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1、8目录目录 摘要摘要.8 ABSTRACT.8 第一章第一章 绪绪 论论.1 1.1 课题研究背景.1 1.2 课程设计的内容.2 1.3 课题设计的目的和意义.3 第二章第二章 系统控制方案的确定系统控制方案的确定.3 2.1 花式喷泉的概述.3 2.2 系统设计的基本步骤.4 2.3 系统控制方案.5 2.4 花式喷泉控制系统的原理图.6 第三章第三章 系统硬件设计系统硬件设计.6 3.1 可编程控制器（PLC）的选择.6 3.1.1 PLC 概述.6 3.1.2PLC 的选型.7 3.2 变频器的选型.9 3.3 水泵的选型.10 3.3.1 水泵的参数及性能.11 3.3.2 选择步骤
2、.14 3.4 硬件接线图.15 第四章第四章 系统软件设计系统软件设计.16 4.1 PLC 梯形图概述.16 4.2 SWOPC-FXGP/WIN-C 编程软件的操作方法.16 4.3 I/O 分配表.17 4.3.1 输入信号.17 4.3.2 输出信号.17 4.4I/O 接线图.17 4.5 流程图.18 4.6 梯形图（见附录 1）.19 4.7 喷泉控制系统的设计程序.19 第五章第五章 结论结论.21 参考文献参考文献.22 附录附录 1.23 第一章第一章 绪绪 论论 1.1 课题研究背景课题研究背景 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
3、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）研制书上世间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 程逻辑控制器，简称 plc(programmablc logic controller)。 1985 年国际电子委员会（iec）对 plc 的定义如下
4、： Plc 是自动控制技术，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种新型工业 控制设备。具有 1.可靠性高、抗干扰能力强 2.设计、安装容易 3.维修工作量少 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，并已成为工业生产自动化的支柱产品。 与继电触发器系统相比系统更加可靠;价格上能与继电接触器控制
5、系统 竞争；易于在现场变更程序；便于使用、维修、维护；能直接推动电磁阀、接 触器与之相当的执行机构；能向中央执行机构。 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 课程设计的内容课程设计的内容 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泉水的花样。 将各种水型及灯光，按照预先
6、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速度准确度高， 在花式喷泉的格层检测系统中选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。由于本课题目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
7、-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。 第二章第二章 系统控
8、制方案的确定系统控制方案的确定 2.1 花式喷泉的概述花式喷泉的概述 喷泉是一种将水或其他液体经过一定压力通过喷头洒出来具有一定形状的 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： （1）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、水型和灯光的变化。 （2）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。 （3）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
9、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。 （4）水幕激光喷泉：将激光器发出的激光束射在水幕喷头的水幕上，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，形成斑斓夺目的起义效果。 （5）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。 （6）游戏喷泉：又称感应泉，喷泉水柱根据游人的动作产生反应，而且这种应 具有不确定性，是一种互动式喷泉，增强了娱乐氛围。 （7）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
10、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，顾而五抖动 一说。 （4）定时、计数看：PLC 时钟脉冲由晶振产生，精度高，定时范围宽，有记忆 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。 2.2 系统设计的基本步骤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
11、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 （6）程序，这是整个花式喷泉系统设计的核心工作。 （7）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。 2.3 系统控制方案系统控制方案 花式喷泉系统的控制要求如下： （1）1、2 均为
12、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） 。 （2）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。 （3）该花式喷泉有四种喷水花样可供选择： 1.花样选择开关在位置 1 时，按下启动按钮后，4,3,2 间隔两秒依次喷水， 一起工作 18 秒后，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，1,2
13、,3,4 间隔两秒依次喷 水，一起工作 30 秒后，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，1，3 同时喷水，延时 3 秒 后 2，4 喷水，1，3 停止喷水。交替运行 15 秒后，1,2,3,4 全喷水，30 秒后， 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，1,2,3,4 间隔两秒依次喷 水，一起工作 30 秒后，1，2，3，4， ，分别延时 2 秒，依次停止喷水。再经 1 秒延时按照 4，3，2， ，1，依次间隔 2 秒喷水，然后一起喷
14、水。30 秒后停止。 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。 （5）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： 2.4 花式喷泉控制系统的原理图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 个变频器控制 4 个水泵。花式喷泉控制系统的原理如图 2-2 所示： 第三章第三章 系统硬件设计系统硬
15、件设计 3.1 可编程控制器（可编程控制器（PLC）的选择）的选择 3.1.1 PLC 概述概述 可编程控制器，英文称 Progammable Controller,简称 PLC，本课题中用 PLC 作为它的简称。PLC 是用于工业现场的电控制器。它源于继电器控制技术， 但基于电子计算机。它通过运行存储在其内存中的程序，把经输入电路的物理 过程得到的输入信息，变换为所要求的输出信息，进而再通过输出电路的物理 过程去实现对负载的控制。 PLC 有丰富的指令系统，有各种各样的 I/O 接口、通信接口，有大容量的 内存，有可靠的自身监控系统，因而具有以下基本的功能： 1.逻辑处理功能； 2.数据运算
16、功能； 3.准确定时功能； 4.高速计数功能； 5.中断处理（可以实现各种内部中断）功能； 6.程序与数据存储功能； 7.联网通信功能； 8.自检测、自诊断功能。 可以说，凡普通小型计算机能实现的功能，PLC 几乎也都可以做到。 3.1.2PLC 的选型的选型 在 PLC 系统设计时，首先应确定控制方案，下一步工作就是 PLC 工程设 计选型。工艺流程的特点和应用要求是设计选型的主要依据。因此，工程设计 选型和估算时，应详细分析工艺过程的特点、控制要求，控制任务和范围确定 所需的操作和动作，然后根据控制要求，估算输入输出点数、所需存储器容量、 确定 PLC 的功能、外部设备特性等，最后选择有较高性能价格比的 PLC 和设 计相应的控制系统。 （1）输入输出（I/O）点数的估算 I/O 点数估算时应考虑适当的余量，通常根据统计的输入输出点数，再增 加 10%20%的可扩展余量后，作为输入输出点数估算数据。 （2）存储器容量的估算 存储器容量是可编程序控制器本身能提供的硬件存储单元大小，程序容量 是存储器中用户应用项目使用的存储单元的大小，因此程序容量小于存储器容 量。设计阶段，由于用户应
