PLC控制花樣噴泉

一、 概述

隨著時代的發展，科技水平的提高，城市的噴泉設備已經十分先進，各種音樂噴泉、程控噴泉、激光噴泉已經層出不窮，變化多端。規模可大可小，射程可高可低，噴出的水，大者如珠，細者如霧，變化萬千，引人入勝。噴泉，使靜水變為動水，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，可以緩沖、軟化城市中“凝固的建筑物”和硬質的地面，以增加城市環境的生機，有益與身心健康并能滿足視覺藝術的需要。大型城市廣場中的人工動態噴泉，也多來自自然的種種水態，如瀑布、水簾、溢流、溪流、壁泉等，隨著科學技術的發展進步，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造各種晶瑩剔透、絢麗多姿動態水景的程度。噴泉在當今時代，已經形成了一道獨特的人文景觀。

二、 花樣噴泉的動作狀態

如圖2-1，當通電并閉合開頭后，A、B、C三環的噴泉同時噴放，A噴口高度最高，B噴口第二，C噴口最低。同時與A、B、C相對應的閃燈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A、B噴口及相應閃燈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。

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，確保控制系統的可靠性，穩定性。

三 、噴泉設計方案

3.1控制要求分析

如圖3-1所示，閃燈1、2、3分別對應電機Ma、Mb、Mc，它們是隨電機一起動作的。即電機動作，則相應的閃燈閃爍，電機停止，則相應的閃燈也停止閃爍。

當接通電源，閉合開關SB0時，Ma、Mb、Mc同時動作并持續;10S后Mc停止，Ma、Mb動作持續;5S后Mb、Mc停止動作，Ma動作;3S后Ma、Mb動作，Mc停止;5S 后Ma、Mb、Mc同時動作10S，依次重復上述動作。只要不按下停止開關SB1，噴泉將如此循環下去。

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、變送器和執行器，CPU221、222具有180mA輸出，CPU224、224XP、CPU226分別輸出280mA或400mA電流，可做負載電源。

該設計中系統開關量輸入點只有兩個，開關量輸出點有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產品目錄及市場實際價格，選用主機為CPU222（8輸入/6輸出）。CPU222的主要技術數據見表3-1。

表3-1 CPU222的主要技術數據

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接組成。符合JB/T8092-1996標準規定，產品取得全國生產許可證。經過三十多年來不斷的改進和完善，其結構合理、外形美觀，十分可靠，適應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保要求，成為廣大用戶喜愛的產品，廣泛應用于農業灌溉、工礦排水、水景噴泉、水產養殖，魚塘增氧、防洪排澇等領域。具有以下特點：    

泵電一體，結構緊湊；無需引水、使用簡便；  雙端密封、電器保護；    設計合理、性能優良。

   它的使用條件： 電泵出水口流量不得大于額定值（在規定揚程范圍內使用）； 潛水深度不超過5米；水溫不超過+40℃；PH值在5-9之間。它的系列產品的主要技術參數如表3-2。因為本設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參數。

表3-2 QSP系列中低揚程產品的主要技術參數

注：1、表內所列為代表性的規格，未列入本表的詳見銘牌技術參數。

    2、外裝式電動機保護開關由用戶自行配制。

根據本次設計的設計要求，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米; 相相應的QSP160-4-3做為MB電機，揚程為4.5米; QSP500-3.5-7.5做為MC電機。揚程為3.5米。圖3-2為QSP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噴頭噴水開關接觸器         Q0.3

B噴頭噴水開關接觸器         Q0.4

C噴頭噴水開關接觸器         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，用來控制系統的啟動和停止。由于西門子PLC內部不為其輸入點提供電源，需用戶自行提供，因而設計中采用PLC自身輸出的+24V的電源（M和L+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，容易導致輸出觸點燒壞，因些采用中間繼電器（KA0～KA5）作為驅動元件，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一個續流二極管，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，觸發中間繼電器M0.1和時間繼電器T38（A、B、C三環的噴泉同時噴放，A噴口高度最高，B噴口第二，C噴口最低。同時與A、B、C相對應的閃燈1、2、3隨噴口A、B、C一起閃爍10S）。10秒過后，觸發中間繼電器M0.2和時間繼電器T39（C噴口和閃燈3停止動作，剩下A、B噴口及相應閃燈1、2動作5S）。5秒后，觸發中間繼電器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，觸發中間繼電器M0.4和時間繼電器T41（B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（噴口A、B、C和閃燈1、2、3又開始一起動作）。如此依次偱環。

4.4、 花樣噴泉的梯形圖

當開關閉合時，復位中間繼電器M0.1到M0.4。為下次循環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。并觸發了時間繼電器T38。M0.1可以使輸出點Q0.0到Q0.5全亮。這樣可以實現電機Ma、Mb、Mc和相對應的閃燈1、2、3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，同時觸發了時間繼電器T39。M0.2可以實現電機Ma、Mb和相對應的閃燈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，同時觸發了時間繼電器T40。M0.3可以實現只有電機Ma和其相對應的閃燈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，同時觸發了時間繼電器T41。M0.4可以實現當上一程序的3秒結束后，電機Ma、Mb和相對應的閃燈同時動作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M11.2和M11.4都是控制著Q0.1、Q0.2、Q0.4、Q0.5。

 中間繼電器M11.3控制著Q0.1、Q0.4。

4.5、花樣噴泉的動態仿真

如圖4-3，在西門子S7－200的仿真軟件Simulation1.2版中，當觸發I0.0時，相應的輸入點燈0亮，同時輸出點燈0、1、2、3、4、5全亮，10秒后;0、1、3、4燈亮;5秒后，0、3亮;5秒后，0、1、3、4亮;10秒后0、1、2、3、4、5全亮。如此循環。直到按下停止按鈕時，輸出點燈也不再有動作。

圖4-3 噴頭和1號閃燈動作時的仿真圖

五、實際應用

音樂噴泉是音樂和噴泉的結合，音樂是噴泉的主題，噴泉是音樂內涵的表達，如圖5-1

圖5-1音樂噴泉

程控噴泉是按照預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，構成各種跑動、跳動、波動等形態，變化多端，如圖5-3

圖5-3跑動噴泉

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注：本文是工控網專家用戶原創文章，文責由作者自負。