PLC控制花樣噴泉

2016/1/11 15:19:57

一、 概述

隨著時代的發(fā)展,科技水平的提高,城市的噴泉設(shè)備已經(jīng)十分先進,各種音樂噴泉、程控噴泉、激光噴泉已經(jīng)層出不窮,變化多端。規(guī)??纱罂尚。涑炭筛呖傻?,噴出的水,大者如珠,細者如霧,變化萬千,引人入勝。噴泉,使靜水變?yōu)閯铀?,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,有益與身心健康并能滿足視覺藝術(shù)的需要。大型城市廣場中的人工動態(tài)噴泉,也多來自自然的種種水態(tài),如瀑布、水簾、溢流、溪流、壁泉等,隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展進步,各種噴泉真是花樣翻新、層出不窮,幾乎達到了人們隨心所欲創(chuàng)造各種晶瑩剔透、絢麗多姿動態(tài)水景的程度。噴泉在當今時代,已經(jīng)形成了一道獨特的人文景觀。

二、 花樣噴泉的動作狀態(tài)

如圖2-1,當通電并閉合開頭后,AB、C三環(huán)的噴泉同時噴放,A噴口高度最高,B噴口第二,C噴口最低。同時與AB、C相對應(yīng)的閃燈1、2、3隨噴口A、B、C一起閃爍。10秒過后,C噴口和閃燈3停止動作,剩下AB噴口及相應(yīng)閃燈1、2動作。5秒后,只有A噴口和閃燈1口動作。3秒后,B噴口和2閃燈和A噴品、1閃燈一起動作。5秒后,噴口A、B、C和閃燈1、2、3又開始一起動作,如此如此偱環(huán)。

圖2-1花樣噴泉模型

可是用單片機通過可控硅作為功率開頭元件實現(xiàn)花樣噴泉時、存在下面的缺點:

1、需要較多的保護電路;

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題,同時PLC具有較強的自診斷功能,能迅速方便檢查出故障,縮短檢修時間,確保控制系統(tǒng)的可靠性,穩(wěn)定性。

三 、噴泉設(shè)計方案

3.1控制要求分析

如圖3-1所示,閃燈1、23分別對應(yīng)電機Ma、Mb、Mc,它們是隨電機一起動作的。即電機動作,則相應(yīng)的閃燈閃爍,電機停止,則相應(yīng)的閃燈也停止閃爍。

當接通電源,閉合開關(guān)SB0時,MaMb、Mc同時動作并持續(xù);10SMc停止,MaMb動作持續(xù);5SMb、Mc停止動作,Ma動作;3SMa、Mb動作,Mc停止;5S Ma、Mb、Mc同時動作10S,依次重復(fù)上述動作。只要不按下停止開關(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負載電源,它可以直接連接到傳感器、變送器和執(zhí)行器,CPU221222具有180mA輸出,CPU224224XP、CPU226分別輸出280mA400mA電流,可做負載電源。

該設(shè)計中系統(tǒng)開關(guān)量輸入點只有個,開關(guān)量輸出點有6個,如果選用CPU221 PLC 6輸入/4輸出),需要擴展單元,參照西門子S7-200產(chǎn)品目錄及市場實際價格,選用主機為CPU2228輸入/6輸出)。CPU222的主要技術(shù)數(shù)據(jù)見表3-1。

3-1 CPU222的主要技術(shù)數(shù)據(jù)

特性

CPU222

外形尺寸/mm×mm×mm

90×80×62

程序存儲區(qū)

2048

數(shù)據(jù)存儲區(qū)

1024

掉電保護時間/h

50

本機I/O

8/6

擴展模塊數(shù)量

2

高速計數(shù)器,單相,雙相

430KHz220KHZ

脈沖輸出(DC

220KHZ

模擬電位器

1

實時時鐘

配時鐘卡

通訊口

1RS-485

浮點運算

I/O映像區(qū)

256128/128出)

布爾指令執(zhí)行速度

0.37üs/指令

3.3電機的選擇

  QSP型園林噴泉用潛水電泵是由充水式潛水電機與離心式水泵同軸聯(lián)接組成。符合JB/T8092-1996標準規(guī)定,產(chǎn)品取得全國生產(chǎn)許可證。經(jīng)過三十多年來不斷的改進和完善,其結(jié)構(gòu)合理、外形美觀,十分可靠,適應(yīng)頻繁啟動及變頻運行要求,且安裝方便,對水源無污染符合綠色環(huán)保要求,成為廣大用戶喜愛的產(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,魚塘增氧、防洪排澇等領(lǐng)域。具有以下特點:    

泵電一體,結(jié)構(gòu)緊湊;無需引水、使用簡便;  雙端密封、電器保護;    設(shè)計合理、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)定揚程范圍內(nèi)使用); 潛水深度不超過5米;水溫不超過+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。因為本設(shè)計中主要用到的是小揚程噴泉泵,表中只給出了一些中低揚程的技術(shù)參數(shù)。

3-2 QSP系列中低揚程產(chǎn)品的主要技術(shù)參數(shù)

序號

型號

額定流量

(m3/h)

額定揚程

(m)

額定功率

(kW)

額定轉(zhuǎn)速

(r/min)

額定電流

(A)

額定電壓

(V)

配管內(nèi)徑

(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、表內(nèi)所列為代表性的規(guī)格,未列入本表的詳見銘牌技術(shù)參數(shù)。

    2、外裝式電動機保護開關(guān)由用戶自行配制。

根據(jù)本次設(shè)計的設(shè)計要求,MA電機揚程要求最高,MB次之。MC最低,所以可以選用QSP144-5-3 做為MA電機,揚程為5; 相相應(yīng)的QSP160-4-3做為MB電機,揚程為4.5; QSP500-3.5-7.5做為MC電機。揚程為3.5米。3-2QSP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

啟動按鈕SB0                I0.0

停止按鍵 SB1               I0.1

輸出信號

1號閃燈                     Q0.0

2號閃燈                     Q0.1

3號閃燈                     Q0.2

A噴頭噴水開關(guān)接觸器         Q0.3

B噴頭噴水開關(guān)接觸器         Q0.4

C噴頭噴水開關(guān)接觸器         Q0.5

4.2、花樣噴泉的I/O接線圖

PLC的輸入按鈕只有一個SB0,用來控制系統(tǒng)的啟動和停止。由于西門子PLC內(nèi)部不為其輸入點提供電源,需用戶自行提供,因而設(shè)計中采用PLC自身輸出的+24V的電源(ML+兩端)為上述按鈕供電。PLC的輸出帶負載的能力較低,如果直接帶動直流電磁閥或閃燈,容易導(dǎo)致輸出觸點燒壞,因些采用中間繼電器(KA0KA5)作為驅(qū)動元件,間接的控制潛水泵用閃燈的開戶和閉合。各個輸出支路的中間繼電器均并聯(lián)一個續(xù)流二極管,為感性負載斷開瞬間的高壓提供了放電回路,熔斷器則起到短路保護作用。PLC的控制接線圖如圖4-1

4.3、花樣噴泉的流程圖

如圖4-2所示,當開頭閉合時,觸發(fā)中間繼電器M0.1和時間繼電器T38A、B、C三環(huán)的噴泉同時噴放,A噴口高度最高,B噴口第二,C噴口最低。同時與A、BC相對應(yīng)的閃燈1、23隨噴口A、B、C一起閃爍10S)。10秒過后,觸發(fā)中間繼電器M0.2和時間繼電器T39C噴口和閃燈3停止動作,剩下A、B噴口及相應(yīng)閃燈1、2動作5S)。5秒后,觸發(fā)中間繼電器M0.3和時間繼電器T40(只有A噴口和閃燈1口動作3S)。3秒后,觸發(fā)中間繼電器M0.4和時間繼電器T41B噴口和2閃燈和A噴品、1閃燈一起動作5S)。5秒后,回到中間繼電器M0.1時的運作狀態(tài)(噴口AB、C和閃燈12、3又開始一起動作)。如此依次偱環(huán)。

4.4 花樣噴泉的梯形圖

當開關(guān)閉合時,復(fù)位中間繼電器M0.1M0.4。為下次循環(huán)做好準備并接通中間電器M1.0為本次動作做好準備。

  接通并自鎖了中間繼電器M0.1。并觸發(fā)了時間繼電器T38。M0.1可以使輸出點Q0.0Q0.5全亮。這樣可以實現(xiàn)電機Ma、MbMc和相對應(yīng)的閃燈1、23同時動作10秒鐘。

當時間繼電器T38置位時,接通并自鎖了中間繼電器M0.2,同時觸發(fā)了時間繼電器T39M0.2可以實現(xiàn)電機Ma、Mb和相對應(yīng)的閃燈1、2同時動作5秒鐘。

   當時間繼電器T39置位時,接通并自鎖了中間繼電器M0.3,同時觸發(fā)了時間繼電器T40。M0.3可以實現(xiàn)只有電機Ma和其相對應(yīng)的閃燈1一起動作3秒種的動作要求。

   當時間繼電器T40置位時,接通并自鎖了中間繼電器M0.4,同時觸發(fā)了時間繼電器T41。M0.4可以實現(xiàn)當上一程序的3秒結(jié)束后,電機Ma、Mb和相對應(yīng)的閃燈同時動作5秒種的動作要求。

   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MA)、Q0.5(電機MB)、Q0.6(電機MC

   中間繼電器M11.2M11.4都是控制著Q0.1Q0.2Q0.4、Q0.5。

 中間繼電器M11.3控制著Q0.1、Q0.4。

4.5、花樣噴泉的動態(tài)仿真

如圖4-3,在西門子S7200的仿真軟件Simulation1.2版中,當觸發(fā)I0.0時,相應(yīng)的輸入點燈0亮,同時輸出點燈0、1、2、3、45全亮,10秒后;0、1、3、4燈亮;5秒后,0、3;5秒后,01、3、4;10秒后01、2、34、5全亮。如此循環(huán)。直到按下停止按鈕時,輸出點燈也不再有動作。

4-3 噴頭和1號閃燈動作時的仿真圖

五、實際應(yīng)用

樂噴泉是音樂和噴泉的結(jié)合,音樂是噴泉的主題,噴泉是音樂內(nèi)涵的表達,如圖5-1

圖5-1音樂噴泉

程控噴泉是按照預(yù)先編輯的程序定時變換噴水造型,如圖5-2。

圖5-2程控噴泉

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

圖5-3跑動噴泉

 參考文獻:

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注:本文是工控網(wǎng)專家用戶原創(chuàng)文章,文責(zé)由作者自負。

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