基于GE花样喷泉控制系统.doc

摘 要 针对传统的喷泉控制系统一旦设计好控制电路，就不能随意改变喷水花样及喷水时间等问题，本设计结合GEFANUC硬件PAC Systems RX3i可编程控制器设计能适应不同季节、不同场合的花样喷泉系统。PAC Systems RX3i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。基于PAC Systems RX3i的花样喷泉控制系统，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，美化了我们的生活环境，使我们的生活环境更加安逸、舒适。 文章设计了可以改变喷泉的喷水样式的控制系统，以达到有规律的改变喷泉喷水样式的目的。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。本设计不但实现了自动转换花样喷泉的喷水样式，而且提高了系统的可靠性和安全性，具有一定的工程应用和推广价值。关键词：喷泉，PAC Systems RX3i可编程控制器，花样喷泉系统 AbstractTraditional fountain control system once designed control circuit, it can not arbitrarily change the spray pattern and water issues, combined with the GEFANUC hardware PAC Systems RX3i programmable controller can adapt to different seasons, different patterns of fountain system. PAC Systems RX3i control system has the advantages of small volume, strong function, high reliability, an has good flexibility and scalability characteristics. The control system with PAC Systems RX3i pattern eruptive fountain, not only realizes the automatic conversion pattern fountain spray pattern, improve the reliability and security, system and, beautify our living environment, to make our living environment more comfortable, comfortable. Therefore GEFANUC hardware PAC Systems RX control system has certain engineering application and popularization value. The design of the control system can change the fountain of spray pattern , in order to achieve a regular change of style to the water fountain. Fountain work by the pattern select switch and single step and continuous switch decision. When the single step and continuous switch selection step, fountain only in accordance with the pattern selection switchsetting mode, running a cycle; when the single step and continuous switch continuity,fountain in accordance with the pattern selection switch setting way, running more than one cycle, and the stop button is pressed. Figure cycle mode selection switch is used to select the water pattern fountain, four kinds of spray pattern design in this cycle.This design not only realize the spray pattern automatically synchronized fountain, but also improve the reliability and security of the system, has certain engineering application and popularization value.Keywords: fountain; PAC Systems RX3i programmable controller; flower fountin system 目 录摘要.Abstract.1 绪论11.1设计PLC控制花样喷泉的研究背景11.1.1 国内外研究现状11.2 设计研究的目的及意义12 喷泉的设计要求32.1喷泉设计的主要内容32.2 PLC控制花样喷泉运行要求32.3 喷泉规模的设计33 控制系统总设计53.1喷泉的运行流程图的设计53.2喷泉的运行过程的设计63.3系统设计的基本步骤63.4系统的结构框图74 系统硬件设计84.1主控制器方案设计84.2 硬件介绍PAC Systems RX3i.84.3硬件的选择124.3.1 变频器选型124.3.2 水泵的选型134.3.3 喷头的选择方案144.4 花样喷泉控制主电路图144.5 外部接线的设计184.5.1外部接线图15 4.5.2 I/O分配表 .165 系统软件设计185.1 PLC梯形图概述185.2 PME编程软件18 5.3 花式喷泉的PLC控制流程图195.4程序设计梯形图20总结32致谢33参考文献341 绪论1.1设计PLC控制花样喷泉的研究背景1.1.1 国内外研究现状目前在喷泉控制系统中国内外采用的控制技术主要有单片机控制、继电-接触控制和PLC控制。采用单片机控制原理以可控硅作为功率开关元件其可靠性和抗干扰能力较差。据调查目前我国70的机械生产设备都是采用继电器进行控制的除了可靠性差外程序控制也很繁杂。从方案的确立到技术条件的设计以及施工的设计工作量很大这势必造成设计周期长。而采用PLC能有效解决上述问题。PLC具有很强的自诊断功能、迅速方便地检查出故障、缩短检修时间因而用PLC控制可以确保控制系统的可靠性和稳定性。同时采用PLC控制可以通过修改程序方便地实现喷泉花样比继电器控制系统具有更高的灵活性。随着人们的生活日趋小康，一些必要的美化设施逐渐兴起，各式各样的广场花园越来越多，这样的地方又怎能少了喷泉呢? 多花样喷泉形式多样，常常能吸引人们的眼球，同时水又增加了环境的灵动性，多花样喷泉已经成为人们建造各类娱乐广场的必需设施。那些控制简便，花样较多，价格低廉的喷泉慢慢成为建设者的首选。现今，多花样喷泉的制造，延袭传统，结合现代，正日益成为人们或出于对环境的追求，或为了居室的美化，等等，而得到众多品位人士的追求。 在1980年前，喷泉只是建筑给排水和园林造景专业的一个技术细节，从设计到产品制作，工程安装都没有形成规模。只是在展览馆等公共建筑和公园里能见到一些中、小喷泉，产品的水平也是简单、粗放的。在1980年以后，随着国民经济的恢复和发展，人民生活水平的提高，一些城市的城建、园林主管部门在城市建设、改造的过程中，以及环境的美化和文化氛围的营造上对喷泉提出了求新的要求，一部分建筑、园林、水利的设计院、研究所及大专院校，综合了土建结构、给排水、机电控制等传统的专业技术，加上当时先进的单片机，通过电磁阀和直流电机调速实行变量控制，设计出一批喷泉、水景。得到了良好的社会反映和社会效益。1.2 设计研究的目的及意义本文根据生活当中出现的一些情况，以花式喷泉为研究对象，结合了大量资料及文献，研究花样喷泉的控制问题，整理出一套可行性较高的喷泉控制系统。本系统的研究内容主要包括了喷泉的发展情况及所存在的一系列问题；喷泉控制系统的组成；花样喷泉的控制任务和要求；花样喷泉的硬件配置以及软件的设计，再通过仿真软件来实现。在设计当中，可能出现几个开关同时按，因此在所有花样中设置了互锁，具有更大的安全保障。设计中并未添加单步/连续程序，因为如果单步运行，持续时间太短，观赏性不强，因而只设置了连续运行，当按下启动按钮，接着选择喷水花样，系统处于连续运行状态，直到按下停止按钮，系统立即断开电源，停止运行。本次的毕业设计讲述的是如何利用PAC Systems RX3i控制器控制喷泉喷水方式，产生各种的样式。是一个以PAC Systems RX3i控制器控制为核心的花样喷泉控制系统的设计。花样喷泉在PAC Systems RX3i控制器的控制之下，喷出各种各样的水柱，给人以一种视觉上美的享受。2 喷泉的设计要求2.1喷泉设计的主要内容本设计将在以下几个方面对花样喷泉的控制系统进行研究和论证。（1）花样喷泉类型的选择。综合花样喷泉的类别和各类的特点和要求，在本课题中主要研究能有四种喷水花样可供选择。（2）花样喷泉硬件系统的设计。本课题设计的花样喷泉要求运行速度准确度高，在花样喷泉的格层检测系统中选用在工业自动控制上大量运用的具有检测精度高、寿命长、稳定性能好的接近传感器，运用感应器的开关量信号输入给plc来实现控制。由于本课题目具体需求在硬件系统的设计过程中主要考虑了花样喷泉的经济实用、稳定、灵活、美观的需要。（3）花样喷泉控制系统软件的设计。在本设计中选用了目前运用最多的plc编程语言梯形图，梯形图的编程能直观明了的设计花样喷泉控制的要求，梯形图的编写运用PME编程软件，此软件支持全部的GE系列的PAC Systems，并且具有强大的诊断功能，能更快的查找出故障的原因，从而大大缩短了维修时间。2.2 PLC控制花样喷泉运行要求1）、要设计一个启动按钮，按下启动按钮，喷泉进入运行等待状态。2）、要设计一个单步连续运行方式按钮，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）、要设计一个循环方式按钮，按下喷泉喷水花样的循环方式按钮，喷泉开始运行，并设计每一个循环花样有八种，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）、要设计一个停止按钮,按下停止按钮，喷泉停止运行。根据设计要求现考虑四种循环方式。2.3 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。喷泉概况平面图如3-1： 图2-1喷泉概况平面图图3-1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。3 控制系统总设计3.1喷泉的运行流程图的设计图3-1喷泉的运行流程图注：花样一：1号喷泉 花样二：2号喷泉 花样三：1号喷泉+3号喷泉+4号喷泉 花样四：2号喷泉+5号喷泉 花样五：1号喷泉+2号喷泉 花样六：2号喷泉+3号喷泉+4号喷泉 花样七：2号喷泉+4号喷泉 花样八：1号喷泉+2号喷泉+3号喷泉+4号喷泉+5号喷泉3.2喷泉的运行过程的设计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：12（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：12（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：12（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：12（1+3+4）（2+5）（1+2）（2+4）（2+3+4）（1+2+3+4+5）1。3.3系统设计的基本步骤在花样喷泉控制系统的设计过程中主要考虑以下几点：（1）深入了解和分析花样喷泉的工艺条件和控制要求。（2）确定I/O设备。根据花样喷泉控制系统的功能要求，确定系统所需的输入、输出设备。常用的输入设备有按钮、选择开关等，常用的输出设备有指示灯等。（3）根据I/O点数选择合适的PAC Systems RX3i模块。（4）分配I/O点，分配PAC Systems RX3i的输入输出点，编制出输入输出分配表或输入输出端子 的接线图。（5）设计花样喷泉系统的梯形图程序，根据工作要求设计出周密完整的梯形图（6）程序，这是整个花样喷泉系统设计的核心工作。（7）将程序输入PAC Systems RX3i进行软件测试，查找错误，使系统程序更加完善。3.4系统的结构框图 图3-2系统框图 4 系统硬件设计4.1主控制器方案设计方案1：使用单片机控制花式喷泉 单片机的特点是控制性能和可靠性高，体积小、价格低、易于产品化。由于单片机具有良好的控制性能和灵活的嵌入品质，近年来在智能仪表、机电一体化产品、实时工业控制家用电器等各个领域都获得了极其广泛的应用。花式喷泉的原理是利用控制器控制水泵的喷水的方式，此方案采用AT80C51系列单片机作为主控制器来控制喷泉的喷水方式。单片机的成本较低，适合用于控制小型的花式喷泉。单片机通过控制步进电机来控制电磁阀,实现对喷头流量的控制, 从而使喷泉水姿、灯光色彩产生变化。但采用单片机控制原理，是以可控硅作为功率开关元件，由于可控硅承受过电压、过电流的能力较差，因而不能长时间运行。 方案2：使用PLC控制花式喷泉 自20世纪60年代中期以来PLC产品在电力、冶金、化工等行业发挥了重大作用,尤其近年来计算机和信息技术的飞速发展,不断成倍扩大的功能和成倍降低的价格,使PLC通讯联网技术、过程控制软件都获得了长足的进步,也使PLC的广泛应用成为可能。PAC Systems RX3i的优点很多，主要包括：编程方法简单易学；功能强、性能价格比高；硬件配套齐全、用户使用方便、适应性强；可靠性高、抗干扰能力强；系统的设计、安装、调试工作量少；维修工作量低、维修方便；体积小、能耗低等。而且PLC在各个工业部门的应用范围都得到了扩展。4.2 硬件介绍PAC Systems RX3i PAC Systems RX3i控制器是创新的可编程自动化控制器PAC Systems家族中最新增加的部件。它是中、高端过程和离散控制应用的新一代控制器。如同家族中的其它产品一样，PAC Systems RX3i的特点是具有单一的控制引擎和通用的编程环境，提供应用程序在多种硬件平台上的可移植性和真正的各种控制选择的交叉渗透。使用与PAC Systems RX7i相同的控制引擎，新的PAC Systems RX3i在一个紧凑的、节省成本的组件包中提供了高级的自动化功能。PAC Systems的可移植性的控制引擎在几种不同的平台上都有卓越的表现，使得初始设备制造商和最终用户在应用程序变异的情况下，能选择最适合他们需要的确切的控制系统硬件。RX3i模块在一个小型的、低成本的系统中提供了高级功能，它具有下列优点：1）把一个新型的高速底板（PCI-27mhz）结合到现成的90-30系列串行总线上。2）具有Intel 300mHz CPU(与RX7i相同)。3）消除信息的瓶颈现象，获得快速通过量。4）支持新的RX3i和90-30系列输入/输出模块。5）大容量的电源，支持多个装置的额外功率或多余要求。6）使用与RX7i模块相同的引擎，使得容易实现程序的移植。7）RX3i还使用户能够更灵活地配置输入/输出，包括：8）具有扩充诊断和中断的新增加的、快速的输入/输出。9）具有大容量接线端子板的32点离散输入/输出（弹簧型和盒式）。10）多种通用的模拟量（每个通道可以配置电压、电流、热电偶、电阻式温度监测器、应力计和电阻器）。10）高密度模拟量（隔离的）。11）运动模块。12）使RX3i和90-30系列I/O能“带电热插拨”（仅适用于通用底板）。13）用户能够按照自己的工作计划更改模块，使得在调整布线、安装、和绘图时更具有灵活性。14）高性能的以太网和Profibus模块。PAC Systems RX3i部件1底板RX3i可以使用二种通用底板：12插槽的和16插槽的。每个插槽既支持新的模块也支持现有的90-30系列I/O模块（PCM3xx和CMM301、CMM302、CMM311、CMM321等除外），此外还提供：1）内置在基板上的可选的风扇控制端子座（CPU和电源上的热敏传感器）。2）通过传统机架的扩展（选项模块）。3）当使用直流电源时（电源占用一个插槽），16槽的基板最多能够容纳13个输入/输出模块和选项模块。12槽的基板最多能够容纳9个上述模块（CPU占用2个模块插槽）4）RX3i基板既支持PCI总线也支持串行总线。每个插槽有2个连接器，1个是PCI连接器，另1个是串行连接器。PCI总线提供的性能是串行总线的250倍。串行总线（1MHz）数据传送速率0.062兆字节/秒，而新的PCI总线（27 MHz）的数据出送速率是27.0兆字节/秒。因此，在使用PCI总线的情况下，以太网和其它智能模块的数据吞吐量将增加70%。2RX3i CPURX3i CPU有一个300MHz处理器，支持32K输出、32K模拟输入、32K模拟输出和最大达5兆字节的数据存储。有10兆字节全部可配置的用户存储器，这意味着你能够在CPU中存储所有的机器文件。CPU能够支持多种语言，包括：继电器梯形图语言指令表语言C编程语言功能块图Open Process用户定义的功能块结构化文本SFC符号编程RX3i CPU有2个串行端口，即一个RS-232端口和一个RS-485端口，它们支持无中断的SNP从、串行读/写、和Modbus协议。具有一个三档位置的转换开关：运行、运行禁止、停止。有一个内置的热敏传感器（中温和高温位）。注意：不允许带电热插拨CPU诊断用的发光二极管显示以下状态：CPU OK运行输出允许输入/输出强制电池系统故障COM1和COM2端口激活状态有关CPU性能和操作的附加详细信息。3电源RX3i有三种类型的40瓦电源：交流120/240伏（直流125伏）双宽度模块和直流24伏单幅宽模块。二种电源都装有热敏传感器，其接线端子是成双的，以便菊花链式接线。通/断开关位于门的背面。二种类型的电源支持带电热插拨。下面以PSA040电源为例：诊断用的发光二极管显示状态，电源上的4个发光二极管指示，含义如下：电源（绿色/琥珀色）。当这个LED呈现绿色时，表现电源已经施加到底板上。当这个LED呈现琥珀色时，表示供电已经施加到电源模块，但是电源开关没有接通。电源故障（红色）。当这个LED点亮时，表示电源模块已经接近或超过它的最大工作的温度。负荷过载（琥珀色）。当这个LED点亮时，表示电源模块中至少一路输出已接近或超过它的最大输出能力。如果出现任何过热、过载、或电源故障，CPU故障表显示出一个故障信息。通/断开关位于模块正面的门背后。该开关控制电源输出的操作。它不切断电力线路供电。开关旁边的突缘有助于防止意外接通或关断电源。4RX3i以太网模块RX3i以太网模块是以10/100兆位双工/全双工方式通信的，它支持SRTP、EGD和通道（信号发生器和使用器）。发光二极管诊断显示下列状态：以太网OK局域网OK工作登录状态（附加协议还计划包括Modbus TCP、Ethernet IP、ProfiNET、DNP3.0）。5通信RX3i模块支持以太网通信和串行通信。RX3i使用的基于机架的以太网接口模块是以太网外围设备PCI模块。6网络连接RX3i的网络支持包括下列局域网：Profibus DPDeviceNetGenius总线控制器7模拟输入/输出RX3i以16位的分辨率支持优越的模拟性能。选择性的输入模块支持下列性能：每个模块0至500毫秒的快速积分时间（除了通用模块）产生中断4级报警：低、低/低、高、高/高多种诊断-断线、欠范围/超范围、速率改变全部输出模块支持：多种诊断-欠范围/超范围、和箝位限制斜率控制新的通用模拟模块：8个可配置的通道，每个通道都支持热电偶、电阻式温度监测器、电压、电流、应力计、阻抗及其它等，二个隔离组，以4个为一组。内置（热电偶的）冷端补偿高级诊断8离散输入/输出RX3i提供广泛范围的离散输入/输出模块，包括以下类型：32点、直流12/24伏输入32点、直流24伏，具有ESCP（0.75安培）保护自修复，同时将点级的诊断发送给CPU的功能，每一点有一个双色的发光二极管（当点存在短路时为琥珀色）24点、2安培的继电器输出32点、交流120伏输入16点、4安培的隔离继电器输出16点、交流120伏隔离输入16点、交流120伏隔离输出9RX3i远程输入/输出RX3i支持以太网接口模块（IC693NIU004）用于90-30系列输入/输出，它具有下列性能：采用10/100兆位以太网连接内置开关使得不需要外部开关就容易将基板采用菊花链方式连接到相邻的基板。PACSystems廉价的CPU廉价的本地扩展支持多种的90-30系列输入/输出，并且价格非常具有竞争性。4.3硬件的选择4.3.1 变频器选型 变频器的特性首先表现在变频节能方面:变频器节能主要表现在风机、水泵的应用上。为了保证生产的可靠性，各种生产机械在设计配用动力驱动时，都留有一定的富余量。当电机不能在满负荷下运行时，除达到动力驱动要求外，多余的力矩增加了有功功率的消耗，造成电能的浪费。风机、泵类等设备传统的调速方法是通过调节入口或出口的挡板、阀门开度来调节给风量和给水量，其输入功率大，且大量的能源消耗在挡板、阀门的截流过程中。当使用变频调速时，如果流量要求减小，通过降低泵或风机的转速即可满足要求。其次表现在功率因数补偿节能：无功功率不但增加线损和设备的发热，更主要的是功率因数的降低导致电网有功功率的降低，大量的无功电能消耗在线路当中，设备使用效率低下，浪费严重，使用变频调速装置后，由于变频器内部滤波电容的作用，从而减少了无功损耗，增加了电网的有功功率。最后变现在软启动节能上：电机硬启动对电网造成严重的冲击，而且还会对电网容量要求过高，启动时产生的大电流和震动时对挡板和阀门的损害极大，对设备、管路的使用寿命极为不利。而使用变频节能装置后，利用变频器的软启动功能将使启动电流从零开始，最大值也不超过额定电流，减轻了对电网的冲击和对供电容量的要求，延长了设备和阀门的使用寿命。节省了设备的维护费用。 正确选用变频器的类型，首先按照生产机械的类型、调速范围、静态速度精度、起动转矩的要求，然后决定选用那种控制方式的变频器最合适。所谓合适是既要好用，又要经济，以满足工艺和生产的基本条件和要求为前提。首先要考虑的是变频器功率：从效率角度出发，在选用变频器功率时，主要考虑了以下几点：(1)变频器功率值与电动机功率值相当时最合适，以利变频器在高的效率值下运转。(2)在变频器的功率分级与电动机功率分级不相同时，则变频器的功率要尽可能接近电动机的功率，但应略大于电动机的功率。(3)当电动机属频繁起动、制动工作或处于重载起动且较频繁工作时，可选取大一级的变频器，以利变频器长期、安全地运行。(4)若电动机实际使用功率有富余，可以考虑选用功率小于电动机功率的变频器，但要注意瞬时峰值电流是否会造成过电流保护动作。其次要选的是变频器箱体结构：变频器的箱体结构要与环境条件相适应，即必须考虑温度、湿度、粉尘、酸碱度、腐蚀性气体等因素，这与能否长期、安全、可靠运行有很大关系。常见有下列几种结构类型：(1)敞开型：本身无机箱，适用装在电控箱内或电气室内的屏、盘、架上，尤其是多台花样喷泉控制系统的设计变频器集中使用时，选用这种型式较好，但环境条件要求较高：(2)封闭型：适用一般用途，可有少量粉尘或少许温度、湿度的场合：(3)密封型：适用工业现场条件较差些的环境；(4)密闭型：适用环境条件差，有水、尘及一定腐蚀性气体的场合。选用变频器时按负载的特性，可选用的品牌较多，本着满足功能要求、使用方便、体积小巧、经济实惠的原则，本控制系统选用普通的变频器。我设计的是通过变频器变频调速技术来控制每环电机的转速从而达到控制每环喷水管的喷水高度。4.3.2 水泵的选型 水泵的种类根据不同的要求，分类比较多；大致有卧式水泵和潜水泵。但都是根据各自对水泵的扬程、流量、使用的场合、能耗比、性价比等来选择合适自己水泵。 根据本文的要求，选择采用潜水泵。因为潜水泵是放置在水下，因此不需要泵房，这样可以降低造价。而且潜水泵能耗低，体积小，重量轻，不需灌引水，使用维护及管理方便，并且达到了节约水资源的目的，具有卧式水泵所不具有的优点，可以适应喷泉的喷水要求。 本设计采用上海申一水泵制造有限公司生产的QY型油浸式潜水泵。QY型油浸式潜水电泵是由充油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，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、性能优良等特点。水泵的使用条件是潜水深度不超过5米；水温不超过+40；PH值应在5-9之间，因此，很适合用本设计的要求。4.3.3 喷头的选择方案喷泉的喷头分为可调直流喷头、涌泉喷头、集束喷头、旋转喷头等等，种类繁多，喷出的水型也各不相同。本设计采用的是集束喷头，旋转喷头该喷头由多个直流喷头组合而成，直射喷头口径大小可确定喷头的出水量及高度，它可以作为整个喷泉的主喷（喷泉最高点），也可以由多个集束喷头组合成不同的排列。本文采用的集束喷头是中间小，四周大的喷头组合方案。中间的小喷头在同样的压力下，喷出的水柱较之周围的大喷头要高，要细，可达到最佳的视觉效果，见图3-1。图4-1喷头的样式及喷水示意图中间部分为装饰物。左图为喷头的设计方案图，每个喷头的设计方案都是相同的，中间4个小圆形图案为小喷头，外部4个大圆形图案为大喷头；右图为喷泉喷水方式示意图，4个大喷头喷出的水柱更粗更低，这样看起来更有层次感4.4 花样喷泉控制主电路图花样喷泉控制主电路图如图2所示，该系统主要由五台水泵电机和五台变频器组成。从左到右五台水泵电机分别对应控制花样喷泉造型图中的1、2、3、4、5圈喷水管的喷头喷射与否。通过对参数设置可以控制每台水泵电机的转速从而控制每圈喷射管的喷高度。 图4-2 花样喷泉控制主电路图主电路的控制是采用PLC去控制交流接触器的线圈；用交流接触器线圈的得电与失电去控制交流接触器主触头的闭合和断开；从而去控制电动机的运转与停止；用电动机来带动水泵喷水 主电路采用交流接触器来控制各层的潜水泵,见图4-2外层喷水 由一台7.5kW潜水泵拖动;第一层至第三层用5.5kw的潜水泵,旁边的小喷泉用3kw的潜水泵。潜水泵的技术参数见表4-1。 额定 水泵 额定 额定 绝缘 额定功率 扬程 型式 电压 电流 等级 转速3KW 7m 轴流泵 380V 7.5A E 28605.5KW 10m 离心泵 380V 11.6A B 28007.5KW 15m 离心泵 380V 15A B 2800表4-14.5 花样喷泉外部接线的设计4.5.1 外部接线图PLC的I/O响应时间包括输入电路延迟、输出电路延迟和扫描工作方式引起的时间延迟（一般在23个扫描周期）等。根据设计要求所需要的模拟量输入接口，本次采用了PAC Systems RX3i开关量输出模块IC695MDL754，所采用的电气接线如下图图4-3 开关量输出模块外部接线电路 根据设计要求所需要的开关量输入接口，本次采用了PAC Systems RX3i开关量输入模块IC695MDL660，所采用的电气接线如下图 图4-4 开关量输入模块外部接线电路4.5.2 I/O分配表对输入/输出点的选择 盲目选择点数多的机型会造成一定浪费。要先弄清除控制系统的I/O总点数，再按实际所需总点数的1520留出备用量（为系统的改造等留有余地）后确定所需PAC Systems RX3i的点数。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SB1I00001大水柱接触器KM0Q00001停止按钮SB2I00002中水柱接触器KM1Q00002连续按钮SB3I00003小水柱接触器KM2Q00003单步按钮SB4I00004花朵式喷泉接触器KM3Q00004花样1按钮SB5I00005旋转式喷泉接触器KM4Q00005花样2按钮SB6I00006-花样3按钮SB7I00007-花样4按钮SB8I00008-表4-2花样喷泉PAC Systems RX3i控制输入输出点分配5 系统软件设计5.1 PLC梯形图概述梯形图时使用的最多的图形编程语言，被称为PLC的第一编程语言。梯形图与电器控制系统的电路图很相似，具有直观易懂的优点，很容易被工厂电气人员掌握，特别适用于开关量逻辑控制。梯形图常被称为电路或程序，梯形图的设计成为编程。5.2 PME编程软件PROFICY MACHINE EDITION是一个包含若干软件产品的环境。其中每个软件产品都是独立的。但是，每个产品在相同的环境运行。这与Office办公软件包十分相似。它可以包含文字处理软件、电子数据表程序、数据库程序、图形显示程序。每个程序能够单独运行，但是它们都具有共同的视觉和感觉界面。支持ME后台的概念是完全相同的。一旦你学会了在此种环境中浏览，今后要学会一种使用这种环境的新产品就变得非常简单。 由于本设计采用的输入输出量是开关量所以选用了模拟量的输入模块、开关量输出模块，以及IC695CPU315、以太网IC695ETM001模块、IC695PSD040电源等模块对应卡槽的位置如下表:Slot0PAC Systems RX3i的电源模块选用IC695PSD040Slot1PAC Systems RX3i的CPU选用IC695CPU