基于GE花樣噴泉控制系統(tǒng)

1、河南城建學院本科畢業(yè)設計（論文） 河南城建學院本科畢業(yè)設計（論文） 摘要摘 要 針對傳統(tǒng)的噴泉控制系統(tǒng)一旦設計好控制電路，就不能隨意改變噴水花樣及噴水時間等問題，本設計結合gefanuc硬件pac systems rx3i可編程控制器設計能適應不同季節(jié)、不同場合的花樣噴泉系統(tǒng)。pac systems rx3i控制系統(tǒng)體積小、功能強、可靠性高，且具有較大的靈活性和可擴展性的特點。基于pac systems rx3i的花樣噴泉控制系統(tǒng)，實現(xiàn)了自動轉(zhuǎn)換花樣噴泉的噴水樣式，提高了系統(tǒng)的可靠性和安全性，美化了我們的生活環(huán)境，使我們的生活環(huán)境更加安逸、舒適。 文章設計了可以改變噴泉的噴水樣式的控制系統(tǒng)，以

2、達到有規(guī)律的改變噴泉噴水樣式的目的。噴泉工作方式由花樣選擇開關和單步連續(xù)開關決定。當單步連續(xù)開關選擇單步時，噴泉只能按照花樣選擇開關設定的方式，運行一個循環(huán)；當單步連續(xù)開關選擇連續(xù)時，噴泉按照花樣選擇開關設定的方式，運行多個循環(huán)，直至按下停止按鈕?；友h(huán)方式選擇開關用于選擇噴泉的噴水花樣，本文設計四種噴水花樣循環(huán)。本設計不但實現(xiàn)了自動轉(zhuǎn)換花樣噴泉的噴水樣式，而且提高了系統(tǒng)的可靠性和安全性，具有一定的工程應用和推廣價值。關鍵詞：噴泉，pac systems rx3i可編程控制器，花樣噴泉系統(tǒng)平頂山學院畢業(yè)設計 abstracttraditional fountain control syste

3、m once designed control circuit, it can not arbitrarily change the spray pattern and water issues, combined with the gefanuc hardware pac systems rx3i programmable controller can adapt to different seasons, different patterns of fountain system. pac systems rx3i control system has the advantages of

4、small volume, strong function, high reliability, an has good flexibility and scalability characteristics. the control system with pac systems rx3i pattern eruptive fountain, not only realizes the automatic conversion pattern fountain spray pattern, improve the reliability and security, system and, b

5、eautify our living environment, to make our living environment more comfortable, comfortable. therefore gefanuc hardware pac systems rx control system has certain engineering application and popularization value. the design of the control system can change the fountain of spray pattern , in order to

6、 achieve a regular change of style to the water fountain. fountain work by the pattern select switch and single step and continuous switch decision. when the single step and continuous switch selection step, fountain only in accordance with the pattern selection switchsetting mode, running a cycle;

7、when the single step and continuous switch continuity,fountain in accordance with the pattern selection switch setting way, running more than one cycle, and the stop button is pressed. figure cycle mode selection switch is used to select the water pattern fountain, four kinds of spray pattern design

8、 in this cycle.this design not only realize the spray pattern automatically synchronized fountain, but also improve the reliability and security of the system, has certain engineering application and popularization value.keywords: fountain; pac systems rx3i programmable controller; flower fountin sy

9、stemiii 平頂山學院本科畢業(yè)設計（論文） 目錄 目 錄摘要.abstract.1 緒論11.1設計plc控制花樣噴泉的研究背景11.1.1 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀11.2 設計研究的目的及意義12 噴泉的設計要求32.1噴泉設計的主要內(nèi)容32.2 plc控制花樣噴泉運行要求32.3 噴泉規(guī)模的設計33 控制系統(tǒng)總設計53.1噴泉的運行流程圖的設計53.2噴泉的運行過程的設計63.3系統(tǒng)設計的基本步驟63.4系統(tǒng)的結構框圖74 系統(tǒng)硬件設計84.1主控制器方案設計84.2 硬件介紹pac systems rx3i.84.3硬件的選擇124.3.1 變頻器選型124.3.2 水泵的選型134.3.3

10、 噴頭的選擇方案144.4 花樣噴泉控制主電路圖144.5 外部接線的設計184.5.1外部接線圖15 4.5.2 i/o分配表 .165 系統(tǒng)軟件設計185.1 plc梯形圖概述185.2 pme編程軟件18 5.3 花式噴泉的plc控制流程圖195.4程序設計梯形圖20總結32致謝33參考文獻34河南城建學院本科畢業(yè)設計（論文） 緒論 1 緒論1.1設計plc控制花樣噴泉的研究背景1.1.1 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀目前在噴泉控制系統(tǒng)中國內(nèi)外采用的控制技術主要有單片機控制、繼電-接觸控制和plc控制。采用單片機控制原理以可控硅作為功率開關元件其可靠性和抗干擾能力較差。據(jù)調(diào)查目前我國70的機械生產(chǎn)設備

11、都是采用繼電器進行控制的除了可靠性差外程序控制也很繁雜。從方案的確立到技術條件的設計以及施工的設計工作量很大這勢必造成設計周期長。而采用plc能有效解決上述問題。plc具有很強的自診斷功能、迅速方便地檢查出故障、縮短檢修時間因而用plc控制可以確保控制系統(tǒng)的可靠性和穩(wěn)定性。同時采用plc控制可以通過修改程序方便地實現(xiàn)噴泉花樣比繼電器控制系統(tǒng)具有更高的靈活性。隨著人們的生活日趨小康，一些必要的美化設施逐漸興起，各式各樣的廣場花園越來越多，這樣的地方又怎能少了噴泉呢? 多花樣噴泉形式多樣，常常能吸引人們的眼球，同時水又增加了環(huán)境的靈動性，多花樣噴泉已經(jīng)成為人們建造各類娛樂廣場的必需設施。那些控制簡

12、便，花樣較多，價格低廉的噴泉慢慢成為建設者的首選?，F(xiàn)今，多花樣噴泉的制造，延襲傳統(tǒng)，結合現(xiàn)代，正日益成為人們或出于對環(huán)境的追求，或為了居室的美化，等等，而得到眾多品位人士的追求。 在1980年前，噴泉只是建筑給排水和園林造景專業(yè)的一個技術細節(jié)，從設計到產(chǎn)品制作，工程安裝都沒有形成規(guī)模。只是在展覽館等公共建筑和公園里能見到一些中、小噴泉，產(chǎn)品的水平也是簡單、粗放的。在1980年以后，隨著國民經(jīng)濟的恢復和發(fā)展，人民生活水平的提高，一些城市的城建、園林主管部門在城市建設、改造的過程中，以及環(huán)境的美化和文化氛圍的營造上對噴泉提出了求新的要求，一部分建筑、園林、水利的設計院、研究所及大專院校，綜合了土建

13、結構、給排水、機電控制等傳統(tǒng)的專業(yè)技術，加上當時先進的單片機，通過電磁閥和直流電機調(diào)速實行變量控制，設計出一批噴泉、水景。得到了良好的社會反映和社會效益。1.2 設計研究的目的及意義本文根據(jù)生活當中出現(xiàn)的一些情況，以花式噴泉為研究對象，結合了大量資料及文獻，研究花樣噴泉的控制問題，整理出一套可行性較高的噴泉控制系統(tǒng)。本系統(tǒng)的研究內(nèi)容主要包括了噴泉的發(fā)展情況及所存在的一系列問題；噴泉控制系統(tǒng)的組成；花樣噴泉的控制任務和要求；花樣噴泉的硬件配置以及軟件的設計，再通過仿真軟件來實現(xiàn)。在設計當中，可能出現(xiàn)幾個開關同時按，因此在所有花樣中設置了互鎖，具有更大的安全保障。設計中并未添加單步/連續(xù)程序，因為

14、如果單步運行，持續(xù)時間太短，觀賞性不強，因而只設置了連續(xù)運行，當按下啟動按鈕，接著選擇噴水花樣，系統(tǒng)處于連續(xù)運行狀態(tài)，直到按下停止按鈕，系統(tǒng)立即斷開電源，停止運行。本次的畢業(yè)設計講述的是如何利用pac systems rx3i控制器控制噴泉噴水方式，產(chǎn)生各種的樣式。是一個以pac systems rx3i控制器控制為核心的花樣噴泉控制系統(tǒng)的設計?；訃娙趐ac systems rx3i控制器的控制之下，噴出各種各樣的水柱，給人以一種視覺上美的享受。35 河南城建學院本科畢業(yè)設計（論文） 噴泉的設計要求 2 噴泉的設計要求2.1噴泉設計的主要內(nèi)容本設計將在以下幾個方面對花樣噴泉的控制系統(tǒng)進行研

15、究和論證。（1）花樣噴泉類型的選擇。綜合花樣噴泉的類別和各類的特點和要求，在本課題中主要研究能有四種噴水花樣可供選擇。（2）花樣噴泉硬件系統(tǒng)的設計。本課題設計的花樣噴泉要求運行速度準確度高，在花樣噴泉的格層檢測系統(tǒng)中選用在工業(yè)自動控制上大量運用的具有檢測精度高、壽命長、穩(wěn)定性能好的接近傳感器，運用感應器的開關量信號輸入給plc來實現(xiàn)控制。由于本課題目具體需求在硬件系統(tǒng)的設計過程中主要考慮了花樣噴泉的經(jīng)濟實用、穩(wěn)定、靈活、美觀的需要。（3）花樣噴泉控制系統(tǒng)軟件的設計。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樣噴泉控制的要求，梯形圖的編寫運用pme編程軟件

16、，此軟件支持全部的ge系列的pac systems，并且具有強大的診斷功能，能更快的查找出故障的原因，從而大大縮短了維修時間。2.2 plc控制花樣噴泉運行要求1）、要設計一個啟動按鈕，按下啟動按鈕，噴泉進入運行等待狀態(tài)。2）、要設計一個單步連續(xù)運行方式按鈕，按下噴泉的單步連續(xù)運行方式按鈕，該噴泉默認為連續(xù)運行方式。3）、要設計一個循環(huán)方式按鈕，按下噴泉噴水花樣的循環(huán)方式按鈕，噴泉開始運行，并設計每一個循環(huán)花樣有八種，每隔6s改變一次花樣。在連續(xù)運行方式下，噴水花樣將一直循環(huán)下去，在單步運行方式下，噴水花樣只運行一個循環(huán)。按下其他任意一個循環(huán)方式按鈕，噴泉噴水花樣的循環(huán)方式立刻改變。4）、要設

17、計一個停止按鈕,按下停止按鈕，噴泉停止運行。根據(jù)設計要求現(xiàn)考慮四種循環(huán)方式。2.3 噴泉規(guī)模的設計該噴泉占地面積俯視圖為正方形，其面積s=100平方米；噴射范圍俯視圖為圓形，其半徑r=4.5m。噴泉概況平面圖如3-1： 圖2-1噴泉概況平面圖圖3-1中，噴泉由5種不同的水柱組成。其中1表示大水柱所在的位置，其水柱較大，噴射高度較高；2表示中水柱所在的位置，由六支中水柱均勻分布在2的圓（r=2m）的軌跡上，水量比大水柱的水量小，其噴射高度比大水柱低；3表示小水柱，它由150支小水柱均勻分布在3（r=3m）的圓的軌跡上，其水柱較細，其噴射高度比中水柱略矮；4和5為花朵式和旋轉(zhuǎn)式噴泉，各由19支噴頭

18、組成，均勻分布在4和5的圓（r=4m）的軌跡上，其水量壓力均較弱。河南城建學院本科畢業(yè)設計（論文） 控制系統(tǒng)總設計 3 控制系統(tǒng)總設計3.1噴泉的運行流程圖的設計圖3-1噴泉的運行流程圖注：花樣一：1號噴泉 花樣二：2號噴泉 花樣三：1號噴泉+3號噴泉+4號噴泉 花樣四：2號噴泉+5號噴泉 花樣五：1號噴泉+2號噴泉 花樣六：2號噴泉+3號噴泉+4號噴泉 花樣七：2號噴泉+4號噴泉 花樣八：1號噴泉+2號噴泉+3號噴泉+4號噴泉+5號噴泉3.2噴泉的運行過程的設計按下噴泉控制系統(tǒng)的啟動按鈕，首先大水柱從地而起，直射天空；6s后，大水柱消失，緊接著六支中水柱競相射向天空；最后所有水柱噴泉一齊迸發(fā)

19、。整個過程分為8段，每段6s，且自動轉(zhuǎn)換，全過程為48s。當單步連續(xù)開關置于連續(xù)，花樣選擇開關置于1時，其噴泉水柱的動作順序如下：12（1+3+4）（2+5）（1+2）（2+3+4）（2+4）（1+2+3+4+5）1，周而復始，直到按下停止按鈕，水柱噴泉才停止工作；當單步連續(xù)開關置于單步時，噴泉水柱的動作只運行一個循環(huán)?；舆x擇開關置于2時，其噴泉水柱的動作順序如下：12（2+4）（2+5）（1+2）（2+3+4）（1+3+4）（1+2+3+4+5）1?；舆x擇開關置于3時，其噴泉水柱的動作順序如下：12（1+3+4）（1+2）（2+5）（2+3+4）（2+4）（1+2+3+4+5）1。花樣選

20、擇開關置于4時，其噴泉水柱的動作順序如下：12（1+3+4）（2+5）（1+2）（2+4）（2+3+4）（1+2+3+4+5）1。3.3系統(tǒng)設計的基本步驟在花樣噴泉控制系統(tǒng)的設計過程中主要考慮以下幾點：（1）深入了解和分析花樣噴泉的工藝條件和控制要求。（2）確定i/o設備。根據(jù)花樣噴泉控制系統(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）根據(jù)i/o點數(shù)選擇合適的pac systems rx3i模塊。（4）分配i/o點，分配pac systems rx3i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。（5）設計花樣噴泉系

21、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，這是整個花樣噴泉系統(tǒng)設計的核心工作。（7）將程序輸入pac systems rx3i進行軟件測試，查找錯誤，使系統(tǒng)程序更加完善。3.4系統(tǒng)的結構框圖 圖3-2系統(tǒng)框圖 4 系統(tǒng)硬件設計4.1主控制器方案設計方案1：使用單片機控制花式噴泉 單片機的特點是控制性能和可靠性高，體積小、價格低、易于產(chǎn)品化。由于單片機具有良好的控制性能和靈活的嵌入品質(zhì)，近年來在智能儀表、機電一體化產(chǎn)品、實時工業(yè)控制家用電器等各個領域都獲得了極其廣泛的應用?；ㄊ絿娙脑硎抢每刂破骺刂扑玫膰娝姆绞剑朔桨覆捎胊t80c51系列單片機作為主控制器來控制噴泉

22、的噴水方式。單片機的成本較低，適合用于控制小型的花式噴泉。單片機通過控制步進電機來控制電磁閥,實現(xiàn)對噴頭流量的控制, 從而使噴泉水姿、燈光色彩產(chǎn)生變化。但采用單片機控制原理，是以可控硅作為功率開關元件，由于可控硅承受過電壓、過電流的能力較差，因而不能長時間運行。 方案2：使用plc控制花式噴泉 自20世紀60年代中期以來plc產(chǎn)品在電力、冶金、化工等行業(yè)發(fā)揮了重大作用,尤其近年來計算機和信息技術的飛速發(fā)展,不斷成倍擴大的功能和成倍降低的價格,使plc通訊聯(lián)網(wǎng)技術、過程控制軟件都獲得了長足的進步,也使plc的廣泛應用成為可能。pac systems rx3i的優(yōu)點很多，主要包括：編程方法簡單易學

23、；功能強、性能價格比高；硬件配套齊全、用戶使用方便、適應性強；可靠性高、抗干擾能力強；系統(tǒng)的設計、安裝、調(diào)試工作量少；維修工作量低、維修方便；體積小、能耗低等。而且plc在各個工業(yè)部門的應用范圍都得到了擴展。4.2 硬件介紹pac systems rx3i pac systems rx3i控制器是創(chuàng)新的可編程自動化控制器pac systems家族中最新增加的部件。它是中、高端過程和離散控制應用的新一代控制器。如同家族中的其它產(chǎn)品一樣，pac systems rx3i的特點是具有單一的控制引擎和通用的編程環(huán)境，提供應用程序在多種硬件平臺上的可移植性和真正的各種控制選擇的交叉滲透。使用與pac s

24、ystems rx7i相同的控制引擎，新的pac systems rx3i在一個緊湊的、節(jié)省成本的組件包中提供了高級的自動化功能。pac systems的可移植性的控制引擎在幾種不同的平臺上都有卓越的表現(xiàn)，使得初始設備制造商和最終用戶在應用程序變異的情況下，能選擇最適合他們需要的確切的控制系統(tǒng)硬件。rx3i模塊在一個小型的、低成本的系統(tǒng)中提供了高級功能，它具有下列優(yōu)點：1）把一個新型的高速底板（pci-27mhz）結合到現(xiàn)成的90-30系列串行總線上。2）具有intel 300mhz cpu(與rx7i相同)。3）消除信息的瓶頸現(xiàn)象，獲得快速通過量。4）支持新的rx3i和90-30系列輸入/輸

25、出模塊。5）大容量的電源，支持多個裝置的額外功率或多余要求。6）使用與rx7i模塊相同的引擎，使得容易實現(xiàn)程序的移植。7）rx3i還使用戶能夠更靈活地配置輸入/輸出，包括：8）具有擴充診斷和中斷的新增加的、快速的輸入/輸出。9）具有大容量接線端子板的32點離散輸入/輸出（彈簧型和盒式）。10）多種通用的模擬量（每個通道可以配置電壓、電流、熱電偶、電阻式溫度監(jiān)測器、應力計和電阻器）。10）高密度模擬量（隔離的）。11）運動模塊。12）使rx3i和90-30系列i/o能“帶電熱插撥”（僅適用于通用底板）。13）用戶能夠按照自己的工作計劃更改模塊，使得在調(diào)整布線、安裝、和繪圖時更具有靈活性。14）高

26、性能的以太網(wǎng)和profibus模塊。pac systems rx3i部件1底板rx3i可以使用二種通用底板：12插槽的和16插槽的。每個插槽既支持新的模塊也支持現(xiàn)有的90-30系列i/o模塊（pcm3xx和cmm301、cmm302、cmm311、cmm321等除外），此外還提供：1）內(nèi)置在基板上的可選的風扇控制端子座（cpu和電源上的熱敏傳感器）。2）通過傳統(tǒng)機架的擴展（選項模塊）。3）當使用直流電源時（電源占用一個插槽），16槽的基板最多能夠容納13個輸入/輸出模塊和選項模塊。12槽的基板最多能夠容納9個上述模塊（cpu占用2個模塊插槽）4）rx3i基板既支持pci總線也支持串行總線。每個

27、插槽有2個連接器，1個是pci連接器，另1個是串行連接器。pci總線提供的性能是串行總線的250倍。串行總線（1mhz）數(shù)據(jù)傳送速率0.062兆字節(jié)/秒，而新的pci總線（27 mhz）的數(shù)據(jù)出送速率是27.0兆字節(jié)/秒。因此，在使用pci總線的情況下，以太網(wǎng)和其它智能模塊的數(shù)據(jù)吞吐量將增加70%。2rx3i cpurx3i cpu有一個300mhz處理器，支持32k輸出、32k模擬輸入、32k模擬輸出和最大達5兆字節(jié)的數(shù)據(jù)存儲。有10兆字節(jié)全部可配置的用戶存儲器，這意味著你能夠在cpu中存儲所有的機器文件。cpu能夠支持多種語言，包括：繼電器梯形圖語言指令表語言c編程語言功能塊圖open p

28、rocess用戶定義的功能塊結構化文本sfc符號編程rx3i cpu有2個串行端口，即一個rs-232端口和一個rs-485端口，它們支持無中斷的snp從、串行讀/寫、和modbus協(xié)議。具有一個三檔位置的轉(zhuǎn)換開關：運行、運行禁止、停止。有一個內(nèi)置的熱敏傳感器（中溫和高溫位）。注意：不允許帶電熱插撥cpu診斷用的發(fā)光二極管顯示以下狀態(tài)：cpu ok運行輸出允許輸入/輸出強制電池系統(tǒng)故障com1和com2端口激活狀態(tài)有關cpu性能和操作的附加詳細信息。3電源rx3i有三種類型的40瓦電源：交流120/240伏（直流125伏）雙寬度模塊和直流24伏單幅寬模塊。二種電源都裝有熱敏傳感器，其接線端子是

29、成雙的，以便菊花鏈式接線。通/斷開關位于門的背面。二種類型的電源支持帶電熱插撥。下面以psa040電源為例：診斷用的發(fā)光二極管顯示狀態(tài)，電源上的4個發(fā)光二極管指示，含義如下：電源（綠色/琥珀色）。當這個led呈現(xiàn)綠色時，表現(xiàn)電源已經(jīng)施加到底板上。當這個led呈現(xiàn)琥珀色時，表示供電已經(jīng)施加到電源模塊，但是電源開關沒有接通。電源故障（紅色）。當這個led點亮時，表示電源模塊已經(jīng)接近或超過它的最大工作的溫度。負荷過載（琥珀色）。當這個led點亮時，表示電源模塊中至少一路輸出已接近或超過它的最大輸出能力。如果出現(xiàn)任何過熱、過載、或電源故障，cpu故障表顯示出一個故障信息。通/斷開關位于模塊正面的門背后

30、。該開關控制電源輸出的操作。它不切斷電力線路供電。開關旁邊的突緣有助于防止意外接通或關斷電源。4rx3i以太網(wǎng)模塊rx3i以太網(wǎng)模塊是以10/100兆位雙工/全雙工方式通信的，它支持srtp、egd和通道（信號發(fā)生器和使用器）。發(fā)光二極管診斷顯示下列狀態(tài)：以太網(wǎng)ok局域網(wǎng)ok工作登錄狀態(tài)（附加協(xié)議還計劃包括modbus tcp、ethernet ip、profinet、dnp3.0）。5通信rx3i模塊支持以太網(wǎng)通信和串行通信。rx3i使用的基于機架的以太網(wǎng)接口模塊是以太網(wǎng)外圍設備pci模塊。6網(wǎng)絡連接rx3i的網(wǎng)絡支持包括下列局域網(wǎng)：profibus dpdevicenetgenius總線控

31、制器7模擬輸入/輸出rx3i以16位的分辨率支持優(yōu)越的模擬性能。選擇性的輸入模塊支持下列性能：每個模塊0至500毫秒的快速積分時間（除了通用模塊）產(chǎn)生中斷4級報警：低、低/低、高、高/高多種診斷-斷線、欠范圍/超范圍、速率改變?nèi)枯敵瞿K支持：多種診斷-欠范圍/超范圍、和箝位限制斜率控制新的通用模擬模塊：8個可配置的通道，每個通道都支持熱電偶、電阻式溫度監(jiān)測器、電壓、電流、應力計、阻抗及其它等，二個隔離組，以4個為一組。內(nèi)置（熱電偶的）冷端補償高級診斷8離散輸入/輸出rx3i提供廣泛范圍的離散輸入/輸出模塊，包括以下類型：32點、直流12/24伏輸入32點、直流24伏，具有escp（0.75安

32、培）保護自修復，同時將點級的診斷發(fā)送給cpu的功能，每一點有一個雙色的發(fā)光二極管（當點存在短路時為琥珀色）24點、2安培的繼電器輸出32點、交流120伏輸入16點、4安培的隔離繼電器輸出16點、交流120伏隔離輸入16點、交流120伏隔離輸出9rx3i遠程輸入/輸出rx3i支持以太網(wǎng)接口模塊（ic693niu004）用于90-30系列輸入/輸出，它具有下列性能：采用10/100兆位以太網(wǎng)連接內(nèi)置開關使得不需要外部開關就容易將基板采用菊花鏈方式連接到相鄰的基板。pacsystems廉價的cpu廉價的本地擴展支持多種的90-30系列輸入/輸出，并且價格非常具有競爭性。4.3硬件的選擇4.3.1 變

33、頻器選型 變頻器的特性首先表現(xiàn)在變頻節(jié)能方面:變頻器節(jié)能主要表現(xiàn)在風機、水泵的應用上。為了保證生產(chǎn)的可靠性，各種生產(chǎn)機械在設計配用動力驅(qū)動時，都留有一定的富余量。當電機不能在滿負荷下運行時，除達到動力驅(qū)動要求外，多余的力矩增加了有功功率的消耗，造成電能的浪費。風機、泵類等設備傳統(tǒng)的調(diào)速方法是通過調(diào)節(jié)入口或出口的擋板、閥門開度來調(diào)節(jié)給風量和給水量，其輸入功率大，且大量的能源消耗在擋板、閥門的截流過程中。當使用變頻調(diào)速時，如果流量要求減小，通過降低泵或風機的轉(zhuǎn)速即可滿足要求。其次表現(xiàn)在功率因數(shù)補償節(jié)能：無功功率不但增加線損和設備的發(fā)熱，更主要的是功率因數(shù)的降低導致電網(wǎng)有功功率的降低，大量的無功電能

34、消耗在線路當中，設備使用效率低下，浪費嚴重，使用變頻調(diào)速裝置后，由于變頻器內(nèi)部濾波電容的作用，從而減少了無功損耗，增加了電網(wǎng)的有功功率。最后變現(xiàn)在軟啟動節(jié)能上：電機硬啟動對電網(wǎng)造成嚴重的沖擊，而且還會對電網(wǎng)容量要求過高，啟動時產(chǎn)生的大電流和震動時對擋板和閥門的損害極大，對設備、管路的使用壽命極為不利。而使用變頻節(jié)能裝置后，利用變頻器的軟啟動功能將使啟動電流從零開始，最大值也不超過額定電流，減輕了對電網(wǎng)的沖擊和對供電容量的要求，延長了設備和閥門的使用壽命。節(jié)省了設備的維護費用。 正確選用變頻器的類型，首先按照生產(chǎn)機械的類型、調(diào)速范圍、靜態(tài)速度精度、起動轉(zhuǎn)矩的要求，然后決定選用那種控制方式的變頻器

35、最合適。所謂合適是既要好用，又要經(jīng)濟，以滿足工藝和生產(chǎn)的基本條件和要求為前提。首先要考慮的是變頻器功率：從效率角度出發(fā)，在選用變頻器功率時，主要考慮了以下幾點：(1)變頻器功率值與電動機功率值相當時最合適，以利變頻器在高的效率值下運轉(zhuǎn)。(2)在變頻器的功率分級與電動機功率分級不相同時，則變頻器的功率要盡可能接近電動機的功率，但應略大于電動機的功率。(3)當電動機屬頻繁起動、制動工作或處于重載起動且較頻繁工作時，可選取大一級的變頻器，以利變頻器長期、安全地運行。(4)若電動機實際使用功率有富余，可以考慮選用功率小于電動機功率的變頻器，但要注意瞬時峰值電流是否會造成過電流保護動作。其次要選的是變頻

36、器箱體結構：變頻器的箱體結構要與環(huán)境條件相適應，即必須考慮溫度、濕度、粉塵、酸堿度、腐蝕性氣體等因素，這與能否長期、安全、可靠運行有很大關系。常見有下列幾種結構類型：(1)敞開型：本身無機箱，適用裝在電控箱內(nèi)或電氣室內(nèi)的屏、盤、架上，尤其是多臺花樣噴泉控制系統(tǒng)的設計變頻器集中使用時，選用這種型式較好，但環(huán)境條件要求較高：(2)封閉型：適用一般用途，可有少量粉塵或少許溫度、濕度的場合：(3)密封型：適用工業(yè)現(xiàn)場條件較差些的環(huán)境；(4)密閉型：適用環(huán)境條件差，有水、塵及一定腐蝕性氣體的場合。選用變頻器時按負載的特性，可選用的品牌較多，本著滿足功能要求、使用方便、體積小巧、經(jīng)濟實惠的原則，本控制系統(tǒng)

37、選用普通的變頻器。我設計的是通過變頻器變頻調(diào)速技術來控制每環(huán)電機的轉(zhuǎn)速從而達到控制每環(huán)噴水管的噴水高度。4.3.2 水泵的選型 水泵的種類根據(jù)不同的要求，分類比較多；大致有臥式水泵和潛水泵。但都是根據(jù)各自對水泵的揚程、流量、使用的場合、能耗比、性價比等來選擇合適自己水泵。 根據(jù)本文的要求，選擇采用潛水泵。因為潛水泵是放置在水下，因此不需要泵房，這樣可以降低造價。而且潛水泵能耗低，體積小，重量輕，不需灌引水，使用維護及管理方便，并且達到了節(jié)約水資源的目的，具有臥式水泵所不具有的優(yōu)點，可以適應噴泉的噴水要求。 本設計采用上海申一水泵制造有限公司生產(chǎn)的qy型油浸式潛水泵。qy型油浸式潛水電泵是由充油

38、式潛水電機與離心式水泵同軸聯(lián)接組成。符合jb/t8092-1996標準規(guī)定，產(chǎn)品取得全國生產(chǎn)許可證，經(jīng)過三十多年來不斷的改進和完善，廣泛應用于農(nóng)業(yè)灌溉、工礦排水、水景噴泉、水產(chǎn)養(yǎng)殖，魚塘增氧、防洪排澇等領域。具有泵電一體，結構緊湊；無需引水、使用簡便；雙端密封、電器保護；設計合理、性能優(yōu)良等特點。水泵的使用條件是潛水深度不超過5米；水溫不超過+40；ph值應在5-9之間，因此，很適合用本設計的要求。4.3.3 噴頭的選擇方案噴泉的噴頭分為可調(diào)直流噴頭、涌泉噴頭、集束噴頭、旋轉(zhuǎn)噴頭等等，種類繁多，噴出的水型也各不相同。本設計采用的是集束噴頭，旋轉(zhuǎn)噴頭該噴頭由多個直流噴頭組合而成，直射噴頭口徑大小

39、可確定噴頭的出水量及高度，它可以作為整個噴泉的主噴（噴泉最高點），也可以由多個集束噴頭組合成不同的排列。本文采用的集束噴頭是中間小，四周大的噴頭組合方案。中間的小噴頭在同樣的壓力下，噴出的水柱較之周圍的大噴頭要高，要細，可達到最佳的視覺效果，見圖3-1。圖4-1噴頭的樣式及噴水示意圖中間部分為裝飾物。左圖為噴頭的設計方案圖，每個噴頭的設計方案都是相同的，中間4個小圓形圖案為小噴頭，外部4個大圓形圖案為大噴頭；右圖為噴泉噴水方式示意圖，4個大噴頭噴出的水柱更粗更低，這樣看起來更有層次感4.4 花樣噴泉控制主電路圖花樣噴泉控制主電路圖如圖2所示，該系統(tǒng)主要由五臺水泵電機和五臺變頻器組成。從左到右五

40、臺水泵電機分別對應控制花樣噴泉造型圖中的1、2、3、4、5圈噴水管的噴頭噴射與否。通過對參數(shù)設置可以控制每臺水泵電機的轉(zhuǎn)速從而控制每圈噴射管的噴高度。 圖4-2 花樣噴泉控制主電路圖主電路的控制是采用plc去控制交流接觸器的線圈；用交流接觸器線圈的得電與失電去控制交流接觸器主觸頭的閉合和斷開；從而去控制電動機的運轉(zhuǎn)與停止；用電動機來帶動水泵噴水 主電路采用交流接觸器來控制各層的潛水泵,見圖4-2外層噴水 由一臺7.5kw潛水泵拖動;第一層至第三層用5.5kw的潛水泵,旁邊的小噴泉用3kw的潛水泵。潛水泵的技術參數(shù)見表4-1。 額定 水泵 額定 額定 絕緣 額定功率 揚程 型式 電壓 電流 等級

41、 轉(zhuǎn)速3kw 7m 軸流泵 380v 7.5a e 28605.5kw 10m 離心泵 380v 11.6a b 28007.5kw 15m 離心泵 380v 15a b 2800表4-14.5 花樣噴泉外部接線的設計4.5.1 外部接線圖plc的i/o響應時間包括輸入電路延遲、輸出電路延遲和掃描工作方式引起的時間延遲（一般在23個掃描周期）等。根據(jù)設計要求所需要的模擬量輸入接口，本次采用了pac systems rx3i開關量輸出模塊ic695mdl754，所采用的電氣接線如下圖圖4-3 開關量輸出模塊外部接線電路 根據(jù)設計要求所需要的開關量輸入接口，本次采用了pac systems rx3

42、i開關量輸入模塊ic695mdl660，所采用的電氣接線如下圖 圖4-4 開關量輸入模塊外部接線電路4.5.2 i/o分配表對輸入/輸出點的選擇 盲目選擇點數(shù)多的機型會造成一定浪費。要先弄清除控制系統(tǒng)的i/o總點數(shù)，再按實際所需總點數(shù)的1520留出備用量（為系統(tǒng)的改造等留有余地）后確定所需pac systems rx3i的點數(shù)。輸入信號輸出信號名稱代號輸入點編號名稱代號輸出點編號啟動按鈕sb1i00001大水柱接觸器km0q00001停止按鈕sb2i00002中水柱接觸器km1q00002連續(xù)按鈕sb3i00003小水柱接觸器km2q00003單步按鈕sb4i00004花朵式噴泉接觸器km3q

43、00004花樣1按鈕sb5i00005旋轉(zhuǎn)式噴泉接觸器km4q00005花樣2按鈕sb6i00006-花樣3按鈕sb7i00007-花樣4按鈕sb8i00008-表4-2花樣噴泉pac systems rx3i控制輸入輸出點分配河南城建學院本科畢業(yè)設計（論文） 系統(tǒng)軟件設計 5 系統(tǒng)軟件設計5.1 plc梯形圖概述梯形圖時使用的最多的圖形編程語言，被稱為plc的第一編程語言。梯形圖與電器控制系統(tǒng)的電路圖很相似，具有直觀易懂的優(yōu)點，很容易被工廠電氣人員掌握，特別適用于開關量邏輯控制。梯形圖常被稱為電路或程序，梯形圖的設計成為編程。5.2 pme編程軟件proficy machine editio

44、n是一個包含若干軟件產(chǎn)品的環(huán)境。其中每個軟件產(chǎn)品都是獨立的。但是，每個產(chǎn)品在相同的環(huán)境運行。這與office辦公軟件包十分相似。它可以包含文字處理軟件、電子數(shù)據(jù)表程序、數(shù)據(jù)庫程序、圖形顯示程序。每個程序能夠單獨運行，但是它們都具有共同的視覺和感覺界面。支持me后臺的概念是完全相同的。一旦你學會了在此種環(huán)境中瀏覽，今后要學會一種使用這種環(huán)境的新產(chǎn)品就變得非常簡單。 由于本設計采用的輸入輸出量是開關量所以選用了模擬量的輸入模塊、開關量輸出模塊，以及ic695cpu315、以太網(wǎng)ic695etm001模塊、ic695psd040電源等模塊對應卡槽的位置如下表:slot0pac systems rx3

45、i的電源模塊選用ic695psd040slot1pac systems rx3i的cpu選用ic695cpu315slot2被slot1占用slot3pac systems rx3i的以太網(wǎng)模塊選用ic695etm001slot4pac systems rx3i開關量輸入模塊選用ic683acc300slot5pac systems rx3i 模擬量輸入模塊選用ic695mdl660slot6pac systems rx3i高速計數(shù)模塊選用ic694hsc304slot10pac systems rx3i開關量輸出模塊選用ic695mdl754 表5-1硬件模塊組態(tài)5.3 花式噴泉的plc控制

46、流程圖花式噴泉的程序控制流程圖見圖5-3和5-4。 圖5-1連續(xù)運行下的流程圖如圖，通電后，進入工作狀態(tài)。如按下啟動按鈕，噴泉裝置進入準備工作狀態(tài)，選擇連續(xù)運行下，若不按，則回到初始狀態(tài)。接著選擇噴水花樣，共四種噴水花樣可供選擇。如不選擇噴水花樣，系統(tǒng)則只保持通電狀態(tài)。如按下花樣選擇開關，噴泉按照設定的程序開始運行。如果按下停止按鈕，系統(tǒng)則停止運行，如果不按停止按鈕，系統(tǒng)則按照選擇的花樣繼續(xù)運行下去直到按下停止按鈕。 圖5-2單步運行下的流程圖如圖，通電后，進入工作狀態(tài)。如按下啟動按鈕，噴泉裝置進入準備工作狀態(tài)，選擇單步運行下，若不按，則回到初始狀態(tài)。接著選擇噴水花樣，共四種噴水花樣可供選擇。

47、如不選擇噴水花樣，系統(tǒng)則只保持通電狀態(tài)。如按下花樣選擇開關，噴泉按照設定的程序開始運行。如果按下停止按鈕，系統(tǒng)則停止運行，如果不按停止按鈕，系統(tǒng)則按照選擇的花樣運行一次即停止。5.4程序設計梯形圖圖5-3花樣噴泉plc控制梯形圖圖5-3中，第1邏輯行為啟動控制程序；第2、3、4邏輯行組成42秒的延時程序；第5邏輯行為單步連續(xù)控制程序；第6、7、8、9邏輯行組成花樣選擇控制程序；第10、11、12、13花樣實現(xiàn)的控制程序；第14、15、16、17、18邏輯行組成驅(qū)動控制程序。接通plc電源，第10邏輯行中位存儲器m00100接通，其在第14邏輯行中的常開觸點閉合，為噴泉的啟動做好了準備。當按下噴

48、泉控制器的啟動按鈕sb1后，第1邏輯行中輸入繼電器i00001的常開觸點閉合，位存儲器m00001接通并自鎖。本程序默認為連續(xù)循環(huán)噴泉樣式的控制程序，按鈕sb3為連續(xù)按鈕，在第5邏輯行中輸入繼電器i00003為常閉觸點，按鈕sb4為單步按鈕，第5邏輯行中輸入繼電器i00004為常開觸點，當按下此按鈕，繼電器i00004觸點閉合，位存儲器m00003接通并自鎖，其在第1邏輯行中的常閉觸點斷開，噴泉樣式進入一次運行狀態(tài)。選擇默認狀態(tài)，按下sb5，第6行中輸入繼電器常開觸點閉合，位存儲器m00005接通并自鎖，其在第2、14、15、16、17、18邏輯行中的常開觸點閉合，進入第一種噴泉樣式，輸出繼電

49、器q00001被接通，大水柱控制接觸器km1通電閉合，大水柱“1” 射向天空。同時在第2邏輯行中的m00001、m00005的常開觸點閉合，定時器t37被接通開始計時，經(jīng)過3s后，r00065動作，第3邏輯行的常開觸點閉合，定時器t38被接通并開始計時，又經(jīng)過3s后，r00070接通，第4邏輯行中的斷電延時定時器常開觸點閉合一個延時42秒使得位存儲器m00012閉合。m00012在第10邏輯行中的常開觸點閉合42秒。由于m00101接通，其在第18邏輯行中的常開觸點閉合，輸出繼電器q00002被接通，中水柱控制接觸器km2通電閉合，中水柱噴出。又經(jīng)過6s后，定時器r00030接通 m00102

50、閉合其在第17、19邏輯行中的常開觸點閉合，輸出繼電器q00001、q00003被接通，噴出大水柱、小水珠。經(jīng)過第7個6s后，定時器r00035接通m00107得電，m00107第17、18、19、20、21邏輯行中的常開觸點閉合；所有輸出繼電器全部閉合，所有噴泉一起噴發(fā)。又經(jīng)過6s后，定時器r00040接通使得存儲器m00110得電，第14邏輯行中的m00107失電復位，m00100接通，m00100在第17邏輯行中的常開觸點閉合；q00001被接通，大水柱噴發(fā)。如此不斷循環(huán)，直到按下sb2。河南城建學院本科畢業(yè)設計（論文） 總結 總 結此次畢業(yè)設計是我們走向未來重要的一步。從最初的選題，開題到完成設計。其間，查找資料，老師指導，與同學交流，反復修改，每一個過程都是對自己能力的一次檢驗和充實。通過這次實踐，我了解了plc的用途及工作原理，熟悉了plc的應用，鍛煉了實踐能力，學習了最新的ge智能平臺的可編程控制器（pac）并且培養(yǎng)了自己獨立設計能力。此次畢業(yè)設計是對