天津滨海职业学院毕业设计111

天 津 滨 海 职 业 学 院 毕 业 设 计花 式 喷 泉 的 PLC 控 制作 者 ：院 系 ：专 业 ：年 级 ：学 号 ：指 导 教 师 ：年 月 日毕 业 设 计 任 务 书设 计 题 目 ： 花式喷泉的 PLC 控制完 成 期 限 ： 自 2011 年 11 月 2 日 至 2012 年 4 月 3 日止一 、 设 计 原 始 依 据本 文 以 花 式 喷 泉 为 研 究 对 象 ， 采 用 了 S7-300 系 列 PLC 作 为 喷 泉 的 控 制 器 。 对花 式 喷 泉 的 控 制 系 统 的 总 体 功 能 进 行 了 分 析 ， 阐 述 了 可 编 程 控 制 器 的 组 成 和 工 作原 理 。 提 出 了 喷 泉 硬 件 的 各 组 成 模 块 及 详 细 的 硬 件 模 块 设 计 方 案 ， 并 对 控 制 方 式进 行 了 设 计 和 程 序 的 编 写 。 本 设 计 改 善 了 喷 泉 系 统 的 控 制 品 质 ， 并 真 正 地 达 到 了实 时 控 制 的 要 求 。二 、 设 计 内 容 和 要 求花 式 喷 泉 是 近 年 来 出 现 的 一 种 园 林 建 筑 与 花 式 观 赏 相 结 合 的 一 种 产 物 。随 着 可 编 程 控 制 器 在 我 国 的 迅 速 发 展 ， 对 花 式 喷 泉 的 控 制 要 求 也 越 来 越 高 ， 使 得越 来 越 多 的 控 制 部 分 要 可 编 程 控 制 器 来 实 现 。 本 人 签 字 ：2012 年 4 月 3 日毕 业 设 计 内 容 摘 要花 式 喷 泉 是 近 年 来 出 现 的 一 种 园 林 建 筑 与 花 式 观 赏 相 结 合 的 一 种 产 物 。 随 着可 编 程 控 制 器 在 我 国 的 迅 速 发 展 ， 对 花 式 喷 泉 的 控 制 要 求 也 越 来 越 高 ， 使 得 越 来越 多 的 控 制 部 分 需 要 可 编 程 控 制 器 来 实 现 。本 文 结 合 任 务 设 计 书 的 要 求 ， 以 花 式 喷 泉 为 研 究 对 象 ， 采 用 了 S7-300 系 列 PLC作 为 喷 泉 的 控 制 器 。 对 花 式 喷 泉 的 控 制 系 统 的 总 体 功 能 进 行 了 分 析 ， 阐 述 了 可 编程 控 制 器 的 组 成 和 工 作 原 理 。 提 出 了 喷 泉 硬 件 的 各 组 成 模 块 及 详 细 的 硬 件 模 块 设计 方 案 ， 并 对 控 制 方 式 进 行 了 设 计 和 程 序 的 编 写 。 本 设 计 改 善 了 喷 泉 系 统 的 控 制品 质 ， 并 真 正 地 达 到 了 实 时 控 制 的 要 求 。关 键 词 ： PLC； 喷 泉 ； 控 制 系 统目 录第 一 章 绪 论 1第 一 节 绪 论 1 （一 ）我 国 喷 泉 的 展 3(一 )喷 泉 的 应 用 状 况 3 (二 )现 代 喷 泉 重 出 现 的 问 题 3第 二 节 喷 泉 的 种 类 3第 三 节 喷 泉 中 的 一 些 新 技 术 3第 四 节 设 计 的 主 要 研 究 内 容 及 安 排 3第 2 章 方 案 分 析 3第 一 节 主 控 制 器 方 案 分 析 3第 二 节 主 控 制 器 方 案 的 选 择 3第 三 节 喷 泉 控 制 方 案 分 析 3第 四 节 喷 泉 控 制 方 案 的 选 择 3第 五 节 喷 泉 的 控 制 要 求 3第 3 章 花 式 喷 泉 的 硬 件 设 计 3第 一 节 硬 件 的 选 择 3（一 ）PLC 的 选 择 方 案 3（二 ）水 泵 的 选 择 方 案 3（三 ）喷 头 的 选 择 方 案 3第 二 节 控 制 面 板 3第 四 章 系 统 的 软 件 设 计 3 第 一 节 花 式 喷 泉 的 PLC 控 制 流 程 图 3第 二 节 I/O 模 块 的 选 择 3第 三 节 花 式 喷 泉 的 I/O 分 配 3第 四 节 、PLC 的 I/O 地 址 分 配 简 介 3第 五 节 、软 件 的 选 用 3第 六 节 、系 统 主 程 序 3第 七 节 、系 统 程 序 的 可 行 性 3第 5 章 系 统 的 仿 真 和 调 试 3第 一 节 、仿 真 软 件 的 选 用 3 第 二 节 、 系 统 的 调 试 3第 1 章 绪 论第 一 节 喷 泉 的 发 展一 我 国 喷 泉 的 发 展国 内 在 二 十 世 纪 八 十 年 代 以 前 ， 喷 泉 只 是 建 筑 给 排 水 和 园 林 造 景 专 业 的 一 个技 术 细 节 ， 从 设 计 到 产 品 制 作 ， 工 程 安 装 都 没 有 形 成 规 模 。 只 是 在 展 览 馆 等 公 共建 筑 和 公 园 里 能 见 到 一 些 中 、 小 喷 泉 ， 产 品 的 水 平 也 是 简 单 、 粗 放 的 。 二 十 世 纪八 十 年 以 后 ， 随 着 国 民 经 济 的 恢 复 和 发 展 ， 人 民 生 活 水 平 的 提 高 ， 一 些 城 市 的 城建 、 园 林 主 管 部 门 在 城 市 建 设 、 改 造 的 过 程 中 ， 以 及 环 境 的 美 化 和 文 化 氛 围 的 营造 上 对 喷 泉 提 出 了 求 新 的 要 求 ， 一 部 分 建 筑 、 园 林 、 水 利 的 设 计 院 、 研 究 所 及 大专 院 校 ， 综 合 了 土 建 结 构 、 给 排 水 、 机 电 控 制 等 传 统 的 专 业 技 术 ， 加 上 当 时 先 进的 单 片 机 ， 通 过 电 磁 阀 和 直 流 电 机 调 速 实 行 变 量 控 制 ， 设 计 出 一 批 喷 泉 、 水 景 。得 到 了 良 好 的 社 会 反 映 和 社 会 效 益 。 在 这 个 时 期 ， 一 些 喷 泉 设 备 专 业 加 工 厂 和 公司 开 始 组 建 、 发 展 ， 为 喷 泉 的 专 业 化 发 展 提 供 了 力 量 ， 打 下 了 基 础 。二 十 世 纪 九 十 年 代 以 后 ， 社 会 主 义 市 场 经 济 快 速 发 展 ， 全 国 城 市 建 设 速 度 加 快 ，人 们 也 追 求 高 质 量 的 文 化 生 活 和 环 境 美 。 市 场 的 需 求 推 动 了 喷 泉 行 业 的 发 展 。 喷 泉走 出 公 园 、 园 林 的 围 墙 和 广 场 的 中 心 ， 深 入 延 伸 到 人 们 的 各 个 社 会 活 动 场 所 。 许 多喷 泉 专 业 的 生 产 厂 商 和 专 业 公 司 ， 在 这 段 时 间 内 应 运 而 生 ， 迅 速 发 展 起 来 。 专 业 技术 人 员 把 计 算 机 技 术 、 信 息 技 术 ， 以 及 声 、 光 、 电 、 雾 、 火 、 激 光 、 音 乐 、 水 幕电 影 等 学 科 的 技 术 应 用 到 喷 泉 之 中 ， 把 喷 泉 行 业 的 技 术 水 平 推 上 了 一 个 新 的 层 面 ，开 拓 了 广 阔 的 应 用 空 间 ， 喷 泉 行 业 得 到 了 快 速 发 展 。 2001 年 中 国 建 筑 金 属 结 构 协会 、 给 水 排 水 设 备 分 会 成 立 了 水 景 喷 泉 专 业 委 员 会 ， 行 业 组 织 为 城 镇 、 园 林 的 主管 部 门 、 设 计 院 、 所 及 专 业 生 产 厂 商 、 公 司 提 供 服 务 ， 促 进 喷 泉 行 业 健 康 有 序 地发 展 。 一 些 大 学 和 中 专 的 建 筑 、 园 林 专 业 也 开 设 了 水 景 、 喷 泉 课 程 ， 为 喷 泉 行 业的 今 后 发 展 提 供 了 知 识 储 备 。 喷 泉 行 业 的 发 展 进 入 到 一 个 新 的 阶 段 。(二 )喷 泉 的 应 用 状 况人 们 对 喷 泉 的 造 景 功 能 、 娱 乐 功 能 、 环 保 功 能 认 识 的 提 高 ， 开 拓 了 喷 泉 的 应用 范 围 。 我 们 可 以 看 到 ： 适 宜 于 喜 庆 节 日 、 大 型 群 众 集 会 的 广 场 喷 泉 和 城 市 主 题雕 塑 喷 泉 ， 其 水 造 型 往 往 是 简 捷 、 明 快 、 庄 重 、 大 方 ， 给 予 人 们 团 结 进 取 ， 凝 聚向 上 的感 受 。 在 商 业 广 场 、 购 物 中 心 以 及 一 些 景 点 的 大 型 激 光 彩 色 音 乐 喷 泉 ， 其 动 感 十足 的 “水 表 演 ”， 既 欢 快 、 跳 跃 ， 又 抒 情 、 富 有 诗 意 的 “水 舞 蹈 ”， 有 些 喷 泉 配之 以 水 幕 电 影 ， 给 人 们 以 变 幻 无 穷 ， 绚 丽 多 姿 的 视 听 效 果 。 河 、 湖 自 然 水 面 上 喷水 高 度 超 过 百 米 的 高 水 柱 喷 泉 ， 其 雄 伟 、 壮 观 的 水 造 型 往 往 成 为 这 个 城 市 或 旅 游景 点 的 特 征 之 一 。 喷 泉 进 入 了 住 宅 小 区 ， 多 与 建 筑 小 品 和 雕 塑 相 映 、 相 伴 ， 既 有中 、 老 年 人 们 喜 爱 的 幽 静 、 典 雅 的 风 格 ， 也 有 适 于 儿 童 嬉 水 ， 趣 味 十 足 的 形 式 。松 弛 、 舒 适 的 环 境 氛 围 给 人 们 愉 悦 的 感 受 。 商 场 内 、 酒 楼 里 的 喷 泉 小 巧 、 别 致 ，既 调 节 了 室 内 小 气 候 ， 又 增 添 了 画 意 。 依 托 大 型 建 筑 物 和 自 然 地 形 建 成 的 人 工 瀑布 及 溢 水 造 景 给 人 们 以 清 新 和 另 有 韵 味 的 感 受 。 喷 泉 在 电 视 转 播 厅 和 大 型 歌 舞 上频 频 出 现 ， 调 谐 得 当 的 水 形 烘 托 着 演 出 的 效 果 。 精 巧 的 微 型 喷 泉 进 入 了 办 公 室 和居 室 ， 给 室 内 增 添 了 动 态 的 装 饰 。 喷 泉 是 艺 术 和 技 术 的 结 合 物 ， 建 筑 艺 术 、 园 林艺 术 、 美 术 以 至 引 伸 到 人 文 学 、 文 学 艺 术 、 音 乐 艺 术 等 都 能 蕴 含 到 喷 泉 的 设 计 、创 作 中 。 不 少 成 功 的 作 品 都 注 意 喷 泉 的 设 计 风 格 与 周 边 的 环 境 、 建 筑 物 风 格 的 协调 一 致 ， 注 意 当 地 人 文 、 文 化 心 理 ， 所 以 好 的 方 案 设 计 是 至 关 重 要 的 ， 它 是 成 功 的起 点 。 在 喷 泉 方 案 的 制 作 上 ， 短 短 的 几 年 时 间 就 从 手 工 制 图 发 展 到 photo shop 图片 再 发 展 到 三 维 动 画 制 作 的 光 盘 描 绘 的 动 态 喷 水 方 案 ， 计 算 机 技 术 极 大 地 丰 富 和 开拓 了 人 们 的 思 维 空 间 。 快 速 、 直 观 、 便 于 保 存 、 易 于 修 改 的 优 点 很 快 地 就 被 建 设方 接 受 ， 成 为 喷 泉 设 计 方 案 招 投 标 的 必 备 内 容 。 喷 泉 的 专 用 产 品 ， 设 备 也 在 不 断地 更 新 换 代 ， 新 材 料 、 新 技 术 的 采 用 ， 环 保 型 的 产 品 更 加 安 全 、 可 靠 ， 售 后 服 务周 到 、 及 时 ， 这 些 都 为 喷 泉 的 良 性 发 展 提 供 了 技 术 支 撑 ， 使 得 大 多 数 的 喷 泉 在 美化 环 境 之 外 ， 还 发 挥 了 良 好 的 生 态 效 应 社 会 效 益 和 广 告 效 应 等 间 接 的 经 济 效 益 。(二 )现 代 喷 泉 重 出 现 的 问 题在 喷 泉 得 到 广 泛 应 用 的 过 程 中 ， 也 出 现 了 一 些 问 题 和 不 足 ， 有 些 认 识 上 的 误区 和 不 良 倾 向 应 该 引 起 人 们 的 重 视 。 否 则 将 对 喷 泉 行 业 的 健 康 发 展 产 生 负 面 影 响 。（ 1） 方 案 设 计 上 的 盲 目 性 ， 往 往 导 致 作 品 成 为 败 笔 ， 使 作 品 难 于 长 久 存 在 。（ 2） 细 部 设 计 的 不 合 理 直 接 影 响 作 品 效 果 。（ 3） 质 次 价 高 的 伪 劣 产 品 直 接 影 响 着 有 关 厂 商 和 公 司 的 信 誉 。（ 4） 节 能 、 节 水 、 环 保 问 题 应 引 起 足 够 的 重 视 。喷 泉 的 水 造 型 是 通 过 细 部 设 计 来 实 现 的 ， 机 、 泵 、 管 、 阀 门 、 喷 头 的 合 理 选配 ， 直 接 影 响 着 喷 水 效 果 。 有 些 喷 泉 的 设 计 ， 只 注 意 了 流 量 、 工 作 压 力 等 技 术 指标 ， 忽 视 了 流 态 效 果 这 个 重 要 因 素 ， 水 造 型 效 果 差 。 例 如 ： 成 功 的 超 高 水 柱 密 实段 长 ， 破 裂 段 和 雾 化 段 短 ， 水 柱 直 径 和 喷 水 高 度 比 例 合 适 ， 抗 风 能 力 强 ， 喷 水 效果 挺 拔 、 雄 伟 。 而 目 前 的 一 些 超 高 水 柱 ， 水 柱 密 实 段 短 ， 破 裂 段 和 雾 化 段 长 ， 水柱 直 径 与 喷 水 高 度 相 比 显 得 细 小 单 薄 ， 抗 风 能 力 差 ， 水 柱 很 容 易 被 吹 散 飘 移 ， 这就 是 有 关 参 数 选 配 不 合 理 所 致 。 在 整 体 水 造 型 的 组 合 效 果 上 也 存 在 差 类 似 的 问 题 。细 部 设 计 不 合 理 ， 是 技 术 经 济 指 标 差 的 表 现 ， 需 要 在 设 计 阶 段 给 予 解 决 。喷 泉 是 耗 能 的 景 观 工 程 ， 在 保 障 设 计 效 果 的 前 提 下 ， 尽 可 能 地 节 约 能 源 ， 这在 方 案 设 计 阶 段 时 就 应 该 进 行 量 体 裁 衣 的 设 计 。 我 国 是 一 个 缺 水 的 国 家 ， 节 水 是基 本 国 策 ， 喷 泉 要 提 倡 循 环 用 水 ， 设 计 时 应 考 虑 减 少 喷 水 的 雾 化 ， 飘 移 损 失 。 循环 用 水 系 统 应 该 有 过 滤 净 化 装 置 ， 现 在 有 许 多 旱 喷 泉 ， 喷 水 很 容 易 把 地 面 上 的 泥土 、 脏 物 冲 入 地 下 水 池 ， 水 质 极 易 污 染 ， 搞 好 池 水 净 化 ， 延 长 池 水 使 用 周 期 ， 用过 的 池 水 可 以 浇 灌 周 边 的 草 坪 、 绿 地 ， 既 节 约 了 用 水 ， 又 有 环 保 的 功 能 。第 二 节 、 喷 泉 的 种 类喷 泉 景 观 概 括 来 说 可 以 分 为 两 大 类 ： 一 是 因 地 制 宜 ， 根 据 现 场 地 形 结 构 ，仿 照 天 然 水 景 制 作 而 成 ， 如 ： 壁 泉 、 涌 泉 、 雾 泉 、 管 流 、 溪 流 、 瀑 布 、 水 帘 、跌 水 、 水 涛 、 漩 涡 等 。 二 是 完 全 依 靠 喷 泉 设 备 人 工 造 景 。 这 类 水 景 近 年 来 在建 筑 领 域 广 泛 应 用 ， 发 展 速 度 很 快 ， 种 类 繁 多 ， 普 通 喷 泉 分 音 乐 喷 泉 、 程 控喷 泉 、 旱 地 喷 泉 、 跑 动 喷 泉 、 光 亮 喷 泉 、 趣 味 喷 泉 、 激 光 水 幕 电 影 、 超 高 喷 泉 等 。激 光 水 幕 喷 泉趣 味 喷 泉音 乐 喷 泉程 控 喷 泉光 亮 喷 泉旱 地 喷 泉跑 动 喷 泉第 三 节 、 喷 泉 中 的 一 些 新 技 术漂 浮 式 ： 整 座 水 景 喷 泉 的 管 道 系 统 全 部 安 装 在 浮 箱 上 ， 所 以 喷 泉 设 备 的 运 行不 受 季 节 性 水 位 高 低 的 影 响 。 漂 浮 式 喷 泉 制 作 、 安 装 工 艺 技 术 性 强 ， 但 维 护 方 便 ，易 于 保 养 。 在 大 型 自 然 湖 泊 或 各 种 人 工 湖 中 广 泛 应 用 。跑 泉 ： 多 个 喷 头 ， 按 时 序 控 制 ， 构 成 各 种 形 态 瞬 时 变 化 的 水 型 。 可 以 形 成 跑动 、 跳 动 、 波 动 等 形 状 ， 又 可 以 成 固 定 造 型 的 喷 水 形 态 ， 气 势 雄 伟 ， 变 化 多 端 。水 幕 激 光 ： 采 用 特 殊 的 入 映 机 播 放 ， 使 用 的 影 片 也 是 专 门 为 水 幕 电 影 特 制 的影 带 。 由 于 电 影 的 屏 幕 是 透 明 的 水 膜 ， 因 此 在 电 影 播 放 时 会 有 一 种 特 殊 的 光 学 效果 ， 屏 幕 的 视 觉 穿 透 性 可 使 画 面 具 有 一 种 立 体 感 ， 影 片 的 内 容 可 与 水 面 巧 妙 的 结合 ， 更 有 一 种 身 临 其 境 般 的 奇 幻 感 觉 。第 四 节 、 设 计 的 主 要 研 究 内 容 及 安 排本 文 根 据 生 活 当 中 出 现 的 一 些 情 况 ， 以 花 式 喷 泉 为 研 究 对 象 ， 结 合 了 大 量 资料 及 文 献 ， 研 究 花 式 喷 泉 的 控 制 问 题 ， 整 理 出 一 套 可 行 性 较 高 的 喷 泉 控 制 系 统 。本 系 统 的 研 究 内 容 主 要 包 括 了 喷 泉 的 发 展 情 况 及 所 存 在 的 一 系 列 问 题 ； 喷 泉控 制 系 统 的 组 成 ； 花 式 喷 泉 的 控 制 任 务 和 要 求 ； 花 式 喷 泉 的 硬 件 配 置 以 及 软 件 的设 计 ， 再 通 过 仿 真 软 件 来 实 现 。在 设 计 当 中 ， 因 花 样 1 出 现 故 障 的 可 能 性 较 另 外 两 种 花 样 要 大 ， 因 此 在 花 样 1的 程 序 中 设 置 了 报 警 系 统 ， 当 出 现 故 障 时 ， 可 以 及 时 报 警 并 断 开 电 源 ， 具 有 更 大的 安 全 保 障 。 设 计 中 并 未 添 加 单 步 /连 续 程 序 ， 因 为 如 果 单 步 运 行 ， 持 续 时 间 太 短 ，观 赏 性 不 强 ， 因 而 只 设 置 了 连 续 运 行 ， 当 按 下 启 动 按 钮 ， 接 着 选 择 喷 水 花 样 ， 系统 处 于 连 续 运 行 状 态 ， 直 到 按 下 停 止 按 钮 ， 系 统 立 即 断 开 电 源 ， 停 止 运 行 。第 2 章 方 案 分 析第 一 节 、 主 控 制 器 方 案 分 析方 案 1： 使 用 单 片 机 控 制 花 式 喷 泉单 片 机 的 特 点 是 控 制 性 能 和 可 靠 性 高 ， 体 积 小 、 价 格 低 、 易 于 产 品 化 。 由 于单 片 机 具 有 良 好 的 控 制 性 能 和 灵 活 的 嵌 入 品 质 ， 近 年 来 在 智 能 仪 表 、 机 电 一 体 化产 品 、 实 时 工 业 控 制 家 用 电 器 等 各 个 领 域 都 获 得 了 极 其 广 泛 的 应 用 。花 式 喷 泉 的 原 理 是 利 用 控 制 器 控 制 水 泵 的 喷 水 的 方 式 ， 此 方 案 采 用 AT80C51 系列 单 片 机 作 为 主 控 制 器 来 控 制 喷 泉 的 喷 水 方 式 。 单 片 机 的 成 本 较 低 ， 适 合 用 于 控制 小 型 的 花 式 喷 泉 。 单 片 机 通 过 控 制 步 进 电 机 来 控 制 电 磁 阀 ,实 现 对 喷 头 流 量 的 控制 , 从 而 使 喷 泉 水 姿 、 灯 光 色 彩 产 生 变 化 。 但 采 用 单 片 机 控 制 原 理 ， 是 以 可 控 硅作 为 功 率 开 关 元 件 ， 由 于 可 控 硅 承 受 过 电 压 、 过 电 流 的 能 力 较 差 ， 因 而 不 能 长 时间 运 行 。方 案 2： 使 用 S7-300PLC 控 制 花 式 喷 泉自 20 世 纪 60 年 代 中 期 以 来 PLC 产 品 在 电 力 、 冶 金 、 化 工 等 行 业 发 挥 了 重 大作 用 ,尤 其 近 20 年 来 计 算 机 和 信 息 技 术 的 飞 速 发 展 ,不 断 成 倍 扩 大 的 功 能 和 成 倍 降低 的 价 格 ,使 PLC、 通 讯 联 网 技 术 、 过 程 控 制 软 件 都 获 得 了 长 足 的 进 步 ,也 使 PLC 的广 泛 应 用 成 为 可 能 。PLC 的 优 点 很 多 ， 主 要 包 括 ： 编 程 方 法 简 单 易 学 ； 功 能 强 、 性 能 价 格 比 高 ；硬 件 配 套 齐 全 、 用 户 使 用 方 便 、 适 应 性 强 ； 可 靠 性 高 、 抗 干 扰 能 力 强 ； 系 统 的 设计 、 安 装 、 调 试 工 作 量 少 ； 维 修 工 作 量 低 、 维 修 方 便 ； 体 积 小 、 能 耗 低 等 。 而 且PLC 在 各 个 工 业 部 门 的 应 用 范 围 都 得 到 了 扩 展 。此 方 案 采 用 西 门 子 300 系 列 PLC 作 为 主 控 制 器 。 S7-300PLC 是 中 型 的 PLC， 它适 用 于 各 行 各 业 ， 各 种 场 合 中 的 自 动 检 测 、 监 测 及 控 制 等 。 S7-300PLC 的 强 大 功 能使 其 无 论 单 机 运 行 ， 或 连 成 网 络 都 能 实 现 复 杂 的 控 制 功 能 。 S7-300PLC 可 提 多 种CPU 可 供 选 择 使 用 ， 并 且 体 积 小 ， 功 能 强 、 可 靠 性 高 ， 灵 活 性 强 和 可 扩 展 性 的 特 点通 过 改 变 喷 泉 的 控 制 程 序 或 改 变 方 式 选 择 开 关 ， 就 可 以 改 变 花 式 喷 泉 的 喷 水 规 律 ，从 而 变 化 出 很 多 花 样 ， 同 时 ， PLC 具 有 很 强 的 自 诊 断 功 能 ， 迅 速 方 便 的 检 查 出 故障 ， 缩 短 检 修 时 间 ， 因 而 确 保 控 制 系 统 的 可 靠 性 ， 稳 定 性 。基 于 本 设 计 的 控 制 要 求 ， 可 采 用 S7-300 系 列 的 PLC 来 控 制 电 磁 阀 ， 从 而 达 到对 喷 头 流 量 的 控 制 ， 产 生 各 种 方 式 的 喷 水 花 样 。方 案 3： 使 用 S7-200PLC 控 制 花 式 喷 泉本 方 案 采 用 S7-200PLC 作 为 喷 泉 的 主 控 制 器 来 控 制 水 泵 的 运 行 。 S7-200PLC 是一 种 小 型 的 PLC， 它 有 5 种 CPU 模 块 ， 最 多 可 以 扩 展 7 个 扩 展 模 块 ， 扩 展 到 248 点数 字 量 I/O 或 者 38 路 模 拟 量 I/O， 最 多 有 30 多 KB 的 程 序 存 储 空 间 和 数 据 存 储 空间 。 集 成 了 6 个 有 12 种 工 作 模 式 的 高 速 计 数 器 和 两 点 高 速 脉 冲 发 生 器 、 脉 冲 宽 度调 制 器 。 本 设 计 方 案 可 以 选 择 S7-200CPU226 的 PLC 作 为 主 控 制 器 ， 该 型 号 的 PLC共 14 入 10 出 24 个 I/O 点 。 从 I/O 点 分 配 方 面 来 说 很 适 合 本 设 计 的 控 制 要 求 。 但是 这 也 限 制 了 它 以 后 的 发 展 ， 在 改 变 喷 水 方 式 的 时 候 很 不 方 便 ， 因 此 不 利 于 调 整 。第 二 节 、 主 控 制 器 方 案 的 选 择通 过 以 上 3 种 控 制 方 式 的 比 较 可 以 得 知 ： 使 用 单 片 机 控 制 喷 泉 ， 控 制 方 式 简单 ， 成 本 低 ， 但 是 由 于 其 控 制 性 能 较 差 ， 容 易 出 现 故 障 ， 出 现 故 障 后 检 修 不 方 便 ，且 受 使 用 时 间 长 短 的 限 制 。 使 用 S7-200PLC 控 制 花 式 喷 泉 ， 控 制 性 能 好 ， 适 用 性强 ， 系 统 设 计 方 便 ， 编 程 简 单 ， 但 由 于 I/O 数 量 的 限 制 ， 改 动 不 便 。 而 使 用 S7-300PLC 控 制 花 式 喷 泉 ， 它 具 有 S7-200PLC 和 单 片 机 所 不 具 有 的 优 点 ， 在 改 动 的 时候 十 分 方 便 ， 支 持 长 时 间 使 用 ， 并 且 控 制 性 能 更 强 于 单 片 机 和 S7-200PLC。 三 者 相比 较 ， 使 用 S7-300PLC 来 控 制 喷 泉 显 然 要 好 于 使 用 单 片 机 控 制 和 S7-200 控 制 ， 因此 ， 本 设 计 选 取 的 方 案 为 第 二 种 ， 即 使 用 S7-300PLC 作 为 喷 泉 的 主 控 制 器 。第 三 节 、 喷 泉 控 制 方 案 分 析方 案 1： 三 组 喷 头 交 替 喷 水此 方 案 使 用 的 喷 头 有 三 组 ， 共 12 个 喷 头 ， 每 组 4 个 。 三 组 喷 头 组 成 一 定 的 形状 ， 并 在 PLC 的 控 制 下 交 替 喷 水 ， 具 体 情 况 见 图 2-1。图 2-1 三 组 喷 头 示 意 图喷 泉 共 分 为 三 组 喷 头 ， 通 电 后 ， 在 PLC 的 控 制 下 ， 按 1-2-3-2-1 的 顺 序 喷 水 ，然 后 1、 2 同 时 喷 水 ， 接 着 2、 3 同 时 喷 水 ， 再 接 着 1、 3 同 时 喷 水 ， 最 后 1、 2、 3一 起 喷 水 ， 如 此 循 环 。方 案 2： 四 组 喷 头 交 替 喷 水此 方 案 共 四 组 喷 头 ， 除 1 号 喷 头 以 外 ， 其 余 三 组 每 组 的 4 个 喷 头 都 由 环 形 管 道连 接 ， 因 此 ， 每 次 喷 水 ， 同 一 组 的 喷 头 是 一 起 喷 的 ， 具 体 情 况 见 图 2-2。图 2-2 四 组 喷 头 示 意 图此 种 方 案 有 三 种 喷 水 方 式 可 供 选 择 。 按 下 启 动 按 钮 以 后 ， 如 选 择 第 一 种 花 样 ，以 1、 3 同 时 喷 ， 2、 4 同 时 喷 的 方 式 喷 水 ； 如 选 择 第 二 种 花 样 ， 则 按 1-2-3-4 的 方式 喷 水 ； 如 选 择 第 三 种 ， 则 按 4-3-2-1 的 方 式 喷 水 。 并 且 按 下 自 动 运 行 按 钮 以 后 ，可 以 按 设 定 的 程 序 自 动 喷 水 。第 四 节 、 喷 泉 控 制 方 案 的 选 择从 以 上 2 种 喷 水 方 案 来 看 ， 都 是 很 适 合 作 为 花 式 喷 泉 的 喷 水 方 式 。 但 是 ， 方 案1 中 的 喷 水 方 式 过 于 单 调 ， 只 有 一 种 方 式 。 而 方 案 2 中 一 共 有 三 种 喷 水 方 式 可 供 选择 ， 按 下 启 动 按 钮 以 后 ， 再 按 下 花 样 选 择 开 关 ， 喷 泉 则 按 选 定 的 方 式 喷 水 ， 因 此 喷水 的 方 式 可 以 随 心 所 欲 ， 较 之 方 案 一 显 然 更 好 。 因 此 本 设 计 选 择 方 案 二 作 为 喷 泉 的控 制 方 案 。第 五 节 、 喷 泉 的 控 制 要 求（ 1） 按 下 启 动 按 钮 ， 喷 泉 装 置 开 始 工 作 ， 按 下 停 止 按 钮 ， 喷 泉 控 制 装 置 停 止工 作 。 按 下 自 动 运 行 按 钮 ， 喷 泉 进 入 自 动 工 作 状 态 ，（ 2） 喷 泉 喷 水 方 式 由 花 样 选 择 开 关 决 定 ， 现 考 虑 3 种 喷 水 花 样 。（ 3） 花 样 选 择 开 关 在 位 置 1 时 ， 按 下 启 动 按 钮 后 ， 1、 3 号 喷 头 同 时 喷 水 ， 延时 2 秒 后 ， 2、 4 号 喷 头 喷 水 ， 1 号 、 3 号 喷 头 停 止 喷 水 ， 再 延 时 2 秒 后 1、 3 号 喷头 喷 水 ， 2、 4 号 喷 头 停 止 喷 水 ， 如 此 循 环 ， 直 到 按 下 停 止 按 钮 。（ 4） 花 样 选 择 开 关 在 位 置 2 时 ， 按 下 启 动 按 钮 后 ， 1 号 喷 头 喷 水 ， 延 时 2 秒后 ， 1 号 喷 头 喷 水 ， 再 延 时 2 秒 后 ， 3 号 喷 头 喷 水 ， 再 延 时 2 秒 后 ， 4 号 喷 头 喷 水 ，再 延 时 2 秒 后 ， 3 号 喷 头 喷 水 ， 再 延 时 2 秒 后 ， 2 号 喷 头 喷 水 ， 再 延 时 2 秒 后 ， 1号 喷 头 喷 水 ， 再 延 时 2 秒 后 ， 2 号 喷 头 喷 水 ， 如 此 循 环 ， 直 到 按 下 停 止 按 钮 。（ 5） 花 样 选 择 开 关 在 位 置 3 时 ， 按 下 启 动 按 钮 后 ， 4 号 喷 头 喷 水 ， 延 时 2 秒后 ， 3 号 喷 头 喷 水 ， 再 延 时 2 秒 后 ， 2 号 喷 头 喷 水 ， 再 延 时 2 秒 后 ， 1 号 喷 头 喷 水 ，再 延 时 2 秒 后 ， 2 号 喷 头 喷 水 ， 再 延 时 2 秒 后 ， 3 号 喷 头 喷 水 ， 再 延 时 2 秒 后 ， 4号 喷 头 喷 水 ， 再 延 时 2 秒 后 ， 3 号 喷 头 喷 水 ， 如 此 循 环 ， 直 到 按 下 停 止 按 钮 。第 3 章 花 式 喷 泉 的 硬 件 设 计第 一 节 、 硬 件 的 选 择（ 一 ） PLC 的 选 择 方 案（ 1） 对 输 入 /输 出 点 的 选 择盲 目 选 择 点 数 多 的 机 型 会 造 成 一 定 浪 费 。 要 先 弄 清 除 控 制 系 统 的 I/O 总 点 数 ，再 按 实 际 所 需 总 点 数 的 15 20 留 出 备 用 量 （ 为 系 统 的 改 造 等 留 有 余 地 ） 后 确 定所 需 PLC 的 点 数 。（ 2） 对 存 储 容 量 的 选 择对 用 户 存 储 容 量 作 粗 略 的 估 算 。（ 3） 对 I/O 响 应 时 间 的 选 择PLC 的 I/O 响 应 时 间 包 括 输 入 电 路 延 迟 、 输 出 电 路 延 迟 和 扫 描 工 作 方 式 引 起的 时 间 延 迟 （ 一 般 在 2 3 个 扫 描 周 期 ） 等 。 对 开 关 量 控 制 的 系 统 ， PLC 和 I/O 响应 时 间 一 般 都 能 满 足 实 际 工 程 的 要 求 ， 可 不 必 考 虑 I/O 响 应 问 题 。 但 对 模 拟 量 控制 的 系 统 、 特 别 是 闭 环 系 统 就 要 考 虑 这 个 问 题 。（ 4） 对 PLC 结 构 形 式 的 选 择在 相 同 功 能 和 相 同 I/O 点 数 据 的 情 况 下 ， 整 体 式 比 模 块 式 价 格 低 。 但 模 块 式具 有 功 能 扩 展 灵 活 ， 维 修 方 便 （ 换 模 块 ） ， 容 易 判 断 故 障 等 优 点 ， 要 按 实 际 需 要选 择 PLC 的 结 构 形 式 。本 设 计 采 用 S7-300 CPU315-2DP 的 PLC。 该 PLC 属 于 中 型 PLC， 功 能 强 大 ， 控制 能 力 好 ， 性 价 比 高 。（ 二 ） 水 泵 的 选 择 方 案水 泵 的 种 类 根 据 不 同 的 要 求 ， 分 类 比 较 多 ； 大 致 有 卧 式 水 泵 和 潜 水 泵 。 但 都 是根 据 各 自 对 水 泵 的 扬 程 、 流 量 、 使 用 的 场 合 、 能 耗 比 、 性 价 比 等 来 选 择 合 适 自 己 水泵 。根 据 本 文 的 要 求 ， 选 择 采 用 潜 水 泵 。 因 为 潜 水 泵 是 放 置 在 水 下 ， 因 此 不 需 要泵 房 ， 这 样 可 以 降 低 造 价 。 而 且 潜 水 泵 能 耗 低 ， 体 积 小 ， 重 量 轻 ， 不 需 灌 引 水 ，使 用 维 护 及 管 理 方 便 ， 并 且 达 到 了 节 约 水 资 源 的 目 的 ， 具 有 卧 式 水 泵 所 不 具 有 的优 点 ， 可 以 适 应 喷 泉 的 喷 水 要 求 。本 设 计 采 用 上 海 申 一 水 泵 制 造 有 限 公 司 生 产 的 QY 型 油 浸 式 潜 水 泵 。 QY 型 油 浸式 潜 水 电 泵 是 由 充 油 式 潜 水 电 机 与 离 心 式 水 泵 同 轴 联 接 组 成 。 符 合 JB/T8092-1996标 准 规 定 ， 产 品 取 得 全 国 生 产 许 可 证 ， 经 过 三 十 多 年 来 不 断 的 改 进 和 完 善 ， 广 泛应 用 于 农 业 灌 溉 、 工 矿 排 水 、 水 景 喷 泉 、 水 产 养 殖 ， 鱼 塘 增 氧 、 防 洪 排 涝 等 领 域 。具 有 泵 电 一 体 ， 结 构 紧 凑 ； 无 需 引 水 、 使 用 简 便 ； 双 端 密 封 、 电 器 保 护 ； 设 计 合理 、 性 能 优 良 等 特 点 。 水 泵 的 使 用 条 件 是 潜 水 深 度 不 超 过 5 米 ； 水 温 不 超 过 +40 ；PH 值 应 在 5-9 之 间 ， 因 此 ， 很 适 合 用 本 设 计 的 要 求 。（ 三 ） 喷 头 的 选 择 方 案喷 泉 的 喷 头 分 为 可 调 直 流 喷 头 、 涌 泉 喷 头 、 集 束 喷 头 、 旋 转 喷 头 等 等 ， 种 类繁 多 ， 喷 出 的 水 型 也 各 不 相 同 。 本 设 计 采 用 的 是 集 束 喷 头 ， 该 喷 头 由 多 个 直 流 喷头 组 合 而 成 ， 直 射 喷 头 口 径 大 小 可 确 定 喷 头 的 出 水 量 及 高 度 ， 它 可 以 作 为 整 个 喷泉 的 主 喷 （ 喷 泉 最 高 点 ） ， 也 可 以 由 多 个 集 束 喷 头 组 合 成 不 同 的 排 列 。 本 文 采 用的 集 束 喷 头 是 中 间 小 ， 四 周 大 的 喷 头 组 合 方 案 。 中 间 的 小 喷 头 在 同 样 的 压 力 下 ，喷 出 的 水 柱 较 之 周 围 的 大 喷 头 要 高 ， 要 细 ， 可 达 到 最 佳 的 视 觉 效 果 ， 见 图 3-1。图 3-1 喷 头 的 样 式 及 喷 水 示 意 图中 间 部 分 为 装 饰 物 。 左 图 为 喷 头 的 设 计 方 案 图 ， 每 个 喷 头 的 设 计 方 案 都 是 相 同的 ， 中 间 4 个 小 圆 形 图 案 为 小 喷 头 ， 外 部 4 个 大 圆 形 图 案 为 大 喷 头 ； 右 图 为 喷 泉 喷水 方 式 示 意 图 ， 4 个 大 喷 头 喷 出 的 水 柱 更 粗 更 低 ， 这 样 看 起 来 更 有 层 次 感 。第 二 节 、 控 制 面 板系 统 的 控 制 面 板 图 如 图 3-2 所 示 。 图 中 分 别 是 花 样 选 择 开 关 、 指 示 灯 以 及 启动 、 停 止 和 自 动 运 行 开 关 。 系 统 正 常 运 行 时 ， 显 示 运 行 （ 绿 灯 ） ； 停 止 运 行 时 显示 停 止 （ 红 灯 ） ； 出 现 故 障 时 显 示 报 警 （ 黄 灯 ） 。图 3-2 花 式 喷 泉 的 控 制 面 板第 4 章 系 统 的 软 件 设 计第 一 节 、 花 式 喷 泉 的 PLC 控 制 流 程 图花 式 喷 泉 的 程 序 控 制 流 程 图 见 图 4-1。图 4-1 系 统 控 制 流 程 图如 图 ， 通 电 后 ， 进 入 工 作 状 态 。 如 按 下 启 动 按 钮 ， 喷 泉 装 置 进 入 准 备 工 作 状态 ， 若 不 按 ， 则 回 到 初 始 状 态 。 接 着 选 择 喷 水 花 样 ， 共 三 种 喷 水 花 样 可 供 选 择 。如 不 选 择 喷 水 花 样 ， 系 统 则 只 保 持 通 电 状 态 。 如 按 下 花 样 选 择 开 关 ， 喷 泉 按 照 设定 的 程 序 开 始 运 行 。 如 果 按 下 停 止 按 钮 ， 系 统 则 停 止 运 行 ， 如 果 不 按 停 止 按 钮 ，系 统 则 按 照 选 择 的 花 样 继 续 运 行 下 去 直 到 按 下 停 止 按 钮 。第 二 节 、 I/O 模 块 的 选 择本 设 计 选 择 SM332 作 为 PLC 的 I/O 模 块 ， 其 I/O 接 口 都 是 配 对 模 块 ， I 为 输 入 、Q 为 输 出 。 用 于 连 接 电 磁 阀 、 接 触 器 、 小 型 电 机 、 灯 和 电 机 起 动 器 。第 三 节 、 花 式 喷 泉 的 I/O 分 配喷 泉 的 I/O 分 配 见 表 4-1。表 4-1 花 式 喷 泉 的 I/O 分 配 表启 动 按 钮 I0.0停 止 按 钮 I0.1花 样 选 择 开 关 1 I0.2花 样 选 择 开 关 2 I0.3花 样 选 择 开 关 3 I0.4输 入自 动 运 行 按 钮 I0.5花 样 1 报 警 Q0.01 号 喷 头 组 Q0.1 Q1.1 Q2.12 号 喷 头 组 Q0.2 Q1.2 Q2.23 号 喷 头 组 Q0.3 Q1.3 Q2.3输 出4 号 喷 头 组 Q0.4 Q1.4 Q2.4第 四 节 、 PLC 的 I/O 地 址 分 配 简 介I/O 模 块 分 为 数 字 量 输 入 、 数 字 量 输 出 、 模 拟 量 输 入 和 模 拟 量 输 出 4 类 。 CPU分 配 给 数 字 量 I/O 模 块 的 地 址 以 字 节 为 单 位 ， 一 个 字 节 由 8 个 数 字 量 I/O 点 组 成 。扩 展 模 块 I/O 点 的 字 节 地 址 由 I/O 的 类 型 和 模 块 在 同 一 类 I/O 模 块 链 中 的 位 置 来 决定 。第 五 节 、 软 件 的 选 用本 设 计 采 用 STEP 7 软 件 进 行 编 写 系 统 程 序 ， 该 软 件 主 要 有 组 态 硬 件 ； 组 态 通信 连 接 ； 使 用 编 程 语 言 编 写 用 户 程 序 ； 下 载 和 调 试 用 户 程 序 、 启 动 、 维 护 、 文 件建 档 、 运 行 和 诊 断 等 功 能 。 功 能 强 大 ， 很 适 合 用 来 编 写 喷 泉 的 控 制 程 序 。 编 程 软 件界 面 如 图 4-2 所 示 。图 4-2 软 件 编 程 界 面在 FC1 中 编 写 花 样 1 子 程 序 ， 在 FC2 中 编 写 花 样 2 子 程 序 ， 在 FC3 中 编 写 花 样3 子 程 序 ， 然 后 在 OB1 中 编 写 主 程 序 并 调 用 子 程 序 。第 六 节 、 系 统 主 程 序系 统 的 主 程 序 见 图 4-3。 此 时 ， 系 统 处 于 停 止 工 作 状 态 。图 4-3 花 式 喷 泉 系 统 主 程 序I0.5 是 一 个 独 立 的 启 动 按 钮 ， 负 责 启 动 自 动 运 行 。 当 按 下 I0.5 的 时 候 ， 系 统按 照 花 样 1-花 样 2-花 样 3 的 顺 序 循 环 运 行 。 当 按 下 停 止 按 钮 I0.0 的 时 候 ， 立 即 停止 自 动 运 行 ， 改 为 手 动 选 择 花 样 。第 七 节 、 系 统 程 序 的 可 行 性本 系 统 共 有 三 种 花 样 可 供 选 择 ， 因 此 程 序 分