花樣噴泉控制設(shè)計及其報告

1、精選優(yōu)質(zhì)文檔-傾情為你奉上設(shè) 計 任 務(wù) 書可編程控制器課程設(shè)計學(xué) 院： 學(xué) 號： 專業(yè)（方向）年級： 學(xué) 生 姓 名： 福建農(nóng)林大學(xué)機(jī)電工程學(xué)院電氣工程系2011年 11 月 1 日目 錄引言課程設(shè)計要求第二章 系統(tǒng)軟件設(shè)計 2.1 花樣選擇開關(guān)位置 2.2、系統(tǒng)梯形圖設(shè)計第三章 系統(tǒng)程序調(diào)試3.1花樣開關(guān)調(diào)試專心-專注-專業(yè)引言一個高速發(fā)展的社會，各式各樣的需求也正在充斥著整個社會。有些人追求物質(zhì)，有些人追求精神上的享受，不過總而言之，人類這種群體對美的渴望都是一樣的。所以想盡辦法讓美麗在我們生活的周圍，盡管在城市這種鋼筋混凝土、壓力、人口、污染的區(qū)域里。人們還是在利用技術(shù)支持，去制造美的

2、東西。例如公園、大片的綠地、廣場、好看的建筑物。有了這些大的框架，其中的細(xì)節(jié)隨著時代的變遷，也是一步步升級，細(xì)致。雖然讓人有視覺美感的東西越來越多，可是近代以來在這些地方總有一種建筑是不能少的噴泉。噴泉原是一種自然景觀，是承壓水的地面露頭。文藝復(fù)興時期，便有類似噴泉的建筑物出現(xiàn)，尤其是在意大利羅馬城。當(dāng)時的噴泉的技術(shù)并不是現(xiàn)在這樣復(fù)雜，它們只是在利用壓力將水壓出 。但是這種方式水噴出來都不會很高。隨著時代的進(jìn)步，技術(shù)的發(fā)展。使得噴泉的形態(tài)越來越多經(jīng)過多年的發(fā)展，現(xiàn)在已經(jīng)逐步發(fā)展為幾大類：音樂噴泉；程控噴泉；音樂+程控噴泉；激光水幕電影；趣味噴泉等。加上特定的燈光、控制系統(tǒng)，起到凈化空氣，美化環(huán)

3、境的作用?，F(xiàn)代的噴泉所具備的條件是相當(dāng)優(yōu)越的，其中最為關(guān)鍵的便是控制系統(tǒng)PLC.它的主要作用是控制水下電磁閥來讓噴泉在高水壓下噴出各式各樣的形態(tài)，隨后在加上動聽的音樂，便產(chǎn)生了具有震撼力的視覺沖擊。所以利用現(xiàn)代科技來制作噴泉是極好的選擇。(1) 噴泉的歷史早在我國漢代的上林苑中，就有"銅龍吐水"，這就是一種人工的噴泉，可見噴泉應(yīng)用于園林已有二千余年的歷史了。古代在噴泉的制作上主要利用自然整體結(jié)構(gòu)，加之人工修改而成。(2) 噴泉的現(xiàn)狀現(xiàn)代城市中設(shè)置的噴泉已十分先進(jìn)、靈活多變，花樣翻新，可大可小，可高可低，噴射出的水，大者如珠，小者如霧，隨著噴泉構(gòu)筑物的形式、大小及水壓等而產(chǎn)生

4、高低不同、水態(tài)各異，形式多樣的噴泉。當(dāng)今噴泉工程和高新技術(shù)的結(jié)合正是歷史發(fā)展的必然，由于噴泉工程中采用了大量的高新技術(shù)，從而使噴泉效果更加絢麗多彩，婀娜多姿，令人賞心悅目、流連忘返。1、課程設(shè)計要求 1 任務(wù)描述某廣場的噴泉如圖所示，4號為中間噴頭，3號為內(nèi)環(huán)狀噴頭，2號為1次外環(huán)狀噴頭，1號為外環(huán)裝噴頭。2 控制任務(wù)和要求（1） 按下啟動按鈕，噴泉控制裝置開始工作，按下停止按鈕，噴泉控制裝置停止工作。（2） 噴泉的工作方式由花樣選擇開關(guān)和單步、連續(xù)開關(guān)決定。（3） 當(dāng)單步、連續(xù)開關(guān)在單步控制時，噴泉只能按照花樣選擇開關(guān)設(shè)置的方式運(yùn)行一個循環(huán)。（4） 花樣選擇開關(guān)用于選擇噴泉的噴水花樣，現(xiàn)考慮

5、4種噴水花樣。 花樣選擇開關(guān)在位置1時，按下啟動按鈕后，4號噴頭噴水，延遲2s后，3號噴頭噴水，再延遲2s后，2號噴頭噴水，又延遲2s后，1號噴頭噴水，18s后停止，如果為單步工作方式，則停下來。如果為連續(xù)工作方式，則繼續(xù)循環(huán)下去。 花樣選擇開關(guān)在位置2時，按下啟動按鈕后，1號噴頭噴水，延遲2s后，2號噴頭噴水，再延遲2s后，3號噴頭噴水，又延遲2s后，4號噴頭噴水。30s后停止，如果為單步工作方式，則停下來。如果為連續(xù)工作方式，則繼續(xù)循環(huán)下去。 花樣選擇開關(guān)在位置3時，按下啟動按鈕后，1號、3號噴頭同時噴水，延遲3s后，2號、4號噴頭同時噴水，1號、3號噴頭停止噴水。如此交替15s后，4組噴

6、頭全噴水，30s后停止，如果為單步工作方式，則停下來。如果為連續(xù)工作方式，則繼續(xù)循環(huán)下去。 花樣選擇開關(guān)在位置4時，按下啟動按鈕后，按照1-2-3-4的順序，以此間隔2s噴水，然后一起噴水。30s后，按照1-2-3-4的順序，分別延遲2s依次停止噴水。再經(jīng)1s延遲時，按照4-3-2-1的順序，依次間隔2s噴水，然后一起噴水。30s后停止。如果為單步工作方式，則停下來。如果為連續(xù)工作方式，則繼續(xù)循環(huán)下去。3 設(shè)計說明書要求（1）完整的設(shè)計任務(wù)書（2）正確地編程元件的地址分配（3）畫出輸入、輸出接線圖及相關(guān)的圖紙（4）設(shè)計梯形圖控制程序（5）設(shè)計操作控制面板，編制系統(tǒng)的操作說明（6）編制系統(tǒng)的調(diào)試

7、說明及注意事項。第一章 花式噴泉系統(tǒng)設(shè)計方案介紹1.1 控制特點(diǎn)分析本設(shè)計的花式噴泉的特點(diǎn)要求復(fù)雜，其特點(diǎn)有：（1）具有選擇性有順序地噴水，而且有定時噴水的特點(diǎn)；（2）有多種花樣模式的噴泉效果，即當(dāng)選擇不同的花樣模式位置時，其噴頭的電磁閥開關(guān)按照所在位置開閉；（3）有不同的周期工作方式，即單周期工作方式和連續(xù)周期工作方式。1.2 方案論證1.2.1 方案比較根據(jù)本設(shè)計的花樣噴泉控制特點(diǎn)，下面給出幾種控制裝置的控制比較。（1）采用控制繼電器來控制。繼電器是指當(dāng)輸入量或激勵量，滿足某些規(guī)定的條件是能在一個或多個電器輸出電路中產(chǎn)生躍變的一種器件 。今天繼電器已應(yīng)用到家庭及工業(yè)控制的各個領(lǐng)域，他們比以

8、往的產(chǎn)品具有更高的可靠性。但是，這也是隨之帶來的一些問題。如絕大多數(shù)控制繼電器都是長期磨損和疲勞工作條件下進(jìn)行的，容易損壞。而且繼電器的觸點(diǎn)容易產(chǎn)生電弧，甚至?xí)墼谝黄甬a(chǎn)生誤操作，引起嚴(yán)重的后果。在全負(fù)荷運(yùn)載的情況下，大的繼電器將產(chǎn)生大量的熱及噪聲，同時也消耗了大量的電能。并且繼電器控制系統(tǒng)必須是手工接線、安裝，如果有簡單的改動，也需要花費(fèi)大量時間及人力和物力去改制、安裝和調(diào)試。用繼電器控制的花式噴泉現(xiàn)在顯然不能滿足高要求，一旦有一個繼電器損壞，那將難以排除其故障。（2）采用微控制器單片機(jī)控制隨著大規(guī)模集成電路技術(shù)和計算機(jī)技術(shù)的飛速發(fā)展，把計算機(jī)的運(yùn)算器和控制器，存儲器和多種接口集成在一塊芯片

9、上，稱為微處理器，也叫微控制器，在我國習(xí)慣上又叫單片機(jī)。單片機(jī)具有集成度高、體積小、功耗低、系列齊全、功能擴(kuò)展容易、抗干擾能力強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)。不可否認(rèn),單片機(jī)開發(fā)的器件成本比較低,但是他的開發(fā)成本比較高，而且單片機(jī)的編程麻煩，工作量大，可讀性差，用于花式噴泉這種實時控制不太占優(yōu)勢。要滿足花式噴泉這么大而且復(fù)雜的工程用一般的單片機(jī)控制顯然有點(diǎn)麻煩，且可靠性過低。（3）采用可編程序控制器PLC控制經(jīng)過長期的工程實踐，PLC是最為廣泛應(yīng)用。在石油、化工、機(jī)械、鋼鐵、交通、電力、輕工、采礦、水利、環(huán)保等各領(lǐng)域。PLC控制器是建立在單片機(jī)之上的產(chǎn)品。不同廠家的PLC有相同的工作原理，類似的功能和指標(biāo)，有一定的

10、互換性，質(zhì)量有保證，編程軟件正朝標(biāo)準(zhǔn)化方向邁進(jìn)，而且編程方法簡單易學(xué)。PLC可根據(jù)按鈕、各種開關(guān)操作現(xiàn)場輸入信號或檢測信號控制執(zhí)行機(jī)構(gòu)完成相應(yīng)的功能。PLC具有定時控制功能，可為用戶提供上千個定時器和計數(shù)器，實現(xiàn)具體控制。對于花式噴泉的PLC控制，其可靠性要高很多，而且能把復(fù)雜的噴泉系統(tǒng)利用軟件編程出來，編程出來的程序就簡單易懂多了，也更容易查出故障，維修方便。1.2.2 方案選擇根據(jù)比較，最終選擇PLC控制器來控制花式噴泉。這樣更經(jīng)濟(jì)、耐用和適合時代的大潮流。（1）花式噴泉PLC控制的必要性伴隨著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展需要，以及環(huán)境需要對于自動化控制的需求也在不斷的增加，可編程控制器是應(yīng)用十分廣泛的微機(jī)

11、控制裝置，是自動化控制系統(tǒng)中的關(guān)鍵設(shè)備。對于花式噴泉系統(tǒng)操作中可編程控制的使用也是相當(dāng)?shù)膹V泛，因為可編程控制器編程方法簡單易學(xué)，功能強(qiáng)，性能價格比高，硬件配齊全，用戶使用放便，使用性強(qiáng)，可靠性高，抗干擾能力強(qiáng)。系統(tǒng)的設(shè)計、安裝、 調(diào)試工作量少，維護(hù)工作量少，維護(hù)方便，體積小，能耗低。所以在使用PLC控制花式噴泉是相當(dāng)具有優(yōu)勢的，利用自動化達(dá)到完美的效果，也可最大限度的優(yōu)化資源。1.3 系統(tǒng)I/O分配根據(jù)控制要求給出系統(tǒng)I/O分配表。表3-1表3-1 PLC I/O資源分配表輸入設(shè)備輸入點(diǎn)輸出設(shè)備輸出點(diǎn)啟動I0.01號噴頭Q0.1停止I0.52號噴頭Q0.2單步I0.63號噴頭Q0.3連續(xù)I0.

12、74號噴頭Q0.4花樣選擇開關(guān)位置1I0.1花樣選擇開關(guān)位置2I0.2花樣選擇開關(guān)位置3I0.3花樣選擇開關(guān)位置4I0.41.4 硬件的選型1.4.1、PLC硬件的選型可編程控制器是一種數(shù)字運(yùn)算操作的電子系統(tǒng)，專業(yè)在工業(yè)環(huán)境下應(yīng)用而設(shè)計。它利用可編程序的存儲器,用來在其內(nèi)部存儲執(zhí)行邏輯運(yùn)算等操作的指令，并通過數(shù)字式、模擬式的輸入和輸出，來控制各類型的機(jī)械或生產(chǎn)的過程。(1) PLC的基本工作方式PLC采用“順序掃描，不斷循環(huán)”的工作方式 每次掃描過程。集中對輸入信號進(jìn)行采樣。集中對輸出信號進(jìn)行刷新。 輸入刷新過程。當(dāng)輸入端口關(guān)閉時,程序在進(jìn)行執(zhí)行階段時,輸入端有新狀態(tài)，新狀態(tài)不能被讀入。只有程

13、序進(jìn)行下一次掃描時，新狀態(tài)才被讀入。 一個掃描周期分為輸入采樣，程序執(zhí)行，輸出刷新。 元件印象寄存器的內(nèi)容是隨著程序的執(zhí)行變化而變化的。 掃描周期的長短由三條決定。CPU執(zhí)行指令的速度；指令本身占有的時間；指令條數(shù)。 由于采用集中采樣，集中輸出的方式。存在輸入/輸出滯后的現(xiàn)象，即輸入/輸出響應(yīng)延遲。 （2）PLC的基本結(jié)構(gòu)PLC主要由CPU模塊、輸入模塊、輸出模塊和編程裝置組成見圖2-4。PLC的特殊功能模塊用來完成某些特殊的任務(wù)。圖2-4 PLC控制系統(tǒng)示意圖（3）PLC工作過程PLC通電后，需要對硬件和軟件作一些初始化的工作。為了使PLC的輸出及時地響應(yīng)各種輸入信號，初始化后反復(fù)不停的分階

14、段處理各種不同的任務(wù)見圖2-5，這種周而復(fù)始的循環(huán)工作模式稱為掃描工作模式。圖2-5 掃描過程（4）PLC的功能邏輯控制定時控制計數(shù)控制步進(jìn)順序控制PID控制數(shù)據(jù)控制PLC具有數(shù)據(jù)處理能力通信和聯(lián)網(wǎng)其它：PLC還有許多特殊功能模塊，適用于各種特殊控制的要求，如：定位控制模塊，CRT模塊。1.4.2、 選擇硬件（1）CPU型號的選擇S7-200不同的CPU模塊的性能有較大的差別，在選擇CPU模塊時，應(yīng)考慮開關(guān)量、模擬量模塊的擴(kuò)展能力，程序存儲器與數(shù)據(jù)存儲器的容量，通信接口的個數(shù)，本機(jī)I/O點(diǎn)的點(diǎn)數(shù)等，當(dāng)然還要考慮性能價格比，在滿足要求的前提下盡量降低硬件成本。噴泉的控制系統(tǒng)，不僅噴水花樣繁多，而

15、且對電磁閥的動作時序要求相當(dāng)高。傳統(tǒng)的繼電器邏輯控制，根本無法滿足這一要求。為了保證系統(tǒng)的實用性，可靠性，故本次設(shè)計選用 西門子S7-200CPU266主機(jī)增加到40個數(shù)字量I/O點(diǎn)。最大擴(kuò)至24個數(shù)字量I/O點(diǎn)或35路模擬I/O點(diǎn)。1.4.3、 I/O模塊的選型 選擇I/O模塊前，應(yīng)確定哪些信號需要輸入給PLC，哪些負(fù)載由PLC 驅(qū)動。 根據(jù)PLC 輸出量和輸入量的點(diǎn)數(shù)和性質(zhì)，可以確定I/O模塊的型號和數(shù)量每一塊的點(diǎn)數(shù)可分為4、8、16、32、和64點(diǎn)。依照本設(shè)計，選用6ES72162AD230XB8CPU226, DC PS, 24DE DC/16DA DC-CN2331.84型滿足本設(shè)計

16、需要。1.4.4、 PLC選擇時要注意的問題西門子S7-200 CPU226型有24個輸入，16個輸出。如果噴頭的數(shù)量超過此數(shù)量將要對其進(jìn)行擴(kuò)展。但設(shè)計要求中噴頭數(shù)量為4個，故電磁閥也為4個，所以本次設(shè)計CPU I/O基本合適，按接通的點(diǎn)數(shù)不能超過該模塊點(diǎn)數(shù)的60%的原則，則不需要擴(kuò)展。1.4.5、 I/O設(shè)備與PLC連接時應(yīng)該注意的問題在PLC控制系統(tǒng)中，PLC是主要控制設(shè)備，它與控制對象中各輸入信號如 按鈕，繼電器觸點(diǎn)和輸出設(shè)備繼電器、接觸器、電磁閥的連接問題。 現(xiàn)場的輸入信號如開關(guān)按鈕、撥動開關(guān)、限位開關(guān)和其他一些檢測原件輸出的開關(guān)量和模擬量，通過連接電路進(jìn)入PLC。對于開關(guān)觸點(diǎn)，當(dāng)強(qiáng)電

17、電路觸點(diǎn)時，有些要求48V、50mA左右或110V、1520mA左右才能可靠接通，而輸出模塊的輸入電源電壓一般不高，額定電流也是毫安級，要求注意模擬量輸入信號的數(shù)值范圍應(yīng)與PLC的模擬量輸入口數(shù)值相匹配。1.4.6、 外圍硬件的選型（1）噴頭選擇中心直上噴頭是在同一個配水箱上安裝許多萬向直流噴嘴，當(dāng)這些噴嘴規(guī)格相同時，噴出的水姿雄壯筆直。故選擇該類噴頭。噴頭型號品名規(guī)格(毫米)流量(米3/時)工作壓力(米水柱)噴高(米)覆蓋直徑(米) 噴頭高度(毫米)ZH-306中心式253.68405.415.4170（2）電磁閥選擇水下專用電磁閥是自動控制系統(tǒng)中常見的開關(guān)元件、為音樂噴泉的核心控制設(shè)備，特

18、別適用于跑泉的水路控制。主要技術(shù)參數(shù)原理結(jié)構(gòu)：直動膜片型、先導(dǎo)膜片型控制方式：常閉式流體范圍：水使用壽命：25萬次流體溫度：C1組：-5+50接口形式：螺紋式、法蘭式閥體材質(zhì)：黃銅、304不銹鋼標(biāo)準(zhǔn)電壓：AC220V、DC24V 電氣連接：澆封預(yù)埋式防水電纜線防護(hù)等級：國際標(biāo)準(zhǔn)IP68在這里要注意一點(diǎn)問題，PLC一般的輸出電壓為24V，假如電磁閥的功率較大的話驅(qū)動器就要使用中間驅(qū)動環(huán)節(jié)。但是在本設(shè)計中選擇的水下電磁閥適合PLC的輸出電壓故不需中間驅(qū)動環(huán)節(jié)繼電器。水下專用電磁閥是利用介質(zhì)壓力差工作的直動式電磁閥門，它采用膜片結(jié)構(gòu)，具有啟閉迅速、性能穩(wěn)定、使用方便、可靠性高、壽命長等特點(diǎn)；該閥坑污

19、能力極強(qiáng)，可在江、河、湖、海及各種人工水域中長期使用，基高超的性能處于國內(nèi)領(lǐng)先水平。（3）水泵的選擇型號 IS50-32-125 流 量 12.50 米3/h電機(jī)功率 2.2 千瓦（4）控制柜選擇是專為跳泉設(shè)計的控制器，該控制器可外接6臺步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動器，通過控制器可以將水流切割成一段段的賦有生命力的水段，水段的長短及出水的速度可以任意變化，在控制器的控制下任意跳躍。通過多組噴頭噴出，可以形成一個活潑的水段跳躍群，創(chuàng)造出一個童話般的境界。該控制器操作簡單，通過控制器面板可以輕松地修改程序。1.5系統(tǒng)外部接線圖圖2-6 系統(tǒng)外部接線圖1.6控制流程 根據(jù)系統(tǒng)要求，給出系統(tǒng)工作流程圖，如圖

20、2-2。開始PLC初始化噴第一個花式噴第二個花式噴第三個花式噴第四個花式結(jié)束停止按鈕停止按鈕非圖2-2 系統(tǒng)工作流程圖工藝流程簡介按下啟動，PLC驅(qū)動電機(jī)水泵運(yùn)轉(zhuǎn)，開始自動循環(huán)。按下停止，水泵停止工作，所有的電磁閥關(guān)斷。噴水電磁閥共分四組，每一組都由4個電磁閥組成。通過改變不同時段內(nèi)這十六個噴水閥的狀態(tài)，來組合成變化復(fù)雜多樣的花形。第二章 系統(tǒng)軟件設(shè)計2.1 花樣選擇開關(guān)位置（1）花樣選擇開關(guān)在位置1（2）花樣選擇開關(guān)在位置2時（3）花樣選擇開關(guān)在位置3時（4）花樣選擇開關(guān)在位置4時2.2、系統(tǒng)梯形圖設(shè)計根據(jù)系統(tǒng)控制要求和I/O分配，編寫梯形圖如圖。見附錄第三章 系統(tǒng)程序調(diào)試3.1、根據(jù)所設(shè)計

21、的花式噴泉的梯形圖，采用PLC的S7_200的仿真軟件進(jìn)行仿真。（1）首先把仿真軟件的CPU更改為CPU226如圖4-1。 （a） (b)圖4-1（2）導(dǎo)入梯形圖程序?？砂垂ぞ卟藛伟粹o。（3）運(yùn)行?？砂垂ぞ卟藛伟粹o。（4）進(jìn)行調(diào)試。3.1.1、 花樣選擇開關(guān)在位置1時選擇開關(guān)在位置1時，按下啟動按鈕I0.0，首先是4號噴頭先噴水，即輸出點(diǎn)QO.4得電發(fā)亮如圖4-2 a； 觀察仿真界面可知道每隔2s就會有一個輸出點(diǎn)亮，也就是各噴頭按順序噴水，如此到最后四個噴頭都噴水如圖4-2 b。根據(jù)對已編寫的梯形圖程序進(jìn)行仿真，并觀察了仿真的各個步驟與系統(tǒng)要求相符合，調(diào)試成功。 (a) (b)圖4-23.1.

22、2 花樣選擇開關(guān)在位置2時選擇開關(guān)在位置2時，按下啟動按鈕I0.0，首先是1號噴頭先噴水，即輸出點(diǎn)QO.1得電發(fā)亮如圖4-3 a；觀察仿真界面可知道每隔2s就會有一個輸出點(diǎn)亮，也就是各噴頭按順序噴水，如此到最后四個噴頭都噴水如圖4-3 b。 (a) (b) 圖4-33.1.3 花樣選擇開關(guān)在位置3時選擇開關(guān)在位置3時，按下啟動按鈕I0.0，首先是1號、3號噴頭先噴水，即輸出點(diǎn)QO.1和Q0.3得電發(fā)亮如圖4-4 a； 觀察仿真界面可知道3s后輸出點(diǎn)Q0.2、QO.4發(fā)亮如圖4-4 b，也就是2號、4號噴頭噴水，同時原來亮的Q0.1、Q0.3又熄滅，過15s后，1、2、3、4號噴頭全部噴水。 (a) (b)圖4-43.1.4 花樣選擇開關(guān)在位置4時選擇開關(guān)在位置4時，按下啟動按鈕I0.0，首先是1號、2號、3號、4號分別是Q0.1、Q0.2、Q0