基于plc控制的花样喷泉系统设计_毕业设计论文(编辑修改稿)

基于plc控制的花样喷泉系统设计_毕业设计论文(编辑修改稿)内容摘要：

般会达到 数千 kW，但是喷泉系统的工作是间歇变化的，所以极短时间的电压干扰和波动会比我们想象中严重的多 ，而最为明显的将是变频器所控制的水泵电机，它的高频电流变化将产生巨大的影响，所以我们在音乐喷泉的控制系统中采用的工作方式是上位机和下位机。 安装在控制机房内 （ 机房必须远离设备 ）的上位机来实现操作的控制，这样有利于我们监视和控制，所以对于机房，我们一般选择那些可以直接看到喷泉全景的地点。 工控机、 PLC以及单片机都可以作为下位机使用，如果我们综合性能价格比、工作环境和抗干扰能力的话，我觉得可编程控制器 PLC更适合作为我们的选择 ，我们 采用的是三菱 FX2N 系列的 PLC 做操作系统，利用上述原理将两者结合，形成美 妙的音乐喷泉。 喷泉的控制要求 在设计期间，我制定了如下 任务： （ 1） 花样喷泉设计方案。 （ 2）完成 PLC型号的选择 、 PLC的网络设计 和 软件编制。 （ 3） 花样喷泉 I/O分配 、 开关量输出模块的选择 、 模拟量 I／ O模块的选择 、 特殊功能模块的选择 和 系统 I/O分配表。 （ 4） PLC 外部接线图 、 喷泉控制过程模拟 、 软件设计 、 喷泉控制流程图。 选择开关和单步 /连续开关 决定了花式喷泉的两种工作方式 ：当单步 /连续开关在单 步位置时，喷泉只能按照花式选择开关设定方式，完成 一个循环。 花式选择开关决定了是喷泉的喷泉的 花式 ，现考虑四种喷水花样： 1） 花式选择 开关在位置 1 时，启动 按钮 按下 后， 4 号喷头喷水，延时 2 秒， 3 号喷水，再延时 2 秒， 2 号喷水，延时 2 秒， 1 号 喷水。 18 秒后，如果为单步工作方式，则停下来， 在 连续工作方式 的前提下，喷泉则会继续 循环。 运行流程图如下图： 常州工学院电子信息与电气工程学院毕业设计说明书 7 4号喷头喷水，延迟 2秒 3号喷头喷水，延迟 2秒 2号喷头喷水，延迟 2秒 1号喷头喷水，延迟 15秒 单步 停止 连续 1号 喷头喷水，延迟 2秒 2号喷头喷水，延迟 2秒 3号喷头喷水，延迟 2秒 4号喷头喷水，延迟 30秒 单步 停止 连续 图 22 花样 1流程图 2） 花式选择 开关在位置 2 时，启动按钮 按下 后， 1 号喷头喷水，延时 2 秒， 2 号喷水，再延时 2 秒， 3 号喷水，延时 2 秒， 4 号 喷水。 20 秒后，如果为单步工作方式，则停下来，在 连续工作方式 的前提下，喷泉则会继续 循环。 运 行流程图如下图： 图 23 花样 2流程图 3）花式选择开关在位置 3 时，按下启动按钮后， 号喷头同时喷水，延时 3 秒， 4 号同时喷水， 3 号停止，如此交替运行 15秒后，四组喷头全喷水， 30秒后，如果为单步工作方式，则停下来，在连续工作方式的前提下，喷泉则会继续循环。 系统控制方案的确定 8 运行流程图如下图： 图 23 花样 3流程图 4） 花式选择 开关在位置 4 时，按下启动按钮后，按照 1234 的顺序，一次间隔 2 秒喷水，然后一起喷水， 30 秒后按照 1234 的顺序，分别延时 2 秒，依次停止喷 水，再经 1 秒延时，按照 4321 的顺序，依次间隔 2 秒喷水，然后一起喷水， 30秒后停止。 如果为单步工作方式，则停下来， 在连续工作方式的前提下，喷泉则会继续循环。 运行流程图如下图： 1号、 3号同时喷水并且延迟 3秒 2号、 4号同时喷水， 1号、 3号停止 交替 5次 1号到 4号同时喷水30秒 单步 停止 连续 常州工学院电子信息与电气工程学院毕业设计说明书 9 从 1号到 4号喷水各延时 2秒 从 1号到 4号公用喷水 30秒 从 1号到 4号 各延时 1秒停止 等待 1秒 从 4号到 1号喷水各延时 2秒 1号到 4号共同喷水 30秒 单步 停止 连续 图 24 花样 4流程图 本章小结 在该章节 中 ，我们重点讲述了我们对于花样喷泉的设计，对比了一些设计的方案 ,对其中的优缺点进行了比较 ， 之后 做出了 设计要求的选择，综合 我们对于喷泉的花样的设计要求 ， 将此设计于 其中， 这样可以设计出美观的花样喷泉。 花样喷泉的硬件设计 10 第 3 章 花样喷泉的硬件设计 硬件的选择 PLC 的概述 可编程控制器 （ Programmable Controller） ,简称 PLC。 PLC 是用于工业线程的电控制器。 PLC 源于继电器控制，但是又基于电子计算机。 它通过运行储存在其内存中的程序，把输入电路的物理过程所得到的输入信息，转换成所要求的输出信息，然后通过输出电路的物理过程来实现对负载的控制。 PLC 所基于的是电子计算机，并非等同于普通计算机。 普通计算机进行输入输出信息交换式，大多只考虑信息的本省，而信息的输入输出过程一般不考虑。 但是 PLC 就会考虑信息输入输出的可靠 性、实时性，以及信息的实际使用。 特别要考虑 怎么适应于工作环境，比如需要便于安装，便于维修以及抗干扰等问题， PLC 实现了控制的两个基本要点：输入输出信息的变换及可靠的物理实现。 当然， PLC 可以通过它的外部设备或者通信接口与外界进行信息的交换。 它的功能要比继电器控制装置要多很多，同时强很多。 PLC 拥有丰富的指令系统，有各种各样的 I/O 接口、通信接口，拥有的大存储量的内存，而他的监控系统也相当可靠 ，因而它具有如下基本 的 功能： （ 1） 逻辑处理的功能。 （ 2） 数据运算的功能； （ 3） 高速计数的功能； （ 4） 联网通信 的功能； （ 5） 中断处理的功能（可以实现各种内外中断）； （ 6） 准确定时的功能； （ 7） 程序和数据存储的功能； （ 8） 自检测和自诊断的功能； PLC 的丰富功能，是传统的继电控制电路所无法比拟的，也为 PLC 提供了广泛的应用，为自动化行业的远程化、信息化以及智能化创造了条件。 PLC 的选择方案 （ 1）对于输入和输出点的选择 常州工学院电子信息与电气工程学院毕业设计说明书 11 盲目的选择输入输出点数过多的机型会造成浪费，所以我们应该先弄清系统的 I/O总点数，再根据我们的实际需要使用来确定 PLC 的点数， 选择点数时应按照实际所需点数的 15%20%留出备用量，这样可以为系统的改造留下余地。 （ 2）对 I/O 响应时间的选择 输入电路的延迟、输出电路的延迟，当然，扫描工作方式也会引起时间的延迟（一般是 23 个所扫描的周期）等。 当然，由于一些 系统 是由开关量控制的 ， PLC 的响应时间 正常情况下都不会产生过大的影响， 所以 PLC 对于 I/O 的响应时间的选择时 ，我们可以不考虑 I/O 响应的问题，但有些 系统 是由模拟量控制量 ，特别是闭环系统，我们就必须去考虑这个问题了。 （ 3） 对于存储容量的选择 我们需要对用户存储容量做出粗略的估算。 （ 4）对于 PLC 结构形式的选择 在 相同功能和相同 I/O 点数的情况之下，整体式的 PLC 的价格要比模块式底，到那时模块式拥有扩展灵活、维修方便和容易判断故障灯优点，所以我们 要按照实际需来选择 PLC 的结构模块。 在此次 设计中，我 们 采用了三菱 FX2N 系列 PLC,这种 PLC 功能强大，控制能力好，同时性价比也比较高。 图 31三菱 FX2N32MR PLC 花样喷泉的硬件设计 12 水泵的选择方案 水泵的种类可以根据不同的需要进行分类：比如卧式水泵和潜水泵，我们需要根据水泵的扬程、流量、使用的场合以及对比性价比来选择自己所需要的是泵。 根据本文的设计要求，我们采用潜水泵，因为潜水泵是放置在水下的，所以不再需要泵房，这样可以有效降低工程的造价。 同时潜水泵具有能耗低、体积小、重量轻、不需要灌引水、使用维护及管理方便，并且达到了节约水资源的目的，具有卧式水泵所不具有的很多优点，可以适应花样喷泉的喷水要求。 在此次 设计中 ，我们 采用了上海申一水泵制造有限公司生产的 QY型油浸式潜水泵。 QU 型油浸式潜水电泵是由充油式潜水电机与离心式水泵同轴联接组合。 这符合JB/TB0921996 标准规定，产品取得了全国生产许可证，经过了三十多年的不断改进和完善，广泛应用与农业灌溉、水景喷泉、鱼塘增氧 、工矿排水、水产养殖以及防洪排涝等领域。 具有泵电一体，结构紧凑；双端密封，电器保护；设计合理，性能游廊；无需引水，使用简便等特点。 水泵的使用条件是泵水深度不超过 5 米；水温不能超过177。 40 度； PH 值也应该在 59 之间，因此，很适合本次设计的要求。 图 32 QY系列油浸式潜水电泵 喷头的选择 喷泉的喷头可分为可调节直流喷头、集束喷头、旋转喷头、涌泉喷头等等，种类常州工学院电子信息与电气工程学院毕业设计说明书 13 繁多，而喷出的水型也各不相同。 在此次 设计的喷泉中，第 4 组位于喷泉的中央位置，我们选取能喷出雄壮而且喷射高度高的直上喷头。 直上喷头是在同一个配水室上安装多角度直射喷嘴，这样喷嘴规格相同时，喷出的水姿雄壮笔直、粗狂美观；这样喷嘴规格不完全相同时，大小喷嘴布设得 当，喷出的水姿粗壮有力、层次分明、主题 突出、是大型喷泉中心必备的主要喷头，这样的喷头也被称为中心喷头 ，可调节射流的方向。 图 33 直上喷头实物图及安装简图 第 3 组位于喷泉的第二层，所以喷出的水柱应该比第一组所喷出的水柱稍微细些，同时喷出的水柱也要低一些，在这一层，我们选用了可调直流喷头。 这种直流喷头在各种场合的喷水池中运用广泛，同时也是音乐喷泉的必备喷头，这种喷头装有球形接头，可以沿垂直方向 15 度进行调节 ，可调直流喷头可以组合各种不同形状的喷射效果，喷射的高低和角度的变化，可以根据水池形状大小决定。 花样喷泉的硬件设计 14 图 34 可调直流喷头实物图及安装简图 第 2 组位于喷泉的第三层，要求喷头比第 3 组喷头喷射高度略低，比第 1 组略高，所以喷射的水柱比第 3 组喷射的水柱略粗壮，挺拔，所以我们选择了树冰形喷头。 树冰形喷头喷水时外观效果庞大丰满，粗壮挺拔，抗风能力强。 喷头安装在导流筒上端与水面齐平，喷水时能将池水带出，形成粗大壮观的水柱。 图 35 树冰形喷头 实物图及安装简图 第 1 组位于喷泉的最外侧，水柱所喷高度应该是最低的，水量应该较大，所喷水柱应该比较灵活，我们选用涌泉喷头。 涌泉喷头也是加气喷头的一种，又称为鼓泡喷头、珍珠 喷头。 喷水时能将气吸入，使水姿形成充满空气的白色水丘，水沫轻溅，古朴灵动。 加气喷托采用射流泵的原理，喷水时将空气吸入，以少量的水长生丰满的射常州工学院电子信息与电气工程学院毕业设计说明书 15 流，喷出的水柱呈现白色不透明状，反光效果好。 图 36 涌泉喷头实物图及安装简图 电机与变频器的选择 经过查阅资料，我发现一般的音乐喷泉的功率并不大，一般不会超过 ，所以我们选择了三菱 型号的电机，我们需要使用到 4 组电机，通过四组电机控制四组的喷头来实现喷水花样的变化。 而变频器，我们选择了三菱 FRS520（ S） E型号的变频调 速器。 如下图，是系统的电动机与变频器的连接图。 我们在后面的附录给出变频器的接线图。 图 37 系统变频器与顶级接线图 M变频器M M ML 1 L 2 L 3 PHUVWL 1L 2L 3QSQS 1QS 2 QS 3 QS 4 QS 5FR 1 FR 2FR 3 FR 4KM 1 KM 2 KM 3 KM 4 KM 5 KM 6 KM 7 KM。