基于PLC的花樣噴泉控制系統的設計

王蕊 張孝元 傅建平 李宗昊

摘要 花樣噴泉是近幾年來在園林藝術、工程建筑和景觀觀賞中所產生出的一項設施。本文以花樣噴泉的模型為研究對象，并選擇S7-200系列PLC對噴泉控制系統進行研究。本文做出了三套噴射方案并完成了噴泉模型控制系統的硬件配置和軟件設計，最后利用噴泉實物模型進行了調試并修改。本設計改進了以往噴泉控制系統的諸多缺點，提升了噴泉的控制系統穩定性。

【關鍵詞】花樣噴泉 PLC 自動控制

1 引言

花樣噴泉是一種供人們欣賞娛樂的優美水造型景觀，是通過人工設計并建造的可噴射出樣式繁多、姿態優美的水柱造型的整體型噴射裝置。在現代的園林藝術中，除了植被景觀外，花樣噴泉也成為了大型公共娛樂設施中非常關鍵的組成部分。它不僅可以用水來表現藝術，在動靜結合之余，還能渲染清新活潑，與自然、生命和諧相處的氣氛，讓人們體驗自然之美。與此同時，在改善空氣質量方面，花樣噴泉還可以增加空氣中的濕度、降低環境溫度，吸收廢氣等。花樣噴泉在大型公共娛樂設施中備受人們青睞，它在人們日常生活中中也占有舉足輕重的地位，它還可以給大家們帶來悅目娛心的感覺。因此，花樣噴泉控制系統的穩定性問題就成為一項重要的研究課題。本文花樣噴泉控制系統是基于可編程控制器設計的，該控制系統具備著配置合理、自動化水準高、可靠性強、設計周期短、操縱和維護簡便等許多優點。

2 花樣噴泉系統的基本結構

本文設計的花樣噴泉系統中共有編號從1-20的20個噴射口，這些噴射口形成一個五角星形狀。其基本結構如圖1所示。

3 花樣噴泉系統的工作過程

本文針對該花樣噴泉設計出三套不同的控制方案，每一套方案都需先觸發啟動按鈕和相應的方案開關，設備才開始工作，觸發停止按鈕，設備停止工作。具體工作過程如下：

方案1：首先1、2、3、4、5開始噴射，2S后6、7、8、9、10、11、12、13、14、15開始噴射，再過2S后16、17、18、19、20開始噴射，4S后全部停止，如此循環下去，形成從外到里三層交替噴射的效果。

方案2：首先1、2、3、4、5開始噴射，1S后停止，然后6、7、8、9、10、11、12、13、14、15開始噴射，1S后停止，然后16、17、18、19、20開始噴射，1S后停止，然后全部開始噴射，1S后全部停止，如此循環下去，形成從外到里三層依次噴射的效果。

方案3：首先l和6噴射、16和15噴射、5和14噴射、20和13噴射、4和12噴射、19和11噴射、3和10噴射、18和9噴射、2和8噴射、17和7噴射，然后1、6、16. 15.5、14. 20. 13.4、12. 19. 11.3、10、18、9、2、8、17、7依次開始噴射，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依次噴射，然后全部開始噴射，如此循環下去，形成兩輛噴射完成之后從五角星頂點開始逆時針依次噴射，然后五條邊依次噴射，最后全部噴射的效果。

4 控制系統硬件設計

4.1 選配PLC型號

4.1.1 I/0點數的估算

在選擇PLC型號前需約算一下本設計中所需要的I/O數目，并留出15～20%的余量，才能大致確定所需PLC的型號。根據方案可知，本次設計所需的I/O點數約為輸入5點，輸出20點。

4.1.2 PLC功能結構的選擇

PLC的結構有三種，分別是整體式、模塊式和疊裝式。本文的花樣噴泉控制系統是小型的、集中的控制系統，因此本文可選取的PLC結構是整體式或疊裝式。

4.1.3 儲存容量估算

開關量輸入元件：15B*5=75B

開關量輸出元件：10B*20=200B

定時器/計數器：2B*8=16B

通信接口：300B*1=300B

總占用空間= （75+200+16+300）*130%=769B

綜上所述，本次設計選擇西門子S7-200系列CPU224型號的PLC，此PLC含有14個輸入及10輸出端。

4.2 擴展模塊的選擇

由于所選PLC本身的I/O點數不足，需對其進行擴展，表1為各擴展模塊參數。

綜合成本因素本文最終選擇EM223-1BL22-OXA8的擴展模塊。

4.3 輸入/輸出元件的選擇

輸入信號為開關量信號，本文選擇微動開關：

輸出信號為開關量信號，本文選擇發光二極管代替噴頭電磁閥。

4.4 花樣噴泉控制系統的I/O分配表如表2所示。

4.5 花樣噴泉控制系統的端子接線圖如圖2所示。

5 控制系統軟件設計

5.1 系統控制流程圖

如圖3、圖4、圖5所示，本文根據花樣噴泉控制系統的三套方案分別畫出了方案流程圖。

5.2 系統控制梯形圖

按照輸入輸出分配表，利用STEP7-Micro/WIN32軟件編寫了梯形圖，并利用制作的花樣噴泉模型的進行了調試和修改，最終實現了該控制系統的設計目標。如圖6、圖7所示。

6 結論

本文對花樣噴泉控制系統的設計分為兩大部分，在硬件部分選擇了控制器的型號，選擇了擴展模塊的型號，輸入輸出元件和電源等等，列出了與之對應的I/O分配表，并畫出了外部連線圖;在軟件方面，畫出了方案流程圖，編寫了程序梯形圖，最后進行了調試，并加以修改完善，從而確保了控制系統設計的準確，實現了花樣噴泉模型的控制目的。通過實踐證明，本設計可以大大提高噴泉控制系統的穩定性，并且操作簡單，使用方便。

參考文獻

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