音乐喷泉电气控制系统设计.doc

1、毕 业 设 计（论文）（说 明 书）题 目：音乐喷泉电气控制系统设计 姓 名： 编 号： 6平顶山工业职业技术学院毕 业 设 计 （论文） 任 务 书姓名 专业 机电一体化 任 务 下 达 日 期 年 03 月 10 日设计（论文）开始日期 年 月 日设计（论文）完成日期 年 月 日设计（论文）题目： 音乐喷泉电气控制系统设计 A 编制设计 B 设计专题（毕业论文） 指 导 教 师 成兰 系(部)主 任 平顶山工业职业技术学院毕业设计（论文）答辩委员会记录系 专业，学生 于 年 月 日进行了毕业设计（论文）答辩。设计题目： 专题（论文）题目： 指导老师： 答辩委员会根据学生提交的毕业设计（论文

2、）材料，根据学生答辩情况，经答辩委员会讨论评定，给予学生 毕业设计（论文）成绩为 。答辩委员会 人，出席 人8答辩委员会主任（签字）： 答辩委员会副主任（签字）： 答辩委员会委员： ， ， ， ， ， 平顶山工业职业技术学院毕业设计（论文）评语第 页共 页学生姓名： 专业 年级 毕业设计（论文）题目： 评 阅 人： 指导教师： （签字） 年 月 日成 绩： 系（科）主任： （签字） 年 月 日毕业设计（论文）及答辩评语： 摘要随着我国人民物质和精神生活水平的不断提高，现在我国许多城市的市民广场、单位和居民生活小区里都能看到各种形式的音乐喷泉。音乐喷泉，顾名思义就是指喷泉的水形根据播放音乐的旋律

3、和节拍有规律地进行变化，同时辅以灯光、激光或其它介质的变化，在人们的视觉和听觉上形成和谐的统一，使人们在精神上有愉悦的感受。随着科学技术的不断发展和人们生活水平的不断提高，人们对环境的要求越来越高，尤其是喷泉在城市和社区环境建设中起着尤其重要的作用。这就要求我们应该对音乐喷泉这一艺术形式进行较为深入的分析和研究。通常一些小型喷泉只有一台潜水泵，其变化按常规讲只能是喷或不喷的变化，但如果引进变频调速器技术，其变化将是极其丰富的。变频调速器技术正大步走进喷泉控制领域，发挥着不可替代的作用。本文针对音乐喷泉这一系统，采用变频调速器技术。首先，介绍了音乐喷泉的发展现况，工作原理和形成过程，紧接着介绍了

4、我所设计的音乐喷泉涉及的主要内容有：电气设计方案的选择、电气控制系统设计的概况、电气控制系统电气原理图的设计、电气元件的选型、PLC 的程序设计、操作面板布置设计、如何提高该控制系统可靠性的措施等。用组态软件、可编程控制器、变频器、音响系统、灯光系统和其它工控器件组成的高技术含量和高可靠性的音乐喷泉控制系统可以提供完整的音乐喷泉解决方案。关键词：音乐喷泉控制器 PLC 变频器II目录第一章 绪论 11.1 音乐喷泉的发展历史和现状的发展趋势 .11.2 音乐喷泉相关类型的描述 21.3 音乐喷泉设计的主要内容 2第二章 音乐喷泉的硬件设计 42 .1 泵的选择 .42.1.1 潜水泵介绍 .4

5、2.1.2 泵的选型 .42.2 喷头的选择 .52.2.1 喷头的介绍 .52.2.2 各种喷头的选择 .62.3 阀的选择 72.4 电磁阀的选型 72.4.1 工作原理 7平顶山工业职业技术学院毕业设计说明书（论文） 第 III 页2.4.2 电磁阀的分类 82.4.3 电磁阀在选型时的注意事项 .92.4.4 电磁阀的安装注意事项 .102.4.5 电磁阀的故障与排除 .102.5 灯具的选型 112.6 PLC 简介 .122.6.1 PLC 的应用领域 .122.6.2 PLC 的应用特点 13第三章 控制系统的软件设计 143.1 I/O 分配表 .143.2 SFC 程序分步介

6、绍 143.3 PLC 控制梯形图 .19第四章 喷泉总体设计及相关的电气控制 204.1 喷泉的布局设计 .204.2 控制要求 214.3.1 系统流程图 234.4 相关的电气控制 .244.4.1 控制系统硬件组成 244.4.2 PLC 控制电路设计 .244.4.3 PLC 外部接线图 43 25结语 27致 谢 28参考文献 29平顶山工业职业技术学院毕业设计说明书（论文） 第 1 页第一章 绪论1.1 音乐喷泉的发展历史和现状的发展趋势喷泉作为一项建筑艺术，在国内外均有较悠久的历史。而音乐喷泉的构思及萌生则是本世纪 30 年代开始的，1930 年，德国的 OTTO PRZYST

7、AWIK(奥图皮士特霍) 首先提出了喷泉与音乐相结合的设想，并设计成小型装置应用于酒店及商场，其后则逐步发展到大型化及多样化。GUNTER PRZYSTAWIK 继承父业使音乐喷泉更为多姿多采，并于 l952 年夏在西柏林工业展览会上进行展示，经纽约一摄影师将其引进应用于纽约无线电音乐厅，从此，音乐喷泉陆续在世界各地应用推广，目前，西方工业发达国家已有制造音乐喷泉成套装置的专业工厂、如美国的 WALTZING，MIDAS加拿大的 PEM，意大利的 NeonALPina日本的KAWAMURA 等公司。随着音乐喷泉市场的需求越来越大，国内关于音乐喷泉的研究与开发工作也蒸蒸日上。我国在 80 年代中

8、期相继引进和自行设计建造了多座音乐喷泉，为美化环境，活跃人民的文化生活起了良好的作用。据不完全统计，2006 年整个喷泉行业年总产值也早已达到几十亿元以上。同时我国行政主管和技术监督部门、学术团体和出版界等，也为推动喷泉技术的发展做了不少工作：1989 年出版的给水排水设计手册 ，第一次将“水景设计”以专章列入设计手册；1989 年出版、1990年开始施行的建筑给水排水设计规范 ，第一次将“喷泉设计”以专节列入国家设计规范；1990 年出版了第一本专门著作喷泉设计 ；1991 年在中国土木工程学会建筑给水排水委员会和中国标准化协会建筑给水排水委员会的大力推动下，成立了第一届“全国喷泉研讨会”

9、，有关喷泉的专门设计规程和术语标准等也公开发布执行。音乐喷泉以其水柱绚丽多姿，水柱随着音乐而跳动，给人以视觉和听觉的双重享受。大型的音乐喷泉功能齐全，规模大，有很强的震撼力，适用于大型音乐广场，对软硬件要求高，投资大。随着人民生活水平的提高，对美化住宅小区以及别墅环境的要求越来越高，小型化音乐喷泉成为一个发展方向。大型音乐喷泉的科技含量高,设计和制造难度大。目前,我国的大型音乐喷泉技术已日趋成熟,但对小型音乐喷泉的研究较少，小2型音乐喷泉存在着协调性能差等缺点。小型音乐喷泉系统适用于住宅小区和酒店厅堂等场所，一个好的音乐喷泉就是一个精美的艺术品，可以美化环境、愉悦身心。而其控制系统是整个音乐喷

10、泉的关键。对小型音乐喷泉控制系统的研究具有很大的经济效益和社会效益。为了使控制简单可靠，适应现代社会的市场需求，各种形式的喷泉层出不穷，并逐步转向小型和营业性较强的方向发展。其音乐喷泉的控制也变得灵活多样，如单片机、PLC 、DSP 等都在音乐喷泉中有所运用，当然也具有优缺点。本文是针对性的应用 plc 技术，阐述整个系统的的电器控制。1.2 音乐喷泉相关类型的描述音乐喷泉是近几年来出现的一种园林建筑与音乐欣赏相结合的产物。喷泉是人工环境中观赏价值最高、最富有生命力的理想景观之一。规模可大可小，射程可高可低，喷出的水，大者如珠，细者如雾，变化万千，引人入胜。喷泉景观概括来说可以分为两大类：一是

11、因地制宜，根据现场地形结构，仿照天然水景制作而成，如：壁泉、涌泉、雾泉、管流、溪流、瀑布、水帘、跌水、水涛、漩涡等。二是完全依靠喷泉设备人工造景。这类水景近年来在建筑领域广泛应用，发展速度很快，种类繁多，有音乐喷泉、程控喷泉、摆动喷泉、跑动喷泉、光亮喷泉、游乐喷泉、超高喷泉、激光水幕电影等。虽然喷泉的种类繁多，如广场喷泉、景点喷泉、旱泉、跑泉、激光喷泉、层流喷泉、趣味喷泉、水幕电影等等， 这些喷泉喷水时的花形都具有千姿百态的效果，但都有一个共同的特点：即形成水形的基本通路都是由水泵、管道、阀门和喷头组成。因此，音乐喷泉工程中无疑也会安装大量的电磁阀门、彩灯、水泵和产生其它机械动作的电机。除个别

12、变频水泵需要用模拟信号来连续调节水柱高度、实现特定的艺术效果之外，其它部件基本是通过开关量进行控制。这些开关信号驱动阀门、彩灯、水泵随着音乐进行不同的组合，从而产生各种水形和灯光变换效果。为了达到听觉、视觉的和谐统一，控制系统应能根据音乐的节奏、旋律和感情色彩输出，产生各种不同的状态组合来控制水形和灯光实时变化，这也是音乐喷泉的控制不同于工业控制的主要特点1.3 音乐喷泉设计的主要内容音乐喷泉的工作原理为：根据播放的音乐来控制喷泉的花形大小变化和水柱的高度变化，以使水柱高度的变化及花形大小的变化与音乐的节奏同步，喷泉管路中的水平顶山工业职业技术学院毕业设计说明书（论文） 第 3 页流由水泵调节

13、，而水泵是由三相异步电动机驱动的。因此只要控制了三相异步电动机的转速，就可以可能控制管路中的流量，当给三相异步电动机通入工频电源时，则转速是不变化的；当采用变频器控制电机的转速时，可以使管路中的流量发生柔性变化，这样喷泉运行时花形变化就更灵活。随着音乐喷泉的使用越来越广泛，涉及到的控制方式也就越多，变频器，PLC，上位机，触摸屏等，于是喷泉的控制涵盖了自动化的各个学科，并且形象直观。用先进的科学技术进行喷泉设计则是艺术的表现手段。喷泉的设计主要包括以下几个部分：喷头，管道计，专用泵，彩灯控制设计 1.喷头它是把在压力作用下的液体（有时混有气体）通过接头进入单个或多个喷嘴，然后喷至空中的整体单元

14、装置。2.管道喷泉工程的管道宜选用不锈钢管、铜管。可采用焊接、卡压、法兰等接口方式连接。受投资条件限制时，可采用热镀锌钢管，连接方式可采用螺纹连接或法兰连接。室内水景喷泉工程和移动式水景喷泉工程在无抗冻、抗震要求时，可选用塑料管。 3.专用潜水泵电机性能：采用优质材料 DR470、增加电机绕组的匝数及线径使水泵耐频繁起动。水力部分：采用优秀水力模型设计，使水泵流量、扬程、效率三者更为合理。 结构特点：该电机为自循环充水式冷却；电缆用三相四线 JHS 型喷泉专用电缆；叶轮采用了防松动装置；滤网护罩采用全不锈钢材料；电改进使之更适用喷泉工程频繁起运的要求4.彩灯喷泉照明一般采用水下和水上两种照明方

15、式。水下照明一般采用 LED 水下彩灯，其具有高效、节能和长寿命等特点，其工作电压为 12V 安全电压，安装方式为固定式安装。 水上照明一般采用投光灯和强光灯等机内腔定转子采用进口涂料，提高了水下电机耐腐蚀性,喷泉工程中常用的阀门有铜球阀、截止阀、闸阀、蝶阀、快开阀、调节阀、止回阀等，对于程控喷泉、音乐喷泉、跑构。5.特技效果传感系统在喷泉工程的一些特技效果中，经常用到一些特殊的机械和设备，如水下摇摆电机、减速机、各种摇摆机构、各种配水器、整流器等。有了这些机械和设备，喷泉水4形大大提高了艺术造型的变化，提高了喷泉水景的观赏效果及艺术水平。6.音响系统音响系统是音乐喷泉的音源。主要设备有音箱、

16、功放，调音台、激励器等，我公司采用国内外知名品牌，保证音乐、水型、灯光三者高度同步。7.控制系统 在喷泉控制系统中，采用单片机控制原理，以可控硅作为功率开关元件，由于可控硅承受过电压、过电流的能力较差，因而不能长时间运行。但采用 PLC 能有效的解决这一问题，同时，PLC 具有很强的自诊断功能，迅速方便的检查出故障，缩短检修时间，因而，确保控制系统的可靠性、稳定性。但成本较高。本文以喷泉控制系统为例，采用西门子 300 系列 S7-300PLC 作为主控制器。 S7-300PLC 系列 PLC，详细介绍了系统的硬件配置、设计方案以及软件设计的顺序功能图和梯形图，并且介绍了编程中的关键问题。第二

17、章 音乐喷泉的硬件设计2 .1 泵的选择2.1.1 潜水泵介绍深井提水的重要设备。使用时整个机组潜入水中工作。把地下水提取到地表，是生活用水、矿山抢险、工业冷却、农田灌溉、海水提升、轮船调载，还可用于喷泉景观，热水潜水泵用于温泉洗浴，还可适用于从深井中提取地下水，也可用于河流、水库、水渠等提水工程。主要用于农田灌溉及高山区人畜用水，亦可供中央空调冷却、热泵机组、冷泵机组、城市、工厂、铁路、矿山、工地排水使用。 一般流量可以达到(10m3650m3)每小时、扬程可达到 1500 米。2.1.2 泵的选型 现在喷泉常用的潜水泵有 QS、QY、QX、 、QJ 等系列。QS 系列潜水泵体积小、性能可靠

18、，机泵一体、潜入水中运行主要优越性是：运行可靠、经久耐用、使用方便、功率大、故障少，维修费用低等。流量：10-250（m3/h） 。杨程：5-140（m ） 。QY 系列潜水泵 QY 型潜水电泵由电动机、水泵和密封三部分组成。电泵的上端，平顶山工业职业技术学院毕业设计说明书（论文） 第 5 页多为离心式水泵；下端为三相鼠笼立式异部电动机。电机全部采用优质整圆硅钢片，效率高，耗电少潜水深度不超过 5 米水温不超过+40。流量：10-300（m3/h） 。杨程：4-110（ m） 。QX 系列潜水泵工程潜水泵泵电一体，结构紧凑，非常适合于基建及矿山的搬运和安装无需引水，使用简便双端密封，电器保护设

19、计合理、性能优良、几无噪音。流量：5-20（ m3/h） 。杨程：20-60（m）QJ 系列潜水泵电机与水泵直联，机组全部潜入水中工作，具有结构紧凑、安装、维护方便、体积小、重量轻、高效节能等特点。 工作条件 1、工作介质为清水或化学性质类似于清水的液体。额定扬程：150 米额定流量：10 立方米/小时。从该喷泉所需的扬程、流量、水质、价格等方面考虑该喷泉选择 QS 系列的潜水泵.图2-1 QS 系列潜水泵62.2 喷头的选择2.2.1 喷头的介绍喷泉喷头也称喷泉喷嘴全部采用铜或不锈钢制作，这样具有黄金的色彩或银光闪闪，喷头显得豪华气派。其工艺精巧美观，结构合理，性能高效节能。其中常用的有：可

20、调直流喷头、半球形喷头、树冰形喷头、礼花喷头、涌泉喷头、加气喷头、直上喷头等产品系列。2.2.2 各种喷头的选择1.A 组喷头的选择A 组位于中间位置，需要喷出雄壮并且喷射高度高得水柱，所以 A 组喷头选择直上喷头。直上喷头是在同一个配水室上安装多角度直射喷嘴，这些喷嘴规格相同时，喷出的水姿雄壮笔直、粗狂美观；这些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。该喷头也叫中心喷头。可调节射流的方向。喷头材质：铸铜、不锈钢.2.B 组喷头的选择B 组位于第二层的位置，所喷出的水柱应该比 A 组所喷出的水柱稍细比 A 组所喷的水柱要低。

21、所以我 B 组选择可调直流喷头。可调节直流喷头在各种场合的喷水池中广泛应用，并是音乐喷泉的必备喷头，这种喷头装有球形接头， 可沿垂直方向向 15 度进行调节。 可调直流喷头可组合各种不同形状的喷射果，射流的高低和角度的变化，可根据水池形状大小决定。喷头材质：铸铜、不锈钢。3.C 组喷头的选择C 组喷头应该比 B 组喷头喷射高度略低比 D 组略高，所喷水柱比 B 组水柱略粗壮、挺拔。所以 C 组喷头选择树冰形喷头。树冰形喷头喷水时外观效果庞大丰满，粗壮挺拔，抗风力较强。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。喷头材质：铸铜、不锈钢。4.D 组喷头的选择D 组位于该

22、喷泉的最外侧，水柱所喷高度应该最低，水量应该较大，择所喷水柱比较灵动。所以选择涌泉喷头。涌泉喷头也是加气喷头的一种，又称鼓泡喷头、珍珠喷头。喷水时能将气吸入，平顶山工业职业技术学院毕业设计说明书（论文） 第 7 页使水姿形成充满空气的白色水丘，水沫轻溅，古朴灵动。加气喷头用射流泵的原理，喷水时将空气吸入，以少量的水产生丰满的射流，喷出的水柱呈白色不透明状，反光效果好。喷头材质：铸铜、不锈钢。图 2-2 涌泉喷头实物图及安装简图2.3 阀的选择喷泉常用的阀门有球阀、蝶阀、闸阀、止回阀、水下液压阀、水下电磁阀、 水下数控阀等。本设计的喷泉采用 PLC 控制同时在工作时会接触水，所以选择 DC 24

23、V 水用电磁阀。图 2-3 水 用 电 磁 阀82.4 电磁阀的选型2.4.1 工作原理电磁阀里有密闭的腔，在的不同位置开有通孔，每个孔都通向不同的水管，腔中间是阀，两面是两块电磁铁，哪面的磁铁线圈通电阀体就会被吸引到哪边，通过控制阀体的移动来档住或漏出不同的排水的孔，而进水孔是常开的，液压水就会进入不同的排水管，然后通过水的压力来推动水刚的活塞，活塞又带动活塞杆，活塞竿带动机械装置动。这样通过控制电磁铁的电流就控制了机械运动。2.4.2 电磁阀的分类1直动式电磁阀原理：通电时，电磁线圈产生电磁力把关闭件从阀座上提起，阀门打开；断电时，电磁力消失，弹簧把关闭件压在阀座上，阀门关闭。特点：在真空

24、、负压、零压时能正常工作，但通径一般不超过 25mm。2分布直动式电磁阀原理： 它是一种直动和先导式相结合的原理，当入口与出口没有压差时，通电后，电磁力直接把先导小阀和主阀关闭件依次向上提起，阀门打开。当入口与出口达到启动压差时，通电后，电磁力先导小阀，主阀下腔压力上升，上腔压力下降，从而利用压差把主阀向上推开；断电时，先导阀利用弹簧力或介质压力推动关闭件，向下移动，使阀门关闭。特点： 在零压差或真空、高压时亦能动作，但功率较大，要求必须水平安装。图 2-4 直 动 式 电 磁 阀3先导式电磁阀原理：通电时，电磁力把先导孔打开，上腔室压力迅速下降，在关闭件周围形成上低下高的压差，流体压力推动关

25、闭件向上移动，阀门打开；断电时，弹簧力把先导平顶山工业职业技术学院毕业设计说明书（论文） 第 9 页孔关闭，入口压力通过旁通孔迅速腔室在关阀件周围形成下低上高的压差，流体压力推动关闭件向下移动，关闭阀门。特点： 流体压力范围上限较高，可任意安装（需定制）但必须满足流体压差条件。：图 2-5 先导式电磁阀2.4.3 电磁阀在选型时的注意事项1适用性 根据持续工作时间长短来选择：常闭、常开、或可持续通电 ，当电磁阀需要长时间开启，并且持续的时间多余关闭的时间应选用常开型。 要是开启的时间短或开和关的时间不多时，则优先选用常闭型。 但是有些用于安全保护的工况，如炉窑火焰监测、锅炉加温系统，则不能选常

26、开时，应选用可持续长期通电型。电磁阀在选择时要注意：管路中的流体必须和选用的电磁阀系列型号中标定的介质一致。流体的温度必须小于选用电磁阀的标定温度。电磁阀允许液体粘度一般在20CST 以下，大于 20CST 应注明。工作压差，管路最高压差在小于 0.04MPa 时应选用如 ZS,2W,ZQDF,ZCM 系列等直动式和分步直动式；最低工作压差大于 0.04MPa 时可选用先导式（压差式）电磁阀；最高工作压差应小于电磁阀的最大标定压力；一般电磁阀都是单向工作，因此要注意是否有反压差，如有安装止回阀。 流体清洁度不高时应在电磁阀前安装过滤器，一般电磁阀对介质要求清洁度要好。注意流量孔径和接管口径；电

27、磁阀一般只有开关两位控制；条件允许请安装旁路管，便于维修；有水锤现象时要定制电磁阀的开闭时间调节。注意环境温度对电磁阀的影响。电源电流和消耗功率应根据输出容量选取，电源电压一般允许10%左右，必须注意交流起动时 VA 值较高。102可靠性电磁阀分为常闭和常开二种；一般选用常闭型，通电打开，断电关闭；但在开启时间很长关闭时很短时要选用常开型了。寿命试验，工厂一般属于型式试验项目，确切地说我国还没有电磁阀的专业标准，因此选用电磁阀厂家时慎重。动作时间很短频率较高时一般选取直动式，大口径选用快速系列。3安全性一般电磁阀不防水，在条件不允许时请选用防水型，工厂可以定做。电磁阀的最高标定公称压力一定要超

28、过管路内的最高压力，否则使用寿命会缩短或产生其它意外情况。有腐蚀性液体的应选用全不锈钢型，强腐蚀性流体宜选用塑料王（SLF）电磁阀。爆炸性环境必须选用相应的防爆产品。4经济性有很多电磁阀可以通用，但在能满足以上三点的基础上应选用最经济的产品。2.4.4 电磁阀的安装注意事项1 安装时应注意阀体上箭头应与介质流向一致。不可装在有直接滴水或溅水的地方。电磁阀应垂直向上安装。2电磁阀应保证在电源电压为额定电压的 15%-10%波动范围内正常工作。3电磁阀安装后，管道中不得有反向压差。并需通电数次，使之适温后方可正式投入使用。4电磁阀安装前应彻底清洗管道。通入的介质应无杂质，阀前装过滤器。5当电磁阀发

29、生故障或清洗时，为保证系统继续运行，应安装旁路装置。2.4.5 电磁阀的故障与排除1.电磁阀通电后不工作 检查电源接线是否不良重新接线和接插件的连接； 检查电源电压是否在工作范围-调致正常位置范围 ；线圈是否脱焊重新焊接； 线圈短路更换线圈； 工作压差是否不合适调整压差或更换相称的电磁阀； 流体温度过高更换相称的电磁阀； 有杂质使电磁阀的主阀芯和动铁芯卡死进行清洗,如有密封损坏应更换密封并安平顶山工业职业技术学院毕业设计说明书（论文） 第 11 页装过滤器； 液体粘度太大，频率太高和寿命已到更换产品； 2.电磁阀不能关闭 主阀芯或铁动芯的密封件已损坏更换密封件； 流体温度、粘度是否过高更换对口

30、的电磁阀； 有杂质进入电磁阀产阀芯或动铁芯进行清洗； 弹簧寿命已到或变形更换； 节流孔平衡孔堵塞及时清洗； 工作频率太高或寿命已到改选产品或更新产品； 3其它情况 内泄漏检查密封件是否损坏,弹簧是否装配不良； 外泄漏连接处松动或密封件已坏紧螺丝或更换密封件； 通电时有噪声头子上坚固件松动，拧紧。电压波动不在允许范围内，调整好电压。铁芯吸合面杂质或不平，及时清洗或更换.2.5 灯具的选型该喷泉用四组彩灯分别为红，绿，黄，蓝。从里到外分别对应 A 处用红色的彩灯，B 处为绿色的彩灯，C 处为黄色彩灯，D 处为蓝色彩灯。每一个喷头处对应一个相应颜色的彩灯。因为喷泉用彩灯都是安装在水下所以对光线的要求

31、高，对安全性能的要求也要很高，同时对使用寿命要求要长。LED 水下灯能够达到上述的要求，所以本设计选择AC 220V LED 水下灯.12图 2-6 LED 水下灯 2.6 PLC 简介2.6.1 PLC 的应用领域目前，PLC 在国内外已广泛应用于钢铁、石油、化工、电力、建材、机械制造、汽车、轻纺、交通运输、环保及文化娱乐等各个行业，使用情况主要分为如下几类：1.开关量逻辑控制取代传统的继电器电路，实现逻辑控制、顺序控制，既可用于单台设备的控制，也可用于多机群控及自动化流水线。如注塑机、印刷机、订书机械、组合机床、磨床、包装生产线、电镀流水线等。2.工业过程控制在工业生产过程当中，存在一些如

32、温度、压力、流量、液位和速度等连续变化的量（即模拟量） ，PLC 采用相应的 A/D 和 D/A 转换模块及各种各样的控制算法程序来处理模拟量，完成闭环控制。PID 调节是一般闭环控制系统中用得较多的一种调节方法。过程控制在冶金、化工、热处理、锅炉控制等场合有非常广泛的应用。3.运动控制PLC 可以用于圆周运动或直线运动的控制。一般使用专用的运动控制模块，如可驱动步进电机或伺服电机的单轴或多轴位置控制模块，广泛用于各种机械、机床、机器人、电梯等场合。4.数据处理PLC 具有数学运算（含矩阵运算、函数运算、逻辑运算） 、数据传送、数据转换、排序、查表、位操作等功能，可以完成数据的采集、分析及处理

33、。数据处理一般用于如造纸、冶金、食品工业中的一些大型控制系统。5.通信及联网PLC 通信含 PLC 间的通信及 PLC 与其它智能设备间的通信。随着工厂自动化网络的发展，现在的 PLC 都具有通信接口，通信非常方便。2.6.2 PLC 的应用特点1.可靠性高，抗干扰能力强高可靠性是电气控制设备的关键性能。PLC 由于采用现代大规模集成电路技术，采用严格的生产工艺制造，内部电路采取了先进的抗干扰技术，具有很高的可靠性。平顶山工业职业技术学院毕业设计说明书（论文） 第 13 页使用 PLC 构成控制系统，和同等规模的继电接触器系统相比，电气接线及开关接点已减少到数百甚至数千分之一，故障也就大大降低

34、。此外，PLC 带有硬件故障自我检测功能，出现故障时可及时发出警报信息。在应用软件中，应用者还可以编入外围器件的故障自诊断程序，使系统中除 PLC 以外的电路及设备也获得故障自诊断保护。这样，整个系统将极高的可靠性。2.配套齐全，功能完善，适用性强PLC 发展到今天，已经形成了各种规模的系列化产品，可以用于各种规模的工业控制场合。除了逻辑处理功能以外，PLC 大多具有完善的数据运算能力，可用于各种数字控制领域。多种多样的功能单元大量涌现，使 PLC 渗透到了位置控制、温度控制、CNC 等各种工业控制中。加上 PLC 通信能力的增强及人机界面技术的发展，使用 PLC组成各种控制系统变得非常容易。

35、3.易学易用，深受工程技术人员欢迎PLC 是面向工矿企业的工控设备。它接口容易，编程语言易于为工程技术人员接受。梯形图语言的图形符号与表达方式和继电器电路图相当接近，为不熟悉电子电路、不懂计算机原理和汇编语言的人从事工业控制打开了方便之门。4.系统的设计，工作量小，维护方便，容易改造PLC 用存储逻辑代替接线逻辑，大大减少了控制设备外部的接线，使控制系统设计及建造的周期大为缩短，同时日常维护也变得容易起来，更重要的是使同一设备经过改变程序而改变生产过程成为可能。这特别适合多品种、小批量的生产场合。第三章 系统软件设计第三章 控制系统的软件设计3.1 I/O 分配表根据第一章的介绍可以得出该喷泉

36、的开始、停止、单周期、连续需要用到四个按钮，这四个按钮开关分别接到 PLC 的四个输入口上。而 A、B、C、D 四组喷泉口需要用到四个水用电磁阀，这四个电磁阀需要接到 PLC 上面的四个输出口上。红绿黄蓝四组彩灯、指示灯、报警器和控制水泵的接触器也需要接到 PLC 的七个输出口上，所以该系统需要用到四个输入口和十一个输出口。表 3-1 为它们所对应的 I/O 口。14表 3-1 I/O 分配表输 入 口 输 出 口设备符号 设备名称 PLC 口 设备符号 设备名称 PLC 口SB1 开始按钮 X1 KM1 A 口喷头电磁阀 Y0SB2 停止按钮 X2 KM2 B 口喷头电磁阀 Y1SB3 单周

37、期按钮 X3 KM3 C 口喷头电磁阀 Y2SB4 连续按钮 X4 KM4 D 口喷头电磁阀 Y3LR 红色彩灯 Y4LG 绿色彩灯 Y5LY 黄色彩灯 Y6LB 蓝色彩灯 Y7HL 指示灯 Y10HA 报警器 Y11KM 控制泵的接触器器 Y123.2 SFC 程序分步介绍PLC 从停止 启动运行切换瞬间使特殊辅助继电器 M8002 接通，从而使状态器 S0被激活。如图 3-1 所示：图 3-1 系统启动程序按下启动按钮 X0 使状态器 S20 被激活， Y10 得电，指示灯点亮等待用户选择运行模式。如图 3-2 所示:图 3-2 按下开始系统等待用户选择运行模式程序用户按下 X4 选择连续

38、运行，使状态器 S21 被激活（用户按下 X3 选择单次运行，使状态器 S28 被激活） 。Y0 、Y3、Y12 得电，使水泵开始工作同时 A 组和 D 组的电磁平顶山工业职业技术学院毕业设计说明书（论文） 第 15 页阀导通，使 A 组和 C 组同时喷出水柱。同时红绿黄蓝四组彩灯间隔一秒点亮。同时当选择连续时 TO 开始计时 6 秒（当选择单次运行时 T5 开始计时 6 秒） 。如图 3-3 所示：图 3-3 用户选择连续（单次）运行 AD 同时喷水程序选择连续时 TO 计时 6 秒时间到，T0 的常开触点闭合，使状态器 S22 被激活（选择单次时 T5 计时 6 秒时间到，T5 的常开触点

39、闭合，使状态器 S29 被激活） 。Y0、Y2、Y12 得电，水泵工作同时 A 组和 C 组的电磁阀导通使 A 组和 C 组喷出水柱。同时红绿黄蓝四组彩灯间隔一秒点亮。同时当选择连续运行时 T1 开始计时 7 秒（当选择单次运行时 T6 开始计时 7 秒） 。如图 3-4 所示图 3-4 AC 同时喷水程序当选择连续运行时 T1 计时 7 秒时间到，T1 的常开触点闭合，使状态器 S23 被激16活（当选择单次运行时 T6 计时 7 秒时间到，T6 的常开触点闭合，使状态器 S30 被激活） 。Y1、Y3、Y12 得电，水泵工作同时 B 组和 D 组的电磁阀导通使 B 组和 D 组喷出水柱。同

40、时红绿黄蓝四组彩灯间隔一秒点亮。同时当选择连续运行时 T2 开始计时 10秒。如图 3-5 所示：图 3-5 BD 同时运行程序当选择连续运行时 T2 计时 10 秒时间到，T2 的常开触点闭合，使状态器 S24 被激活（当选择单次运行时 T7 计时 10 秒时间到，使状态器 S31 被激活） 。Y0、Y1、Y2、Y12 得电，水泵工作同时 A 组、B 组和 C 组的电磁阀导通使 A 组、B组和 C 组喷出水柱。同时红绿黄蓝四组彩灯间隔一秒点亮。同时当选择连续运行时 T3开始计时 5 秒（当选择单次续运行时 T8 开始计时 5 秒） 。如图 3-6 所示：平顶山工业职业技术学院毕业设计说明书（

41、论文） 第 17 页图 3-6 ABC 同时运行程序当选择连续运行时 T3 计时 5 秒时间到，T3 的常开触点闭合，使状态器 S25 被激活。T4 开始计时 2 秒（当选择单次运行时 T8 计时 5 秒时间到，T8 的常开触点闭合，使状态器 S25 被激活。T9 开始计时 2 秒） 。如图 3-7 所示：图 3-7 系统停止运行 2 秒程序T4 计时 2 秒时间到，T4 的常开触点闭合，使状态器 S26 被激活。C0 开始计数 20次。如图 3-8 所示：图 3-8 计数器计数 20 次程序18当选择连续运行时 C0 计数在未达到 20 次则跳转到状态器 S21 处循环运行，当CO 计数达到

42、 20 次则 C0 的常开触点闭合状态器 S27 被激活，同时特殊辅助继电器M8013 被激活，同时 Y11 得电，报警器报警。同时计数器 CO 复位。如图 3-9 所示：图 3-9 选择连续运行时报警和返回 S21 程序当选择的是单次运行时当 T9 计时 2 秒时间到，T9 的常开触点闭合，状态器 S33被激活，特殊辅助继电器 M8013 被激活，同时 Y11 得电，报警器报警。如图 3-10 所示：图 3-10 单次运行时报警程序按下停止按钮 X2 后后系统停止报警，同时回到系统开始。如图 3-11 所示：图 3-11 系统停止运行程序3.3 PLC 控制梯形图平顶山工业职业技术学院毕业设

43、计说明书（论文） 第 19 页图 3-12 PLC 控制梯形图第四章 喷泉总体设计及相关的电气控制4.1 喷泉的布局设计本设计布局如图 4-1 所示。图 4-1 中 A 组喷水管，有一个喷水管该喷水管所喷出的水柱为 4 组喷水管最大，喷射高度为 4 组喷水管最高为 8（m ） 。图 4-1 中 B 组喷水20管所处的圆上由 8 个喷水管组成，该组喷水管所喷出的水柱为比 A 组的水柱略小，所喷高度比 A 组的高度略底，所喷高度为 6（m） 。图 4-1 中 C 组喷水管所处的圆上由 20个喷水管组成，该组所喷出的水柱比 B 组的水柱小，所喷高度比 B 组水柱低，所喷高度为 4（m） 。图 4-1

44、 中 D 组喷水管所处的圆上组由 30 个喷水管组成，该组所喷水柱为4 组中水柱最小，所喷高度最低的一组。所喷高度为 2（m ） 。为了在每组喷水管工作时能够更好的欣赏，能区别 4 组所喷出的水柱，所以 B 组所处的圆的半径为 R=2(m)，C组所处的圆的半径为 R=4（m） ，D 组所处的圆的半径为 R=6（m ） 。本设计中 A 组喷头所喷的水柱最高，本设计中 4 组喷头所喷的水柱高度为 2-8（m）。本设计的最多时有 A、B、C 三组喷头同时喷出水柱，最少时有两组喷头喷出水柱，所以流量为 150-230（m3/h）。水质为自来水。图 4-1 喷泉布局图4.2 控制要求本设计由四组喷头组成

45、，分别为 A 组 B 组 C 组 D 组。本设计有单周期和连续两种操作方式。按下开始按钮后指示灯亮，当选择单周期方式时 A 组 D 组同时喷 6 秒然后A 组和 C 组同时喷 7 秒然后 B 组和 D 组同时喷 10 秒然后 ABC 三组同时喷水 5 秒停 2秒后报警器发出声音报警，按停止按钮终止报警。当选择连续方式时重复单周期方式时的过程 20 次后停两秒后报警，按停止按钮终止报警。每个喷头工作时，都连带红，绿，黄，蓝四组彩色灯间隔 1S 循环发光。平顶山工业职业技术学院毕业设计说明书（论文） 第 21 页如图 1-2 系统流程图所示当系统上电后，点击开始按钮 SB1，PLC 的输入口X1=

46、1，则 Y10=1 指示灯被点亮，等待用户选择运行方式。当用户选择单次运行时点击单次运行按钮 SB3 则 X3=1， Y12=1 水泵开始工作，同时 Y0=1、Y3=1，A 、D 两组喷头的电磁阀得电，A、 D 两组喷头开始喷出水柱同时 T5 开始计时。当 T5=6S 时Y3=0、 Y2=1,D 组喷头的的电磁阀失电，C 组喷头的电磁阀得电。所以 A、 C 组喷头喷出水柱，D 组喷头停止喷水，同时 T6 开始计时。当 T6=7S 时Y1=0、 Y2=0、Y1=1 、Y3=1 ，A、C 两组喷头的的电磁阀失电，B、D 两组喷头的电磁阀得电。所以 B 组喷头和 D 组喷头喷出水柱 A 组喷头和 C

47、 组喷头停止喷水，同时 T7开始计时。当 T7=10S 时 Y3=0、Y0=1、Y1=1 、Y2=1,D 组喷头的的电磁阀失电，A、B、 C 组喷头的电磁阀得电。所以 A 组喷头和 C 组喷头喷出水柱 D 组喷头停止喷水，同时 T8 开始计时。当 T8=5S 时系统停止两秒后开始报警。当用户选择连续运行时点击连续运行按钮 SB4 则 X4=1， Y12=1 水泵开始工作，同时 Y0=1、Y3=1，A、D 两组喷头的电磁阀得电， A、 D 两组喷头开始喷出水柱同时T1 开始计时。当 T1=6S 时 Y3=0、Y2=1,D 组喷头的的电磁阀失电，C 组喷头的电磁阀得电。所以 A、 C 组喷头喷出水柱，D 组喷头停止喷水，同时 T2 开始计时。当T2=7S 时 Y1=0、Y2=0、 Y1=1、Y3=1，A、C 两组喷头的的电磁阀失电，B、D 两组喷头的电磁阀得电。所以 B 组喷头和 D 组喷头喷出水柱 A 组喷头和 C 组喷头