校园夜景工程.doc

MinBei Vocational And Technical College校园人工湖夜景工程的设计 2013 届毕业设计专业名称： 姓 名： 学 号： 班 级： 指导教师： 2012 年 5 月 20 日摘 要本论文从大学校园夜景照明的特点出发，据大学校园夜景照明目前的实际状况，分别从光源的选择，光源的位置及供电与控制系统提出了对大学校园人工湖夜景设计方案。同时讲述校内人工湖喷泉控制系统总体方案进行了一个设计，在分析景观控制系统具体工作过程的基础上，采用PLC为核心部件，设计画出了流程图；编制了具体程序；设计了硬件电路。关键词：夜景照明，人工喷泉，PLC控制技术，可编程控制器的运用目录引言1一、 光源的选择及位置1（一）光源型号、参数、功能及特点1（二）产品功能及特点：2（三）灯具的位置确定3二、喷泉的设计3(一)喷泉设备3(二)各设备的功能3三、供电与控制系统4（一）喷泉控制系统总体方案的设计4（二）喷泉控制系统的软件设计7（三）喷泉控制系统的硬件设计8（四）喷泉控制系统的调试10四、结束语11五、参考文献11六、致谢12七、附表：13校园人工湖夜景工程的设计校园人工湖夜景工程的设计引言大学是培养高等人才、从事科学研究、进行国内外学术交流的特殊场所。为适应教学、科研、交流等专门要求，应该力求在大学校园内营造出既具有庄重稳定气氛、又富 有和谐悦目色彩的夜景照明环境。本论文即从大学校园夜景照明的特点出发，据大学校园夜景照明目前的实际状况，而提出了对大学校园人工湖夜景设计方案及以PLC控制为核心的喷泉控制系统的设计。这个喷泉控制系统主要是一个人工喷泉。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。一、 光源的选择及位置（一）光源型号、参数、功能及特点1产品型号灯光采用YGSY-30LED夜景灯，电源采用太阳能发电系统提供，由于太阳能的直接输出一般都是12VDC、24VDC、48VDC，为能向220VAC的电器提供电能，需要将太阳能发电系统所发出的直流电能转换成交流电能，因此需要使用DC-AC逆变器。2产品参数（1）光源采用30WLED光源，其亮度为5060LM/W，防水等级为IP65，采用铝合金+钢化玻璃。（2）太阳能发电系统太阳能发电系统由太阳能板、太阳能控制器、蓄电池（组）组成。如输出电源为交流220V或 110V，还需要配置逆变器。各部分功能：太阳能板太阳能板是太阳能发电系统中的核心部分，也是太阳能发电系统中价值最高的部分。其作用是将太阳的辐射能力转换为电能，或送往蓄电池中存储起来，或推动负载工作。太阳能板的质量和成本将直接决定整个系统的质量和成本。太阳能控制器的作用是控制整个系统的工作状态，并对蓄电池起到过充电保护、过放电保护的作用。在温差较大的地方，合格的控制器还应具备温度补偿的功能。其他附加功能如光控开关、时控开关都应当是控制器的可选项。蓄电池为铅酸电池，其作用是在有光照时将太阳能电池板所发出的电能储存起来，到需要的时候再释放出来。逆变器将太阳能的直接输12VDC、24VDC、48VDC转换成交流电能提供220VAC、110VAC的交流电。（3）蓄电池容量蓄电池容量为50120AH/24V。（4）垂直地面照度YGSY-30LED夜景灯垂直地面照度为34 lux-100LUX（加灯罩）。环境标准光照条件为5260MJ/sq.m.y（5）灯杆高度灯杆高度设为4米，灯杆壁厚3mm，上口直径60mm，下口直径140mm（6）控制器控制器采用“陆之星”系列太阳能防水型路灯控制器。该控制器采用最先进的数控技术设计，全自动运行。它的脉宽调制（PWM）式的蓄电池充电方式将大大提高蓄电池的寿命。独特功能：12/24V自动识别，高效的串联式PWM充电方式，延长了蓄电池寿命，提高了系统性能使用功率MOSFET 作为电子开关，没有任何机械开关，具有广泛的适用性，自动识别白天/黑夜。LED数字化功能菜单设置及显示简明、易用，路灯的定时时段115小时可调，独特的双时段控制，增强了路灯系统的灵活性。采用温度补偿，自动调整充放电参数，提高蓄电池使用寿命，控制器具有过温、过充、过放、过载、短路自动保护功能。（二）产品功能及特点：（1）采用太阳能驱动，不需要电力（2）采用LED为光源，不需要更换灯泡（3）电池在充足电之后可以维持发光（4）灯可以自动启动和关闭（5）具备良好的防水和耐环境侵蚀的性能（6）LED太阳能灯具有节能、环保、寿命长免维护等优点（7）太阳能LED灯不需要外接220V电源提高安全性。采用太阳能作为驱动。每个LED灯组都配置一个单独的太阳能电池板，该电池板能够使电池在阳光充足的条件下充电。（三）灯具的位置确定定位的设计应根据道路和场所的特点及照明要求，路灯的布置包括路灯间距、路灯安装高度及灯具亮度。路灯的合理布置对提高照明效果起着关键作用。在综合考虑路况、路面反射特征的同时，应充分发挥照明器具的配光特性，是布局尽量合理。路灯的布置方式有单侧布灯，两侧布灯、两侧相对布灯、丁字路口布灯、十字路口布灯和弯道布灯等多种。路灯的布置方式根据学校人工湖边上道路宽度，宜采用单侧布灯；根据垂直地面照度、照明要求及亮化效果，灯定位于10m/盏。设计体现了一个庄严壮观、明亮优美的校园夜景效果。二、喷泉的设计(一)喷泉设备数控摇摆喷头、水下灯可调直流喷头、加气涌泉喷头、可调花柱、喷泉潜水泵、喷泉控制系统、人工制雾、波光泉。(二)各设备的功能1.数控摇摆喷头数控摇摆喷头包括动力系统、摆动系统和转动系统。动力系统由摇摆电机和安装在摇摆电机轴两端的推杆接头组成，摆动系统由推杆头、弯推杆、拨动轴和拨动轴套组成，转动系统由转动座、轴套衬、轴承和连接套组成。控制信号可使摇摆电机转动，通过推杆接头、弯推杆、转动座带动呈一定角度安装的二条供水管在水平面内以二个特定的支点为圆心顺时针或逆时针各15范围内的摆动。这样的摆动使供水管上的喷头所喷出的水柱同步摇曳，其水柱轨迹就像在水面上飞舞的蝴蝶。该部件可由计算机控制，可随音乐的节拍、旋律、强度、音乐而变化。2.喷泉潜水泵喷泉潜水泵采用独特的单片或双叶片叶轮结构，大大提高了污物通过能力，能有效的通过泵口径的5倍纤维物质与直径为泵口径约50的固体颗粒。机械密封采用新型硬质耐腐的钛化钨材料，可使泵安全连续运行8000小时以上。整体结构紧凑、体积小、噪声小、节能效果显著，检修方便，无需建泵房，潜入水中即可工作，大大减少工程造价。需要配备全自动控制柜，对泵的漏水、漏电过载及超温等进行自动保护，提高了产品的安全性与可靠性，浮球开关可以根据所需液位变化，自动控制泵的起动与停止，不需专人看管，使用极为方便。三、供电与控制系统（一）喷泉控制系统总体方案的设计1.可编程控制器的系统设计确定控制对象及控制范围PLC型号选择硬件设计软件设计及模拟调试是否符合设计要求？调整硬件调整软件投入运行NNY图1 可编程控制器的系统设计的流程图2.喷泉控制系统的平面布置图图2 喷水系统的平面布置图人工喷泉的外观圆形，喷水的系统一共有四层。从内到外它们分别是：第一层、第二层、第三层、第四层。控制系统采用PLC作为中心控制环节,利用PLC的定时控制，计数控制以及步进控制来实现第一层、第二层、第三层、第四层的不同时序,不同图案的交替变换的喷水过程。3.喷泉控制系统的工作流程图如图3先按下启动按钮，旁边的两个小喷头就开始喷水,同时第一层的喷头也开始喷水，延时3s后，第二层的喷头开始喷水，延时3s后，第三层的喷头开始喷水，延时3s后，第四层的喷头开始喷水，延时3s后，第一层和第二层的喷头开始喷水，延时5s后，第三层和第四层的喷头开始喷水，延时5s后，第一层、第二层、第三层、第四层的喷头都开始喷水,延时4s后,第一层的喷头停喷,延时5s后,第二层的喷头停喷,延时5s后,第三层的喷头停喷,延时5s后,由此进行一个小循环系统:第一层和第三层的喷头开始喷水,延时8s后,第一层和第三层的喷头开始喷水,如此循环3次。再重新开始重复上述动作,直至拨下启动按钮,结束完一个程序,所有的喷头都停止工作。 按下启动按钮 四层依次开始喷水旁边喷泉开始喷水一、二层开始喷水三、四层开始喷水四层都开始喷水 四层依次停喷一层、三层喷水二层、四层喷水是否循环3次 否是图3 喷泉控制系统流程图（二）喷泉控制系统的软件设计1.喷泉控制系统的运行方式喷水花样具体的设计步骤: (1)按下启动按钮:旁边的两个小喷泉开始喷水，如图4所示。 左喷泉喷水 右喷泉喷水 图4 控制喷水流程图(2)第一层的喷头开始喷水,依次实现第一层，第二层，第三层，第四层的喷水，间隔3s。其如图5所示。 第四层喷水 第三层喷水 第二层喷水 第一层喷水 3s 3s 3s 3s 图5 控制喷水流程图(3)第一、二层的喷头开始喷水，间隔5s后，第三、四层开始喷水，如图6所示。第三、四层喷水水喷水喷水第一、二层喷水水喷水喷水5s5s 图6 控制喷水流程图(4)四层都喷水，持续4s，如图7所示。四层都喷水 4s 图7 控制喷水流程图 (5)四层逐次停喷，间隔5s，如图8所示。 第四层停喷 第三层停喷 第二层停喷 第一层停喷 5s 5s 5s 5s 图8 控制停水流程图(6)第一、三层喷水，间隔8s，第二、四层开始喷水，循环3次，如图9所示。 第二、四层喷水水喷水喷水第一、三层喷水水喷水喷水 8s8s 3次 图9 控制喷水流程图(7)当PLC的计数器达到3次后，系统自动返回，重新开始循环工作，直至再次按下启动按钮，完成一次循环，系统自动关闭。2.喷泉控制系统的状态转换图及喷泉控制系统的梯形图运用步进指令，其喷泉控制系统的状态转换图及梯形图，见附表1、2图10、113.喷泉控制系统的I/O分配喷泉控制系统的I/O分配见附表4图13。4.喷泉控制系统的设计程序喷泉控制系统的程序见附表3图12。（三）喷泉控制系统的硬件设计1.喷泉控制系统的主电路主电路采用交流接触器来控制各层的潜水泵,外层喷水由一台7.5kW潜水泵拖动;第一层至第三层用5.5kw的潜水泵,旁边的小喷泉用3kw的潜水泵。潜水泵的技术参数见附表4。2.喷泉控制系统的控制电路输入部分：系统的启动按钮接在PLC的X1上。输出部分：Y0Y5，分别接交流接触器的线圈，用线圈的得电与失电，去控制交流接触器触头的动作；再用交流接触器触头的闭合和断开，去控制各个喷水泵的工作。如图12所示。图12 PLC接口的输入、输出由于学校里的实验设备和实验器材有限，所以本次的毕业设计借用学校里的一个PLC来控制一块电子模版，用一块装有发光二极管的电子模版来模拟一下人工喷泉的工作过程，用3mm的发光二极管的亮灭来代替喷泉喷出的水柱。具体的控制电路，见图13在3mm的发光二极管旁串接了一个2K的电阻。图13 模拟喷泉控制系统（四）喷泉控制系统的调试1.喷泉控制系统的软件调试在整个系统的软件调试过程中,出现了一些问题。一开始设计是四层的灯依次亮起，可是在运行时，所有的灯都亮了，不会灭，认为用了常闭的T计时，等时间一到的时候，应该灭了。仔细翻阅书本后，才得知，原来在一开始的时候用了SET（置位），就必须用RST（复位）才能使原来的灯熄灭。还有，为了简化程序，在有些地方能避免出现使用进栈，出栈的就尽量避开。还有就是在循环过程控制中也出现了一个问题。第一遍执行程序时，通过计数器C0能够循环三次；当第二遍执行程序时，只循环一次就转换到下一个状态去了。经过我仔细地观察，发现在第二遍执行程序时，计数器C0中的数据还是3，并没有复位。原来忘了对计数器C0进行复位，才造成上面这一种情况的。对计数器C0添上复位语句之后，软件就能按照预先编制好的程序顺。2.喷泉控制系统的硬件调试在焊接发光二极管时，一定要把管脚的正负极分清楚，还有就是外加5V直流电源给发光二极管，一定要串接一个合适的电阻为限流保护和限压保护，以免烧坏发光二极管。在选择电阻时，不仅要考虑它的阻值，而且还要考虑它的功率。因此，这次在3mm的发光二极管旁串接了一个2K的电阻。把全部的发光二极管都焊接好之后，用万用表对电路板仔细检查了一遍，看看电路有没有接错。然后，用5V直流电源接上去，看看发光二极管能否亮。其中有两只发光二极管没亮，检查了之后，才发现：有两只发光二极管的管脚，焊点松动了。就用电烙铁再焊了一遍，再接5V直流电源去试时，全部的发光二极管都亮了。3.喷泉控制系统的软件、硬件联合调试把程序输入PLC后,再把做好的硬件模块接到PLC上。按下启动按钮，发现程序执行了一段之后，不能执行了，对软件检查了之后，才知道：由于自己的粗心，把程序输错了。修改之后，再次按下启动按钮，看见在硬件电路中有几只发光二极管一直没有亮，去检查了之后，才发现：是由于焊接的不牢固或在以前的焊接过程中发生了虚焊，焊点松动了。就再次用电烙铁把它们焊接牢固。等到焊完之后，又对整块硬件电路板仔细检查了一遍，看看还有没有焊的不牢靠的点。等到检查完之后，又重新接上电源，按下启动按钮，发现硬件电路能够按照程序的变化而正常工作了。四、结束语大学校园夜景照明的设计方兴未艾，有许多问题需要我们去研究解决。目前我国还没有明确大学校园夜景照明的相关照度标准。大学校园夜景照明是与校园环境相结合的多学科性综合艺术。夜景环境照明在我国虽起步较晚，但发展很快，尤其是改革开放以来呈现出一派蓬勃发展的局面，前景十分广阔。夜景环境照明已经成夜晚不可缺少的组成部分。这对我们学习应用电子技术专业的学生来说，既是机遇，更是挑战。五、参考文献1周志敏.LED照明与工程设计.人民邮电出版社.纪爱华.2010. 第132页.2王兆义编.可编程控制器使用技术.机械工业出版社.2004.第70页.3 张伟林等.电气控制与PLC应用.人民邮电出版社.2005.第15页.4 陈建明等.电气控制与PLC应用.电子工业出版社.2006.第65页.5 王兆明等.电气控制与PLC技术.清华大学出版社.2005.第43页.6 张延灿等.喷泉工程发展及其设计问题(上).华中理工大学出版社.1998.第230页.六、致谢三年岁月，弹指挥间。在