1、 广德爱众 砺能善医毕 业 设 计 作 品题 目： 基于 PLC 花式喷泉控制设计姓 名：专 业： 机电班 级：学 号：校内指导老师：校外指导老师：填表日期： 湘潭医卫职业技术学院教务处制湘 潭 医 卫 职 业 技 术 学 院 毕业设计作品二 级 学 院 医电学院 专 业 机电 班 级姓 名 学 号 校内指导老师毕业设计名称 基于 PLC 花式喷泉控制设计 校外指导老师毕业设计时间 摘要随着可编程控制器在我国的迅速发展，使用 PLC 控制花式喷泉，具有使用方便，运行可靠，控制程序设计简单等优点。用梯形图方法编程，可以使设计思路清晰，编程简便.本设计讲述的是如何利用 PLC 控制喷泉喷水方式，产
2、生各样的样式，并给出了花式喷泉的喷水花样，选择西门子的 PLC 作为控制器，分配了种喷水花样下 PLC 的 I/O 接口、设计了 PLC 的外部接线图及控制梯形图通过人机屏面和西门子 PLC 之间的通讯，实现了喷泉系统基于PLC 监控。目录摘要 1ABSTRACT 2第 1 章绪论 11.1 我国喷泉的发展及现状 21.2 喷泉的设计目的及意义 21.3 喷泉的设计内容 3第 2 章花式喷泉的系统方案 32.1 花式喷泉系统的主控制器方案分析 42.2 控制方案的分析 72.3 花式喷泉控制原理图 8第 3 章 系统硬件设计 83.1 硬件的概括和选择 93.1.1PLC 93.2 水泵的选择
3、 103.2.1 水泵的介绍 113.2.2 水泵的选型 123.3 变频器的选择 133.4 硬件接线图 133.5 喷头的选择 143.5.1 喷头的介绍 153.5.2 各种喷头的选择 16第 4 章花式喷泉系统软件的设计 174.1 喷泉 PLC 的流程图 184.2I/O 分配 184.3I/O 地址分配简介 194.4I/O 接线图 194.5 梯形图 20结论 28参考文献 29第一章绪论1.1 喷泉的发展1.1.1 我国喷泉的发展城市化的进程在飞快的加速，在我国二十世纪八十年代以前，喷泉只是用来做林园造景和建筑的排水的一个技术，从设计到完成产品的制作，都还只是在展览馆和公园能见
4、到一些中、小型的喷泉，技术水平过于简单，不够成熟。二十世纪九十年代以后，城市化进程加速，人们也追求高环境、高质量的文化生活，经济的增长推动了喷泉行业的发展。比如广场，大厦，小区等。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。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，园林的主管部门、行业组织为城镇、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
5、。现如今，喷泉的应用范围非常的广泛了，可以应用于商场、大型人造瀑布、旅游景点、游泳景点、大大小小的社区、酒楼、公园、溢水造景、办公室、居室等等。目前在为止生产的喷泉其器材的工厂在控制方面一般与科研机构相结合，使我国在喷泉设计上采用微机控制技术，已建成上海展览中心，深圳民俗村等处喷泉，体现了我国当前喷泉技术的水平。在辽阔的水平装设高射程的喷泉可获得雄伟壮观的景观，近年来我国许多地区和城市都提出高射程喷泉的计划，杭州已建成高 75 米的西湖喷泉。花样喷泉是程序设计的花样和喷泉的有机自动控制的结合，花样是喷泉的主题，喷泉是花样内涵的表达，控制是实现方法。中国花样喷泉设备产业发展出现的问题中，许多情况
6、不容乐观，如产业结构不合理、产业集中于劳动力密集型产品；技术密集型产品明显落后于发达工业国家；生产要素决定性作用正在削弱；产业能源消耗大、产出率低、环境污染严重、对自然资源破坏力大；企业总体规模偏小、技术创新能力薄弱、管理水平落后等。不过随着计算机软件硬件的快速发展，新型喷泉与计算机的结合应用越来越广泛，花样喷泉也越来越复杂，越来越精密，这样以来有很多的部分都需要用计算机来完成。所以，用计算机来控制花样喷泉是必然的趋势。1.2 喷泉的设计目的及意义目 的 ： 改 革 开 放 以 后 ， 我 国 的 经 济 发 生 了 翻 天 覆 地 的 变 化 ， 随 着 这 样 的 趋 势 ，带 动 了 国
7、 民 生 活 水 平 和 质 量 的 提 高 ， 计 算 机 的 高 速 发 展 ， 微 电 子 技 术 及 自 动 化 控制 的 发 展 为 喷 泉 发 展 提 供 了 有 利 的 条 件 ， 交 流 变 频 调速技术已经进入个崭新的时代，其应用的范围越来越广。而我国城市化进程的加快和人口大量集聚，环境成为了越来越重要地方，好的环境能使心身愉快，做事效率提高。意 义 ： 喷 泉 的 作 用 上 可 以 湿 润 周 围 的 空 气 ， 减 少 空 气 中 的 尘 埃 ， 还 可 以 祈 祷降 低 周 围 的 气 温 。 从 学 识 的 角 度 来 思 考 ， 喷 泉 所 喷 出 来 的 细 小
8、 水 珠 同 空 气 中 的 份子 击 撞 ， 能 够 产 生 大 量 的 负 氧 离 子 ， 有 利 于 改 善 社 区 面 貌 和 增 进 居 民 的 身 心 的 健康 。1.3 喷泉的设计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 控 制 系 统 的 组 成该设计的多种花样由西门子编程软件进行 PLC 编程，利用我们所学的知识，了解 PLC 的工作原理，结合开关、按钮、电源电路进行设计，将硬件系统和软件系统进行结合起来，从而达到喷泉能够实现花样的各种模式下的变化及控制。（2）花式喷泉的类型选择结合我们的知识对花式喷泉的特点和各类的类别和要求，在这个
9、设计中我主要设计了四种模式启动可供选择，能够控制每环喷水管的顺序及时间，喷水时需要灯光的显示，这样可以添加视觉的色彩；可以根据不同的场合，不同季节改变喷泉的花样变化。首先将需要的灯光已经按照事先的分布排列组合在喷头的周围，利用计算机运行程序发出控制信号，达到水型与灯光的有机结合。给人视觉产生刺激，吸引观众的眼球。（ 3） 花 式 喷 泉 的 硬 件 系 统 选 择本次课题的有关设计要求花式喷泉的运行速度准确度要高，增压泵的选择，其目的是用来提高出水压力，使水的高度具有不同的高度。在硬件设计的过程中主要需要考虑花式喷泉的稳定、经济实用、美观、灵活的需要。（ 4） 变 频 调 速本次课题的设计中采
10、用了目前应用广泛的变频技术，其目的就是恒流控制或恒压控制等。利用变频器去控制四台水泵中其中随意的一台水泵，且在硬件设计时需要采用互锁方法，其目的是为了防止变频器同时启动二台或二台以上水泵而过载烧坏变频器。（ 5） 花 式 喷 泉 的 控 制 系 统 的 软 件 设 计本次课题的设计中采用了目前应用广泛的 PLC 编程语言梯形图，梯形图它能够很直观地反应设计的要求，而梯形图的编写运用了 step7-microwin 编程软件，此项软件支持全部的西门子 CPU226 系列 S7-200，它并且具有非常强大的诊断功能，能够快速的找出故障所出的原因及位置，从而大大的缩短了人去维修的时间，提高了效率，稳
11、定性也相当强。第 2 章 花式喷泉的系统方案2.1 花式喷泉系统的主控制器方案分析：方 案 一 ： 利 用 单 片 机 控 制 花 式 喷 泉单片机在特点上与 PLC 的特点都具有可靠性高，但单片机的体积相对而言要小的多，价格也低的多，易于产品化。由于单片机的良好控制性能和灵活的嵌入品质，近年来在机电一体化产品中及实时工业控制的家用电器等领域都得到了极其广泛的应用。由于花式喷泉的原理是利用控制器控制水泵的喷水方式，而单片机的成本较低，适应的控制范围为较小的小型的花式喷泉。而单片机的控制原理，是用可控硅作为功率开关原件，所以单片机的可控硅承受过电压、过电流的能力差，因而不能长时间的运行工作。方
12、案 二 ： 利 用 PLC 控制花式喷泉随着工业化的进展发展到 20 世纪 60 年代中期以来在 PLC 的产品中的电力、化工、冶金等行业中发挥着巨大的作用，近 20 年来的计算机和信息技术的快速发展，也带动了功能的成倍增长和价格的降低，使得 PLC 的通讯网络技术、过程控制软件都获得了飞速的进步，让 PLC 的应用获得了更为广泛的应用。其 PLC 的优点很多，主要包括：功能强、性价比高、编程方法简单易学、用户使用方便、可靠性高、抗干扰性强、硬件配套齐全。它的系统设计、安装、调试工作量比较少；维修方便、体积小、能耗低等。正是因为 PLC 的这些优点，所以它如今已经应用在工业各种部门。2.2 控
13、制方案的分析：方 案 ：花式喷泉系统的控制要求如下：1、按下启动按钮，喷泉装置开始工作，按下停止按钮，喷泉控制装置停止工作。2、喷泉工作方式由花样选择开关和单步开关决定。 3、当单步开关在单步位置时，喷泉只能按照花样选择开关设定的方式，运行一个循环，否则就连续循环下去。 4、花样选择开关用于选择喷泉的喷水花样，现考虑四种喷水花样。 花样1按下启动按钮后，4号喷头喷水，延时2秒后，3号喷头喷水，在延时2秒后，2号喷头喷水，再延时2秒，1号喷水。15秒后，如果为单步工作方式，则停下来，否则继续循环下去。如图2.2.1：图 2.2.1 花样 1花样2 按下启动按钮后，1号喷头喷水，延时2秒后，2号喷
14、头喷水，再延时2秒后，3号喷头喷水，有延时2秒后，4号喷头喷水。30秒后，如果为单步工作方式，则停下来，否则继续循环下去。如图2.2.2图 2.2.2 花样 2花样3按下启动按钮后，1号、3号喷头同时喷水，延时3秒后，2号、4号喷头喷水，1号、3号喷头停止喷水。如此交替15秒后，4组喷头全喷水，30秒后，如果为单步工作方式，则停下来，否则继续循环下去。如图2.2.3：图 2.2.3 花样 3 花样4 按下启动按钮后，1234按顺序延时2秒喷水，然后一起喷水30秒后，1、2、3和4号水管分别延时2秒停水，再等待1秒，由4321反序分别延时2秒喷水，然后再一起喷水30秒为一个循环。如果为单步工作方式，则停下来，否则继续循环下去。如图2.2.4：图 2.2.4 花样 4无论在什么工作方式，按下停止按钮后，喷水池将停止运行。2.3 花式喷泉控制原理图实 现 整 个 喷 泉 的 功 能 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 水 泵 。 花 式 喷 泉 控 制 系 统 的 原 理 如 图 2-3 所 示 ：
