08(三)电气喷水池.doc

福建电力职业技术学院课 程 设 计课程名称： 可编程控制原理 题目： 花式喷水池装置PLC控制 专业班次： 08（三）电气2 姓 名： 林承营 学 号： 200802123344（40号） 指导教师： 苏两河 张继伟 学 期： 2010-2011学年 第一学期 日 期： 2010.12 福建电力职业技术学院 毕业论文目 录福建电力职业技术学院1课 程 设 计1目 录1第1章 绪 论21.1喷泉的发展21.1.1我国喷泉的发展21.1.2喷泉的应用状况21.1.3现代喷泉重出现的问题31.2喷泉的种类31.3喷泉中的一些新技术31.4设计的主要研究内容3第2章 方案分析42.1喷泉控制原理42.2喷泉的控制要求4第3章 系统的软件设计53.1花式喷泉的PLC控制流程图53.2花式喷泉的I/O分配63.3PLC的I/O地址分配简介63.4软件的选用63.5系统主程序6第4章 花式喷泉的硬件设计74.1硬件的选择74.1.1PLC的选择方案74.1.2水泵的选择方案74.1.3喷头的选择方案94.2控制面板94.3喷水池94.4喷泉控制系统的主电路114.4喷泉控制系统的控制电路11第5章 系统的仿真和调试125.1仿真软件的选用125.2系统的调试12第6章 总 结12参考文献13附录14第1章 绪 论1.1喷泉的发展1.1.1我国喷泉的发展 喷泉是人工环境中最富有生命力的喷泉,它具有分隔空间、增加层次、净化空气美化环境的作用, 具有美化环境的功能，常常博得观赏者的喜爱。喷泉水景首次在我国兴建是18世纪中期，北京圆明园(又名长春园)中的“西洋楼”建筑提升到高处的蓄水池(180m3)里，然后通过管道供给喷泉。近代，国内外随着城市和工业的发展，改善城市环境，兴建自然景观日益增多。因而水景的艺术形式和规模都有很大发展。1.1.2喷泉的应用状况不同环境选择不同的喷泉。现在喷泉的应用范围已经不再像原来那么狭窄了，随着人们对喷泉的造景功能、娱乐功能、环保功能认识的提高，喷泉已经出现了多种多样的形式。大大提高了可观赏性。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、购物中心以及游泳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。松驰、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。 喷泉的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。1.1.3现代喷泉重出现的问题随着我国人民物质生活水平的不断提高，对于精神生活的要求也在不断提高，为进一步改造环境景观，建设一个喷泉是很有必要的。随着科学技术的不断发展和生活水平的不断提高，尤其是喷泉在城市和社区环境建设中起着尤其重要的作用。当今喷泉工程和高新技术的结合正是历史发展的必然趋势，由于喷泉工程中采用了大量的高新技术，从而使喷泉效果更加绚丽多彩，婀娜多姿，令人赏心悦目、流连忘返。1.2喷泉的种类喷泉是人工环境中观赏价值最高、最富有生命力的理想景观之一。规模可大可小，射程可高可低，喷出的水，大者如珠，细者如雾，变化万千，引人入胜。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，有音乐喷泉、程控喷泉、摆动喷泉、跑动喷泉、光亮喷泉、游乐喷泉、超高喷泉、激光水幕电影等。1.3喷泉中的一些新技术花式喷水池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。使用PLC控制花式喷泉,具有使用方便、运行可靠、控制程序设计简单等优点.用SFC方法编程,可以使设计思路清晰,编程简便.若需要改变喷水花样和喷水时间,设计方案不必作很大调整,只要把控制程序作相应的修改,即可实现控制目的.以4环花式喷泉为研究对象，采用了CPM2A系列可编程序控制器作为喷泉的控制器。对花式喷水池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。并提出了喷水池硬件的各组成模块及详细的硬件模块设计方案。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。1.4设计的主要研究内容本次的毕业设计是一个以FX-2N(PLC)控制为核心的花样喷泉控制系统的设计。花样喷泉在PLC的控制之下，喷出各种各样的水柱，给人以一种视觉上美的享受。第2章 方案分析2.1喷泉控制原理本次设计的喷泉控制系统由启动控制程序、位移脉冲控制程序、复位控制程序、驱动控制程序、停止控制程序组成。通过启动控制程序实现喷泉的准备，通过位移脉冲控制程序实现子元件中的内容在存储器间的移动，通过复位控制程序实现喷泉花样的循环，通过驱动控制程序实现喷泉的喷射，通过停止程序来实现对喷泉的停止。图2-1系统控制原理2.2喷泉的控制要求 控制器电源开关接通后,按下启动按钮,喷水装置即开始工作；按下停止按钮,则停止喷水。工作方式由“选择开关”和”单步/连续开关”来决定。2.3喷泉的运行过程1） 系统运行时,” 单步/连续开关”在单步位置时,喷水池只运行一个循环;在连续位置时,喷水池反复运行。2）“选择开关”用以选择喷水池的工作方式,14号喷水池的工作方式选择如下：a) 选择开关位置”1”：按下启动按钮后，4号喷水，延时2S，3号喷水，再延时2S，2号喷水,再延时2S，1号喷水，接着一起喷水15S为一个循环。b) 选择开关位置”2”：按下启动按钮后，1号喷水，延时2S，2号喷水，再延时2S，3号喷水，再延时2S，4号喷水，接着一起喷水30S为一个循环。c) 选择开关位置”3”：按下启动按钮后，1、3号同时喷水,延时3S后，2、4号同时喷水，1、3号停止喷；交替运行5次后，再14号全部喷水30S为一个循环。d) 选择开关位置”4”： 按下启动按钮后，喷水池14号水管的工作顺序为：1234按顺序延时2S喷水，然后一起喷水30S后，1、2、3、和4号水管分别延时2S停水，再等待1S，由4321反序分别延时2S喷水，然后再一起喷水30S为一个循环。3) 无论在什么工作方式，按下停止按钮，喷水池立即停止工作，所有存储器复位。第3章 系统的软件设计3.1花式喷泉的PLC控制流程图图3-1花式喷泉的PLC控制流程图3.2花式喷泉的I/O分配表3-1花式喷泉的I/O分配表输入输出名称元件PLC元件名称元件PLC元件启动按钮SB1X1外环接触器KM1Y1停止按钮SB2X2中环接触器KM2Y2单步/连续按钮SB3X3内环接触器KM3Y3选择开关ASX11X14中间接触器KM4Y43.3PLC的I/O地址分配简介表3-2PLC的I/O地址分配表继电器FX2N-16MFX2N-32MFX2N-48MFX2N-64MFX2N-80MFX2N-128M输入继电器XX000X0078点X000X01716点X000X02724点X000X03732点X000X04740点X000X07764点输出继电器YY000Y0078点Y000Y01716点Y000Y02724点Y000Y03732点Y000Y04740点Y000Y07764点3.4软件的选用本次课设选用FXGP/WIN-C编程软件包。FXGP/WIN-C软件包是专门用于开发FX系列PLC的编程程序，使用Windows操作系统，用梯形图、指令表或者SFC（状态转移图）进行编程，与包括MELSEC MEDOCDOS在内的DOS版编程软件相兼容。3.5系统主程序系统主程序梯形图见附录。第4章 花式喷泉的硬件设计4.1硬件的选择4.1.1PLC的选择方案我国常用的品牌PLC主要有德国西门子、日本三菱、日本欧姆龙、美国罗克韦尔和美国通用电气等公司的产品，其中日本三菱、德国西门子、日本欧姆龙的小型PLC在我国应用比较广泛。本系统有7点输入，4点输出，考虑到一定的余量，结合实际要求，选用三菱的FX2N-22MR。PLC硬件结构简图如下:外设I/O接口 输出部件存储器 EPROM 微处理器 运算器 控制器电源 输入部件I/O扩展接口 I/O扩展单元 受控元件输入信号外部设备图4-1 PLC硬件结构简图4.1.2水泵的选择方案QSP型喷泉是由潜水电机和水泵连接组合而成。该产品符合JB/T8092-1996标准规定，获得全国生产许可证。该产品经过不多的改进和完善，其结构合理，外形 美观，工作可靠，适应频繁启动而且响应速度快，安装方便，对水源无污染，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。使用条件：电泵应完全浸入水中运行，潜水深度不小于0.5米，不大于5米。环境水温度应不高于40摄氏度。工作介质为无腐蚀性清水，含沙量不大于0.1%,PH值为6.58.5。电源应为三相50赫兹，额定电压为380伏，其供电电压必须保持在342420伏范围之内。电泵应在额定扬程附近的适用范围内使用。潜水泵结构图和参数如下：图4-2 QSP潜水泵结构图表4-1 潜水泵参数型号(QSP)额定扬程（米）额定功率（千瓦）额定电压（伏）额定频率（赫兹）中间潜水泵15-10-0.75100.7538050内环潜水泵15-5-0.570.538050中环潜水泵26-3-0.550.538050外环潜水泵160-2-141380504.1.3喷头的选择方案表4-2喷头的选择方案表中间喷头内环喷头中环喷头外环喷头大水柱中水柱花朵水柱旋转水柱4.2控制面板图4-3 花式喷水池控制开关面板图4.3喷水池该喷泉占地面积俯视图为正方形，其面积S=100平方米；喷射范围俯视图为圆形，其半径R=4.5m。喷泉概况平面图如1-1：图4-4喷泉概况平面图图4-3中，喷泉由4种不同的水柱组成。其中1表示中间水柱所在的位置，其水柱较大，喷射高度较高；2表示内环水柱所在的位置，由六支中水柱均匀分布在2的圆（r=2m）的轨迹上，水量比大水柱的水量小，其喷射高度比大水柱低；3表示中环水柱，它由15支花朵式喷头组成，其水柱较细，其喷射高度比内环水柱略矮；4外环水柱，各由18支旋转式喷头组成，均匀分布在外环（r=4m）上，其水量压力较弱。该喷泉的回水池俯视图为圆形，与喷泉喷射范围俯视图为同心圆，且半径相等。回水池的深度为4m。该回水池由1个半径为100cm的圆水池和3个有效宽度为50cm的圆环水池组成，且各个水池之间相通，连接池宽度为50cm，3个圆环水池的半径分别为4m、5m、6m。如图1-2所示：图4-5回水池的设计图回水池上方由金属栏嵌入式覆盖。中间水柱喷头的内径d=50mm，内环水柱喷头的内径d=30mm，中环水柱喷头的内径d=20mm，外环喷泉的内径d=30mm。中间水柱高度h=10m，内环水柱高度h=7m，中环水柱高度h=5m，外环水柱高度h=4m。4.4喷泉控制系统的主电路图4-6 主电路图4.4喷泉控制系统的控制电路图4-7 控制电路图第5章 系统的仿真和调试5.1仿真软件的选用本课设选用GX开放器进行仿真。GX开发器实际上是一个软件包，内含编程软件GX-Developer(GPPW)和仿真软件GX-Simulator(LLT)。LLT可以在个人电脑中模拟FX/A/QnA/Q系列PLC的程序执行。在将程序下载到实际的PLC之前，对模拟PLC执行监控和调试。可以讲LLT用作一种可评估程序效率、程序执行时间等的模拟数字（存储）仪器和数学设备。5.2系统的调试（1）首先打开GX软件，打开编有程序的文件，并进行梯形图逻辑测试启动，接着进行软元件登陆，输入M0,M1,Y1-Y4,然后点击“监视开始”，最后打开软元件测试窗口。（2）在软元件测试窗口内输入X1，点击“强制ON”，（以下的调试就简化说明）喷泉进入启动状态。（3）X11-X14分别闭合，梯形图分别进行第1-4种工作方式；X2断开则只执行一个循环，X2闭合则循环执行。（4）在任何一种工作方式下运行时，按下X3，系统马上停止运行。在此调试过程中，主要观察喷射花样的运行是否符合程序的设定。经过调试，四种方式间的切换可以实现。第6章 总 结采用PLC控制，利用PLC体积小功能强，可靠性高，且具有较大的灵活性和可扩展性的特点，通过改变喷泉的控制程序或改变方式按钮，就可以改变花样喷泉的喷水规律，从而变换出各式各样的喷泉形状，以适应不同季节，不同场合的喷水要求。通过本次毕业设计，充分体现了PLC的特点。PLC在控制上的优越性，使喷泉在实际生活中的喷水花样，变化更多，更加完美。在这次设计中我仿佛又经历了一次系统学习，在做毕业设