1、 1 本科毕业设计 (论文 )文献综述 电气工程及自动化 喷泉控制系统综述 摘要 ：本文介绍喷泉控制系统，喷泉作为一种景观设施，在国内外都具有较为久远历史。国内作为一种传统的景观设施，改革开放以前，喷泉的主要运用范围是在园林、公园等地方，随着时间的推移，喷泉的应用范围逐渐从园林、公园进一步扩到到各个社会活动场所，譬如广场，水上音乐剧场，高层景观等等。从继电器控制到单片机，然后再到 PLC 控制，可以说，喷泉控制技术得到了极大的发展；随着各种技术工艺的发展，未来的 PLC 应用前景将会更加的广阔。 关键词 ：单片机；可编程控制器（ PLC）；喷泉；控制方式；发展前景 1 引言 喷泉作为一项建筑艺
2、术，在国内外都具有较悠久的历史。在改革开放以前 ， 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 有形 成 规 模 。改 革 开放 以 来，随 着 国 民 经济的发 展 ， 人 生 活 水 平 的 提 高 ， 一 些 城 市的 城 建 、 园林 主 管 部门 在 城 市 建 设 、 改造 过 程中 对 喷 泉 美 化 和 文化 氛 围 营 造 上 提 出了要 求 ， 结合 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 出了 一 批
3、喷 泉水景 1。 近 年 来， 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 ，这 些 喷 泉 按照 一 定 的 规 律 改变 喷 泉 式 样， 辅 以 五 颜 六 色 的 灯 光和优 美 的 音 乐 ，使 人 心 旷 神 怡 ， 流 连 忘 返 。 随 着 可 编 程 控制 器 在 我国的 迅 速 发 展 ， 人 们 对
4、 花 式喷 泉 控制 的 要求 也 越 来 越高 ，使 得 越 来 越 多 的 控制 部 分 需 用 可 编 程 控制 器 来 实 现 。从时间过程来看，喷泉技术经历了这么几个步骤：传统的仅仅以继电器的通断来控制电机的通断的控制方法、以单片机为主控制装置配合电磁阀和直流电机实习控制、以 PLC 为主题的综合控制方法。 2 喷 泉 的发展 2.1喷 泉 的 种类 喷 泉景观 概 括可 以 分 为 两 大 类 : 第 一 类 是 根 据 现 场 地 形 结 构 ， 仿 照 天 然水景 制 作 而 成的 ， 如 壁 泉 、 涌 泉等 ;第 二 类 是 完 全 依 靠 喷 泉 设 备 人 工造 泉的
5、，这 类 水景 应用 广 泛 ， 种类 繁2 多， 发 展 速 度 很 快 2。 2.2现 代 喷 泉 应 用 人 们 对 喷 泉的 造 景 功 能 、 娱乐 功 能 ， 认识 逐 步 提 高 ， 开 拓 了 喷 泉的 应用 范 围 。 适 宜 于 节日 、 大 型 集 会 的 广 场 喷 泉 和 城 市 主 题调 速 喷 泉 ， 造 型 简 洁 、 明 快 、 庄 重 、 大 方 。 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 ，欢 快 、 跳跃 ， 富 有诗意 ， 有 些 喷 泉 配 以 水幕 电影 ，给 人 们 带 来 变 幻 奇 妙
6、 的 视 听 效 果 。 近 年 来，随 着 房 地产 市场的 逐 渐 升 温， 一 些 住宅小 区 在 景观 设计中 ， 融入 了 喷 泉 ，使 其 与 小 区园林景观 遥 相 呼 应 。 商 场 、 酒楼 内 的 喷 泉 小 巧 、别 致 ， 可 以 调 节 室 内 气 温 2 这些年，随着计算机技术的广泛应用，喷泉方案的制作技术有了极大的发展，方案设计从最初的手工制图发展到 photoshop 图片，再到三维动画制作的动态喷水方案。直观快速、便于保存，易于修改的方案设计对喷泉设计方案的招投标起到了极其重要的作用。喷泉专用产品、设备不断地更新换代，新材料、新技术的采用，都为喷泉的良性发展提
7、供了技术支持。大多数喷泉除了具有美化环境的功能之外，还具有良好 的生态效应、社会效应和广告效应。 3 控制手段 3.1 传统的控制方式 传统的控制方式采用的是仅仅是以继电器的通断来控制水泵启停。由于绝大多数控制继电器都是长期磨损和疲劳条件下进行的，容易损坏。而继电器的触电容易产生电弧，甚至会熔在一起产生误操作，引起严重的后果。而这种方法恰恰不可避免的使继电器运行在这种条件下，很容易是器件劳损，而且这种控制方法非常生硬，一种接线只能控制一种喷泉模式，造成材料的很大浪费，且很难进行后续的升 级 ，检修也不方便。因此，这种方法已经被淘 汰 3。 3.2 单片机控制 单片机是指由 CPU、随机存储器
8、RAM、只读存储器 ROM、基本输入 输出接口电路、定时器 计数器等部件组成的集成在一块芯片上的微型计算机 4。它功能非常强大，能够进行复杂的数据处理，外接合适的扩展电路，能够组成一个具有完整控制功能的控制系统。要运用在喷泉控制，必须外接放大、保护等电路。用单机控制的优点是：体积小，编程和控制功能强大，程序移植方便等。缺点是：可控硅承受过电压、过电流的能力差 ,因而不能长时间运行 ;需要配置较多的保护电路 ;程序的增减、修改和运行监视不灵活 ;抗干扰能力差 ;功率因数较低 5加上单片机编程软件复杂，需 要操作人员对计算机编程等方面具有一定的了解。 3 3.3PLC 控制 PLC 和单片机一样，
9、也是一个微型计算机，它也有 CPU,输入输出接口，存储器等设备。可编程控制器在初期时主要功能为进行逻辑控制，因此被称为可编程逻辑控制器。后来，随着技术的发展，许多厂商开始采用单片机或 8086 系列微机作为中央处理器，使其不仅可以进行逻辑控制，还可以对模拟量进行控制，进而实现了运动控制、数据处理和通信联网等功能，因此被称为可编程控制器（ PC）为避免重名 6，所以一直沿用 PLC 的叫法。 PLC 被应用于喷泉控制，是因为它有许多优点：可 靠性高，抗干扰能力强，配套齐全，功能完善，适用性强，系统的设计、制造工作量小，维护方便，容易改造，体积小，重量轻，能耗低，最重要的是， PLC 的编程语言为
10、梯形图，这种语言非常形象（程序和继电器的控制线路及其相似）所以很容易学习，人机界面非常友好，以至于不熟悉 PLC 的人员也可以用来开发复杂的控制系统。但是相对于单片机它的价格稍贵，体积也相对较大。 同时用 PLC 和触摸屏技术进行配合，触摸屏不仅具有按钮的功能，方便操作者输入信号而且还能监控系统的运行状态。其组态软件操作简便易行，可组态出各种显示和控制功能，实现系统 操作状态、当前过程值和故障的可视化 7。 采用 PLC 和触摸屏控制，克服了继电器 -接触器控制系统可靠性差的不足。利用 PLC 自身的优点，实现了对喷泉的高精度控制，同时触摸屏的应用不仅可以使喷泉的运行过程得到直观的监控，还可以
11、通过触摸屏改变喷泉的喷水规律和喷水时间，从而增强系统的灵活性，设计出绚丽多彩的花式喷泉。 4 PLC 技术的应用前景 PLC 未来的应用前景将有以下几个方面： （ 1） PLC 制造商通过收购或联合软件企业或发展软件产业，大大提高了其软件水平，多数 PLC 品牌都拥有与之相应的开发平台和组态软件，软硬件 结合，提高了系统的性能，同时，为用户的开发和维护降低成本，使更易形成人机友好的控制系统 8。 （ 2） PLC 厂商在原有的 CPU 模板上提供物理层 RS232/422/485 接口的基础上，逐渐增加了各种通讯接口，而且提供完整的通信网络 9。由于近来数据通讯技术发展很快，用户对开放性要求很
12、强烈，现场总线技术及以太网技术也同步发展。 （ 3）虽然各工具仍不兼容，但基于标准的开发系统，用户在应用过程中可以方便的适应各种品牌的产品。 OPC 与现场总线技术的结合，是未来控制系统向 FCS 技术发展的趋势。为了使 PLC 更具有开发性 和执行多任务，可以在一个 PLC 系统中同时装几个 CPU 模块，每个4 CPU 模块都执行同个任务。 （ 4）应用的范围越来越广泛。 PLC 的网络能力，模拟量处理能力，运算速度 10，内存，复杂运算能力将大大增强，不再局限于逻辑控制应用，而越来越多的应用于过程控制方面。PLC 在相当多的应用取代昂贵的 DCS，从而使原来 PLC（顺序控制） +DCS
13、(过程控制 )的模式变成 PLC+IPC 模式。 随着控制技术的不断提高， PLC 的应用将越来越深入，其范围也将更大。在喷泉控制领域， PLC 必将会取代传统的继电器控制和单片机控制而处在主导地 位。在其它方面， PLC 也将取代传统的控制方法，为机械操作向自动化控制方面转变贡献力量 11。 参考文献 1李可成 .PLC在花样喷泉上的应用 J.广西轻工业 ， 2011,8,8： 110 111. 2陈洪清基于 PLC的喷泉控制系统设计 J黑龙江生态工程职业学院学报， 2011,3， 24(2)：42 45 3基于 plc的花样喷泉控制 系统设计 J.中原工学院信息商务学院机电传动课程设计说明
14、书， 1 4. 4董艺 .单片机与 PLC 的区别及其对控制系统设计方案选择的影响 J.巢湖学院学报，2007,9,3： 65 69. 5殷培峰 .基于 PLC 喷泉控制系统的设计与应用 J.兰州石化职业技术学院学报，2006,3,6(1):21 22. 6梁广瑞 .基于工业 PC的音乐喷泉控制系统的研究 D.广西大学 ;2006， 6 7唐红莲，郭艳萍等 .一种触摸屏监控的喷泉控制系统设计 J.电工技术， 2006， 5： 5657. 8薛迎成 . PLC 与触摸屏控制技术 M. 北京：中国电力出版社， 2008， 2. 9Michelle Clifford. Water Level MonitoringJ.Freescale Semiconductor Application Note， 2006， 11,11 (4):1 24. 10陆建国 . 基于 PLC 的花式喷泉控制系统的设计 J.安徽农业科学 ,2010,38(31)17776 17778 11刘为平，王明泉 .PLC 的发展及其应用前景 J.机械管理开发， 2009,10， 24（ 5）： 7880
