PLC控制花樣噴泉

一、 概述

隨著時代的發(fā)展，科技水平的提高，城市的噴泉設(shè)備已經(jīng)十分先進，各種音樂噴泉、程控噴泉、激光噴泉已經(jīng)層出不窮，變化多端。規(guī)?？纱罂尚?，射程可高可低，噴出的水，大者如珠，細者如霧，變化萬千，引人入勝。噴泉，使靜水變?yōu)閯铀顾灿辛遂`魂，又輔之以各種燈光效果，使水體具有豐富多彩的形態(tài)，可以緩沖、軟化城市中“凝固的建筑物”和硬質(zhì)的地面，以增加城市環(huán)境的生機，有益與身心健康并能滿足視覺藝術(shù)的需要。大型城市廣場中的人工動態(tài)噴泉，也多來自自然的種種水態(tài)，如瀑布、水簾、溢流、溪流、壁泉等，隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展進步，各種噴泉真是花樣翻新、層出不窮，幾乎達到了人們隨心所欲創(chuàng)造各種晶瑩剔透、絢麗多姿動態(tài)水景的程度。噴泉在當(dāng)今時代，已經(jīng)形成了一道獨特的人文景觀。

二、 花樣噴泉的動作狀態(tài)

如圖2-1，當(dāng)通電并閉合開頭后，A、B、C三環(huán)的噴泉同時噴放，A噴口高度最高，B噴口第二，C噴口最低。同時與A、B、C相對應(yīng)的閃燈1、2、3隨噴口A、B、C一起閃爍。10秒過后，C噴口和閃燈3停止動作，剩下A、B噴口及相應(yīng)閃燈1、2動作。5秒后，只有A噴口和閃燈1口動作。3秒后，B噴口和2閃燈和A噴品、1閃燈一起動作。5秒后，噴口A、B、C和閃燈1、2、3又開始一起動作，如此如此偱環(huán)。

圖2-1花樣噴泉模型

可是用單片機通過可控硅作為功率開頭元件實現(xiàn)花樣噴泉時、存在下面的缺點：

1、需要較多的保護電路；

2、程序的增減不靈活；

3、抗干擾能力差；

4、功率因數(shù)低。

而采用PLC能有效的解決這些問題，同時PLC具有較強的自診斷功能，能迅速方便檢查出故障，縮短檢修時間，確?？刂葡到y(tǒng)的可靠性，穩(wěn)定性。

三 、噴泉設(shè)計方案

3.1控制要求分析

如圖3-1所示，閃燈1、2、3分別對應(yīng)電機Ma、Mb、Mc，它們是隨電機一起動作的。即電機動作，則相應(yīng)的閃燈閃爍，電機停止，則相應(yīng)的閃燈也停止閃爍。

當(dāng)接通電源，閉合開關(guān)SB0時，Ma、Mb、Mc同時動作并持續(xù);10S后Mc停止，Ma、Mb動作持續(xù);5S后Mb、Mc停止動作，Ma動作;3S后Ma、Mb動作，Mc停止;5S 后Ma、Mb、Mc同時動作10S，依次重復(fù)上述動作。只要不按下停止開關(guān)SB1，噴泉將如此循環(huán)下去。

3.2 PLC的選型

S7-200 PLC 具有集成的24V負載電源，它可以直接連接到傳感器、變送器和執(zhí)行器，CPU221、222具有180mA輸出，CPU224、224XP、CPU226分別輸出280mA或400mA電流，可做負載電源。

該設(shè)計中系統(tǒng)開關(guān)量輸入點只有兩個，開關(guān)量輸出點有6個，如果選用CPU221 PLC （6輸入/4輸出），需要擴展單元，參照西門子S7-200產(chǎn)品目錄及市場實際價格，選用主機為CPU222（8輸入/6輸出）。CPU222的主要技術(shù)數(shù)據(jù)見表3-1。

表3-1 CPU222的主要技術(shù)數(shù)據(jù)

3.3電機的選擇

  QSP型園林噴泉用潛水電泵是由充水式潛水電機與離心式水泵同軸聯(lián)接組成。符合JB/T8092-1996標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定，產(chǎn)品取得全國生產(chǎn)許可證。經(jīng)過三十多年來不斷的改進和完善，其結(jié)構(gòu)合理、外形美觀，十分可靠，適應(yīng)頻繁啟動及變頻運行要求，且安裝方便，對水源無污染符合綠色環(huán)保要求，成為廣大用戶喜愛的產(chǎn)品，廣泛應(yīng)用于農(nóng)業(yè)灌溉、工礦排水、水景噴泉、水產(chǎn)養(yǎng)殖，魚塘增氧、防洪排澇等領(lǐng)域。具有以下特點：    

泵電一體，結(jié)構(gòu)緊湊；無需引水、使用簡便；  雙端密封、電器保護；    設(shè)計合理、性能優(yōu)良。

   它的使用條件： 電泵出水口流量不得大于額定值（在規(guī)定揚程范圍內(nèi)使用）； 潛水深度不超過5米；水溫不超過+40℃；PH值在5-9之間。它的系列產(chǎn)品的主要技術(shù)參數(shù)如表3-2。因為本設(shè)計中主要用到的是小揚程噴泉泵，表中只給出了一些中低揚程的技術(shù)參數(shù)。

表3-2 QSP系列中低揚程產(chǎn)品的主要技術(shù)參數(shù)

注：1、表內(nèi)所列為代表性的規(guī)格，未列入本表的詳見銘牌技術(shù)參數(shù)。

    2、外裝式電動機保護開關(guān)由用戶自行配制。

根據(jù)本次設(shè)計的設(shè)計要求，MA電機揚程要求最高，MB次之。MC最低，所以可以選用QSP144-5-3 做為MA電機，揚程為5米; 相相應(yīng)的QSP160-4-3做為MB電機，揚程為4.5米; QSP500-3.5-7.5做為MC電機。揚程為3.5米。圖3-2為QSP型園林噴泉用潛水電泵的圖樣。

四、PLC程序

4.1、花樣噴泉的I/O分配情況

輸入信號

啟動按鈕SB0                I0.0

停止按鍵 SB1               I0.1

輸出信號

1號閃燈                     Q0.0

2號閃燈                     Q0.1

3號閃燈                     Q0.2

A噴頭噴水開關(guān)接觸器         Q0.3

B噴頭噴水開關(guān)接觸器         Q0.4

C噴頭噴水開關(guān)接觸器         Q0.5

4.2、花樣噴泉的I/O接線圖

PLC的輸入按鈕只有一個SB0，用來控制系統(tǒng)的啟動和停止。由于西門子PLC內(nèi)部不為其輸入點提供電源，需用戶自行提供，因而設(shè)計中采用PLC自身輸出的+24V的電源（M和L+兩端）為上述按鈕供電。PLC的輸出帶負載的能力較低，如果直接帶動直流電磁閥或閃燈，容易導(dǎo)致輸出觸點燒壞，因些采用中間繼電器（KA0～KA5）作為驅(qū)動元件，間接的控制潛水泵用閃燈的開戶和閉合。各個輸出支路的中間繼電器均并聯(lián)一個續(xù)流二極管，為感性負載斷開瞬間的高壓提供了放電回路，熔斷器則起到短路保護作用。PLC的控制接線圖如圖4-1

4.3、花樣噴泉的流程圖

如圖4-2所示，當(dāng)開頭閉合時，觸發(fā)中間繼電器M0.1和時間繼電器T38（A、B、C三環(huán)的噴泉同時噴放，A噴口高度最高，B噴口第二，C噴口最低。同時與A、B、C相對應(yīng)的閃燈1、2、3隨噴口A、B、C一起閃爍10S）。10秒過后，觸發(fā)中間繼電器M0.2和時間繼電器T39（C噴口和閃燈3停止動作，剩下A、B噴口及相應(yīng)閃燈1、2動作5S）。5秒后，觸發(fā)中間繼電器M0.3和時間繼電器T40（只有A噴口和閃燈1口動作3S）。3秒后，觸發(fā)中間繼電器M0.4和時間繼電器T41（B噴口和2閃燈和A噴品、1閃燈一起動作5S）。5秒后，回到中間繼電器M0.1時的運作狀態(tài)（噴口A、B、C和閃燈1、2、3又開始一起動作）。如此依次偱環(huán)。

4.4、 花樣噴泉的梯形圖

當(dāng)開關(guān)閉合時，復(fù)位中間繼電器M0.1到M0.4。為下次循環(huán)做好準(zhǔn)備并接通中間電器M1.0為本次動作做好準(zhǔn)備。

  接通并自鎖了中間繼電器M0.1。并觸發(fā)了時間繼電器T38。M0.1可以使輸出點Q0.0到Q0.5全亮。這樣可以實現(xiàn)電機Ma、Mb、Mc和相對應(yīng)的閃燈1、2、3同時動作10秒鐘。

當(dāng)時間繼電器T38置位時，接通并自鎖了中間繼電器M0.2，同時觸發(fā)了時間繼電器T39。M0.2可以實現(xiàn)電機Ma、Mb和相對應(yīng)的閃燈1、2同時動作5秒鐘。

   當(dāng)時間繼電器T39置位時，接通并自鎖了中間繼電器M0.3，同時觸發(fā)了時間繼電器T40。M0.3可以實現(xiàn)只有電機Ma和其相對應(yīng)的閃燈1一起動作3秒種的動作要求。

   當(dāng)時間繼電器T40置位時，接通并自鎖了中間繼電器M0.4，同時觸發(fā)了時間繼電器T41。M0.4可以實現(xiàn)當(dāng)上一程序的3秒結(jié)束后，電機Ma、Mb和相對應(yīng)的閃燈同時動作5秒種的動作要求。

   中間繼電器M11.1控制Q0.1（閃燈1）、Q0.2（閃燈2）、Q0.3（閃燈3）、Q0.4（電機MA）、Q0.5（電機MB）、Q0.6（電機MC）

   中間繼電器M11.2和M11.4都是控制著Q0.1、Q0.2、Q0.4、Q0.5。

 中間繼電器M11.3控制著Q0.1、Q0.4。

4.5、花樣噴泉的動態(tài)仿真

如圖4-3，在西門子S7－200的仿真軟件Simulation1.2版中，當(dāng)觸發(fā)I0.0時，相應(yīng)的輸入點燈0亮，同時輸出點燈0、1、2、3、4、5全亮，10秒后;0、1、3、4燈亮;5秒后，0、3亮;5秒后，0、1、3、4亮;10秒后0、1、2、3、4、5全亮。如此循環(huán)。直到按下停止按鈕時，輸出點燈也不再有動作。

圖4-3 噴頭和1號閃燈動作時的仿真圖

五、實際應(yīng)用

音樂噴泉是音樂和噴泉的結(jié)合，音樂是噴泉的主題，噴泉是音樂內(nèi)涵的表達，如圖5-1

圖5-1音樂噴泉

程控噴泉是按照預(yù)先編輯的程序定時變換噴水造型，如圖5-2。

圖5-2程控噴泉

跑動噴泉是按照時序控制噴水，構(gòu)成各種跑動、跳動、波動等形態(tài)，變化多端，如圖5-3

圖5-3跑動噴泉

　參考文獻：

[1] 楊公源. 可編程控制器（PLC）原理與應(yīng)用[M]. 北京：電子工業(yè)出版社，2004

[2] 袁任光. 可編程序控制器應(yīng)用技術(shù)與實例[M]. 廣州：華南理工大學(xué)出版社，2003

[3] 王兆明. 電氣控制與PLC技術(shù)[M]. 北京：清華大學(xué)出版社，2005

[4] 郁漢琪,郭健. 可編程序控制器原理及應(yīng)用[M]. 北京：中國電力出版社，2004

[5] 胡學(xué)林. 可編程序控制器教程（基礎(chǔ)篇）[M]. 北京：電子工業(yè)出版社，2003

[6] 何學(xué)明，王華民. 提高網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)PLC控制系統(tǒng)可靠性的研究[J]．自動化儀表. 2004

[7] 王洪猛. 基于PLC 的過程控制系統(tǒng)設(shè)計與實現(xiàn)[J]. 自動化技術(shù)與應(yīng)用, 2004

[8] 何明煒. 實用可編程邏輯控制器(二)[J]. 實用影音技術(shù) , 1996

[9] 秦虹. PLC 控制系統(tǒng)的編程方法簡述[J] . 機床電器,2002

[10] 江秀漢. 可編程控制器原理及其應(yīng)用[M]. 西安：西安電子科技大學(xué)出版社，2001

[11] 陳在平. 可編程控制器技術(shù)與應(yīng)用系統(tǒng)設(shè)計[M]. 北京：機械工業(yè)出版社，2003

[12] 張運波. PLC梯形圖設(shè)計中的關(guān)鍵技術(shù) [J]. 長春工程學(xué)院學(xué)報(自然科學(xué)版) , 2000

注：本文是工控網(wǎng)專家用戶原創(chuàng)文章，文責(zé)由作者自負。