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1、摘 要自动喷泉是近年来出现的一种园林建筑与花式观赏相结合的一种产物。随着可编程控制器在我国的迅速发展，对花式喷泉的控制要求也越来越高，使得越来越多的控制部分需要可编程控制器来实现。自动喷泉PLC控制系统设计首先分析了自动喷泉的工作原理、控制要求，根据工艺要求，统计了自动喷泉所需要的输入和输出端子，其中输入点为6个，输出点为16个，共计22个输入输出点。根据PLC的I/O点数和内存容量选型原则，选择了三菱FX2N-48MR继电器型PLC作为自动喷泉的控制器，同时选择了其它电器元件，设计了PLC的外部接线图。然后利用SFC（Sequential Function Chart，顺序功能图）图法设计了
2、自动喷泉的程序梯形图。为了验证设计的正确性，运用三菱GX Developer仿真软件进行程序仿真。仿真结果证明，设计能够有效的保证自动喷泉的准确性、快速性、安全性，满足工艺要求，具有一定的应用价值。关键词：喷泉；PLC;控制系统；设计目 录1 绪论11.1 课题的背景及意义11.2 喷泉控制的现状11.3 本文的主要内容22 自动喷泉硬件设计32.1 自动喷泉设计要求32.2 I/O点的统计4 2.2.1 输入点的统计4 2.2.2 输出点统计42.3 PLC的选型及参数介绍5 2.3.1 PLC的介绍5 2.3.2 PLC的选择5 2.3.3 PLC FX2N-48MR参数介绍52.4 I/
3、O总分配及自动喷泉原理图6 2.4.1 PLC的I/O总分配6 2.4.2 自动喷泉的原理图63 自动喷泉的软件设计83.1 编程方法的选择83.2 自动喷泉流程图83.3 PLC控制程序设计94 上位机组态监控软件系统设计104.1 组态监控软件选择104.2 上位监控系统组态设计104.3 实现效果11结束语15参考文献16致 谢17附 录18附录A 梯形图18I1 绪论1.1 课题的背景及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经进入个崭新的时代，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
4、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。人们对喷泉的造景功能、娱乐功能、环保功能认识的提高，开拓了喷泉的应用范围。我们可以看到：适宜于喜庆节日、大型群众集会的广场喷泉和城市主题雕塑喷泉，其水造型往往是简捷、明快、庄重、大方，给予人们团结进取，凝聚向上的感受。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，其动感十足的“水表演”，既欢快、跳跃，又抒情、富有诗意的“水舞蹈”，有些喷泉配之以水幕电影，给人们以变幻无穷，绚丽多姿的视听效果。河、湖自然水面上喷水高度超过百米
5、的高水柱喷泉，其雄伟、壮观的水造型往往成为这个城市或旅游景点的特征之一。喷泉进入了住宅小区，多与建筑小品和雕塑相映、相伴，既有中、老年人们喜爱的幽静、典雅的风格，也有适于儿童嬉水，趣味十足的形式。松弛、舒适的环境氛围给人们愉悦的感受。商场内、酒楼里的喷泉小巧、别致，既调节了室内小气候，又增添了画意。依托大型建筑物和自然地形建成的人工瀑布及溢水造景给人们以清新和另有韵味的感受。喷泉在电视转播厅和大型歌舞上频频出现，调谐得当的水形烘托着演出的效果。精巧的微型喷泉进入了办公室和居室，给室内增添了动态的装饰。喷泉是艺术和技术的结合物，建筑艺术、园林艺术、美术以至引伸到人文学、文学艺术、音乐艺术等都能蕴
6、含到喷泉的设计、创作中。不少成功的作品都注意喷泉的设计风格与周边的环境、建筑物风格的协调一致，注意当地人文、文化心理，所以好的方案设计是至关重要的，它是成功的起点。1.2 喷泉控制的现状在喷泉方案的制作上，短短的几年时间就从手工制图发展到photo shop图片再发展到三维动画制作的光盘描绘的动态喷水方案，计算机技术极大地丰富和开拓了人们的思维空间。快速、直观、便于保存、易于修改的优点很快地就被建设方接受，成为喷泉设计方案招投标的必备内容。喷泉的专用产品，设备也在不断地更新换代，新材料、新技术的采用，环保型的产品更加安全、可靠，售后服务周到、及时，这些都为喷泉的良性发展提供了技术支撑，使得大多
7、数的喷泉在美化环境之外，还发挥了良好的生态效应社会效益和广告效应等间接的经济效益。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，把喷泉行业的技术水平推上了一个新的层面，开拓了广阔的应用空间，喷泉行业得到了快速发展。2001年中国建筑金属结构协会、给水排水设备分会成立了水景喷泉专业委员会，行业组织为城镇、园林的主管部门、设计院、所及专业生产厂商、公司提供服务，促进喷泉行业健康有序地发展。一些大学和中专的建筑、园林专业也开设了水景、喷泉课程，为喷泉行业的今后发展提供
8、了知识储备。喷泉行业的发展进入到一个新的阶段。1.3 本文的主要内容根据生活当中出现的一些情况，以花式喷泉为研究对象，结合了大量资料及文献，研究喷泉的控制问题，整理出一套可行性较高的喷泉控制系统。系统的研究内容主要包括了喷泉的发展情况及所存在的一系列问题；喷泉控制系统的组成；I/O点的统计；喷泉的软件设计；仿真与调式等。设计说明书共分4章。 第1章 绪论，主要介绍了自动喷泉控制的现状和背景意义。 第2章 自动喷泉的硬件设计，主要介绍了自动喷泉控制系统的硬件设计，主要写了自动喷泉的工作原理、I/O点的统计、PLC的选型和PLC的外部接线图设计。 第3章 自动喷泉的软件设计，主要介绍了自动喷泉的流
9、程图、I/O口总分配、单独的花样设计。 第4章 仿真与调式，主要介绍了仿真软件的使用方法与仿真结果。192 自动喷泉硬件设计2.1 自动喷泉设计要求该喷泉喷头分布如图1所示，共16个喷头，圆形喷泉中心一个喷头，外围三个圈每个圈5个喷头，相互之间与圆心72度角均匀分布。每个圈上的喷头由一个输出口控制分别对应Y0Y3。本次设计喷头由灯光代替。图1 模拟图有16个彩灯代表16个喷头，有4个选按钮，采用PLC进行控制，实现四种以上的自动喷泉花样。该自动喷泉有四种喷泉花样可共选择：（1）花样选择开关在位置1时，按下启动择按钮后，4号喷头喷水，延迟3s后，3号喷头喷水，再延迟3s后，2号喷头喷水，又延迟3
10、s后，1号喷头喷水。15s后，如果为单步工作方式，则停下来。如果为连续工作方式，则继续循环下去。（2）花样选择开关在位置2时，按下启动按钮后，1号喷头喷水，延迟3s后，2号喷头喷水，再延迟3s后，3号喷头喷水，又延迟3s后，4号喷头喷水。15s后，如果为单步工作方式，则停下来。如果为连续工作方式，则继续循环下去。（3）花样选择开关在位置3时，按下启动按钮后，1号、3号喷头同时喷水，延迟3s后，2号、4号喷头同时喷水，1号、3号喷头停止喷水。如此交替15s后，4组喷头全喷水，30s后，如果为单步工作方式，则停下来。如果为连续工作方式，则继续循环下去。（4）花样选择开关在位置4时，按下启动按钮后，
11、按照1-2-3-4的顺序，以此间隔2s喷水，然后一起喷水。30s后，按照1-2-3-4的顺序，分别延迟3s依次停止喷水。再经1s延迟时，按照4-3-2-1的顺序，依次间隔3s喷水，然后一起喷水。30s后停止。如果为单步工作方式，则停下来。如果为连续工作方式，则继续循环下去。2.2 I/O点的统计2.2.1 输入点的统计自动喷泉设计所需的输入点分别为：启动开关，占用1个输入点；停止开关，占用1个输入点；工作方式1开关，占用1个输入点；工作方式开关2，占1个输入点；工作方式开关3，占用1个输入点；工作方式开关4，占用1个输入点；经统计共有6个输入点。具体输入点统计如表1所示。表1 输入点统计序号输
12、入点数量1启动开关12停止开关13单步/连续开关13工作方式1开关14工作方式2开关15工作方式3开关16工作方式4开关1共计72.2.2 输出点统计自动喷泉设计所需的输出点分别为：输出点是由16个喷头组成的，经统计共有16个输出点。具体输出点统计如表2所示。表2 输出统计序号输出点数量1喷头112喷头213喷头314喷头415喷头516喷头617喷头718喷头819喷头9110喷头10111喷头11112喷头12113喷头13114喷头14115喷头15116喷头161共计162.3 PLC的选型及参数介绍2.3.1 PLC的介绍编程控制器(Programmable Controller)是
13、计算机家族中的一员，是为工业控制应用而设计制造的。早期的可编程控制器称作可编程逻辑控制器(Programmable Logic Controller)，简称PLC，它主要用来代替继电器实现逻辑控制。随着技术的发展，这种装置的功能已经大大超过了逻辑控制的范围，因此，今天这种装置称作可编程控制器，简称PC。但是为了避免与个人计算机(Personal Computer)的简称混淆，所以将可编程控制器简称PLC,PLC自1966年出现，美国，日本，德国的可编程控制器质量优良，功能强大。2.3.2 PLC的选择 现在应用最广泛的PLC有三菱、西门子、欧姆龙、松下等。三菱PLC结构灵活、传输质量高、速度快
14、、带宽稳定、范围广、成本低、适用面广但是数据处理比西门子弱。 西门子PLC性能强大、可操作性强、有相配套的伺服系统和组态软件但是价钱太高。 欧姆龙PLC欧姆龙编程软件对符号地址的格式有要求，东欧的老机床器件符号输进去好多都不认，按它的标准老图的标示都要变很不方便。松下PLC超小型尺寸，轻松扩展，扩展单元可直接连接到控制单元上、不需任何电缆。从I/O10点到最大I/O128点的选择空间。本设计需要速度快稳定同时从价格等方面考虑我们选择三菱PLC本设计所使用的I/O口不是太多所以我们选择三菱FX-2N-48MR型PLC。2.3.3 PLC FX2N-48MR参数介绍三菱PLC FX2N-48MR系
15、列是FX系列PLC家族中最先进的系列。FX2N-48MR继电器型PLC的输入和输出点数都是48个，其技术指标包括一般技术指标、电源技术指标、输入和输出技术指标，及功能技术指标，具体的参数如下所示FX为三菱系列的名称其具体参数如下。（1） 一般技术指标：环境温度，使用时为0至55摄氏度；环境湿度，一般以不结露为准，使用时在35%至89%；抗噪音干扰，用噪音仿真器产生电压为1000Vp-p、周期为30至100HZ的噪音，在此噪音干扰下PLC能够正常工作；（2） 电源技术指标：电源电压一般为AC100至240V和50/60HZ。（3） 输出技术指标：输出电压为DC24V,输入电流为7mA。（4） 技术功能指标
