畢業(yè)設(shè)計花式噴泉的PLC控制設(shè)計說明

1、1 / 288目錄目錄摘要摘要 8 8ABSTRACT8第一章緒論第一章緒論 1 11.1 課題研究背景 11.2 課程設(shè)計的容 21.3 課題設(shè)計的目的和意義 3第二章系統(tǒng)控制方案的確定第二章系統(tǒng)控制方案的確定 3 32.1 花式噴泉的概述 32.2 系統(tǒng)設(shè)計的基本步驟 42.3 系統(tǒng)控制方案 52.4 花式噴泉控制系統(tǒng)的原理圖 6第三章系統(tǒng)硬件設(shè)計第三章系統(tǒng)硬件設(shè)計 6 63.1 可編程控制器（PLC）的選擇 63.1.1 PLC 概述 63.1.2PLC 的選型 73.2 變頻器的選型 93.3 水泵的選型 103.3.1 水泵的參數(shù)與性能 113.3.2 選擇步驟 143.4 硬件接線

2、圖 152 / 28第四章系統(tǒng)軟件設(shè)計第四章系統(tǒng)軟件設(shè)計 16164.1 PLC 梯形圖概述 164.2 SWOPC-FXGP/WIN-C 編程軟件的操作方法 164.3 I/O 分配表 174.3.1 輸入信號 174.3.2 輸出信號 174.4I/O 接線圖 174.5 流程圖 184.6 梯形圖（見附錄 1）194.7 噴泉控制系統(tǒng)的設(shè)計程序 19第五章結(jié)論第五章結(jié)論 2121參考文獻參考文獻 2222附錄附錄 1 123233 / 28第一章第一章 緒緒 論論1.11.1 課題研究背景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。花式噴泉是

3、人造小氣候，在炎熱的夏日可以起到增濕和降溫的作用；也為水體充氧，有利于水體增加自凈能力，起到防止水體黑臭的作用?；ㄊ絿娙\行的靈活性是評價花式噴泉優(yōu)劣的關(guān)鍵，而這與花式噴泉的控制系統(tǒng)息息相關(guān)?；ㄊ絿娙梢愿鶕?jù)自己的設(shè)計，設(shè)計出各種各樣的花樣，加上燈光，能給人有種不錯的視覺享受。1969 年美國數(shù)字設(shè)備公司（dec）研制書上世間第一臺可編程控制器，并成功地應(yīng)用在美國（gm）的生產(chǎn)線上。但當時只能進行邏輯運算，故稱為可編程邏輯控制器，簡稱 plc(programmablc logic controller)。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(shù)，計算機

4、技術(shù)和通訊技術(shù)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喎Q plc。它在集成電路、計算機技術(shù)的基礎(chǔ)上發(fā)展起來的一種新型工業(yè)控制設(shè)備。具有 1.可靠性高、抗干擾能力強 2.設(shè)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、使用方便以與體積小、重量輕等優(yōu)點，已經(jīng)廣泛應(yīng)用于自動化控制的各個領(lǐng)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、

5、維護；能直接推動電磁閥、接觸器與之相當?shù)膱?zhí)行機構(gòu)；能向中央執(zhí)行機構(gòu)。因此，進行花式噴泉的 plc 控制系統(tǒng)的設(shè)計，可以推動噴泉行業(yè)的發(fā)展，擴大 plc 在自動控制領(lǐng)域的應(yīng)用，具有一定的經(jīng)濟和理論研究的價值。4 / 281.21.2 課程設(shè)計的容課程設(shè)計的容本設(shè)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）花式噴泉類型的選擇。綜合花式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三種噴水花樣可供選擇；能夠控制每環(huán)噴水管噴水的高度；噴水時要有燈光顯示；可以根據(jù)不同的季節(jié)、不同的場合可改變噴泉水的花樣。將各種水型與燈光，按照預(yù)先設(shè)定的排列組合進行控制程序的設(shè)計，通過計算機運行程序

6、發(fā)出控制信號，使水型與燈光有各種各樣的變化。（2）花式噴泉硬件系統(tǒng)的設(shè)計。本課題設(shè)計的花式噴泉要求運行速度準確度高，在花式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(yīng)器的開關(guān)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(shè)計過程中主要考慮了花式噴泉的經(jīng)濟實用、穩(wěn)定、靈活、美觀的需要。（3）花式噴泉控制系統(tǒng)軟件的設(shè)計。在本設(shè)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(shè)計花式噴泉控制的要求，梯形圖的編寫運用 swopc-fxgp/win-c 編程軟件，此軟件支持全部的三菱 fx 系列的p

7、lc，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。1.31.3 課題設(shè)計的目的和意義課題設(shè)計的目的和意義隨著我國經(jīng)濟的高速發(fā)展，微電子技術(shù)，計算機技術(shù)和自動控制技術(shù)也得到了迅速發(fā)展，交流變頻調(diào)速技術(shù)已經(jīng)進入個嶄新的時代，其應(yīng)用越來越廣。而隨著我國城市化進程的加快和人口大量集聚，環(huán)境越來越重要，好的環(huán)境能使心身愉快，做事效率提高。其中噴泉可以濕潤周圍空氣，減少塵埃，降低氣溫。噴泉的細小水珠同空氣分子撞擊，能產(chǎn)生大量的負氧離子，有益于改善社區(qū)面貌和增進居民身心健康。第二章第二章 系統(tǒng)控制方案的確定系統(tǒng)控制方案的確定5 / 282.12.1 花式噴泉的概述花式噴泉的概述

8、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(gòu)筑物的大小與水壓等的變化，噴泉或高或低、或珠或霧，精彩紛呈?？煞譃橐韵?7 種：（1）普通噴泉：只有簡單的幾種固定水型與燈光，隨著電源的開閉而控制噴泉的運行、水型和燈光的變化。（2）程控噴泉：將各種水型與燈光，按照預(yù)先設(shè)定的排列組合進行控制程序的設(shè)計，通過計算機運行程序發(fā)出控制信號，使水型與燈光有各種各樣的變化。（3）音樂噴泉：在程序控制噴泉的基礎(chǔ)上加入了音樂控制系統(tǒng)，計算機通過對音頻與 MIDI 信號的識別，進行譯碼和編碼，最終將信號輸出到控制系統(tǒng)，使噴泉的造型

9、與燈光的變化與音樂保持同步。（4）水幕激光噴泉：將激光器發(fā)出的激光束射在水幕噴頭的水幕上，激光束由激光控制系統(tǒng)編程控制，可發(fā)出多種多樣的圖案與色彩，照射在晶瑩透明的水膜上，形成斑斕奪目的起義效果。（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圖像效果的產(chǎn)品組成。（6）游戲噴泉：又稱感應(yīng)泉，噴泉水柱根據(jù)游人的動作產(chǎn)生反應(yīng)，而且這種應(yīng)具有不確定性，是一種互動式噴泉，增強了娛樂氛圍。（7）跳跳噴泉：又名光亮泉。是一種高科技水景藝術(shù)，水形似根根晶瑩透徹地冰柱，一串串飛向空中，輕舞飛揚。2.2 采用 PLC 控制花式噴泉的優(yōu)點 （1）控制方式上看：PLC 軟接線，只需改變控制

10、程序就可輕易改變邏輯或增加功能。 （2）工作方式看：PLC 串行工作，不受制約。（3）控制速度上看：PLC 通過半導體來控制，速度很快，無觸點，顧而五抖動一說。（4）定時、計數(shù)看：PLC 時鐘脈沖由晶振產(chǎn)生，精度高，定時圍寬，有記憶功能。6 / 28（5）可靠、維護看：PLC 無觸點，壽命長，且有自我診斷功能，對程序執(zhí)行的監(jiān)控功能，現(xiàn)場調(diào)試和維護方便。2.22.2 系統(tǒng)設(shè)計的基本步驟系統(tǒng)設(shè)計的基本步驟在花式噴泉控制系統(tǒng)的設(shè)計過程中主要考慮以下幾點：（1）深入了解和分析花式噴泉的工藝條件和控制要求。（2）確定 I/O 設(shè)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(shè)備。常用的輸入

11、設(shè)備有按鈕、選擇開關(guān)等，常用的輸出設(shè)備有指示燈等。（3）根據(jù) I/O 點數(shù)選擇合適的 PLC 類型。（4）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。（5）設(shè)計花式噴泉系統(tǒng)的梯形圖程序，根據(jù)工作要求設(shè)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(shè)計的核心工作。（7）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。2.32.3 系統(tǒng)控制方案系統(tǒng)控制方案花式噴泉系統(tǒng)的控制要求如下：（1）1、2 均為外環(huán)形狀的噴水管，3 為環(huán)形狀的噴水管，4 為星形噴水管。燈光系統(tǒng)由三條支路組成，分別為綠色燈支路（在 1,2 之間） 、黃色燈支

12、路（在 2,3之間）紅色燈支路（在 3,4 之間） 。（2）該噴泉共有三種花樣可供選擇。按下啟動按鈕，噴泉即開始工作，按下停止按鈕，則停止噴水。噴泉的工作方式（即噴水花樣）由選擇開關(guān)來實現(xiàn)。（3）該花式噴泉有四種噴水花樣可供選擇：1.花樣選擇開關(guān)在位置 1 時，按下啟動按鈕后，4,3,2 間隔兩秒依次噴水，一起工作 18 秒后，如果為單步工作方式，則停下來。如果為連續(xù)工作方式，則繼續(xù)循環(huán)下去。2.花樣選擇開關(guān)在位置 2 時，按下啟動按鈕后，1,2,3,4 間隔兩秒依次噴水，一起工作 30 秒后，如果為單步工作方式，則停下來。如果為連續(xù)工作方式 7 / 28，則繼續(xù)循環(huán)下去。3.花樣選擇開關(guān)在位

13、置 3 時，按下啟動按鈕后，1，3 同時噴水，延時 3 秒后 2，4 噴水，1，3 停止噴水。交替運行 15 秒后，1,2,3,4 全噴水，30 秒后，如果為單步工作方式，則停下來。如果為連續(xù)工作方式 ，則繼續(xù)循環(huán)下去。4.花樣選擇開關(guān)在位置 4 時，按下啟動按鈕后，1,2,3,4 間隔兩秒依次噴水，一起工作 30 秒后，1，2，3，4， ，分別延時 2 秒，依次停止噴水。再經(jīng) 1秒延時按照 4，3，2， ，1，依次間隔 2 秒噴水，然后一起噴水。30 秒后停止。如果為單步工作方式，則停下來。如果為連續(xù)工作方式 ，則繼續(xù)循環(huán)下去。 （5）燈光系統(tǒng)的控制：由 PLC 的 X5 輸入端為燈光系統(tǒng)控

14、制的選擇按鈕，當需要燈光配合時，接通 X5 輸入端。此時可實現(xiàn)三路燈光的控制，即 3,4 任意一層噴水時，紅色燈亮；2 噴水時，黃色燈亮；所有的噴頭噴水時，綠色燈亮。花式噴泉池示意圖如圖 2-1 所示：2.42.4 花式噴泉控制系統(tǒng)的原理圖花式噴泉控制系統(tǒng)的原理圖在噴泉中，通過按鈕開關(guān)信號來控制 PLC：因為有 4 層噴水，因此用了 1個變頻器控制 4 個水泵?；ㄊ絿娙刂葡到y(tǒng)的原理如圖 2-2 所示：8 / 28第三章第三章 系統(tǒng)硬件設(shè)計系統(tǒng)硬件設(shè)計3.13.1 可編程控制器（可編程控制器（PLCPLC）的選擇）的選擇3.1.13.1.1 PLCPLC 概述概述可編程控制器，英文稱 Prog

15、ammable Controller,簡稱 PLC，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(shù)，但基于電子計算機。它通過運行存儲在其存中的程序，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，有大容量的存，有可靠的自身監(jiān)控系統(tǒng)，因而具有以下基本的功能：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。

16、可以說，凡普通小型計算機能實現(xiàn)的功能，PLC 幾乎也都可以做到。9 / 283.1.2PLC3.1.2PLC 的選型的選型 在 PLC 系統(tǒng)設(shè)計時，首先應(yīng)確定控制方案，下一步工作就是 PLC 工程設(shè)計選型。工藝流程的特點和應(yīng)用要設(shè)計選型的主要依據(jù)。因此，工程設(shè)計選型和估算時，應(yīng)詳細分析工藝過程的特點、控制要求，控制任務(wù)和圍確定所需的操作和動作，然后根據(jù)控制要求，估算輸入輸出點數(shù)、所需存儲器容量、確定PLC 的功能、外部設(shè)備特性等，最后選擇有較高性能價格比的 PLC 和設(shè)計相應(yīng)的控制系統(tǒng)。（1）輸入輸出（I/O）點數(shù)的估算I/O 點數(shù)估算時應(yīng)考慮適當?shù)挠嗔?，通常根?jù)統(tǒng)計的輸入輸出點數(shù)，再增加 1

17、0%20%的可擴展余量后，作為輸入輸出點數(shù)估算數(shù)據(jù)。（2）存儲器容量的估算存儲器容量是可編程序控制器本身能提供的硬件存儲單元大小，程序容量是存儲器中用戶應(yīng)用項目使用的存儲單元的大小，因此程序容量小于存儲器容量。設(shè)計階段，由于用戶應(yīng)用程序還未編制，因此，程序容量在設(shè)計階段是未知的，需在程序調(diào)試之后才知道。為了設(shè)計選型時能對程序容量有一定估算，通常采用存儲器容量的估算來代替。（3）控制功能的選擇該選擇包括運算功能、控制功能、通信功能、編程功能、診斷功能和處理速度等特性的選擇。根據(jù)本課題所設(shè)計控制的需求，主要介紹一下幾種功能的選擇。1.控制功能PLC 主要用于順序邏輯控制，因此，大多數(shù)場合常采用單回

18、路或多回路控制器解決模擬量的控制，有時也采用專用的智能輸入輸出單元完成所需的控制功能，提高 PLC 的處理速度和節(jié)省存儲器容量。2.編程功能離線編程方式：PLC 和編程器公用一個 CPU，編程器在編程模式時，CPU只為編程器提供服務(wù)，不對現(xiàn)場設(shè)備進行控制。完成編程后，編程器切換到運行模式，CPU 對現(xiàn)場設(shè)備進行控制，不能進行編程。離線編程方式降低系統(tǒng)成本，但使用和調(diào)試不方便。在離線編程方式：CU 和編程器有各自的 CPU，主機10 / 28CPU 負載現(xiàn)場控制，并在一個掃描周期與編程器進行數(shù)據(jù)交換，編程器把在線編制的程序或數(shù)據(jù)發(fā)送到主機，下一掃描周期，主機就根據(jù)新收到的程序運行。五種標準化編程

19、語言：順序功能（SFC） 、梯形圖（LD） 、功能模式圖塊(FBD)三種圖形化語言和語句表（il） 、結(jié)構(gòu)體文（ST）兩種文本語言。選用的編程語言應(yīng)遵守其標準（IEC113123） ，同時，還應(yīng)該支持多種語言編程方式，如 C,Basic 等，以滿足特殊控制場合的控制要求。3.診斷功能PLC 的診斷功能包括硬件和軟件的診斷。硬件診斷通過硬件的邏輯判斷確定硬件的故障位置，軟件診斷分診斷和外診斷。通過軟件對 PLC 部的性能和功能進行診斷是診斷，通過軟件對 PLC 的 CPU 與外幣輸入輸出等部件信息交換功能進行診斷是外診斷。PLC 的診斷功能的強弱，直接影響對操作和維護人員技術(shù)能力的要求，并影響平

20、均維修時間。 4機型的選擇 通過對輸入/輸出點的選擇、對存儲量的選擇？對 I/O 響應(yīng)時間的選擇輸出負載的特點選型的分許。 該控制系統(tǒng)選用三菱公司 FXON 系列的 PLC。它體積小，重量輕，使用壽命長，編程和維護方便，故障率低，通過擴展模塊的，可以增加輸入/輸出點數(shù)。我設(shè)計的花式噴泉模型共有 6 個輸入，11 個輸出，因此，選用型號為 FX2N-32MR 的 PLC。3.23.2 變頻器的選型變頻器的選型變頻調(diào)速技術(shù)是針對固定工頻而采取的高效節(jié)能措施，工頻（50Hz）是發(fā)電的最佳頻率，但它并非是所有用電設(shè)備的最佳工作頻率，因而導致許多設(shè)備長期處于低頻率、低功率引述運行狀態(tài)。占全國耗電 2/3

21、 的交流電動機目前大多數(shù)還在工頻、恒速下運動，運行效率只有 60%左右。為了提高效率，所以在本設(shè)計中用到變頻器。變頻器是利用電力半導體器件的通斷作用將工頻電源變換為另一頻率的電11 / 28能控制裝置。我們現(xiàn)在使用的變頻器主要采用交直交方式（VVVF 變頻或矢量控制變頻） ，先把貢品交流電源通過整流器轉(zhuǎn)換成直流電源，然后再把直流電源轉(zhuǎn)換成頻率、電壓均可控制的交流電源以供給電動機。整流部分為三橋式不可控整流器，逆變比分為 IGBT 三相橋式逆變器，且輸出為 PWM 波形，中間直流環(huán)節(jié)為濾波、直流儲能和緩沖無功功率。變頻器選型時要確定以下幾點：（1）采用變頻的目的：恒壓控制或恒流控制等。（2）變頻

22、器的負載類型;如葉片泵或容積泵等，特別注意負載的性能曲線，性能曲線決定了應(yīng)用時的方式方法。（3）變頻器與負載的匹配問題：1.電壓匹配：變頻器的額定電壓與負載的額定電壓相符。2.電流匹配：普通的離心泵，變頻器的額定電流與電動機的額定電流相符。對于特殊的負載如深水泵等需要參考電機的性能參數(shù)，以最大電流確定變頻器電流和過載能力。3.轉(zhuǎn)矩匹配：這種情況在恒轉(zhuǎn)矩負載或又減速裝置時有可能發(fā)生。.在使用變頻器驅(qū)動告訴電機時，由于高速電機的電抗小，高次諧波增加導致輸出電流地阿牛值增大。因此用于高速電機的變頻器的選型，其容量要稍大于普通電機的選型。.變頻器如果要長電纜運行時，此時要采取措施抑制長電纜對地耦合電容

23、的影響，避免變頻器出力不足，所以在這樣的情況下，變頻器容量要更大一檔或者在變頻器的輸出端安裝輸出電抗器。.對于一些特殊的應(yīng)用場合，如高溫，高海拔，此時會引起變頻器的降容，變頻器的容量要放大一檔。 本設(shè)計是通過變頻器調(diào)技術(shù)來控制每環(huán)噴水的高度。我選用的是 FR-S520（E）系列變頻調(diào)速器。其實物圖如圖 3-1 示。12 / 283.33.3 水泵的選型水泵的選型泵是一種面大量廣通用型號機械設(shè)備，它廣泛地應(yīng)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(lǐng)域中，由于選型不合理，許多的泵處于不合理運行

24、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(shù)經(jīng)濟指標，使之符合經(jīng)濟、安全、適用的原則。具體來說，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。3.3.13.3.1 水泵的參數(shù)與性能水泵的參數(shù)與

25、性能（1）水泵的主要參數(shù)水泵參數(shù)是指工作性能的主要技術(shù)數(shù)據(jù)，包括流量、揚程、轉(zhuǎn)速、效率和比轉(zhuǎn)數(shù)等。1.流量（Q）13 / 28泵的流量市直單位時間所排出的液體的數(shù)量。通常泵的流量用體積計算，以 Q 表示，單位為米 3/時（m3/h） 、米 3/秒（m3/s） 、升/秒（1/s） ，也可用重量計，以 G 表示，單位為噸/時（t/h） 、噸/秒（t/S） 、千克/秒（kg/s） 。G 與 Q 的關(guān)系：G=r*QG=r*Q r-r-液體的重量（千克液體的重量（千克/ /米米 3 3）因水的重量近似 1000 千克/米 3，故 1 升/秒=3.6 米 3/時=3.6 噸/時2.揚程（H）泵的揚程是指單

26、位重量的液體通過泵所增加的能量。以 H 表示，實質(zhì)上就是水泵能夠揚水的高度，又叫總揚程或全揚程。單位為米液柱高度，習慣上省去“液柱” ，以米（m）表示。泵的總揚程由吸水揚程兩部分組成，因此總揚程總揚程= =吸水揚程吸水揚程= =出水揚程出水揚程但由于水流經(jīng)過管路時受到各種阻力而減少了泵的吸水揚程和出水揚程，因此吸水揚程吸水揚程= =實際吸水揚程實際吸水揚程+ +吸水損失揚程吸水損失揚程出水揚程出水揚程= =實際出水揚程實際出水揚程+ +出水損失揚程出水損失揚程損失揚程損失揚程= =吸水損失揚程吸水損失揚程+ +出水損失揚程出水損失揚程總揚程總揚程= =實際揚程實際揚程+ +損失揚程損失揚程由于

27、水泵銘牌上表明的揚程是上述水泵的總揚程，因此不能誤認為銘牌上的揚程是實際揚程數(shù)值，水泵的實際揚程都比水泵銘牌上的揚程數(shù)值小。因此在確定水泵揚程時，這一點要特別注意，否則，如果只按實際揚程來確定水泵的揚程，訂購來的水泵揚程就低了，那可能會降低水泵的效率，甚至打不上水來。損失揚程與管路上的水管和附近種類（低閥、閘閥、逆止閥、直管、彎管） 、數(shù)量、水管徑、管長、水管壁粗糙程度以與水泵流量等都有密切關(guān)系，這一點在管路設(shè)計和選配水管和附件時也應(yīng)注意。1.允許吸上真空高度（HS）允許吸上真空高度是指真空表讀數(shù)吸水揚程，也就是泵的吸水揚程（簡稱泵的吸程） ，包括實際吸水揚程和吸水損失揚程之和。以 Hs 表示

28、，單位為米（m） 。允許吸上真空高度是安裝水泵高度的重要參數(shù)，安裝水泵時，應(yīng)使水泵14 / 28的吸水揚程小于允許吸上真空高度值，否則安裝過高，就吸不上水或產(chǎn)生氣蝕現(xiàn)象、2.轉(zhuǎn)速（n）轉(zhuǎn)速是指泵葉輪每分鐘的轉(zhuǎn)數(shù)，以 n 表示，單位為轉(zhuǎn)/分（r/min） 。每臺泵都有一定的轉(zhuǎn)速，不能隨意提高或降低，這個固定的轉(zhuǎn)速稱為額定轉(zhuǎn)速，水泵銘牌上標定的轉(zhuǎn)速即為額定轉(zhuǎn)速。如果遠大于額定轉(zhuǎn)速，不但會引起動力機超載或轉(zhuǎn)不動，而且泵的零部件也容易損壞；轉(zhuǎn)速降低，泵的效率就會降低，影響水泵的正常工作。3.比轉(zhuǎn)數(shù)（ns）在前述水泵型號中，有些型號的組成部分有比轉(zhuǎn)數(shù)這個參數(shù)。比轉(zhuǎn)數(shù)與轉(zhuǎn)速是兩個概念，水泵的比轉(zhuǎn)數(shù)，簡稱比

29、速，通常用符號為 ns。水泵的比轉(zhuǎn)數(shù)是指一個假象的所謂標準水泵葉輪的轉(zhuǎn)數(shù)，這個假想的水泵與真實水泵的葉輪各部分都幾乎相似而在消耗功率為 0.735 千瓦、揚程為 1 米、流量為 0.075 立方米/秒時所具有的轉(zhuǎn)數(shù)。葉輪形狀一樣或相似的水泵比轉(zhuǎn)數(shù)一樣，葉輪形狀不一樣或不相似的水泵比轉(zhuǎn)數(shù)不一樣。如軸流泵比轉(zhuǎn)數(shù)比混流泵大，混流泵比轉(zhuǎn)數(shù)也是放映水泵特性的綜合性指標。此外，要注意比轉(zhuǎn)數(shù)大的水泵，其轉(zhuǎn)速不一定高；比轉(zhuǎn)數(shù)小的，轉(zhuǎn)速不一定低。大流量、低揚程的水泵，比轉(zhuǎn)數(shù)大，防止則小。一般比轉(zhuǎn)數(shù)較低的離心泵，其流量小、揚程高；而比轉(zhuǎn)數(shù)較高的軸流泵，其流量大、揚程低。4.功率功率是指機組在單位時間作功的大小。水

30、泵功率可分為有效功率、軸功率和配套功率三種。（1）有效功率 它是出丟水泵部損失功率后，純用于羊水所消耗的功率，因此又稱為凈功率、輸出功率或水馬力。常用符號為 N 效，單位為千瓦（或馬力） 。有效功率只可用水泵的流量和揚程計算得出：（2）軸功率 15 / 28它是動力機傳給水泵軸上的功率，因此稱為軸功率或輸入功率。要包括泵體軸承的摩擦、水泵軸與填料的摩擦、水與葉輪、泵殼間的摩擦，以與泵高壓水的回漏等所消耗的功率。（3）配套功率 它是指水泵應(yīng)選配的動力機的功率，一次又稱有用功率。常用符號為 N 配，它比軸功率大。這是因為動力機把動力傳遞給水泵的過程中，有傳動損失；同時還要考慮水泵工作時，流量與揚程

31、有波動而可能出現(xiàn)動力機超載，因此動力機需要比水泵軸功率大的功率儲備。配套功率可按下式求得：動力安全系數(shù)（或稱備用系數(shù)）可根據(jù)水泵軸功率大小確定，軸功率小時取大值。傳動交率要根據(jù)傳動類型和傳動方式確定。采用聯(lián)軸器直接傳動時，取 0.990.99。采用皮帶傳動時，開口式傳動取 0.980.98，交叉?zhèn)鲃尤?0.9，半交叉取0.920.94；三角帶傳動取 0.96。5.、效率（n）效率是指有效功率與軸功率的比值，因此他是反映泵對動力所給予的功率利用程度的技術(shù)經(jīng)濟指標。常用符號為 n，其大小用百分數(shù)來表示?？捎孟率奖磉_：由于有效功率小與軸功率，因此水泵效率永遠小于 1。但水泵效率值越大說明有效功率越大

32、，泵損失功率越小。我們選擇水泵時，應(yīng)盡量選擇效率高的水泵銘牌上的效率是指水泵可能達到的最高效率，一般農(nóng)用水泵的最高效率為60%80%，有些大型水泵超過了 80%。16 / 283.3.23.3.2 選擇步驟選擇步驟（1）列出基本數(shù)據(jù)：1.介質(zhì)的特性：介質(zhì)名稱、比重、粘度、腐蝕性、毒性等。2.介質(zhì)中所含固體和顆粒、含量多少。3.所需要的流量，一般工業(yè)用泵在工藝流程中可以忽略管道系統(tǒng)中的泄漏量， 5.壓力，吸水池壓力，排水池壓力，管道系統(tǒng)中的壓力降。（2）確定流量揚程和流量1.如果生產(chǎn)工藝中已給出最小、正常、最大流量，應(yīng)按最大流量考慮。2.如果生產(chǎn)工藝中只給出正常流量，應(yīng)考慮留有一定的余量。3.如

33、果基本數(shù)據(jù)值只給重量流量，應(yīng)換算成體積流量。由于噴泉的水泵必須滿足大功率快速精確啟停，我選用品牌為 DESHB(德士比)的 QYP100-4.5-2.2 噴泉泵。其實物圖見其 3-2 所示：3.43.4 硬件接線圖硬件接線圖系統(tǒng)的硬件連接圖即 PLC 和系統(tǒng)中各個硬件的連線。具體的如圖 3-4 所示：17 / 28第四章第四章 系統(tǒng)軟件設(shè)計系統(tǒng)軟件設(shè)計4.14.1 PLCPLC 梯形圖概述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(guān)量邏輯控制。梯形圖常被稱為電路或程序

34、，梯形圖的設(shè)計成為編程。PLC 梯形圖中的某些編程元件沿用了幾點起這一名稱，如輸入繼電器、輸出繼電器、部繼電器等，該存儲單元如果為“1”狀態(tài)，則表示梯形圖中對應(yīng)軟繼電器的線圈“通電” ，其常來觸電接通，常閉觸點斷開，稱這種狀態(tài)時該軟繼電器的“1”或“ON”狀態(tài)。如果該存儲單元為“0”狀態(tài)，對應(yīng)軟繼電器的線圈和觸點的狀態(tài)與上述的相反，稱該軟繼電器為“0”或“OFF”狀態(tài)。使用中也常將這些“軟繼電器”稱為編程元件。4.24.2 SWOPC-FXGP/WIN-CSWOPC-FXGP/WIN-C 編程軟件的操作方法編程軟件的操作方法本課題采用的編程軟件為 SWOPC-FXGP/WIN-C 編程軟件，具

35、體的操作方法如下：18 / 281、打開 SWOPC-FXGP/WIN-C 編程軟件，之后點擊文件，在下拉菜單欄里點擊“新文件（N）”在選擇 FX2N/FX2NC，確定打開后可以繪制梯形圖編本課題的程序。2、在打開文件之后就可以回執(zhí)梯形圖，根據(jù)所編的程序，在頁面右邊的功能圖， SWOPC-FXGP/WIN-C 編程軟件的功能圖，在繪制梯形圖中選擇需要的輸入元件，完成對梯形圖的繪制。4.34.3 I/OI/O 分配表分配表3-1 輸入 I/O 分配表序號輸入說明1X0停止說明2X1啟動按鈕3X2選擇開關(guān) 1 的位置4X3選擇開關(guān) 2 的位置5X4選擇開關(guān) 3 的位置6X5燈控按鈕3-2 輸入 I

36、/O 分配表序號輸出說明1Y0電源指示2Y1控制 1 管噴水3Y2控制 2 管噴水4Y3控制 3 管噴水5Y4控制 4 管噴水6紅色燈紅色燈7Y6黃色燈8Y7綠色燈9Y8中速19 / 2810Y9慢速11Y10正轉(zhuǎn)4.3.14.3.1 輸入信號輸入信號啟動按鈕 SB0: I0.0 花樣選擇位置 1 開關(guān) SB1: I/0.1 花樣選擇位置 2 開關(guān) SB1: I/0.2 花樣選擇位置 3 開關(guān) SB1: I/0.3 花樣選擇位置 4 開關(guān) SB1: I/0.4 單步、連續(xù)開關(guān) SB5: I0.5 停止按鈕 SB6: I0.64.3.24.3.2 輸出信號輸出信號1 號噴頭噴水開關(guān)接觸器 KM1

37、: Q0.1 2 號噴頭噴水開關(guān)接觸器 KM2: Q0.2 3 號噴頭噴水開關(guān)接觸器 KM3: Q0.3 4 號噴頭噴水開關(guān)接觸器 KM4: Q0.44.4I/O4.4I/O 接線圖接線圖20 / 284.54.5 流程圖流程圖21 / 284.64.6 梯形圖（見附錄梯形圖（見附錄 1 1）4.74.7 噴泉控制系統(tǒng)的設(shè)計程序噴泉控制系統(tǒng)的設(shè)計程序0 LD M80021 SET S03 STL S04 LD X0015 SET Y0046 SET S218 STL S219 OUT T0 K3012 LDT T0 13 SET Y00014 LD T015 SET S2217 STL S22

38、18 RST Y00019 OUT T1 K3022 LDI T123 SET Y00124 LD T125 SET S2327 STL S2328 RST Y00129 OUT T232 LDI T233 SET Y00234 LD T235 SET S2437 STL S2438 RST Y00239 OUT T3 K3042 LDI T343 SET Y00344 LD T345 SET S2547 STL S2548 RST Y00349 OUT T4 K5052 LDI T4 53 SET Y00054 SET Y00155 LD T456 SET S2658 STL S2659 R

39、ST Y00060 RST Y00161 OUT T5 K5064 LDI T565 SET Y00266 SET Y00367 LD T568 SET S2770 STL S2771 RST Y00222 / 2872 RST Y00373 OUT T6 K4076 LDI T677 SET Y00078 SET Y00179 SET Y00280 SET Y00381 LD T682 SET S2884 STL S2885 RST Y00086 SET Y00287 SET Y00388 OUT T7 K5091 LD T792 SET S2994 STL S2995 RST Y00196

40、 OUT T8 K5099 LD T8100 SET S30102 STL S30103 RST Y002104 OUT T9 K50107 LD T9108 SET S31110 STL S31111 RST Y003112 OUT T10 K50115 LD T10116 SET S32118 STL S32119 OUT T11 K80122 OUT Y000123 OUT Y002124 LD T11125 SET S33127 STL S33128 OUT T12 K80131 OUT Y001132 OUT Y003133 OUT C0 K3136 LD T12137 AND C0138 SET S34