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1、花式喷泉 花式喷水池装置 PLC 控制梯形图的设计与调试 课题背景 在许多休闲广场、景区或游乐场所里,人们经常看到喷泉按一定的规律喷水,景色迷人;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，可实现各种花样的喷水，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。PLC具有体积小、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
2、控制程序或改变方式选择开关,就可以改变花样喷泉的喷水规律,从而变换出各式花样,以适应不同季节、不同场合的喷水要求。控制任务和要求 如图所示，4号为中间喷头，3号为内环状喷头，2号为1次外环状喷头，1号为外环状喷头。（1）按下启动按钮，喷泉控制装置开始工作，按下停止按钮，喷泉控制装置停止工作。（2）喷泉的工作方式由花样选择开关和单步、连续开关决定。（3）当单步、连续开关在单步控制时，喷泉只能按照花样选择开关设置得方式运行一个循（4）花样选择开关用于选择喷泉得喷水花样，现考虑4种喷水花样。a）选择开关在位置“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
3、2s，1 号喷水，接着一起喷水 15s 为一个循环。b）选择开关在位置“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）选择开关在位置“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）选择开关在位置“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 432
4、1 反序分别延时 2s 喷水，然 后再一起喷水 30s 为一个循环。设备的选型 A PLC机型的选择 PLC的选择主要应从PLC的机型、容量、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。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
5、灵活方便,在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。合理的结构型式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。安装方式的选择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
6、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。综上，本设计选择了三菱 FX1N PLC。响应速度要求变频调速技术是针对固定工频而采取的高效节能措施，工频（50Hz）是发电的最佳频率，但它并非是所有用电设备的最佳工作频率，因而导致许多设备长期处于低频率、低功率引述运行状态。占全国耗电2/3的交流电动机目前大多数还在工频、恒速下运动，运行效率只有60%左右。为了提高效率，所以在本设计中用到变频器。变频器的选型变频器是利用电力半导体器件的通断作用将工频电
7、源变换为另一频率的电能控制装置。我们现在使用的变频器主要采用交直交方式（VVVF变频或矢量控制变频），先把交流电源通过整流器转换成直流电源，然后再把直流电源转换成频率、电压均可控制的交流电源以供给电动机。整流部分为三桥式不可控整流器，逆变比分为IGBT三相桥式逆变器，且输出为PWM波形，中间直流环节为滤波、直流储能和缓冲无功功率。变频器选型时要确定以下几点：（1）采用变频的目的：恒压控制或恒流控制等。（2）变频器的负载类型;如叶片泵或容积泵等，特别注意负载的性能曲线，性能曲线决定了应用时的方式方法。（3）变频器与负载的匹配问题：1.电压匹配：变频器的额定电压与负载的额定电压相符。2.电流匹配：
8、普通的离心泵，变频器的额定电流与电动机的额定电流相符。对于特殊的负载如深水泵等需要参考电机的性能参数，以最大电流确定变频器电流和过载能力。3.转矩匹配：这种情况在恒转矩负载或又减速装置时有可能发生。本设计是通过变频器苏调技术来控制每环喷水的高度。我选用的是FR-S520（E）系列变频调速器。其实物图如图所示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
9、，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。水泵的选型具体来说，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。根据我们设计的实际情况与相关数据要求，我选用了品牌为DESHB(德士比)的QYP100-4.5-
10、2.2喷泉泵。花式喷泉控制系统的原理图 在喷泉中，通过按钮开关信号来控制PLC：因为有4层喷水，因此用了1个变频器控制4个水泵。花式喷泉控制系统的原理如图所示：I/O分配表 根据课程设计任务书以及控制方案选择的着手点做出PLC控制系统的I/O分配表如下：表1 输入/输出信号分配表 输 入 信 号 地 址元 件 功 能 X0 SB1启动按钮 X1 SA2花样选择开关位置1 X2 SA3花样选择开关位置2 X3 SA4花样选择开关位置3 X4 SA5花样选择开关位置4 X5 SB2停止按钮 X6 SA1单步/连续按钮输 出 信 号 地 址元 件 功 能 Y0 KM1喷头1 Y1 KM2喷头2 Y2
11、 KM3喷头3 Y3 KM4喷头4 辅 助 继 电 器 元 件功 能 M100/M200/M300/M400/M30一般辅助继电器，作为中间过渡作用 M0 M1 M2 M3 M11花样1中喷头1的输出继电器 M12花样1中喷头2的输出继电器 M13花样1中喷头3的输出继电器 M14花样1中喷头4的输出继电器 M21花样2中喷头1的输出继电器 M22花样2中喷头2的输出继电器 M23花样2中喷头3的输出继电器 M24花样2中喷头4的输出继电器 M31花样3中喷头1的输出继电器 M32花样3中喷头2的输出继电器 M33花样3中喷头3的输出继电器 M34花样3中喷头4的输出继电器 M41花样4中喷头
12、1的输出继电器 M42花样4中喷头2的输出继电器 M43花样4中喷头3的输出继电器 M44花样4中喷头4的输出继电器PLC硬件接线图 根据程序设计要求以及所选的工作元件，由输入/输出信号地址分配表设计出如图硬件接线图 SB1SA1SA2SA3SA4SB2SA5FX1NX0X1X2X3X4X6X5Y0Y1Y2Y3COM0COM1COM2COM3COM4COM5COMCOMKM1KM2KM3KM4+220v-控制电机的接线图流程图按下启动按钮判断开关是否在位置1判断开关是否在位置3执行花样2判断开关是否在位置2执行花样4执行花样3执行花样1是是否否否否否否是是是是是是梯形图控制面板的操作说明根据使用要求，设计出操作控制面板如下图：此控制面板的操作非常简单，一眼就可明了。在启动前首先按下启动按钮，若选择花样1的喷水方式，即将选择开关置于位置1皆可，若想实现花样1的单步工作方式，则将单步连续开关置于单步即可，若想实现花样1的连续工作方式，则将单步连续开关置于连续即可。同理，将选择开关分别置于位置2、3、4，选择单步/连续开关也分别可实现花样2、3、4的单步或连续工作方式。
花式喷水池装置PLC控制梯形图的设计与调试
