基于plc控制的花样喷泉系统设计_毕业设计论文.doc

1、ICHANGZHOU INSTITUTE OF TECHNOLOGY毕 业 设 计 说 明 书题目： 基于 PLC 控制的花样喷泉系统设计 二级学院： 延陵学院 专 业: 电气工程及其自动化 班级： 学生姓名： 学号： 指导教师： 职称： 评阅教师： 职称： 2013 年 6 月SJ005-1常州工学院电子信息与电气工程学院毕业设计说明书I摘 要花 样 喷 泉 是 近 年 来 出 现 的 一 种 园 林 建 筑 与 花 样 观 赏 相 结 合 的 一 种 产 物 。 得 益 于 可编 程 控 制 器 （ Programmable Logic Controller,简 称 PLC） 在 我 国

2、的 迅 速 发 展 ， 使 得对 花 样 喷 泉 的 控 制 要 求 也 越 来 越 高 ， 这 样 使 得 越 来 越 多 的 控 制 部 分 需 要 可 编 程 控 制 器来 实 现 。使 用 PLC 控 制 花 样 喷 泉 ， 具 有 运 行 可 靠 ， 使 用 方 便 ， 控 制 程 序 设 计 简 单 等 优 点 。我 们 结 合 任 务 设 计 书 的 要 求 ， 以 4 环 音 乐 花 样 喷 泉 为 研 究 对 象 ， 采 用 三 菱 FX2N系 列PLC 控 制 器 做 为 花 样 音 乐 喷 泉 的 控 制 器 。 对 花 样 喷 水 池 的 控 制 系 统 的 总 体 功

3、 能 进 行 了 分析 ， 阐 述 了 可 编 程 控 制 器 的 组 成 和 工 作 原 理 。 并 且 提 出 喷 水 池 的 硬 件 的 各 种 组 成 模 块和 详 细 的 硬 件 模 块 设 计 方 案 ， 以 及 软 件 的 设 计 和 程 序 的 编 写 ， 我 们 力 求 改 善 了 喷 泉 系统 的 控 制 品 质 ， 以 达 到 实 时 控 制 的 要 求 ， 希 望 音 乐 喷 泉 能 够 得 到 新 的 发 展 。关 键 词 ： 可 编 程 控 制 器 （ PLC） ； 花 样 喷 泉 ； 控 制 系 统常州工学院电子信息与电气工程学院毕业设计说明书IIAbstract

4、Pattern fountain is a landscape architecture in recent years combined with the pattern ornamental product. Thanks to the programmable controller (Programmable Logic Controller, PLC) in Chinas rapid development, control requirements have become more sophisticated pattern fountain, this allows more an

5、d more control part of the programmable controller.Using PLC control pattern fountain, with the advantages of reliable operation, the use of reliable operation, simple design control procedures. In this paper, the task design document, than 4 ring music pattern fountain as the research object, Mitsu

6、bishi FX2N series PLC controller as the controller of the pattern musical fountain. The overall function of the pattern fountain control system analysis of the composition and working principle of the programmable controller. And made the fountain hardware building blocks and the hardware module des

7、ign, the design of improved the fountain system control quality, in order to achieve real-time control requirements.Keyword: Programmable Logic Controller Plc; Pattern fountain; Control system常州工学院电子信息与电气工程学院毕业设计说明书III目录摘 要 .IAbstract .II第 1 章 绪 论 .- 1 -1.1 喷 泉 的 发 展 .- 1 -1.1.1 喷 泉 在 我 国 的 发 展 .- 1

8、 -1.1.2 喷 泉 的 应 用 状 况 .- 2 -1.1.3 现 代 喷 泉 中 遇 到 的 问 题 .- 2 -1.2 喷 泉 的 种 类 .- 2 -1.3 喷 泉 中 的 一 些 新 技 术 .- 3 -1.4 设 计 的 主 要 研 究 内 容 和 安 排 .- 3 -1.5 本 章 小 结 .- 3 -第 2 章 系 统 控 制 方 案 的 确 定 .- 4 -2.1 主 控 制 器 方 案 分 析 及 选 择 .- 4 -2.2 喷 泉 控 制 方 案 的 分 析 及 选 择 .- 5 -2.3 喷 泉 的 控 制 要 求 .- 6 -2.4 本 章 小 结 .- 9 -第

9、3 章 花 样 喷 泉 的 硬 件 设 计 .- 10 -3.1 硬 件 的 选 择 .- 10 -3.1.1 PLC 的 概 述 .- 10 -3.1.2 PLC 的 选 择 方 案 .- 10 -3.1.3 水 泵 的 选 择 方 案 .- 12 -3.1.4 喷 头 的 选 择 .- 12 -3.1.5 电 机 与 变 频 器 的 选 择 .- 15 -3.1.6 电 磁 阀 的 选 择 .- 16 -3.1.7 接触器和固态继电器的选择 .- 16 -3.2 控 制 面 板 的 设 计 .- 17 -3.3 本 章 小 结 .- 17 -第 4 章 花 样 喷 泉 系 统 的 软 件

10、设 计 .- 18 -4.1 花 样 喷 泉 的 PLC 控 制 流 程 图 .- 18 -4.2 I/O 模 块 的 选 择 .- 19 -4.2.1 PLC I/O 分 配 简 介 .- 19 -4.2.2 开 关 量 输 出 模 块 的 选 择 .- 20 -4.2.3 模 拟 量 I/O 模 块 的 选 择 .- 20 -4.2.4 特 殊 功 能 模 板 的 选 择 .- 20 -4.3 系 统 I/O 的 分 配 表 .- 20 -4.4 PLC 的 外 部 接 线 图 .- 21 -4.5 音 乐 控 制 部 分 .- 22 -4.6 编 程 软 件 的 使 用 .- 23 -4

11、.7 系 统 的 主 程 序 设 计 .- 25 -4.7.1 启动和停止的设计 .- 25 -4.7.2 花 样 喷 泉 控 制 的 的 设 计 .- 25 -4.8 系 统 程 序 的 可 行 性 .- 26 -常州工学院电子信息与电气工程学院毕业设计说明书IV4.9 本 章 小 结 .- 26 -第 5 章 系 统 的 仿 真 与 调 试 .- 27 -5.1 仿 真 软 件 的 选 择 .- 27 -5.2 系 统 的 调 试 .- 28 -第 6 章 总 结 .- 31 -参 考 文 献 .- 32 -致 谢 .- 34 -附 录 A .- 35 -附录 B .- 38 -附录 C

12、.- 39 -附录 D.- 40 -绪论- 1 -第 1 章 绪 论1.1 喷 泉 的 发 展1.1.1 喷 泉 在 我 国 的 发 展我 国 在 二 十 世 纪 八 十 年 代 初 ， 喷 泉 只 是 做 为 一 个 技 术 细 节 被 建 筑 师 运 用 于 排 水 和园 林 造 景 设 计 ， 从 设 计 到 产 品 制 作 ， 当 时 并 没 有 相 对 规 模 化 的 工 程 安 装 。 只 是 在 游 乐园 、 公 园 等 一 些 公 共 建 筑 中 能 看 到 些 中 、 小 喷 泉 ， 产 品 的 水 平 也 是 简 单 、 粗 放 的 。 但是 进 入 二 十 世 纪 八 十

13、 年 代 之 后 ， 随 着 祖 国 整 体 经 济 的 恢 复 和 发 展 ， 在 人 民 生 活 水 平 得到 提 高 的 情 况 下 ， 一 部 分 城 市 的 园 林 主 管 部 门 以 及 城 市 的 建 设 部 门 将 喷 泉 考 虑 到 园 林景 区 的 改 造 和 城 市 的 规 划 中 ， 但 是 我 们 对 于 喷 泉 又 有 了 新 的 要 求 ， 这 些 要 求 大 多 数 来自 于 环 境 的 美 化 和 我 们 对 于 文 化 氛 围 的 营 造 ， 一 些 水 利 设 计 院 、 建 筑 单 位 、 园 林 规 划单 位 、 和 许 多 研 究 所 以 及 大 专

14、 院 校 ， 在 给 排 水 、 机 电 控 制 、 土 建 结 构 等 以 前 所 传 统 拥有 的 技 术 得 到 了 融 合 之 后 ， 并 且 由 于 当 时 单 片 机 的 运 用 ， 单 片 机 也 出 现 在 喷 泉 的 设 计中 来 ， 通 过 直 流 电 机 调 速 以 及 电 磁 阀 来 实 现 变 量 控 制 ， 良 好 的 社 会 反 映 和 社 会 效 益 给予 了 那 些 喷 泉 水 景 设 计 师 们 很 大 的 鼓 励 。 在 这 个 时 期 ， 从 事 专 业 设 计 和 生 产 的 一 些 加工 厂 和 公 司 开 始 步 入 了 建 设 和 发 展 ， 这

15、 为 之 后 喷 泉 的 专 业 发 展 打 下 了 良 好 的 基 础 ， 提供 了 强 有 力 的 力 量 。进 入 了 二 十 世 纪 九 十 年 代 ， 迅 速 的 发 展 的 社 会 主 义 市 场 经 济 ， 使 得 全 国 城 市 建 设速 度 加 快 ， 人 们 对 于 文 化 生 活 的 质 量 以 及 环 境 审 美 意 识 得 到 了 进 一 步 的 提 升 。 喷 泉 的迅 速 发 展 响 应 了 市 场 对 于 喷 泉 的 强 大 需 要 ， 这 时 候 的 喷 泉 不 光 出 现 在 公 园 里 面 、 也 不在 是 园 林 和 市 场 中 心 设 计 的 专 利

16、， 在 人 们 的 各 个 社 会 活 动 场 所 都 得 到 了 延 生 。 众 多 从事 专 业 喷 泉 设 计 和 生 产 的 公 司 以 及 工 厂 开 始 出 现 ， 如 同 雨 后 春 笋 般 的 迅 速 发 展 。 从 事喷 泉 设 计 的 专 业 技 术 人 员 把 他 们 所 学 到 信 息 技 术 以 及 计 算 机 技 术 应 用 到 喷 泉 之 中 ， 同时 电 、 火 、 光 、 雾 、 声 音 、 音 乐 、 激 光 特 效 、 水 幕 电 影 也 被 运 用 到 喷 泉 的 设 计 中 来 ，这 使 喷 泉 的 发 展 得 到 了 一 个 新 的 发 展 ， 得

17、到 了 更 广 阔 的 的 运 用 ， 喷 泉 行 业 也 在 此 期 间得 到 了 迅 速 的 发 展 。 水 景 喷 泉 专 业 委 员 会 于 2001 年 由 中 国 给 水 排 水 设 备 分 会 和 中 国 建筑 结 构 协 会 共 同 成 立 ， 行 业 组 织 为 所 有 的 专 业 生 产 厂 家 以 及 公 司 和 那 些 城 市 园 林 的 主管 部 门 和 设 计 院 所 提 供 最 大 的 帮 助 。 一 些 大 学 和 中 专 的 园 林 专 业 或 者 建 筑 系 也 开 设 了水 景 、 喷 泉 相 关 的 专 业 课 程 ， 这 为 喷 泉 行 业 的 之 后

18、 的 蓬 勃 发 展 打 下 了 结 实 的 知 识 储 备 。常州工学院电子信息与电气工程学院毕业设计说明书- 2 -喷 泉 行 业 的 发 展 也 进 入 到 一 个 新 的 阶 段 。1.1.2 喷 泉 的 应 用 状 况随 着 城 市 化 的 加 速 发 展 ， 花 样 喷 泉 在 我 们 身 边 已 经 随 处 可 见 ， 比 如 在 广 场 、 大 厦 、小 区 等 。 花 样 喷 泉 是 一 种 人 造 的 小 气 候 ， 在 炎 热 的 夏 天 可 以 起 到 降 温 和 增 湿 的 作 用 ；也 能 让 水 体 充 氧 ， 有 利 于 水 体 提 高 增 强 自 净 能 力

19、， 这 样 可 以 防 止 水 体 黑 臭 。 人 们 经 常看 见 喷 泉 按 照 一 定 的 规 律 喷 水 ， 景 色 迷 人 ； 花 样 喷 泉 运 行 的 灵 活 性 是 评 价 花 样 喷 泉 优劣 的 关 键 ， 而 这 与 花 样 喷 泉 的 控 制 系 统 密 切 相 关 。 花 样 喷 泉 可 以 根 据 自 己 的 设 计 ， 设计 出 各 种 不 同 的 花 样 ， 也 可 以 加 上 灯 光 、 音 乐 ， 给 人 一 种 很 不 错 的 视 觉 和 听 觉 的 享 受 。传 统 的 喷 泉 所 采 用 的 控 制 系 统 一 般 是 由 单 片 机 组 成 的 ，

20、通 过 控 制 潜 水 泵 ， 让 其 进 行 间歇 工 作 ， 从 而 完 成 各 式 不 同 花 样 的 喷 水 形 态 ， 可 是 这 种 控 制 系 统 也 存 在 着 缺 点 ， 由 于采 用 额 定 是 可 控 硅 做 功 率 开 关 元 件 ， 所 以 过 电 流 能 力 差 ， 长 时 间 的 运 行 是 不 被 允 许 的 ，需 要 配 置 较 多 的 保 护 电 路 ； 程 序 的 增 减 、 修 改 和 运 行 监 视 不 灵 活 ； 抗 干 扰 能 力 差 ； 功率 因 数 较 低 等 。 为 了 有 效 解 决 上 述 问 题 ， 确 保 控 制 系 统 的 正 常

21、运 行 ， 我 们 可 以 采 用PLC 控 制 。 PLC 具 有 体 积 小 、 功 能 强 、 可 靠 性 高 等 优 点 ， 且 具 有 较 大 的 灵 活 性 和 可 扩 展性 的 特 点 ， 通 过 改 变 喷 泉 的 控 制 程 序 或 者 改 变 方 式 选 择 开 关 ， 就 可 以 改 变 花 样 喷 泉 的喷 水 规 律 ， 从 而 变 换 出 各 种 各 样 ， 可 以 适 应 不 同 季 节 、 不 同 场 合 的 喷 水 要 求 。1.1.3 现 代 喷 泉 中 遇 到 的 问 题在 现 在 喷 泉 大 势 发 展 的 今 天 ， 我 们 不 能 忽 视 其 中 产

22、 生 的 问 题 ， 只 有 直 面 问 题 ， 才能 想 办 法 去 解 决 ， 这 样 才 能 得 以 更 长 久 、 更 好 的 发 展 ：（ 1） 方 案 设 计 的 局 限 性 ， 使 很 多 喷 泉 不 能 得 以 长 久 使 用 。（ 2） 在 细 节 设 计 中 ， 未 能 做 到 完 美 ， 使 得 很 多 喷 泉 缺 少 部 分 功 能 。（ 3） 质 量 的 参 差 不 齐 ， 使 得 很 多 厂 商 和 公 司 的 信 誉 也 受 到 了 影 响 ， 影 响 了 喷 泉 的长 期 发 展 。（ 4） 节 能 、 节 水 和 环 保 还 需 要 优 化 ， 所 有 的 设

23、 计 建 设 必 须 考 虑 到 这 些 方 面 影 响 。1.2 喷 泉 的 种 类喷 泉 大 概 有 两 种 ， 一 种 是 因 地 制 宜 ， 根 据 场 地 结 构 设 计 出 来 的 喷 泉 ， 第 二 种 是 完全 根 据 人 工 意 愿 制 造 人 工 的 喷 泉 。 第 一 种 是 天 然 水 景 制 造 而 成 的 ， 比 如 瀑 布 、 水 帘 、壁 泉 、 涌 泉 、 管 流 、 雾 泉 、 溪 流 、 跌 水 、 水 涛 、 漩 涡 等 。 第 二 种 现 在 则 广 泛 应 用 与 建筑 领 域 ， 发 展 速 度 快 ， 总 类 也 变 得 更 加 的 繁 多 ，

24、比 如 程 控 喷 泉 、 旱 地 喷 泉 、 光 亮 喷 泉 、绪论- 3 -跑 动 喷 泉 、 趣 味 喷 泉 、 激 光 水 幕 喷 泉 、 超 高 喷 泉 等 。1.3 喷 泉 中 的 一 些 新 技 术在 设 计 中 ， 我 们 希 望 能 将 花 样 喷 泉 和 灯 光 效 果 ， 以 及 音 乐 播 放 联 系 在 一 起 ， 组 成一 体 的 花 样 音 乐 喷 泉 ， 播 放 音 乐 时 ， 水 柱 会 随 音 乐 的 不 同 而 呈 现 不 同 的 变 化 ， 形 成 极佳 的 观 赏 性 和 视 觉 享 受 。1.4 设 计 的 主 要 研 究 内 容 和 安 排我 们

25、根 据 实 际 生 活 中 遇 到 的 问 题 和 情 况 ， 以 花 样 喷 泉 做 为 我 们 的 研 究 课 题 ， 结 合大 量 的 资 料 以 及 文 献 ， 研 究 花 样 喷 泉 的 控 制 问 题 ， 设 计 出 一 套 可 行 性 高 的 、 完 整 的 花样 喷 泉 控 制 系 统 。我 们 的 研 究 内 容 主 要 是 设 计 出 根 据 PLC 控 制 的 花 样 喷 泉 系 统 ， 为 喷 泉 提 供 多 种 的花 样 设 计 ， 做 成 美 观 的 花 样 喷 泉 。 本 文 同 时 针 对 花 样 喷 泉 出 现 的 很 多 问 题 做 出 了 一 系列 研 究

26、 ： 喷 泉 控 制 系 统 的 组 成 ； 花 样 喷 泉 的 控 制 任 务 和 要 求 ； 花 样 喷 泉 的 硬 件 配 置 和软 件 设 计 ， 并 且 通 过 仿 真 软 件 进 行 模 拟 。1.5 本 章 小 结在 该 章 节 中 ， 我 们 主 要 讲 述 了 喷 泉 的 国 内 外 发 展 ， 以 及 喷 泉 的 应 用 现 状 ， 同 时 针对 现 代 的 喷 泉 ， 指 出 一 些 其 中 存 在 的 问 题 ， 我 们 也 提 出 了 关 于 喷 泉 设 计 中 一 些 新 的 技术 ， 也 为 我 们 之 后 的 论 文 写 作 阐 述 了 我 们 的 研 究 内

27、容 和 我 们 的 安 排 。系统控制方案的确定- 4 -第 2 章 系 统 控 制 方 案 的 确 定2.1 主 控 制 器 方 案 分 析 及 选 择对 于 主 控 制 器 方 案 ， 我 们 提 出 如 下 几 个 方 案 ：方 案 1： 利 用 单 片 机 控 制 花 样 喷 泉单 片 机 的 特 点 是 控 制 性 能 好 ， 可 靠 性 高 ， 同 时 具 有 体 积 小 ， 价 格 低 廉 ， 便 于 产 品化 等 。 正 是 由 于 这 些 特 点 ， 单 片 机 近 年 来 在 智 能 仪 器 、 机 电 一 体 化 产 品 、 实 时 控 制 家用 电 器 等 多 个 领

28、域 都 获 得 了 极 其 广 泛 的 应 用 。花 样 喷 泉 的 原 理 是 利 用 控 制 器 控 制 水 泵 的 喷 泉 的 喷 水 方 式 。 单 片 机 的 成 本 较 低 ，所 以 一 般 适 合 运 用 于 控 制 小 型 的 花 样 喷 泉 ， 单 片 机 通 知 控 制 步 进 电 机 来 控 制 电 磁 阀 ，从 而 实 现 对 喷 头 流 量 的 控 制 ， 使 喷 泉 水 姿 、 灯 光 色 彩 产 生 变 化 。 但 如 果 采 用 单 片 机 的控 制 方 案 ， 是 以 可 控 硅 做 为 功 率 开 关 元 件 ， 由 于 可 控 硅 承 受 过 电 压 、

29、过 电 流 的 能 力 较差 ， 所 以 不 能 长 时 间 运 行 ， 这 是 单 片 机 控 制 方 案 的 最 大 弊 端 。方 案 2： 使 用 三 菱 FX2N PLC 控 制 花 样 喷 泉20 世 纪 60 年 代 中 期 以 来 ， PLC 在 电 力 、 冶 金 、 化 工 等 刚 也 发 挥 了 重 大 作 用 。 尤 其实 在 进 20 年 来 计 算 机 和 信 息 技 术 的 飞 速 发 展 ， 不 断 成 倍 扩 大 的 功 能 和 成 倍 降 低 的 价 格 ，使 得 PLC、 通 讯 联 网 技 术 、 过 程 控 制 软 件 都 获 得 了 长 足 的 发 展

30、 ， 也 使 PLC 得 到 了 更 广泛 的 应 用 。PLC 的 优 点 很 多 ， 比 如 ： 简 单 易 学 的 编 程 方 法 ； 功 能 强 、 性 价 比 高 ； 硬 件 配 套 齐 全 、用 户 使 用 方 便 、 适 应 性 强 ； 可 靠 性 高 、 抗 干 扰 能 力 强 ； 系 统 的 设 计 、 安 装 、 调 试 工 作量 少 ； 维 修 工 作 量 低 、 维 修 方 便 ； 体 积 小 、 能 耗 低 等 优 点 。 而 且 PLC 在 各 个 工 业 部 门的 应 用 范 围 都 得 到 了 扩 展 。在 这 次 设 计 中 ， 在 三 菱 FX2N系 列 采

31、 用 PLC 作 为 系 统 的 主 控 器 。 三 菱 FX2N系 列 PLC具 有 小 型 、 高 速 、 高 性 能 和 方 便 等 特 点 ， 相 当 于 所 有 最 高 等 级 的 FX 系 列 超 小 型 程 序装 置 。 不 光 可 以 进 行 输 入 输 出 1625 点 的 独 立 使 用 ,也 可 以 应 用 在 许 多 基 本 的 组 件 之间 的 连 接 ， 模 拟 控 制 ,位 置 控 制 和 其 他 广 泛 的 特 殊 用 途 ,是 一 个 足 以 满 足 不 同 的 需 要 的PLC。 固 定 和 灵 活 的 系 统 配 置 也 得 到 了 我 们 的 青 睐 。

32、 我 们 将 连 续 扩 展 单 元 或 者 扩 展 模 块连 接 到 基 本 单 元 中 ， 这 样 就 能 实 现 16 到 256 的 灵 活 多 变 的 输 入 输 出 组 合 。 选 择 性 强大 ， 品 种 的 齐 全 ， 16/32/48/64/80/128 点 的 主 机 也 为 我 们 提 供 了 很 多 的 选 择 ， 而 扩 展板 块 最 小 甚 至 可 以 支 持 8 点 的 扩 展 。 我 们 可 以 根 据 我 们 自 己 对 于 电 源 和 输 出 形 式 的 需要 去 选 择 。 高 性 能 的 程 序 容 量 也 让 人 很 是 安 心 ， 800 步 RAM 内 置 于 其 中 ， 不 光 可 以 使