花式噴泉系統(tǒng)硬件設(shè)計

1、第三章 花式噴泉系統(tǒng)硬件設(shè)計3.1可編程控制器（PLC）的選擇PLC產(chǎn)品的種類繁多，PLC的型號不同,對應(yīng)著其結(jié)構(gòu)形式、性能、容量、指令系統(tǒng)、編程方式、價格等均各不相同,適用的場合也各有側(cè)重。因此，合理選用PLC，對于提高PLC控制系統(tǒng)的技術(shù)經(jīng)濟指標(biāo)有著重要意義 。3.1.1 PLC概述可編程控制器，英文稱Progammable Controller,簡稱PLC，本課題中用PLC作為它的簡稱。PLC是用于工業(yè)現(xiàn)場的電控制器。它源于繼電器控制技術(shù)，但基于電子計算機。它通過運行存儲在其內(nèi)存中的程序，把經(jīng)輸入電路的物理過程得到的輸入信息，變換為所要求的輸出信息，進而再通過輸出電路的物理過程去實現(xiàn)對負

2、載的控制?？删幊炭刂破魇腔谖⑿陀嬎銠C技術(shù)的通用工業(yè)自動控制設(shè)備，在其早期主要應(yīng)用于開關(guān)量的邏輯控制。l987年國際電工技術(shù)委員會（International Electrotechnical Commission，IEC）頒布的PLC標(biāo)準(zhǔn)草案對PLC做了如下定義：“PLC是一種專門為在工業(yè)環(huán)境下應(yīng)用而設(shè)計的數(shù)字運算操作的電子裝置。它采用可以編制程序的存儲器，用來在其內(nèi)部存儲執(zhí)行邏輯運算、順序運算、計時、計數(shù)和算術(shù)運算等操作的指令，并能通過數(shù)字式或模擬式的輸入和輸出，控制各種類型的機械或生產(chǎn)過程。PLC及其有關(guān)的外圍設(shè)備都應(yīng)該按易于與工業(yè)控制系統(tǒng)形成一個整體，易于擴展其功能的原則而設(shè)計。PLC

3、有豐富的指令系統(tǒng)，有各種各樣的I/O接口、通信接口，有大容量的內(nèi)存，有可靠的自身監(jiān)控系統(tǒng)，它通過運行存儲在其內(nèi)存中的程序，把經(jīng)輸入電路的物理過程得到的輸入信息，變換為所要求的輸出信息，進而再通過輸出電路的物理過程去實現(xiàn)對負載的控制，因而具有以下基本的功能：u 邏輯處理功能；u 數(shù)據(jù)運算功能；u 準(zhǔn)確定時功能；u 高速計數(shù)功能；u 中斷處理（可以實現(xiàn)各種內(nèi)部中斷）功能；u 程序與數(shù)據(jù)存儲功能；u 聯(lián)網(wǎng)通信功能；u 自檢測、自診斷功能?？梢哉f，凡普通小型計算機能實現(xiàn)的功能，PLC幾乎也都可以做到。3.1.2 PLC的機型選擇在PLC系統(tǒng)設(shè)計時，首先應(yīng)確定控制方案，下一步工作就是PLC工程設(shè)計選型。

4、工藝流程的特點和應(yīng)用要求是設(shè)計選型的主要依據(jù)。因此，工程設(shè)計選型和估算時，應(yīng)詳細分析工藝過程的特點、控制要求，控制任務(wù)和范圍確定所需的操作和動作，然后根據(jù)控制要求，估算輸入輸出點數(shù)、所需存儲器容量、確定PLC的功能、外部設(shè)備特性等，最后選擇有較高性能價格比的PLC和設(shè)計相應(yīng)的控制系統(tǒng)。如下圖所示為PLC控制系統(tǒng)示意圖。電源指示燈電磁閥控制器電源按鈕限位開關(guān)選擇開關(guān) CPU模塊 輸入磨塊可編程控制器 輸出模塊編程裝置圖3-1 PLC控制系統(tǒng)示意圖（1）輸入輸出（I/O）點數(shù)的估算I/O點數(shù)估算時應(yīng)考慮適當(dāng)?shù)挠嗔?，通常根?jù)統(tǒng)計的輸入輸出點數(shù)，再增加10%20%的可擴展余量后，作為輸入輸出點數(shù)估算數(shù)

5、據(jù)。（2）存儲器容量的估算存儲器容量是可編程序控制器本身能提供的硬件存儲單元大小，程序容量是存儲器中用戶應(yīng)用項目使用的存儲單元的大小，因此程序容量小于存儲器容量。設(shè)計階段，由于用戶應(yīng)用程序還未編制，因此，程序容量在設(shè)計階段是未知的，需在程序調(diào)試之后才知道。為了設(shè)計選型時能對程序容量有一定估算，通常采用存儲器容量的估算來代替。（3）控制功能的選擇該選擇包括運算功能、控制功能、通信功能、編程功能、診斷功能和處理速度等特性的選擇。根據(jù)本課題所設(shè)計控制的需求，主要介紹一下幾種功能的選擇。1.控制功能PLC主要用于順序邏輯控制，因此，大多數(shù)場合常采用單回路或多回路控制器解決模擬量的控制，有時也采用專用的

6、智能輸入輸出單元完成所需的控制功能，提高PLC的處理速度和節(jié)省存儲器容量。2.編程功能離線編程方式：PLC和編程器公用一個CPU，編程器在編程模式時，CPU只為編程器提供服務(wù)，不對現(xiàn)場設(shè)備進行控制。完成編程后，編程器切換到運行模式，CPU對現(xiàn)場設(shè)備進行控制，不能進行編程。離線編程方式降低系統(tǒng)成本，但使用和調(diào)試不方便。在離線編程方式：CU和編程器有各自的CPU，主機CPU負載現(xiàn)場控制，并在一個掃描周期內(nèi)與編程器進行數(shù)據(jù)交換，編程器把在線編制的程序或數(shù)據(jù)發(fā)送到主機，下一掃描周期，主機就根據(jù)新收到的程序運行。五種標(biāo)準(zhǔn)化編程語言：順序功能（SFC）、梯形圖（LD）、功能模式圖塊(FBD)三種圖形化語言

7、和語句表（il）、結(jié)構(gòu)體文（ST）兩種文本語言。選用的編程語言應(yīng)遵守其標(biāo)準(zhǔn)（IEC113123），同時，還應(yīng)該支持多種語言編程方式，如C,Basic等，以滿足特殊控制場合的控制要求。3.診斷功能PLC的診斷功能包括硬件和軟件的診斷。硬件診斷通過硬件的邏輯判斷確定硬件的故障位置，軟件診斷分內(nèi)診斷和外診斷。通過軟件對PLC內(nèi)部的性能和功能進行診斷是內(nèi)診斷，通過軟件對PLC的CPU與外幣輸入輸出等部件信息交換功能進行診斷是外診斷。PLC的診斷功能的強弱，直接影響對操作和維護人員技術(shù)能力的要求，并影響平均維修時間。選擇合適的機型是PLC控制系統(tǒng)硬件配置的關(guān)鍵問題，目前，生產(chǎn)PLC的廠家很多，如西門子，

8、三菱，松下，歐姆龍，LG，ABB公司等，不同廠家的PLC產(chǎn)品雖然基本功能相似，但有些特殊功能，價格及使用的編程指令和編程軟件都不想同，而同一廠家生產(chǎn)的PLC產(chǎn)品又不同系列，同一系類中又有不同的CPU型號，PLC的功能應(yīng)強大，要具有開關(guān)量邏輯運算，定時，計數(shù)，數(shù)據(jù)處理等基本功能，鑒于本設(shè)計對控制速度要求不是很高，主要是開關(guān)量控制的應(yīng)用系統(tǒng)。選用小型PLC就可滿足要求。PLC的結(jié)構(gòu)主要有整體性和模塊式，本設(shè)計屬于單片機控制系統(tǒng)宜選用整體式PLC結(jié)構(gòu)。小型PLC一般使用簡單編程器，它必須插在PLC上才能進行編程操作，其特點是編程器與PLC共用一個CPU，通過編程器上的方式開關(guān)選擇PLC的編程，監(jiān)控和

9、運行工作狀態(tài)，這種方法就是“離線編程”。簡單編程器結(jié)構(gòu)簡單，體積小，攜帶方便，很適合在生產(chǎn)現(xiàn)場調(diào)試，修改程序用?，F(xiàn)在很多PLC都有相應(yīng)的編程軟件，與個人計算機或筆記本電腦相配合，就可以實現(xiàn)“在線編程”。綜合以上西門子S7-200系類的CPU 224型PLC可滿足設(shè)計要求。運用西門子STEP7-Micro/WIN32編程軟件編寫，調(diào)試程序并下載到PLC中，讓PLC完成響應(yīng)的控制任務(wù)。還可以在PLC運行的模式下調(diào)試程序，非常的方便。如下表3-1為PLC選型模塊名稱及工作環(huán)境條件表3-1 PLC選型模塊名稱及工作環(huán)境條件模塊名稱及工作環(huán)境條件型號和說明電源AC200V，允許變化范圍為-15%+15%

10、，頻率為4753HZ，瞬間停電保持10ms。開關(guān)量輸入模塊輸入點為12點輸入，工作電壓為24V直流輸入開關(guān)量輸出模塊10點晶體管輸出，工作電壓24V的EM222開關(guān)量I/O輸出模塊CPUCPU224型，水平安裝0550C，垂直安裝0450C，595%，8K字節(jié)/典型值為2.6K條指令的程序存儲，2.5K字的數(shù)據(jù)存儲，一個RS485通信接口濕度工作溫度055，最高為60存儲溫度存儲溫度：-40 +85濕度相對濕度為5%95%（無凝結(jié)霜）振動和沖擊滿足國際電工委員會標(biāo)準(zhǔn) PLCI/O模塊及內(nèi)存容量的選擇I/O模塊：本設(shè)計中的現(xiàn)場執(zhí)行設(shè)備為電磁閥，初步確定選用開關(guān)量I/O。根據(jù)要求選擇合適的I/O點

11、數(shù)。 開關(guān)量輸入模塊種類很多，按輸入點：常用的有8點，12點，16點，32點；按工作電壓分：常用的有直流5V，12V，24V，48V幾種。開關(guān)量輸入模塊工作電壓等級主要根據(jù)現(xiàn)場檢測原件與模塊之間的距離來選擇，該設(shè)計控制距離要求不是很遠，可選擇24V即可，為了提高控制系統(tǒng)的可靠性，必須考慮門檻電平的大小。所謂門檻電平是指輸入點的接通電平和關(guān)斷電平的差值。門檻電平值越大，抗干擾能力越強，傳輸距離也越遠。 開關(guān)量輸出模塊的輸出方式的選擇繼電器輸出方式價格便宜，使用電壓范圍廣，導(dǎo)通壓降小，承受瞬時過電壓和過電流的能力較強，且有隔離作用。但繼電器有觸點，壽命較短，且響應(yīng)速度較慢，使用于動作不頻繁的直流負

12、載。晶體管輸出方式屬于無觸點開關(guān)輸出，使用壽命長，開關(guān)頻率高適用于通斷頻繁的場合基于以上因素，I/O模塊確定為12點輸入，10點晶體管輸出，工作電壓24V的EM222開關(guān)量I/O模塊。 根據(jù)控制要求和I/O點數(shù)確定I/O分配表如表3-2.所示內(nèi)存容量：每個I/O點及有關(guān)功能原件占用的內(nèi)存量大致為：開關(guān)量輸入原件：1020B/點；開關(guān)量輸出原件：510B/點；定時器/計數(shù)器：2B/個；通信接口：一個接口一般需要300B以上。表3-2 I/O分配表輸入輸出符號地址功能描述符號地址功能描述SB1I0.0啟動按鈕HLQ0.0電源指示燈控制SB2I0.1停止按鈕YV1Q0.1控制中心噴水管SB3I0.2

13、電源開關(guān)YV2Q0.2控制內(nèi)環(huán)噴水管SB4I0.3花樣1選擇開關(guān)YV3Q0.3控制次外環(huán)噴水管SB5I0.4花樣2選擇開關(guān)YV4Q0.4控制外環(huán)噴水管SB6I0.5花樣3選擇開關(guān)LRQ0.5紅色彩燈SB7I0.6花樣4選擇開關(guān)LGQ0.6綠色彩燈SB8I0.7單步/連續(xù) 選擇開關(guān)LYQ0.7黃色彩燈LBQ1.1藍色彩燈PLC容量的選擇除滿足控制要求外，還應(yīng)留有適當(dāng)?shù)脑Ａ浚宰鰝溆?。根?jù)經(jīng)驗，在選擇存儲容量時，一般按實際要求的10%25%考慮裕量。對于開關(guān)控制系統(tǒng)，存儲字數(shù)為開關(guān)量I/O*8。 PLC工作原理PLC通電后，需要對硬件和軟件作一些初始化工作。為使PLC的輸出及時讀取輸入執(zhí)行用戶程序

14、處理信號請求自診斷檢查改寫輸出讀取輸入自診斷檢查處理信號請求改寫輸出RUN模式STOP模式圖3-2 掃描過程的響應(yīng)各種輸入信號，初始化后PLC要反復(fù)不停地分階段處理各種不同的任務(wù)（見圖3-2），這種周而復(fù)始的循環(huán)工作方式稱為掃描工作方式。1. 讀取輸入在PLC的存儲器中，設(shè)置了一片區(qū)域來存放輸入信號和輸出信號的狀態(tài)，它們分別稱為輸入過程映像寄存器和輸出過程映像寄存器。2. 執(zhí)行用戶程序 PLC的用戶程序由若干條指令組成，指令在存儲器中順利排列。在RUN模式的程序執(zhí)行階段，如果沒有跳轉(zhuǎn)指令，CPU從第一條指令開始，逐條順序的執(zhí)行用戶程序。3. 信號處理 在處理信號請求階段，CPU處理從通信接口和

15、智能模塊接收到的信息，例如讀取智能模塊的信息并存放在緩沖區(qū)中，在適當(dāng)?shù)臅r候?qū)⑿畔鬟f給通信請求方。4. CPU自診斷測試自診斷測試包括定期檢測CPU模塊的操作和擴展模塊的狀態(tài)是否正常，將檢測定期器復(fù)位，以及完成一些別的內(nèi)容工作。5. 改寫輸出CPU執(zhí)行完用戶程序后，將輸出過程映像寄存器的0/1狀態(tài)傳送到輸出模塊并鎖存起來。梯形圖中某一輸出位的線圈“通電”時，對應(yīng)的輸出過程映像寄存器為1狀態(tài)。信號經(jīng)輸出模塊隔離和功率放大后，繼電器型輸出模塊中對應(yīng)的硬件繼電器的線圈通電，起常開觸電閉合。使外部負載通電工作。3.2變頻器的選擇變頻調(diào)速技術(shù)是針對固定工頻而采取的高效節(jié)能措施，工頻（50Hz）是發(fā)電的最

16、佳頻率，但它并非是所有用電設(shè)備的最佳工作頻率，因而導(dǎo)致許多設(shè)備長期處于低頻率、低功率引述運行狀態(tài)。占全國耗電2/3的交流電動機目前大多數(shù)還在工頻、恒速下運動，運行效率只有60%左右。為了提高效率，所以在本設(shè)計中用到變頻器。變頻器是利用電力半導(dǎo)體器件的通斷作用將工頻電源變換為另一頻率的電能控制裝置。我們現(xiàn)在使用的變頻器主要采用交直交方式（VVVF變頻或矢量控制變頻），先把貢品交流電源通過整流器轉(zhuǎn)換成直流電源，然后再把直流電源轉(zhuǎn)換成頻率、電壓均可控制的交流電源以供給電動機。整流部分為三橋式不可控整流器，逆變比分為IGBT三相橋式逆變器，且輸出為PWM波形，中間直流環(huán)節(jié)為濾波、直流儲能和緩沖無功功率

17、。變頻器選型時要確定以下幾點：（1）采用變頻的目的：恒壓控制或恒流控制等。（2）變頻器的負載類型;如葉片泵或容積泵等，特別注意負載的性能曲線，性能曲線決定了應(yīng)用時的方式方法。（3）變頻器與負載的匹配問題：1.電壓匹配：變頻器的額定電壓與負載的額定電壓相符。2.電流匹配：普通的離心泵，變頻器的額定電流與電動機的額定電流相符。對于特殊的負載如深水泵等需要參考電機的性能參數(shù)，以最大電流確定變頻器電流和過載能力。3.轉(zhuǎn)矩匹配：這種情況在恒轉(zhuǎn)矩負載或又減速裝置時有可能發(fā)生。.在使用變頻器驅(qū)動告訴電機時，由于高速電機的電抗小，高次諧波增加導(dǎo)致輸出電流地阿牛值增大。因此用于高速電機的變頻器的選型，其容量要稍

18、大于普通電機的選型。.變頻器如果要長電纜運行時，此時要采取措施抑制長電纜對地耦合電容的影響，避免變頻器出力不足，所以在這樣的情況下，變頻器容量要更大一檔或者在變頻器的輸出端安裝輸出電抗器。.對于一些特殊的應(yīng)用場合，如高溫，高海拔，此時會引起變頻器的降容，變頻器的容量要放大一檔。本設(shè)計是通過變頻器蘇調(diào)技術(shù)來控制每環(huán)噴水的高度。我選用的是FR-S520（E）系列變頻調(diào)速器，其實物圖如圖3-4示。下面簡單介紹其功能特點：簡單、易用型 功率范圍：0.43.7KW (三相200V FR-S520E系列)0.41.5kW (單相 220V FR-S520SE系列) 自動轉(zhuǎn)矩提升，實現(xiàn)5Hz時150%轉(zhuǎn)矩輸

19、出 數(shù)字式撥盤，設(shè)定簡單快捷 柔性PWM，實現(xiàn)更低噪音運行 15段速，PID，420mA輸入和漏源型轉(zhuǎn)換等多功能 內(nèi)置獨立RS485通訊口圖3-3 FR-S520（E）系列變頻調(diào)速器實物圖3.3泵的選擇泵是一種面大量廣通用型號機械設(shè)備，它廣泛地應(yīng)用于石油、化工、電力、冶金、礦山、選船、輕工、農(nóng)業(yè)、民用和國防各部門，在國民經(jīng)濟中占有重要的地位。泵的電能消耗起了積極作用。但是目前在國民經(jīng)濟各個領(lǐng)域中，由于選型不合理，許多的泵處于不合理運行狀況，運行效率低，浪費了大量能量。還有的泵由于選型不合理，根本不能使用，或者使用維修成本增加，經(jīng)濟效益低。由此可見，合理選泵對節(jié)約能源同樣具有重要意義。所謂合理選

20、泵，就是要綜合考慮泵機組和泵站的投資和運行費用等綜合性的技術(shù)經(jīng)濟指標(biāo)，使之符合經(jīng)濟、安全、適用的原則。具體來說，有以下幾個方面：必須滿足使用流量和揚程的要求，即要求泵的運行工次點經(jīng)常保持在高效間運行，這樣既能剩動力又不易損壞。所選擇的水泵既要體積小、重量輕、造價便宜，又要具有良好的特性和較高的效率。具有良好的抗氣蝕性能，這樣既能減小泵房的開挖深度，又不使水泵發(fā)生氣蝕，運行平衡、壽命長。3.3.1選擇步驟（1）列出基本數(shù)據(jù)：1.介質(zhì)的特性：介質(zhì)名稱、比重、粘度、腐蝕性、毒性等。2.介質(zhì)中所含固體和顆粒、含量多少。3.所需要的流量，一般工業(yè)用泵在工藝流程中可以忽略管道系統(tǒng)中的泄漏量壓力，吸水池壓力

21、，排水池壓力，管道系統(tǒng)中的壓力降。（2）確定流量揚程和流量1.如果生產(chǎn)工藝中已給出最小、正常、最大流量，應(yīng)按最大流量考慮。2.如果生產(chǎn)工藝中只給出正常流量，應(yīng)考慮留有一定的余量。3.如果基本數(shù)據(jù)值只給重量流量，應(yīng)換算成體積流量。3.3.2泵的選型泵是一種面大量廣通用型號機械設(shè)備，它廣泛地應(yīng)用于石油、化工、電力、冶金、礦山、選船、輕工、農(nóng)業(yè)、民用和國防各部門，在國民經(jīng)濟中占有重要的地位。泵的電能消耗起了積極作用。由此可見，合理選泵對節(jié)約能源同樣具有重要意義。所謂合理選泵，就是要綜合考慮泵機組和泵站的投資和運行費用等綜合性的技術(shù)經(jīng)濟指標(biāo)，使之符合經(jīng)濟、安全、適用的原則。具體來說，有以下幾個方面：必

22、須滿足使用流量和揚程的要求，即要求泵的運行工次點經(jīng)常保持在高效間運行，這樣既能剩動力又不易損壞。所選擇的水泵既要體積小、重量輕、造價便宜，又要具有良好的特性和較高的效率。具有良好的抗氣蝕性能，這樣既能減小泵房的開挖深度，又不使水泵發(fā)生氣蝕，運行平衡、壽命長。深井提水的重要設(shè)備。使用時整個機組潛入水中工作。把地下水提取到地表，是生活用水、礦山搶險、工業(yè)冷卻、農(nóng)田灌溉、海水提升、輪船調(diào)載，還可用于噴泉景觀，熱水潛水泵用于溫泉洗浴，還可適用于從深井中提取地下水，也可用于河流、水庫、水渠等提水工程。主要用于農(nóng)田灌溉及高山區(qū)人畜用水，亦可供中央空調(diào)冷卻、熱泵機組、冷泵機組、城市、工廠、鐵路、礦山、工地排

23、水使用。 一般流量可以達到(10m3650m3)每小時、揚程可達到1500米?，F(xiàn)在噴泉常用的潛水泵有QS、QY、QX、QJ等系列。 QS系列潛水泵體積小、性能可靠，機泵一體、潛入水中運行主要優(yōu)越性是：運行可靠、經(jīng)久耐用、使用方便、功率大、故障少，維修費用低等。流量：10-250（m3/h）。楊程：5-140（m）。 QY系列潛水泵QY型潛水電泵由電動機、水泵和密封三部分組成。電泵的上端，多為離心式水泵；下端為三相鼠籠立式異部電動機。電機全部采用優(yōu)質(zhì)整圓硅鋼片，效率高，耗電少潛水深度不超過5米水溫不超過+40。流量：10-300（m3/h）。楊程：4-110（m）。 QX系列潛水泵工程潛水泵泵電

24、一體，結(jié)構(gòu)緊湊，非常適合于基建及礦山的搬運和安裝無需引水，使用簡便雙端密封，電器保護設(shè)計合理、性能優(yōu)良、幾無噪音。流量：5-20（m3/h）。楊程：20-60（m） QJ系列潛水泵電機與水泵直聯(lián)，機組全部潛入水中工作，具有結(jié)構(gòu)緊湊、安裝、維護方便、體積小、重量輕、高效節(jié)能等特點。 工作條件1、工作介質(zhì)為清水或化學(xué)性質(zhì)類似于清水的液體。額定揚程：150米額定流量：10立方米/小時。從該噴泉所需的揚程、流量、水質(zhì)、價格等方面考慮該噴泉的水泵必須滿足大功率快速精確啟停，我選用QY系列的潛水泵，品牌為DESHB(德士比)的噴泉泵。其實物圖見其3-4所示：圖3-4 QYP噴泉泵的實物圖3.3.3水泵的參

25、數(shù)及性能（1）水泵的主要參數(shù)水泵參數(shù)是指工作性能的主要技術(shù)數(shù)據(jù)，包括流量、揚程、轉(zhuǎn)速、效率和比轉(zhuǎn)數(shù)等。1.流量（Q）泵的流量市直單位時間所排出的液體的數(shù)量。通常泵的流量用體積計算，以Q表示，單位為米3/時（m3/h）、米3/秒（m3/s）、升/秒（1/s），也可用重量計，以G表示，單位為噸/時（t/h）、噸/秒（t/S）、千克/秒（kg/s）。G與Q的關(guān)系：G=r*Q r-液體的重量（千克/米3） （1-1）因水的重量近似1000千克/米3，故 1升/秒=3.6米3/時=3.6噸/時2.揚程（H）泵的揚程是指單位重量的液體通過泵所增加的能量。以H表示，實質(zhì)上就是水泵能夠揚水的高度，又叫總揚程或

26、全揚程。單位為米液柱高度，習(xí)慣上省去“液柱”，以米（m）表示。泵的總揚程由吸水揚程兩部分組成，因此：總揚程=吸水揚程=出水揚程 （1-2）但由于水流經(jīng)過管路時受到各種阻力而減少了泵的吸水揚程和出水揚程，因此吸水揚程=實際吸水揚程+吸水損失揚程 （1-3）出水揚程=實際出水揚程+出水損失揚程 （1-4）損失揚程=吸水損失揚程+出水損失揚程 （1-5）總揚程=實際揚程+損失揚程 （1-6）由于水泵銘牌上表明的揚程是上述水泵的總揚程，因此不能誤認為銘牌上的揚程是實際揚程數(shù)值，水泵的實際揚程都比水泵銘牌上的揚程數(shù)值小。因此在確定水泵揚程時，這一點要特別注意，否則，如果只按實際揚程來確定水泵的揚程，訂購

27、來的水泵揚程就低了，那可能會降低水泵的效率，甚至打不上水來。損失揚程與管路上的水管和附近種類（低閥、閘閥、逆止閥、直管、彎管）、數(shù)量、水管內(nèi)徑、管長、水管內(nèi)壁粗糙程度以及水泵流量等都有密切關(guān)系，這一點在管路設(shè)計和選配水管和附件時也應(yīng)注意。1.允許吸上真空高度（HS）允許吸上真空高度是指真空表讀數(shù)吸水揚程，也就是泵的吸水揚程（簡稱泵的吸程），包括實際吸水揚程和吸水損失揚程之和。以Hs表示，單位為米（m）。允許吸上真空高度是安裝水泵高度的重要參數(shù)，安裝水泵時，應(yīng)使水泵的吸水揚程小于允許吸上真空高度值，否則安裝過高，就吸不上水或產(chǎn)生氣蝕現(xiàn)象、2.轉(zhuǎn)速（n）轉(zhuǎn)速是指泵葉輪每分鐘的轉(zhuǎn)數(shù)，以n表示，單位為

28、轉(zhuǎn)/分（r/min）。每臺泵都有一定的轉(zhuǎn)速，不能隨意提高或降低，這個固定的轉(zhuǎn)速稱為額定轉(zhuǎn)速，水泵銘牌上標(biāo)定的轉(zhuǎn)速即為額定轉(zhuǎn)速。如果遠大于額定轉(zhuǎn)速，不但會引起動力機超載或轉(zhuǎn)不動，而且泵的零部件也容易損壞；轉(zhuǎn)速降低，泵的效率就會降低，影響水泵的正常工作。3.比轉(zhuǎn)數(shù)（ns）在前述水泵型號中，有些型號的組成部分有比轉(zhuǎn)數(shù)這個參數(shù)。比轉(zhuǎn)數(shù)與轉(zhuǎn)速是兩個概念，水泵的比轉(zhuǎn)數(shù)，簡稱比速，通常用符號為ns。水泵的比轉(zhuǎn)數(shù)是指一個假象的所謂標(biāo)準(zhǔn)水泵葉輪的轉(zhuǎn)數(shù)，這個假想的水泵與真實水泵的葉輪各部分都幾乎相似而在消耗功率為0.735千瓦、揚程為1米、流量為0.075立方米/秒時所具有的轉(zhuǎn)數(shù)。葉輪形狀相同或相似的水泵比轉(zhuǎn)數(shù)相

29、同，葉輪形狀不相同或不相似的水泵比轉(zhuǎn)數(shù)不相同。如軸流泵比轉(zhuǎn)數(shù)比混流泵大，混流泵比轉(zhuǎn)數(shù)也是放映水泵特性的綜合性指標(biāo)。此外，要注意比轉(zhuǎn)數(shù)大的水泵，其轉(zhuǎn)速不一定高；比轉(zhuǎn)數(shù)小的，轉(zhuǎn)速不一定低。大流量、低揚程的水泵，比轉(zhuǎn)數(shù)大，防止則小。一般比轉(zhuǎn)數(shù)較低的離心泵，其流量小、揚程高；而比轉(zhuǎn)數(shù)較高的軸流泵，其流量大、揚程低。4.功率功率是指機組在單位時間內(nèi)作功的大小。水泵功率可分為有效功率、軸功率和配套功率三種。（1）有效功率 它是出丟水泵內(nèi)部損失功率后，純用于羊水所消耗的功率，因此又稱為凈功率、輸出功率或水馬力。常用符號為N效，單位為千瓦（或馬力）。有效功率只可用水泵的流量和揚程計算得出： （1-7）（2）軸

30、功率 它是動力機傳給水泵軸上的功率，因此稱為軸功率或輸入功率。要包括泵體內(nèi)軸承的摩擦、水泵軸與填料的摩擦、水與葉輪、泵殼間的摩擦，以及泵內(nèi)高壓水的回漏等所消耗的功率。（3）配套功率 它是指水泵應(yīng)選配的動力機的功率，一次又稱有用功率。常用符號為N配，它比軸功率大。這是因為動力機把動力傳遞給水泵的過程中，有傳動損失；同時還要考慮水泵工作時，流量及揚程有波動而可能出現(xiàn)動力機超載，因此動力機需要比水泵軸功率大的功率儲備。配套功率可按下式求得： （1-8）動力安全系數(shù)（或稱備用系數(shù)）可根據(jù)水泵軸功率大小確定，軸功率小時取大值。傳動交率要根據(jù)傳動類型和傳動方式確定。采用聯(lián)軸器直接傳動時，取0.99。采用皮

31、帶傳動時，開口式傳動取0.98，交叉?zhèn)鲃尤?.9，半交叉取0.920.94；三角帶傳動取0.96。5.、效率（n）效率是指有效功率與軸功率的比值，因此他是反映泵對動力所給予的功率利用程度的技術(shù)經(jīng)濟指標(biāo)。常用符號為n，其大小用百分數(shù)來表示?？捎孟率奖磉_： （1-9）由于有效功率小與軸功率，因此水泵效率永遠小于1。但水泵效率值越大說明有效功率越大，泵內(nèi)損失功率越小。我們選擇水泵時，應(yīng)盡量選擇效率高的水泵銘牌上的效率是指水泵可能達到的最高效率，一般農(nóng)用水泵的最高效率為60%80%，有些大型水泵超過了80%。3.4噴頭的選擇噴泉噴頭也稱噴泉噴嘴全部采用銅或不銹鋼制作，這樣具有黃金的色彩或銀光閃閃，噴頭

32、顯得豪華氣派。其工藝精巧美觀，結(jié)構(gòu)合理，性能高效節(jié)能。其中常用的有：可調(diào)直流噴頭、半球形噴頭、樹冰形噴頭、禮花噴頭、涌泉噴頭、加氣噴頭、直上噴頭等產(chǎn)品系列。1號噴頭：1號噴頭位于中間位置，需要噴出雄壯并且噴射高度高得水柱，所以1號噴頭選擇直上噴頭。直上噴頭是在同一個配水室上安裝多角度直射噴嘴，這些噴嘴規(guī)格相同時，噴出的水姿雄壯筆直、粗狂美觀；這些噴嘴規(guī)格不完全相同時，大小噴嘴布設(shè)得當(dāng)，噴出的水姿粗壯有力、層次分明、主題突出、是大型噴泉中心必備的主要噴頭。該噴頭也叫中心噴頭?？烧{(diào)節(jié)射流的方向。噴頭材質(zhì)：鑄銅、不銹鋼，如圖3-5所示。圖3-5 直上噴頭實物圖及安裝簡圖2號噴頭：2號噴頭位于第二層的

33、位置，所噴出的水柱應(yīng)該比1號所噴出的水柱稍細比1號所噴的水柱要低。所以2號選擇可調(diào)直流噴頭?？烧{(diào)節(jié)直流噴頭在各種場合的噴水池中廣泛應(yīng)用，并是音樂噴泉的必備噴頭，這種噴頭裝有球形接頭，可沿垂直方向向15度進行調(diào)節(jié)?？烧{(diào)直流噴頭可組合各種不同形狀的噴射果，射流的高低和角度的變化，可根據(jù)水池形狀大小決定。噴頭材質(zhì)：鑄銅、不銹鋼，如圖3-6所示。圖3-6 可調(diào)直流噴頭實物圖及安裝簡圖3號噴頭：3號噴頭噴頭應(yīng)該比2號噴頭噴射高度略低比4號噴頭噴射高度略高，所噴水柱比2號水柱略粗壯、挺拔。所以3號噴頭選擇樹冰形噴頭。樹冰形噴頭噴水時外觀效果龐大豐滿，粗壯挺拔，抗風(fēng)力較強。噴頭安裝在導(dǎo)流筒上端與水面齊平，噴

34、水時能將池水帶出，形成粗大壯觀的水柱。噴頭材質(zhì)：鑄銅、不銹鋼，如圖3-7所示。圖3-7 樹冰形噴頭實物圖及安裝簡圖4號噴頭：4號噴頭位于該噴泉的最外側(cè)，水柱所噴高度應(yīng)該最低，水量應(yīng)該較大，擇所噴水柱比較靈動。所以選擇涌泉噴頭。涌泉噴頭也是加氣噴頭的一種，又稱鼓泡噴頭、珍珠噴頭。噴水時能將氣吸入，使水姿形成充滿空氣的白色水丘，水沫輕濺，古樸靈動。加氣噴頭用射流泵的原理，噴水時將空氣吸入，以少量的水產(chǎn)生豐滿的射流，噴出的水柱呈白色不透明狀，反光效果好。噴頭材質(zhì)：鑄銅、不銹鋼，如圖3-8圖3-8 涌泉噴頭實物圖及安裝簡圖3.5執(zhí)行器閥的選擇實現(xiàn)噴泉噴水管噴與不噴的執(zhí)行器件為電磁閥。電磁閥是用電磁鐵推

35、動閥門的開啟與關(guān)閉動作的電動執(zhí)行器，主要優(yōu)點是：體積小，動作可靠，維修方便，價格便宜。通常用于口徑在100mm以下的兩位控制中，尤其多用于接通，切斷或轉(zhuǎn)換氣路或是液路等。追溯電磁閥的發(fā)展史，電磁閥從原理上分為三大類：直動式、分步直動式、先導(dǎo)式。噴泉常用的閥門有球閥、蝶閥、閘閥、止回閥、水下液壓閥、水下電磁閥、 水下數(shù)控閥等。本設(shè)計中噴水管要求控制靈活，具有一定的工作壓力，使得噴水管有很好的密封、打通特性，以滿足噴水管的控制及要求，使用先導(dǎo)式電磁閥比較合適。如圖3-9所示。圖3-9 先導(dǎo)式電磁閥先導(dǎo)式電磁閥工作原理：通電時，電磁力把先導(dǎo)孔打開，上腔室壓力迅速下降，在關(guān)閉件周圍形成上低下高的壓差，

36、流體壓力推動關(guān)閉件向上移動，閥門打開；斷電時，彈簧力把先導(dǎo)孔關(guān)閉，入口壓力通過旁通孔迅速腔室在關(guān)閥件周圍形成下低上高的壓差，流體壓力推動關(guān)閉件向下移動，關(guān)閉閥門。動作時間很短頻率較高時一般選用直動式，大口徑選用先導(dǎo)式。流體壓力范圍上限較高，可任意安裝(需定制)但必須滿足流體壓差條件。 先導(dǎo)式電磁閥特性：先導(dǎo)膜片式結(jié)構(gòu)，低功能。 保護型膜片結(jié)構(gòu)設(shè)計，壽命延長兩倍。配管方式可以任意角度安裝，為增強壽命最好是水平管接線圈朝上。線圈防護等級IP65。 先導(dǎo)式電磁閥適用介質(zhì)：液體、水、熱水、氣體、油、瓦斯等 3.6燈具的選擇 該噴泉用四組彩燈分別為紅，綠，黃，藍。從里到外分別對應(yīng)1處用藍色的彩燈，2處為

37、黃色的彩燈，3處為綠色彩燈，4處為紅色彩燈。每一個噴頭處對應(yīng)一個相應(yīng)顏色的彩燈。 因為噴泉用彩燈都是安裝在水下所以對光線的要求高，對安全性能的要求也要很高，同時對使用壽命要求要長。LED水下燈能夠達到上述的要求，所以本設(shè)計選擇AC 220V LED水下燈，如圖3-10所示圖3-10 LED水下燈3.7電源模塊的選擇3.7.1安裝布線的注意事項電源往往是干擾進入PLC是主要途徑。PLC系統(tǒng)的電源有兩類：外部電源和內(nèi)部電源。外部電源用來驅(qū)動PLC輸出設(shè)備（負載）和提供輸入信號，又稱用戶電源。同一臺PLC的外部電源可能有多種。外部電源的容量與性能由輸出負載和PLC的輸入電路決定。由于PLC的I/O電

38、路都具有濾波，隔離功能，所以外部電源對PLC性能影響不大，因此，對外部電源的要求不高。內(nèi)部電源是PLC的工作電源，即PLC內(nèi)部電路的工作電源。他的性能好壞直接影響到PLC的可靠性。因此，為了保證PLC的正常工作，對內(nèi)部電源有較高的要求，一般的PLC的內(nèi)部電源采用開關(guān)式穩(wěn)壓電源或是一次側(cè)帶低通濾波器的穩(wěn)壓電源。在干擾較強或可靠性要求較高的場合，應(yīng)該用帶屏蔽層的隔離變壓器，對PLC系統(tǒng)供電，還可以在隔離變壓器二次側(cè)串聯(lián)LC濾波電路，同時，在安裝時要注意以下問題：動力部分、PLC以及I/O電源應(yīng)分別配線。隔離變壓器與PLC和I/O電源之間最好采用雙絞線，以控制串模干擾。系統(tǒng)的動力線應(yīng)該足夠粗，以降低大容量設(shè)備啟動時引起的線路壓降。PLC輸入電路用外線直接電源時，最好采用穩(wěn)壓電源，以保證正確的輸入信號，否則可能使PLC接收到錯誤的信號。I/O線與動力線及其它控制線應(yīng)分開走線，并保持一定的距離，盡量不要在同一線槽中布線。交流線與直流線、輸入線與輸出線最好也分開走線。3.7.2對電源的處理電源模塊的選擇一般只需要考慮輸出電流，電流模塊的額定輸出電流必須大于機器模塊，I/O模塊等消耗電流的總和。選定的電源模塊的輸出功率必須大于CPU模塊，所有I/O模塊，各種智能模塊總消耗功率之和，并預(yù)留30%的余量。3.7.3 PLC接地良好的接地是PL