【正文】 樣噴泉系統(tǒng)的軟件設(shè)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(jìn)入工作狀態(tài)，按下啟動開關(guān)，噴泉進(jìn)入準(zhǔn)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(jìn)入工作狀態(tài)，系統(tǒng)按照設(shè)定的程序開始運行，如果按下停止開關(guān)，系統(tǒng)則停止運行。 圖 38 花樣噴泉控制面板 本章小結(jié) 硬件設(shè)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(jìn)行的設(shè)計和選擇。 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(shè)計 系統(tǒng)的控制面板示意圖如下圖所示。 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(jìn)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(yīng)的“固態(tài)繼電器”，從而使電磁閥、水泵按照預(yù)先編制好的花樣來動作，以達(dá)到噴泉控制的要求。 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(shè)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(jìn)水的孔是敞開的，液壓水就能進(jìn)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。 如下圖 ，是系統(tǒng)的電動機與變頻器的連接圖。 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。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。 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(yīng)該是最低的，水量應(yīng)該較大，所噴水柱應(yīng)該比較靈活，我們選用涌泉噴頭。樹冰形噴頭噴水時外觀效果龐大豐滿，粗壯挺拔，抗風(fēng)能力強。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(jìn)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。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(shè)得當(dāng)，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 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(xué)院電子信息與電氣工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計說明書 13 繁多，而噴出的水型也各不相同。水泵的使用條件是泵水深度不超過 5 米；水溫不能超過177。這符合JB/TB0921996 標(biāo)準(zhǔn)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(jìn)和完善，廣泛應(yīng)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(lǐng)域。 在此次 設(shè)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。 根據(jù)本文的設(shè)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。 在此次 設(shè)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。 （ 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。 （ 2）對 I/O 響應(yīng)時間的選擇 輸入電路的延遲、輸出電路的延遲，當(dāng)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。 （ 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(zhǔn)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(yīng)用，為自動化行業(yè)的遠(yuǎn)程化、信息化以及智能化創(chuàng)造了條件。它的功能要比繼電器控制裝置要多很多，同時強很多。特別要考慮 怎么適應(yīng)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)。普通計算機進(jìn)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。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(fù)載的控制。 PLC 是用于工業(yè)線程的電控制器。 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(xué)院電子信息與電氣工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)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(shè)計，對比了一些設(shè)計的方案 ,對其中的優(yōu)缺點進(jìn)行了比較 ， 之后 做出了 設(shè)計要求的選擇，綜合 我們對于噴泉的花樣的設(shè)計要求 ， 將此設(shè)計于 其中， 這樣可以設(shè)計出美觀的花樣噴泉 。 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(guān)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。 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)。 18 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)。 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，噴泉只能按照花式選擇開關(guān)設(shè)定方式，完成 一個循環(huán)。 （ 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 。 噴泉的控制要求 在設(shè)計期間，我制定了如下 任務(wù)： （ 1） 花樣噴泉設(shè)計方案 。安裝在控制機房內(nèi) （ 機房必須遠(yuǎn)離設(shè)備 ）的上位機來實現(xiàn)操作的控制，這樣有利于我們監(jiān)視和控制，所以對于機房，我們一般選擇那些可以直接看到噴泉全景的地點。 我們一般在主題公園、廣場中心 看到音樂噴泉 ，現(xiàn)在也有很多 音樂噴泉被建造在湖中，這樣的設(shè)計也使美觀效果得到了提升。音樂噴泉的原理是利用從電腦聲卡中采集出來的音樂信號，一路由音響設(shè)備直接播放；一路把從音響設(shè)備揚聲器兩端取得的電流信號，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)換過來的數(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的直系統(tǒng)控制方案的確定 6 流電壓信號就是被這樣輸出的， 這時候我們就可以將上面得到的直流電壓信號發(fā)送到變頻器所在的控制端子。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 個數(shù)應(yīng)該小于 15個，在綜合噴泉的工 作性質(zhì)， PLC對環(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。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。 根據(jù)課題的設(shè)計要求，我們利用三菱 FX2N PLC 控制電磁閥，從而達(dá)到對噴泉流量的控制，產(chǎn)生各種不同花樣的噴泉。 我們可以根據(jù)我們自己對于電源和輸出形式的需要去選擇 。 我們將連續(xù)擴展單元或者擴展模塊連接到基本單元中 ， 這樣就能實現(xiàn) 16 到 256 的靈活多變的輸入輸出組合 。 不光可以進(jìn)行 輸入 輸 出 16– 25 點的 獨立使用 ,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 足 以滿足不同的需要 的PLC。 在這次 設(shè)計中， 在三菱 FX2N 系列采用 PLC 作為系統(tǒng)的主 控器 。 PLC 的優(yōu)點很多，比如：簡單易學(xué)的編程方法；功能強、性價比高；硬件配套齊全、用戶使用方便、適應(yīng)性強；可靠性高、抗干擾能力強；系統(tǒng)的設(shè)計、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。 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， PLC 在電力、冶金、化工等剛也發(fā)揮了重大作用。單片機的成本較低，所以一般適合運用于控制小型的花樣噴泉，單片機通知控制步進(jìn)電機來控制電磁閥，從而實現(xiàn)對噴頭流量的控制，使噴泉水姿、燈光色彩產(chǎn)生變化。正是由于這些特點，單片機近年來在智能儀器、機電一體化產(chǎn)品、實時控制家用電器等多個領(lǐng)域都獲得了極其廣泛的應(yīng)用。 本章小結(jié) 在該章節(jié)中，我們 主要講述了噴泉的國內(nèi)外發(fā)展，以及 噴泉的應(yīng)用現(xiàn)狀，同時針對現(xiàn)代的噴泉，指出一些其中存在的問題，我們 也提出了關(guān)于噴泉設(shè)計中一些新的技術(shù)，也為我們之后的論文寫作闡述了我們的研究內(nèi)容和我們的安排。 我們 的研究內(nèi)容主要是設(shè)計出 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，做成美觀的花樣 噴泉。 噴泉中的一些新技術(shù) 在設(shè)計 中，我們 希望能 將花樣噴泉和燈光效果，以及音樂播放聯(lián)系在一起，組成一體的花樣音樂噴泉，播放音樂時，水柱會隨音樂的不同 而呈現(xiàn)不同的變化，形成極佳的觀賞性和視覺享受。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。 （ 4）節(jié)能、節(jié)水和環(huán)保還需要優(yōu)化，所有的設(shè)計建設(shè)必須考慮到這些方面影響。 （ 2）在細(xì)節(jié)設(shè)計中，未能做到完美，使得很多噴泉缺少部分功能。 PLC 具有體積小、功能強、可靠性高等優(yōu)點，且具有較大的靈 活性和可擴展性的特點，通過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)、不同場合的噴水要求。傳統(tǒng)的噴泉所采用的控制系統(tǒng)一般是由單片機組成的，通過控制潛水泵，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，由于采用額定是可控硅做功率開關(guān)元件，所以過電流能力差，長時間的運行是 不被允許的 ，需要配置較多的保護(hù)電路；程序的增減、修改和運行監(jiān)視不靈活；抗干擾能力差；功率因數(shù)較低等。人們經(jīng)常看見噴泉按照一定的規(guī)律噴水，景色迷人；花樣噴泉運行的靈活性是評價花樣噴泉優(yōu)劣的關(guān)鍵，而這與花樣噴泉的控制系統(tǒng)密切相關(guān)。 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，比如在廣場、大廈、小區(qū)等。一些大學(xué)和中專的 園林專業(yè)或者建筑系 也開設(shè)了水 景、噴泉 相關(guān)的專業(yè)課程 ， 這為 噴泉行業(yè)的 之后的蓬勃發(fā)展打下了結(jié)實的 知識儲備。 從事噴泉設(shè)計的 專業(yè)技術(shù)人員把 他們所學(xué)到信息技術(shù)以及計算機技術(shù) 應(yīng)用到噴泉之中， 同時電、 火、光、霧、聲音、音樂、激光特效、水幕電影也被運用到噴泉的設(shè)計中來，這使噴泉的發(fā)展得到了一個新的發(fā)展 ， 得到了更廣闊的的運用 ，噴泉行業(yè) 也在此期間得到了迅速的 發(fā)展。 噴泉的迅速發(fā)展響應(yīng)了市場對于噴泉的強大需要，這時候的噴泉不光出現(xiàn)在公園里面、也不在是園林和市場中心設(shè)計的專利 ， 在人們 的各個社會活動場所 都得到了延生 。在這個時期， 從事專業(yè)設(shè)計和生產(chǎn)的一些加工廠和公司開始步入了建設(shè)和發(fā)展 ， 這為之后噴泉的專業(yè)發(fā)展打下了良好的基礎(chǔ)，提