PLC和變頻器的花式噴泉設(shè)計(jì)

PLC和變頻器的花式噴泉設(shè)計(jì),plc,以及,變頻器,花式,噴泉,設(shè)計(jì) PLC和變頻器的花式噴泉設(shè)計(jì) 第一章 緒 論 1.1 課題研究背景 隨著城市化進(jìn)程的加速，音樂(lè)噴泉可以在人們周圍隨處可見(jiàn)。比如廣場(chǎng)，大廈，小區(qū)等?；ㄊ絿娙侨嗽煨夂颍谘谉岬南娜湛梢云鸬皆鰸窈徒禍氐淖饔?； 也為水體充氧，有利于水體增加自凈能力，起到防止水體黑臭的作用。 花式噴泉運(yùn)行的靈活性是評(píng)價(jià)音樂(lè)噴泉優(yōu)劣的關(guān)鍵，而這與花式噴泉的控制系統(tǒng)息息相關(guān)?；ㄊ絿娙梢愿鶕?jù)自己的設(shè)計(jì)，設(shè)計(jì)出各種各樣的花樣，加上燈光，能給人有種不錯(cuò)的視覺(jué)享受。 1969年美國(guó)數(shù)字設(shè)備公司（DEC）研制書(shū)上世界第一臺(tái)可編程控制器，并成功地應(yīng)用在美國(guó)（GM）的生產(chǎn)線上。但當(dāng)時(shí)只能進(jìn)行邏輯運(yùn)算，故稱為可編程邏輯控制期，簡(jiǎn)稱PLC（programmable logic controller）。 70年代后期，隨著微電子技術(shù)和計(jì)算機(jī)的迅猛發(fā)展，使PLC從開(kāi)關(guān)量的邏輯控制擴(kuò)展到數(shù)字控制及生產(chǎn)過(guò)程控制域，真正成為一種電子計(jì)算機(jī)工業(yè)控制裝置，故稱為可編程控制器，簡(jiǎn)稱PC（programmable controller）.但由于PC容易與個(gè)人計(jì)算機(jī)（programmable computer）相混淆，故人們?nèi)粤?xí)慣地用PLC作為可編程器的縮寫(xiě)。 1985年國(guó)際電工委員會(huì)（IEC）對(duì)PLC的定義如下： 可編程控制器是一種進(jìn)行數(shù)字運(yùn)算的電子系統(tǒng)，是專為在工業(yè)環(huán)境下的應(yīng)用而設(shè)計(jì)的工業(yè)控制器，它采用了可以編程的存儲(chǔ)器，用來(lái)在其內(nèi)部存儲(chǔ)執(zhí)行邏輯運(yùn)算、順序控制、定時(shí)、計(jì)數(shù)和算術(shù)運(yùn)算等操作的指令，并通過(guò)數(shù)字或模擬式的輸入和輸出，控制各種類型機(jī)械的生產(chǎn)過(guò)程。 PLC是繼電器邏輯控制系統(tǒng)發(fā)展而來(lái)，所以它在數(shù)學(xué)處理、順序控制方面具有一定優(yōu)勢(shì)。繼電器在控制系統(tǒng)中主要起兩種作用：（1）邏輯運(yùn)算（2）弱電控制強(qiáng)電。 PLC是集自動(dòng)控制技術(shù)，計(jì)算機(jī)技術(shù)和通訊技術(shù)于一體的一種新型工業(yè)控制裝置，已躍居工業(yè)自動(dòng)化三大支柱（PLC、ROBOT、CAD/CAM）的首位。可編程控制器，簡(jiǎn)稱PLC。它在集成電路、計(jì)算機(jī)技術(shù)的基礎(chǔ)上發(fā)展起來(lái)的一中新型工業(yè)控制設(shè)備。 具有1.可靠性高、抗干擾能力強(qiáng) 2.設(shè)計(jì)、安裝容易，維護(hù)工作量少 4.功能強(qiáng)、通用性好 5.開(kāi)發(fā)周期短，成功率高 6.體積小，重量輕、功耗底等特點(diǎn)。具有功能強(qiáng)、可靠性高、配置靈活、使用方便以及體積小、重量輕等優(yōu)點(diǎn)，已經(jīng)廣泛應(yīng)用于自動(dòng)化控制的各個(gè)領(lǐng)域，并已成為實(shí)現(xiàn)工業(yè)生產(chǎn)自動(dòng)化的支柱產(chǎn)品。與繼電——接觸器系統(tǒng)相比系統(tǒng)更加可靠；價(jià)格上能與繼電——接觸器控制系統(tǒng)競(jìng)爭(zhēng)；易于在現(xiàn)場(chǎng)變更程序；便于使用、維護(hù)、維修；能直接推動(dòng)電磁閥、接觸器與于之相當(dāng)?shù)膱?zhí)行機(jī)構(gòu)；能向中央執(zhí)行機(jī)構(gòu)；能向中央數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)直接傳輸數(shù)據(jù)等。 因此，進(jìn)行音樂(lè)噴泉的PLC控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，可以推動(dòng)噴泉行業(yè)的發(fā)展，擴(kuò)大PLC在自動(dòng)控制領(lǐng)域的應(yīng)用，具有一定的經(jīng)濟(jì)和理論研究的價(jià)值。 1.2 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(duì)音樂(lè)噴泉的控制系統(tǒng)進(jìn)行研究和論證。 1花式噴泉類型的選擇。綜合花式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；能夠控制每環(huán)噴水管噴水的高度；噴水時(shí)要有燈光顯示；可以根據(jù)不同的季節(jié)、不同的場(chǎng)合可改變噴水的花樣。將各種水型及燈光，按照預(yù)先設(shè)定的排列組合進(jìn)行控制程序的設(shè)計(jì)，通過(guò)計(jì)算機(jī)運(yùn)行程序發(fā)出控制信號(hào)，使水型及燈光有各種各樣的變化。 2花式噴泉硬件系統(tǒng)的設(shè)計(jì)。本課題設(shè)計(jì)的音樂(lè)噴泉要求運(yùn)行迅速準(zhǔn)確度高，在花式噴泉的格層檢測(cè)系統(tǒng)中選用用在工業(yè)自動(dòng)控制上大量運(yùn)用的具有檢測(cè)精度高、壽命長(zhǎng)、穩(wěn)定性能好的接近傳感器，運(yùn)用感應(yīng)器的開(kāi)關(guān)量信號(hào)輸入給PLC來(lái)實(shí)現(xiàn)控制。由于本課題的具體需求在硬件系統(tǒng)的設(shè)計(jì)過(guò)程中主要考慮了花式噴泉的經(jīng)濟(jì)實(shí)用、穩(wěn)定、靈活、美觀的需要。 3.花式噴泉控制系統(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(yǔ)言梯形圖，梯形圖的編程能直觀明了的設(shè)計(jì)音樂(lè)噴泉控制的要求，梯形圖的編寫(xiě)運(yùn)用SWOPC-FXGP/WIN-C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。 1.3課題設(shè)計(jì)的目的和意義 隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)的高速發(fā)展，微電子技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)和自動(dòng)控制技術(shù)也得到了迅速發(fā)展，交流變頻調(diào)速技術(shù)已進(jìn)入個(gè)嶄新的時(shí)代，其應(yīng)用越來(lái)越廣。而隨著我國(guó)城市化進(jìn)程的加快和人口大量集聚，環(huán)境越來(lái)越重要，好的環(huán)境能使心身愉快，做事效率提高。其中噴泉可以濕潤(rùn)周圍空氣，減少塵埃，降低氣溫。噴泉的細(xì)小水珠同空氣分子撞擊，能產(chǎn)生大量的負(fù)氧離子，有益于改善社區(qū)面貌和增進(jìn)居民身心健康。 可編程序控制器（PLC）因?yàn)榉€(wěn)定可靠、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、成本低廉、簡(jiǎn)單易學(xué)、功能強(qiáng)大和使用方便已經(jīng)成為應(yīng)用面最廣、最廣泛的通用工業(yè)控制裝置，成為當(dāng)代工業(yè)自動(dòng)化的主要支柱之一。音樂(lè)噴泉控制要求接入設(shè)備使用簡(jiǎn)便，對(duì)應(yīng)于系統(tǒng)組態(tài)的編程簡(jiǎn)單，具有人性化的人機(jī)界面，配備應(yīng)用程序庫(kù)，加快編程和調(diào)試速度。通過(guò)PLC對(duì)程序設(shè)計(jì)，提高了噴泉的控制水平，并改善了噴泉的樣式。 第2章　系統(tǒng)控制方案的確定 2.1　花式噴泉的概述 噴泉是一種將水或其他液體經(jīng)過(guò)一定壓力通過(guò)噴頭噴灑出來(lái)具有特定形狀的組合體，提供水壓的一般為水泵。 現(xiàn)代城市中的噴泉形式已十分豐富。隨著構(gòu)筑物的大小及水壓等的變化，噴泉或高或低、或珠或霧，精彩紛呈。可分為以下7種： （一）普通噴泉：只有簡(jiǎn)單的幾種固定水型及燈光，隨著電源的開(kāi)閉而控制噴泉的運(yùn)行、水型和燈光變化。 （二）程控噴泉：將各種水型及燈光，按照預(yù)先設(shè)定的排列組合進(jìn)行控制程序的設(shè)計(jì)，通過(guò)計(jì)算機(jī)運(yùn)行程序發(fā)出控制信號(hào)，使水型及燈光有各種各樣的變化。 （三）音樂(lè)噴泉：在程序控制噴泉的基礎(chǔ)上加入了音樂(lè)控制系統(tǒng)，計(jì)算機(jī)通過(guò)對(duì)音頻及MIDI信號(hào)的識(shí)別，進(jìn)行譯碼和編碼，最終將信號(hào)輸出到控制系統(tǒng)，使噴泉的造型及燈光的變化與音樂(lè)保持同步。 （四）水幕激光噴泉：將激光器發(fā)出的激光束射在水幕噴頭噴出的水膜上，激光束由激光控制系統(tǒng)編程控制，可發(fā)出多種多樣的圖案及色彩，照射在晶瑩透明的水膜上，形成斑斕奪目的奇異效果。 （五）水珍珠噴泉：利用特殊音波將水變成球體的噴水裝置和全頻高速閃光燈的視覺(jué)圖像效果的產(chǎn)品組成。 （六）游戲噴泉：又稱感應(yīng)泉，噴泉水柱根據(jù)游人的動(dòng)作產(chǎn)生反應(yīng)，而且這種反應(yīng)具有不確定性，是一種互動(dòng)式噴泉，增強(qiáng)了娛樂(lè)氛圍。 （七）跳跳噴泉：又名光亮泉。是一種高科技水景藝術(shù)，水形似根根晶瑩透徹地冰柱，一串串飛向空中，輕舞飛揚(yáng)。 2.2 采用PLC控制花式噴泉的優(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、工作方式上看： PLC串行工作，不受制約。 3、控制速度上看：PLC通過(guò)半導(dǎo)體來(lái)控制，速度很快，無(wú)觸點(diǎn)，顧而無(wú)抖動(dòng)一說(shuō)。 4、定時(shí)、記數(shù)看： PLC時(shí)鐘脈沖由晶振產(chǎn)生，精度高，定時(shí)范圍寬；有記數(shù)功能。 5、可靠、維護(hù)看：PLC無(wú)觸點(diǎn)，壽命長(zhǎng)，且有自我診斷功能，對(duì)程序執(zhí)行的監(jiān)控功能，現(xiàn)場(chǎng)調(diào)試和維護(hù)方便。 2.3 系統(tǒng)設(shè)計(jì)的基本步驟 在花式噴泉控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)過(guò)程中主要考慮以下幾點(diǎn)： 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(kāi)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者輸入輸出端子的接線圖。 5.設(shè)計(jì)花式噴泉系統(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程序，這是整個(gè)花式噴泉系統(tǒng)設(shè)計(jì)的核心工作。 6.將程序輸入PLC進(jìn)行軟件測(cè)試，查找錯(cuò)誤，使系統(tǒng)程序更加完善。 2.4 系統(tǒng)控制方案 花式噴泉系統(tǒng)的控制要求如下: （一）1為戲水噴頭,2為禮花噴頭,3 為萬(wàn)象直流噴頭，4為旋轉(zhuǎn)式噴頭。 　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）。 （二）該噴泉共有三種花樣可供選擇。按下啟動(dòng)按鈕,噴泉即開(kāi)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(kāi)關(guān)來(lái)實(shí)現(xiàn)。 （三）該花式噴泉有三種噴水花樣可供選擇: 第一種花樣,4、3、2、1 隔2 秒依次噴水,一起噴水15 秒后停下,再按1、2、3、4 的次序隔2 秒依次噴水,再一起噴15 秒后停下,以此規(guī)律循環(huán)。 第二種花樣,1、3 同時(shí)噴水,延時(shí)3 秒后1、3 停噴,同時(shí)2、4 噴水,交替運(yùn)行5 次后1、2、3、4 一起噴水,30 秒后停止,以此規(guī)律循環(huán)。 第三種花樣,1、2、3、4 按順序延時(shí)2 秒噴水,然后一起噴30 秒后1、2、3、4 再分別延時(shí)2 秒停噴,以此規(guī)律循環(huán)。 （四）通過(guò)變頻器可以控制每環(huán)噴水管的高度。在第一種花樣中，1、3管為慢速正轉(zhuǎn)噴水，2、4管為中速正轉(zhuǎn)噴水。 （五）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(shí),接通X5輸入端。此時(shí)可實(shí)現(xiàn)三路燈光的控制,即3,4任意一層噴水時(shí),紅色燈亮;2噴水時(shí),黃色燈亮;所有的噴頭噴水時(shí),綠色燈亮。 花式噴泉池示意圖如圖2-1所示： 圖2-1花式噴泉池示意圖 2.5 花式噴泉控制系統(tǒng)的原理圖 在噴泉中，通過(guò)按鈕開(kāi)關(guān)信號(hào)來(lái)控制PLC；因?yàn)橛?層噴水，因此用了1個(gè)變頻器來(lái)控制4個(gè)水泵?；ㄊ絿娙刂葡到y(tǒng)的原理圖如圖2-2所示： 圖2-2 花式噴泉控制系統(tǒng)原理圖 第三章 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì) 3.1　可編程控制器(PLC)的選型 3.1.1 PLC概述 可編程控制器，英文稱Programmable Controller，簡(jiǎn)稱PLC，本課題中用PLC作為它的簡(jiǎn)稱。PLC是用于工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)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(guò)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(guò)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(guò)輸出電路的物理過(guò)程去實(shí)現(xiàn)對(duì)負(fù)載的控制。 PLC基于電子計(jì)算機(jī)，但并不等同于普通計(jì)算機(jī)。普通計(jì)算機(jī)進(jìn)行入出信息變換時(shí)，大多只考慮信息本身，信息入出的物理過(guò)程一般不考慮的。而PLC則要考慮信息入出的可靠性、實(shí)時(shí)性，以及信息的實(shí)際使用。特別要考慮怎么適應(yīng)于工業(yè)環(huán)境，如便于安裝，便于維修及抗干擾等問(wèn)題,入出信息變換及可靠的物理實(shí)現(xiàn)，可以說(shuō)是PLC實(shí)現(xiàn)控制的兩個(gè)基本要點(diǎn)。PLC可以通過(guò)它的外設(shè)或通信接口與外界交換信息。其功能要比繼電控制裝置多的多、強(qiáng)的多。 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： 邏輯處理功能； 數(shù)據(jù)運(yùn)算功能； 準(zhǔn)確定時(shí)功能； 高速計(jì)數(shù)功能； 中斷處理（可以實(shí)現(xiàn)各種內(nèi)外中斷）功能； 程序與數(shù)據(jù)存儲(chǔ)功能； 聯(lián)網(wǎng)通信功能； 自檢測(cè)、自診斷功能。 可以說(shuō)，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。 像PLC這樣。有很豐富的功能，是別的電控器所沒(méi)有的，更是傳統(tǒng)的繼電控制電路所無(wú)法比擬的。豐富的功能為PLC的廣泛應(yīng)用提供了可能，同時(shí)，也為自動(dòng)門行業(yè)的遠(yuǎn)程化、信息化及智能化創(chuàng)造了條件。 3.1．2 PLC 的結(jié)構(gòu) PLC一般微型計(jì)算機(jī)基本相同，也是由硬件系統(tǒng)和軟件系統(tǒng)兩大部分組成的。PLC的硬件系統(tǒng)由處理器（CPU）、存儲(chǔ)器（EPROM,ROM）、輸入輸出（I/O）部件、電源部件、編程器、I/O擴(kuò)展單元和其他外圍設(shè)備組成。各部分通過(guò)總線（電源總線、控制總線、地址總線、數(shù)據(jù)總線）連接而成。結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖如下： 圖3-1 PLC結(jié)構(gòu)示意圖 PLC的軟件系統(tǒng)是指PLC所使用的各種程序的集合，通?？煞譃橄到y(tǒng)程序和用戶兩大部分。系統(tǒng)程序是每一個(gè)PLC成品必須包括的部分，由PLC廠家提供，用于控制PLC本身的運(yùn)行，系統(tǒng)程序固化在EPROM中。用戶程序是由用戶根據(jù)控制需要而編寫(xiě)的程序。以及系統(tǒng)和軟件系統(tǒng)組成了一個(gè)完整的PLC系統(tǒng)，它們是相輔相成，缺一不可的。 3.1.3 PLC的選型 在PLC系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)，首先應(yīng)確定控制方案，下一步工作就是PLC工程設(shè)計(jì)選型。工藝流程的特點(diǎn)和應(yīng)用要求是設(shè)計(jì)選型的主要依據(jù)。因此，工程設(shè)計(jì)選型和估算時(shí)，應(yīng)詳細(xì)分析工藝過(guò)程的特點(diǎn)、控制要求，控制任務(wù)和范圍確定所需的操作和動(dòng)作，然后根據(jù)控制要求，估算輸入輸出點(diǎn)數(shù)、所需存儲(chǔ)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(jià)格比的PLC和設(shè)計(jì)相應(yīng)的控制系統(tǒng)。 1．輸入輸出（I/O）點(diǎn)數(shù)的估算 I/O點(diǎn)數(shù)估算時(shí)應(yīng)考慮適當(dāng)?shù)挠嗔?，通常根?jù)統(tǒng)計(jì)的輸入輸出點(diǎn)數(shù)，再增加10%～20%的可擴(kuò)展。余量后，作為輸入輸出點(diǎn)數(shù)估算數(shù)據(jù)。 2．存儲(chǔ)器容量的估算 存儲(chǔ)器容量是可編程序控制器本身能提供的硬件存儲(chǔ)單元大小，程序容量是存儲(chǔ)器中用戶應(yīng)用項(xiàng)目使用的存儲(chǔ)單元的大小，因此程序容量小于存儲(chǔ)器容量。設(shè)計(jì)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(jì)階段是未知的，需在程序調(diào)試之后才知道。為了設(shè)計(jì)選型時(shí)能對(duì)程序容量有一定估算，通常采用存儲(chǔ)器容量的估算來(lái)替代。 存儲(chǔ)器內(nèi)存容量的估算沒(méi)有固定的公式，許多文獻(xiàn)資料中給出了不同公式，大體上都是按數(shù)字量I/O點(diǎn)數(shù)的10～15倍，加上模擬I/O點(diǎn)數(shù)的100倍，以此數(shù)為內(nèi)存的總字?jǐn)?shù)（16位為一個(gè)字），另外再按此數(shù)的25%考慮余量。因此本課題的PLC內(nèi)存容量選擇應(yīng)能存儲(chǔ)2000條梯形圖，這樣才能在以后的改造過(guò)程中有足夠的空間。 3．控制功能的選擇 該選擇包括運(yùn)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(jì)控制的需要，主要介紹以下幾種功能的選擇。 （1）控制功能 PLC主要用于順序邏輯控制，因此，大多數(shù)場(chǎng)合常采用單回路或多回路控制器解決模擬量的控制，有時(shí)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(chǔ)器容量。 （2）編程功能 離線編程方式：PLC和編程器公用一個(gè)CPU，編程器在編程模式時(shí)，CPU只為編程器提供服務(wù)，不對(duì)現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備進(jìn)行控制。完成編程后，編程器切換到運(yùn)行模式，CPU對(duì)現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備進(jìn)行控制，不能進(jìn)行編程。離線編程方式可降低系統(tǒng)成本，但使用和調(diào)試不方便。在線編程方式：CPU和編程器有各自的CPU，主機(jī)CPU負(fù)責(zé)現(xiàn)場(chǎng)控制，并在一個(gè)掃描周期內(nèi)與編程器進(jìn)行數(shù)據(jù)交換，編程器把在線編制的程序或數(shù)據(jù)發(fā)送到主機(jī)，下一掃描周期，主機(jī)就根據(jù)新收到的程序運(yùn)行。這種方式成本較高，但系統(tǒng)調(diào)試和操作方便，在大中型PLC中常采用。 五種標(biāo)準(zhǔn)化編程語(yǔ)言：順序功能圖（SFC）、梯形圖（LD）、功能模塊圖（FBD）三種圖形化語(yǔ)言和語(yǔ)句表（IL）、結(jié)構(gòu)文本（ST）兩種文本語(yǔ)言。選用的編程語(yǔ)言應(yīng)遵守其標(biāo)準(zhǔn)（IEC6113123），同時(shí)，還應(yīng)支持多種語(yǔ)言編程形式，如C，Basic等，以滿足特殊控制場(chǎng)合的控制要求。 （3）診斷功能 PLC的診斷功能包括硬件和軟件的診斷。硬件診斷通過(guò)硬件的邏輯判斷確定硬件的故障位置，軟件診斷分內(nèi)診斷和外診斷。通過(guò)軟件對(duì)PLC內(nèi)部的性能和功能進(jìn)行診斷是內(nèi)診斷，通過(guò)軟件對(duì)PLC的CPU與外部輸入輸出等部件信息交換功能進(jìn)行診斷是外診斷。 PLC的診斷功能的強(qiáng)弱，直接影響對(duì)操作和維護(hù)人員技術(shù)能力的要求，并影響平均維修時(shí)間。 4．機(jī)型的選擇 通過(guò)對(duì)輸入/輸出點(diǎn)的選擇、對(duì)存儲(chǔ)容量的選擇、對(duì)I/O響應(yīng)時(shí)間的選擇以及輸出負(fù)載的特點(diǎn)選型的分許。 該控制系統(tǒng)選用三菱公司FX2N系列的PLC。它體積小,重量輕,使用壽命長(zhǎng),編程和維護(hù)方便,故障率低,通過(guò)擴(kuò)展模塊的連接, 可以增加輸入/ 輸出點(diǎn)數(shù)。我設(shè)計(jì)的花式噴泉模型共有6個(gè)輸入,11個(gè)輸出,因此,選用型號(hào)為FX2N-32MR 的PLC。實(shí)物圖如3—2所示 圖3-2三菱FX2N-32MR的PLC 3.2 變頻器的選型 我設(shè)計(jì)的是通過(guò)變頻器調(diào)速技術(shù)來(lái)控制每環(huán)噴水管的高度。我選用的是FR-S520（S）E系列變頻調(diào)速器。其實(shí)物圖如圖3-1示。 圖3-3 FR-S520（S）E系列變頻調(diào)速器的實(shí)物圖 3.3 水泵的選型 由于噴泉的水泵必須滿足大功率快速精確起停，而且其輸出功率必須能夠精確的進(jìn)行控制。我選用品牌為DESHB(德士比）的QYP100-4.5-2.2噴泉泵。具有以下優(yōu)點(diǎn)：結(jié)構(gòu)緊湊；無(wú)需引水、使用簡(jiǎn)便；雙端密封、電器保護(hù)；設(shè)計(jì)合理、性能優(yōu)良；經(jīng)久耐用、安全可靠。并且水泵出口采用圓法蘭結(jié)構(gòu),電機(jī)為F級(jí)絕緣,適用花式噴泉等場(chǎng)合對(duì)電機(jī)頻繁啟動(dòng)的要求.葉輪具有防松裝置,不怕反轉(zhuǎn).其實(shí)物圖見(jiàn)其3-4所示： 圖3-4 QYP噴泉泵的實(shí)物圖 3.4噴頭的選型 為了使得噴泉的噴水效果更好，更加引人入勝，所以本設(shè)計(jì)采用以下噴頭來(lái)實(shí)現(xiàn)噴水效 （1）旋轉(zhuǎn)式噴頭 特點(diǎn)：利用噴水的反作用力，推動(dòng)噴頭旋轉(zhuǎn)；多條水流在空中離心向外形成螺旋扭動(dòng)的曲線，夜晚在彩燈映射下猶如彩帶在夜空中飄舞。 噴頭型號(hào) 主要性能 連接管 安裝尺寸(mm) 備注 名稱 說(shuō)明 水壓 (kpa) 流量 (m3/h) 噴高 (m) 噴灑直徑 DN(mm) 直徑 DN(mm) 連接形式 A B XZB-307 70 7.00 1.40 1.00 25 內(nèi)螺紋 140 +80 6支 旋轉(zhuǎn)花籃 XZB-116 70 10.00 1.60 1.20 40 內(nèi)螺紋 200 +100 6支 旋轉(zhuǎn)花籃 XZB-308 70 7.50 1.80 1.30 25 內(nèi)螺紋 170 +100 4支 旋轉(zhuǎn) XZB-114 70 15.00 2.00 1.50 40 內(nèi)螺紋 200 +150 4支 旋轉(zhuǎn) XZB-204 70 15.00 0.80 2.80 40 內(nèi)螺紋 230 +150 10支 蟹爪蘭 （2）萬(wàn)向直流噴頭 特點(diǎn)：?jiǎn)螄娮?，直流射。水柱晶瑩透明，線條明快流暢?？勺龇较蛘{(diào)節(jié)，安裝調(diào)試靈活方便，可組成多種圖案。同時(shí)，它也是音控、程控噴泉的必選噴頭。 噴頭型號(hào) 主要性能 連接管 安裝尺寸(mm) 水壓 (kpa) 流量 (m3/h) 噴高 (m) 直徑 DN(mm) 連接形式 A B KTB-117 43-67 0.6-0.8 1.6-3.5 15 內(nèi)螺紋 701 +40 KTB-115 47-77 1.5-2.0 3.4-5.0 20 內(nèi)螺紋 110 +40 KTB-104 49-96 2.5-3.5 4.0-8.0 25 內(nèi)螺紋 130 +40 KTB-216 48-100 3.5-6.5 4.6-9.0 40 內(nèi)螺紋 170 60 KTB-105 50-120 5-7.5 5.0-9.5 50 內(nèi)螺紋 250 +60 KTB-118 90-160 12-15 7-12 65 內(nèi)螺紋 300 +60 （3）禮花噴頭 特點(diǎn)：禮花噴頭是由多個(gè)直上小噴嘴組成，噴水時(shí)射流如燃放的煙花，水姿造型美觀，安裝方便，適用于各種場(chǎng)合的噴水池。 性能 型號(hào) 外形尺寸（mm） 噴高（m） 水壓（m） 　　　流量（m3/h）　　　　噴灑直徑（m） 接 管 高度 LH25 G1" 100 1 2 3 2.5 3.5 5 4.45 6.5 7.56 1 2 3 LH32 G1 1/4" 80 1 2 3 2.2 3.5 5.5 5 7.5 8.54 1 2 3 LH40 G1 1/2" 73 1 2 4 2 3.5 6.5 6.6 8.5 14.2 1 2 4 LH50 G2" 100 1 3 5 1.8 3.5 7 8.8 14.6 22.1 1 2 5 （4）戲水噴頭 特點(diǎn)：噴頭安裝在石板下面，噴水時(shí)水柱通過(guò)鋪裝孔噴出，人可與水嬉戲。停止噴水時(shí)不阻礙交通。既是廣場(chǎng)休閑，也是觀賞噴泉。 性能 型號(hào) 外形尺寸 壓力(m) 流量（m3/h） 噴射高度（m） 接 管 DN25 G1" 40 7.0 2.3 DN40 G１ 1/2" 40 10.0 2.5 DN50 G2" 40 12.0 2.8 3.4 硬件接線圖 系統(tǒng)的硬件連接圖即PLC和系統(tǒng)中各個(gè)硬件的連線。具體的如下圖所示： 圖3-5硬件接線圖 圖3-6變頻器跟水泵的接線圖 3.5 I/O分配表 輸入：見(jiàn)表3-1 序號(hào) 輸入 說(shuō)明 1 X0 停止按鈕 2 X1 啟動(dòng)按鈕 3 X2 選擇開(kāi)關(guān)1的位置 4 X3 選擇開(kāi)關(guān)2的位置 5 X4 選擇開(kāi)關(guān)3的位置 6 X5 燈控按鈕 輸出：見(jiàn)表3-2 序號(hào) 輸出 說(shuō)明 1 Y0 電源指示 2 Y1 控制1管噴水 3 Y2 控制2管噴水 4 Y3 控制3管噴水 5 Y4 控制4管噴水 6 Y5 紅色燈 7 Y6 黃色燈 8 Y7 綠色燈 9 Y11 中速 10 Y10 慢速 11 Y12 正轉(zhuǎn) 第四章 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì) 4.1 PLC梯形圖概述 梯形圖是使用得最多的圖形編程語(yǔ)言，被稱為PLC的第一編程語(yǔ)言。梯形圖與電器控制系統(tǒng)的電路圖很相似，具有直觀易懂的優(yōu)點(diǎn)，很容易被工廠電氣人員掌握，特別適用于開(kāi)關(guān)量邏輯控制。梯形圖常被稱為電路或程序，梯形圖的設(shè)計(jì)稱為編程。 PLC梯形圖中的某些編程元件沿用了繼電器這一名稱，如輸入繼電器、輸出繼電器、內(nèi)部輔助繼電器等，但是它們不是真實(shí)的物理繼電器，而是一些存儲(chǔ)單元（軟繼電器），每一軟繼電器與PLC存儲(chǔ)器中映像寄存器的一個(gè)存儲(chǔ)單元相對(duì)應(yīng)。該存儲(chǔ)單元如果為“1”狀態(tài)，則表示梯形圖中對(duì)應(yīng)軟繼電器的線圈“通電”，其常開(kāi)觸點(diǎn)接通，常閉觸點(diǎn)斷開(kāi)，稱這種狀態(tài)是該軟繼電器的“1”或“ON”狀態(tài)。如果該存儲(chǔ)單元為“0”狀態(tài)，對(duì)應(yīng)軟繼電器的線圈和觸點(diǎn)的狀態(tài)與上述的相反，稱該軟繼電器為“0”或“OFF”狀態(tài)。使用中也常將這些“軟繼電器”稱為編程元件。 梯形圖兩側(cè)的垂直公共線稱為母線(Bus bar)，。在分析梯形圖的邏輯關(guān)系時(shí)，為了借用繼電器電路圖的分析方法，可以想象左右兩側(cè)母線（左母線和右母線）之間有一個(gè)左是正而右是負(fù)的直流電源電壓，母線之間有“能流”從左向右流動(dòng)。右母線可以不畫(huà)出。 根據(jù)梯形圖中各觸點(diǎn)的狀態(tài)和邏輯關(guān)系，求出與圖中各線圈對(duì)應(yīng)的編程元件的狀態(tài)，稱為梯形圖的邏輯解算。梯形圖中邏輯解算是按從左至右、從上到下的順序進(jìn)行的。解算的結(jié)果，馬上可以被后面的邏輯解算所利用。邏輯解算是根據(jù)輸入映像寄存器中的值，而不是根據(jù)解算瞬時(shí)外部輸入觸點(diǎn)的狀態(tài)來(lái)進(jìn)行的。 4.2 SWOPC-FXGP/WIN-C編程軟件的操作方法 本課題采用的編程軟件為SWOPC-FXGP/WIN-C編程軟件，具體的操作方法如下： 1．打開(kāi)SWOPC-FXGP/WIN-C編程軟件，之后點(diǎn)擊，在下拉菜單欄里點(diǎn)擊“新文件(N)…”，再選擇，確定打開(kāi)后就可以繪制梯形圖編本課題的程序。 2．在打開(kāi)文件之后就可以繪制梯形圖，根據(jù)所編的程序的，在頁(yè)面右面的功能圖，如4-2所示： 圖4-2 SWOPC-FXGP/WIN-C編程軟件的功能圖 在繪制梯形圖中選擇需要的輸入元件，完成對(duì)梯形圖的繪制。 3．完成了對(duì)梯形圖的繪制后，在軟件的菜單欄中點(diǎn)擊，并在下拉菜單中的“寄存器(R)..數(shù)據(jù)傳送”的子欄中選擇“寫(xiě)出”，將程序編入三菱FX2N-64M。 4.3 系統(tǒng)工作過(guò)程分析 1. 按下啟動(dòng)按鈕和燈控按鈕，開(kāi)始運(yùn)行。 2．按下位置開(kāi)關(guān)2，則是第一種花樣噴泉。 3. 按下位置開(kāi)關(guān)3，則是第二種花樣噴泉。 4. 按下位置開(kāi)關(guān)4，則是第三種花樣噴泉。 5. 無(wú)論哪種花樣噴泉，只要當(dāng)?shù)谌蛘叩谒娜我庖粚訃娝臅r(shí)候，黃燈亮；當(dāng)?shù)诙訃娝臅r(shí)候，紅燈亮；當(dāng)所有噴水時(shí)，綠燈亮。 6. 按下停止按鈕，則運(yùn)行結(jié)束。 4.4控制系統(tǒng)程序設(shè)計(jì) 4.4.1 花式噴泉的第一種花樣 當(dāng)選擇開(kāi)關(guān)2的位置時(shí)，噴泉運(yùn)行第一種花樣：4、3、2、1 隔2 秒依次噴水,一起噴水15 秒后停下,再按1、2、3、4 的次序隔2 秒依次噴水,再一起噴15 秒后停下,以此規(guī)律循環(huán)。1、3管以慢速正轉(zhuǎn)噴水，2、4管以中速正轉(zhuǎn)噴水。當(dāng)?shù)谌蛘叩谒娜我庖粚訃娝臅r(shí)候，紅燈亮；當(dāng)?shù)诙訃娝臅r(shí)候，黃燈亮；當(dāng)所有噴水時(shí)，綠燈亮。見(jiàn)圖4-1所示： 圖4-1第一種花樣的梯形圖 4.4.2 花式噴泉的第二種花樣 當(dāng)選擇開(kāi)關(guān)3的位置時(shí)，噴泉第二種花樣：1、3 同時(shí)噴水,延時(shí)3 秒后1、3 停噴,同時(shí)2、4 噴水,交替運(yùn)行5 次后1、2、3、4 一起噴水,30 秒后停止,以此規(guī)律循環(huán)。1、3管以慢速正轉(zhuǎn)噴水，2、4管以中速正轉(zhuǎn)噴水。當(dāng)?shù)谌蛘叩谒娜我庖粚訃娝臅r(shí)候，黃燈亮；當(dāng)?shù)诙訃娝臅r(shí)候，紅燈亮；當(dāng)所有噴水時(shí)，綠燈亮。見(jiàn)圖4-2所示： 圖4-2第二種花樣的梯形圖 4.4.3 花式噴泉的第三種花樣 當(dāng)選擇開(kāi)關(guān)4的位置時(shí)，第三種花樣：1、2、3、4 按順序延時(shí)2 秒噴水,然后一起噴30 秒后1、2、3、4 再分別延時(shí)2 秒停噴,以此規(guī)律循環(huán)。1、3管以慢速正轉(zhuǎn)噴水，2、4管以中速正轉(zhuǎn)噴水。當(dāng)?shù)谌蛘叩谒娜我庖粚訃娝臅r(shí)候，黃燈亮；當(dāng)?shù)诙訃娝臅r(shí)候，紅燈亮；當(dāng)所有噴水時(shí)，綠燈亮。見(jiàn)圖4-3所示： 圖4-3第三種花樣的梯形圖 結(jié)論 本系統(tǒng)主要以可編程控制器PLC和變頻器為核心，利用可編程控制器PLC和變頻器的強(qiáng)大的控制功能，實(shí)現(xiàn)了利用可編程控制器和變頻器控制花式噴泉的功能，具有接線簡(jiǎn)單、編程直觀、擴(kuò)展容易等特點(diǎn)。當(dāng)花式噴泉的功能增加時(shí)，只需增加一個(gè)I/ O 擴(kuò)展模塊即可。原來(lái)的接線不需改變，軟件上只需增加相應(yīng)程序以及輸出的功能，要改動(dòng)的地方也較少。調(diào)試結(jié)果表明，在適應(yīng)性、靈活性、精確性和可靠性方面，到達(dá)到了設(shè)計(jì)的要求，表明該設(shè)計(jì)方案是可行的。 通過(guò)本設(shè)計(jì)，我學(xué)習(xí)到了很多東西，在工作的細(xì)心上也得到了提高。并且，更了解了有關(guān)可編程控制器和變頻器的功能。我選擇這個(gè)設(shè)計(jì)，也是為了彌補(bǔ)以前學(xué)習(xí)上的不足。這次設(shè)計(jì)，使我了解到老師的用心良苦，并且從老師那學(xué)到了很多寶貴的東西。 致謝 在做論文的過(guò)程中沈志君老師嚴(yán)謹(jǐn)?shù)闹螌W(xué)態(tài)度和一絲不茍的工作精神給了我深刻的啟發(fā)，也給了我很大的觸動(dòng)。另外，老師經(jīng)常給我講解不懂的地方，教我怎么入手，使我能盡快的完成論文。還要感謝系里其它的老師的指導(dǎo)，給了我很大的幫助。在此，對(duì)老師在工作和生活中給予的指導(dǎo)和關(guān)心致以最真誠(chéng)的謝意。 同時(shí)在這里還要感謝系里給予我們的關(guān)心和幫助，感謝老師們給予我們的幫助。 感謝系里其它的一些同學(xué)在設(shè)計(jì)中提供大量的支持和幫助。我們即將畢業(yè)，在此，再一次向三年中在學(xué)習(xí)和生活中給予過(guò)我?guī)椭睦蠋熀屯瑢W(xué)致謝。 參考文獻(xiàn) [1] 郭艷萍,李曉波. 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