讯口；

数字式拨盘，设

定简单快捷。

变频器选型时要确定以下几点：

1.采用变频的目的：

恒压控制或恒流控制等。

2.变频器的负载类型：

如叶片泵或容积泵等，特别注意负载的特性曲线，性能

曲线决定了应用时的方式方法。

3.变频器与负载的匹配问题：

（1）电压匹配：

变频器的额定电压与负载的额定电压相符。

（2）电流匹配：

普通的离心泵，变频器的额定电流与电动机的额定电流相符。

对于特殊的负载如深水泵等需要参考电机的性能参数，以最大电

设计

系统控制器硬件电路的设计主要是

PLC外围电路的设计，其关键部分为

分配表的设计。

分配表包含了在

控制过程中，PLC

对输入信号的检

测以及对输出设备潜水泵、彩灯等的控制。

详细的

分配表如表

所

示：

I/O

分配表

输入

输出

总启动按钮

SB1

喷泉工作指示灯

总停止按钮

SB2

中央潜水泵

外围潜水泵

中央喷水灯

外围喷水灯

系统的硬件接线图

系统的硬件连接图即

与系统中各个硬件的连接如图

与硬件接线图

软件设计

系统流程

程序流程图

软件部分主要实现整个系统的运行和准确控制。

4-1

为该系统的主程序流

程图，主要包括系统初始化程序、启动判断和喷泉系统动作等部分。

开始

初始化

是否启动否

是

喷泉系统动作

否是否结束

结束

顺序功能图

用基本逻辑指令编写的

程序，重在强调编程软元件之间的关联性及逻辑

性。

通过梯形图之间的逻辑关系，能较容易理解程序的功能，但从程序设计的角

度而言，因逻辑性较强，程序往往较难编写，且程序的扩展能力也比较弱。

计中喷泉控制系统的运行，从控制要求分析可以看出，其具有顺序控制的特点，

即可以采用先做什么、在做什么、然后在做什么的方式，一步步来解决，为此可

以采用步进顺控指令来实现喷泉控制系统的运行。

三菱

FX2N

系列的步进顺控指

令

STL

的状态继电器的常开触点（称

触点）的顺控区包括负载驱动、指定

转换条件和制定转换目标等三个功能。

本设计的顺序功能图如图

4-2

M8002

X0Y0

S20T0

S21Y3T1

S22Y1T2

S23Y4T3

S24Y2T4

梯形图

喷泉的控制梯形图如图

4-3

S20

OUT

K20

SET

S23

S22

STLS22

ANI

S21

S24

RET

END

指令表

根据梯形图可得喷泉控制系统的步进顺控如表

程序分析

运行后，有特殊辅助继电器

M8002

产生一个扫描周期的脉冲，程序自动

进入初始状态

S0，按下启动按钮后，喷泉工作指示灯

点亮，且系统

秒后进

入

S20

状态，驱动定时器计时；

秒时间到后，进入下一通用状态

S21，驱动

Y3，中央喷水灯开始工作点亮；

S22，驱动

Y1，中央潜水泵开始工作喷水；

S23，驱动

Y4，外围喷水灯开始工作点亮；

S24，驱动

Y2，外围潜水泵开始工作喷水，时间到后回到

状态，循环运行。

仿真结果

系统仿真

按下启动按钮后喷泉系统工作指示灯一直亮，其仿真结果如图

5-1

系统工作指示灯仿真

定时

秒时间到后，中央喷水灯点亮，仿真结果如图

5-2

中央喷水灯仿真

秒时间到后，中央潜水泵开始工作喷水，仿真结果如图

5-3

中央潜水泵仿真

秒时间到后，外围喷水灯点亮，仿真结果如图

5-4

外围喷水灯仿真

秒时间到后，外围潜水泵开始工作喷水，仿真结果如图

5-5

外围潜水泵仿真

秒时间到后，系统开始循环工作，中央喷水灯点亮，仿真结果如图

5-6

系统循环工作仿真

结　论

在完成全部的程序硬件选择、软件设计、接线安装和程序调试之后，该系统

能够正常地完成工作。

运用

来设计喷泉的控制系统和进行系统仿真无论是从

设计思路还是设计过程来说，都非常的方便，并且调试管理简单明了，人们使用

起来得心应手。

通过这次设计实践，我掌握了

的基本编程方法，对

的工作原理和使

用方法也有了更深刻的理解。

在对理论的运用中，提高了我们的工程素质，在没

有做实践设计以前，我们对知道的撑握都是思想上的，对一些细节不加重视，当

我们把自己想出来的程序与到

中的时候，问题出现了，不是不能运行，就是

运行的结果和要求的结果不相符合。

能过解决一个个在调试中出现的问题，我们

对

的理解得到加强，看到了实践与理论的差距，这对我以后有着深远的影响。

参考文献

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