【正文】 究對象，結(jié)合了大量資料及文獻(xiàn)，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(wù)和要求；花樣噴泉的硬件配置以及軟件的設(shè)計(jì)，再通過仿真軟件來實(shí)現(xiàn)。 在設(shè)計(jì)當(dāng)中，可能 出現(xiàn)幾個(gè)開關(guān)同時(shí)按 ，因此在所有花樣中設(shè)置了互鎖，具有更大的安全保障。設(shè)計(jì)中并未添加單步 /連續(xù)程序，因?yàn)槿绻麊尾竭\(yùn)行，持續(xù) 2 時(shí)間太短，觀賞性不強(qiáng)，因而只設(shè)置了連續(xù)運(yùn)行，當(dāng)按下啟動(dòng)按鈕，接著選擇噴水花樣，系統(tǒng)處于連續(xù)運(yùn)行狀態(tài)，直到按下停止按鈕，系統(tǒng)立即斷開電源，停止運(yùn)行。 課 題 設(shè)計(jì)的內(nèi)容 本設(shè) 計(jì)將在以下幾個(gè)方面對花樣噴泉的控制系統(tǒng)進(jìn)行研究和論證。 （ 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(diǎn)和要求，在本課題中主要研究能有三種噴水花樣可供選擇。 （ 2）花樣噴泉硬件系統(tǒng)的設(shè)計(jì)。本課題設(shè)計(jì)的花樣噴泉要求運(yùn)行速度準(zhǔn)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(dòng)控制上大量運(yùn)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(yùn)用感應(yīng)器的開關(guān)量信號(hào)輸入給plc 來實(shí)現(xiàn)控制。由于本課題目具體需求在硬件系統(tǒng)的設(shè)計(jì)過程中主要考慮了花樣噴泉的經(jīng)濟(jì)實(shí)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(shè)計(jì)。在本設(shè)計(jì)中選用了目前運(yùn)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(jì)花樣噴泉控制的要求，梯形圖的編寫運(yùn)用 GX Developer 編程軟件，此軟件支持全部的三菱 fx 系列的 plc，并且具有強(qiáng)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(shí)間。 3 2 系統(tǒng)控制方案的確定 花樣噴泉控制系統(tǒng)的 設(shè)計(jì)總框圖 在噴泉中，通過按鈕開關(guān)信號(hào)來控制 PLC?；訃娙刂葡到y(tǒng)的原理如圖 22所示： 圖 花樣噴泉的概述 采用 PLC 控制花樣噴泉的優(yōu)點(diǎn) （ 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）工作方式看： PLC 串行工作，不受制約。 （ 3）控制速度上看： PLC 通過半導(dǎo)體來控制，速度很快，無觸點(diǎn)，顧而五抖動(dòng)一說。 （ 4）定時(shí)、計(jì)數(shù)看： PLC 時(shí)鐘脈沖由晶振產(chǎn)生，精度高，定時(shí)范圍寬，有記憶功能。 （ 5）可靠、維護(hù)看： PLC 無觸點(diǎn)，壽命長，且有自我診斷功能，對程序執(zhí) 4 行的監(jiān)控功能，現(xiàn)場調(diào)試和維護(hù)方便。 系統(tǒng)設(shè)計(jì)的基本步驟 在花樣噴泉控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)過程中主要考慮以下幾點(diǎn)： （ 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(shè)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(shè)備。常用的輸入設(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(diǎn)數(shù)選擇合適的 PLC 類型。 （ 4）分配 I/O 點(diǎn)，分配 PLC 的輸入輸出點(diǎn)，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(jì)花樣噴泉系統(tǒng)的梯形圖程序，根據(jù)工作要求設(shè)計(jì)出周密完整的梯形圖（ 6）程序，這是整個(gè)花樣噴泉系統(tǒng)設(shè)計(jì)的核心工作。 （ 7）將程序輸入 PLC 進(jìn)行軟件測試，查找錯(cuò)誤，使系統(tǒng)程序更加完善。 系統(tǒng)控制方案 花樣噴泉系統(tǒng)的控制要求如 下： （ 1）按下啟動(dòng)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。按下自動(dòng)運(yùn)行按鈕，噴泉進(jìn)入自動(dòng)工作狀態(tài)， （ 2）噴泉噴水方式由花樣選擇開關(guān)決定，現(xiàn)考慮 4 種噴水花樣。 （ 3） 花樣選擇開關(guān)在位置 1 時(shí)，按下啟動(dòng)按鈕后，首先 4 每隔兩秒依次噴水，然后四個(gè)噴水管同時(shí)噴水 18 秒后停止，如果為單步模式方式，則停下來。如果為連續(xù)工作模式，則繼續(xù)循環(huán)下去。 （ 4） 花樣選擇開關(guān)在位置 2 時(shí)，按下啟動(dòng)按鈕后，先 4 同時(shí)噴水兩秒然后停止，同時(shí) 3 同時(shí)噴水兩秒然后停止，交替運(yùn)行 5 次后四個(gè)噴水管同時(shí)噴水 10 秒停止，如果為單步模式方式，則停下來。如果為連續(xù)工作模式，則繼續(xù)循環(huán)下去。 （ 5） 花樣選擇開關(guān)在位置 3 時(shí)，按下啟動(dòng)按鈕后，先 4 順序噴水，間隔兩秒，然后同時(shí)噴水 10 秒后，按 3 順序停噴，間隔兩秒，如果為 5 單步模式方式，則停下來。如果為連續(xù)工作模式，則繼續(xù)循環(huán)下去。 （ 6） 花樣選擇開關(guān)在位置 4 時(shí)，按下啟動(dòng)按鈕后， 1 號(hào)、 4 號(hào)噴頭同時(shí)噴水，延遲 4S 后， 2 號(hào)、 3 號(hào)噴頭同時(shí)噴水， 1 號(hào)、 4 號(hào)噴頭停止噴水。如此交替運(yùn)行40S 后， 4 組噴頭全噴水，運(yùn)行 3S 后停止。如果為單步模式方式，則停下來。如果為連續(xù)工作 模式，則繼續(xù)循環(huán)下去。 花樣噴泉池示意圖如圖 所示： 圖 控制面板 系統(tǒng)的控制面板圖如圖所示。圖中分別是花樣選擇開關(guān)、以及啟動(dòng)、停止和自動(dòng)運(yùn)行開關(guān)。 6 圖 在圖 上 ， 4 表示 花樣一、 二 、三、四檔。 還 有開 機(jī) 、停止 、單 步 ，連續(xù)按鍵。 7 3 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì) 可編程控制器（ PLC）的選擇 PLC 概述 可編程控制器，英文稱 Progammable 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(jì)算機(jī)。它通過運(yùn)行存儲(chǔ)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(jìn)而再通過輸出電路的物理過程去實(shí)現(xiàn)對負(fù)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)。 可以說，凡普通小型計(jì)算機(jī)能實(shí)現(xiàn)的功能， PLC 幾乎也都可以做到。 PLC 的選型 （ 1）對輸入 /輸出點(diǎn)的選擇 盲目選擇點(diǎn)數(shù)多的機(jī)型會(huì)造成一定浪費(fèi)。要先弄清除控制系統(tǒng)的 I/O 總點(diǎn)數(shù)，再按實(shí)際所需總點(diǎn)數(shù)的 15～ 20％ 留出備用量（為系統(tǒng)的改造等留有余地）后確定所需 PLC 的點(diǎn)數(shù)。 （ 2）對存儲(chǔ)容量的選擇 對用戶存儲(chǔ)容量作粗略的估算。 （ 3）對 I/O 響應(yīng)時(shí)間的選擇 PLC 的 I/O 響應(yīng)時(shí)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(shí)間延遲（一般在 2～ 3 個(gè)掃描周期）等。（ 4）對 PLC 結(jié)構(gòu)形式的選擇 在相同功能和相同 I/O 點(diǎn)數(shù)據(jù)的情況下，整體式比模塊式價(jià)格低。但模塊式具有功能擴(kuò)展靈活，維修方便（換模塊），容易判斷故障等優(yōu)點(diǎn)，要按實(shí)際需要選擇 PLC 的結(jié)構(gòu)形式。 PLC 的網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)： 8 當(dāng)用 PLC 進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)時(shí)，其難度比 PLC 單機(jī) 控制大得多。首先你應(yīng)選用自己較熟悉的機(jī)型，對其基本指令和功能指令有較深入的了解，并且指令的執(zhí)行速度和用戶程序存儲(chǔ)容量也應(yīng)仔細(xì)了解 軟件編： 在編制軟件前，應(yīng)首先熟悉所選用的 PLC 產(chǎn)品的軟件說明書，待熟練后再編程。若用圖形編程器或軟件包編程，則可直接編程，若用手持編程器編程，應(yīng)先畫出梯形圖，然后編程，這樣可少出錯(cuò)，速度也快。編程結(jié)束后先空調(diào)程序，待各個(gè)動(dòng)作正常后，再在設(shè)備上調(diào)試。 從上面的分析可以知道，系統(tǒng)共有開關(guān)量輸入點(diǎn) 8 個(gè)，開關(guān)量輸出點(diǎn) 4 個(gè)，參照三菱 FX PLC 產(chǎn)品目錄及市場實(shí)際價(jià)格，選用主機(jī)為 FX1N19MR 的 PLC 為系統(tǒng)核心控制 . 水泵的選型 泵是一種面大量廣通用型號(hào)機(jī)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(jì)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(jì)各個(gè)領(lǐng)域中，由于選型不合理，許多的泵處于不合理運(yùn)行狀況，運(yùn)行效率低，浪費(fèi)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(jì)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(jī)組和泵站的投資和運(yùn)行費(fèi)用等綜合性的技術(shù)經(jīng) 濟(jì)指標(biāo)，使之符合經(jīng)濟(jì)、安全、適用的原則。具體來說，有以下幾個(gè)方面：必須滿足使用流量和揚(yáng)程的要求，即要求泵的運(yùn)行工次點(diǎn)經(jīng)常保持在高效間運(yùn)行，這樣既能剩動(dòng)力又不易損壞。所選擇的水泵既要體積小、重量輕、造價(jià)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(yùn)行平衡、壽命長。 水泵的參數(shù)及性能 （ 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(yáng)程、轉(zhuǎn)速、效率和比 9 轉(zhuǎn)數(shù)等。 （ Q） 泵的流量市直單位時(shí)間所排出的液體的數(shù)量。通 常泵的流量用體積計(jì)算，以Q 表示，單位為米 3/時(shí)（ m3/h）、米 3/秒（ m3/s）、升 /秒（ 1/s） ，也可用重量計(jì)，以 G 表示，單位為噸 /時(shí)（ t/h）、噸 /秒（ t/S） 、千克 /秒（ kg/s）。 （ H） 泵的揚(yáng)程是指單位重量的液體通過泵所增加的能量。以 H 表示，實(shí)質(zhì)上就是水泵能夠揚(yáng)水的高度，又叫總揚(yáng)程或全揚(yáng)程。單位為米液柱高度，習(xí)慣上省去“液柱”，以米（ m）表示。 （ HS） 允許吸上真空高度是指真空表讀數(shù)吸水揚(yáng)程，也就是泵的吸水揚(yáng)程（簡稱泵的吸程），包括實(shí)際吸水揚(yáng)程和吸水損失揚(yáng)程之和。 （ n） 轉(zhuǎn)速是指泵葉輪每分