基于XXXPLC編程的花式噴泉研究設計

1、摘 要在游人和居民經(jīng)常光顧的場所，如公園、廣場、旅游景點及一些知名建筑前，經(jīng)常會修建一些噴泉供人們休閑、觀賞。這些噴泉按一定的規(guī)律改變噴水式樣，如果再與五顏六色的燈光相配合，在和諧優(yōu)雅的音樂中，更使人心曠神怡，流連忘返。隨著可編程控制器在我國的迅速發(fā)展，對花式噴泉的控制要求也越來越高，使得越來越多的控制部分需要可編程控制器來實現(xiàn)。使用plc控制花式噴泉，具有使用方便，運行可靠，控制程序設計簡單等優(yōu)點。用梯形圖方法編程，可以使設計思路清晰，編程簡便.若需要改變噴水花樣和噴水時間，設計方案不必作很大調(diào)整，只要把控制程序作相應的修改，即可實現(xiàn)控制目的。本設計講述的是如何利用plc控制噴泉噴水方式，產(chǎn)

2、生各樣的樣式，并給出了花式噴泉的噴水花樣，選擇西門子的plc作為控制器，分配了種噴水花樣下plc的i/o接口、設計了plc的外部接線圖及控制梯形圖，同時用mcgs組態(tài)軟件完成了花式噴泉系統(tǒng)人機界面的設計，通過人機屏面和西門子plc之間的通訊，實現(xiàn)了小型噴泉系統(tǒng)基于plc監(jiān)控。關鍵詞: plc，噴泉，控制系統(tǒng)，組態(tài)abstractthe place which patronizes frequently in the tourist and there resident, before like the park, the square, the scenic site and some wel

3、l-known constructions, will construct some eruptive fountains to supply the people leisure, watching frequently. these eruptive fountains according to certain rule change spraying of water model, if coordinates again with the colorful light, in with the harmonious graceful music, causes the human to

4、 be completely relaxed, forgets to return. as the rapid development of the programmable logic controller, it has been appied in the control field to meet the more and more demanding. with the advantages such as its high reliability and easy of use, it can simplify the design logic and programming. w

5、hen controlment demand changing, the user just need to adapt the program, avoiding modify the design plan if needs to change the pattern and time of fountains. what this article narrated is how using the plc control eruptive fountain spraying of water way, has all kinds styles. fore patterns of the

6、fountain were given. the distribution of plc is input/output interface was described under those patterns. the external hookup and ladder diagrams were designed also in this paper. the configuration realization of the system was introduced. configuration dynamic simulation was completed by communica

7、ting the configuration software and the plc hardware of siemens.keywords: plc，eruptive fountain，control system，configuration目 錄 摘 要iabstractii第1章 緒論51.1 課題研究背景51.2 課題設計目的和意義51.3 課題設計內(nèi)容6第2章 系統(tǒng)控制方案的確定82.1 花式噴泉的概述82.2 系統(tǒng)設計基本步驟92.3 系統(tǒng)控制方案102.4 花式噴泉控制系統(tǒng)的原理圖122.4.1 多花樣噴泉設計原理122.4.2 多花樣噴泉設計原理圖13第3章 系統(tǒng)硬件設計1

8、43.1 可編程控制器（plc）的選擇143.1.1 plc概述143.1.2 plc的選型143.2 開關量輸入模塊的選擇163.2.1 開關量輸入模塊的選擇163.2.2 開關量輸出模塊的選擇163.3 水泵的選型173.4 噴頭的選擇183.4.1 噴頭的介紹183.4.2 各種噴頭的選擇193.5 電磁閥的選型213.6 彩燈選型22第4章 系統(tǒng)軟件設計244.1 i/o分配表244.2 i/o接線圖244.3 花式噴泉控制系統(tǒng)流程圖254.3.1 花式噴泉控制系統(tǒng)操作說明254.3.2 花式噴泉控制系統(tǒng)的外部接線圖264.4 梯形圖設計264.5 組態(tài)監(jiān)控設計264.5.1 mcgs

9、工控組態(tài)軟件的簡介264.5.2 制作工程畫面274.5.3 變量的定義294.5.4 變量的連接314.5.5 程序運行組態(tài)監(jiān)控33結 論37參考文獻38致 謝39附 錄40第1章 緒論1.1 課題研究背景 隨著城市化進程的加速，花式噴泉可以在人們周圍隨處可見。比如廣場，大廈，小區(qū)等?；ㄊ絿娙侨嗽煨夂颍谘谉岬南娜湛梢云鸬皆鰸窈徒禍氐淖饔茫灰矠樗w充氧，有利于水體增加自凈能力，起到防止水體黑臭的作用。人們經(jīng)常看到噴泉按一定的規(guī)律噴水,景色迷人; 花式噴泉運行的靈活性是評價花式噴泉優(yōu)劣的關鍵，而這與花式噴泉的控制系統(tǒng)息息相關?；ㄊ絿娙梢愿鶕?jù)自己的設計，設計出各種各樣的花樣，加上燈光，能給

10、人有種不錯的視覺享受。傳統(tǒng)的噴泉控制采用單片機控制原理，通過可控硅作為功率開關元件，完成對潛水泵間歇工作的控制，可實現(xiàn)各種花式的噴水，但是這種控制系統(tǒng)在實踐中存在以下缺點：由于可控硅承受過電壓、過電流的能力差，因而不能長時間運行；需要配置較多的保護電路；程序的增減、修改和運行監(jiān)視不靈活；抗干擾能力差；功率因數(shù)較低等。為有效解決上述問題，確?？刂葡到y(tǒng)的正常運行，我們就可以采用plc 控制。1985年國際電子委員會（iec）對plc的定義如下：plc是自動控制技術，計算機技術和通訊技術于一體的一種新型工業(yè)控制裝置，已躍居工業(yè)自動化三大支柱（plc、robot、cad/cam）的首位?？删幊炭刂破鳎?/p>

11、簡稱plc。它在集成電路、計算機技術的基礎上發(fā)展起來的一種新型工業(yè)控制設備。具有1.可靠性高、抗干擾能力強；2.設計、安裝容易；3.維修工作量少；4.功能強、通用性好；5.開發(fā)周期短、成功率高；6.體積小、重量輕、功耗底等特點。具有功能強、可靠性高、配置靈活、使用方便以及體積小、重量輕等優(yōu)點，已經(jīng)廣泛應用于自動化控制的各個領域，并已成為工業(yè)生產(chǎn)自動化的支柱產(chǎn)品。與繼電觸發(fā)器系統(tǒng)相比系統(tǒng)更加可靠；價格上能與繼電接觸器控制系統(tǒng)競爭；易于在現(xiàn)場變更程序；便于使用、維修、維護；能直接推動電磁閥、接觸器與之相當?shù)膱?zhí)行機構；能向中央執(zhí)行機構。因此，進行花式噴泉的plc控制系統(tǒng)的設計，可以推動噴泉行業(yè)的發(fā)展

12、，擴大plc在自動控制領域的應用，具有一定的經(jīng)濟和理論研究的價值。1.2 課題設計目的和意義 近年來我國經(jīng)濟的不斷發(fā)展，物質生活水平的提高促使著人們迫切的追求更高的生活享受，于是大大小小的公園如雨后春筍般出現(xiàn)在新的城市規(guī)劃中，其中必然會修建一些噴泉供人們休閑、觀賞。這些噴泉按一定的規(guī)律改變噴水式樣，如果再與五顏六色的燈光相配合，在和諧優(yōu)雅的音樂中，更是令人心曠神怡，流連忘返。其中plc控制的花式噴泉更是作為佼佼者，以其簡單的操作方法和絢爛的視覺效果飽受人們的稱贊。而通過用plc設計花式噴泉，熟悉掌握了plc編程和程序調(diào)試方法。進一步了解plc的i/o連接。進一步熟悉定時移位的編程指令的應用，學

13、習電氣可編程中的基本實驗器件及plc編程等的綜合應用。鞏固和加深對plc編程控制器的理解和應用。掌握硬件實驗裝置的方法。1.3 課題設計內(nèi)容 本設計將在以下幾個方面對花式噴泉的控制系統(tǒng)進行研究和論證。（1）花式噴泉控制系統(tǒng)的組成本設計的多花樣噴泉采用西門子編程軟件進行plc編程，利用plc的工作原理，結合按鈕、開關、電源電路進行設計，將軟件和硬件有機地結合起來，使得系統(tǒng)能夠實現(xiàn)多花樣噴泉各種模式的變化以及控制。（2）花式噴泉的控制任務和要求本設計以花式噴泉為研究對象，采用plc作為噴泉的控制器，對花樣噴泉控制系統(tǒng)總體功能進行分析，提出對噴泉硬件的各組成模塊及詳細的硬件模塊設計方案，并對控制方式

14、進行設計和程序的編寫。要求設計要求畫出本系統(tǒng)的控制系統(tǒng)框圖，硬件接線圖；對硬件部分進行選型（包括plc、各種傳感器及其外圍設備、數(shù)模和模數(shù)轉換器件等）；編寫和調(diào)試控制程序。（3）花式噴泉的硬件系統(tǒng)的配置本課題選擇s7-200作為控制器，s7-200 plc系統(tǒng)是緊湊型可編程控制器，它能夠滿足各種設備的自動化控制需求。使用范圍可覆蓋從替代繼電器的簡單控制到更復雜的自動化控制，應用領域極為廣泛。德國simatic （西門子）公司的s7-200plc，具有以下優(yōu)點： 1、a/d、d/a轉換精度及轉換速度高，一個模擬量模塊帶3路a/d，1路d/a，a/d、d/a轉換速度高為125us，為保證系統(tǒng)的采樣

15、、控制精度及調(diào)節(jié)速度提供了基本的物理條件。其他廠家plc的模擬量模塊的a/d、d/a轉換速度均為ms級，不具備必要條件，而且s7-200plc的模擬量模塊的價格不過300人民幣，為同類最低，因此具有很好的性能價格比；2、cpu運算速度快，0.37us/位，指令豐富：具有浮點運算、指針運算、中斷、通訊響應、pid運算、pwm脈沖輸出等功能，存儲容量大，充分適應現(xiàn)代控制技術，如最優(yōu)控制、自適應控制、變結構控制等控制算法的要求；3、輸入/輸出點多、響應快， 24輸入/16，每點可設置濾波參數(shù)，4個20khz高速計數(shù)器，2個高速輸出口，適應實時控制的要求；4、通訊組網(wǎng)能力強，配有2個232/485通訊

16、口，可方便連接232/485/422等通訊接口，適應監(jiān)控系統(tǒng)的要求；5、可靠性高，將cpu模塊，輸入/輸出io模塊，通訊模塊高度集成一體，簡化結構，使用方便。事實證明s7-200plc可編程序控制器完全滿足花式噴泉系統(tǒng)的要求，具有較好的性能1 崔元明.可編程器件應用導論 j.清華大學出版社,2000.。（4）花式噴泉控制系統(tǒng)軟件mcgs的應用2 嚴盈富 監(jiān)控組態(tài)軟件與plc入門.北京：人民郵電出版社，2006.2在本設計中選用了目前運用最多的plc編程語言梯形圖，梯形圖的編程能直觀明了的設計花式噴泉控制的要求，梯形圖的編寫運用西門子step7編程軟件，此軟件支持s7-200plc，并且具有強大

17、的診斷功能，能更快的查找出故障的原因，從而大大縮短了維修時間。組態(tài)軟件的選擇為mcgs，mcgs組態(tài)軟件可用于花式噴泉設計，mcgs全中文工業(yè)自動化控制組態(tài)軟件是一套32位工控組態(tài)軟件。它的主要特點有：延續(xù)性和可擴充性 使用mcgs工控組態(tài)軟件開發(fā)的應用程序，當現(xiàn)場（包括硬件設備或系統(tǒng)結構）或用戶需求發(fā)生改變時，不需作很多修改而方便地完成軟件的更新和升級；封裝性（易學易用）mcgs工控組態(tài)軟件所能完成的功能都用一種方便用戶使用的方法包裝起來，對于用戶，不需掌握太多的編程語言技術（甚至不需要編程技術），就能很好地完成一個復雜工程所要求的所有功能；通用性和可擴充性每個用戶根據(jù)工程實際情況，利用mc

18、gs工控組態(tài)軟件提供的底層設備（plc、智能儀表、智能模塊、板卡、變頻器等）的設備驅動、開放式的數(shù)據(jù)庫和畫面制作工具，就能完成一個具有動畫效果、實時數(shù)據(jù)處理、歷史數(shù)據(jù)和曲線并存、具有網(wǎng)絡功能的工程，不受行業(yè)限制。第2章 系統(tǒng)控制方案的確定 2.1 花式噴泉的概述 噴泉是一種將水或其他液體經(jīng)過一定壓力通過噴頭灑出來具有一定形狀的組合體，提供水壓的一般為水泵?，F(xiàn)代城市中的噴泉形式已十分豐富。隨著構筑物的大小及水壓等的變化，噴泉或高或低、或珠或霧，精彩紛呈?？煞譃橐韵?種3 王克強 音樂噴泉概述 m ，太原：太原理工大學出版社，20063：（1）普通噴泉只有簡單的幾種固定水型及燈光，隨著電源的開閉而

19、控制噴泉的運行、水型和燈光開關。一般為早期產(chǎn)品或只用于裝飾性噴泉時使用，其特點是 設計簡單，效果單一。（2）普通程控噴泉按照池中幾種噴嘴系統(tǒng)，在程序控制器中編制幾種控制程序，通過程控器發(fā)出控制信號控制低壓繼電器，再由繼電器控制水泵交流接觸器， 使水型及燈光有幾種交替的變化樣式，這種控制也可以用多路時間繼電器、同步控制器、plc 或帶有 plc 功能人機界面替代。 普通噴泉造價低，檔次不高，效果也不盡令人滿意，此一般應用于中小型噴泉。（3）跳跳噴泉又名光亮泉，是一種高科技水景藝術，水形似根根晶瑩透徹地冰柱，一條條、一串串飛向空中，輕舞飛揚，不濺不散。如果是一對跳跳泉，可實現(xiàn)長對跳、中對跳、 短對

20、跳、錯位跳等，令人目不暇接。如果安裝的個數(shù)多于兩個，編制程序后還可以增加追逐、跟蹤等功能。（4）游戲噴泉 游戲噴泉是一種互動式噴泉，人們可以融入噴泉水景中進行各種戲水活動，如穿過由彩虹狀水型形成的隧道彩虹飛渡；由水型形成的矩陣迷宮迷宮泉；還 可以實現(xiàn)水炮打靶靶泉；人在噴泉上走時突然冒出噴泉水雷泉；池邊安裝受話器，用吶喊聲音大小，來變頻控制噴泉水柱的高低喊泉；以及用腳踩鋼琴鍵發(fā) 出音符的同時噴出高低對應的水柱琴音泉；通過觸摸改變水柱的顏色或水流方向、形態(tài)、產(chǎn)生水霧、氣泡甚至跳出彩球和獎品等的各種噴泉，給人帶來輕松愉悅的 心情。游戲噴泉只根據(jù)游人的動作發(fā)生反應，這種反應具有不確定性，因此增強了娛樂

21、性和參與性的氛圍，給游人其樂無窮美好感受。（5）水珍珠噴泉利用特殊音波將水變成球體的噴水裝置和全頻高速閃光燈的視覺殘像效果組成的產(chǎn)品：水珍珠可在1秒鐘內(nèi)連續(xù)噴出50-60顆大小的水珠，用專用全頻高速閃光燈 實現(xiàn)水珠懸浮在空中的動人景象。這種全頻高速閃光燈和普通閃光燈不同，它可高速閃光，看起來與自然的室內(nèi)照明無兩樣。水珍珠與普通噴水不同，它不僅僅是單一 的空間裝飾，而且可在噴泉設施中利用水的視覺、觸覺效果，為人們提供藝術性和觀賞性。水珠大小、噴水形狀可據(jù)不同用途安裝在不同的地方。（6）跑泉跑泉是在多個一線排列的噴嘴上，利用plc的程序控制每個噴嘴上安裝的噴泉專用電磁閥（電磁閥開關速度達 10次/

22、s 20次/s），將1020個噴嘴上的電磁閥 一起噴水，以 36個噴嘴為一組，當后一組噴嘴開啟時前一組噴嘴關閉，快速循環(huán)運行形成奔跑的動態(tài)噴泉。利用程序還可以做成跳動波動的噴泉，效果令人有振奮進取的心情。（7）搖擺泉搖擺噴泉一般由搖擺機和對稱的兩組噴水管道及管道上多個噴嘴組成，搖擺機經(jīng)變頻調(diào)速后控制兩組管道轉動，控制管道上噴出水柱的搖擺速度，形成如“ 鯤鵬展翅”、“光芒萬丈”等橫向、縱向、斜向、三三搖擺造型噴泉，令人像是置身于虛無縹緲的境界，有心曠神怡的感受。在這個課題中我設計的是普通程控噴泉。2.2 系統(tǒng)設計基本步驟 在花式噴泉控制系統(tǒng)的設計過程中主要考慮以下幾點：1、在滿足功能要求及保證可

23、靠、維護方便的前提下,力爭最佳的性能價格比的情況下選擇plc的型號。2、確定i/o設備。根據(jù)花式噴泉控制系統(tǒng)的功能要求，確定系統(tǒng)所需的輸入、輸出設備。常用的輸入設備有按鈕、選擇開關等，常用的輸出設備有指示燈等。3、分配i/o點，分配plc的輸入輸出點，編制出輸入輸出分配表或輸入輸出端子 的接線圖。4、設計花式噴泉系統(tǒng)的梯形圖程序，根據(jù)工作要求設計出周密完整的梯形圖（6）程序，這是整個花式噴泉系統(tǒng)設計的核心工作。5、根據(jù)要實現(xiàn)的花式噴泉的樣式繪制mcgs監(jiān)控界面圖。6、將程序輸入plc進行軟件測試，查找錯誤，使系統(tǒng)程序更加完善，然后再進入實驗室進行調(diào)試。2.3 系統(tǒng)控制方案花式噴泉系統(tǒng)的控制要求

24、如下：1、按下啟動按鈕，噴泉裝置開始工作，按下停止按鈕，噴泉控制裝置停止工作。 2、噴泉工作方式由花樣選擇開關和單步開關決定。 3、當單步開關在單步位置時，噴泉只能按照花樣選擇開關設定的方式，運行一個循環(huán)，否則就連續(xù)循環(huán)下去。 4、花樣選擇開關用于選擇噴泉的噴水花樣，現(xiàn)考慮四種噴水花樣。 花樣1按下啟動按鈕后，4號噴頭噴水，延時2秒后，3號噴頭噴水，在延時2秒后，2號噴頭噴水，再延時2s，1號噴水。15秒后，如果為單步工作方式，則停下來，否則繼續(xù)循環(huán)下去。如圖2.1：圖2.1 花樣1花樣2 按下啟動按鈕后，1號噴頭噴水，延時2秒后，2號噴頭噴水，再延時2秒后，3號噴頭噴水，有延時2秒后，4號噴

25、頭噴水。30秒后，如果為單步工作方式，則停下來，否則繼續(xù)循環(huán)下去。如圖2.2圖2.2 花樣2花樣3按下啟動按鈕后，1號、3號噴頭同時噴水，延時3秒后，2號、4號噴頭噴水，1號、3號噴頭停止噴水。如此交替15秒后，4組噴頭全噴水，30秒后，如果為單步工作方式，則停下來，否則繼續(xù)循環(huán)下去。如圖2.3：圖2.3 花樣3 花樣4 按下啟動按鈕后，1234按順序延時2s噴水，然后一起噴水30s后，1、2、3和4號水管分別延時2s停水，再等待1s，由4321反序分別延時2s噴水，然后再一起噴水30s為一個循環(huán)。如果為單步工作方式，則停下來，否則繼續(xù)循環(huán)下去。如圖2.4：圖2.4 花樣4無論在什么工作方式，

26、按下停止按鈕后，噴水池將停止運行。2.4花式噴泉控制系統(tǒng)的原理圖2.4.1 多花樣噴泉設計原理4 張延燦 噴泉工程發(fā)展及其設計問題（上） m ，北京：科學之友，1998噴泉控制系統(tǒng)由啟動控制程序、位移脈沖控制程序、位移及復位控制程序、驅動控制程序組成。通過位移脈沖控制程序實現(xiàn)子元件中的內(nèi)容在存儲器間的移動，通過復位控制程序實現(xiàn)噴泉花樣的循環(huán)，通過驅動控制程序實現(xiàn)噴泉的噴射。2.4.2 多花樣噴泉設計原理圖圖2.5 花樣噴泉設計原理圖圖2.6花樣噴泉控制plc接線圖第3章 系統(tǒng)硬件設計3.1 可編程控制器（plc）的選擇3.1.1 plc概述可編程邏輯控制器（programmable logic

27、 controller，plc），它采用一類可編程的存儲器，用于其內(nèi)部存儲程序，執(zhí)行邏輯運算、順序控制、定時、計數(shù)與算術操作等面向用戶的指令，并通過數(shù)字或模擬式輸入/輸出控制各種類型的機械或生產(chǎn)過程。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，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)對負載的控制。plc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)，因而具有以下基本的功能5 何獻忠 可編程控制器應用技術（西門

28、子s7-200系列）m，北京：清華大學出版社，20075：（1）邏輯處理功能；（2）數(shù)據(jù)運算功能；（3）準確定時功能；（4）高速計數(shù)功能；（5）中斷處理（可以實現(xiàn)各種內(nèi)部中斷）功能；（6）程序與數(shù)據(jù)存儲功能；（7）聯(lián)網(wǎng)通信功能；（8）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的選型plc產(chǎn)品的種類繁多。plc的型號不同,對應著其結構形式、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重。因此,合理選用plc，對于提高plc控制系統(tǒng)的技術經(jīng)濟指標有著重要意義。 plc機型的選擇：plc的選擇主要應從plc 的機型、容

29、量、i/o模塊、電源模塊、特殊功能模塊、通信聯(lián)網(wǎng)能力等方面加以綜合考慮。plc機型選擇的基本原則是在滿足功能要求及保證可靠、維護方便的前提下，力爭最佳的性能價格比。選擇時應主要考慮到合理的結構型式，安裝方式的選擇，相應的功能要求，響應速度要求，系統(tǒng)可靠性的要求，機型盡量統(tǒng)一等因素。(1)合理的結構型式plc主要有整體式和模塊式兩種結構型式。整體式plc的每一個i/o點的平均價格比模塊式的便宜,且體積相對較小，一般用于系統(tǒng)工藝過程較為固定的小型控制系統(tǒng)中；而模塊式plc的功能擴展靈活方便，i/o點數(shù)、輸入點數(shù)與輸出點數(shù)的比例、i/o模塊的種類等方面選擇余地大，且維修方便，一般于較復雜的控制系統(tǒng)。

30、(2)安裝方式的選擇plc系統(tǒng)的安裝方式分為集中式、遠程i/o式以及多臺plc聯(lián)網(wǎng)的分布式。集中式不需要設置驅動遠程i/o硬件，系統(tǒng)反應快、成本低；遠程i/o式適用于大型系統(tǒng)，系統(tǒng)的裝置分布范圍很廣，遠程i/o可以分散安裝在現(xiàn)場裝置附近，連線短，但需要增設驅動器和遠程i/o電源；多臺plc聯(lián)網(wǎng)的分布式適用于多臺設備分別獨立控制，又要相互聯(lián)系的場合，可以選用小型plc,但必須要附加通訊模塊。(3)相應的功能要求一般小型(低檔)plc具有邏輯運算、定時、計數(shù)等功能,對于只需要開關量控制的設備都可滿足。對于以開關量控制為主,帶少量模擬量控制的系統(tǒng)，可選用能帶a/d和d/a轉換單元，具有加減算術運算、

31、數(shù)據(jù)傳送功能的增強型低檔plc。對于控制較復雜,要求實現(xiàn)pid運算 、閉環(huán)控制、通信聯(lián)網(wǎng)等功能，可視控制規(guī)模大小及復雜程度，選用中檔或高檔plc。但是中、高檔plc價格較貴,一般用于大規(guī)模過程控制和集散控制系統(tǒng)等場合。(4)響應速度要求plc是為工業(yè)自動化設計的通用控制器，不同檔次plc的響應速度一般都能滿足其應用范圍內(nèi)的需要。如果要跨范圍使用plc，或者某些功能或信號有特殊的速度要求時，則應該慎重考慮plc的響應速度，可選用具有高速i/o處理功能的plc，或選用具有快速響應模塊和中斷輸入模塊的plc等。(5)系統(tǒng)可靠性的要求對于一般系統(tǒng)plc的可靠性均能滿足。對可靠性要求很高的系統(tǒng),應考慮是

32、否采用冗余系統(tǒng)或熱備用系統(tǒng)。(6)機型盡量統(tǒng)一一個企業(yè)應盡量做到plc的機型統(tǒng)一。主要考慮到以下三方面問題：1、 機型統(tǒng)一，其模塊可互為備用，便于備品備件的采購和管理。2、 機型統(tǒng)一，其功能和使用方法類似，有利于技術力量的培訓和技術水平的提高。3、 機型統(tǒng)一，其外部設備通用，資源可共享，易于聯(lián)網(wǎng)通信，配上位計算機后易于形成一個多級分布式控制系統(tǒng)。綜上，為了保證系統(tǒng)的實用性、可靠性，故本次設計選用西門子s7-200cpu266主機增加到40個數(shù)字量i/o點。最大擴至24個數(shù)字量i/o點或35路模擬i/o點。i/o模塊的型號和數(shù)量每一塊的點數(shù)可分為4、8、16、32和64點。依照設計要求需要，選用

33、6es72162ad230xb8cpu226, dc ps, 24de dc/16da dc-cn2331.84型。3.2 開關量輸入模塊的選擇 3.2.1 開關量輸入模塊的選擇開關量輸入模塊是用來接收現(xiàn)場輸入設6 江秀漢、湯楠 可編程控制器原理及應用 m第二版西安科技大學出版社,2003.6備的開關信號，將信號轉換為plc內(nèi)部接受的低電壓信號，并實現(xiàn)plc內(nèi)、外信號的電氣隔離。開關量輸入模塊有直流輸入、交流輸入和交流直流輸入三種類型。選擇時主要根據(jù)現(xiàn)場輸入信號和周圍環(huán)境因素等。直流輸入模塊的延遲時間較短，還可以直接與接近開關、光電開關等電子輸入設備連接；交流輸入模塊可靠性好，適合于有油霧、粉

34、塵的惡劣環(huán)境下使用。 開關量輸入模塊的輸入信號的電壓等級有：直流5v、12v、24v、48v、60v等；交流110v、220v等。選擇時主要根據(jù)現(xiàn)場輸入設備與輸入模塊之間的距離來考慮。一般5v、12v、24v用于傳輸距離較近場合，如5v輸入模塊最遠不得超過10米。距離較遠的應選用輸入電壓等級較高的模塊。開關量輸入模塊主要有匯點式和分組式兩種接線方式，即匯點式和分組式。匯點式的開關量輸入模塊所有輸入點共用一個公共端（com）；而分組式的開關量輸入模塊是將輸入點分成若干組，每一組（幾個輸入點）有一個公共端，各組之間是分隔的。分組式的開關量輸入模塊價格較匯點式的高，如果輸入信號之間不需要分隔，一般選

35、用匯點式的。對于選用高密度的輸入模塊(如32點、48點等)，應考慮該模塊同時接通的點數(shù)一般不要超過輸入點數(shù)的60。為了提高系統(tǒng)的可靠性，必須考慮輸入門檻電平的大小。門檻電平越高，抗干擾能力越強，傳輸距離也越遠，具體可參閱plc說明書。3.2.2 開關量輸出模塊的選擇開關量輸出模塊是將plc7 張萬忠 電器與plc控制技術，北京：化學工業(yè)出版社，2003.7內(nèi)部低電壓信號轉換成驅動外部輸出設備的開關信號，并實現(xiàn)plc內(nèi)外信號的電氣隔離。開關量輸出模塊有繼電器輸出、晶閘管輸出和晶體管輸出三種方式。繼電器輸出的價格便宜，既可以用于驅動交流負載，又可用于直流負載，而且適用的電壓大小范圍較寬、導通壓降小

36、，同時承受瞬時過電壓和過電流的能力較強，但其屬于有觸點元件，動作速度較慢（驅動感性負載時，觸點動作頻率不得超過1hz）、壽命較短、可靠性較差，只能適用于不頻繁通斷的場合。對于頻繁通斷的負載，應該選用晶閘管輸出或晶體管輸出，它們屬于無觸點元件。但晶閘管輸出只能用于交流負載，而晶體管輸出只能用于直流負載。開關量輸出模塊主要有分組式和分隔式兩種接線方式。 分組式輸出是幾個輸出點為一組，一組有一個公共端，各組之間是分隔的，可分別用于驅動不同電源的外部輸出設備；分隔式輸出是每一個輸出點就有一個公共端，各輸出點之間相互隔離。選擇時主要根據(jù)plc輸出設備的電源類型和電壓等級的多少而定。一般整體式plc既有分

37、組式輸出，也有分隔式輸出。開關量輸出模塊的輸出電流(驅動能力)必須大于plc外接輸出設備的額定電流。用戶應根據(jù)實際輸出設備的電流大小來選擇輸出模塊的輸出電流。如果實際輸出設備的電流較大，輸出模塊無法直接驅動，可增加中間放大環(huán)節(jié)。選擇開關量輸出模塊時，還應考慮能同時接通的輸出點數(shù)量。同時接通輸出設備的累計電流值必須小于公共端所允許通過的電流值，如一個220v2a的點輸出模塊，每個輸出點可承受2a的電流，但輸出公共端允許通過的電流并不是16a(82a)，通常要比此值小得多。一般來講，同時接通的點數(shù)不要超出同一公共端輸出點數(shù)的60。開關量輸出模塊的技術指標，它與不同的負載類型密切相關，特別是輸出的最

38、大電流。另外，晶閘管的最大輸出電流隨環(huán)境溫度升高會降低，在實際使用中也應注意。3.3 水泵的選型泵是一種面大量廣通用型號機械設備，它廣泛地應用于石油、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經(jīng)濟指標，使之符合經(jīng)濟、安全、適用的原則。具體

39、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?，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

40、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一體，結構緊湊，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，具有結構緊湊、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、工作介質為清水或化學性質類似于清水的液體。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

41、量、水質、價格等方面考慮該噴泉選擇qs系列的潛水泵，如圖3.1所示。圖3.1 qs系列潛水泵3.4 噴頭的選擇3.4.1 噴頭的介紹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，噴頭顯得豪華氣派。其工藝精巧美觀，結構合理，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。3.4.2 各種噴頭的選擇(1) a組噴頭的選擇a組位于中間位置，需要噴出雄壯并且噴射高度高得水柱，所以a組噴頭選擇直上噴頭。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

42、不完全相同時，大小噴嘴布設得當，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：鑄銅、不銹鋼，如圖3.2所示。圖3.2 直上噴頭實物圖及安裝簡圖(2) b組噴頭的選擇b組位于第二層的位置，所噴出的水柱應該比a組所噴出的水柱稍細比a組所噴的水柱要低。所以我b組選擇可調(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：鑄銅、不銹鋼，如圖3.3所示。圖3.

43、3 可調(diào)直流噴頭實物圖及安裝簡圖(3) c組噴頭的選擇c組噴頭應該比b組噴頭噴射高度略低比d組略高，所噴水柱比b組水柱略粗壯、挺拔。所以c組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，抗風力較強。噴頭安裝在導流筒上端與水面齊平，噴水時能將池水帶出，形成粗大壯觀的水柱。噴頭材質：鑄銅、不銹鋼，如圖3.4所示。圖3.4 樹冰形噴頭實物圖及安裝簡圖(4) d組噴頭的選擇d組位于該噴泉的最外側，水柱所噴高度應該最低，水量應該較大，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

44、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：鑄銅、不銹鋼，如圖3.5所示。圖3.5 涌泉噴頭實物圖及安裝簡圖3.5 電磁閥的選型電磁閥里有密閉的腔，在的不同位置開有通孔，每個孔都通向不同的水管，腔中間是閥，兩面是兩塊電磁鐵，哪面的磁鐵線圈通電閥體就會被吸引到哪邊，通過控制閥體的移動來檔住或漏出不同的排水的孔，而進水孔是常開的，液壓水就會進入不同的排水管，然后通過水的壓力來推動水剛的活塞，活塞又帶動活塞桿，活塞竿帶動機械裝置動。這樣通過控制電磁鐵的電流就控制了機械運動8 王世橋 電磁閥、cp控制器在音樂噴泉中的應用 d

45、，山東：上海軍航工程學院，2007?，F(xiàn)在常用的電磁閥的有：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。電磁閥在選型時的注意事項：一、適用性。根據(jù)持續(xù)工作時間長短來選擇：常閉、常開、或可持續(xù)通電 ，當電磁閥需要長時間開啟，并且持續(xù)的時間多余關閉的時間應選用常開型。 要是開啟的時間短或開和關的時間不多時，則優(yōu)先選用常閉型。 但是有些用于安全保護的工況，如爐窯火焰監(jiān)測、鍋爐加溫系統(tǒng)，則不能選常開時，應選用可持續(xù)長期通電型。電磁閥在選擇時要注意：管路中的流體必須和選用的電磁閥系列型號中標定的介質一致。流體的溫度必須小于選用電磁閥的標定溫度。電磁閥允許液體粘度一般在20cst以下，

46、大于20cst應注明。工作壓差，管路最高壓差在小于0.04mpa時應選用如zs,2w,zqdf,zcm系列等直動式和分步直動式；最低工作壓差大于0.04mpa時可選用先導式（壓差式）電磁閥；最高工作壓差應小于電磁閥的最大標定壓力；一般電磁閥都是單向工作，因此要注意是否有反壓差，如有安裝止回閥。 流體清潔度不高時應在電磁閥前安裝過濾器，一般電磁閥對介質要求清潔度要好。注意流量孔徑和接管口徑；電磁閥一般只有開關兩位控制；條件允許請安裝旁路管，便于維修；有水錘現(xiàn)象時要定制電磁閥的開閉時間調(diào)節(jié)。注意環(huán)境溫度對電磁閥的影響。電源電流和消耗功率應根據(jù)輸出容量選取，電源電壓一般允許10%左右，必須注意交流起

47、動時va值較高。二、可靠性。電磁閥分為常閉和常開二種；一般選用常閉型，通電打開，斷電關閉；但在開啟時間很長關閉時很短時要選用常開型了。壽命試驗，工廠一般屬于型式試驗項目，確切地說我國還沒有電磁閥的專業(yè)標準，因此選用電磁閥廠家時慎重。動作時間很短頻率較高時一般選取直動式，大口徑選用快速系列。三、安全性。一般電磁閥不防水，在條件不允許時請選用防水型，工廠可以定做。電磁閥的最高標定公稱壓力一定要超過管路內(nèi)的最高壓力，否則使用壽命會縮短或產(chǎn)生其它意外情況。有腐蝕性液體的應選用全不銹鋼型，強腐蝕性流體宜選用塑料王（slf）電磁閥。四、經(jīng)濟性。有很多電磁閥可以通用，但在能滿足以上三點的基礎上應選用最經(jīng)濟的

48、產(chǎn)品9 王整風 可編程控制器原理與實踐教程，上海：上海交通大學出版社，2007.。圖3.6 水用電磁閥3.6 彩燈選型彩燈，又名花燈，是我國普遍流行的傳統(tǒng)的民間的綜合性的工藝品。彩燈藝術也就是燈的綜合性的裝飾藝術。彩燈的產(chǎn)生，是從人類運用火、發(fā)明燈、制造燈具等發(fā)展而來的。隨著人們審美觀的變化，彩燈藝術得到了更大的發(fā)展，特別是隨著我國科學技術的發(fā)展，彩燈藝術更是花樣翻新，奇招頻出，傳統(tǒng)的制燈工藝和現(xiàn)代科學技術緊密結合，將電子、建筑、機械、遙控、聲學、光導纖維等新技術、新工藝用于彩燈的設計制作，把形、色、光、聲、動相結合，思想性、知識性、趣味性、藝術性得到了完美的統(tǒng)一。用于噴泉中的彩燈，無論它的性

49、能還是它的各方面的參數(shù)，都有特別的要求。首先性能要求它要耐用，因為噴泉彩燈一般都是安裝埋在地下的，地下的周圍環(huán)境和地上迥然不同，這對彩燈的穩(wěn)定性要求很高，又因為它是埋在地下，安裝拆卸時很麻煩，故不能故障頻發(fā)，影響噴泉的整體觀賞性；另外，對于彩燈顏色的要求也決定了噴泉的觀賞性，它的發(fā)光強度要至少滲透到水柱的23高度。圖3.7所示為噴泉的水下彩燈：圖3.7 噴泉彩燈該噴泉用四組彩燈分別為紅，綠，黃，藍。從里到外分別對應a處用紅色的彩燈，b處為綠色的彩燈，c處為黃色彩燈，d處為藍色彩燈。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

50、達到上述的要求，因此本設計選擇ac 220v led水下燈，如圖3.8所示。圖3.8 led水下燈第4章 系統(tǒng)軟件設計4.1 i/o分配表根據(jù)題目的要求，設置下表所示的i/o分配表。其中i0.7是用來控制總的運行的，i0.7有效，則處于斷電狀態(tài)，其他按鍵都無效。sb1和sb2分別為運行過程中的啟動和停止開關。四個噴頭分別用四盞燈表示，燈亮表示該噴頭在噴水，燈滅表示停止。噴泉的樣式由sa1到sa4這四個開關選擇。該系統(tǒng)的輸入、輸出信號分配表如表4.1所示。表4.1 i/o分配表輸 入輸 出啟動開關sb1i0.01號噴頭q0.1花樣1開關sa1i0.12號噴頭q0.2花樣2開關sa2i0.23號噴

51、頭q0.3花樣3開關sa3i0.34號噴頭q0.4花樣4開關sa4i0.4單步/連續(xù)開關sqi0.5停止開關sb2i0.6電源總開關i0.74.2 i/o接線圖花式噴泉控制系統(tǒng)在實驗室模擬中的i/o接線圖如圖4.1所示。.4.1 i/o接線圖4.3 花式噴泉控制系統(tǒng)流程圖系統(tǒng)的流程圖如下圖所示。圖4.2系統(tǒng)流程圖4.3.1 花式噴泉控制系統(tǒng)操作說明 (1)水池控制電源開關接通后，工作方式由“選擇開關”和“單步/連續(xù)”開關來決定。 （2）“單步/連續(xù)”開關在單步位置時，噴水池只運行一個循環(huán)；在連續(xù)位置時，噴水池反復循環(huán)運行。按下啟動按鈕，噴水裝置即開始工作。按下停止按鈕，則停止噴水。 當按動啟動

52、按鈕時程序自動進入s0.1運行，程序運行到最后時自行判斷是單步或連續(xù)，就進入下一個環(huán)節(jié)。4.3.2 花式噴泉控制系統(tǒng)的外部接線圖根據(jù)plc i/o資源分配表，可畫出系統(tǒng)外部接線如圖4.3：單步/連續(xù)電源開啟 噴頭2 噴頭1 噴頭3 噴頭4停止選擇1選擇3選擇2選擇4 圖4.3 外部接線圖4.4 梯形圖設計 本系統(tǒng)plc程序的編制采用梯形圖語言，編程軟件為step 7。該軟件能夠完成制作程序、對可編程控制器cpu的寫入/讀出、監(jiān)控程序運行、調(diào)試程序、plc錯誤診斷等一系列功能，程序見附錄10 賈德勝 plc應用開發(fā)實用子程序 m.人民郵電出版社,2006.。4.5 組態(tài)監(jiān)控設計 4.5.1 mc

53、gs工控組態(tài)軟件的簡介 計算機技術和網(wǎng)絡技術的飛速發(fā)展，為工業(yè)自動化開辟了廣闊的發(fā)展空間，用戶可以方便快捷地組建優(yōu)質高效的監(jiān)控系統(tǒng)，并且通過采用遠程監(jiān)控及診斷等先進技術，使系統(tǒng)更加安全可靠，在這方面mcgs工控組態(tài)軟件提供了強有力的軟件支持11 曾慶波 監(jiān)控組態(tài)軟件及其應用技術，哈爾濱：哈爾濱工業(yè)大學出版社，2005.。mcgs(monitor and control generated system)是一套基于windows平臺的、用于快速構造和生成上位機監(jiān)控系統(tǒng)的組態(tài)軟件系統(tǒng)。 mcgs為用戶提供了解決實際工程問題的完整方案和開發(fā)平臺，能夠完成現(xiàn)場數(shù)據(jù)采集、實時和歷史數(shù)據(jù)處理、報警和安全機

54、制、流程控制、動畫顯示、趨勢曲線和報表輸出以及企業(yè)監(jiān)控網(wǎng)絡等功能11。 mcgs具有操作簡便、可視性好、可維護性強、高性能、高可靠性等突出特點。組態(tài)（configuration）為模塊化任意組合。 通用組態(tài)軟件主要特點有：延續(xù)性和可擴充性。當現(xiàn)場（包括硬件設備或系統(tǒng)結構）或用戶需求發(fā)生改變時，不需作很多修改而方便地完成軟件的更新和升級；封裝性（易學易用）。通用組態(tài)軟件所能完成的功能都用一種方便用戶使用的方法包裝起來，不需掌握太多的編程語言技術（甚至不需要編程技術），就能很好地完成一個復雜工程所要求的所有功能；通用性，每個用戶根據(jù)工程實際情況，利用通用組態(tài)軟件提供的底層設備（plc、智能儀表、智

55、能模塊、板卡、變頻器等）的i/o driver、開放式的數(shù)據(jù)庫和畫面制作工具，就能完成一個具有動畫效果、實時數(shù)據(jù)處理、歷史數(shù)據(jù)和曲線并存、具有多媒體功能和網(wǎng)絡功能的工程。運用組態(tài)軟件建立花式噴泉監(jiān)控系統(tǒng)亦為任務要求。采取上位機觀察能更直觀的顯示出整個模擬自動控制過程，豐富了畢業(yè)設計內(nèi)容，更會體現(xiàn)出對學生考核的全面性及綜合性。4.5.2 制作工程畫面（1）新建工程及組態(tài)畫面 在mcgs組態(tài)平臺上，單擊“用戶窗口”，在“用戶窗口”中單擊“新建窗口”按鈕，則產(chǎn)生新“窗口0”，如圖4.4： 圖4.4 產(chǎn)生的新“窗口0”選中“窗口0”，單擊“窗口屬性”，進入“用戶窗口屬性設置”，將“窗口名稱”改為：花式

56、噴泉控制系統(tǒng)；將“窗口標題”改為：花式噴泉；在“窗口位置”中選中“最大化顯示”，其它不變，單擊“確認”。如圖4.5： 圖4.5 用戶窗口屬性設置 選中剛創(chuàng)建的“花式噴泉控制系統(tǒng)”用戶窗口，單擊“動畫組態(tài)”，進入動畫制作窗口。如圖4.6：圖4.6 “動畫組態(tài)”進入動畫制作窗口（2）編輯畫面在組態(tài)軟件系統(tǒng)中從“工具箱”中打開圖庫分別選擇“指示燈”和“按鈕”圖標，繪制九個按鈕對象和31個信號燈對象。精確定位按鈕的坐標后，畫面基本布置如圖4.7所示。九個按鈕對象分別是start，花樣1，2，3，4，單步，連續(xù)及停止和啟動按鈕；31個信號指示燈由內(nèi)向外圍成五圈，呈雪花狀分布。圖4.7花式噴泉監(jiān)控組態(tài)畫面4.5.3 變量的定義（1）系統(tǒng)變量分配在該組態(tài)工程中要用到的數(shù)據(jù)對象（變量）如表4.2所示表4.2 花式噴泉控制系統(tǒng)變量分配表變量名類型注釋電源總開關開關型花式噴泉電源控制信號，1有效花式1開關開關型花式噴泉花式1控制信