基于GE花样喷泉控制系统.doc
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1、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
2、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 a
3、rbitrarily 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 reliabili
4、ty, 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 l
5、iving 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 wat
6、er 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 co
7、ntinuity,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 t
8、he 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1
9、1.1.1 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 .1
10、65 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
11、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
12、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
13、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
14、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
15、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
16、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
17、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
18、+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
19、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
20、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
21、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PL
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