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)代社會中隨著人們對環(huán)境越來越重視，計算機硬件技術(shù)越來越普遍，噴泉的應用也更加受歡迎。用PLC技術(shù)控制噴泉結(jié)構(gòu)簡單，控制方便，可隨意改變控制功能達到變換噴泉噴水花樣的目的，所以在現(xiàn)代社會中有很大的發(fā)展空間。關(guān)鍵詞：PLC；花樣噴泉；變頻器 一、概述當今社會在人們生活水平日益提高的同時，人們對城市環(huán)境的建設也越來越重視。在每座城市主要的廣場上、公園里都能見到噴泉的身影，人們對噴泉越來越喜愛。噴泉有非常高的觀賞價值，現(xiàn)在在各種不同的場所都能見到噴泉。它在給人們的生活到來了視覺上享受的同時，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。在計算機技術(shù)應用十分普遍的情況下，PLC的應用越來越普遍。用PLC來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先設定的排列組合進行控制程序的設計，通過計算機運行控制程序發(fā)出控制信號，使水型實現(xiàn)多姿多彩的變換。二、花樣噴泉的設計方案1、花樣噴泉的控制要求（1）1號2號噴水管為外環(huán)形狀，3號噴水管為內(nèi)環(huán)形狀，4號噴水管為星型。（2）本次設計的花樣噴泉有三種花樣選擇。用按鈕來控制噴泉的開始與停止，用選擇開關(guān)來實現(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，四個噴水管同時噴水10秒后停止，如此循環(huán)。2）先1、3同時噴水兩秒然后停止，同時2、4同時噴

3、水兩秒然后停止，交替運行5次后1、2、3、4同時噴水，10秒后停止，如此循環(huán)。3）先1、3、2、4順序噴水，間隔兩秒，然后同時噴水10秒后，按2、4、1、3順序停噴，如此循環(huán)。（4）通過變頻器控制水泵的轉(zhuǎn)速達到控制每個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)。花樣噴泉示意圖如圖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按鈕開關(guān)信號來控制PLC，用一個變頻器來控制4個水泵?；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、噴泉的簡介1、噴泉的種類 （1）普通噴泉 普通噴泉是由電源開關(guān)的開閉來控制噴泉的運行，此種噴泉的水型較單一簡單。 （2）程控噴泉 程控噴

4、泉是先將各種水型按照設計所需要的要求進行排列組合，再根據(jù)要求進行控制程序的設計，并通過計算機發(fā)出控制信號，使噴泉按照設計要求噴出各種水型。（3）音樂噴泉音樂噴泉是在程控噴泉的基礎上加入了音樂控制系統(tǒng)，計算機通過音頻信號的識別進行譯碼和編碼，最終將信號輸出至控制系統(tǒng)，使噴泉的造型與音樂同步。 2、噴泉的應用 隨著國民經(jīng)濟的恢復和發(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，使得噴泉越來越受到人們的喜愛。 在城市中我們可以看到大型群眾集會的廣場噴泉和城市主題雕塑噴泉，在商業(yè)廣場、購物中心以及旅游景點可以看到大型激光彩色音樂噴泉，在河、湖自然水面上可以看到噴水高度超過百米的高水柱噴

5、泉，甚至在商場內(nèi)、酒樓里也可以看到小巧、別致的噴泉。隨著人們對噴泉的造景功能、娛樂功能、環(huán)保功能認識的提高，噴泉的得到了更多的應用。四、可編程控制器介紹可編程控制器屬于存儲程序控制方式，其控制功能是通過存放在存儲器內(nèi)的程序來實現(xiàn)的，若要對控制功能做必要的修改，只需改變軟件指令即可，實現(xiàn)了硬件控制的軟件化。其主要特點為:1、PLC軟件簡單易學 PLC采用的易學易懂的梯形圖語言，是以計算機軟件技術(shù)構(gòu)成人們慣用的繼電器模型，形成的一套獨具風格的一繼電器梯形圖為基礎的形象編程語言。2、使用和維護方便（1）硬件配置方便 PLC的硬件都是專門生產(chǎn)廠家按一定標準和規(guī)格生產(chǎn)的，按實際需要配置PLC時，所需硬件

6、均可在市場上買到。（2）安裝方便 PLC內(nèi)部不需要接線和焊接，只要進行外部接線和程序編寫就可以了，當生產(chǎn)工藝發(fā)生改變時，只要修改控制程序即可。（3）使用方便 PLC內(nèi)部各類等效繼電器的接點使用不受次數(shù)限制。使用時，只需考慮輸入輸出點個數(shù)即可。（4）維護方便 PLC配有許多監(jiān)視提示信號，能動態(tài)的監(jiān)視控制程序的執(zhí)行情況，檢查出自生的故障。3、運行穩(wěn)定可靠PLC是專為工業(yè)控制設計的，在設計和制造過程中，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)境下與強電設備一起工作，運行的穩(wěn)定性和可靠性較高。4、設計施工周期短使用PLC完成一項控制工程，在系統(tǒng)設計完成以后，現(xiàn)場施工和PLC程序設計可同時進行

7、，周期短，而且程序的調(diào)試和修改都很方便。五、 系統(tǒng)硬件的設計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，型號為FX1S-30MR。此系列的PLC體積小，重量輕，使用壽命長，編程和維護方便，故障率低，通過擴展模塊的連接，可以增加輸入/輸出的點數(shù)。本次花樣噴泉系統(tǒng)共6個輸入，11個輸出。（1）、三菱PLC的工作原理 可編程控制器屬于工業(yè)控制計算機，它的工作原理是建立在計算機工作原理基礎上的，通過執(zhí)行反映控制器要求的用戶程序來實現(xiàn)。執(zhí)行用戶程序時，需要各種現(xiàn)場信息，如果這些現(xiàn)場洗洗（例如按鈕SB接通或斷開狀態(tài)）已送到PLC的出入端口，PLC將采集所有輸入信號并存放到輸入

8、映象寄存器中，執(zhí)行用戶程序時需要輸入狀態(tài)均在映象寄存器中取用。同樣PLC對外部的輸出控制也是先把CPU執(zhí)行用戶程序后的輸出結(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，使輸出設備部件動作。PLC的工作過程是一個不斷循環(huán)掃描的過程。CPU從第一條指令開始，按順序逐條地執(zhí)行用戶程序直到用戶程序借宿，然后返回第一條指令開始新的一輪掃描，當PLC處于正常運行時，PLC會不斷循環(huán)掃描地工作下去，其工作過程示意圖與3所示。每一次掃描過程有輸入采樣，程序執(zhí)行和輸出刷新3個階段。（2）、采用PLC控制花樣噴泉的優(yōu)點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通過半導體來控制，速度很快，無觸點，故而無抖動一說。 4）、PLC時鐘脈沖由晶振產(chǎn)生，精度高，定時范圍寬，有計數(shù)功能。 5）、PLC無觸點，壽命長，具有自我診斷功能，對程序執(zhí)行的監(jiān)護功能，現(xiàn)場調(diào)試和維護方便。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)；自動轉(zhuǎn)矩提升，實現(xiàn)5Hz時150%轉(zhuǎn)矩輸出；數(shù)字式撥

10、盤，設定簡單快捷；柔性PWM，實現(xiàn)更低噪音運行；15段速，PID，420mA輸入和漏源型轉(zhuǎn)換等多功能，內(nèi)置獨立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，無需引水、使用簡便，雙端密封、電氣保護，設計合理、性能優(yōu)良，經(jīng)久耐用，性能可靠。適用于音樂噴泉等場合對電機頻繁啟動的要求。葉輪具有防松裝置，不怕反轉(zhuǎn)。六、系統(tǒng)軟件的設計1、花樣噴泉的工作過程分析（1）、按下啟動按鈕，開始運行。（2）、按下位置開關(guān)，運行第一種花樣。（3）、按下位置開關(guān)，運行第三種花樣。2、PLC的I/O分配表如圖3所示：輸入輸出X0啟動Y11號噴水管X1停止Y22號噴水管X2花樣一Y33號

11、噴水管X3花樣二Y44號噴水管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)的程序設計4、程序解析按下啟動按鈕X0系統(tǒng)啟動。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)本文所設計的是用可編程控制器PLC及變頻器控制的簡易花樣噴泉。本設計主要以三菱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。本設計控制方便、經(jīng)濟運行，主要適用于中型小區(qū)、學校等地方。本文簡單的完成了設計，在實際操控中變頻器可以得到更多的使用。在一些大型廣場使用時可以根據(jù)不同的要求增加軟硬件，實現(xiàn)程控噴泉到音樂噴泉的轉(zhuǎn)換，達到更高層次的美觀，使視覺與聽覺同時享受科技的魅力。本設計在戴維老師的精心指導下最終順利完成。在此，我向戴老師表示衷心的感謝，同時還要感謝這六年來教過我的每一位老師，是你們教會了我這些專業(yè)知識，使我有能力完成本次設計，并為今后的工作打下了堅實的基礎。對于本次的設計論文，我從思想上高