基于西門子plc的花樣噴泉控制系統(tǒng)畢業(yè)設(shè)計(jì)

1、<p><b>　　1 引言</b></p><p><b>　　1.1噴泉的發(fā)展</b></p><p>　　1.1.1我國噴泉的發(fā)展</p><p>　　自古以來,噴泉水景在我國園林建造中應(yīng)用廣泛,但是就其技術(shù)而言,只是利用地形之高差或自然的水壓,而形成鏡池、溪流、涌泉、壁流、瀑布等,景觀形式較為單一。二十世

2、紀(jì)八十年代以后，伴隨著改革開放的春風(fēng)，國民經(jīng)濟(jì)快速恢復(fù)并且持續(xù)發(fā)展，人民生活得到穩(wěn)步提升。在一些大中型城市中，城市建設(shè)和園林設(shè)計(jì)部門對噴泉景觀在環(huán)境的美化和文化氛圍的營造上提出了新的要求。一些園林，水利的設(shè)計(jì)院，研究所及大專院校，根據(jù)土建結(jié)構(gòu)、給水排水、機(jī)電控制等傳統(tǒng)的專業(yè)技術(shù)，加上當(dāng)時先進(jìn)的單片機(jī)，通過電磁閥和直流電機(jī)調(diào)速實(shí)行變量控制，設(shè)計(jì)出許多優(yōu)秀的噴泉、水景。令人耳目一新, 給人以視聽上的高度享受，得到了良好的社會反映和社會效益。

3、在這個時期，一些噴泉設(shè)備專業(yè)加工廠和公司開始組建、發(fā)展，為噴泉的專業(yè)化發(fā)展提供了力量，打下了基礎(chǔ)。噴泉水景逐步成為美化城市改善環(huán)境的重要手段[1]。</p><p>　　二十世紀(jì)九十年代以后，社會主義市場經(jīng)濟(jì)快速發(fā)展，全國城市建設(shè)速度加快，人們也追求高質(zhì)量的文化生活和環(huán)境美。噴泉開始進(jìn)入到人們的各個社會活動場所中，從此走出公園、園林的圍墻和廣場的中心。市場經(jīng)濟(jì)的推動讓噴泉設(shè)計(jì)和制造行業(yè)進(jìn)入了快速發(fā)展的新天地。一些

4、噴泉專業(yè)的生產(chǎn)廠商和制造公司，在這段時間內(nèi)應(yīng)運(yùn)而生，快速發(fā)展起來。專業(yè)研究人員把微機(jī)技術(shù)、信息技術(shù)，以及聲、光、電、霧、火、激光、音樂、水幕電影等技術(shù)應(yīng)用到噴泉之中，把噴泉行業(yè)的技術(shù)水平推上了一個新的層面，開拓了廣闊的應(yīng)用空間，噴泉行業(yè)得到了飛速發(fā)展。2001年中國建筑金屬結(jié)構(gòu)協(xié)會、給水排水設(shè)備分會成立了水景噴泉專業(yè)委員會，行業(yè)組織為城鎮(zhèn)、園林的主管部門、設(shè)計(jì)院、所及專業(yè)生產(chǎn)廠商、公司提供服務(wù)，促進(jìn)噴泉行業(yè)健康有序地發(fā)展。一些大學(xué)和中專

5、的建筑、園林專業(yè)也開設(shè)了水景、噴泉課程，為噴泉行業(yè)的今后發(fā)展提供了知識儲備。噴泉行業(yè)的發(fā)展進(jìn)入到一個新的階段[2-3]。</p><p>　　1.1.2噴泉的應(yīng)用狀況</p><p>　　隨著人們生活水平的提高，精神生活的不斷豐富，人們對噴泉的景觀功能，環(huán)保功能，娛樂功能提出了新的要求。</p><p>　　在噴泉方案的制作上，短短的幾年時間就從手工制圖發(fā)展到pho

6、to shop圖片再發(fā)展到三維動畫制作的光盤描繪的動態(tài)噴水方案，計(jì)算機(jī)技術(shù)極大地豐富和開拓了人們的思維空間?？焖?、直觀、便于保存、易于修改的優(yōu)點(diǎn)很快地就被建設(shè)方接受，成為噴泉設(shè)計(jì)方案招投標(biāo)的必備內(nèi)容。噴泉的專用產(chǎn)品，設(shè)備也在不斷地更新?lián)Q代，新材料、新技術(shù)的采用，環(huán)保型的產(chǎn)品更加安全、可靠，售后服務(wù)周到、及時，這些都為噴泉的良性發(fā)展提供了技術(shù)支撐，使得大多數(shù)的噴泉在美化環(huán)境之外，還發(fā)揮了良好的生態(tài)效應(yīng)社會效益和廣告效應(yīng)等間接的經(jīng)濟(jì)效益[4

7、]。</p><p>　　一些大型城市的城市主題噴泉造型雄偉，壯觀，給人團(tuán)結(jié)向上，氣勢磅礴的感覺，像西安大雁塔的音樂噴泉已經(jīng)成為城市的地標(biāo)，城市精神面貌提升到很高的等級。在廣場和公園的大型噴泉，結(jié)合了多種技術(shù)，形成了許多令人留戀往返的噴泉，像激光音樂噴泉，火焰音樂噴泉，結(jié)合水幕電影的主題噴泉，既動感十足，又富有詩意，配合聲、光、電、霧、火，給人們以變幻無窮，絢麗多姿的視聽效果。在購物中心，商業(yè)廣場的景觀噴泉，松弛

8、、舒適的環(huán)境氛圍給人們愉悅的感受，也加濕了空氣，降低溫度。隨著住宅小區(qū)的越來越高檔，噴泉景觀也逐步走入了小區(qū)人民的生活，伴隨假山，景觀湖，既有中、老年人們喜愛的幽靜、典雅的風(fēng)格，也有適于兒童嬉水，趣味十足的形式。商場內(nèi)、酒樓里的噴泉小巧、別致，既調(diào)節(jié)了室內(nèi)小氣候，又增添了畫意。依托大型建筑物和自然地形建成的人工瀑布及溢水造景給人們以清新和另有韻味的感受。噴泉在電視和大型歌舞上頻頻出現(xiàn)，水形烘托著演出的效果給人眼前一亮的感覺。精巧優(yōu)美的微

9、型噴泉走進(jìn)了辦公室和居室，給室內(nèi)增添了動態(tài)的裝飾。</p><p>　　噴泉是藝術(shù)和技術(shù)的結(jié)合物，建筑藝術(shù)、園林藝術(shù)、美術(shù)以至引伸到人文學(xué)、文學(xué)藝術(shù)、音樂藝術(shù)等都能蘊(yùn)含到噴泉的設(shè)計(jì)、創(chuàng)作中。不少成功的作品都注意噴泉的設(shè)計(jì)風(fēng)格與周邊的環(huán)境、建筑物風(fēng)格的協(xié)調(diào)一致，注意當(dāng)?shù)厝宋?、文化心理，所以好的方案設(shè)計(jì)是至關(guān)重要的，它是成功的起點(diǎn)[5-7]。</p><p>　　1.1.3現(xiàn)代噴泉出現(xiàn)的問題&

10、lt;/p><p>　　隨著噴泉的廣泛應(yīng)用，噴泉的一些問題也逐漸暴漏出來，有些認(rèn)識上的誤區(qū)和不良傾向應(yīng)該引起人們的重視。否則會對噴泉行業(yè)的持續(xù)發(fā)展會造成嚴(yán)重打擊。</p><p>　　（1）方案設(shè)計(jì)上的很盲目，導(dǎo)致作品成為敗筆，使作品難于長久保存。</p><p>　?。?）細(xì)部設(shè)計(jì)的不合理，直接影響作品效果。</p><p>　?。?）質(zhì)次價(jià)高

11、的偽劣產(chǎn)品直接影響著有關(guān)廠商和公司的信譽(yù)。</p><p>　?。?）節(jié)能、節(jié)水、環(huán)保問題應(yīng)引起足夠的重視。</p><p>　　噴泉的水造型是通過細(xì)部設(shè)計(jì)來實(shí)現(xiàn)的，機(jī)、泵、管、閥門、噴頭的合理選配，直接影響著噴水效果。有些噴泉的設(shè)計(jì)，只注意了流量、工作壓力等技術(shù)指標(biāo)，忽視了流態(tài)效果這個重要因素，水造型效果差。</p><p>　　例如：超高水柱密實(shí)段長，破裂段和霧

12、化段短，水柱直徑和噴水高度比例合適，抗風(fēng)能力強(qiáng)，噴水效果挺拔、雄偉。而目前的一些超高水柱，水柱密實(shí)段短，破裂段和霧化段長，水柱直徑與噴水高度相比顯得細(xì)小單薄，抗風(fēng)能力差，水柱很容易被吹散飄移，這就是有關(guān)參數(shù)選配不合理所致。在整體水造型的組合效果上也存在類似的問題。細(xì)部設(shè)計(jì)不合理，是技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)差的表現(xiàn)，需要在設(shè)計(jì)階段給予解決[8]。</p><p>　　噴泉是耗能的景觀工程，在保障設(shè)計(jì)效果的前提下，盡可能地節(jié)約水

13、能源，這在方案設(shè)計(jì)階段時就應(yīng)該進(jìn)行量體裁衣的設(shè)計(jì)。我國是一個缺水的國家，節(jié)水是我國的基本國策，噴泉要提倡循環(huán)用水，設(shè)計(jì)時應(yīng)考慮減少噴水的霧化，飄移損失。循環(huán)用水系統(tǒng)應(yīng)該有過濾凈化裝置，現(xiàn)在有許多旱噴泉，噴水很容易把地面上的泥土、臟物沖入地下水池，水質(zhì)極易污染，搞好池水凈化，延長池水使用周期，用過的池水可以澆灌周邊的草坪、綠地，既節(jié)約了用水，又有環(huán)保的功能。這就達(dá)到了噴泉應(yīng)該體現(xiàn)的價(jià)值。</p><p><b

14、>　　1.2噴泉的種類</b></p><p>　　噴泉經(jīng)過長時間的發(fā)展大體分成兩類，一種是利用自然現(xiàn)場的地形結(jié)構(gòu)，因地適宜的仿照自然水景建造，如：壁泉、涌泉、霧泉、管流、溪流、瀑布、水簾、跌水、水濤、漩渦等。另一種是完全利用高科技的噴泉設(shè)施進(jìn)行布景，這類水景近年來在建筑領(lǐng)域廣泛應(yīng)用，發(fā)展速度很快，種類繁多，如音樂噴泉、跑泉、干池旱泉、水幕電影、移動浮圈、噴火水泉、激光噴泉等等[9-10]。&l

15、t;/p><p>　　1.3噴泉中的一些新技術(shù)</p><p>　　漂浮式：整座水景噴泉的管道系統(tǒng)全部安裝在浮箱上，所以噴泉設(shè)備的運(yùn)行不受季節(jié)性水位高低的影響。漂浮式噴泉制作、安裝工藝技術(shù)性強(qiáng)，但維護(hù)方便，易于保養(yǎng)。在大型自然湖泊或各種人工湖中廣泛應(yīng)用。</p><p>　　跑泉：多個噴頭，按時序控制，構(gòu)成各種形態(tài)瞬時變化的水型?？梢孕纬膳軇?、跳動、波動等形狀，又可以成

16、固定造型的噴水形態(tài)，氣勢雄偉，變化多端。</p><p>　　水幕激光：采用特殊的入映機(jī)播放，使用的影片也是專門為水幕電影特制的影帶。由于電影的屏幕是透明的水膜，因此在電影播放時會有一種特殊的光學(xué)效果，屏幕的視覺穿透性可使畫面具有一種立體感，影片的內(nèi)容可與水面巧妙的結(jié)合，更有一種身臨其境般的奇幻感覺[11-12]。</p><p>　　1.4設(shè)計(jì)的主要研究內(nèi)容及安排</p>

17、<p>　　本設(shè)計(jì)根據(jù)生活當(dāng)中出現(xiàn)的一些情況，以花樣噴泉為研究對象，結(jié)合了大量資料及文獻(xiàn)，研究花樣噴泉的控制問題，設(shè)計(jì)出一套可行性較高的噴泉控制系統(tǒng)。</p><p>　　自動噴泉控制的實(shí)現(xiàn)方法很多，本設(shè)計(jì)題目為基于可編程邏輯控制器（PLC）的噴泉控制系統(tǒng)，用可編程邏輯控制器(PLC)，不僅能夠進(jìn)行多種水型切換，而且能將各種水型、燈光，按照預(yù)先設(shè)定的排列組合進(jìn)行控制程序的設(shè)計(jì)，通過計(jì)算機(jī)運(yùn)行控制程序發(fā)出

18、控制信號，使水型、燈光實(shí)現(xiàn)多姿多彩的變化。通過上位機(jī)（PC）與PLC之間的通訊來監(jiān)控噴泉的狀態(tài)與效果，進(jìn)而控制電動機(jī)，以達(dá)到順利實(shí)現(xiàn)工業(yè)控制的要求及目的，同時還要達(dá)到低功耗、高性價(jià)比、運(yùn)行安全可靠等基本要求。</p><p>　　2 系統(tǒng)總體方案設(shè)計(jì)</p><p>　　2.1 實(shí)現(xiàn)方法分析與可行性討論</p><p>　　2.1.1單片機(jī)噴泉控制系統(tǒng)</p&

19、gt;<p>　　單片機(jī)也稱為單片微型計(jì)算機(jī)，是把微型計(jì)算機(jī)的各部件——中央處理器、存儲器、輸入輸出接口電路、定時器/計(jì)數(shù)器等制作在一塊集成電路芯片上，構(gòu)成一個完整的微型計(jì)算機(jī)，如圖2.1所示。</p><p>　　由于單片機(jī)在一塊小芯片上就集成了一臺計(jì)算機(jī)有具備的功能，所以其在工業(yè)控制中占據(jù)很重要的地位。它具有超小型化、結(jié)構(gòu)緊湊、抗干擾能力強(qiáng)等優(yōu)勢。特別適用于實(shí)時工業(yè)測量控制、智能化儀器儀表和家用

20、電器控制等應(yīng)用系統(tǒng)[13]。</p><p>　　目前，市場上流行的單片機(jī)種類繁多，如MCS-51系列，8位單片機(jī)仍占有單片機(jī)市場60%以上的份額，促進(jìn)了8位單片機(jī)朝著高性能和多功能化方向發(fā)展。其他單片機(jī)，如凌陽公司的SPCE061A 16位單片機(jī)，美國TEXAS INSTRUMENTS公司的MSP430系列單片機(jī)，ARM（Advanced RISC Machine）嵌入式單片機(jī)等都是各有優(yōu)

21、點(diǎn)，在不同的領(lǐng)域中有著很好的應(yīng)用。</p><p>　　圖2.1 單片機(jī)控制系統(tǒng)</p><p>　　單片機(jī)控制系統(tǒng)用于噴泉控制是完全可行的，它可以通過定時器/計(jì)數(shù)器對噴泉噴射的時間進(jìn)行控制，并且也可以利用串行接口與上位機(jī)進(jìn)行通訊。由于單片機(jī)的價(jià)格比較便宜，所以大批量生產(chǎn)時的性能價(jià)格比很高。但由于單片機(jī)需要附屬很多的外圍電路，對電路的設(shè)計(jì)水平要求很高，否則便很可能降低系統(tǒng)的穩(wěn)定性[14]

22、。而且，由于噴泉控制系統(tǒng)很少會有批量生產(chǎn)的情況，對于小規(guī)模制作時，PCB印刷電路板的制作成本是很高的。</p><p>　　綜上所述，此次設(shè)計(jì)采用單片機(jī)控制系統(tǒng)不是最佳方案。</p><p>　　2.1.2工控機(jī)噴泉控制系統(tǒng)</p><p>　　工控機(jī)即工業(yè)控制計(jì)算機(jī)，但現(xiàn)在更時髦的叫法是產(chǎn)業(yè)電腦或工業(yè)電腦，英文簡稱IPC，全稱Industrial Personal

23、 Computer。工控機(jī)通俗的說就是專門為工業(yè)現(xiàn)場而設(shè)計(jì)的計(jì)算機(jī)，如圖2.2所示。</p><p><b>　　工控機(jī)特點(diǎn)</b></p><p>　　工控機(jī)通俗的說就是專門為工業(yè)現(xiàn)場而設(shè)計(jì)的計(jì)算機(jī)，而工業(yè)現(xiàn)場一般具有強(qiáng)烈的震動，灰塵特別多，另有很高的電磁場力干擾等特點(diǎn)，且一般工廠均是連續(xù)作業(yè)即一年中一般沒有休息。因此，工控機(jī)與普通計(jì)算機(jī)相比必須具有以下特點(diǎn)：<

24、;/p><p>　　1） 機(jī)箱采用鋼結(jié)構(gòu)，有較高的防磁、防塵、防沖擊的能力。</p><p>　　2） 機(jī)箱內(nèi)有專用底板，底板上有PCI和ISA插槽。</p><p>　　3） 機(jī)箱內(nèi)有專門電源，電源有較強(qiáng)的抗干擾能力。</p><p>　　4） 要求具有連續(xù)長時間工作能力。 </p><p>　　自1984年國內(nèi)開始從事

25、開發(fā)和推廣應(yīng)用工控機(jī)以來，已被廣泛地應(yīng)用于鋼鐵冶金、石油化工、機(jī)電成套設(shè)備、醫(yī)藥食品、數(shù)控機(jī)床、工業(yè)爐窯等工業(yè)領(lǐng)域、以及軍工和科研設(shè)備中[15]。</p><p>　　圖2.2 工控機(jī)控制系統(tǒng)</p><p>　　對于工控機(jī)作為噴泉控制系統(tǒng)，由于噴泉控制系統(tǒng)的環(huán)境相對工業(yè)控制環(huán)境要好得多，而且噴泉控制系統(tǒng)對連續(xù)長時間工作的能力要求也不是很高，用工控機(jī)設(shè)計(jì)噴泉控制系統(tǒng)實(shí)屬有些大材小用。而且工

26、控機(jī)的價(jià)格較同層次的PC機(jī)要偏高，這樣就更增加了系統(tǒng)的成本，降低了整體的性價(jià)比。</p><p>　　2.1.3 PLC噴泉控制系統(tǒng)</p><p>　　自二十世紀(jì)六十年代美國推出可編程邏輯控制器（Programmable Logic Controller，PLC）取代傳統(tǒng)繼電器控制裝置以來，PLC得到了快速發(fā)展，在世界各地得到了廣泛應(yīng)用。同時，PLC的功能也不斷完善。隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)、信號

27、處理技術(shù)、控制技術(shù)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的不斷發(fā)展和用戶需求的不斷提高，PLC在開關(guān)量處理的基礎(chǔ)上增加了模擬量處理和運(yùn)動控制等功能[16]。今天的PLC不再局限于邏輯控制，在運(yùn)動控制、過程控制等領(lǐng)域也發(fā)揮著十分重要的作用。如圖2.3所示。</p><p>　　作為離散控的制的首選產(chǎn)品，PLC在二十世紀(jì)八十年代至九十年代得到了迅速發(fā)展，世界范圍內(nèi)的PLC年增長率保持為20%～30%。隨著工廠自動化程度的不斷提高和PLC市場容量基

28、數(shù)的不斷擴(kuò)大，在自動化領(lǐng)域占據(jù)著十分重要的位置。</p><p>　　PLC是由模仿原繼電器控制原理發(fā)展起來的，二十世紀(jì)七十年代的PLC只有開關(guān)量邏輯控制，首先應(yīng)用的是汽車制造行業(yè)。它以存儲執(zhí)行邏輯運(yùn)算、順序控制、定時、計(jì)數(shù)和運(yùn)算等操作的指令；并通過數(shù)字輸入和輸出操作，來控制各類機(jī)械或生產(chǎn)過程[17-19]。用戶編制的控制程序表達(dá)了生產(chǎn)過程的工藝要求，并事先存入PLC的用戶程序存儲器中。運(yùn)行時按存儲程序的內(nèi)容逐條

29、執(zhí)行，以完成工藝流程要求的操作。</p><p>　　圖2.3 PLC控制系統(tǒng)</p><p>　　一個PLC的控制器，可以接收幾千個I/O點(diǎn)（最多可達(dá)8000多個I/O）。對于噴泉控制系統(tǒng)這樣，被控對象主要是設(shè)備連鎖、回路很少，采用PLC較為合適。PLC由于采用通用監(jiān)控軟件，在組態(tài)軟件設(shè)計(jì)方面，要容易一些。且PLC通常都支持現(xiàn)場總線，會使得系統(tǒng)通信得到有利保障，更適合實(shí)現(xiàn)上位機(jī)的遠(yuǎn)程監(jiān)

30、控。</p><p>　　目前適用于噴泉控制的中小型PLC種類繁多，價(jià)格低廉。使設(shè)計(jì)者會有更多的選擇余地。系統(tǒng)整體造價(jià)會比工控機(jī)低，而且不會降低系統(tǒng)的穩(wěn)定性。</p><p>　　經(jīng)過以上三種控制系統(tǒng)的可行性分析可以看出，以PLC為下位機(jī)，PC機(jī)為上位機(jī)組成的控制系統(tǒng)是此次設(shè)計(jì)噴泉控制系統(tǒng)的最佳方案。</p><p>　　2.2 總體實(shí)現(xiàn)方案</p>

31、<p>　　根據(jù)設(shè)計(jì)要求，該噴泉控制系統(tǒng)是由PLC組成，如圖2.4所示。PLC對噴泉的水泵進(jìn)行時序控制，產(chǎn)生各種不同的噴水造型。需設(shè)計(jì)四種不同的噴泉類型。上位機(jī)編寫組態(tài)軟件對噴泉的工作狀態(tài)進(jìn)行實(shí)時監(jiān)控。</p><p>　　要求噴泉控制程序能夠產(chǎn)生不同的噴水造型，并且符合美學(xué)標(biāo)準(zhǔn)，邏輯合理，且操作簡單。</p><p>　　圖 2.4 噴泉控制系統(tǒng)總體方案</p>

32、<p>　　3 花樣噴泉的設(shè)計(jì)方案</p><p>　　3.1 花樣噴泉模型</p><p>　　某廣場的花樣噴泉示意圖如3.1所示。</p><p>　　圖3.1 花樣噴泉示意圖</p><p>　　其中4號為中間噴頭，3號為內(nèi)環(huán)狀噴頭，2號為外環(huán)形狀噴頭，1號為外環(huán)形狀噴頭。</p><p>　　3.2

33、花樣噴泉控制要求 </p><p>　　（1）按下啟動按鈕，噴泉控制裝置開始工作；按下停止按鈕，噴泉控制裝置停止工作。</p><p>　?。?）噴泉的工作方式由花樣選擇開關(guān)和單步/連續(xù)開關(guān)決定。</p><p>　?。?）當(dāng)單步/連續(xù)開關(guān)在單步位置時，噴泉只能按照花樣選擇開關(guān)設(shè)定的方式，運(yùn)行一個循環(huán)。</p><p>　?。?）花樣選擇開關(guān)

34、用于選擇噴泉的噴水花樣?，F(xiàn)考慮四種噴水花樣。</p><p>　　a 花樣選擇開關(guān)在位置1時，按下啟動按鈕后，4號噴頭噴水，延時2s后，3號噴頭噴水，再延時2s后，2號噴頭噴水，又延時2s后，1號噴頭噴水。18s后，如果為單步工作方式，則停止下來。如果為連續(xù)工作方式，則繼續(xù)循環(huán)下去。</p><p>　　b 花樣選擇開關(guān)在位置2時，按下啟動按鈕后，1號噴頭噴水，延時2s后，2號噴頭噴水，再

35、延時2s后，3號噴頭噴水，又延時2s后，4號噴頭噴水。30s后，如果為單步工作方式，則停止下來。如果為連續(xù)工作方式，則繼續(xù)循環(huán)下去。</p><p>　　c花樣選擇開關(guān)在位置3時，按下啟動按鈕后，1、3號噴頭同時噴水，延時3s后，2、4號噴頭噴水，1、3號停止噴水。如此交替運(yùn)行15s后，4組噴頭全噴水，30s后，如果為單步工作方式，則停止下來。如果為連續(xù)工作方式，則繼續(xù)循環(huán)下去。</p><p

36、>　　d 花樣選擇開關(guān)在位置4時，按下啟動按鈕后，按照1→2→3→4的順序，依次間隔2s噴水，然后一起噴水。30s后，按照1→2→3→4順序，分別延時2s，依次停止噴水。再經(jīng)1s延時，按照4→3→2→1的順序，依次間隔2s噴水，然后一起噴水。 30s后停止。如果為單步工作方式，則停止下來。如果為連續(xù)工作方式，則繼續(xù)循環(huán)下去。</p><p><b>　　3.3工作流程圖</b><

37、/p><p>　　圖3.2花樣噴泉流程圖</p><p>　　如圖3.2，通電后，進(jìn)入工作狀態(tài)。按下啟動按鈕，噴泉裝置進(jìn)入準(zhǔn)備工作狀態(tài)，選擇花樣，按下單步按鈕，系統(tǒng)按設(shè)定程序進(jìn)行一個循環(huán)后停止。按下連續(xù)按鈕，系統(tǒng)按設(shè)定程序進(jìn)行連續(xù)循環(huán)。如果按下停止按鈕，系統(tǒng)則停止運(yùn)行，如果不按停止按鈕，系統(tǒng)則按照選擇的花樣繼續(xù)運(yùn)行下去直到按下停止按鈕。</p><p>　　3.4可編程

38、控制器PLC的選取與其特點(diǎn)</p><p>　　本論文選用西門子公司的S7-200系列可編程序控制器PLC。S7-200系列PLC適用于各行各業(yè)，各種場合中的檢測、監(jiān)測及控制的自動化[20]。S7-200系列的強(qiáng)大功能使其無論在獨(dú)立運(yùn)行中，或相連成網(wǎng)絡(luò)皆能實(shí)現(xiàn)復(fù)雜控制功能。因此S7-200系列具有極高的性能/價(jià)格比。S7-200系列出色表現(xiàn)在以下幾個方面：</p><p>　?。?）極高的

39、可靠性 </p><p>　?。?）極豐富的指令集 </p><p><b>　?。?）易于掌握 </b></p><p><b>　?。?）便捷的操作 </b></p><p>　　（5）豐富的內(nèi)置集成功能 </p><p><b>　?。?）實(shí)時特性 </

40、b></p><p>　?。?）強(qiáng)勁的通訊能力 </p><p>　?。?）豐富的擴(kuò)展模塊 </p><p>　　S7-200系列在集散自動化系統(tǒng)中充分發(fā)揮其強(qiáng)大功能。使用范圍可覆蓋從替代繼電器的簡單控制到更復(fù)雜的自動化控制[21-23]。應(yīng)用領(lǐng)域極為廣泛，覆蓋所有與自動檢測，自動化控制有關(guān)的工業(yè)及民用領(lǐng)域，包括各種機(jī)床、機(jī)械、電力設(shè)施、民用設(shè)施、環(huán)境保護(hù)設(shè)備

41、等等。如：沖壓機(jī)床，磨床，印刷機(jī)械，橡膠化工機(jī)械，中央空調(diào)，電梯控制，運(yùn)動系統(tǒng)[24]。</p><p>　　3.5 基于PLC花樣噴泉的接口設(shè)計(jì)</p><p>　　花樣噴泉設(shè)計(jì)方案是根據(jù)花樣選擇開關(guān)的位置信號，采用跳轉(zhuǎn)指令編程。在每一個跳轉(zhuǎn)程序段內(nèi)，采用定時器指令實(shí)現(xiàn)順序控制。</p><p>　　PLC I/O口地址分配表如表3.1所示</p>

42、<p>　　表3.1 PLC I/O口地址分配表</p><p>　　3.6 PLC 外部接線圖</p><p>　　PLC 外部接線圖如圖3.3所示</p><p>　　圖3.3 PLC外部接線圖</p><p>　　3.7花樣噴泉的梯形圖</p><p>　　3.7.1 梯形圖中的關(guān)鍵問題及實(shí)現(xiàn)</

43、p><p>　　I0.0代表啟動按鈕，I0.6代表停止按鈕，I0.1、I0.2、I0.3、I0.4分別代表四種花樣，I0.5代表模式選擇（按下表示重復(fù)）；Q 0.1、Q0.2、Q0.3、Q0.4分別代表4個噴頭；中間變量M 0.1、M0.2、M0.3、M 0.4代表4個噴水階段；M1.0代表停止?fàn)顟B(tài)。</p><p>　　本論文的梯形圖采用西門子公司STEP 7- Micro/WIN V4.0

44、 SP3版軟件編程并截圖而得，四種花樣的梯形圖均有截圖，因梯形圖篇幅太大，所以采用截圖后拼接的方式拼合在一起。</p><p><b>　　3.7.2 梯形圖</b></p><p>　　花樣一對應(yīng)的梯形圖如圖3.4所示</p><p>　　圖3.4 花樣一對應(yīng)的梯形圖</p><p>　　如圖3.4所示，花樣一對應(yīng)的梯

45、形圖中，各網(wǎng)絡(luò)所起到的作用：網(wǎng)絡(luò)1的梯形圖程序作用是啟動噴泉進(jìn)入第1步；網(wǎng)絡(luò)2作用為停止噴泉；網(wǎng)絡(luò)3為第1步,代表啟動4號噴頭并且啟動2秒定時器；網(wǎng)絡(luò)4作用定時時間到進(jìn)入第2步；網(wǎng)絡(luò)5為第2步,表示啟動3號噴頭并啟動2s定時器；網(wǎng)絡(luò)6作用是定時時間到進(jìn)入第3步；網(wǎng)絡(luò)7為第3步,代表啟動2號噴頭和啟動2s定時器；網(wǎng)絡(luò)8為定時時間到進(jìn)入第4步；網(wǎng)絡(luò)為9為第4步,表示啟動1號噴頭和啟動18秒定時器；網(wǎng)絡(luò)10表示定時時間到并判斷是否需要重復(fù)。&

46、lt;/p><p>　　花樣二對應(yīng)的梯形圖如圖3.5所示</p><p>　　圖3.5花樣二對應(yīng)的梯形圖</p><p>　　如圖3.5所示，花樣二對應(yīng)的梯形圖中，各網(wǎng)絡(luò)所起到的作用：網(wǎng)絡(luò)1的梯形圖程序作用是啟動噴泉進(jìn)入第1步；網(wǎng)絡(luò)2作用為停止噴泉；網(wǎng)絡(luò)3為第1步,代表啟動1號噴頭并且啟動2秒定時器；網(wǎng)絡(luò)4作用定時時間到進(jìn)入第2步；網(wǎng)絡(luò)5為第2步,表示啟動2號噴頭并啟動

47、2s定時器；網(wǎng)絡(luò)6作用是定時時間到進(jìn)入第3步；網(wǎng)絡(luò)7為第3步代,表啟動3號噴頭和啟動2s定時器；網(wǎng)絡(luò)8為定時時間到進(jìn)入第4步；網(wǎng)絡(luò)9為第4步,表示啟動4號噴頭和啟動30秒定時器；網(wǎng)絡(luò)10表示定時時間到并判斷是否需要重復(fù)。</p><p>　　花樣三對應(yīng)的梯形圖如圖3.6所示</p><p>　　圖3.6花樣三對應(yīng)的梯形圖</p><p>　　如圖3.6所示，花樣三對

48、應(yīng)的梯形圖中，各網(wǎng)絡(luò)所起到的作用：網(wǎng)絡(luò)1的梯形圖程序作用是啟動噴泉并進(jìn)入第1步；網(wǎng)絡(luò)2作用為停止噴泉；網(wǎng)絡(luò)3為第1步,代表啟動1、3號噴頭并且啟動3s定時器；網(wǎng)絡(luò)4作用定時時間到進(jìn)入第2步；網(wǎng)絡(luò)5為第2步,代表啟動2、4號噴頭和啟動3s定時器；網(wǎng)絡(luò)6作用是定時時間到進(jìn)入第3步；網(wǎng)絡(luò)7為第3步,表示啟動1、3號噴頭并且啟動3s定時器；網(wǎng)絡(luò)8為定時時間到進(jìn)入第4步；網(wǎng)絡(luò)9為第4步,表示啟動2、4號噴頭和啟動3s定時器；網(wǎng)絡(luò)10表示定時時間到

49、并進(jìn)入第5步；網(wǎng)絡(luò)11為第5步,代表啟動1、3號噴頭并且啟動3s定時器；網(wǎng)絡(luò)12作用定時時間到進(jìn)入第6步；網(wǎng)絡(luò)13為第6步,表示4個噴頭同時啟動，啟動30s定時器；網(wǎng)絡(luò)14作用是定時時間到判斷是否需要重復(fù)噴水。</p><p>　　花樣四對應(yīng)的梯形圖如圖3.7和圖3.8所示</p><p>　　圖3.7 花樣四對應(yīng)的部分梯形圖</p><p>　　如圖3.7所示，花

50、樣四對應(yīng)的部分梯形圖中，網(wǎng)絡(luò)1到網(wǎng)絡(luò)14所起到的作用：網(wǎng)絡(luò)1的梯形圖程序作用是啟動噴泉進(jìn)入第1步；網(wǎng)絡(luò)2作用為停止噴泉；網(wǎng)絡(luò)3為第1步,代表啟動1號噴頭并且啟動2秒定時器；網(wǎng)絡(luò)4作用定時時間到進(jìn)入第2步；網(wǎng)絡(luò)5為第2步,表示啟動2號噴頭并啟動2s定時器；網(wǎng)絡(luò)6作用是定時時間到進(jìn)入第3步；網(wǎng)絡(luò)7為第3步,代表啟動3號噴頭和啟動2s定時器；網(wǎng)絡(luò)8為定時時間到進(jìn)入第4步；網(wǎng)絡(luò)為9第4步,表示啟動4號噴頭和啟動2秒定時器；網(wǎng)絡(luò)10表示定時時間到

51、并進(jìn)入第5步；網(wǎng)絡(luò)11為第5步,作用是若M2.0斷開，重復(fù)以上噴水動作（1-2-3-4），若M2.0合上，進(jìn)行接下來的動作（4-3-2-1）；網(wǎng)絡(luò)12表示定時時間到，根據(jù)M2.0判斷是否需要重復(fù)一次以上噴水動作（1-2-3-4）；否則，繼續(xù)下一動作（4-3-2-1）；網(wǎng)絡(luò)13為第6步，4個噴泉全部關(guān)閉，延時1s；網(wǎng)絡(luò)14代表定時時間到，進(jìn)入第7步。</p><p>　　圖3.8 花樣四對應(yīng)的部分梯形圖</p

52、><p>　　如圖3.8所示，花樣四對應(yīng)的部分梯形圖中，網(wǎng)絡(luò)15到網(wǎng)絡(luò)24所起到的作用：網(wǎng)絡(luò)15為第7步,其梯形圖程序作用是啟動4號噴頭并且啟動2秒定時器；網(wǎng)絡(luò)16作用定時時間到進(jìn)入第8步；網(wǎng)絡(luò)17為第8步,表示啟動3號噴頭并啟動2s定時器；網(wǎng)絡(luò)18作用是定時時間到進(jìn)入第9步；網(wǎng)絡(luò)19為第9步,代表啟動2號噴頭和啟動2s定時器；網(wǎng)絡(luò)20為定時時間到進(jìn)入第10步；網(wǎng)絡(luò)21為第10步,表示啟動1號噴頭和啟動2秒定時器；網(wǎng)

53、絡(luò)21為第10步，啟動1號噴泉，啟動2s定時器；網(wǎng)絡(luò)22為定時時間到，進(jìn)入第11步；網(wǎng)絡(luò)23為第11步,作用是同時啟動4個噴泉，啟動30s定時器；網(wǎng)絡(luò)24表示定時時間到，判斷是否需要重復(fù)噴水。</p><p>　　3.8花樣噴泉的實(shí)驗(yàn)結(jié)果</p><p>　　采用西門子公司S7-200仿真軟件進(jìn)行調(diào)試，仿真軟件界面如圖3.9, 和所有基于Windows的軟件一樣，仿真軟件最上方是菜單，仿真

54、軟件的所有功能都有對應(yīng)的菜單命令；在工件欄中列出了部分常用的命令（如PLC程序加載，啟動程序，停止程序、AWL、KOP、DB1和狀態(tài)觀察窗口等）。仿真軟件不提供源程序的編輯功能，因此必須和STEP7 Micro/Win程序編輯軟件配合使用，即在STEP7 Micro/Win中編輯好源程序后，利用File|Export命令將梯形圖程序?qū)С鰹閿U(kuò)展名為awl的文件,然后加載到仿真程序中執(zhí)行。</p><p>　　圖3.

55、9 S7-200 PLC 仿真軟件（V2.0）界面</p><p>　　運(yùn)行時共有2組信號指示燈和一組開關(guān)可供觀察和設(shè)置。位于軟件界面下方的一組開關(guān)0至6分別對應(yīng)開啟按鈕、花樣選擇開關(guān)1、花樣選擇開關(guān)2、花樣選擇開關(guān)3、花樣選擇開關(guān)4、重復(fù)選擇按鈕、停止按鈕；位于界面中間的指示燈0至7作用是顯示下方開關(guān)的狀態(tài)；位于界面上方的指示燈1至4代表噴泉的噴頭1至噴頭4。</p><p>　　花樣一

56、的實(shí)驗(yàn)結(jié)果如圖3.10所示：</p><p>　　SHAPE \* MERGEFORMAT </p><p>　　圖3.10花樣一的實(shí)驗(yàn)結(jié)果截圖</p><p>　　花樣二的實(shí)驗(yàn)結(jié)果如圖3.11所示：</p><p>　　SHAPE \* MERGEFORMAT </p><p>　　圖3.11 花樣二的實(shí)驗(yàn)結(jié)果截

57、圖</p><p>　　花樣三的實(shí)驗(yàn)結(jié)果如圖3.12所示：</p><p>　　圖3.12 花樣三的實(shí)驗(yàn)結(jié)果截圖</p><p>　　花樣四的實(shí)驗(yàn)結(jié)果如圖3.13所示：</p><p>　　圖3.13 花樣四的實(shí)驗(yàn)結(jié)果截圖</p><p><b>　　3.9 實(shí)驗(yàn)小結(jié)</b></p>

58、<p>　　本設(shè)計(jì)的梯形圖是用西門子公司的STEP 7- Micro/WIN V4.0 SP3 版編程軟件按設(shè)計(jì)要求編制而得，在 S7-200 sim 2.0 版的仿真軟件上運(yùn)行后，得到的實(shí)驗(yàn)結(jié)果完全符合最初的設(shè)計(jì)要求，因此說明本設(shè)計(jì)給出的梯形圖設(shè)計(jì)合理、方法得當(dāng)、邏輯正確、能夠成功地實(shí)現(xiàn)花樣噴泉的預(yù)定控制要求。此外，在仿真中遇到的最大難題是對軟件進(jìn)行仿真設(shè)置，原因恰恰是對英文專業(yè)詞匯的匱乏和對研究缺乏一種耐心與毅力，最后在

59、同學(xué)和導(dǎo)師的幫助下，我及時調(diào)整好心態(tài)并最終解決了這一難題。</p><p><b>　　4 結(jié)束語</b></p><p>　　本設(shè)計(jì)介紹了花樣噴泉的發(fā)展和現(xiàn)狀，分析了PLC控制花樣噴泉的優(yōu)勢，總結(jié)了國內(nèi)外PLC的現(xiàn)狀與問題等。詳細(xì)闡明了花樣噴泉的設(shè)計(jì)與控制要求，在此基礎(chǔ)上提出了花樣噴泉的噴水花樣，在對4種噴水花樣進(jìn)行分析后設(shè)計(jì)了PLC的外部接線圖、梯形圖，最后，本設(shè)

60、計(jì)選用西門子STEP 7- Micro/WIN V4.0 SP3版的仿真軟件編制梯形圖，并在此基礎(chǔ)上在S7-200 sim 2.0 版仿真軟件上進(jìn)行了調(diào)試，達(dá)到了按下相應(yīng)的花樣選擇開關(guān)并運(yùn)行后，噴泉按相應(yīng)的花樣進(jìn)行噴水的預(yù)期效果。</p><p>　　本設(shè)計(jì)尚存在不足之處，特別是在對花樣進(jìn)行相應(yīng)的編程時，難免會使梯形圖有些錯誤。此外，本設(shè)計(jì)只闡述了四種噴水花樣，這在實(shí)際的運(yùn)用中難免會顯得單調(diào)與欠缺，并且現(xiàn)實(shí)中的花

61、樣噴泉會有相應(yīng)的燈光與聲音效果來使噴泉更具有觀賞性，這一點(diǎn)是需要改進(jìn)的。</p><p>　　PLC設(shè)計(jì)控制系統(tǒng)的發(fā)展趨勢是PLC技術(shù)將繼續(xù)向開放式控制系統(tǒng)方向轉(zhuǎn)移，尤其是基于工業(yè)PC的控制系統(tǒng)，工業(yè)PC技術(shù)提供了許多功能，能夠增強(qiáng)PLC的功能特性。另外，越來越多的PLC供應(yīng)商開始提供Ethernet接口部件。在最近的幾年間，發(fā)展比現(xiàn)有普通小PLC更加強(qiáng)大的PLC是種趨勢，許多PLC供應(yīng)商在其產(chǎn)品的開發(fā)過程中仍然

62、繼續(xù)不斷地改進(jìn)和提高通信性能，其開發(fā)方向主要面向于Ethernet技術(shù)和基于Web技術(shù)。盡管傳統(tǒng)PLC被應(yīng)用于離散過程控制領(lǐng)域，但現(xiàn)在，PLC已被廣泛應(yīng)用于連續(xù)過程控制領(lǐng)域，而且基于連續(xù)過程控制技術(shù)的發(fā)展趨勢正在進(jìn)一步得到增長。</p><p><b>　　參 考 文 獻(xiàn)</b></p><p>　　[1]王克強(qiáng).我國噴泉技術(shù)之現(xiàn)狀及發(fā)展方向[J].給水排水,1993

63、,10:14～15</p><p>　　[2]肖玲俐.音樂噴泉與現(xiàn)場總線技術(shù)[N].北京建筑工程學(xué)院學(xué)報(bào),2003,13(3):81～83</p><p>　　[3]唐莉萍,汪頰.音樂噴泉上位機(jī)控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)[N].東華大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版) ,2003,9(4):38～42</p><p>　　[4]陶虹,唐年,慶蔣猛等.音樂噴泉控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)[N].內(nèi)江師范學(xué)院學(xué)

64、報(bào),2004, 12(19)：21～24</p><p>　　[5]賈樹軍,任曉紅.組態(tài)王在音樂噴泉中的應(yīng)用[J].山西機(jī)械,2009,7(3):33～34</p><p>　　[6] 鄭阿奇,徐斌,曹弋.PLC（西門子）實(shí)用教程[M].北京:工業(yè)出版社,2009:15～20</p><p>　　[7]南建輝﹒MCS-51單片機(jī)原理及應(yīng)用實(shí)例[M].北京：清華大學(xué)出

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66、t;<p>　　[11] 吳明澗,PLC控制的設(shè)計(jì)技巧[J].工業(yè)控制計(jì)算機(jī)學(xué)報(bào),2003</p><p>　　[12] 李占英,姚麗君,梅彥平.零基礎(chǔ)學(xué)歐姆龍CPM2 PLC[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社,2010:52~54</p><p>　　[13]王阿根.PLC控制程序精編108例[M].大連：電子工業(yè)出版社,1997﹒84～90</p><p&g

67、t;　　[14] 張鳳珊，祖龍起.電氣控制及可編程序控制器[M].第二版.北京：中國輕工業(yè)版社， 2009.89～93</p><p>　　[15] 江秀漢,湯楠.可編程序控制器原理及應(yīng)用[M].第二版.西安：西安電子科技大學(xué)出版社,2003:31～35</p><p>　　[16]SIMATIC S7-200系統(tǒng)手冊[M].北京：西門子（中國）有限公司,2004:8～9</p>

68、;<p>　　[17]西門子S7-200 可編程序控制器系統(tǒng)手冊[M].西門子有限公司,1999:35</p><p>　　[18]SIEMENS公司S7-200用戶指南[M].工業(yè)控制計(jì)算機(jī),2002</p><p>　　[19]S7-200可編程序控制系統(tǒng)手冊[M].工業(yè)控制計(jì)算機(jī),2001</p><p>　　[20]殷興光.PLC應(yīng)用與實(shí)踐[M