一、 概述

隨著時(shí)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(jìn)，各種音樂(lè)噴泉、程控噴泉、激光噴泉已經(jīng)層出不窮，變化多端。規(guī)模可大可小，射程可高可低，噴出的水，大者如珠，細(xì)者如霧，變化萬(wàn)千，引人入勝。噴泉，使靜水變?yōu)閯?dòng)水，使水也有了靈魂，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(jī)，有益與身心健康并能滿(mǎn)足視覺(jué)藝術(shù)的需要。大型城市廣場(chǎng)中的人工動(dòng)態(tài)噴泉，也多來(lái)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(jìn)步，各種噴泉真是花樣翻新、層出不窮，幾乎達(dá)到了人們隨心所欲創(chuàng)造各種晶瑩剔透、絢麗多姿動(dòng)態(tài)水景的程度。噴泉在當(dāng)今時(shí)代，已經(jīng)形成了一道獨(dú)特的人文景觀。

二、 花樣噴泉的動(dòng)作狀態(tài)

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

圖2-1花樣噴泉模型

可是用單片機(jī)通過(guò)可控硅作為功率開(kāi)頭元件實(shí)現(xiàn)花樣噴泉時(shí)、存在下面的缺點(diǎn)：

1、需要較多的保護(hù)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(wèn)題，同時(shí)PLC具有較強(qiáng)的自診斷功能，能迅速方便檢查出故障，縮短檢修時(shí)間，確保控制系統(tǒng)的可靠性，穩(wěn)定性。

三 、噴泉設(shè)計(jì)方案

3.1控制要求分析

如圖3-1所示，閃燈1、2、3分別對(duì)應(yīng)電機(jī)Ma、Mb、Mc，它們是隨電機(jī)一起動(dòng)作的。即電機(jī)動(dòng)作，則相應(yīng)的閃燈閃爍，電機(jī)停止，則相應(yīng)的閃燈也停止閃爍。

當(dāng)接通電源，閉合開(kāi)關(guān)SB0時(shí)，Ma、Mb、Mc同時(shí)動(dòng)作并持續(xù);10S后Mc停止，Ma、Mb動(dòng)作持續(xù);5S后Mb、Mc停止動(dòng)作，Ma動(dòng)作;3S后Ma、Mb動(dòng)作，Mc停止;5S 后Ma、Mb、Mc同時(shí)動(dòng)作10S，依次重復(fù)上述動(dòng)作。只要不按下停止開(kāi)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(fù)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(fù)載電源。

該設(shè)計(jì)中系統(tǒng)開(kāi)關(guān)量輸入點(diǎn)只有兩個(gè)，開(kāi)關(guān)量輸出點(diǎn)有6個(gè)，如果選用CPU221 PLC （6輸入/4輸出），需要擴(kuò)展單元，參照西門(mén)子S7-200產(chǎn)品目錄及市場(chǎng)實(shí)際價(jià)格，選用主機(jī)為CPU222（8輸入/6輸出）。CPU222的主要技術(shù)數(shù)據(jù)見(jiàn)表3-1。

表3-1 CPU222的主要技術(shù)數(shù)據(jù)

3.3電機(jī)的選擇

  QSP型園林噴泉用潛水電泵是由充水式潛水電機(jī)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(guó)生產(chǎn)許可證。經(jīng)過(guò)三十多年來(lái)不斷的改進(jìn)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(dòng)及變頻運(yùn)行要求，且安裝方便，對(duì)水源無(wú)污染符合綠色環(huán)保要求，成為廣大用戶(hù)喜愛(ài)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(yú)塘增氧、防洪排澇等領(lǐng)域。具有以下特點(diǎn)：    

泵電一體，結(jié)構(gòu)緊湊；無(wú)需引水、使用簡(jiǎn)便；  雙端密封、電器保護(hù)；    設(shè)計(jì)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(yáng)程范圍內(nèi)使用）； 潛水深度不超過(guò)5米；水溫不超過(guò)+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?yàn)楸驹O(shè)計(jì)中主要用到的是小揚(yáng)程噴泉泵，表中只給出了一些中低揚(yáng)程的技術(shù)參數(shù)。

表3-2 QSP系列中低揚(yáng)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(jiàn)銘牌技術(shù)參數(shù)。

    2、外裝式電動(dòng)機(jī)保護(hù)開(kāi)關(guān)由用戶(hù)自行配制。

根據(jù)本次設(shè)計(jì)的設(shè)計(jì)要求，MA電機(jī)揚(yáng)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(jī)，揚(yáng)程為5米; 相相應(yīng)的QSP160-4-3做為MB電機(jī)，揚(yáng)程為4.5米; QSP500-3.5-7.5做為MC電機(jī)。揚(yáng)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(hào)

啟動(dòng)按鈕SB0                I0.0

停止按鍵 SB1               I0.1

輸出信號(hào)

1號(hào)閃燈                     Q0.0

2號(hào)閃燈                     Q0.1

3號(hào)閃燈                     Q0.2

A噴頭噴水開(kāi)關(guān)接觸器         Q0.3

B噴頭噴水開(kāi)關(guān)接觸器         Q0.4

C噴頭噴水開(kāi)關(guān)接觸器         Q0.5

4.2、花樣噴泉的I/O接線(xiàn)圖

PLC的輸入按鈕只有一個(gè)SB0，用來(lái)控制系統(tǒng)的啟動(dòng)和停止。由于西門(mén)子PLC內(nèi)部不為其輸入點(diǎn)提供電源，需用戶(hù)自行提供，因而設(shè)計(jì)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(fù)載的能力較低，如果直接帶動(dòng)直流電磁閥或閃燈，容易導(dǎo)致輸出觸點(diǎn)燒壞，因些采用中間繼電器（KA0～KA5）作為驅(qū)動(dòng)元件，間接的控制潛水泵用閃燈的開(kāi)戶(hù)和閉合。各個(gè)輸出支路的中間繼電器均并聯(lián)一個(gè)續(xù)流二極管，為感性負(fù)載斷開(kāi)瞬間的高壓提供了放電回路，熔斷器則起到短路保護(hù)作用。PLC的控制接線(xiàn)圖如圖4-1

4.3、花樣噴泉的流程圖

如圖4-2所示，當(dāng)開(kāi)頭閉合時(shí)，觸發(fā)中間繼電器M0.1和時(shí)間繼電器T38（A、B、C三環(huán)的噴泉同時(shí)噴放，A噴口高度最高，B噴口第二，C噴口最低。同時(shí)與A、B、C相對(duì)應(yīng)的閃燈1、2、3隨噴口A、B、C一起閃爍10S）。10秒過(guò)后，觸發(fā)中間繼電器M0.2和時(shí)間繼電器T39（C噴口和閃燈3停止動(dòng)作，剩下A、B噴口及相應(yīng)閃燈1、2動(dòng)作5S）。5秒后，觸發(fā)中間繼電器M0.3和時(shí)間繼電器T40（只有A噴口和閃燈1口動(dòng)作3S）。3秒后，觸發(fā)中間繼電器M0.4和時(shí)間繼電器T41（B噴口和2閃燈和A噴品、1閃燈一起動(dòng)作5S）。5秒后，回到中間繼電器M0.1時(shí)的運(yùn)作狀態(tài)（噴口A、B、C和閃燈1、2、3又開(kāi)始一起動(dòng)作）。如此依次偱環(huán)。

4.4、 花樣噴泉的梯形圖

當(dāng)開(kāi)關(guān)閉合時(shí)，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(dòng)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(shí)間繼電器T38。M0.1可以使輸出點(diǎn)Q0.0到Q0.5全亮。這樣可以實(shí)現(xiàn)電機(jī)Ma、Mb、Mc和相對(duì)應(yīng)的閃燈1、2、3同時(shí)動(dòng)作10秒鐘。

當(dāng)時(shí)間繼電器T38置位時(shí)，接通并自鎖了中間繼電器M0.2，同時(shí)觸發(fā)了時(shí)間繼電器T39。M0.2可以實(shí)現(xiàn)電機(jī)Ma、Mb和相對(duì)應(yīng)的閃燈1、2同時(shí)動(dòng)作5秒鐘。

   當(dāng)時(shí)間繼電器T39置位時(shí)，接通并自鎖了中間繼電器M0.3，同時(shí)觸發(fā)了時(shí)間繼電器T40。M0.3可以實(shí)現(xiàn)只有電機(jī)Ma和其相對(duì)應(yīng)的閃燈1一起動(dòng)作3秒種的動(dòng)作要求。

   當(dāng)時(shí)間繼電器T40置位時(shí)，接通并自鎖了中間繼電器M0.4，同時(shí)觸發(fā)了時(shí)間繼電器T41。M0.4可以實(shí)現(xiàn)當(dāng)上一程序的3秒結(jié)束后，電機(jī)Ma、Mb和相對(duì)應(yīng)的閃燈同時(shí)動(dòng)作5秒種的動(dòng)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(jī)MA）、Q0.5（電機(jī)MB）、Q0.6（電機(jī)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(dòng)態(tài)仿真

如圖4-3，在西門(mén)子S7－200的仿真軟件Simulation1.2版中，當(dāng)觸發(fā)I0.0時(shí)，相應(yīng)的輸入點(diǎn)燈0亮，同時(shí)輸出點(diǎn)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(shí)，輸出點(diǎn)燈也不再有動(dòng)作。

圖4-3 噴頭和1號(hào)閃燈動(dòng)作時(shí)的仿真圖

五、實(shí)際應(yīng)用

音樂(lè)噴泉是音樂(lè)和噴泉的結(jié)合，音樂(lè)是噴泉的主題，噴泉是音樂(lè)內(nèi)涵的表達(dá)，如圖5-1

圖5-1音樂(lè)噴泉

程控噴泉是按照預(yù)先編輯的程序定時(shí)變換噴水造型，如圖5-2。

圖5-2程控噴泉

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

圖5-3跑動(dòng)噴泉

　參考文獻(xiàn)：

[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(shí)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(guó)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(dòng)化儀表. 2004

[7] 王洪猛. 基于PLC 的過(guò)程控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)[J]. 自動(dòng)化技術(shù)與應(yīng)用, 2004

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

[9] 秦虹. PLC 控制系統(tǒng)的編程方法簡(jiǎn)述[J] . 機(jī)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(jì)[M]. 北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2003

[12] 張運(yùn)波. PLC梯形圖設(shè)計(jì)中的關(guān)鍵技術(shù) [J]. 長(zhǎng)春工程學(xué)院學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版) , 2000

注：本文是工控網(wǎng)專(zhuān)家用戶(hù)原創(chuàng)文章，文責(zé)由作者自負(fù)。