花式喷泉PLC控制系统毕业设计

北京电子科技职业学院Beijing Electronic Science and Technology Vocational College毕业设计（论文）设计题目花式喷泉的PLC控制系统设计系部机电技术系专业机电一体化技术专业班级姓名指导教师杨正忠2012 年10月花式喷泉的PLC控制摘要花式喷泉是近年来出现的一种园林建筑与花式观赏相结合的一种产物。

随着可编程控制器在我国的迅速发展，对花式喷泉的控制要求也越来越高，使得越来越多的控制部分需要可编程控制器来实现。

本文结合任务设计书的要求，以花式喷泉为研究对象，采用了S7-300系列PLC作为喷泉的控制器。

对花式喷泉的控制系统的总体功能进行了分析，阐述了可编程控制器的组成和工作原理。

提出了喷泉硬件的各组成模块及详细的硬件模块设计方案，并对控制方式进行了设计和程序的编写。

本设计改善了喷泉系统的控制品质，并真正地达到了实时控制的要求。

关键词：PLC；喷泉；控制系统目录1. 绪论 (1)1.1 喷泉的发展 (1)1.1.1 我国喷泉的发展 (1)1.1.2 喷泉的应用状况 (1)1.1.3 现代喷泉重出现的问题 (2)1.2 喷泉的种类 (3)1.3 喷泉中的一些新技术 (3)1.4 设计的主要研究内容及安排 (4)2. 方案分析 (5)2.1 主控制器方案分析 (5)2.2 主控制器方案的选择 (6)2.3 喷泉控制方案分析 (6)2.4 喷泉控制方案的选择 (7)2.5 喷泉的控制要求 (8)3. 花式喷泉的硬件设计 (9)3.1 硬件的选择 (9)3.1.1 PLC的选择方案 (9)3.1.2 水泵的选择方案 (9)3.1.3 喷头的选择方案 (10)3.2 控制面板 (10)4. 系统的软件设计 (12)4.1 花式喷泉的PLC控制流程图 (12)4.2 I/O模块的选择 (12)4.3 花式喷泉的I/O分配 (13)4.4 PLC的I/O地址分配简介 (13)4.5 软件的选用 (13)4.6 系统主程序 (14)4.7 系统程序的可行性 (16)5. 系统的仿真和调试 (17)5.1 仿真软件的选用 (17)5.2 系统的调试 (17)总结 (23)致谢 (24)参考文献 (25)附录1 (26)附录2 (27)1. 绪论1.1 喷泉的发展1.1.1 我国喷泉的发展国内在二十世纪八十年代以前，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。

二十世纪八十年以后，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。

在这个时期，一些喷泉设备专业加工厂和公司开始组建、发展，为喷泉的专业化发展提供了力量，打下了基础。

二十世纪九十年代以后，社会主义市场经济快速发展，全国城市建设速度加快，人们也追求高质量的文化生活和环境美。

市场的需求推动了喷泉行业的发展。

喷泉走出公园、园林的围墙和广场的中心，深入延伸到人们的各个社会活动场所。

许多喷泉专业的生产厂商和专业公司，在这段时间内应运而生，迅速发展起来。

专业技术人员把计算机技术、信息技术，以及声、光、电、雾、火、激光、音乐、水幕电影等学科的技术应用到喷泉之中，把喷泉行业的技术水平推上了一个新的层面，开拓了广阔的应用空间，喷泉行业得到了快速发展。

2001年中国建筑金属结构协会、给水排水设备分会成立了水景喷泉专业委员会，行业组织为城镇、园林的主管部门、设计院、所及专业生产厂商、公司提供服务，促进喷泉行业健康有序地发展。

一些大学和中专的建筑、园林专业也开设了水景、喷泉课程，为喷泉行业的今后发展提供了知识储备。

喷泉行业的发展进入到一个新的阶段。

1.1.2 喷泉的应用状况人们对喷泉的造景功能、娱乐功能、环保功能认识的提高，开拓了喷泉的应用范围。

我们可以看到：适宜于喜庆节日、大型群众集会的广场喷泉和城市主题雕塑喷泉，其水造型往往是简捷、明快、庄重、大方，给予人们团结进取，凝聚向上的感受。

在商业广场、购物中心以及一些景点的大型激光彩色音乐喷泉，其动感十足的“水表演”，既欢快、跳跃，又抒情、富有诗意的“水舞蹈”，有些喷泉配之以水幕电影，给人们以变幻无穷，绚丽多姿的视听效果。

河、湖自然水面上喷水高度超过百米的高水柱喷泉，其雄伟、壮观的水造型往往成为这个城市或旅游景点的特征之一。

喷泉进入了住宅小区，多与建筑小品和雕塑相映、相伴，既有中、老年人们喜爱的幽静、典雅的风格，也有适于儿童嬉水，趣味十足的形式。

松弛、舒适的环境氛围给人们愉悦的感受。

商场内、酒楼里的喷泉小巧、别致，既调节了室内小气候，又增添了画意。

依托大型建筑物和自然地形建成的人工瀑布及溢水造景给人们以清新和另有韵味的感受。

喷泉在电视转播厅和大型歌舞上频频出现，调谐得当的水形烘托着演出的效果。

精巧的微型喷泉进入了办公室和居室，给室内增添了动态的装饰。

喷泉是艺术和技术的结合物，建筑艺术、园林艺术、美术以至引伸到人文学、文学艺术、音乐艺术等都能蕴含到喷泉的设计、创作中。

不少成功的作品都注意喷泉的设计风格与周边的环境、建筑物风格的协调一致，注意当地人文、文化心理，所以好的方案设计是至关重要的，它是成功的起点。

在喷泉方案的制作上，短短的几年时间就从手工制图发展到photo shop图片再发展到三维动画制作的光盘描绘的动态喷水方案，计算机技术极大地丰富和开拓了人们的思维空间。

快速、直观、便于保存、易于修改的优点很快地就被建设方接受，成为喷泉设计方案招投标的必备内容。

喷泉的专用产品，设备也在不断地更新换代，新材料、新技术的采用，环保型的产品更加安全、可靠，售后服务周到、及时，这些都为喷泉的良性发展提供了技术支撑，使得大多数的喷泉在美化环境之外，还发挥了良好的生态效应社会效益和广告效应等间接的经济效益。

1.1.3 现代喷泉重出现的问题在喷泉得到广泛应用的过程中，也出现了一些问题和不足，有些认识上的误区和不良倾向应该引起人们的重视。

否则将对喷泉行业的健康发展产生负面影响。

（1）方案设计上的盲目性，往往导致作品成为败笔，使作品难于长久存在。

（2）细部设计的不合理直接影响作品效果。

（3）质次价高的伪劣产品直接影响着有关厂商和公司的信誉。

（4）节能、节水、环保问题应引起足够的重视。

喷泉的水造型是通过细部设计来实现的，机、泵、管、阀门、喷头的合理选配，直接影响着喷水效果。

有些喷泉的设计，只注意了流量、工作压力等技术指标，忽视了流态效果这个重要因素，水造型效果差。

例如：成功的超高水柱密实段长，破裂段和雾化段短，水柱直径和喷水高度比例合适，抗风能力强，喷水效果挺拔、雄伟。

而目前的一些超高水柱，水柱密实段短，破裂段和雾化段长，水柱直径与喷水高度相比显得细小单薄，抗风能力差，水柱很容易被吹散飘移，这就是有关参数选配不合理所致。

在整体水造型的组合效果上也存在差类似的问题。

细部设计不合理，是技术经济指标差的表现，需要在设计阶段给予解决。

喷泉是耗能的景观工程，在保障设计效果的前提下，尽可能地节约能源，这在方案设计阶段时就应该进行量体裁衣的设计。

我国是一个缺水的国家，节水是基本国策，喷泉要提倡循环用水，设计时应考虑减少喷水的雾化，飘移损失。

循环用水系统应该有过滤净化装置，现在有许多旱喷泉，喷水很容易把地面上的泥土、脏物冲入地下水池，水质极易污染，搞好池水净化，延长池水使用周期，用过的池水可以浇灌周边的草坪、绿地，既节约了用水，又有环保的功能。

1.2 喷泉的种类喷泉景观概括来说可以分为两大类：一是因地制宜，根据现场地形结构，仿照天然水景制作而成，如：壁泉、涌泉、雾泉、管流、溪流、瀑布、水帘、跌水、水涛、漩涡等。

二是完全依靠喷泉设备人工造景。

这类水景近年来在建筑领域广泛应用，发展速度很快，种类繁多，普通喷泉分音乐喷泉、程控喷泉、旱地喷泉、跑动喷泉、光亮喷泉、趣味喷泉、激光水幕电影、超高喷泉等。

1.3 喷泉中的一些新技术漂浮式：整座水景喷泉的管道系统全部安装在浮箱上，所以喷泉设备的运行不受季节性水位高低的影响。

漂浮式喷泉制作、安装工艺技术性强，但维护方便，易于保养。

在大型自然湖泊或各种人工湖中广泛应用。

跑泉：多个喷头，按时序控制，构成各种形态瞬时变化的水型。

可以形成跑动、跳动、波动等形状，又可以成固定造型的喷水形态，气势雄伟，变化多端。

水幕激光：采用特殊的入映机播放，使用的影片也是专门为水幕电影特制的影带。

由于电影的屏幕是透明的水膜，因此在电影播放时会有一种特殊的光学效果，屏幕的视觉穿透性可使画面具有一种立体感，影片的内容可与水面巧妙的结合，更有一种身临其境般的奇幻感觉。

1.4 设计的主要研究内容及安排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，研究花式喷泉的控制问题，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；花式喷泉的控制任务和要求；花式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，因花样1出现故障的可能性较另外两种花样要大，因此在花样1的程序中设置了报警系统，当出现故障时，可以及时报警并断开电源，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。

2. 方案分析2.1 主控制器方案分析方案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S7-300PLC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20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。