PLC和變頻器的花式噴泉設計,plc,以及,變頻器,花式,噴泉,設計 PLC和變頻器的花式噴泉設計 第一章 緒 論 1.1 課題研究背景 隨著城市化進程的加速，音樂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?，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。 花式噴泉運行的靈活性是評價音樂噴泉優(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，能給人有種不錯的視覺享受。 1969年美國數(shù)字設備公司（DEC）研制書上世界第一臺可編程控制器，并成功地應用在美國（GM）的生產線上。但當時只能進行邏輯運算，故稱為可編程邏輯控制期，簡稱PLC（programmable logic controller）。 70年代后期，隨著微電子技術和計算機的迅猛發(fā)展，使PLC從開關量的邏輯控制擴展到數(shù)字控制及生產過程控制域，真正成為一種電子計算機工業(yè)控制裝置，故稱為可編程控制器，簡稱PC（programmable controller）.但由于PC容易與個人計算機（programmable computer）相混淆，故人們仍習慣地用PLC作為可編程器的縮寫。 1985年國際電工委員會（IEC）對PLC的定義如下： 可編程控制器是一種進行數(shù)字運算的電子系統(tǒng)，是專為在工業(yè)環(huán)境下的應用而設計的工業(yè)控制器，它采用了可以編程的存儲器，用來在其內部存儲執(zhí)行邏輯運算、順序控制、定時、計數(shù)和算術運算等操作的指令，并通過數(shù)字或模擬式的輸入和輸出，控制各種類型機械的生產過程。 PLC是繼電器邏輯控制系統(tǒng)發(fā)展而來，所以它在數(shù)學處理、順序控制方面具有一定優(yōu)勢。繼電器在控制系統(tǒng)中主要起兩種作用：（1）邏輯運算（2）弱電控制強電。 PLC是集自動控制技術，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?，簡稱PLC。它在集成電路、計算機技術的基礎上發(fā)展起來的一中新型工業(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，維護工作量少 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，已經廣泛應用于自動化控制的各個領域，并已成為實現(xiàn)工業(yè)生產自動化的支柱產品。與繼電——接觸器系統(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、維護、維修；能直接推動電磁閥、接觸器與于之相當?shù)膱?zhí)行機構；能向中央執(zhí)行機構；能向中央數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)直接傳輸數(shù)據(jù)等。 因此，進行音樂噴泉的PLC控制系統(tǒng)的設計，可以推動噴泉行業(yè)的發(fā)展，擴大PLC在自動控制領域的應用，具有一定的經濟和理論研究的價值。 1.2 課題設計的內容 本設計將在以下幾個方面對音樂噴泉的控制系統(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水的花樣。將各種水型及燈光，按照預先設定的排列組合進行控制程序的設計，通過計算機運行程序發(fā)出控制信號，使水型及燈光有各種各樣的變化。 2花式噴泉硬件系統(tǒng)的設計。本課題設計的音樂噴泉要求運行迅速準確度高，在花式噴泉的格層檢測系統(tǒng)中選用用在工業(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。由于本課題的具體需求在硬件系統(tǒng)的設計過程中主要考慮了花式噴泉的經濟實用、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音樂噴泉控制的要求，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PLC，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。 1.3課題設計的目的和意義 隨著我國經濟的高速發(fā)展，微電子技術、計算機技術和自動控制技術也得到了迅速發(fā)展，交流變頻調速技術已進入個嶄新的時代，其應用越來越廣。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。 可編程序控制器（PLC）因為穩(wěn)定可靠、結構簡單、成本低廉、簡單易學、功能強大和使用方便已經成為應用面最廣、最廣泛的通用工業(yè)控制裝置，成為當代工業(yè)自動化的主要支柱之一。音樂噴泉控制要求接入設備使用簡便，對應于系統(tǒng)組態(tài)的編程簡單，具有人性化的人機界面，配備應用程序庫，加快編程和調試速度。通過PLC對程序設計，提高了噴泉的控制水平，并改善了噴泉的樣式。 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過一定壓力通過噴頭噴灑出來具有特定形狀的組合體，提供水壓的一般為水泵。 現(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： （一）普通噴泉：只有簡單的幾種固定水型及燈光，隨著電源的開閉而控制噴泉的運行、水型和燈光變化。 （二）程控噴泉：將各種水型及燈光，按照預先設定的排列組合進行控制程序的設計，通過計算機運行程序發(fā)出控制信號，使水型及燈光有各種各樣的變化。 （三）音樂噴泉：在程序控制噴泉的基礎上加入了音樂控制系統(tǒng)，計算機通過對音頻及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)，使噴泉的造型及燈光的變化與音樂保持同步。 （四）水幕激光噴泉：將激光器發(fā)出的激光束射在水幕噴頭噴出的水膜上，激光束由激光控制系統(tǒng)編程控制，可發(fā)出多種多樣的圖案及色彩，照射在晶瑩透明的水膜上，形成斑斕奪目的奇異效果。 （五）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品組成。 （六）游戲噴泉：又稱感應泉，噴泉水柱根據(jù)游人的動作產生反應，而且這種反應具有不確定性，是一種互動式噴泉，增強了娛樂氛圍。 （七）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，只需改變控制程序就可輕易改變邏輯或增加功能。 2、工作方式上看： 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，顧而無抖動一說。 4、定時、記數(shù)看： PLC時鐘脈沖由晶振產生，精度高，定時范圍寬；有記數(shù)功能。 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)場調試和維護方便。 2.3 系統(tǒng)設計的基本步驟 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.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.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者輸入輸出端子的接線圖。 5.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程序，這是整個花式噴泉系統(tǒng)設計的核心工作。 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。 2.4 系統(tǒng)控制方案 花式噴泉系統(tǒng)的控制要求如下: （一）1為戲水噴頭,2為禮花噴頭,3 為萬象直流噴頭，4為旋轉式噴頭。 　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）、黃色燈支路（在2，3之間）、紅色燈支路（在3，4之間）。 （二）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) 由選擇開關來實現(xiàn)。 （三）該花式噴泉有三種噴水花樣可供選擇: 第一種花樣,4、3、2、1 隔2 秒依次噴水,一起噴水15 秒后停下,再按1、2、3、4 的次序隔2 秒依次噴水,再一起噴15 秒后停下,以此規(guī)律循環(huán)。 第二種花樣,1、3 同時噴水,延時3 秒后1、3 停噴,同時2、4 噴水,交替運行5 次后1、2、3、4 一起噴水,30 秒后停止,以此規(guī)律循環(huán)。 第三種花樣,1、2、3、4 按順序延時2 秒噴水,然后一起噴30 秒后1、2、3、4 再分別延時2 秒停噴,以此規(guī)律循環(huán)。 （四）通過變頻器可以控制每環(huán)噴水管的高度。在第一種花樣中，1、3管為慢速正轉噴水，2、4管為中速正轉噴水。 （五）燈光系統(tǒng)的控制:由PLC的X5輸入端為燈光系統(tǒng)控制的選擇按鈕,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： 圖2-1花式噴泉池示意圖 2.5 花式噴泉控制系統(tǒng)的原理圖 在噴泉中，通過按鈕開關信號來控制PLC；因為有4層噴水，因此用了1個變頻器來控制4個水泵?；ㄊ絿娙刂葡到y(tǒng)的原理圖如圖2-2所示： 圖2-2 花式噴泉控制系統(tǒng)原理圖 第三章 系統(tǒng)硬件設計 3.1　可編程控制器(PLC)的選型 3.1.1 PLC概述 可編程控制器，英文稱Programmable 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，但基于電子計算機。它通過運行存儲在其內存中的程序，把經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基于電子計算機，但并不等同于普通計算機。普通計算機進行入出信息變換時，大多只考慮信息本身，信息入出的物理過程一般不考慮的。而PLC則要考慮信息入出的可靠性、實時性，以及信息的實際使用。特別要考慮怎么適應于工業(yè)環(huán)境，如便于安裝，便于維修及抗干擾等問題,入出信息變換及可靠的物理實現(xiàn)，可以說是PLC實現(xiàn)控制的兩個基本要點。PLC可以通過它的外設或通信接口與外界交換信息。其功能要比繼電控制裝置多的多、強的多。 PLC有豐富的指令系統(tǒng)，有各種各樣的I/O接口、通信接口，有大容量的內存，有可靠的自身監(jiān)控系統(tǒng)，因而具有以下基本的功能： 邏輯處理功能； 數(shù)據(jù)運算功能； 準確定時功能； 高速計數(shù)功能； 中斷處理（可以實現(xiàn)各種內外中斷）功能； 程序與數(shù)據(jù)存儲功能； 聯(lián)網通信功能； 自檢測、自診斷功能。 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。 像PLC這樣。有很豐富的功能，是別的電控器所沒有的，更是傳統(tǒng)的繼電控制電路所無法比擬的。豐富的功能為PLC的廣泛應用提供了可能，同時，也為自動門行業(yè)的遠程化、信息化及智能化創(chuàng)造了條件。 3.1．2 PLC 的結構 PLC一般微型計算機基本相同，也是由硬件系統(tǒng)和軟件系統(tǒng)兩大部分組成的。PLC的硬件系統(tǒng)由處理器（CPU）、存儲器（EPROM,ROM）、輸入輸出（I/O）部件、電源部件、編程器、I/O擴展單元和其他外圍設備組成。各部分通過總線（電源總線、控制總線、地址總線、數(shù)據(jù)總線）連接而成。結構簡圖如下： 圖3-1 PLC結構示意圖 PLC的軟件系統(tǒng)是指PLC所使用的各種程序的集合，通常可分為系統(tǒng)程序和用戶兩大部分。系統(tǒng)程序是每一個PLC成品必須包括的部分，由PLC廠家提供，用于控制PLC本身的運行，系統(tǒng)程序固化在EPROM中。用戶程序是由用戶根據(jù)控制需要而編寫的程序。以及系統(tǒng)和軟件系統(tǒng)組成了一個完整的PLC系統(tǒng)，它們是相輔相成，缺一不可的。 3.1.3 PLC的選型 在PLC系統(tǒng)設計時，首先應確定控制方案，下一步工作就是PLC工程設計選型。工藝流程的特點和應用要求是設計選型的主要依據(jù)。因此，工程設計選型和估算時，應詳細分析工藝過程的特點、控制要求，控制任務和范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、外部設備特性等，最后選擇有較高性能價格比的PLC和設計相應的控制系統(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10%～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。設計階段，由于用戶應用程序還未編制，因此，程序容量在設計階段是未知的，需在程序調試之后才知道。為了設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替代。 存儲器內存容量的估算沒有固定的公式，許多文獻資料中給出了不同公式，大體上都是按數(shù)字量I/O點數(shù)的10～15倍，加上模擬I/O點數(shù)的100倍，以此數(shù)為內存的總字數(shù)（16位為一個字），另外再按此數(shù)的25%考慮余量。因此本課題的PLC內存容量選擇應能存儲2000條梯形圖，這樣才能在以后的改造過程中有足夠的空間。 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)本課題所設計控制的需要，主要介紹以下幾種功能的選擇。 （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，不對現(xiàn)場設備進行控制。完成編程后，編程器切換到運行模式，CPU對現(xiàn)場設備進行控制，不能進行編程。離線編程方式可降低系統(tǒng)成本，但使用和調試不方便。在線編程方式：CPU和編程器有各自的CPU，主機CPU負責現(xiàn)場控制，并在一個掃描周期內與編程器進行數(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。這種方式成本較高，但系統(tǒng)調試和操作方便，在大中型PLC中常采用。 五種標準化編程語言：順序功能圖（SFC）、梯形圖（LD）、功能模塊圖（FBD）三種圖形化語言和語句表（IL）、結構文本（ST）兩種文本語言。選用的編程語言應遵守其標準（IEC6113123），同時，還應支持多種語言編程形式，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，軟件診斷分內診斷和外診斷。通過軟件對PLC內部的性能和功能進行診斷是內診斷，通過軟件對PLC的CPU與外部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能力的要求，并影響平均維修時間。 4．機型的選擇 通過對輸入/輸出點的選擇、對存儲容量的選擇、對I/O響應時間的選擇以及輸出負載的特點選型的分許。 該控制系統(tǒng)選用三菱公司FX2N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,通過擴展模塊的連接, 可以增加輸入/ 輸出點數(shù)。我設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。實物圖如3—2所示 圖3-2三菱FX2N-32MR的PLC 3.2 變頻器的選型 我設計的是通過變頻器調速技術來控制每環(huán)噴水管的高度。我選用的是FR-S520（S）E系列變頻調速器。其實物圖如圖3-1示。 圖3-3 FR-S520（S）E系列變頻調速器的實物圖 3.3 水泵的選型 由于噴泉的水泵必須滿足大功率快速精確起停，而且其輸出功率必須能夠精確的進行控制。我選用品牌為DESHB(德士比）的QYP100-4.5-2.2噴泉泵。具有以下優(yōu)點：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；經久耐用、安全可靠。并且水泵出口采用圓法蘭結構,電機為F級絕緣,適用花式噴泉等場合對電機頻繁啟動的要求.葉輪具有防松裝置,不怕反轉.其實物圖見其3-4所示： 圖3-4 QYP噴泉泵的實物圖 3.4噴頭的選型 為了使得噴泉的噴水效果更好，更加引人入勝，所以本設計采用以下噴頭來實現(xiàn)噴水效 （1）旋轉式噴頭 特點：利用噴水的反作用力，推動噴頭旋轉；多條水流在空中離心向外形成螺旋扭動的曲線，夜晚在彩燈映射下猶如彩帶在夜空中飄舞。 噴頭型號 主要性能 連接管 安裝尺寸(mm) 備注 名稱 說明 水壓 (kpa) 流量 (m3/h) 噴高 (m) 噴灑直徑 DN(mm) 直徑 DN(mm) 連接形式 A B XZB-307 70 7.00 1.40 1.00 25 內螺紋 140 +80 6支 旋轉花籃 XZB-116 70 10.00 1.60 1.20 40 內螺紋 200 +100 6支 旋轉花籃 XZB-308 70 7.50 1.80 1.30 25 內螺紋 170 +100 4支 旋轉 XZB-114 70 15.00 2.00 1.50 40 內螺紋 200 +150 4支 旋轉 XZB-204 70 15.00 0.80 2.80 40 內螺紋 230 +150 10支 蟹爪蘭 （2）萬向直流噴頭 特點：單噴嘴，直流射。水柱晶瑩透明，線條明快流暢?？勺龇较蛘{節(jié)，安裝調試靈活方便，可組成多種圖案。同時，它也是音控、程控噴泉的必選噴頭。 噴頭型號 主要性能 連接管 安裝尺寸(mm) 水壓 (kpa) 流量 (m3/h) 噴高 (m) 直徑 DN(mm) 連接形式 A B KTB-117 43-67 0.6-0.8 1.6-3.5 15 內螺紋 701 +40 KTB-115 47-77 1.5-2.0 3.4-5.0 20 內螺紋 110 +40 KTB-104 49-96 2.5-3.5 4.0-8.0 25 內螺紋 130 +40 KTB-216 48-100 3.5-6.5 4.6-9.0 40 內螺紋 170 60 KTB-105 50-120 5-7.5 5.0-9.5 50 內螺紋 250 +60 KTB-118 90-160 12-15 7-12 65 內螺紋 300 +60 （3）禮花噴頭 特點：禮花噴頭是由多個直上小噴嘴組成，噴水時射流如燃放的煙花，水姿造型美觀，安裝方便，適用于各種場合的噴水池。 性能 型號 外形尺寸（mm） 噴高（m） 水壓（m） 　　　流量（m3/h）　　　　噴灑直徑（m） 接 管 高度 LH25 G1" 100 1 2 3 2.5 3.5 5 4.45 6.5 7.56 1 2 3 LH32 G1 1/4" 80 1 2 3 2.2 3.5 5.5 5 7.5 8.54 1 2 3 LH40 G1 1/2" 73 1 2 4 2 3.5 6.5 6.6 8.5 14.2 1 2 4 LH50 G2" 100 1 3 5 1.8 3.5 7 8.8 14.6 22.1 1 2 5 （4）戲水噴頭 特點：噴頭安裝在石板下面，噴水時水柱通過鋪裝孔噴出，人可與水嬉戲。停止噴水時不阻礙交通。既是廣場休閑，也是觀賞噴泉。 性能 型號 外形尺寸 壓力(m) 流量（m3/h） 噴射高度（m） 接 管 DN25 G1" 40 7.0 2.3 DN40 G１ 1/2" 40 10.0 2.5 DN50 G2" 40 12.0 2.8 3.4 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。具體的如下圖所示： 圖3-5硬件接線圖 圖3-6變頻器跟水泵的接線圖 3.5 I/O分配表 輸入：見表3-1 序號 輸入 說明 1 X0 停止按鈕 2 X1 啟動按鈕 3 X2 選擇開關1的位置 4 X3 選擇開關2的位置 5 X4 選擇開關3的位置 6 X5 燈控按鈕 輸出：見表3-2 序號 輸出 說明 1 Y0 電源指示 2 Y1 控制1管噴水 3 Y2 控制2管噴水 4 Y3 控制3管噴水 5 Y4 控制4管噴水 6 Y5 紅色燈 7 Y6 黃色燈 8 Y7 綠色燈 9 Y11 中速 10 Y10 慢速 11 Y12 正轉 第四章 系統(tǒng)軟件設計 4.1 PLC梯形圖概述 梯形圖是使用得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，梯形圖的設計稱為編程。 PLC梯形圖中的某些編程元件沿用了繼電器這一名稱，如輸入繼電器、輸出繼電器、內部輔助繼電器等，但是它們不是真實的物理繼電器，而是一些存儲單元（軟繼電器），每一軟繼電器與PLC存儲器中映像寄存器的一個存儲單元相對應。該存儲單元如果為“1”狀態(tài)，則表示梯形圖中對應軟繼電器的線圈“通電”，其常開觸點接通，常閉觸點斷開，稱這種狀態(tài)是該軟繼電器的“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。 梯形圖兩側的垂直公共線稱為母線(Bus bar)，。在分析梯形圖的邏輯關系時，為了借用繼電器電路圖的分析方法，可以想象左右兩側母線（左母線和右母線）之間有一個左是正而右是負的直流電源電壓，母線之間有“能流”從左向右流動。右母線可以不畫出。 根據(jù)梯形圖中各觸點的狀態(tài)和邏輯關系，求出與圖中各線圈對應的編程元件的狀態(tài)，稱為梯形圖的邏輯解算。梯形圖中邏輯解算是按從左至右、從上到下的順序進行的。解算的結果，馬上可以被后面的邏輯解算所利用。邏輯解算是根據(jù)輸入映像寄存器中的值，而不是根據(jù)解算瞬時外部輸入觸點的狀態(tài)來進行的。 4.2 SWOPC-FXGP/WIN-C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，具體的操作方法如下： 1．打開SWOPC-FXGP/WIN-C編程軟件，之后點擊，在下拉菜單欄里點擊“新文件(N)…”，再選擇，確定打開后就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繪制梯形圖，根據(jù)所編的程序的，在頁面右面的功能圖，如4-2所示： 圖4-2 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。 3．完成了對梯形圖的繪制后，在軟件的菜單欄中點擊，并在下拉菜單中的“寄存器(R)..數(shù)據(jù)傳送”的子欄中選擇“寫出”，將程序編入三菱FX2N-64M。 4.3 系統(tǒng)工作過程分析 1. 按下啟動按鈕和燈控按鈕，開始運行。 2．按下位置開關2，則是第一種花樣噴泉。 3. 按下位置開關3，則是第二種花樣噴泉。 4. 按下位置開關4，則是第三種花樣噴泉。 5. 無論哪種花樣噴泉，只要當?shù)谌蛘叩谒娜我庖粚訃娝臅r候，黃燈亮；當?shù)诙訃娝臅r候，紅燈亮；當所有噴水時，綠燈亮。 6. 按下停止按鈕，則運行結束。 4.4控制系統(tǒng)程序設計 4.4.1 花式噴泉的第一種花樣 當選擇開關2的位置時，噴泉運行第一種花樣：4、3、2、1 隔2 秒依次噴水,一起噴水15 秒后停下,再按1、2、3、4 的次序隔2 秒依次噴水,再一起噴15 秒后停下,以此規(guī)律循環(huán)。1、3管以慢速正轉噴水，2、4管以中速正轉噴水。當?shù)谌蛘叩谒娜我庖粚訃娝臅r候，紅燈亮；當?shù)诙訃娝臅r候，黃燈亮；當所有噴水時，綠燈亮。見圖4-1所示： 圖4-1第一種花樣的梯形圖 4.4.2 花式噴泉的第二種花樣 當選擇開關3的位置時，噴泉第二種花樣：1、3 同時噴水,延時3 秒后1、3 停噴,同時2、4 噴水,交替運行5 次后1、2、3、4 一起噴水,30 秒后停止,以此規(guī)律循環(huán)。1、3管以慢速正轉噴水，2、4管以中速正轉噴水。當?shù)谌蛘叩谒娜我庖粚訃娝臅r候，黃燈亮；當?shù)诙訃娝臅r候，紅燈亮；當所有噴水時，綠燈亮。見圖4-2所示： 圖4-2第二種花樣的梯形圖 4.4.3 花式噴泉的第三種花樣 當選擇開關4的位置時，第三種花樣：1、2、3、4 按順序延時2 秒噴水,然后一起噴30 秒后1、2、3、4 再分別延時2 秒停噴,以此規(guī)律循環(huán)。1、3管以慢速正轉噴水，2、4管以中速正轉噴水。當?shù)谌蛘叩谒娜我庖粚訃娝臅r候，黃燈亮；當?shù)诙訃娝臅r候，紅燈亮；當所有噴水時，綠燈亮。見圖4-3所示： 圖4-3第三種花樣的梯形圖 結論 本系統(tǒng)主要以可編程控制器PLC和變頻器為核心，利用可編程控制器PLC和變頻器的強大的控制功能，實現(xiàn)了利用可編程控制器和變頻器控制花式噴泉的功能，具有接線簡單、編程直觀、擴展容易等特點。當花式噴泉的功能增加時，只需增加一個I/ O 擴展模塊即可。原來的接線不需改變，軟件上只需增加相應程序以及輸出的功能，要改動的地方也較少。調試結果表明，在適應性、靈活性、精確性和可靠性方面，到達到了設計的要求，表明該設計方案是可行的。 通過本設計，我學習到了很多東西，在工作的細心上也得到了提高。并且，更了解了有關可編程控制器和變頻器的功能。我選擇這個設計，也是為了彌補以前學習上的不足。這次設計，使我了解到老師的用心良苦，并且從老師那學到了很多寶貴的東西。 致謝 在做論文的過程中沈志君老師嚴謹?shù)闹螌W態(tài)度和一絲不茍的工作精神給了我深刻的啟發(fā)，也給了我很大的觸動。另外，老師經常給我講解不懂的地方，教我怎么入手，使我能盡快的完成論文。還要感謝系里其它的老師的指導，給了我很大的幫助。在此，對老師在工作和生活中給予的指導和關心致以最真誠的謝意。 同時在這里還要感謝系里給予我們的關心和幫助，感謝老師們給予我們的幫助。 感謝系里其它的一些同學在設計中提供大量的支持和幫助。我們即將畢業(yè)，在此，再一次向三年中在學習和生活中給予過我?guī)椭睦蠋熀屯瑢W致謝。 參考文獻 [1] 郭艷萍,李曉波. PLC在花式噴泉控制中的應用[J] 漯河職業(yè)技術學院學報(綜合版),2003 [2] 齊從謙. PLC技術及應用[M ]. 北京: 機械工業(yè)出版社, 2002. [3] 王紅. 可編程控制器使用教程[M ]. 北京: 電子工業(yè)出版社, 2003. [4] 殷培峰. 基于PLC噴泉控制系統(tǒng)的設計與應用[J]. 蘭州石化職業(yè)技術學院學報, 2006，6 [5] 張桂香. 電氣控制與PLC 應用[M ]. 北京: 化學工業(yè)出版社2003. [6 ] 郁漢琪1 機床電氣及可編程控制器實驗、課程設計指導書[M]北京:電子工業(yè)出版社,2002 [7] 日本三菱公司. FX系列PLC 編程手冊[ Z] . 1999 [8] 吳中俊，黃永紅主編，可編程序控制器原理及應用，機械工業(yè)出版社， 2004； [9] 陳在平，趙相賓主編，可編程序控制器技術與應用系統(tǒng)設計，機械工業(yè)出版社，2002； [10] 江月山，黃久松編著. 《數(shù)字化社區(qū)智能技術產業(yè)鏈導論》，中國建筑工業(yè)出版社，2003.5 附錄1 附錄2 影響噴泉效果的因素分析： ü 太陽輻射： 從圖上可以看出，太陽輻射強度在整個時間段上有很大變化，但出口水溫，上下風向上溫度的平均值，均無相似效果，說明太陽輻射對噴泉效果的影響比較小，原因主要是因為噴泉具有一定流量，出口水溫恒定下，水在暴露在太陽輻射下的時間很短，要么蒸發(fā)了，要么回流到地下，和新水混合，新水量總是大的，即使是接受太陽輻射的那部分水，在混合后溫度應降為出口水溫。這樣，噴泉為周圍的作用效果始終保持是由處于出口水溫狀態(tài)下的水提供的效果。 ü 風速 風速的影響效果見下圖，可以看到，溫度隨時間的變化與風速的變化有一致性，靠近風速測量點的測點六，在時間上與風速吻合較好，而相對遠離的測點九和四，風速的影響則具有一定的延遲。圖中也可以看出，風速較大時，上下風向上溫度差值相對較大，說明了風速對加強水的蒸發(fā)起了很好的效果，由于實驗未能沿風向在下風向上布置較長距離，所以無法驗證，風速大小與噴泉影響范圍的關系。 由于噴泉本身占地面積較大，按以上程序噴水時，必然使測點到噴泉距離產生周期性變化，而距離越遠，水柱能的影響就越小，溫度降低也就越小，噴泉的噴水與休息也影響測點溫度變化；則測點溫度應該隨時間作周期性變化，每個周期之間變化趨勢大致相同，但具體周期中每點的變化幅度則還受各種因素影響。 如果連續(xù)噴水，那么有效周期中的一段時間被浪費了，這從經濟上說和從環(huán)保上說是不利的，研究噴泉的有效周期，合理的控制噴泉噴水與停水時間，在保證達到噴泉降溫效果的同時，對節(jié)約水、電資源有很大幫助。 小結： 1、 連續(xù)噴水的 (或是間斷時間較短) 噴泉受太陽輻射強度影響很小。 2、 水的蒸發(fā)受空氣中飽和水蒸氣風壓力影響，空氣濕度對噴泉水蒸發(fā)量應該有比較大關系。 3、 噴泉所處的風場對噴泉的影響非常大，表現(xiàn)在噴泉作用距離和噴泉降溫能力上，風速加大，這兩種作用都將增強。 4、噴泉有效周期對使用管理噴泉，對噴泉費用支出有指導意義。設計噴泉時應根據(jù)需要合理的控制噴水時間。 第 33 頁 共 34 頁 摘 要 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。 花式噴泉采用了可編程控制器PLC和變頻器，用軟件實現(xiàn)對花式噴泉運行的自動控制，可靠性大大提高?？刂葡到y(tǒng)結構簡單，外部線路簡化，可方便的增加或改變控制功能，也可以進行故障自動檢測與報警顯示，提高運行安全性，并便于檢修。用SFC 方法編程,可以使設計思路清晰,編程簡便。而變頻器調速以其優(yōu)異的調速性能和起制動性能、高效率、高功率因素和節(jié)電效果，可以控制噴泉水位的高度，廣泛的適用范圍及其它許多優(yōu)點而獲國內外公認為最有發(fā)展前途的調速方式。因此，可編程控制器PLC技術加變頻器調速技術已成為現(xiàn)代噴泉行業(yè)的一個熱點。 本設計是利用PLC 和變頻器的調速技術，因而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水的花樣。將各種水型及燈光，按照預先設定的排列組合進行控制程序的設計，通過計算機運行程序發(fā)出控制信號，使水型及燈光有各種各樣的變化。 關鍵字：可編程控制器PLC；花式噴泉；梯形圖；變頻器；水泵 題 目 PLC和變頻器的花式噴泉設計 副標題 目 錄 第1章　緒　論 1 1.1 課題研究背景 1 1.2 課題設計的內容 1 1.3課題設計的目的和意義 2 第2章　系統(tǒng)控制方案的確定 3 2.1　花式噴泉的概述 3 2.2 采用PLC控制花式噴泉的優(yōu)點 3 2.3 系統(tǒng)設計的基本步驟 3 2.4 系統(tǒng)控制方案 4 2.5 花式噴泉控制系統(tǒng)的原理圖 5 第3章 系統(tǒng)硬件設計 6 3.1　可編程控制器(PLC)的選型 7 3.1.1 PLC概述 7 3.1.2 PLC的結構.....................................................................................................................7 3.1.3 PLC的選型 7 3.2 變頻器的選型 ..9 3.3 水泵的選型 10 3.4 噴頭的選型......................................................................................................................10 3.5 硬件接線圖 13 3.6 I/O分配表 14 第4章 系統(tǒng)軟件設計 16 4.1 PLC梯形圖概述 16 4.2 SWOPC-FXGP/WIN-C編程軟件的操作方法 16 4.3 系統(tǒng)工作過程分析 16 4.4控制系統(tǒng)程序設計 16 4.4.1 花式噴泉的第一種花樣 18 4.4.2 花式噴泉的第二種花樣 21 4.4.3 花式噴泉的第三種花樣 22 結論 24 致謝 25 參考文獻 26 附錄Ⅰ 27 附錄2< 影響噴泉效果的因素分析>............................................................................................33