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监控安装推荐奇优科技:基于PLC的花样喷泉控制系统的设计

时间: 2019-03-14阅读:

摘要 花样喷泉是近几年来在园林艺术、工程建筑和景观观赏中所产生出的一项设施。本文以花样喷泉的模型为研究对象,并选择S7-200系列PLC对喷泉控制系统进行研究。本文做出了三套喷射方案并完成了喷泉模型控制系统的硬件配置和软件设计,最后利用喷泉实物模型进行了调试并修改。本设计改进了以往喷泉控制系统的诸多缺点,提升了喷泉的控制系统稳定性。

【关键词】花样喷泉 PLC 自动控制

1 引言

花样喷泉是一种供人们欣赏娱乐的优美水造型景观,是通过人工设计并建造的可喷射出样式繁多、姿态优美的水柱造型的整体型喷射装置。在现代的园林艺术中,除了植被景观外,花样喷泉也成为了大型公共娱乐设施中非常关键的组成部分。它不仅可以用水来表现艺术,在动静结合之余,还能渲染清新活泼,与自然、生命和谐相处的气氛,让人们体验自然之美。与此同时,在改善空气质量方面,花样喷泉还可以增加空气中的湿度、降低环境温度,吸收废气等。花样喷泉在大型公共娱乐设施中备受人们青睐,它在人们日常生活中中也占有举足轻重的地位,它还可以给大家们带来悦目娱心的感觉。因此,花样喷泉控制系统的稳定性问题就成为一项重要的研究课题。本文花样喷泉控制系统是基于可编程控制器设计的,该控制系统具备着配置合理、自动化水准高、可靠性强、设计周期短、操纵和维护简便等许多优点。

2 花样喷泉系统的基本结构

本文设计的花样喷泉系统中共有编号从1-20的20个喷射口,这些喷射口形成一个五角星形状。其基本结构如图1所示。

3 花样喷泉系统的工作过程

本文针对该花样喷泉设计出三套不同的控制方案,每一套方案都需先触发启动按钮和相应的方案开关,设备才开始工作,触发停止按钮,设备停止工作。具体工作过程如下:

方案1:首先1、2、3、4、5开始喷射,2S后6、7、8、9、10、11、12、13、14、15开始喷射,再过2S后16、17、18、19、20开始喷射,4S后全部停止,如此循环下去,形成从外到里三层交替喷射的效果。

方案2:首先1、2、3、4、5开始喷射,1S后停止,然后6、7、8、9、10、11、12、13、14、15开始喷射,1S后停止,然后16、17、18、19、20开始喷射,1S后停止,然后全部开始喷射,1S后全部停止,如此循环下去,形成从外到里三层依次喷射的效果。

方案3:首先l和6喷射、16和15喷射、5和14喷射、20和13喷射、4和12喷射、19和11喷射、3和10喷射、18和9喷射、2和8喷射、17和7喷射,然后1、6、16. 15.5、14. 20. 13.4、12. 19. 11.3、10、18、9、2、8、17、7依次开始喷射,然后1、6、16、20、13、4、12、19、18、9、2、8、17、 16.、15、5、14、20、 19、 11、3、10、18、17、7依次喷射,然后全部开始喷射,如此循环下去,形成两辆喷射完成之后从五角星顶点开始逆时针依次喷射,然后五条边依次喷射,最后全部喷射的效果。

4 控制系统硬件设计

4.1 选配PLC型号

4.1.1 I/0點数的估算

在选择PLC型号前需约算一下本设计中所需要的I/O数目,并留出15~20%的余量,才能大致确定所需PLC的型号。根据方案可知,本次设计所需的I/O点数约为输入5点,输出20点。

4.1.2 PLC功能结构的选择

PLC的结构有三种,分别是整体式、模块式和叠装式。本文的花样喷泉控制系统是小型的、集中的控制系统,因此本文可选取的PLC结构是整体式或叠装式。

4.1.3 储存容量估算

开关量输入元件:15B*5=75B

开关量输出元件:10B*20=200B

定时器/计数器:2B*8=16B

通信接口:300B*1=300B

总占用空间= (75+200+16+300)*130%=769B

综上所述,本次设计选择西门子S7-200系列CPU224型号的PLC,此PLC含有14个输入及10输出端。

4.2 扩展模块的选择

由于所选PLC本身的I/O点数不足,需对其进行扩展,表1为各扩展模块参数。

综合成本因素本文最终选择EM223-1BL22-OXA8的扩展模块。

4.3 输入/输出元件的选择

输入信号为开关量信号,本文选择微动开关:

输出信号为开关量信号,本文选择发光二极管代替喷头电磁阀。

4.4 花样喷泉控制系统的I/O分配表如表2所示。

4.5 花样喷泉控制系统的端子接线图如图2所示。

5 控制系统软件设计

5.1 系统控制流程图

如图3、图4、图5所示,本文根据花样喷泉控制系统的三套方案分别画出了方案流程图。

5.2 系统控制梯形图

按照输入输出分配表,利用STEP7-Micro/WIN32软件编写了梯形图,并利用制作的花样喷泉模型的进行了调试和修改,最终实现了该控制系统的设计目标。如图6、图7所示。

6 结论

本文对花样喷泉控制系统的设计分为两大部分,在硬件部分选择了控制器的型号,选择了扩展模块的型号,输入输出元件和电源等等,列出了与之对应的I/O分配表,并画出了外部连线图;在软件方面,画出了方案流程图,编写了程序梯形图,最后进行了调试,并加以修改完善,从而确保了控制系统设计的准确,实现了花样喷泉模型的控制目的。通过实践证明,本设计可以大大提高喷泉控制系统的稳定性,并且操作简单,使用方便。

参考文献

[1]郝巧,李亮.现代城市水景--喷泉[J].城市建设理论研究(电子版),2013 (34).

[2]王志鹏,王志坤.夏冬花样喷泉控制系统设计[J],黑龙江科技信息,2015 (04): 24.

[3]李宗昊.花样喷泉控制系统的设计[D].太原:山西农业大学信息学院,2017.

[4]肖军,孟令军,可编程控制器原理及应用[M].北京:清华大学出版社,2008 (07).

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