【文章內(nèi)容簡介】 7 4號噴頭噴水，延遲 2秒 3號噴頭噴水，延遲 2秒 2號噴頭噴水，延遲 2秒 1號噴頭噴水，延遲 15秒 單步 停止 連續(xù) 1號 噴頭噴水，延遲 2秒 2號噴頭噴水，延遲 2秒 3號噴頭噴水，延遲 2秒 4號噴頭噴水，延遲 30秒 單步 停止 連續(xù) 圖 22 花樣 1流程圖 2） 花式選擇 開關在位置 2 時，啟動按鈕 按下 后， 1 號噴頭噴水，延時 2 秒， 2 號噴水，再延時 2 秒， 3 號噴水，延時 2 秒， 4 號 噴水。 20 秒后，如果為單步工作方式，則停下來，在 連續(xù)工作方式 的前提下，噴泉則會繼續(xù) 循環(huán)。 運 行流程圖如下圖： 圖 23 花樣 2流程圖 3）花式選擇開關在位置 3 時，按下啟動按鈕后， 號噴頭同時噴水，延時 3 秒， 4 號同時噴水， 3 號停止，如此交替運行 15秒后，四組噴頭全噴水， 30秒后，如果為單步工作方式，則停下來，在連續(xù)工作方式的前提下，噴泉則會繼續(xù)循環(huán)。 系統(tǒng)控制方案的確定 8 運行流程圖如下圖： 圖 23 花樣 3流程圖 4） 花式選擇 開關在位置 4 時，按下啟動按鈕后，按照 1234 的順序，一次間隔 2 秒噴水，然后一起噴水， 30 秒后按照 1234 的順序，分別延時 2 秒，依次停止噴 水，再經(jīng) 1 秒延時，按照 4321 的順序，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， 在連續(xù)工作方式的前提下，噴泉則會繼續(xù)循環(huán)。 運行流程圖如下圖： 1號、 3號同時噴水并且延遲 3秒 2號、 4號同時噴水， 1號、 3號停止 交替 5次 1號到 4號同時噴水30秒 單步 停止 連續(xù) 常州工學院電子信息與電氣工程學院畢業(yè)設計說明書 9 從 1號到 4號噴水各延時 2秒 從 1號到 4號公用噴水 30秒 從 1號到 4號 各延時 1秒停止 等待 1秒 從 4號到 1號噴水各延時 2秒 1號到 4號共同噴水 30秒 單步 停止 連續(xù) 圖 24 花樣 4流程圖 本章小結(jié) 在該章節(jié) 中 ，我們重點講述了我們對于花樣噴泉的設計，對比了一些設計的方案 ,對其中的優(yōu)缺點進行了比較 ， 之后 做出了 設計要求的選擇，綜合 我們對于噴泉的花樣的設計要求 ， 將此設計于 其中， 這樣可以設計出美觀的花樣噴泉 。 花樣噴泉的硬件設計 10 第 3 章 花樣噴泉的硬件設計 硬件的選擇 PLC 的概述 可編程控制器 （ Programmable Controller） ,簡稱 PLC。 PLC 是用于工業(yè)線程的電控制器。 PLC 源于繼電器控制，但是又基于電子計算機。它通過運行儲存在其內(nèi)存中的程序，把輸入電路的物理過程所得到的輸入信息，轉(zhuǎn)換成所要求的輸出信息，然后通過輸出電路的物理過程來實現(xiàn)對負載的控制。 PLC 所基于的是電子計算機，并非等同于普通計算機。普通計算機進行輸入輸出信息交換式，大多只考慮信息的本省，而信息的輸入輸出過程一般不考慮。但是 PLC 就會考慮信息輸入輸出的可靠 性、實時性，以及信息的實際使用。特別要考慮 怎么適應于工作環(huán)境，比如需要便于安裝，便于維修以及抗干擾等問題， PLC 實現(xiàn)了控制的兩個基本要點：輸入輸出信息的變換及可靠的物理實現(xiàn)。當然， PLC 可以通過它的外部設備或者通信接口與外界進行信息的交換。它的功能要比繼電器控制裝置要多很多，同時強很多。 PLC 擁有豐富的指令系統(tǒng)，有各種各樣的 I/O 接口、通信接口，擁有的大存儲量的內(nèi)存，而他的監(jiān)控系統(tǒng)也相當可靠 ，因而它具有如下基本 的 功能： （ 1） 邏輯處理的功能 。 （ 2） 數(shù)據(jù)運算的功能； （ 3） 高速計數(shù)的功能； （ 4） 聯(lián)網(wǎng)通信 的功能； （ 5） 中斷處理的功能（可以實現(xiàn)各種內(nèi)外中斷）； （ 6） 準確定時的功能； （ 7） 程序和數(shù)據(jù)存儲的功能； （ 8） 自檢測和自診斷的功能； PLC 的豐富功能，是傳統(tǒng)的繼電控制電路所無法比擬的，也為 PLC 提供了廣泛的應用，為自動化行業(yè)的遠程化、信息化以及智能化創(chuàng)造了條件。 PLC 的選擇方案 （ 1）對于輸入和輸出點的選擇 常州工學院電子信息與電氣工程學院畢業(yè)設計說明書 11 盲目的選擇輸入輸出點數(shù)過多的機型會造成浪費，所以我們應該先弄清系統(tǒng)的 I/O總點數(shù)，再根據(jù)我們的實際需要使用來確定 PLC 的點數(shù)， 選擇點數(shù)時應按照實際所需點數(shù)的 15%20%留出備 用量，這樣可以為系統(tǒng)的改造留下余地。 （ 2）對 I/O 響應時間的選擇 輸入電路的延遲、輸出電路的延遲，當然，掃描工作方式也會引起時間的延遲（一般是 23 個所掃描的周期）等。當然，由于一些 系統(tǒng) 是由開關量控制的 ， PLC 的響應時間 正常情況下都不會產(chǎn)生過大的影響， 所以 PLC 對于 I/O 的響應時間的選擇時 ，我們可以不考慮 I/O 響應的問題，但有些 系統(tǒng) 是由模擬量控制量 ，特別是閉環(huán)系統(tǒng)，我們就必須去考慮這個問題了。 （ 3） 對于存儲容量的選擇 我們需要對用戶存儲容量做出粗略的估算。 （ 4）對于 PLC 結(jié)構形式的選擇 在相同功能和相 同 I/O 點數(shù)的情況之下，整體式的 PLC 的價格要比模塊式底，到那時模塊式擁有擴展靈活、維修方便和容易判斷故障燈優(yōu)點，所以我們 要按照實際需來選擇 PLC 的結(jié)構模塊。 在此次 設計中，我 們 采用了三菱 FX2N 系列 PLC,這種 PLC 功能強大，控制能力好，同時性價比也比較高。 圖 31三菱 FX2N32MR PLC 花樣噴泉的硬件設計 12 水 泵的選擇方案 水泵的種類可以根據(jù)不同的需要進行分類：比如臥式水泵和潛水泵，我們需要根據(jù)水泵的揚程、流量、使用的場合以及對比性價比來選擇自己所需要的是泵。 根據(jù)本文的設計要求，我們采用潛水泵，因為潛水泵是放置在水下的，所以不再需要泵房，這樣可以有效降低工程的造價。同時潛水泵具有能耗低、體積小、重量輕、不需要灌引水、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很多優(yōu)點，可以適應花樣噴泉的噴水要求。 在此次 設計中 ，我們 采用了上海申一水泵制造有限公司生產(chǎn)的 QY型油浸式潛水泵。QU 型油浸式潛 水電泵是由充油式潛水電機與離心式水泵同軸聯(lián)接組合。這符合JB/TB0921996 標準規(guī)定，產(chǎn)品取得了全國生產(chǎn)許可證，經(jīng)過了三十多年的不斷改進和完善，廣泛應用與農(nóng)業(yè)灌溉、水景噴泉、魚塘增氧 、工礦排水、水產(chǎn)養(yǎng)殖以及防洪排澇等領域。具有泵電一體，結(jié)構緊湊；雙端密封，電器保護；設計合理，性能游廊；無需引水，使用簡便等特點。水泵的使用條件是泵水深度不超過 5 米；水溫不能超過177。 40 度； PH 值也應該在 59 之間，因此，很適合本次設計的要求。 圖 32 QY系列油浸式潛水電泵 噴頭的選擇 噴泉的噴頭可分為可調(diào)節(jié)直流噴頭、集束噴頭、旋轉(zhuǎn)噴頭、涌泉噴頭等等，種類常州工學院電子信息與電氣工程學院畢業(yè)設計說明書 13 繁多，而噴出的水型也各不相同。 在此次 設計的噴泉中，第 4 組位于噴泉的中央位置，我們選取能噴出雄壯而且噴射高度高的直上噴頭。直上噴頭是在同一個配水室上安裝多角度直射噴嘴，這樣噴嘴規(guī)格相同時，噴出的水姿雄壯筆直、粗狂美觀；這樣噴嘴規(guī)格不完全相同時，大小噴嘴布設得當，噴出的水 姿粗壯有力、層次分明、主題 突出、是大型噴泉中心必備的主要噴頭，這樣的噴頭也被稱為中心噴頭 ，可調(diào)節(jié)射流的方向。 圖 33 直上噴頭實物圖及安裝簡圖 第 3 組位于噴泉的第二層，所以噴出的水柱應該比第一組所噴出的水柱稍微細些，同時噴出的水柱也要低一些，在這一層，我們選用了可調(diào)直流噴頭。這種直流噴頭在各種場合的噴水池中運用廣泛，同時也是音樂噴泉的必備噴頭，這種噴頭裝有球形接頭，可以沿垂直方向 15 度進行調(diào)節(jié) ，可調(diào)直流噴頭可以組合各種不同形狀的噴射效果，噴射的高低和角度的變化，可以根據(jù)水池形狀大小決定。 花樣噴泉的硬件設計 14 圖 34 可調(diào)直流噴頭實物圖及安裝簡圖 第 2 組位于噴泉的第三層，要求噴頭比第 3 組噴頭噴射高度略低，比第 1 組略高，所以噴射的水柱比第 3 組噴射的水柱略粗壯，挺拔，所以我們選擇了樹冰形噴頭。樹冰形噴頭噴水時外觀效果龐大豐滿，粗壯挺拔，抗風能力強。噴頭安裝在導流筒上端與水面齊平，噴水時能將池水帶出，形成粗大壯觀的水柱。 圖 35 樹冰形噴頭 實物圖及安裝簡圖 第 1 組位于噴泉的最外側(cè)，水柱所噴高度應該是最低的，水量應該較大，所噴水柱應該比較靈活，我們選用涌泉噴頭。 涌泉噴頭也是加氣噴頭的一種，又稱為鼓泡噴頭、珍珠噴頭。噴水時 能將氣吸入，使水姿形成充滿空氣的白色水丘，水沫輕濺，古樸靈動。加氣噴托采用射流泵的原理，噴水時將空氣吸入，以少量的水長生豐滿的射常州工學院電子信息與電氣工程學院畢業(yè)設計說明書 15 流，噴出的水柱呈現(xiàn)白色不透明狀，反光效果好。 圖 36 涌泉噴頭實物圖及安裝簡圖 電機與變頻器的選擇 經(jīng)過查閱資料，我發(fā)現(xiàn)一般的音樂噴泉的功率并不大，一般不會超過 ，所以我們選擇了三菱 型號的電機，我們需要使用到 4 組電機，通過四組電機控制四組的噴頭來實現(xiàn)噴水花樣的變化。而變頻器，我們選擇了三菱 FRS520（ S） E型號的變頻調(diào)速器。 如下圖 ，是系統(tǒng)的電動機與變頻器的連接圖。 我們在后面的附錄給出變頻器的接線圖。 圖 37 系統(tǒng)變頻器與頂級接線圖 M變頻器M M ML 1 L 2 L 3 PHUVWL 1L 2L 3QSQS 1QS 2 QS 3 QS 4 QS 5FR 1 FR 2FR 3 FR 4KM 1 KM 2 KM 3 KM 4 KM 5 KM 6 KM 7 KM 8花樣噴泉的硬件設計 16 電磁閥 的選擇 電磁閥擁有密閉的腔，在不同的位置開有通孔，每個孔通往不同的水管，腔的中間就是閥，它的兩面是兩塊電磁鐵，哪一面的磁鐵線圈通電，電閥體就會被吸引到哪邊，所以我們可以通過控制閥體的移動來擋住或者空出不同的排水的孔，而且進水的孔是敞開的，液壓水就能進入不同的排水管，之后通過水壓來推動水剛的活塞，通過控制電磁閥的電流控制機械運動， 我們一般常用的電磁閥有：球閥、蝶閥、 閘閥、止回閥、水下液壓閥、水下電磁閥、水下數(shù)控閥等，而電磁閥在選型中，我們需要注意適用性、可靠性、安全性以及經(jīng)濟性等事項。綜上，我們選用了 DC24V 水用電磁閥。 圖 38 水用電磁閥 接觸器和固態(tài)繼電器的選擇 花樣噴泉需要用到水泵、電磁閥等器件， PLC 按照程序?qū)@些器件進行控制現(xiàn)噴泉的不花樣的控制和轉(zhuǎn)換， PLC 的多點控制回路圖如下圖： 圖 39 PLC 多點控制回路 采用可編程控制器 PLC 控制，通過程序軟件發(fā)出的控制指令 信號，以控制相應的“固態(tài)繼電器”，從而使電磁閥、水泵按照預先編制好的花樣來動作，以達到噴泉控制的要求。 查閱資料所得數(shù)據(jù)，我選用了 SW1DDH14C 的型號的固體繼電器，而接觸PLC 固態(tài)繼電器 交流繼電器 常州工學院電子信息與電氣工程學院畢業(yè)設計說明書 17 PLC+ 3 1 4 2MSSRSW 1 DD H 1 4 CEB 16 30 01繼電器我選用的型號是 EB163001。 圖 310 水泵、固態(tài)繼電器和接觸繼電器連接圖 控制面板的設計 系統(tǒng)的控制面板示意圖如下圖所示。圖中分別是花樣選擇開關、啟動開關以及停止開關、單步與連續(xù)的選擇開關、電源指示燈。 圖 38 花樣噴泉控制面板 本章小結(jié) 硬件設計是花樣噴泉的重 點，在本章 中 ，我們主要對噴泉使用的 PLC、水泵、噴頭等進行的設計和選擇。我根據(jù)第 一章節(jié)的國內(nèi)外現(xiàn)狀等問題，以及我們對于方案的設計，我們選擇了所 需要的硬件。 12 34花樣選擇開關啟動 停止單步 / 連續(xù) 電源花樣噴泉系統(tǒng)的軟件設計 18 第 4 章 花樣噴泉系統(tǒng)的軟件設計 花樣噴泉的 PLC控制流程圖 圖 41 噴泉系統(tǒng)運行流程圖 如圖所示，控制系統(tǒng)通電后，進入工作狀態(tài)，按下啟動開關，噴泉進入準備工作狀態(tài)， 選 擇單步或者連續(xù)，接著選擇噴水花樣，共有四種花樣可以選擇，之后水泵進入工作狀態(tài)，系統(tǒng)按照設定的程序開始運行，如果按下停止開關，系統(tǒng)則停止運行。 按下啟動開關