PLC控制花样喷泉

一、 概述

随着时代的发展，科技水平的提高，城市的喷泉设备已经十分先进，各种音乐喷泉、程控喷泉、激光喷泉已经层出不穷，变化多端。规模可大可小，射程可高可低，喷出的水，大者如珠，细者如雾，变化万千，引人入胜。喷泉，使静水变为动水，使水也有了灵魂，又辅之以各种灯光效果，使水体具有丰富多彩的形态，可以缓冲、软化城市中“凝固的建筑物”和硬质的地面，以增加城市环境的生机，有益与身心健康并能满足视觉艺术的需要。大型城市广场中的人工动态喷泉，也多来自自然的种种水态，如瀑布、水帘、溢流、溪流、壁泉等，随着科学技术的发展进步，各种喷泉真是花样翻新、层出不穷，几乎达到了人们随心所欲创造各种晶莹剔透、绚丽多姿动态水景的程度。喷泉在当今时代，已经形成了一道独特的人文景观。

二、 花样喷泉的动作状态

如图2-1，当通电并闭合开头后，A、B、C三环的喷泉同时喷放，A喷口高度最高，B喷口第二，C喷口最低。同时与A、B、C相对应的闪灯1、2、3随喷口A、B、C一起闪烁。10秒过后，C喷口和闪灯3停止动作，剩下A、B喷口及相应闪灯1、2动作。5秒后，只有A喷口和闪灯1口动作。3秒后，B喷口和2闪灯和A喷品、1闪灯一起动作。5秒后，喷口A、B、C和闪灯1、2、3又开始一起动作，如此如此偱环。

图2-1花样喷泉模型

可是用单片机通过可控硅作为功率开头元件实现花样喷泉时、存在下面的缺点：

1、需要较多的保护电路；

2、程序的增减不灵活；

3、抗干扰能力差；

4、功率因数低。

而采用PLC能有效的解决这些问题，同时PLC具有较强的自诊断功能，能迅速方便检查出故障，缩短检修时间，确保控制系统的可靠性，稳定性。

三 、喷泉设计方案

3.1控制要求分析

如图3-1所示，闪灯1、2、3分别对应电机Ma、Mb、Mc，它们是随电机一起动作的。即电机动作，则相应的闪灯闪烁，电机停止，则相应的闪灯也停止闪烁。

当接通电源，闭合开关SB0时，Ma、Mb、Mc同时动作并持续;10S后Mc停止，Ma、Mb动作持续;5S后Mb、Mc停止动作，Ma动作;3S后Ma、Mb动作，Mc停止;5S 后Ma、Mb、Mc同时动作10S，依次重复上述动作。只要不按下停止开关SB1，喷泉将如此循环下去。

3.2 PLC的选型

S7-200 PLC 具有集成的24V负载电源，它可以直接连接到传感器、变送器和执行器，CPU221、222具有180mA输出，CPU224、224XP、CPU226分别输出280mA或400mA电流，可做负载电源。

该设计中系统开关量输入点只有两个，开关量输出点有6个，如果选用CPU221 PLC （6输入/4输出），需要扩展单元，参照西门子S7-200产品目录及市场实际价格，选用主机为CPU222（8输入/6输出）。CPU222的主要技术数据见表3-1。

表3-1 CPU222的主要技术数据

特性

CPU222

外形尺寸/mm×mm×mm

90×80×62

程序存储区

2048字

数据存储区

1024字

掉电保护时间/h

50

本机I/O

8入/6出

扩展模块数量

2

高速计数器，单相，双相

4路30KHz，2路20KHZ

脉冲输出（DC）

2路20KHZ

模拟电位器

1

实时时钟

配时钟卡

通讯口

1RS-485

浮点运算

有

I/O映像区

256（128入/128出）

布尔指令执行速度

0.37üs/指令

3.3电机的选择

  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。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。

   它的使用条件： 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值在5-9之间。它的系列产品的主要技术参数如表3-2。因为本设计中主要用到的是小扬程喷泉泵，表中只给出了一些中低扬程的技术参数。

表3-2 QSP系列中低扬程产品的主要技术参数

序号

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)

配管内径

(mm)

1

QSP100-45-2.2

100

4.5

2.2

2860

5.7

380

150

2

QSP65-7-2.2

65

7

2.2

2860

5.7

380

100

3

QSP160-4-3

160

4

3

2860

7.54

380

150

4

QSP100-6-3

100

6

3

2860

7.54

380

150

5

QSP144-5-3

144

5

3

2860

8.5

380

152

6

QSP250-5-5.5

250

5

5.5

2860

13.2

380

152

7

QSP200-9-7.5

200

9

7.5

2860

16.8

380

200

8

QSP500-3.5-7.5

500

3.5

7.5

2860

16.8

380

250

9

QSP400-4.5-7.5

400

4.5

7.5

2860

16.8

380

250

注：1、表内所列为代表性的规格，未列入本表的详见铭牌技术参数。

    2、外装式电动机保护开关由用户自行配制。

根据本次设计的设计要求，MA电机扬程要求最高，MB次之。MC最低，所以可以选用QSP144-5-3 做为MA电机，扬程为5米; 相相应的QSP160-4-3做为MB电机，扬程为4.5米; QSP500-3.5-7.5做为MC电机。扬程为3.5米。图3-2为QSP型园林喷泉用潜水电泵的图样。

四、PLC程序

4.1、花样喷泉的I/O分配情况

输入信号

启动按钮SB0                I0.0

停止按键 SB1               I0.1

输出信号

1号闪灯                     Q0.0

2号闪灯                     Q0.1

3号闪灯                     Q0.2

A喷头喷水开关接触器         Q0.3

B喷头喷水开关接触器         Q0.4

C喷头喷水开关接触器         Q0.5

4.2、花样喷泉的I/O接线图

PLC的输入按钮只有一个SB0，用来控制系统的启动和停止。由于西门子PLC内部不为其输入点提供电源，需用户自行提供，因而设计中采用PLC自身输出的+24V的电源（M和L+两端）为上述按钮供电。PLC的输出带负载的能力较低，如果直接带动直流电磁阀或闪灯，容易导致输出触点烧坏，因些采用中间继电器（KA0～KA5）作为驱动元件，间接的控制潜水泵用闪灯的开户和闭合。各个输出支路的中间继电器均并联一个续流二极管，为感性负载断开瞬间的高压提供了放电回路，熔断器则起到短路保护作用。PLC的控制接线图如图4-1

4.3、花样喷泉的流程图

如图4-2所示，当开头闭合时，触发中间继电器M0.1和时间继电器T38（A、B、C三环的喷泉同时喷放，A喷口高度最高，B喷口第二，C喷口最低。同时与A、B、C相对应的闪灯1、2、3随喷口A、B、C一起闪烁10S）。10秒过后，触发中间继电器M0.2和时间继电器T39（C喷口和闪灯3停止动作，剩下A、B喷口及相应闪灯1、2动作5S）。5秒后，触发中间继电器M0.3和时间继电器T40（只有A喷口和闪灯1口动作3S）。3秒后，触发中间继电器M0.4和时间继电器T41（B喷口和2闪灯和A喷品、1闪灯一起动作5S）。5秒后，回到中间继电器M0.1时的运作状态（喷口A、B、C和闪灯1、2、3又开始一起动作）。如此依次偱环。

4.4、 花样喷泉的梯形图

当开关闭合时，复位中间继电器M0.1到M0.4。为下次循环做好准备并接通中间电器M1.0为本次动作做好准备。

  接通并自锁了中间继电器M0.1。并触发了时间继电器T38。M0.1可以使输出点Q0.0到Q0.5全亮。这样可以实现电机Ma、Mb、Mc和相对应的闪灯1、2、3同时动作10秒钟。

当时间继电器T38置位时，接通并自锁了中间继电器M0.2，同时触发了时间继电器T39。M0.2可以实现电机Ma、Mb和相对应的闪灯1、2同时动作5秒钟。

   当时间继电器T39置位时，接通并自锁了中间继电器M0.3，同时触发了时间继电器T40。M0.3可以实现只有电机Ma和其相对应的闪灯1一起动作3秒种的动作要求。

   当时间继电器T40置位时，接通并自锁了中间继电器M0.4，同时触发了时间继电器T41。M0.4可以实现当上一程序的3秒结束后，电机Ma、Mb和相对应的闪灯同时动作5秒种的动作要求。

   中间继电器M11.1控制Q0.1（闪灯1）、Q0.2（闪灯2）、Q0.3（闪灯3）、Q0.4（电机MA）、Q0.5（电机MB）、Q0.6（电机MC）

   中间继电器M11.2和M11.4都是控制着Q0.1、Q0.2、Q0.4、Q0.5。

 中间继电器M11.3控制着Q0.1、Q0.4。

4.5、花样喷泉的动态仿真

如图4-3，在西门子S7－200的仿真软件Simulation1.2版中，当触发I0.0时，相应的输入点灯0亮，同时输出点灯0、1、2、3、4、5全亮，10秒后;0、1、3、4灯亮;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。如此循环。直到按下停止按钮时，输出点灯也不再有动作。

图4-3 喷头和1号闪灯动作时的仿真图

五、实际应用

音乐喷泉是音乐和喷泉的结合，音乐是喷泉的主题，喷泉是音乐内涵的表达，如图5-1

图5-1音乐喷泉

程控喷泉是按照预先编辑的程序定时变换喷水造型，如图5-2。

图5-2程控喷泉

跑动喷泉是按照时序控制喷水，构成各种跑动、跳动、波动等形态，变化多端，如图5-3

图5-3跑动喷泉

　参考文献：

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