基于XXXPLC编程的花式喷泉研究设计

1、摘 要在游人和居民经常光顾的场所，如公园、广场、旅游景点及一些知名建筑前，经常会修建一些喷泉供人们休闲、观赏。这些喷泉按一定的规律改变喷水式样，如果再与五颜六色的灯光相配合，在和谐优雅的音乐中，更使人心旷神怡，流连忘返。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。用梯形图方法编程，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。本设计讲述的是如何利用plc控制喷泉喷水方式，产

2、生各样的样式，并给出了花式喷泉的喷水花样，选择西门子的plc作为控制器，分配了种喷水花样下plc的i/o接口、设计了plc的外部接线图及控制梯形图，同时用mcgs组态软件完成了花式喷泉系统人机界面的设计，通过人机屏面和西门子plc之间的通讯，实现了小型喷泉系统基于plc监控。关键词: plc，喷泉，控制系统，组态abstractthe place which patronizes frequently in the tourist and there resident, before like the park, the square, the scenic site and some wel

3、l-known constructions, will construct some eruptive fountains to supply the people leisure, watching frequently. these eruptive fountains according to certain rule change spraying of water model, if coordinates again with the colorful light, in with the harmonious graceful music, causes the human to

4、 be completely relaxed, forgets to return. as the rapid development of the programmable logic controller, it has been appied in the control field to meet the more and more demanding. with the advantages such as its high reliability and easy of use, it can simplify the design logic and programming. w

5、hen controlment demand changing, the user just need to adapt the program, avoiding modify the design plan if needs to change the pattern and time of fountains. what this article narrated is how using the plc control eruptive fountain spraying of water way, has all kinds styles. fore patterns of the

6、fountain were given. the distribution of plc is input/output interface was described under those patterns. the external hookup and ladder diagrams were designed also in this paper. the configuration realization of the system was introduced. configuration dynamic simulation was completed by communica

7、ting the configuration software and the plc hardware of siemens.keywords: plc，eruptive fountain，control system，configuration目 录 摘 要iabstractii第1章 绪论51.1 课题研究背景51.2 课题设计目的和意义51.3 课题设计内容6第2章 系统控制方案的确定82.1 花式喷泉的概述82.2 系统设计基本步骤92.3 系统控制方案102.4 花式喷泉控制系统的原理图122.4.1 多花样喷泉设计原理122.4.2 多花样喷泉设计原理图13第3章 系统硬件设计1

8、43.1 可编程控制器（plc）的选择143.1.1 plc概述143.1.2 plc的选型143.2 开关量输入模块的选择163.2.1 开关量输入模块的选择163.2.2 开关量输出模块的选择163.3 水泵的选型173.4 喷头的选择183.4.1 喷头的介绍183.4.2 各种喷头的选择193.5 电磁阀的选型213.6 彩灯选型22第4章 系统软件设计244.1 i/o分配表244.2 i/o接线图244.3 花式喷泉控制系统流程图254.3.1 花式喷泉控制系统操作说明254.3.2 花式喷泉控制系统的外部接线图264.4 梯形图设计264.5 组态监控设计264.5.1 mcgs

9、工控组态软件的简介264.5.2 制作工程画面274.5.3 变量的定义294.5.4 变量的连接314.5.5 程序运行组态监控33结 论37参考文献38致 谢39附 录40第1章 绪论1.1 课题研究背景 随着城市化进程的加速，花式喷泉可以在人们周围随处可见。比如广场，大厦，小区等。花式喷泉是人造小气候，在炎热的夏日可以起到增湿和降温的作用；也为水体充氧，有利于水体增加自净能力，起到防止水体黑臭的作用。人们经常看到喷泉按一定的规律喷水,景色迷人; 花式喷泉运行的灵活性是评价花式喷泉优劣的关键，而这与花式喷泉的控制系统息息相关。花式喷泉可以根据自己的设计，设计出各种各样的花样，加上灯光，能给

10、人有种不错的视觉享受。传统的喷泉控制采用单片机控制原理，通过可控硅作为功率开关元件，完成对潜水泵间歇工作的控制，可实现各种花式的喷水，但是这种控制系统在实践中存在以下缺点：由于可控硅承受过电压、过电流的能力差，因而不能长时间运行；需要配置较多的保护电路；程序的增减、修改和运行监视不灵活；抗干扰能力差；功率因数较低等。为有效解决上述问题，确保控制系统的正常运行，我们就可以采用plc 控制。1985年国际电子委员会（iec）对plc的定义如下：plc是自动控制技术，计算机技术和通讯技术于一体的一种新型工业控制装置，已跃居工业自动化三大支柱（plc、robot、cad/cam）的首位。可编程控制器，

11、简称plc。它在集成电路、计算机技术的基础上发展起来的一种新型工业控制设备。具有1.可靠性高、抗干扰能力强；2.设计、安装容易；3.维修工作量少；4.功能强、通用性好；5.开发周期短、成功率高；6.体积小、重量轻、功耗底等特点。具有功能强、可靠性高、配置灵活、使用方便以及体积小、重量轻等优点，已经广泛应用于自动化控制的各个领域，并已成为工业生产自动化的支柱产品。与继电触发器系统相比系统更加可靠；价格上能与继电接触器控制系统竞争；易于在现场变更程序；便于使用、维修、维护；能直接推动电磁阀、接触器与之相当的执行机构；能向中央执行机构。因此，进行花式喷泉的plc控制系统的设计，可以推动喷泉行业的发展

12、，扩大plc在自动控制领域的应用，具有一定的经济和理论研究的价值。1.2 课题设计目的和意义 近年来我国经济的不断发展，物质生活水平的提高促使着人们迫切的追求更高的生活享受，于是大大小小的公园如雨后春笋般出现在新的城市规划中，其中必然会修建一些喷泉供人们休闲、观赏。这些喷泉按一定的规律改变喷水式样，如果再与五颜六色的灯光相配合，在和谐优雅的音乐中，更是令人心旷神怡，流连忘返。其中plc控制的花式喷泉更是作为佼佼者，以其简单的操作方法和绚烂的视觉效果饱受人们的称赞。而通过用plc设计花式喷泉，熟悉掌握了plc编程和程序调试方法。进一步了解plc的i/o连接。进一步熟悉定时移位的编程指令的应用，学

13、习电气可编程中的基本实验器件及plc编程等的综合应用。巩固和加深对plc编程控制器的理解和应用。掌握硬件实验装置的方法。1.3 课题设计内容 本设计将在以下几个方面对花式喷泉的控制系统进行研究和论证。（1）花式喷泉控制系统的组成本设计的多花样喷泉采用西门子编程软件进行plc编程，利用plc的工作原理，结合按钮、开关、电源电路进行设计，将软件和硬件有机地结合起来，使得系统能够实现多花样喷泉各种模式的变化以及控制。（2）花式喷泉的控制任务和要求本设计以花式喷泉为研究对象，采用plc作为喷泉的控制器，对花样喷泉控制系统总体功能进行分析，提出对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

14、进行设计和程序的编写。要求设计要求画出本系统的控制系统框图，硬件接线图；对硬件部分进行选型（包括plc、各种传感器及其外围设备、数模和模数转换器件等）；编写和调试控制程序。（3）花式喷泉的硬件系统的配置本课题选择s7-200作为控制器，s7-200 plc系统是紧凑型可编程控制器，它能够满足各种设备的自动化控制需求。使用范围可覆盖从替代继电器的简单控制到更复杂的自动化控制，应用领域极为广泛。德国simatic （西门子）公司的s7-200plc，具有以下优点： 1、a/d、d/a转换精度及转换速度高，一个模拟量模块带3路a/d，1路d/a，a/d、d/a转换速度高为125us，为保证系统的采样

15、、控制精度及调节速度提供了基本的物理条件。其他厂家plc的模拟量模块的a/d、d/a转换速度均为ms级，不具备必要条件，而且s7-200plc的模拟量模块的价格不过300人民币，为同类最低，因此具有很好的性能价格比；2、cpu运算速度快，0.37us/位，指令丰富：具有浮点运算、指针运算、中断、通讯响应、pid运算、pwm脉冲输出等功能，存储容量大，充分适应现代控制技术，如最优控制、自适应控制、变结构控制等控制算法的要求；3、输入/输出点多、响应快， 24输入/16，每点可设置滤波参数，4个20khz高速计数器，2个高速输出口，适应实时控制的要求；4、通讯组网能力强，配有2个232/485通讯

16、口，可方便连接232/485/422等通讯接口，适应监控系统的要求；5、可靠性高，将cpu模块，输入/输出io模块，通讯模块高度集成一体，简化结构，使用方便。事实证明s7-200plc可编程序控制器完全满足花式喷泉系统的要求，具有较好的性能1 崔元明.可编程器件应用导论 j.清华大学出版社,2000.。（4）花式喷泉控制系统软件mcgs的应用2 严盈富 监控组态软件与plc入门.北京：人民邮电出版社，2006.2在本设计中选用了目前运用最多的plc编程语言梯形图，梯形图的编程能直观明了的设计花式喷泉控制的要求，梯形图的编写运用西门子step7编程软件，此软件支持s7-200plc，并且具有强大

17、的诊断功能，能更快的查找出故障的原因，从而大大缩短了维修时间。组态软件的选择为mcgs，mcgs组态软件可用于花式喷泉设计，mcgs全中文工业自动化控制组态软件是一套32位工控组态软件。它的主要特点有：延续性和可扩充性 使用mcgs工控组态软件开发的应用程序，当现场（包括硬件设备或系统结构）或用户需求发生改变时，不需作很多修改而方便地完成软件的更新和升级；封装性（易学易用）mcgs工控组态软件所能完成的功能都用一种方便用户使用的方法包装起来，对于用户，不需掌握太多的编程语言技术（甚至不需要编程技术），就能很好地完成一个复杂工程所要求的所有功能；通用性和可扩充性每个用户根据工程实际情况，利用mc

18、gs工控组态软件提供的底层设备（plc、智能仪表、智能模块、板卡、变频器等）的设备驱动、开放式的数据库和画面制作工具，就能完成一个具有动画效果、实时数据处理、历史数据和曲线并存、具有网络功能的工程，不受行业限制。第2章 系统控制方案的确定 2.1 花式喷泉的概述 喷泉是一种将水或其他液体经过一定压力通过喷头洒出来具有一定形状的组合体，提供水压的一般为水泵。现代城市中的喷泉形式已十分丰富。随着构筑物的大小及水压等的变化，喷泉或高或低、或珠或雾，精彩纷呈。可分为以下7种3 王克强 音乐喷泉概述 m ，太原：太原理工大学出版社，20063：（1）普通喷泉只有简单的几种固定水型及灯光，随着电源的开闭而

19、控制喷泉的运行、水型和灯光开关。一般为早期产品或只用于装饰性喷泉时使用，其特点是 设计简单，效果单一。（2）普通程控喷泉按照池中几种喷嘴系统，在程序控制器中编制几种控制程序，通过程控器发出控制信号控制低压继电器，再由继电器控制水泵交流接触器， 使水型及灯光有几种交替的变化样式，这种控制也可以用多路时间继电器、同步控制器、plc 或带有 plc 功能人机界面替代。 普通喷泉造价低，档次不高，效果也不尽令人满意，此一般应用于中小型喷泉。（3）跳跳喷泉又名光亮泉，是一种高科技水景艺术，水形似根根晶莹透彻地冰柱，一条条、一串串飞向空中，轻舞飞扬，不溅不散。如果是一对跳跳泉，可实现长对跳、中对跳、 短对

20、跳、错位跳等，令人目不暇接。如果安装的个数多于两个，编制程序后还可以增加追逐、跟踪等功能。（4）游戏喷泉 游戏喷泉是一种互动式喷泉，人们可以融入喷泉水景中进行各种戏水活动，如穿过由彩虹状水型形成的隧道彩虹飞渡；由水型形成的矩阵迷宫迷宫泉；还 可以实现水炮打靶靶泉；人在喷泉上走时突然冒出喷泉水雷泉；池边安装受话器，用呐喊声音大小，来变频控制喷泉水柱的高低喊泉；以及用脚踩钢琴键发 出音符的同时喷出高低对应的水柱琴音泉；通过触摸改变水柱的颜色或水流方向、形态、产生水雾、气泡甚至跳出彩球和奖品等的各种喷泉，给人带来轻松愉悦的 心情。游戏喷泉只根据游人的动作发生反应，这种反应具有不确定性，因此增强了娱乐

21、性和参与性的氛围，给游人其乐无穷美好感受。（5）水珍珠喷泉利用特殊音波将水变成球体的喷水装置和全频高速闪光灯的视觉残像效果组成的产品：水珍珠可在1秒钟内连续喷出50-60颗大小的水珠，用专用全频高速闪光灯 实现水珠悬浮在空中的动人景象。这种全频高速闪光灯和普通闪光灯不同，它可高速闪光，看起来与自然的室内照明无两样。水珍珠与普通喷水不同，它不仅仅是单一 的空间装饰，而且可在喷泉设施中利用水的视觉、触觉效果，为人们提供艺术性和观赏性。水珠大小、喷水形状可据不同用途安装在不同的地方。（6）跑泉跑泉是在多个一线排列的喷嘴上，利用plc的程序控制每个喷嘴上安装的喷泉专用电磁阀（电磁阀开关速度达 10次/

22、s 20次/s），将1020个喷嘴上的电磁阀 一起喷水，以 36个喷嘴为一组，当后一组喷嘴开启时前一组喷嘴关闭，快速循环运行形成奔跑的动态喷泉。利用程序还可以做成跳动波动的喷泉，效果令人有振奋进取的心情。（7）摇摆泉摇摆喷泉一般由摇摆机和对称的两组喷水管道及管道上多个喷嘴组成，摇摆机经变频调速后控制两组管道转动，控制管道上喷出水柱的摇摆速度，形成如“ 鲲鹏展翅”、“光芒万丈”等横向、纵向、斜向、三三摇摆造型喷泉，令人像是置身于虚无缥缈的境界，有心旷神怡的感受。在这个课题中我设计的是普通程控喷泉。2.2 系统设计基本步骤 在花式喷泉控制系统的设计过程中主要考虑以下几点：1、在满足功能要求及保证可

23、靠、维护方便的前提下,力争最佳的性能价格比的情况下选择plc的型号。2、确定i/o设备。根据花式喷泉控制系统的功能要求，确定系统所需的输入、输出设备。常用的输入设备有按钮、选择开关等，常用的输出设备有指示灯等。3、分配i/o点，分配plc的输入输出点，编制出输入输出分配表或输入输出端子 的接线图。4、设计花式喷泉系统的梯形图程序，根据工作要求设计出周密完整的梯形图（6）程序，这是整个花式喷泉系统设计的核心工作。5、根据要实现的花式喷泉的样式绘制mcgs监控界面图。6、将程序输入plc进行软件测试，查找错误，使系统程序更加完善，然后再进入实验室进行调试。2.3 系统控制方案花式喷泉系统的控制要求

24、如下：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。 2、喷泉工作方式由花样选择开关和单步开关决定。 3、当单步开关在单步位置时，喷泉只能按照花样选择开关设定的方式，运行一个循环，否则就连续循环下去。 4、花样选择开关用于选择喷泉的喷水花样，现考虑四种喷水花样。 花样1按下启动按钮后，4号喷头喷水，延时2秒后，3号喷头喷水，在延时2秒后，2号喷头喷水，再延时2s，1号喷水。15秒后，如果为单步工作方式，则停下来，否则继续循环下去。如图2.1：图2.1 花样1花样2 按下启动按钮后，1号喷头喷水，延时2秒后，2号喷头喷水，再延时2秒后，3号喷头喷水，有延时2秒后，4号喷

25、头喷水。30秒后，如果为单步工作方式，则停下来，否则继续循环下去。如图2.2图2.2 花样2花样3按下启动按钮后，1号、3号喷头同时喷水，延时3秒后，2号、4号喷头喷水，1号、3号喷头停止喷水。如此交替15秒后，4组喷头全喷水，30秒后，如果为单步工作方式，则停下来，否则继续循环下去。如图2.3：图2.3 花样3 花样4 按下启动按钮后，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。如果为单步工作方式，则停下来，否则继续循环下去。如图2.4：图2.4 花样4无论在什么工作方式，

26、按下停止按钮后，喷水池将停止运行。2.4花式喷泉控制系统的原理图2.4.1 多花样喷泉设计原理4 张延灿 喷泉工程发展及其设计问题（上） m ，北京：科学之友，1998喷泉控制系统由启动控制程序、位移脉冲控制程序、位移及复位控制程序、驱动控制程序组成。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。2.4.2 多花样喷泉设计原理图图2.5 花样喷泉设计原理图图2.6花样喷泉控制plc接线图第3章 系统硬件设计3.1 可编程控制器（plc）的选择3.1.1 plc概述可编程逻辑控制器（programmable logic

27、 controller，plc），它采用一类可编程的存储器，用于其内部存储程序，执行逻辑运算、顺序控制、定时、计数与算术操作等面向用户的指令，并通过数字或模拟式输入/输出控制各种类型的机械或生产过程。本课题中用plc作为它的简称。plc是用于工业现场的电控制器。它源于继电器控制技术，但基于电子计算机。它通过运行存储在其内存中的程序，把经输入电路的物理过程得到的输入信息，变换为所要求的输出信息，进而再通过输出电路的物理过程去实现对负载的控制。plc有丰富的指令系统，有各种各样的i/o接口、通信接口，有大容量的内存，有可靠的自身监控系统，因而具有以下基本的功能5 何献忠 可编程控制器应用技术（西门

28、子s7-200系列）m，北京：清华大学出版社，20075：（1）逻辑处理功能；（2）数据运算功能；（3）准确定时功能；（4）高速计数功能；（5）中断处理（可以实现各种内部中断）功能；（6）程序与数据存储功能；（7）联网通信功能；（8）自检测、自诊断功能。可以说，凡普通小型计算机能实现的功能，plc几乎也都可以做到。3.1.2 plc的选型plc产品的种类繁多。plc的型号不同,对应着其结构形式、性能、容量、指令系统、编程方式、价格等均各不相同,适用的场合也各有侧重。因此,合理选用plc，对于提高plc控制系统的技术经济指标有着重要意义。 plc机型的选择：plc的选择主要应从plc 的机型、容

29、量、i/o模块、电源模块、特殊功能模块、通信联网能力等方面加以综合考虑。plc机型选择的基本原则是在满足功能要求及保证可靠、维护方便的前提下，力争最佳的性能价格比。选择时应主要考虑到合理的结构型式，安装方式的选择，相应的功能要求，响应速度要求，系统可靠性的要求，机型尽量统一等因素。(1)合理的结构型式plc主要有整体式和模块式两种结构型式。整体式plc的每一个i/o点的平均价格比模块式的便宜,且体积相对较小，一般用于系统工艺过程较为固定的小型控制系统中；而模块式plc的功能扩展灵活方便，i/o点数、输入点数与输出点数的比例、i/o模块的种类等方面选择余地大，且维修方便，一般于较复杂的控制系统。

30、(2)安装方式的选择plc系统的安装方式分为集中式、远程i/o式以及多台plc联网的分布式。集中式不需要设置驱动远程i/o硬件，系统反应快、成本低；远程i/o式适用于大型系统，系统的装置分布范围很广，远程i/o可以分散安装在现场装置附近，连线短，但需要增设驱动器和远程i/o电源；多台plc联网的分布式适用于多台设备分别独立控制，又要相互联系的场合，可以选用小型plc,但必须要附加通讯模块。(3)相应的功能要求一般小型(低档)plc具有逻辑运算、定时、计数等功能,对于只需要开关量控制的设备都可满足。对于以开关量控制为主,带少量模拟量控制的系统，可选用能带a/d和d/a转换单元，具有加减算术运算、

31、数据传送功能的增强型低档plc。对于控制较复杂,要求实现pid运算 、闭环控制、通信联网等功能，可视控制规模大小及复杂程度，选用中档或高档plc。但是中、高档plc价格较贵,一般用于大规模过程控制和集散控制系统等场合。(4)响应速度要求plc是为工业自动化设计的通用控制器，不同档次plc的响应速度一般都能满足其应用范围内的需要。如果要跨范围使用plc，或者某些功能或信号有特殊的速度要求时，则应该慎重考虑plc的响应速度，可选用具有高速i/o处理功能的plc，或选用具有快速响应模块和中断输入模块的plc等。(5)系统可靠性的要求对于一般系统plc的可靠性均能满足。对可靠性要求很高的系统,应考虑是

32、否采用冗余系统或热备用系统。(6)机型尽量统一一个企业应尽量做到plc的机型统一。主要考虑到以下三方面问题：1、 机型统一，其模块可互为备用，便于备品备件的采购和管理。2、 机型统一，其功能和使用方法类似，有利于技术力量的培训和技术水平的提高。3、 机型统一，其外部设备通用，资源可共享，易于联网通信，配上位计算机后易于形成一个多级分布式控制系统。综上，为了保证系统的实用性、可靠性，故本次设计选用西门子s7-200cpu266主机增加到40个数字量i/o点。最大扩至24个数字量i/o点或35路模拟i/o点。i/o模块的型号和数量每一块的点数可分为4、8、16、32和64点。依照设计要求需要，选用

33、6es72162ad230xb8cpu226, dc ps, 24de dc/16da dc-cn2331.84型。3.2 开关量输入模块的选择 3.2.1 开关量输入模块的选择开关量输入模块是用来接收现场输入设6 江秀汉、汤楠 可编程控制器原理及应用 m第二版西安科技大学出版社,2003.6备的开关信号，将信号转换为plc内部接受的低电压信号，并实现plc内、外信号的电气隔离。开关量输入模块有直流输入、交流输入和交流直流输入三种类型。选择时主要根据现场输入信号和周围环境因素等。直流输入模块的延迟时间较短，还可以直接与接近开关、光电开关等电子输入设备连接；交流输入模块可靠性好，适合于有油雾、粉

34、尘的恶劣环境下使用。 开关量输入模块的输入信号的电压等级有：直流5v、12v、24v、48v、60v等；交流110v、220v等。选择时主要根据现场输入设备与输入模块之间的距离来考虑。一般5v、12v、24v用于传输距离较近场合，如5v输入模块最远不得超过10米。距离较远的应选用输入电压等级较高的模块。开关量输入模块主要有汇点式和分组式两种接线方式，即汇点式和分组式。汇点式的开关量输入模块所有输入点共用一个公共端（com）；而分组式的开关量输入模块是将输入点分成若干组，每一组（几个输入点）有一个公共端，各组之间是分隔的。分组式的开关量输入模块价格较汇点式的高，如果输入信号之间不需要分隔，一般选

35、用汇点式的。对于选用高密度的输入模块(如32点、48点等)，应考虑该模块同时接通的点数一般不要超过输入点数的60。为了提高系统的可靠性，必须考虑输入门槛电平的大小。门槛电平越高，抗干扰能力越强，传输距离也越远，具体可参阅plc说明书。3.2.2 开关量输出模块的选择开关量输出模块是将plc7 张万忠 电器与plc控制技术，北京：化学工业出版社，2003.7内部低电压信号转换成驱动外部输出设备的开关信号，并实现plc内外信号的电气隔离。开关量输出模块有继电器输出、晶闸管输出和晶体管输出三种方式。继电器输出的价格便宜，既可以用于驱动交流负载，又可用于直流负载，而且适用的电压大小范围较宽、导通压降小

36、，同时承受瞬时过电压和过电流的能力较强，但其属于有触点元件，动作速度较慢（驱动感性负载时，触点动作频率不得超过1hz）、寿命较短、可靠性较差，只能适用于不频繁通断的场合。对于频繁通断的负载，应该选用晶闸管输出或晶体管输出，它们属于无触点元件。但晶闸管输出只能用于交流负载，而晶体管输出只能用于直流负载。开关量输出模块主要有分组式和分隔式两种接线方式。 分组式输出是几个输出点为一组，一组有一个公共端，各组之间是分隔的，可分别用于驱动不同电源的外部输出设备；分隔式输出是每一个输出点就有一个公共端，各输出点之间相互隔离。选择时主要根据plc输出设备的电源类型和电压等级的多少而定。一般整体式plc既有分

37、组式输出，也有分隔式输出。开关量输出模块的输出电流(驱动能力)必须大于plc外接输出设备的额定电流。用户应根据实际输出设备的电流大小来选择输出模块的输出电流。如果实际输出设备的电流较大，输出模块无法直接驱动，可增加中间放大环节。选择开关量输出模块时，还应考虑能同时接通的输出点数量。同时接通输出设备的累计电流值必须小于公共端所允许通过的电流值，如一个220v2a的点输出模块，每个输出点可承受2a的电流，但输出公共端允许通过的电流并不是16a(82a)，通常要比此值小得多。一般来讲，同时接通的点数不要超出同一公共端输出点数的60。开关量输出模块的技术指标，它与不同的负载类型密切相关，特别是输出的最

38、大电流。另外，晶闸管的最大输出电流随环境温度升高会降低，在实际使用中也应注意。3.3 水泵的选型泵是一种面大量广通用型号机械设备，它广泛地应用于石油、化工、电力、冶金、矿山、选船、轻工、农业、民用和国防各部门，在国民经济中占有重要的地位。泵的电能消耗起了积极作用。但是目前在国民经济各个领域中，由于选型不合理，许多的泵处于不合理运行状况，运行效率低，浪费了大量能量。还有的泵由于选型不合理，根本不能使用，或者使用维修成本增加，经济效益低。由此可见，合理选泵对节约能源同样具有重要意义。所谓合理选泵，就是要综合考虑泵机组和泵站的投资和运行费用等综合性的技术经济指标，使之符合经济、安全、适用的原则。具体

39、来说，有以下几个方面：必须满足使用流量和扬程的要求，即要求泵的运行工次点经常保持在高效间运行，这样既能剩动力又不易损坏。所选择的水泵既要体积小、重量轻、造价便宜，又要具有良好的特性和较高的效率。具有良好的抗气蚀性能，这样既能减小泵房的开挖深度，又不使水泵发生气蚀，运行平衡、寿命长。现在喷泉常用的潜水泵有qs、qy、qx、qj等系列。qs系列潜水泵体积小、性能可靠，机泵一体、潜入水中运行主要优越性是：运行可靠、经久耐用、使用方便、功率大、故障少，维修费用低等。流量：10-250（m3/h）。杨程：5-140（m）。qy系列潜水泵qy型潜水电泵由电动机、水泵和密封三部分组成。电泵的上端，多为离心式

40、水泵；下端为三相鼠笼立式异部电动机。电机全部采用优质整圆硅钢片，效率高，耗电少潜水深度不超过5米水温不超过+40。流量：10-300（m3/h）。杨程：4-110（m）。qx系列潜水泵工程潜水泵泵电一体，结构紧凑，非常适合于基建及矿山的搬运和安装无需引水，使用简便双端密封，电器保护设计合理、性能优良、几无噪音。流量：5-20（m3/h）。杨程：20-60（m）qj系列潜水泵电机与水泵直联，机组全部潜入水中工作，具有结构紧凑、安装、维护方便、体积小、重量轻、高效节能等特点。 工作条件1、工作介质为清水或化学性质类似于清水的液体。额定扬程：150米额定流量：10立方米/小时。从该喷泉所需的扬程、流

41、量、水质、价格等方面考虑该喷泉选择qs系列的潜水泵，如图3.1所示。图3.1 qs系列潜水泵3.4 喷头的选择3.4.1 喷头的介绍喷泉喷头也称喷泉喷嘴全部采用铜或不锈钢制作，这样具有黄金的色彩或银光闪闪，喷头显得豪华气派。其工艺精巧美观，结构合理，性能高效节能。其中常用的有：可调直流喷头、半球形喷头、树冰形喷头、礼花喷头、涌泉喷头、加气喷头、直上喷头等产品系列。3.4.2 各种喷头的选择(1) a组喷头的选择a组位于中间位置，需要喷出雄壮并且喷射高度高得水柱，所以a组喷头选择直上喷头。直上喷头是在同一个配水室上安装多角度直射喷嘴，这些喷嘴规格相同时，喷出的水姿雄壮笔直、粗狂美观；这些喷嘴规格

42、不完全相同时，大小喷嘴布设得当，喷出的水姿粗壮有力、层次分明、主题突出、是大型喷泉中心必备的主要喷头。该喷头也叫中心喷头。可调节射流的方向。喷头材质：铸铜、不锈钢，如图3.2所示。图3.2 直上喷头实物图及安装简图(2) b组喷头的选择b组位于第二层的位置，所喷出的水柱应该比a组所喷出的水柱稍细比a组所喷的水柱要低。所以我b组选择可调直流喷头。可调节直流喷头在各种场合的喷水池中广泛应用，并是音乐喷泉的必备喷头，这种喷头装有球形接头，可沿垂直方向向15度进行调节。可调直流喷头可组合各种不同形状的喷射果，射流的高低和角度的变化，可根据水池形状大小决定。喷头材质：铸铜、不锈钢，如图3.3所示。图3.

43、3 可调直流喷头实物图及安装简图(3) c组喷头的选择c组喷头应该比b组喷头喷射高度略低比d组略高，所喷水柱比b组水柱略粗壮、挺拔。所以c组喷头选择树冰形喷头。树冰形喷头喷水时外观效果庞大丰满，粗壮挺拔，抗风力较强。喷头安装在导流筒上端与水面齐平，喷水时能将池水带出，形成粗大壮观的水柱。喷头材质：铸铜、不锈钢，如图3.4所示。图3.4 树冰形喷头实物图及安装简图(4) d组喷头的选择d组位于该喷泉的最外侧，水柱所喷高度应该最低，水量应该较大，择所喷水柱比较灵动。所以选择涌泉喷头。涌泉喷头也是加气喷头的一种，又称鼓泡喷头、珍珠喷头。喷水时能将气吸入，使水姿形成充满空气的白色水丘，水沫轻溅，古朴灵

44、动。加气喷头用射流泵的原理，喷水时将空气吸入，以少量的水产生丰满的射流，喷出的水柱呈白色不透明状，反光效果好。喷头材质：铸铜、不锈钢，如图3.5所示。图3.5 涌泉喷头实物图及安装简图3.5 电磁阀的选型电磁阀里有密闭的腔，在的不同位置开有通孔，每个孔都通向不同的水管，腔中间是阀，两面是两块电磁铁，哪面的磁铁线圈通电阀体就会被吸引到哪边，通过控制阀体的移动来档住或漏出不同的排水的孔，而进水孔是常开的，液压水就会进入不同的排水管，然后通过水的压力来推动水刚的活塞，活塞又带动活塞杆，活塞竿带动机械装置动。这样通过控制电磁铁的电流就控制了机械运动8 王世桥 电磁阀、cp控制器在音乐喷泉中的应用 d

45、，山东：上海军航工程学院，2007。现在常用的电磁阀的有：球阀、蝶阀、闸阀、止回阀、水下液压阀、水下电磁阀、 水下数控阀等。电磁阀在选型时的注意事项：一、适用性。根据持续工作时间长短来选择：常闭、常开、或可持续通电 ，当电磁阀需要长时间开启，并且持续的时间多余关闭的时间应选用常开型。 要是开启的时间短或开和关的时间不多时，则优先选用常闭型。 但是有些用于安全保护的工况，如炉窑火焰监测、锅炉加温系统，则不能选常开时，应选用可持续长期通电型。电磁阀在选择时要注意：管路中的流体必须和选用的电磁阀系列型号中标定的介质一致。流体的温度必须小于选用电磁阀的标定温度。电磁阀允许液体粘度一般在20cst以下，

46、大于20cst应注明。工作压差，管路最高压差在小于0.04mpa时应选用如zs,2w,zqdf,zcm系列等直动式和分步直动式；最低工作压差大于0.04mpa时可选用先导式（压差式）电磁阀；最高工作压差应小于电磁阀的最大标定压力；一般电磁阀都是单向工作，因此要注意是否有反压差，如有安装止回阀。 流体清洁度不高时应在电磁阀前安装过滤器，一般电磁阀对介质要求清洁度要好。注意流量孔径和接管口径；电磁阀一般只有开关两位控制；条件允许请安装旁路管，便于维修；有水锤现象时要定制电磁阀的开闭时间调节。注意环境温度对电磁阀的影响。电源电流和消耗功率应根据输出容量选取，电源电压一般允许10%左右，必须注意交流起

47、动时va值较高。二、可靠性。电磁阀分为常闭和常开二种；一般选用常闭型，通电打开，断电关闭；但在开启时间很长关闭时很短时要选用常开型了。寿命试验，工厂一般属于型式试验项目，确切地说我国还没有电磁阀的专业标准，因此选用电磁阀厂家时慎重。动作时间很短频率较高时一般选取直动式，大口径选用快速系列。三、安全性。一般电磁阀不防水，在条件不允许时请选用防水型，工厂可以定做。电磁阀的最高标定公称压力一定要超过管路内的最高压力，否则使用寿命会缩短或产生其它意外情况。有腐蚀性液体的应选用全不锈钢型，强腐蚀性流体宜选用塑料王（slf）电磁阀。四、经济性。有很多电磁阀可以通用，但在能满足以上三点的基础上应选用最经济的

48、产品9 王整风 可编程控制器原理与实践教程，上海：上海交通大学出版社，2007.。图3.6 水用电磁阀3.6 彩灯选型彩灯，又名花灯，是我国普遍流行的传统的民间的综合性的工艺品。彩灯艺术也就是灯的综合性的装饰艺术。彩灯的产生，是从人类运用火、发明灯、制造灯具等发展而来的。随着人们审美观的变化，彩灯艺术得到了更大的发展，特别是随着我国科学技术的发展，彩灯艺术更是花样翻新，奇招频出，传统的制灯工艺和现代科学技术紧密结合，将电子、建筑、机械、遥控、声学、光导纤维等新技术、新工艺用于彩灯的设计制作，把形、色、光、声、动相结合，思想性、知识性、趣味性、艺术性得到了完美的统一。用于喷泉中的彩灯，无论它的性

49、能还是它的各方面的参数，都有特别的要求。首先性能要求它要耐用，因为喷泉彩灯一般都是安装埋在地下的，地下的周围环境和地上迥然不同，这对彩灯的稳定性要求很高，又因为它是埋在地下，安装拆卸时很麻烦，故不能故障频发，影响喷泉的整体观赏性；另外，对于彩灯颜色的要求也决定了喷泉的观赏性，它的发光强度要至少渗透到水柱的23高度。图3.7所示为喷泉的水下彩灯：图3.7 喷泉彩灯该喷泉用四组彩灯分别为红，绿，黄，蓝。从里到外分别对应a处用红色的彩灯，b处为绿色的彩灯，c处为黄色彩灯，d处为蓝色彩灯。因为喷泉用彩灯都是安装在水下所以对光线的要求高，对安全性能的要求也要很高，同时对使用寿命要求要长。led水下灯能够

50、达到上述的要求，因此本设计选择ac 220v led水下灯，如图3.8所示。图3.8 led水下灯第4章 系统软件设计4.1 i/o分配表根据题目的要求，设置下表所示的i/o分配表。其中i0.7是用来控制总的运行的，i0.7有效，则处于断电状态，其他按键都无效。sb1和sb2分别为运行过程中的启动和停止开关。四个喷头分别用四盏灯表示，灯亮表示该喷头在喷水，灯灭表示停止。喷泉的样式由sa1到sa4这四个开关选择。该系统的输入、输出信号分配表如表4.1所示。表4.1 i/o分配表输 入输 出启动开关sb1i0.01号喷头q0.1花样1开关sa1i0.12号喷头q0.2花样2开关sa2i0.23号喷

51、头q0.3花样3开关sa3i0.34号喷头q0.4花样4开关sa4i0.4单步/连续开关sqi0.5停止开关sb2i0.6电源总开关i0.74.2 i/o接线图花式喷泉控制系统在实验室模拟中的i/o接线图如图4.1所示。.4.1 i/o接线图4.3 花式喷泉控制系统流程图系统的流程图如下图所示。图4.2系统流程图4.3.1 花式喷泉控制系统操作说明 (1)水池控制电源开关接通后，工作方式由“选择开关”和“单步/连续”开关来决定。 （2）“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，喷水池反复循环运行。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。 当按动启动

52、按钮时程序自动进入s0.1运行，程序运行到最后时自行判断是单步或连续，就进入下一个环节。4.3.2 花式喷泉控制系统的外部接线图根据plc i/o资源分配表，可画出系统外部接线如图4.3：单步/连续电源开启 喷头2 喷头1 喷头3 喷头4停止选择1选择3选择2选择4 图4.3 外部接线图4.4 梯形图设计 本系统plc程序的编制采用梯形图语言，编程软件为step 7。该软件能够完成制作程序、对可编程控制器cpu的写入/读出、监控程序运行、调试程序、plc错误诊断等一系列功能，程序见附录10 贾德胜 plc应用开发实用子程序 m.人民邮电出版社,2006.。4.5 组态监控设计 4.5.1 mc

53、gs工控组态软件的简介 计算机技术和网络技术的飞速发展，为工业自动化开辟了广阔的发展空间，用户可以方便快捷地组建优质高效的监控系统，并且通过采用远程监控及诊断等先进技术，使系统更加安全可靠，在这方面mcgs工控组态软件提供了强有力的软件支持11 曾庆波 监控组态软件及其应用技术，哈尔滨：哈尔滨工业大学出版社，2005.。mcgs(monitor and control generated system)是一套基于windows平台的、用于快速构造和生成上位机监控系统的组态软件系统。 mcgs为用户提供了解决实际工程问题的完整方案和开发平台，能够完成现场数据采集、实时和历史数据处理、报警和安全机

54、制、流程控制、动画显示、趋势曲线和报表输出以及企业监控网络等功能11。 mcgs具有操作简便、可视性好、可维护性强、高性能、高可靠性等突出特点。组态（configuration）为模块化任意组合。 通用组态软件主要特点有：延续性和可扩充性。当现场（包括硬件设备或系统结构）或用户需求发生改变时，不需作很多修改而方便地完成软件的更新和升级；封装性（易学易用）。通用组态软件所能完成的功能都用一种方便用户使用的方法包装起来，不需掌握太多的编程语言技术（甚至不需要编程技术），就能很好地完成一个复杂工程所要求的所有功能；通用性，每个用户根据工程实际情况，利用通用组态软件提供的底层设备（plc、智能仪表、智

55、能模块、板卡、变频器等）的i/o driver、开放式的数据库和画面制作工具，就能完成一个具有动画效果、实时数据处理、历史数据和曲线并存、具有多媒体功能和网络功能的工程。运用组态软件建立花式喷泉监控系统亦为任务要求。采取上位机观察能更直观的显示出整个模拟自动控制过程，丰富了毕业设计内容，更会体现出对学生考核的全面性及综合性。4.5.2 制作工程画面（1）新建工程及组态画面 在mcgs组态平台上，单击“用户窗口”，在“用户窗口”中单击“新建窗口”按钮，则产生新“窗口0”，如图4.4： 图4.4 产生的新“窗口0”选中“窗口0”，单击“窗口属性”，进入“用户窗口属性设置”，将“窗口名称”改为：花式

56、喷泉控制系统；将“窗口标题”改为：花式喷泉；在“窗口位置”中选中“最大化显示”，其它不变，单击“确认”。如图4.5： 图4.5 用户窗口属性设置 选中刚创建的“花式喷泉控制系统”用户窗口，单击“动画组态”，进入动画制作窗口。如图4.6：图4.6 “动画组态”进入动画制作窗口（2）编辑画面在组态软件系统中从“工具箱”中打开图库分别选择“指示灯”和“按钮”图标，绘制九个按钮对象和31个信号灯对象。精确定位按钮的坐标后，画面基本布置如图4.7所示。九个按钮对象分别是start，花样1，2，3，4，单步，连续及停止和启动按钮；31个信号指示灯由内向外围成五圈，呈雪花状分布。图4.7花式喷泉监控组态画面4.5.3 变量的定义（1）系统变量分配在该组态工程中要用到的数据对象（变量）如表4.2所示表4.2 花式喷泉控制系统变量分配表变量名类型注释电源总开关开关型花式喷泉电源控制信号，1有效花式1开关开关型花式喷泉花式1控制信