基于PLC控制的花样喷泉

1、基于PLC控制的花样喷泉摘要：在现代社会中随着人们对环境越来越重视，计算机硬件技术越来越普遍，喷泉的应用也更加受欢迎。用PLC技术控制喷泉结构简单，控制方便，可随意改变控制功能达到变换喷泉喷水花样的目的，所以在现代社会中有很大的发展空间。关键词：PLC；花样喷泉；变频器 一、概述当今社会在人们生活水平日益提高的同时，人们对城市环境的建设也越来越重视。在每座城市主要的广场上、公园里都能见到喷泉的身影，人们对喷泉越来越喜爱。喷泉有非常高的观赏价值，现在在各种不同的场所都能见到喷泉。它在给人们的生活到来了视觉上享受的同时，也提高了周边的环境质量，它增了空气中的湿度，减少了空气中的尘埃，降低了空气的温

2、度。在计算机技术应用十分普遍的情况下，PLC的应用越来越普遍。用PLC来控制喷泉不仅能让喷泉切换各种水型，而且还能将各种水型按照预先设定的排列组合进行控制程序的设计，通过计算机运行控制程序发出控制信号，使水型实现多姿多彩的变换。二、花样喷泉的设计方案1、花样喷泉的控制要求（1）1号2号喷水管为外环形状，3号喷水管为内环形状，4号喷水管为星型。（2）本次设计的花样喷泉有三种花样选择。用按钮来控制喷泉的开始与停止，用选择开关来实现喷泉的工作方式。（3）三种花样分别为：1）首先1、2、3、4每隔两秒依次喷水，四个喷水管同时喷水10秒后停止，如此循环。2）先1、3同时喷水两秒然后停止，同时2、4同时喷

3、水两秒然后停止，交替运行5次后1、2、3、4同时喷水，10秒后停止，如此循环。3）先1、3、2、4顺序喷水，间隔两秒，然后同时喷水10秒后，按2、4、1、3顺序停喷，如此循环。（4）通过变频器控制水泵的转速达到控制每个喷泉喷水高度的要求。1、3为低速正转，2、4为高速正转。花样喷泉示意图如图1所示：图1 花样喷泉示意图2、花样喷泉的控制原理图通过按钮开关信号来控制PLC，用一个变频器来控制4个水泵。花样喷泉的控制原理图如图2所示：图2 花样喷泉的控制原理图三、喷泉的简介1、喷泉的种类 （1）普通喷泉 普通喷泉是由电源开关的开闭来控制喷泉的运行，此种喷泉的水型较单一简单。 （2）程控喷泉 程控喷

4、泉是先将各种水型按照设计所需要的要求进行排列组合，再根据要求进行控制程序的设计，并通过计算机发出控制信号，使喷泉按照设计要求喷出各种水型。（3）音乐喷泉音乐喷泉是在程控喷泉的基础上加入了音乐控制系统，计算机通过音频信号的识别进行译码和编码，最终将信号输出至控制系统，使喷泉的造型与音乐同步。 2、喷泉的应用 随着国民经济的恢复和发展，人民生活水平的提高，人们不断追求高质量的文化生活和环境美，使得喷泉越来越受到人们的喜爱。 在城市中我们可以看到大型群众集会的广场喷泉和城市主题雕塑喷泉，在商业广场、购物中心以及旅游景点可以看到大型激光彩色音乐喷泉，在河、湖自然水面上可以看到喷水高度超过百米的高水柱喷

5、泉，甚至在商场内、酒楼里也可以看到小巧、别致的喷泉。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，喷泉的得到了更多的应用。四、可编程控制器介绍可编程控制器属于存储程序控制方式，其控制功能是通过存放在存储器内的程序来实现的，若要对控制功能做必要的修改，只需改变软件指令即可，实现了硬件控制的软件化。其主要特点为:1、PLC软件简单易学 PLC采用的易学易懂的梯形图语言，是以计算机软件技术构成人们惯用的继电器模型，形成的一套独具风格的一继电器梯形图为基础的形象编程语言。2、使用和维护方便（1）硬件配置方便 PLC的硬件都是专门生产厂家按一定标准和规格生产的，按实际需要配置PLC时，所需硬件

6、均可在市场上买到。（2）安装方便 PLC内部不需要接线和焊接，只要进行外部接线和程序编写就可以了，当生产工艺发生改变时，只要修改控制程序即可。（3）使用方便 PLC内部各类等效继电器的接点使用不受次数限制。使用时，只需考虑输入输出点个数即可。（4）维护方便 PLC配有许多监视提示信号，能动态的监视控制程序的执行情况，检查出自生的故障。3、运行稳定可靠PLC是专为工业控制设计的，在设计和制造过程中，采取了多层次抗干扰和精选元件措施，可在恶劣的工业环境下与强电设备一起工作，运行的稳定性和可靠性较高。4、设计施工周期短使用PLC完成一项控制工程，在系统设计完成以后，现场施工和PLC程序设计可同时进行

7、，周期短，而且程序的调试和修改都很方便。五、 系统硬件的设计1、PLC的选型本次花样喷泉控制系统选用的PLC为三菱公司的FX0N系列，型号为FX1S-30MR。此系列的PLC体积小，重量轻，使用寿命长，编程和维护方便，故障率低，通过扩展模块的连接，可以增加输入/输出的点数。本次花样喷泉系统共6个输入，11个输出。（1）、三菱PLC的工作原理 可编程控制器属于工业控制计算机，它的工作原理是建立在计算机工作原理基础上的，通过执行反映控制器要求的用户程序来实现。执行用户程序时，需要各种现场信息，如果这些现场洗洗（例如按钮SB接通或断开状态）已送到PLC的出入端口，PLC将采集所有输入信号并存放到输入

8、映象寄存器中，执行用户程序时需要输入状态均在映象寄存器中取用。同样PLC对外部的输出控制也是先把CPU执行用户程序后的输出结果存放在输出映象寄存器中，等执行完用户程序后，将所有输出结果一次性的想输出端口或输出模块输出，使输出设备部件动作。PLC的工作过程是一个不断循环扫描的过程。CPU从第一条指令开始，按顺序逐条地执行用户程序直到用户程序借宿，然后返回第一条指令开始新的一轮扫描，当PLC处于正常运行时，PLC会不断循环扫描地工作下去，其工作过程示意图与3所示。每一次扫描过程有输入采样，程序执行和输出刷新3个阶段。（2）、采用PLC控制花样喷泉的优点1）、PLC软接线，只需改变控制程序就可以轻易

9、改变逻辑或增加功能。2）、PLC串行工作，不受制约。3）、PLC通过半导体来控制，速度很快，无触点，故而无抖动一说。 4）、PLC时钟脉冲由晶振产生，精度高，定时范围宽，有计数功能。 5）、PLC无触点，寿命长，具有自我诊断功能，对程序执行的监护功能，现场调试和维护方便。2、变频器的选型本次花样喷泉控制系统中的变频器只用于每环喷水管的喷水高度，所以选用三菱公司FR-S520(S)E系列的变频调速器。此变频器简单易用；功率范围：0.43.7KW (三相200V FR-S520E系列)，0.41.5kW (单相220V FR-S520SE系列)；自动转矩提升，实现5Hz时150%转矩输出；数字式拨

10、盘，设定简单快捷；柔性PWM，实现更低噪音运行；15段速，PID，420mA输入和漏源型转换等多功能，内置独立RS485通讯口。3、水泵的选型本次花样喷泉控制系统选用的是喷泉泵。此泵结构紧凑，无需引水、使用简便，双端密封、电气保护，设计合理、性能优良，经久耐用，性能可靠。适用于音乐喷泉等场合对电机频繁启动的要求。叶轮具有防松装置，不怕反转。六、系统软件的设计1、花样喷泉的工作过程分析（1）、按下启动按钮，开始运行。（2）、按下位置开关，运行第一种花样。（3）、按下位置开关，运行第三种花样。2、PLC的I/O分配表如图3所示：输入输出X0启动Y11号喷水管X1停止Y22号喷水管X2花样一Y33号

11、喷水管X3花样二Y44号喷水管X4花样三Y5低速Y6高速Y7正转图3 I/O分配表 3、如图4所示PLC的接线图图44、如图5所示流程图：图53、花样喷泉的控制系统的程序设计4、程序解析按下启动按钮X0系统启动。按下X2系统执行第一种花样，S21S25为第一种花样的程序；按下X3系统执行第二种花样，S31S25为第二种花样的程序；按下X4系统执行第三种花样，S41S47为第三种花样的程序。七、总结本文所设计的是用可编程控制器PLC及变频器控制的简易花样喷泉。本设计主要以三菱PLC为主，有三种喷水花样可供选择，变频器可调节喷泉的高度。本设计控制方便、经济运行，主要适用于中型小区、学校等地方。本文简单的完成了设计，在实际操控中变频器可以得到更多的使用。在一些大型广场使用时可以根据不同的要求增加软硬件，实现程控喷泉到音乐喷泉的转换，达到更高层次的美观，使视觉与听觉同时享受科技的魅力。本设计在戴维老师的精心指导下最终顺利完成。在此，我向戴老师表示衷心的感谢，同时还要感谢这六年来教过我的每一位老师，是你们教会了我这些专业知识，使我有能力完成本次设计，并为今后的工作打下了坚实的基础。对于本次的设计论文，我从思想上高