花式喷水池装置电气控制设计

1引言

课程设计的主要目的是通过某一生产设备的电气控制装置的设计实践，了解一般电气控制系统设计过程、设计要求、应完成的工作内容和具体设计方法。通过设计也有助于复习、巩固以往所学的知识，达到灵活应用的目的。电气设计必须满足生产设备和生产工艺的要求，因此，设计之前必须了解设备的用途、结构、操作要求和工艺过程，在此过程中培养从事设计工作的整体观念。

花样喷泉是人工环境中最富有生命力的喷泉，它具有分隔空间，增加层次，净化空气，美化环境的作用。花样喷泉的核心是PLC，即可编程序控制器，是一种以微处理器为核心、带有指令存储器和输入输出接口、综合了微电子技术、计算机技术、自动控制技术、通信技术的新一代工业控制装置。它能够存储和执行指令，进行位置控制、逻辑控制、顺序控制、定时、计数和算术运算等操作，并通过数字式和模拟式的输入和输出，控制各种类型的机械或生产过程。它不仅充分发挥了计算机的优点，以满足各种工业生产过程自动控制的需要，同时又照顾一般电气操作人员的技术水平和习惯，采用梯形图或状态流程图等编辑方式，使PLC的使用始终保持大众化的特点。

近年来我国经济的不断发展，物质生活水平的提高促使着人们迫切的追求更高的生活享受，于是大大小小的公园如雨后春笋般出现在新的城市规划中，其中必然会修建一些喷泉供人们休闲、观赏。这些喷泉按一定的规律改变喷水式样，如果再与五颜六色的灯光相配合，在和谐优雅的音乐中，更是令人心旷神怡，流连忘返。其中PLC控制的花样喷泉更是作为佼佼者，以其简单的操作方法和绚烂的视觉效果饱受人们的称赞。本文讲述的是如何利用PLC控制喷泉喷水方式，从而产生产生各样的样式。

2 常规电气控制

2．1 工艺流程

图2-1为花式喷水池工艺流程图。电源为控制面板，PLC，电机，电磁阀供电。通过控制面板将信号输入PLC，PLC处理输入信号后，输出控制信号，控制电机和四个电磁阀的运行状态，最终达到花式喷水的目的。

图2-1 工艺流程图

2．2 拖动要求

1．喷水管路由2.2KW三相异步电动机拖动水泵供给，1-4喷水管分别由4只电磁阀控制。

2.控制器电源开关接通后，按下启动按钮喷水池装置即开始工作，按下停止按钮，停止喷水。工作方式（即喷水花样）由“选择开关”和“扭子开关”来决定。

3.“扭子开关”在“单周”位置时，喷水池只运行一个完整的单周；而在“循环”位置时，喷水池反复循环运行。

4.“选择开关”用于选择喷水池的喷水花样，1—4号喷水管的工作方式选择如下：

（1）“选择开关”在位置“1”——按下启动按钮后，4号喷水，延时2S，3号喷水，延时2S，2号喷水，延时2S，1号喷水，接着一起喷水15S为一个循环。

（2）“选择开关”在位置“2”——按下启动按钮后，1号喷水，延时2S，2号喷水，延时2S，3号喷水，延时2S，4号喷水，接着一起喷水30S为一个循环。

（3）“选择开关”在位置“3”——按下启动按钮后，1、3号同时喷水，延时3S 后，2、4号同时喷水，1、3号停止喷水；交替运行5次后，再1——4号一起喷水30S 为一个循环。

（4）“选择开关”在位置“4”——按下启动按钮后，喷水池1——4号喷水管的工作顺序为1→2→3→4按顺序延时2S喷水，然后一起喷水30S后，1、2、3、4号喷水管分别延时2S停水，在等待1S，由4→3→2→1反序分别延时2S喷水，然后在一起喷水30S为一个循环。

2．2 设计任务

1.绘制主电路，选择合适的元器件。

2.选择喷水管四种工作方式中的一种工作方式，绘制常规电气控制回路。

3.根据控制要求选择PLC，并安排PLC的I/O 端口。

4.绘制PLC接线图。

5.根据控制要求设计PLC程序。

6.上机调试程序。

7.编写设计、使用说明书及设计小结，列出参考资料目录。

2．4 主电路

图2-2为花式喷水池主电路图。QF空气开罐器保护作用，KM1控制三相异步电动机运行，KM2、KM3、KM4和KM5分别通过控制四个电磁阀的通断来控制喷水管喷水。

图2-2 主电路图

2．5 控制回路

花式一的喷水控制回路如下图。KM1接通时电机启动，KM2接通时，4号水管喷水。2s后KT1闭合，KM3接通，3号水管喷水。2号水管和1号水管依次延迟2s启动；KM5接通，1、2、3、4管一齐喷水30s。KM6用于判定系统单步/连续喷水。

图2-3 喷水花式一的控制回路

2．6 设备选型

表1 元器件

3 PLC控制

3．1 PLC的I/O分配表2 I/O分配表

3．2 控制面板布置及PLC接线图

1.图3-1左图为花式喷水池平面布置，数字1—4分别为外环状喷水管、中环状喷水管、内环状喷水管、三点喷水管。右图为控制面板，其中选择开关有四个位置，对应四种喷水花样；扭子开关扳向左为单周、扳向右为环。电源指示为红灯，启动及停止按钮各一只。

图3-1 花式喷水池及控制面板平面布置示意图

2.如图3-2，本系统采用西门子S7-200系列PLC进行控制。从分析可以知道，系统共有开关量输入点7个，开关量输出点5个。

图3-2 PLC接线图

3．3 PLC状态流程图

图3-3为PLC状态流程图。按下开始按钮，程序进入运行状态，并按照所选择的喷水花式开始喷水。喷水一次结束后进入单次和连续状态判定。若扭子开关在连续位置，则回到喷水花式前，重新执行喷水命令。若为单次，则喷水结束。

图3-3 plc状态流程图

3．4 PLC梯形图

图3-4 PLC梯形图

3．5 程序调试及仿真

1.图3-5中，选择花式一循环喷水，内环状和三点喷水管喷水，两秒后中环状喷水管喷水

图3-5 花式一喷水仿真图

2.图3-6中，选择花式二循环喷水，外环状，中环状和内环状喷水管依次喷水，两秒后三点喷水管喷水。

图3-6 花式二喷水仿真图