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1、第1章绪论1.1喷泉的发展岡内在二十世纪八十年代以前，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，工程安装都没冇形成规模。只是在展览馆等公共建筑和公园里能见到一些中、小喷泉, 产品的水平也是简单、粗放的。二十世纪八十年以后，随着国民经济的恢复和发展，人民生活水平 的提高，一些城帘的城建、园林主管部门在城帘建设、改造的过程中，以及环境的美化和文化氛围 的营造上对喷泉提出了求新的耍求，一部分建筑、园林、水利的设计院、研究所及大专院校，综合 了土建结构、给排水、机电控制等传统的专业技术，加上当时先进的单片机，通过电磁阀和直流电 机调速实行变量控制，设计出一批喷泉、水景。得到了
2、良好的社会反映和社会效益。在这个吋期， 一些喷泉设备专业加工厂和公司开始组建、发展，为喷泉的专业化发展提供了力量，打下了基础。二十世纪九十年代以后，社会主义帘场经济快速发展，全国城市建设速度加快，人们也追求高 质量的文化生活和环境美。市场的需求推动了喷泉行业的发展。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。许多喷泉专业的生产厂商和专业公司，在这段时间 内应运而生，迅速发展起来。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问，喷泉行业得到了
3、快速发展。2001年巾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了知识储备。喷泉行业的发展进入到一个新的阶段。1.2喷泉的应用图1-1现代花样喷泉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H、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，给予人们闭结进取，凝聚向上的感受。在商业广场、购物中心以及一些
4、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，乂抒情、富 冇诗意的“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（如图1-1）。河、湖S然水而上喷水高度超过百米的高水拄喷泉，其雄伟、壮观的水造型往往成为这个城市或旅 游景点的特扯之一。喷泉进入了住宅小区，多与建筑小品和雕塑相映、相伴，既宥中、老年人们喜 爱的幽静、典雅的风格，也冇适于儿童嬉水，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、洒楼里的喷泉小巧、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。喷泶在
5、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。在喷泉方案的制作上，短短的儿年时间就从手工制图发展到photo shop 阁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
6、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、及吋，这些都为喷泉的良性发展提供Y技术支撑，使得大多数 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问接的经济效益。1.3设计的主要研究内容及安排木文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，研究花 式喷泉的控制问题，整理出一套可行性较高的喷泉控制系统。本系统的研究内容主耍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;花式喷泉的控制任务和耍求；花式喷泉的硬件配置。第二章P
7、LC简介2.1 PLC的定义岡际电工委员会在1987年2月通过了对它的定义：PLC是一种数字运算操作的电子系统， 专为在工业环境应用而设计的。它采用一类可编程的存储器，用于其内部存储程序，执行逻辑运算、 顺序控制、定时、计数与算术操作等面向用户的指令，并通过数字或模拟输入/输出控制各种类型 的机械或生产过程。PLC起有关外部设备，都按易于工业控制系统连成一个整体，易于扩充功能 的原则设计。可编程控制器是计算机家族中的一员，是专为工业控制应用设计制造的，本应该简称为PC, 但是为了避免于个人计算机的简称混淆，所以将其简称为PLC。2.2 PLC的发展历史Q第一台可编程控制器问世以来，可编程控制器
8、的发展与计算机技术、CJ动控制技术、半导体 技术及通信技术等高新技术的发展是紧密相关的。这些技术的每次革新，都会给可编程控制器带来 功能和特性的新变化，使得可编程控制器技术的与飞速发展。口前，可编程控制器以实现从“单片 机控制自动化生产线控制自动化全厂生产自动化”的三级解决方案，成为工业自动化的核 心控制设备。回顾可编程控制器的发展W程，大致可划分为4个阶段。(1) 从1969年到20世纪70年代中期这一阶段可编程控制器主要用于逻辑运算和技术技术运算其中央处理器由中小规模数字集成 电路组成存储器为此信存储器，控制功能比较简单。典型产品冇莫迪康公司的084、 ALLEN-BRADLEY(AB)公
9、司的PDQ2等。由于这些产品主耍完成逻辑运算功能，因此，被称为可编程序 逻辑控制器(PLC)。(2) 20世纪70年代中期到80年代初期这一阶段可编程控制器的CPU采用微处理器，存储器采用半异体存储器，不仅整机的体积减小， 而且数据处理能力获得很大提高，增加了数据运算、传送、比较等功能，实现了对模拟量的控制。 最初町编程控制器的简称为PC,但为了于个人计算机的名称缩写PC相区别，通常还把可编程控制 器简称为PLCo(3) 20世纪80年代初期到90年代初期这一阶段由于16位，32位微处理器的出现和应用，PLC向大规模、高速度、高性能和网络化方向发展，形成了多种系列化产品，出现了结构紧凑、功能强
10、大、性能价格比搞的新一代产品，丼 出现多种不同性能的分布式网络系统，在功能上，PLC具宥了数学运算、数据采集和处理、运动控 制、闭环控制、联网通信等功能，而11随着应用领域的不断迅速扩大，PLC已成为构成生产过程自 动控制系统的主要设备。在此期间，岡际电工委员会颁布了 PLC标准，使得PLC向标准化发展。(4) 20世纪90年代至今这一阶段PLC继续得到快速发展，系统在网络通信等方面都宥了长足的进步，成为了一种功能 强大的、成熟的控制系统。同吋，通信从各厂家的自称系统逐步叫开放的、统一的和通用的标准网 络结构发展，如控制层的控制网、设备网和现场总线、管理层的以太网等。产品系列不断丰富，互 通功
11、能得到了较大的发展，系统性能日趋可靠、完善。同时，还逐步采用了符合IEC61131-3标准 的程序设计语言,增加了高级编程语言等，使得各种生产数据采集和信息系统管理的视线变得容易、 直接。这是，PLC已不是单纯意义上的可编程控制器了，而是一种完全的过程系统。典型产品宥罗 克韦尔自动化公司的PLC-5系列、Control-Logix系列，西门子公司的SYMATTC S7系统，莫迪康 公司的Quantum系列等。2. 3 PLC的构成从结构上分，PLC分为阎定式和组合式(模诀式)两种。阎定式PLC包拈CPU板、1/0板、显 示而板、内存块、电源等，这些元素组合成一个不可拆卸的整体。模块式PLC包括
12、CPU模块、I/O 模块、内存、电源模块、底板或机架，这些模块可以按照一定规则组合配置。PLC的软件系统是指PLC所使用的各种程序的集合，通常可分为系统程序和用户程序两人部分。 系统程序是每一个PLC成品必须乜拈的部分，由PLC厂家提供，用于控制PLC木身的运行，系统程 序阆化在EPROM中。用户程序是由用户根据控制需要而编写的程序。硬件系统和软件系统组成了一 个完整的PLC系统，他们是相辅相成，缺一不可的。PLC硬件结构简图如卜:电源微处理器输入信口输人部*运筲器输出部.受控元外部设外设10接存储器EPROM控制器PI 扩 展 接 I O扩展单元图2-1 PLC硬件结构图2.4 PLC的应用
13、特点1. 口*靠性高，抗干扰能力强高可靠性是电气控制设备的关键性能。PLC巾丁采用现代大规模集成电路技术，釆用严格的生 产工艺制造，内部电路采取了先进的抗干扰技术，具有很高的可靠性。使用PLC构成控制系统，和 同等规模的继电接触器系统相比，电气接线及开关接点已减少到数百甚至数丁分之一，故障也就大 大降低。此外，PLC带有硬件故障自我检测功能，出现故障吋可及吋发出警报信息。在应用软件中， 应用者还川以编入外围器件的故障自诊断程序，使系统中除PLC以外的电路及设备也获得故障自诊断侃护。这样，整个系统将提高的可靠性。2. 配套齐全，功能完善，适用性强PLC发展到今天，已经形成了各种规模的系列化产品，
14、可以用丁各种规模的工业控制场合。 除了逻辑处理功能以外，PLC大多貝有完善的数据运算能力，可用于各种数字控制领域。多种多样 的功能单元大量涌现，使PLC渗透到了位置控制、温度控制、CNC等各种工业控制中。加上PLC通倍能力的增强及人机界而技术的发展，使用PLC组成各种控制系统变得非常容笏。3. 易学易用，深受工程技术人员欢迎PLC是面向工矿企业的工控设备。它接口容易，编程语言易于为工程技术人员接受。梯形图语 言的图形符号与表达方式和继电器电路图相当接近，为不熟悉电子电路、不懂计算机原理和汇编语 言的人从事工业控制打开了方便之门。4. 系统的设计，工作量小，维护方便，容易改造PLC用存储逻辑代替
15、接线逻辑，大大减少了控制设备外部的接线，使控制系统设计及建造的周 期大为缩短，同时日常维护也变得容易起來，更重要的是使同一设备经过改变程序而改变生产过程 成为可能。这特别适合多品种、小批量的生产场合。2.5 PLC的工作原理2. 5. 1扫描技术当PLC投入运行后，其丄作过程一般分为三个阶段，即输入采样、用户程序执行和输出刷新三 个阶段。完成上述三个阶段称作一个扫描周期。在整个运行期间，PLC的CPU以一定的扫描速度重复 执行上述三个阶段。（一）输入采样阶段在输入采样阶段，PLC以扫描方式依次地读入所有输入状态和数据，并将 它们存入I/O映象区中的相应的单元内。输入采样结束厄，转入用户程序执行和输出驯新阶段。在 这两个阶段中，即使输入状态和数据发生变化，T/0映象区中的相应单元的状态和数据也不会改变。 因此，如果输入是脉冲信号，则该脉冲信号的宽度必须大于一个扫描周期，才能保证在任何情况下， 该输入均能被读入。（二）用户程序执行阶段在用户程序执行阶段，PLC总是按由上而下的顺序依次地扫描用户程序（梯形图）。在扫描每一 条梯形图时，又总是先扫描梯形图左边的巾各触点构成的控制线路，并按先左后右、先上后下的顺 序对由触点构成的控制线路进行逻辑运算，然后根据逻辑运算的结果，刷新该逻辑线圈在系统RAM 存储区中对应位的状态；或者刷新该
