【文章內(nèi)容簡介】 時鐘脈沖由晶振產(chǎn)生，精度高，定時范圍寬，有記憶功能。 （ 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(diào)試和維護方便。 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。 系統(tǒng)控制方案 花式噴泉系統(tǒng)的控制要求如 下： （ 1） 2 均為外環(huán)形狀的噴水管， 3 為內(nèi)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 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。 平頂山工業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計說明書 第 8 頁 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 ，則繼續(xù)循環(huán)下去。 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 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)控制的選擇按鈕，當(dāng)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 21所示： 圖 21 花式噴泉示意圖 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。花式噴泉控制系統(tǒng)的原理如圖 22 所示： 平頂山工業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計說明書 第 9 頁 圖 22花式噴泉控制系統(tǒng)原理圖 第三章 系統(tǒng)硬件設(shè)計 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)，但基于電子計算機。它通過運行存儲在其內(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， 進而再通過輸出電路的物理過程去實現(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)，因而具有以下基本的功能： ； ； 平頂山工業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計說明書 第 10 頁 ； ； （可以實現(xiàn)各種內(nèi)部中斷）功能； ； ； 、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。 PLC 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)用要求是設(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(xì)分析工藝過程的特點、控制要求，控制任務(wù)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(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(dāng)?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(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。 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 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(fù)載的特點 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，編程和平頂山工業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計說明書 第 11 頁 維護方便，故障率低，通過擴展模塊的鏈接，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 FX2N32MR 的 PLC。 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(dǎo)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 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(dǎo)體器件的通斷作用將工頻電源變換為另一頻率的電能控制裝置。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）變頻器的負(fù)載類型 。如葉片泵或容積泵等，特別注意負(fù)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(fù)載的匹配問題： ：變頻器的額定電壓與負(fù)載的額定電壓相符。 ：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(fù)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。 ：這種情況在恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載或又減速裝置時有可能發(fā)生。 Ⅰ .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(dǎo)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。 Ⅱ .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。 Ⅲ .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)計是通過變頻器蘇調(diào)技術(shù)來控制每環(huán)噴水的高度。我選用的 FRS520（ E）系列變頻調(diào)速器。 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、礦平頂山工業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計說明書 第 12 頁 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(biāo)，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。 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、揚程、轉(zhuǎn)速、效率和比轉(zhuǎn)數(shù)等。 （ Q） 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*Q r液體的重量（千克 /米） 因水的重量近似 1000 千克 /米 3，故 1升 /秒 = 米 3/時 = 噸 /時 （ H） 泵的揚程是指單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(xí)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 =吸水揚程 =出水揚程 平頂山工業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計說明書 第 13 頁 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 =實際吸水揚程 +吸水損失揚程 出水揚程 =實際出水揚程 +出水損失揚程 損失揚程 =吸水損失揚程 +出水損失