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PLC控制的花样喷泉系统设计

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26

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摘 要
本设计基于西门子 S7-200 PLC编程，设计了花样喷泉系统。花样喷泉控制系统的主要任务就是改变喷泉的喷水样式，以达到有规律的改变喷泉喷水样式的目的。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。喷泉工作方式由花样选择开关和单步∕连续开关决定。当单步∕连续开关选择单步时，喷泉只能按照花样选择开关设定的方式，运行一个循环；当单步∕连续开关选择连续时，喷泉按照花样选择开关设定的方式，运行多个循环，直至按下停止按钮.花样循环方式选择开关用于选择喷泉的喷水花样,本文设计四种喷水花样循环.PLC控制系统体积小、功能强、可靠性高，且具有较大的灵活性和可扩展性的特点。用 PLC花样喷泉控制系统,不但实现了自动转换花样喷泉的喷水样式，提高了系统的可靠性和安全性，而且，美化了我们的生活环境,使我们的生活环境更加安逸、舒适。因此PLC控制系统具有一定的工程应用和推广价值。

关键词：喷泉，PLC控制，花样喷泉系统

ABSTRACT
This design is based on Siemens S7-200 PLC programming, design patterns fountain system。 Figure fountain control system’s main task is to change the fountain of water style, to achieve a change in the purpose of the fountain water style. Press the Start button， fountain device started working， press the stop button, fountain control device to stop working. Fountain works by pattern selection switch and single—step/continuous switching decision。 When step/continuous switch selection step, select only in accordance with figure fountain switch is set in a way， running a loop; when step/continuous switching select continuous time, fountain in accordance with the pattern selection switch is set in a way， running several cycles， until you press the stop button. Figure cycle way selector switch is used to select a fountain of water spray pattern, this article design four spray pattern。 The PLC control system volume is small, versatile, high reliability, and with greater flexibility and scalability features. The PLC figure fountain control system， not only for automated conversion figure fountain water style, improves system reliability and security， and beautified our living environment, make our life more easy, comfortable environment。 Thus plc control system has certain engineering application and extension value.
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Key words: fountain, PLC control, pattern fountain system
目录
摘 要 I
ABSTRACT II
目录 III
引言 1
第1章 喷泉的设计要求 2
1。1喷泉的建设要求 2
1.1。1 喷泉规模的设计 2
1.1。2喷泉水柱的分布 2
1.1.3回水池的设计 3
1。1.4喷泉内径的设计 3
1.1。5喷泉水柱高度的设计 3
1。2喷泉程序的控制要求 4
1。2。1程序要求 4
1。2.1运行要求 4
第2章 喷泉的施工设计 5
2.1喷泉的基础建设 5
2。1。1施工面积 5
2.1.2回水池的建设 5
2.1。3喷泉喷头的安装 6
2.2喷泉潜水泵的选择 6
2.2。1喷泉功率的计算 6
2。2。2喷泉潜水泵的选择 7
2。2.3喷泉潜水泵接线图 8
第3章 PLC控制设计 9
3。1 PLC的型号 9
3.2 PLC控制花样喷泉运行要求 9
3。3喷泉的运行流程图 10
3.4喷泉的运行过程 10
3.5喷泉控制原理 11
3.6花样喷泉PLC控制接线图 11
3.7花样喷泉PLC控制输入输出点分配 11
3.8花样喷泉PLC控制梯形图 12
第4章 程序调试 20
第5章 结论 24
参考文献 25
致谢 26

引言
花样喷泉控制系统的主要任务就是改变喷泉的喷水样式，以达到有规律的改变喷泉喷水样式的目的。整个花样喷泉控制系统是喷泉安全可靠运行十分重要的支持系统。基于花样喷泉控制系统在整个喷泉中的重要性，且广场、车站、公园等各种公共和休闲娱乐场所的环境要求，利用现代成熟技术PLC进行控制。
本系统有程序控制、手动选择喷水花样循环方式、手动选择单步∕连续循环三种控制方式。在喷泉正常运行的情况下，程序控制为系统的主要控制方式，在此方式下，喷泉按照控制程序进行喷水样式的改变和循环.手动选择喷水花样循环方式是对喷水花样循环方式的控制。手动选择单步∕连续循环控制方式是对循环一次或连续循环的控制。

第1章 喷泉的设计要求
1.1喷泉的建设要求
1。1.1 喷泉规模的设计
该喷泉占地面积俯视图为正方形，其面积S=100平方米；喷射范围俯视图为圆形,其半径R=4。5m。

1。1。2喷泉水柱的分布
喷泉概况平面图如1—1：

图1—1喷泉概况平面图

图1-1中，喷泉由5种不同的水柱组成。其中1表示大水柱所在的位置，其水柱较大，喷射高度较高；2表示中水柱所在的位置，由六支中水柱均匀分布在2的圆（r=2m）的轨迹上，水量比大水柱的水量小，其喷射高度比大水柱低；3表示小水柱,它由150支小水柱均匀分布在3（r=3m）的圆的轨迹上，其水柱较细，其喷射高度比中水柱略矮；4和5为花朵式和旋转式喷泉，各由19支喷头组成，均匀分布在4和5的圆（r=4m)的轨迹上，其水量压力均较弱。

1.1。3回水池的设计
该喷泉的回水池俯视图为圆形，与喷泉喷射范围俯视图为同心圆,且半径相等。回水池的深度为2m。
该回水池由1个半径为100cm的圆水池和3个有效宽度为50cm的圆环水池组成,且个水池之间相通，连接池宽度为50cm，3个圆环水池的半径分别为2m、3m、4m。如图1-2所示：

图1—2回水池的设计

回水池上方由金属栏嵌入式覆盖.

1.1.4喷泉内径的设计
大水柱喷头的内径d=50mm,中水柱喷头的内径d=30mm，小水柱喷头的内径d=20mm，花朵喷泉和旋转喷泉的内径d=30mm。

1。1。5喷泉水柱高度的设计
大水柱高度h=5m，中水柱高度h=3m,小水柱高度h=2m，花朵喷泉和旋转喷泉的喷水高度h=1m。

1。2喷泉程序的控制要求
1.2。1程序要求
采用S7-200PLC编程控制花样喷泉的运行。

1。2。1运行要求
1、按下启动按钮，喷泉进入运行等待状态.
2、按下喷泉的单步∕连续运行方式按钮,该喷泉默认为连续运行方式。
3、按下喷泉喷水花样的循环方式按钮，喷泉开始运行,每隔6s改变一次花样。在连续运行方式下，喷水花样将一直循环下去，在单步运行方式下，喷水花样只运行一个循环。按下其他任意一个循环方式按钮，喷泉喷水花样的循环方式立刻改变。
4、按下停止按钮，喷泉停止运行。

第2章 喷泉的施工设计
2。1喷泉的基础建设
2.1.1施工面积
规划出边长为5m的正方形区域,施工面积S=100平方米。喷射范围俯视图为圆形,其半径R=4。5m.

2.1.2回水池的建设
以施工区域中心为圆心,进行对回水池的建设。回水池俯视图如图所示：

图2-1回水池俯视图

该回水池由1个半径为100cm的圆水池和3个有效宽度为50cm的圆环水池组成，且个水池之间相通，连接池宽度为50cm，3个圆环水池的半径分别为2m、3m、4m。回水池的深度为2m。
该喷泉的回水量为2kg—47kg.
回水池上方由金属栏嵌入式覆盖.

2.1.3喷泉喷头的安装
采用郑州润波喷泉喷灌除尘有限公司的万向直流喷泉喷头.根据喷头内径的要求（水柱喷头的内径d=50mm,中水柱喷头的内径d=30mm，小水柱喷头的内径d=20mm，花朵喷泉和旋转喷泉的内径d=30mm。)进行定制购买。
安装平面图如下：

图2-2安装平面图

图2—2中，喷泉由5种不同的水柱组成。其中1表示大水柱所在的位置，其水柱较大，喷射高度为5m；2表示中水柱所在的位置，由六支中水柱均匀分布在2的圆（r=2m）的轨迹上，水量比大水柱的水量小，其喷射高度为3m；3表示小水柱,它由150支小水柱均匀分布在3（r=3m)的圆的轨迹上,其水柱较细，其喷射高度为2m;4和5为花朵式和旋转式喷泉,各由19支喷头组成，均匀分布在4和5的圆（r=4m)的轨迹上，其水量压力均较弱,喷射高度为1m。
在安装时，所有喷泉喷头的上沿距地平面10cm。

2。2喷泉潜水泵的选择
2。2。1喷泉功率的计算
喷泉功率的计算公式由动能转换成重力势能而得出:

P=np
其中g为重力加速度，h为喷射高度,v为喷头处水的瞬时速度，p为潜水泵的输出功率,s为喷泉喷头的橫截面积，n为喷头数量，P为总功率。
大水柱喷头所需功率为：100w，中水柱喷头所需功率为:100w，小水柱喷头所需功率为：600w,花朵喷泉和旋转喷泉喷头所需功率为：60w。

2.2.2喷泉潜水泵的选择
QSP型园林喷泉用潜水电泵是由充水式潜水电机与离心式水泵同轴联接组成。符合JB/T8092-1996标准规定，产品取得全国生产许可证.是我厂传统产品,经过三十多年来不断的改进和完善,其结构合理、外形美观,十分可靠，适应频繁启动及变频运行要求，且安装方便，对水源无污染符合绿色环保要求，成为广大用户喜爱的产品，广泛应用于农业灌溉、工矿排水、水景喷泉、水产养殖，鱼塘增氧、防洪排涝等领域.具有以下特点：泵电一体，结构紧凑;无需引水、使用简便；双端密封、电器保护；设计合理、性能优良。使用条件：电泵出水口流量不得大于额定值（在规定扬程范围内使用）；潜水深度不超过5米；水温不超过+40℃;PH值应在5-9之间。
表2-1喷泉潜水泵的选择

型号
额定流量（m3/h）
额定扬程（m)
额定功率(kW）
额定转速（r/min）

额定电流(A）

额定电压(V)

大水柱
QSP15—5-0.5
15
7
0.5
2860
5.7
380
中水柱
QSP26—3-0。5
26
5
0。5
2860
5.7
380
小水柱
QSP160—2-1
160
4
1
2860
7。5
380
花朵喷泉、
旋转喷泉
QSP25-1-0.5

25
3
0.5
2860
5.7
380
2。2.3喷泉潜水泵接线图

图2—3喷泉潜水泵接线图

第3章 PLC控制设计
3.1 PLC的型号
S7—200PLC

3。2 PLC控制花样喷泉运行要求
1、按下启动按钮，喷泉进入运行等待状态.
2、按下喷泉的单步∕连续运行方式按钮，该喷泉默认为连续运行方式。
3、按下喷泉喷水花样的循环方式按钮,喷泉开始运行，每隔6s改变一次花样。在连续运行方式下，喷水花样将一直循环下去,在单步运行方式下，喷水花样只运行一个循环.按下其他任意一个循环方式按钮，喷泉喷水花样的循环方式立刻改变。
4、按下停止按钮，喷泉停止运行。

3。3喷泉的运行流程图

图3-1喷泉的运行流程图

3.4喷泉的运行过程
按下喷泉控制系统的启动按钮,首先大水柱从地而起，直射天空；6s后，大水柱消失，紧接着六支中水柱竞相射向天空；最后所有水柱喷泉一齐迸发.
整个过程分为8段,每段6s,且自动转换，全过程为48s。当单步∕连续开关置于连续,花样选择开关置于1时，其喷泉水柱的动作顺序如下：1→2→（1+3+4)→(2+5）→（1+2）→(2+3+4）→（2+4）→（1+2+3+4+5)→1,周而复始,直到按下停止按钮，水柱喷泉才停止工作；当单步∕连续开关置于单步时，喷泉水柱的动作只运行一个循环.花样选择开关置于2时，其喷泉水柱的动作顺序如下：1→2→（2+4）→（2+5)→（1+2)→（2+3+4）→（1+3+4）→（1+2+3+4+5）→1。花样选择开关置于3时，其喷泉水柱的动作顺序如下:1→2→（1+3+4）→(1+2）→（2+5)→（2+3+4）→（2+4)→（1+2+3+4+5）→1。花样选择开关置于4时，其喷泉水柱的动作顺序如下:1→2→（1+3+4)→（2+5）→（1+2)→（2+4）→(2+3+4）→（1+2+3+4+5)→1。

3。5喷泉控制原理
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。

3.6花样喷泉PLC控制接线图

图3-2花样喷泉PLC控制接线图

3。7花样喷泉PLC控制输入输出点分配
表3-1花样喷泉PLC控制输入输出点分配
输入信号
输出信号
名称
代号
输入点编号
名称
代号
输出点编号
启动按钮
SB1
I0.0
大水柱接触器
KM1
Q0.0
停止按钮
SB2
I0。1
中水柱接触器
KM2
Q0。1
连续按钮
SB3
I0.2
小水柱接触器
KM3
Q0。2
单步按钮
SB4
I0。3
花朵式喷泉接触器
KM4
Q0.3
花样1按钮
SB5
I0。4
旋转式喷泉接触器
KM5
Q0。4
花样2按钮
SB6
I0.5
--—————-——-——----
----
---—
花样3按钮
SB7
I0.6
—--——--———---———-
—-——
---—
花样4按钮
SB8
I0.7
---——-——--—-————-
——--
————

3.8花样喷泉PLC控制梯形图

图3—3花样喷泉PLC控制梯形图
图3—3中，第1逻辑行为启动控制程序；第2、3、4逻辑行组成6s移位脉冲控制程序；第5逻辑行为单步／连续控制程序；第6、7、8、9逻辑行组成花样选择控制程序；第10、11、12、13逻辑行组成移位及复位控制程序；第14、15、16、17、18逻辑行组成驱动控制程序.
接通PLC电源，第10逻辑行中位存储器M10。0接通，其在第14逻辑行中的常开触点闭合，为喷泉的启动做好了准备。
当按下喷泉控制器的启动按钮SB1后,第1逻辑行中输入继电器I0。0的常开触点闭合，位存储器M0。0接通并自锁.本程序默认为连续循环喷泉样式的控制程序,按钮SB2为连续按钮,在第5逻辑行中输入继电器I0.2为常闭触点，按钮SB3为单步按钮，第5逻辑行中输入继电器I0.3为常开触点,当按下此按钮，继电器I0.3触点闭合，位存储器M0。2接通并自锁，其在第1逻辑行中的常闭触点断开，喷泉样式进入一次运行状态.选择默认状态，按下SB4，第6行中输入继电器常开触点闭合，位存储器M0.4接通并自锁，其在第2、14、15、16、17、18逻辑行中的常开触点闭合,进入第一种喷泉样式，输出继电器Q0.0被接通，大水柱控制接触器KM1通电闭合，大水柱“1” 射向天空。
同时在第2逻辑行中的M0。0、M0。4的常开触点闭合,定时器T37被接通开始计时，经过3s后，T37动作，第3逻辑行的常开触点闭合，定时器T38被接通并开始计时,又经过3s后，T38动作，第4逻辑行中的常开触点闭合一个扫描周期使得位存储器M0.1闭合一个扫描周期.M0。1在第11逻辑行中的常开触点闭合一个扫描周期，将字元件MW10中的内容向左移1位，即将M10.0中的“1"的内容移至位存储器M10.1中，M10.1闭合。
由于M10.1接通，其在第14逻辑行中的常开触点闭合，输出继电器Q0.1被接通，中水柱控制接触器KM2通电闭合，中水柱喷出。
又经过6s后，M0.1在第6逻辑行中的常开触点闭合一个扫描周期，将字元件MW10中的内容向左移一位，即将M10.1中“1"的内容移至位存储器M10.2中,M10。2闭合其在第14、16逻辑行中的常开触点闭合，输出继电器Q0。0、Q0。2被接通，喷出大水柱、小水珠。
经过第7个6s后,“1"被移至位存储器M10。7中,M10。7第14、15、16、17、18逻辑行中的常开触点闭合；所有输出继电器全部闭合，所有喷泉一起喷发。
又经过6s后,“1"被移至位存储器M11。0中,M11。0在第12逻辑行中的常开触点闭合,使字元件MW10中M10。0-M11。0的各位复位为“0”,第10逻辑行中的M10。7复位，M10。0接通,M10.0在第14逻辑行中的常开触点闭合； Q0.0被接通，大水柱喷发。
如此不断循环，直到按下SB2。

第4章 程序调试
调试步骤如图所示：
（1） 按下启动按钮,喷泉进入待命状态，如图4—1所示。

图4—1程序调试图

（2)选择单步运行,如图4—2所示.

图4—2程序调试图

(3）按下第一种运行方式，喷泉开始运行，如图4-3所示。

图4—3程序调试图

当喷泉第八种喷射花样结束后，喷泉进入停止状态。在此调试过程中，主要观察喷射花样的运行是否符合程序的设定。
其余三种循环方式，也是在喷泉处于单步运行状态时，进行调试。
喷泉的四种循环方式选择开关，可在喷泉处于单步运行状态时，进行调试。喷泉运行状态下，按下喷泉循环方式选择按钮，完成四种方式间的切换调试。
以上调试完成后，喷泉在默认（连续）状态下启动,喷泉一直运行下去。

第5章 结论
采用PLC控制,利用PLC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。
通过本次毕业设计，充分体现了PLC的特点。PLC在控制上的优越性,使喷泉在实际生活中的喷水花样，变化更多，更加完美.在这次设计中我仿佛又经历了一次系统学习，在作毕业设计前，一直认为没有什么困难，但在实际运作过程中才清楚地认识到自己的不足和短练，端正了学习态度。

参考文献
［1］ SIMATIC S7—200系统手册[M］。 北京：西门子（中国）有限公司,2004：24—34。
[2] 西门子S7-200可编程序控制器系统手册［M］。西门子有限公司，1999：15—27。
［3］ SIEMENS公司的S7-200用户指南[M］。 工业控制计算机,2002：16—28。
［4] S7—200可编程序控制器系统手册[M］. 工业控制计算机,2001:27—45.
［5] 吴爱萍。 PLC控制的设计技巧[M]。 工业控制计算机,2003：42-68。
[6] 吴明洞. PLC控制的设计技巧[J]. 工业控制计算机学报,2003(3)：42—57.

致谢
本设计可使喷泉系统更加完美，使我们的生活环境更加舒适。在即将走向工作岗位之际，本人衷心感谢各位老师在百忙之中抽出时间对我的设计进行评审，有不足之处,敬请批评指正。
在此真诚感谢李增生老师，李老师不仅在技术上给于本人以极大的支持和帮助而且在交谈中也语重心长灌输给了我这样一个十分重要理念，就是要想作为一名合格的电气工程师必须在工作中养成严谨认真的工作态度戒骄戒燥。我将永远牢记他老人家对我们这些即将走上岗位的年轻大学生的教诲，务实工作，争取早日成为一名合格的电气工程师.