1、联系人：马工 电 话：13661100921 邮 箱： 网 址：http:/ 控 喷 泉 装 置 基 本 工 作 原 理 和 控 制 性 能一、前言随着社会经济的发展和科学技术的进步，水景喷泉的技术领域也发生了质的变化。目前无论是国内或国外的水景工程，用数控喷泉装置来提升水景工程的层次已成为一种新的理念和大的趋势。而国内真正能够系统性研发、生产并为喷泉行业提供合格产品和系统技术配套服务的企业极少。数控喷泉装置作为一项新生产品，由于大家对数控喷泉系统技术的理解还不是很透彻，在系统使用方面的诸多环节也不是十分清楚，这就给大家在工程设计与使用上造成许多不便。近年来许多已建的性能稳定、系统配套完善的数
2、控水景喷泉工程，以它出色的表演获得了越来越多的关注，但也有部分工程项目因不慎选用质量和性能不完善的数控设备，以及缺乏必要的系统配套，造成了工程项目不能达到预期效果甚至无法交付的不利局面,给大家带来了不必要的经济损失和负面影响。鉴于上述情况，我们以本公司自主研发并实际投入正常使用的一维和三维数控喷泉装置产品为例，结合多年来对一维和三维数控喷泉装置在研制和使用过程中所积累的经验，详细叙述其基本工作原理和控制性能，希望能对业内同行在设计和使用中有所帮助。在此也深深感谢所有选用我们产品并不断提出宝贵意见，帮助我们的数控喷泉产品逐步完善走向今天的广大用户。二、数控喷泉装置概述数控喷泉装置是一种专门用于对
3、装置出水口的位置和运行速度作精确控制的特种喷泉装置。其最大特点是其“数字性“，即可通过控制脉冲频率，对装置转速、方向、角度、位置进行精确控制；也就是对于上位机发送的脉冲信号段或串，该喷泉装置都能在其驱动系统的驱动下，用不同的速度任意方向地连续或断续运转任意的圈数或一个固定角度，形成形态各异的各种水型组合。数控喷泉装置具体结构主要由步进电机、控制驱动器、定位传感器、减速齿轮组、密封件、旋转喷射口、水室、水道、外壳、电控驱动、计算机控制系统等组成。在此我们以其基本工作原理和控制性能要求为例，作一详细描述。联系人：马工 电 话：13661100921 邮 箱： 网 址：http:/ 电 话：1366
4、1100921 邮 箱： 网 址：http:/ I/O 通道的状态采集与刷新。这样的处理方式导致了“控制速度“依赖于控制系统的规模,这一结果无疑是与 I/O 通道中高实时性控制要求相违背的。我们的系统软件已经解决了这一问题,它采用分时多任务机制构筑其应用软件的运行平台,这样应用程序的运行周期则与程序长短无关,而是由操作系统的循环周期决定。由此,它将应用程序的扫描周期同外部的控制周期区别开来,满足了实时控制的要求。当然,这种控制周期可以在上位机 CPU 运算能力允许的前提下,按照用户的实际要求,任意修改（如图 1）。联系人：马工 电 话：13661100921 邮 箱： 网 址：http:/ 2
5、）。联系人：马工 电 话：13661100921 邮 箱： 网 址：http:/ 3）。联系人：马工 电 话：13661100921 邮 箱： 网 址：http:/ 4 所示的工作区域内时，如何在最短的时间内完成加速、减速就成了关键。因为数控喷泉装置动力电机无需反馈就能对装置喷射口的位置和速度进行控制，而对于速度变化较大，尤其是频繁加减速的时候，常常会发生失步和过冲，即力矩不足的现象，在实际使用中除了装置动力电机的问题外，装置动力电机的脉冲频率选择不当也是导致失步的一个重要原因。联系人：马工 电 话：13661100921 邮 箱： 网 址：http:/ 电 话：13661100921 邮 箱
6、： 网 址：http:/ 5 所示的加减速控制。从图 5 可以看出，b 段为恒速运行，a 段为升频，c 段为降频，按照“失步“的定义，如果在 a 及 c 段上升及下降的控制频率变化大于装置的响应频率变化，数控喷泉装置就会失步，失步会导致数控喷泉装置处于非正常工作状态，因此，在数控喷泉装置变速运行中，必须进行正确的加减速控制。采用计算机对数控喷泉装置进行加减速控制，实际上就是改变输出脉冲的时间间隔，升速时使脉冲串逐渐加密，减速时使脉冲串逐渐稀疏。计算机在控制数控喷泉装置加减速的过程中，一般要求用离散方法逼近理想的升降速曲线。加减速的斜率在直线加速过程中，速度不是连续变化，而是按分档阶段变化，为与
7、要求的升速斜率相逼近，必须确定每个台阶上的运行时间。时间 t 越小，升速越快，反之越慢。t的大小可由理论或实验确定，以升速最快而又不失步为原则。数控喷泉装置在程序执行升速过程中，对单位时间内的升速总步数进行递减操作，当减至零时升速过程结束转入匀速运转过程。减速过程的规律与升速过程相同，只是按相反的顺序进行。在数控喷泉装置的起停过程中，根据控制系统的具体特点，采用上述升降速控制方式，都可以避免数控喷泉装置失步或过冲，达到比较精确的控制。而在速度变化过大的应用中，S 线的加减速效果优于斜线的加减速方式（见图 6、7）。联系人：马工 电 话：13661100921 邮 箱： 网 址：http:/ 电
8、 话：13661100921 邮 箱： 网 址：http:/ 30 转/分钟以内，此时装置输出力矩大，工况稳定性高，噪音低，更主要的是在这个转速内水的形态最佳。2）数控喷泉装置最好不使用整步状态，整步状态时电机振动相对较大。3）装置喷射口在大流量、高扬程运行时，应避免急加速采用阶梯提速模式，确保装置正常运行。4）为提高三维数控喷泉装置群体表演的一致性，一般情况下驱动器采用高细分数的工作状态。5）避开振动区，使装置的工作频率不在这个范围内。（步距角 1.8 度/共振区一般在 180-250pps 之间，步距角为 0.9 度/400pps 左右）2、控制柜的布线要求1）动力线、控制线以及上位机的电
9、源线和 I/O 线应分别配线，隔离变压器与上位机和 I/O 之间应采用双绞线连接。将上位机的 I/O 线与大功率线分开走线，条件允许分槽走线最好，如必须在同一线槽内应将交流线、直流线分开捆扎,这不仅能使其有尽可能大的空间距离,并能将干扰降到最低限度。2）上位机、驱动及传感器等装置应尽可能远离强干扰源如大功率变频器等装置。3）上位机的输入与输出最好分开走线，数字量与模拟量也应分开走线，清晰标记防止混淆。数字量信号的传送应采用屏蔽线，屏蔽层应一端或两端接地,接地电阻应小于屏蔽层电阻的 1/10。4）交流输出线和直流输出线不要用同一根电缆,输出线应尽量远离动力线，避免并行。3、造成数控喷泉装置工作异常的因素1）控制柜内的高压电器、大的电感性负载，混乱的布线都容易对数控喷泉装置的正常工作造成一定程度的干扰。2）与控制系统连接的各类信号传输线除了传输有效的各类信息之外，总会有外部干扰信号侵入，此干扰主要是信号线受空间电磁辐射感应的干扰，即信号线上的外部感应干扰。由于信号引入干扰会引起I/O 信号工作异常和控制精度的降低,严重时将导致装置控制系统无法正常工作。
