花灑噴泉的 制計劃書 第一章 花式噴泉系統設計方案介紹 制特點分析 本設計的花式噴泉的特點要求復雜，其特點有： （ 1） 具有選擇性有順序地噴水，而且有定時噴水的特點； （ 2） 有多種花樣模式的噴泉效果，即當選擇不同的花樣模式位置時，其噴頭的電磁閥開關按照所在位置開閉； （ 3） 有不同的周期工作方式，即單周期工作方式和連續周期工作方式。 案論證 案比較 根據本設計的花樣噴泉控制特點，下面給出幾種控制裝置的控制比較。 （ 1） 采用 控制繼電器來控制。 繼電器是指當輸入量或激勵量 ， 滿足某些 規定的條件是能在一個或多個電器輸出電路中產生躍變的一種器件 。 今天繼電器已應用到家庭及工業控制的各個領域，他們比以往的產品具有更高的可靠性。但是，這也是隨之帶來的一些問題。如絕大多數控制繼電器都是長期磨損和疲勞工作條件下進行的，容易損壞。而且繼電器的觸點容易產生電弧，甚至會熔在一起產生誤操作，引起嚴重的后果。在全負荷運載的情況下，大的繼電器將產生大量的熱及噪聲，同時也消耗了大量的電能。并且繼電器控制系統必須是手工接線、安裝，如果有簡單的改動，也需要花費大量時間及人力和物力去改制、安裝和調試。用繼電器控制的花 式噴泉現在顯然不能滿足高要求，一旦有一個繼電器損壞，那將難以排除其故障。 （ 2） 采用微控制器單片機控制 隨著大規模集成電路技術和計算機技術的飛速發展，把計算機的運算器和控制器，存儲器和多種接口集成在一塊芯片上，稱為微處理器，也叫微控制器，在我國習慣上又叫單片機。 單片機具有集成度高、體積小、功耗低、系列齊全、功能擴展容易、抗干擾能力強等優點。 不可否認 ,單片機開發的器件成本比較低 ,但是他的開發成本比較高， 而且 單片機 的編程麻煩，工作量大，可讀性差，用于花式噴泉這種實時控制不太占優勢。要滿足花式噴泉這么大而且復雜 的工程用一般的單片機控制顯然有點麻煩，且可靠性過低。 （ 3） 采用可編程序控制器 制 經過長期的工程實踐， 最為廣泛應用。在石油、化工、機械、鋼鐵、交通、電力、輕工、采礦、水利、環保等各領域。 制器是建立在單片機之上的產品。不同廠家的 相同的工作原理，類似的功能和指標，有一定的互換性，質量有保證，編程軟件正朝標準化方向邁進，而且編程方法簡單易學。 根據按鈕、各種開關操作現場輸入信號或檢測信號控制執行機構完成相應的功能。 有定時控制功能，可為用戶提供上千個定時器和計數器，實現 具體控制。對于花式噴泉的 制，其可靠性要高很多，而且能把復雜的噴泉系統利用軟件編程出來，編程出來的程序就簡單易懂多了，也更容易查出故障，維修方便。 案選擇 根據比較，最終選擇 制器來控制花式噴泉。這樣更經濟、耐用和適合時代的大潮流。 （ 1） 花式噴泉 制的必要性 伴隨這經濟的發展需要，以及環境需要對于自動化控制的需求也在不斷的增加，可編程控制器是應用時分廣泛的微機控制裝置，是自動化控制系統中的關鍵設備。對于花式噴泉系統操作中可編程控制的使用也是相當的廣泛，因為可編程控制器編程方 法簡單易學，功能強，性能價格比高，硬件配齊全，用戶使用放便，使用性強，可靠性高，抗干擾能力強。系統的設計、安裝、 調試工作量少，維護工作量少，維護方便，體積小，能耗低。所以在使用 制花式噴泉是相當具有優勢的，利用自動化達到完美的效果，也可最大限度的優化資源。 統 I/O 分配 根據控制要求給出系統 I/O 分配表 。 表 3 3、 件的選型 可編程控制器是是一種數字運算操作的電子系統，專業在工業環境下應用而設計。它利用可編程序的存儲器 ,用來在其內部存儲執行邏輯運算等操作的指令，并通過數字式、模擬式的輸入和輸出，來控制各類型的機械或生產的過程。 (1) 基本工作方式 用 “順序掃描，不斷循環 ”的工作方式 1 每次掃描過程。集中對輸入信號進行采樣。集中對輸出信號進行刷新。 2 輸入刷新過程。當輸入端口關閉時 ,程序在進行執行階段時 ,輸入端有新狀態，新狀態不能被讀入。只有程序進行下一次掃描時，新狀態才被讀入。 3 一個掃描周期分為輸入采樣，程序執行，輸出刷新。 4 元件印象寄存器的內容是隨著程序的執行變化而變化的。 5 掃描周期的長短由三條決定。 行指令的速度 ； 指令本身占有的時間 ； 指令條數 。 6 由于采用集中采樣 ， 集中輸出的方式。存在輸入 /輸出滯后的現象，即輸入 /輸出響應延遲。 （ 2） 基本結構 要由 塊、輸入模塊、輸出模塊和編程裝置組成見圖 2特殊功能模塊用來完成某些特殊的任務。 圖 2制系統示意圖 （ 3） 過程 電后，需要對硬件和軟件作一些初始化的工作。為了使 輸出及時地響應各種輸入信號，初始化后反復不停的分階段處理各種不同的任務見圖 2種周而復始的循環工作模式稱為掃描工作模式。 圖 2描過程 （ 4） 功能 1. 邏輯控制 2. 定時控制 3. 計數控制 4 步進順序控制 5. 制 6 數據控制 有數據處理能力 7 通信和聯網 8 其它： 有許多特殊功能模塊，適用于各種特殊控制的要求 定位控制模塊， 塊。 選擇硬件 （ 1） 號的選擇 同的 塊的性能有較大的差別，在選擇 塊時，應考慮開關量、模擬量模塊的擴展能力，程序存儲器與數據存儲器的容量，通信接口的個數，本機 I/然還要考慮性能價格比，在滿足要求的前提下盡量降低硬件成本。 噴泉的控制系統，不僅噴水花樣繁多，而且對電磁閥的動作時序要求相當高。傳統的繼電器邏輯控制，根本無法滿足這一要求。為了保證系統的實用性，可靠性，故本次設計選用 西門子 機增加到 40 個數字量 I/O 點。最大擴至 24 個數字量I/O 點或 35 路模擬 I/O 點 。 I/O 模塊的選型 選擇 I/O 模塊前，應確定哪些信號需要輸入給 些負載由 動。 根據出量和輸入量的點數和性質，可以確定 I/O 模塊的型號和數量每一塊的點數可分為 4、 8、 16、 32、和 64 點。依照本設計，選用 6S, 24C/16滿足本設計需要。 擇時要注意的問題 西門子 有 24 個輸入， 16 個輸出。如果噴頭的數量超過此數量將要對其進行擴展。但設計要求中噴頭數量為 4個故電磁閥也為 4個所以本次設計 ，按接通的點數不能超過該模塊點數的 60%的原則，則 不 需要擴展。 I/O 設備與 接時應該注意的問題 在 制系統中， 主要控制設備，它與控制對象中各輸入信號如 按鈕，繼電器觸點和輸出設備繼電器、接觸器、電磁閥的連接問題。 現場的輸入信號如開關按鈕、撥動開關、限位開關和其他一些檢測原件輸出的開關量和模擬量，通過連接電路 進入 于開關觸點，當強電電路觸點時，有些要求48V、 50右或 110V、 1520右才能可靠接通，而輸出模塊的輸入電源電壓一般不高，額定電流也是毫安級，要求注意模擬量輸入信號的數值范圍應與 模擬量輸入口數值相匹配。 外圍硬件的選型 （ 1） 噴頭選擇 中心直上噴頭是在同一個配水箱上安裝許多萬向直流噴嘴，當這些噴嘴規格相同時，噴出的水姿雄壯筆直。故選擇該類噴頭 。 噴頭型號 品名 規格 (毫米 ) 流 量 (米 3/時 ) 工作壓力 (米水柱 ) 噴高 (米 ) 覆蓋直徑 (米 ) 噴頭 高度 (毫米 ) 心式 25 0 0 （ 2） 電磁閥選擇 水下專用電磁閥是自動控制系統中常見的開關元件、為音樂噴泉的核心控制設備，特別適用于跑泉的水路控制。 主要技術參數 原理結構：直動膜片型、先導膜片型 控制方式：常閉式 流體范圍：水 使用壽命： 25 萬次 流體溫度： ： +50 接口形式：螺紋式、法蘭式 閥體材質：黃銅、 304 不銹鋼 標準電壓： 電氣連接：澆封預埋式防水電纜線 防護等級：國際標準 這里要注 意一點問題， 般的輸出電壓為 24V，假如電磁閥的功率較大的話驅動器就要使用中間驅動環節。但是在本設計中選擇的水下電磁閥適合 輸出電壓故不需中間驅動環節繼電器。 水下專用電磁閥是利用介質壓力差工作的直動式電磁閥門，它采用膜片結構，具有啟閉迅速、性能穩定、使用方便、可靠性高、壽命長等特點；該閥坑污能力極強，可在江、河、湖、海及各種人工水域中長期使用，基高超的性能處于國內領先水平 。 （ 3） 水泵的選擇 型號 流 量 米 3/h 電機功率 千瓦 （ 4） 控制柜選擇 是專為跳泉設計的控制器，該控制器可外接 6 臺步進電機驅動器，通過控制器可以將水流切割成一段段的賦有生命力的水段，水段的長短及出水的速度可以任意變化，在控制器的控制下任意跳躍。通過多組噴頭噴出，可以形成一個活潑的水段跳躍群，創造出一個童話般的境界。該控制器操作簡單，通過控制器面板可以輕松地修改程序。 統外部接線圖 圖 2統外部接線圖 制流程 根據系統要求，給出系統工作流程圖，如圖 2 圖 2統工作流程圖 工藝流程簡介 按下啟動， 動電機水泵運轉，開始自動循環。按下停止，水泵停止工作，所有的電磁閥關斷。 噴水電磁閥共分四組，每一組都由 4 個電磁閥組成。通過改變不同時段內這十六個噴水閥的狀態，來組合成變化復雜多樣的花形。 第 二 章 系統軟件設計 樣選擇開關位置 （ 1） 花樣選擇開關在位置 1 開始 始化 噴第一個花式 噴第二個花式 噴第三個花式 噴第四個花式 結束 停止按鈕 停止按鈕非 （ 2） 花樣選擇開關在位置 2 時 （ 3） 花樣選擇開關在位置 3 時 （ 4） 花樣選擇開關在位置 4 時 系統梯形圖設計 根據系統控制要求和 I/O 分配，編寫梯形圖如圖。見附錄 第 三 章 系統程 序調試 根據所設計的花式噴泉的梯形圖，采用 仿真軟件進行仿真。 （ 1）首先把仿真軟件的 改為 圖 4 （ a） (b) 圖 4 2）導入梯形圖程序?？砂垂ぞ卟藛伟粹o 。 （ 3）運行?？砂垂ぞ卟藛伟粹o 。 （ 4）進行調試。 花樣選擇開關在位置 1 時 選擇開關在位置 1 時，按下啟動按鈕 先是 4 號噴頭先噴水，即輸出點 -2 a； 觀察仿真界面可知道每隔 2s 就會有一個輸出點亮，也就是各噴頭按順序噴水，如此到最后四個噴頭都噴水如圖 4-2 b。 根據對已編寫的梯形圖程序進行仿真，并觀察了仿真的各個步驟與系統要求相符合，調試成功。 (a) (b) 圖 4 花樣選擇開關在位置 2 時 選擇開關在位置 2 時，按下啟動按鈕 先是 1 號噴頭先噴水，即輸出點 -3 a； 觀察仿真界面可知道每隔 2s 就會有一個輸出點亮，也就是各 噴頭按順序噴水，如此到最后四個噴頭都噴水如圖 4-3 b。 (a) (b) 圖 4 花樣選擇開關在位置 3 時 選擇開關在位置 3 時，按下啟動按鈕 先是 1 號、 3 號噴頭先噴水，即輸出點 電發亮如圖 4-4 a； 觀察仿真界面可知道 3s 后輸出點 亮如圖 4-4 b， 也就是 2 號、 4 號噴頭噴水，同時原來亮的 熄滅，過 15s 后， 1、 2、 3、 4 號噴頭全部噴水。 (a) (b) 圖 4 花樣選擇開關在位置 4 時 選擇開關在位置 4 時，按下啟動按鈕 先是 1 號、 2 號、 3 號、 4 號 電噴頭按順序分別延時 2s 得電， 30s 后又重復 1順序，同樣分別延時 2s，依次噴完后再過 1s 改成按照 4順序依次得電發亮，時得電發亮 30s 之后全部熄滅。 . 圖 4 總 結 本次設計通過運用可編程序控制器來實現了花式噴泉的多種噴泉方式及效果。此設計的重點是用 制器控制電磁閥來實現噴水，當然設計的程序部分是關鍵中的關鍵。所以，我們主要是為大家提供一種設計的方法，來進一步了解可編程序控制器的強大能力。隨著社會的長期進步可編程序控制器在不斷的進步之中，越來越貼近人們的各種生活。 在這次的設計里長期的搜集資料，不斷的整合，思考終于達到了設計的要求，并且取得了設計要求中的結果。 最后希望本設計能夠真正的為大家提供一些思路，遺留的一些不完美問題還望大家修改并且創新！ 參考文獻 1 廖常初 . 程及應用 械工業出版社 2007