【正文】 到一個(gè)新的階段。 噴泉的應(yīng)用狀況 隨著城市化的加速發(fā)展，花樣噴泉在我們身邊已經(jīng)隨處可見(jiàn)，比如在廣場(chǎng)、大廈、小區(qū)等?；訃娙且环N人造的小氣候，在炎熱的夏天可以起到降溫和增濕的作用；也能讓水體充氧，有利于水體提高增強(qiáng)自凈能力，這樣可以防止水體黑臭。人們經(jīng)常看見(jiàn)噴泉按照一定的規(guī)律噴水，景色迷人；花樣噴泉運(yùn)行的靈活性是評(píng)價(jià)花樣噴泉優(yōu)劣的關(guān)鍵，而這與花樣噴泉的控制系統(tǒng)密切相關(guān)?；訃娙梢愿鶕?jù)自己的設(shè)計(jì)，設(shè)計(jì)出各種不同的花樣，也可以加上燈光、音樂(lè)，給人一種很不錯(cuò)的視覺(jué)和聽覺(jué)的享受。傳統(tǒng)的噴泉所采用的控制系統(tǒng)一般是由單片機(jī)組成的，通過(guò)控制潛水泵，讓其進(jìn)行間歇工作，從而完成各式不同花樣的噴水形態(tài)，可是這種控制系統(tǒng)也存在著缺點(diǎn)，由于采用額定是可控硅做功率開關(guān)元件，所以過(guò)電流能力差，長(zhǎng)時(shí)間的運(yùn)行是不被允許的，需要配置較多的保護(hù)電路；程序的增減、修改和運(yùn)行監(jiān)視不靈活；抗干擾能力差；功率因數(shù)較低等。為了有效解決上述問(wèn)題，確?？刂葡到y(tǒng)的正常運(yùn)行，我們可以采用PLC控制。PLC具有體積小、功能強(qiáng)、可靠性高等優(yōu)點(diǎn)，且具有較大的靈活性和可擴(kuò)展性的特點(diǎn)，通過(guò)改變噴泉的控制程序或者改變方式選擇開關(guān)，就可以改變花樣噴泉的噴水規(guī)律，從而變換出各種各樣，可以適應(yīng)不同季節(jié)、不同場(chǎng)合的噴水要求。 現(xiàn)代噴泉中遇到的問(wèn)題 在現(xiàn)在噴泉大勢(shì)發(fā)展的今天，我們不能忽視其中產(chǎn)生的問(wèn)題，只有直面問(wèn)題，才能想辦法去解決，這樣才能得以更長(zhǎng)久、更好的發(fā)展： （1）方案設(shè)計(jì)的局限性，使很多噴泉不能得以長(zhǎng)久使用。 （2）在細(xì)節(jié)設(shè)計(jì)中，未能做到完美，使得很多噴泉缺少部分功能。 （3）質(zhì)量的參差不齊，使得很多廠商和公司的信譽(yù)也受到了影響，影響了噴泉的長(zhǎng)期發(fā)展。 （4）節(jié)能、節(jié)水和環(huán)保還需要優(yōu)化，所有的設(shè)計(jì)建設(shè)必須考慮到這些方面影響。 噴泉的種類 噴泉大概有兩種，一種是因地制宜，根據(jù)場(chǎng)地結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)出來(lái)的噴泉，第二種是完全根據(jù)人工意愿制造人工的噴泉。第一種是天然水景制造而成的，比如瀑布、水簾、壁泉、涌泉、管流、霧泉、溪流、跌水、水濤、漩渦等。第二種現(xiàn)在則廣泛應(yīng)用與建筑領(lǐng)域，發(fā)展速度快，總類也變得更加的繁多，比如程控噴泉、旱地噴泉、光亮噴泉、跑動(dòng)噴泉、趣味噴泉、激光水幕噴泉、超高噴泉等。 噴泉中的一些新技術(shù) 在設(shè)計(jì)中，我們希望能將花樣噴泉和燈光效果，以及音樂(lè)播放聯(lián)系在一起，組成一體的花樣音樂(lè)噴泉，播放音樂(lè)時(shí)，水柱會(huì)隨音樂(lè)的不同而呈現(xiàn)不同的變化，形成極佳的觀賞性和視覺(jué)享受。 設(shè)計(jì)的主要研究?jī)?nèi)容和安排我們根據(jù)實(shí)際生活中遇到的問(wèn)題和情況，以花樣噴泉做為我們的研究課題，結(jié)合大量的資料以及文獻(xiàn)，研究花樣噴泉的控制問(wèn)題，設(shè)計(jì)出一套可行性高的、完整的花樣噴泉控制系統(tǒng)。我們的研究?jī)?nèi)容主要是設(shè)計(jì)出根據(jù)PLC控制的花樣噴泉系統(tǒng)，為噴泉提供多種的花樣設(shè)計(jì)，做成美觀的花樣噴泉。本文同時(shí)針對(duì)花樣噴泉出現(xiàn)的很多問(wèn)題做出了一系列研究：噴泉控制系統(tǒng)的組成；花樣噴泉的控制任務(wù)和要求；花樣噴泉的硬件配置和軟件設(shè)計(jì)，并且通過(guò)仿真軟件進(jìn)行模擬。 本章小結(jié)在該章節(jié)中，我們主要講述了噴泉的國(guó)內(nèi)外發(fā)展，以及噴泉的應(yīng)用現(xiàn)狀，同時(shí)針對(duì)現(xiàn)代的噴泉，指出一些其中存在的問(wèn)題，我們也提出了關(guān)于噴泉設(shè)計(jì)中一些新的技術(shù)，也為我們之后的論文寫作闡述了我們的研究?jī)?nèi)容和我們的安排。 第2章 系統(tǒng)控制方案的確定 主控制器方案分析及選擇對(duì)于主控制器方案，我們提出如下幾個(gè)方案： 方案1：利用單片機(jī)控制花樣噴泉 單片機(jī)的特點(diǎn)是控制性能好，可靠性高，同時(shí)具有體積小，價(jià)格低廉，便于產(chǎn)品化等。正是由于這些特點(diǎn)，單片機(jī)近年來(lái)在智能儀器、機(jī)電一體化產(chǎn)品、實(shí)時(shí)控制家用電器等多個(gè)領(lǐng)域都獲得了極其廣泛的應(yīng)用?；訃娙脑硎抢每刂破骺刂扑玫膰娙膰娝绞?。單片機(jī)的成本較低，所以一般適合運(yùn)用于控制小型的花樣噴泉，單片機(jī)通知控制步進(jìn)電機(jī)來(lái)控制電磁閥，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)噴頭流量的控制，使噴泉水姿、燈光色彩產(chǎn)生變化。但如果采用單片機(jī)的控制方案，是以可控硅做為功率開關(guān)元件，由于可控硅承受過(guò)電壓、過(guò)電流的能力較差，所以不能長(zhǎng)時(shí)間運(yùn)行，這是單片機(jī)控制方案的最大弊端。方案2：使用三菱FX2N PLC控制花樣噴泉20世紀(jì)60年代中期以來(lái)，PLC在電力、冶金、化工等剛也發(fā)揮了重大作用。尤其實(shí)在進(jìn)20年來(lái)計(jì)算機(jī)和信息技術(shù)的飛速發(fā)展，不斷成倍擴(kuò)大的功能和成倍降低的價(jià)格，使得PLC、通訊聯(lián)網(wǎng)技術(shù)、過(guò)程控制軟件都獲得了長(zhǎng)足的發(fā)展，也使PLC得到了更廣泛的應(yīng)用。PLC的優(yōu)點(diǎn)很多，比如：簡(jiǎn)單易學(xué)的編程方法；功能強(qiáng)、性價(jià)比高；硬件配套齊全、用戶使用方便、適應(yīng)性強(qiáng)；可靠性高、抗干擾能力強(qiáng)；系統(tǒng)的設(shè)計(jì)、安裝、調(diào)試工作量少；維修工作量低、維修方便；體積小、能耗低等優(yōu)點(diǎn)。而且PLC在各個(gè)工業(yè)部門的應(yīng)用范圍都得到了擴(kuò)展。在這次設(shè)計(jì)中，在三菱FX2N系列采用PLC作為系統(tǒng)的主控器。三菱FX2N系列PLC具有小型、高速、高性能和方便等特點(diǎn)，相當(dāng)于所有最高等級(jí)的FX系列超小型程序裝置。不光可以進(jìn)行輸入輸出16–25點(diǎn)的獨(dú)立使用,也可以應(yīng)用在許多基本的組件之間的連接，模擬控制,位置控制和其他廣泛的特殊用途,是一個(gè)足以滿足不同的需要的PLC。固定和靈活的系統(tǒng)配置也得到了我們的青睞。我們將連續(xù)擴(kuò)展單元或者擴(kuò)展模塊連接到基本單元中，這樣就能實(shí)現(xiàn)16到256的靈活多變的輸入輸出組合。選擇性強(qiáng)大，品種的齊全，16/32/48/64/80/128點(diǎn)的主機(jī)也為我們提供了很多的選擇，而擴(kuò)展板塊最小甚至可以支持8點(diǎn)的擴(kuò)展。我們可以根據(jù)我們自己對(duì)于電源和輸出形式的需要去選擇。高性能的程序容量也讓人很是安心，800步RAM內(nèi)置于其中，不光可以使用存儲(chǔ)盒，而且可以輸出注釋，16K步也是他的最大可能的擴(kuò)充。根據(jù)課題的設(shè)計(jì)要求，我們利用三菱FX2N PLC控制電磁閥，從而達(dá)到對(duì)噴泉流量的控制，產(chǎn)生各種不同花樣的噴泉。 噴泉控制方案的分析及選擇 根據(jù)設(shè)計(jì)要求，我設(shè)計(jì)出如下圖21 的噴泉模型：圖 21 花樣噴泉布局示意圖采用PLC對(duì)噴泉進(jìn)行控制，在花樣噴泉時(shí)序確定的前提下，我們可以通過(guò)改變時(shí)序或者控制開關(guān)來(lái)實(shí)現(xiàn)控制方式的改變，這樣可以達(dá)到呈現(xiàn)各種不同噴水狀態(tài)的要求。如圖 1 ，其中1為外環(huán)形狀噴水管，2為次外環(huán)形狀噴水管，3為內(nèi)環(huán)噴水管，4為中心噴水管。在本次設(shè)計(jì)中，噴泉控制閥選用電磁閥，考慮到電磁閥的驅(qū)動(dòng)，以及同時(shí)驅(qū)動(dòng)的個(gè)數(shù)和環(huán)保等問(wèn)題，我們選用小功率電磁閥。根據(jù)電磁閥的選用要求，我們可以確定PLC的輸出功率為小功率，I / O 個(gè)數(shù)應(yīng)該小于15個(gè)，在綜合噴泉的工作性質(zhì)，PLC對(duì)環(huán)境濕度的要求比較高，最后我們綜上，選擇三菱FX2N系列PLC做為控制。在設(shè)計(jì)中，我們對(duì)花樣噴泉進(jìn)行優(yōu)化，加入了音樂(lè)的元素，將花樣噴泉與音樂(lè)相結(jié)合，做成音樂(lè)花樣噴泉。音樂(lè)噴泉的原理是利用從電腦聲卡中采集出來(lái)的音樂(lè)信號(hào)，一路由音響設(shè)備直接播放；一路把從音響設(shè)備揚(yáng)聲器兩端取得的電流信號(hào)，送入三菱FX2N系列PLC模擬模塊進(jìn)行A／D轉(zhuǎn)換，PLC可以利用限幅和濾波等處理方式將我們轉(zhuǎn)換過(guò)來(lái)的數(shù)字量進(jìn)行分析，之后模擬量模塊中的D/A輸出口就可以進(jìn)行D/A轉(zhuǎn)換，010V的直流電壓信號(hào)就是被這樣輸出的，這時(shí)候我們就可以將上面得到的直流電壓信號(hào)發(fā)送到變頻器所在的控制端子。信號(hào)一但被接受，變頻器就會(huì)開始迅速啟動(dòng)，水泵電機(jī)會(huì)隨之轉(zhuǎn)動(dòng)，同時(shí)會(huì)跟隨音樂(lè)頻率做出改變，這樣我們就完成了所需要的噴泉所產(chǎn)生的花樣與優(yōu)美的音樂(lè)完成同步。我們一般在主題公園、廣場(chǎng)中心看到音樂(lè)噴泉，現(xiàn)在也有很多音樂(lè)噴泉被建造在湖中，這樣的設(shè)計(jì)也使美觀效果得到了提升。一個(gè)完整的噴泉控制系統(tǒng)我們需要配電屏、水泵、變頻器、音響以及燈光等等，總裝機(jī)容量一般會(huì)達(dá)到數(shù)千kW，但是噴泉系統(tǒng)的工作是間歇變化的，所以極短時(shí)間的電壓干擾和波動(dòng)會(huì)比我們想象中嚴(yán)重的多，而最為明顯的將是變頻器所控制的水泵電機(jī)，它的高頻電流變化將產(chǎn)生巨大的影響，所以我們?cè)谝魳?lè)噴泉的控制系統(tǒng)中采用的工作方式是上位機(jī)和下位機(jī)。安裝在控制機(jī)房?jī)?nèi)（機(jī)房必須遠(yuǎn)離設(shè)備）的上位機(jī)來(lái)實(shí)現(xiàn)操作的控制，這樣有利于我們監(jiān)視和控制，所以對(duì)于機(jī)房，我們一般選擇那些可以直接看到噴泉全景的地點(diǎn)。工控機(jī)、PLC以及單片機(jī)都可以作為下位機(jī)使用，如果我們綜合性能價(jià)格比、工作環(huán)境和抗干擾能力的話，我覺(jué)得可編程控制器PLC更適合作為我們的選擇，我們采用的是三菱 FX2N 系列的 PLC 做操作系統(tǒng)，利用上述原理將兩者結(jié)合，形成美妙的音樂(lè)噴泉。 噴泉的控制要求在設(shè)計(jì)期間，我制定了如下任務(wù)：（1）花樣噴泉設(shè)計(jì)方案。（2）完成PLC型號(hào)的選擇、PLC的網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)和軟件編制。（3）花樣噴泉I/O分配、開關(guān)量輸出模塊的選擇、模擬量I／O模塊的選擇、特殊功能模塊的選擇和系統(tǒng)I/O分配表。（4）PLC外部接線圖、噴泉控制過(guò)程模擬、軟件設(shè)計(jì)、噴泉控制流程圖。選擇開關(guān)和單步/連續(xù)開關(guān)決定了花式噴泉的兩種工作方式：當(dāng)單步/連續(xù)開關(guān)在單步位置時(shí)，噴泉只能按照花式選擇開關(guān)設(shè)定方式，完成一個(gè)循環(huán)。 花式選擇開關(guān)決定了是噴泉的噴泉的花式，現(xiàn)考慮四種噴水花樣： 1）花