花样喷泉设计论文DOC.docx

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花样喷泉设计论文DOC

毕业论文

题目:

广场花样喷泉控制系统设计

学生　　　李东

专　业生产过程自动化

指导教师姚晴洲

完成日期2010年5月

湖职院自动化类专业毕业论文

广场花样喷泉控制系统设计

学生：

李东

*******

2010年5月

摘要

随着我国城市化进程的加快和人口大量集聚，环境越来越重要，好的环境能使心身愉快，做事效率提高。

其中喷泉可以湿润周围空气，减少尘埃，降低气温。

喷泉的细小水珠同空气分子撞击，能产生大量的负氧离子，有益于改善社区面貌和增进居民身心健康。

花式喷泉采用了可编程控制器PLC和变频器，用软件实现对花式喷泉运行的自动控制，可靠性大大提高。

控制系统结构简单，外部线路简化，可方便的增加或改变控制功能，也可以进行故障自动检测与报警显示，提高运行安全性，并便于检修。

用SFC方法编程,可以使设计思路清晰,编程简便。

而变频器调速以其优异的调速性能和起制动性能、高效率、高功率因素和节电效果，可以控制喷泉水位的高度，广泛的适用范围及其它许多优点而获国内外公认为最有发展前途的调速方式。

因此，可编程控制器PLC技术加变频器调速技术已成为现代喷泉行业的一个热点。

本设计是利用PLC和变频器的调速技术，因而有三种喷水花样可供选择；能够控制每环喷水管喷水的高度；喷水时要有灯光显示；可以根据不同的季节、不同的场合可改变喷水的花样。

将各种水型及灯光，按照预先设定的排列组合进行控制程序的设计，通过计算机运行程序发出控制信号，使水型及灯光有各种各样的变化。

关键字：

可编程控制器PLC；花式喷泉；梯形图；变频器；控制；水泵

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摘要................................................................................................................................................Ⅰ

目录................................................................................................................................................Ⅱ

第1章　绪　论

1.1课题研究背景

随着城市化进程的加速，花式喷泉可以在人们周围随处可见。

比如广场，大厦，小区等。

花式喷泉是人造小气候，在炎热的夏日可以起到增湿和降温的作用；

也为水体充氧，有利于水体增加自净能力，起到防止水体黑臭的作用。

花式喷泉运行的灵活性是评价花式喷泉优劣的关键，而这与花式喷泉的控制系统息息相关。

花式喷泉可以根据自己的设计，设计出各种各样的花样，加上灯光，能给人有种不错的视觉享受。

1969年美国数字设备公司（DEC）研制书上世界第一台可编程控制器，并成功地应用在美国（GM）的生产线上。

但当时只能进行逻辑运算，故称为可编程逻辑控制期，简称PLC（programmablelogiccontroller）。

70年代后期，随着微电子技术和计算机的迅猛发展，使PLC从开关量的逻辑控制扩展到数字控制及生产过程控制域，真正成为一种电子计算机工业控制装置，故称为可编程控制器，简称PC（programmablecontroller）.但由于PC容易与个人计算机（programmablecomputer）相混淆，故人们仍习惯地用PLC作为可编程器的缩写。

1985年国际电工委员会（IEC）对PLC的定义如下：

可编程控制器是一种进行数字运算的电子系统，是专为在工业环境下的应用而设计的工业控制器，它采用了可以编程的存储器，用来在其内部存储执行逻辑运算、顺序控制、定时、计数和算术运算等操作的指令，并通过数字或模拟式的输入和输出，控制各种类型机械的生产过程。

PLC是继电器逻辑控制系统发展而来，所以它在数学处理、顺序控制方面具有一定优势。

继电器在控制系统中主要起两种作用：

（1）逻辑运算

（2）弱电控制强电。

PLC是集自动控制技术，计算机技术和通讯技术于一体的一种新型工业控制装置，已跃居工业自动化三大支柱（PLC、ROBOT、CAD/CAM）的首位。

可编程控制器，简称PLC。

它在集成电路、计算机技术的基础上发展起来的一中新型工业控制设备。

具有1.可靠性高、抗干扰能力强2.设计、安装容易，维护工作量少4.功能强、通用性好5.开发周期短，成功率高6.体积小，重量轻、功耗底等特点。

具有功能强、可靠性高、配置灵活、使用方便以及体积小、重量轻等优点，已经广泛应用于自动化控制的各个领域，并已成为实现工业生产自动化的支柱产品。

与继电——接触器系统相比系统更加可靠；价格上能与继电——接触器控制系统竞争；易于在现场变更程序；便于使用、维护、维修；能直接推动电磁阀、接触器与于之相当的执行机构；能向中央执行机构；能向中央数据处理系统直接传输数据等。

因此，进行花式喷泉的PLC控制系统的设计，可以推动喷泉行业的发展，扩大PLC在自动控制领域的应用，具有一定的经济和理论研究的价值。

1.2课题设计的内容

本设计将在以下几个方面对花式喷泉的控制系统进行研究和论证。

1花式喷泉类型的选择。

综合花式喷泉的类别和各类的特点和要求，在本课题中主要研究能有三种喷水花样可供选择；能够控制每环喷水管喷水的高度；喷水时要有灯光显示；可以根据不同的季节、不同的场合可改变喷水的花样。

将各种水型及灯光，按照预先设定的排列组合进行控制程序的设计，通过计算机运行程序发出控制信号，使水型及灯光有各种各样的变化。

2花式喷泉硬件系统的设计。

本课题设计的花式喷泉要求运行迅速准确度高，在花式喷泉的格层检测系统中选用用在工业自动控制上大量运用的具有检测精度高、寿命长、稳定性能好的接近传感器，运用感应器的开关量信号输入给PLC来实现控制。

由于本课题的具体需求在硬件系统的设计过程中主要考虑了花式喷泉的经济实用、稳定、灵活、美观的需要。

3.花式喷泉控制系统软件的设计。

在本设计中选用了目前运用最多的PLC编程语言梯形图，梯形图的编程能直观明了的设计花式喷泉控制的要求，梯形图的编写运用SWOPC-FXGP/WIN-C编程软件，此软件支持全部的三菱FX系列的PLC，并且具有强大的诊断功能，能更快的查找出故障的原因，从而大大缩短了维修时间。

1.3课题设计的目的和意义

随着我国经济的高速发展，微电子技术、计算机技术和自动控制技术也得到了迅速发展，交流变频调速技术已进入个崭新的时代，其应用越来越广。

而随着我国城市化进程的加快和人口大量集聚，环境越来越重要，好的环境能使心身愉快，做事效率提高。

其中喷泉可以湿润周围空气，减少尘埃，降低气温。

喷泉的细小水珠同空气分子撞击，能产生大量的负氧离子，有益于改善社区面貌和增进居民身心健康。

可编程序控制器（PLC）因为稳定可靠、结构简单、成本低廉、简单易学、功能强大和使用方便已经成为应用面最广、最广泛的通用工业控制装置，成为当代工业自动化的主要支柱之一。

花式喷泉控制要求接入设备使用简便，对应于系统组态的编程简单，具有人性化的人机界面，配备应用程序库，加快编程和调试速度。

通过PLC对程序设计，提高了喷泉的控制水平，并改善了喷泉的样式。

第2章　系统控制方案的确定

2.1　花式喷泉的概述

喷泉是一种将水或其他液体经过一定压力通过喷头喷洒出来具有特定形状的组合体，提供水压的一般为水泵。

现代城市中的喷泉形式已十分丰富。

随着构筑物的大小及水压等的变化，喷泉或高或低、或珠或雾，精彩纷呈。

可分为以下7种：

（一）普通喷泉：

只有简单的几种固定水型及灯光，随着电源的开闭而控制喷泉的运行、水型和灯光变化。

（二）程控喷泉：

将各种水型及灯光，按照预先设定的排列组合进行控制程序的设计，通过计算机运行程序发出控制信号，使水型及灯光有各种各样的变化。

（三）音乐喷泉：

在程序控制喷泉的基础上加入了音乐控制系统，计算机通过对音频及MIDI信号的识别，进行译码和编码，最终将信号输出到控制系统，使喷泉的造型及灯光的变化与音乐保持同步。

（四）水幕激光喷泉：

将激光器发出的激光束射在水幕喷头喷出的水膜上，激光束由激光控制系统编程控制，可发出多种多样的图案及色彩，照射在晶莹透明的水膜上，形成斑斓夺目的奇异效果。

（五）水珍珠喷泉：

利用特殊音波将水变成球体的喷水装置和全频高速闪光灯的视觉图像效果的产品组成。

（六）游戏喷泉：

又称感应泉，喷泉水柱根据游人的动作产生反应，而且这种反应具有不确定性，是一种互动式喷泉，增强了娱乐氛围。

（七）跳跳喷泉：

又名光亮泉。

是一种高科技水景艺术，水形似根根晶莹透彻地冰柱，一串串飞向空中，轻舞飞扬。

2.2采用PLC控制花式喷泉的优点

1、控制方式上看：

PLC软接线，只需改变控制程序就可轻易改变逻辑或增加功能。

2、工作方式上看：

PLC串行工作，不受制约。

3、控制速度上看：

PLC通过半导体来控制，速度很快，无触点，顾而无抖动一说。

4、定时、记数看：

PLC时钟脉冲由晶振产生，精度高，定时范围宽；有记数功能。

5、可靠、维护看：

PLC无触点，寿命长，且有自我诊断功能，对程序执行的监控功能，现场调试和维护方便。

2.3系统设计的基本步骤

在花式喷泉控制系统的设计过程中主要考虑以下几点：

1.深入了解和分析花式喷泉的工艺条件和控制要求。

2.确定I/O设备。

根据花式喷泉控制系统的功能要求，确定系统所需的输入、输出设备。

常用的输入设备有按钮、选择开关等，常用的输出设备有指示灯等。

3.根据I/O点数选择合适的PLC类型。

4.分配I/O点，分配PLC的输入输出点，编制出输入输出分配表或者输入输出端子的接线图。

5.设计花式喷泉系统的梯形图程序，根据工作要求设计出周密完整的梯形图程序，这是整个花式喷泉系统设计的核心工作。

6.将程序输入PLC进行软件测试，查找错误，使系统程序更加完善。

2.4系统控制方案

花式喷泉系统的控制要求如下：

（一）1、2均为外环形状的喷水管,3为内环形状的喷水管,4为星形喷水管。

　灯光系统由三条支路组成,分别为绿色灯支路（在1，2之间）、黄色灯支路（在2，3之间）、红色灯支路（在3，4之间）。

（二）该喷泉共有三种花样可供选择。

按下启动按钮,喷泉即开始工作,按下停止按钮,则停止喷水。

喷泉的工作方式（即喷水花样）由选择开关来实现。

（三）该花式喷泉有三种喷水花样可供选择:

第一种花样,4、3、2、1隔2秒依次喷水,一起喷水15秒后停下,再按1、2、3、4的次序隔2秒依次喷水,再一起喷15秒后停下,以此规律循环。

第二种花样,1、3同时喷水,延时3秒后1、3停喷,同时2、4喷水,交替运行5次后1、2、3、4一起喷水,30秒后停止,以此规律循环。

第三种花样,1、2、3、4按顺序延时2秒喷水,然后一起喷30秒后1、2、3、4再分别延时2秒停喷,以此规律循环。

（四）通过变频器可以控制每环喷水管的高度。

在第一种花样中，1、3管为慢速正转喷水，2、4管为中速正转喷水。

（五）灯光系统的控制:

由PLC的X5输入端为灯光系统控制的选择按钮,当需要灯光配合时,接通X5输入端。

此时可实现三路灯光的控制,即3,4任意一层喷水时,红色灯亮;2喷水时,黄色灯亮;所有的喷头喷水时,绿色灯亮。

花式喷泉池示意图如图2-1所示：

图2-1花式喷泉池示意图

2.5花式喷泉控制系统的原理图

在喷泉中，通过按钮开关信号来控制PLC；因为有4层喷水，因此用了1个变频器来控制4个水泵。

花式喷泉控制系统的原理图如图2-2所示：

图2-2花式喷泉控制系统原理图

第三章系统硬件设