1、 1 毕业论文 文献综述 电气工程及自动化 基于 PLC的花式喷泉监控系统 摘要： 主要 介绍了 PLC的特点和基本情况，着重说明基于 PLC的花式喷泉监控系统的设计思路和各模块实现考虑等，并总结了选择用 PLC来实现该功能的优点。 关键词： 音乐喷泉； PLC 控制系统；设计及 PLC 选型 1、花式喷泉的现状 在许多休闲广场，景区或游乐场所里，常看到喷泉按着一定的规律或变化花样，其中喷水管的布置对喷水花样的形成很重要。喷泉又时常与美景相联系，由此人们对环境美的要求由喷泉的自身带给人的美感也不能忽视。而且 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
2、的负氧离子 1。因此，喷泉有益于改善城市面貌和增进居民身心健康 。如今科技日新月异，喷泉也更是包含了许多的科学技术，集科学与艺术于一身，在城市建设中扮演着越来越重要的角色，其自身的发展与大量新技术的出现及发展是分不开的，完成本设计控制系统的核心控制部件 PLC 更是有着丰富的发展历史 2。 1.1、 PLC 的特性和优势 可编程控制器 (PLC)是综合了计算机技术，自动控制技术和通信技术的新型的，通用的自动控制装置。它具有功能强、可靠性高、使用灵活方便、易于编 程及适应工业环境下应用等一系列优点，它在工业自动化、传统产业技术等方面的应用越来越广，其中西门子公司的可编程控制器，尤其是小型可编程控
3、制器 S7-200 系列的 CPU224 以其质量、价位等方面的因素，而应用在本设计中。本设计控制系统软件设计部分是通过相关的 PLC 编程软件编制的，具体体现为程序梯形图，由于其具有直观、形象的优点，所以易于修改、维护 3。而且 PLC 是以嵌入式 CPU 为核心，加上输入、输出等模块，可以应用于工业控制领域的装置。由于 PLC 是一种新型的控制器，它把微型计算机技术和继电器控制技术融合在一起， 兼具计算机的功能完备、灵活性强、通用性好以及继电器接触器控制系统的简单易懂、维修方便的特点。经过长期的工程实践， PLC 的优点越来越被广大技术人员所认识和接受，已经广泛应用到了石油、化工、机械、钢
4、铁、交通、电力、轻工、采矿、水利、环保等各个领域。 PLC 在音乐喷泉方面的应用，就是其在机械方面的一个典型运用 6 。 花式喷泉是利用以上的 PLC 技术来实现音乐与喷泉的互动，达到唯美的境界，使人得到美的享受。该喷泉采用 PLC 控制，在花式喷水时序确定前提下，可以通过改变时序或者改变控制开关，实现控制方式的改变，达到显现 各种复合状态的要求 7。 2 2、花式喷泉的实现 喷泉的排水管形式主要有以下四种：第一种为外环形状喷水管；第二种为次外环形状喷水管；第三种为内环形状喷水管；第四种为中心喷水管。其实现过程可概括为：当电源开关接通后，按下启动按扭，喷水装置即开始工作；按下停止按扭，则停止喷
5、水。工作方式由选择开关和单步 /连续开关来决定。“单步 /连续”开关在单步位置时，喷泉只运行一次循环；在连续位置时，喷泉运行一直继续下去。选择开关用来选择喷泉的喷水花样，该喷泉要求实现以工作方式：选择开关在“ 1” 位置时，按下启动按扭后， 4,3,2,1 隔 2s 依次喷水，一起喷水 15s 后停下；隔 2s;然后按 1,2,3,4 的次序隔 2s 依次喷水，再一起喷水 15s 后停下 。若在连续状态时隔 2s;以此循环。选择开关在“ 2” 位置时，按下启动按扭后， 1,3 同时喷水，延时 3s 后， 2,4 喷水， 1,3 停喷，交替运行 5 次后，隔 2s；1,2,3,4 全喷水， 30
6、s 后停止。若在连续状态时隔 2s；以此规律循环。选择开关在“ 3”位置时，按下启动按扭后， 1,2,3,4 按顺序延时 2s 喷水，然后一起喷水 30s 后， 1,2,3,4 再分别延时 2s 停喷。若再连续状态时隔 2s。不论在什么 工作方式下，按下停止按扭，喷泉停止运行。用触摸屏监控喷泉的运行状态，并可以通过触摸屏修改喷水时间等有关参数 8。 另外，给 PLC 供电的电源非常有讲究。电源往往是干扰 PLC 功能的主要因素。 PLC 系统的电源有两类：外部电源和内部电源。外部电源用来驱动 PLC 输出设备（负载）和提供输入信号，又称用户电源。同一台 PLC 的外部电源可能有多种。外部电源的
7、容量与性能由输出负载和 PLC 的输入电路决定。由于 PLC 的 I/O 电路都具有滤波，隔离功能，所以外部电源对 PLC 性能影响不大。因此，对外部电源的要求不高。内部电源是 PLC 的 工作电源，既 PLC 内部电路的工作电源。他的性能好坏直接影响到 PLC 的可靠性。因此，为了保证 PLC 的正常工作，对内部电源有较高的要求。一般 PLC 的内部电源采用开关式稳压电源或一次侧带低通滤波器的稳压电源。在干扰较强或可靠性要求较高的场合，应该用带屏蔽层的隔离变压器，对 PLC 系统供电。还可以在隔离变压器二次侧串联 LC 滤波电路 9。 2.1、花式喷泉的材料分析和选择 花式喷泉中驱动喷泉的控
8、制阀应选用电磁阀，考虑到电磁阀的驱动功率及同时被驱动的个数，也从节能环保角度考虑，适宜选用小功率电磁阀。 10根据电磁阀的 选用。可确定 PLC 的输出功率可选小功率， I/O 个数在 15 个足够，由于喷泉工作性质决定了 PLC 的工作环境，要求其工作时对湿度的要求比较高，根据以上因素确定选用小型 PLC 可选取西门子 S7-200 CPU 224 型。 S7-200， CPU 224 的特点：工作温度范围： -25 +70度；工作湿度范围 :5时 98%； 70时 45% 、不结露；0 55，平安装； 0 45，垂直安装 11。 S7-200 在 CPU 单元上设有硬件电路（芯片等）处理高
9、速数字量 I/O，如高速计数器（输入）、高3 速脉冲输出。这些硬件电 路在用户程序的控制下工作，可以达到很高的频率。实现该设计的监控系统用 S7-200 系列 PLC 的基本位操作指令中的触点，线圈指令；置位 /复位指令，定时器，计数器及中间继电器来实现 12。 触摸屏为根据 PLC 选型确定与其输入输出电压相匹配的 HITECH 、 PWS1760 系列 ，有如下优点：触摸屏 为 电容式 ； 电源 DC24V ； 电量小于 12W ； 环境条件工作温度 0 50； 环境湿度 20 90 (不结露 ) 13。由于 5 线电阻式触摸屏具有清晰度较好、透明度高、没有色彩失真、分辨率高无漂移、没有关
10、干扰、防尘、寿 命长。 五线电阻产品，其表层是负载电压层，不起判定作用 . 所以，五线电阻即使表面破损，仍然不影响触摸操作。五线电阻触摸屏幕，与外间环境无关，具有最强大的环境适应能力，表面具有 4H 的防刮伤能力，和高于 95% 的透光率， 所以触摸屏的选型为 5 线电阻式触摸屏 14。 3、最终效果 通过对硬件的连接，软件的编程控制，以及对材料的选取等严格把关，最终将完成一个完整的，会随着音乐的变动而改变喷水花式的音乐喷泉。而且为了操作上的方便，它将采用触摸屏实现控制操作面板，触摸屏比传统的开关和输入设备更简便、美观，通过相应的 软件制作操作面板使喷泉监控系统更直观，且易操作。其实现过程大致
11、可以描述如下：由触摸屏相关编程软件实现人机互动界面，编号程序控制后就可以通过人工对触摸屏做出相应的操作来驱动 PLC 中的开闭触点，实现对程序的操作。 PLC 梯行图程序是系统核心部分，是用来控制喷泉喷出水柱及喷泉的花样样式的改变，从而实现一个完整的花式喷泉 PLC 监控系统。当触摸屏指令传输到 PLC 后， PLC 根据已经编好的梯形图程序做出相应的动作，来驱动它下面的各种元器件，包括继电器、接触器以及电磁阀，其中将会实现三种花式，轮流变化 13。 参考文献： 1 Mohammed Bani Younis Alexander Fay Georg Frey. Automatic Re-Impl
12、ementation of PLC ProgramsJ.ATP International,2008,21(1):56 60. 2 易泓可 .电气控制系统设计基础与范例 M.北京 :机械工业出版社 ,2005 年 5 月 . 3 吴中俊等 .可编程控制器原理及应用（第 2 版） M.北京 :机械工业出版社 ,2005 年 3 月 . 4 廖常初 .PLC 编程及应用 （ 第 3 版） M.北京 :机械工业出版社 ,2008 年 1 月 . 5 陈建明 .电气控制与 PLC 应用 M.北京：电子工业出版社， 2006 年 8 月 . 6 戴仙金 .西门子 S7-20 系列 PLC 应用与开发 M
13、.北京 :水利水电出版社 ,2007 年 4 月 . 7 薛迎成 .PLC 与触摸屏控制技术 M.北京 :中国电力出版社 ,2008 年 2 月 . 8 李道霖 .电气控制与 PLC 原理及应用 (西门子 )M.北京 :电子工业出版社 ,2004 年 8 月 . 4 9 Simon Haykin. Adaptive Filter Theory. Beijing: Publishing House of Electronics Industry, 2003. 10 晁样 胡军 熊伟 .可编程控制器原理应用与实例解析 M.北京 :清华大学出版社 ,2007 年 11 月 11 胡学林主编 .可编程序控制器教程 M.北京 :电子工业出版社 ,2004.年 7 月 . 12 史国生主编 .电气控制与可编程控制器技术 (第二版 )M.北京 :化学工业出版社教材出版中心 ,2005 年 6 月 . 13 吴中俊 ,黄永红主编 .可编程控制器原理及应用 (第二版 )M.北京 : 机械工业出版社 ,2005 年 7月 . 14 陈在平 ,赵相宾主编 .可编程控制器技术原理及应用系统设计 M.北京 : 机械工业出版社 ,2005年 8 月 . 15李长久 主编 .PLC 原理及应用 M.北京 :机械工业出版社 ,2006 年 9 月 .
