自動化專業(yè) 基于西門子S7-300PLC的花樣噴泉和音樂噴泉控制系統(tǒng)設(shè)計.doc

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1、 ANYANG INSTITUTE OF TECHNOLOGY 本 科 畢 業(yè) 論 文 基于PLC的花樣噴泉控制系統(tǒng)設(shè)計 The design of fancy fountain control system based on PLC 學院名稱： 電子信息與電氣學院 專業(yè)班級： 自動化2009級1班 學生姓名： XX 指導教師姓名： XX 指導教師職稱： XXXXXX

2、 2013年5月 畢業(yè)設(shè)計（論文）原創(chuàng)性聲明和使用授權(quán)說明 原創(chuàng)性聲明 本人鄭重承諾：所呈交的畢業(yè)設(shè)計（論文），是我個人在指導教師的指導下進行的研究工作及取得的成果。盡我所知，除文中特別加以標注和致謝的地方外，不包含其他人或組織已經(jīng)發(fā)表或公布過的研究成果，也不包含我為獲得安陽工學院及其它教育機構(gòu)的學位或?qū)W歷而使用過的材料。對本研究提供過幫助和做出過貢獻的個人或集體，均已在文中作了明確的說明并表示了謝意。 作 者 簽 名：　　 　 　　 日　 期：　　　 　 指導教師簽名：　　 　 　　 日　　期：　　　 　

3、 使用授權(quán)說明 本人完全了解安陽工學院關(guān)于收集、保存、使用畢業(yè)設(shè)計（論文）的規(guī)定，即：按照學校要求提交畢業(yè)設(shè)計（論文）的印刷本和電子版本；學校有權(quán)保存畢業(yè)設(shè)計（論文）的印刷本和電子版，并提供目錄檢索與閱覽服務(wù)；學?？梢圆捎糜坝?、縮印、數(shù)字化或其它復制手段保存論文；在不以贏利為目的前提下，學?？梢怨颊撐牡牟糠只蛉績?nèi)容。 作者簽名：　　 　 　　 日　 期：　　　 　 目錄 摘要 I Abstract II 引 言 1 第一章 方案分析 5 1.1 主控制器方案分析 5 1.2 噴泉水柱控制方案分析 6 1.3 噴

4、泉的控制要求 7 第二章 花式噴泉的硬件設(shè)計 11 2.1 硬件的選擇 11 2.1.1 PLC的選擇方案 11 2.1.2 變頻器選擇方案 12 2.1.3 水泵的選擇方案 15 2.1.3 噴頭的選擇方案 17 2.1.4 控制面板 18 2.1.5 噴泉水泵布局 19 2.1.6 彩燈布局 19 2.1.7 PLC控制接線圖 20 2.1.8 變頻器控制接線圖 21 第三章 系統(tǒng)的軟件設(shè)計 23 3.1 花式噴泉的PLC控制流程圖 23 3.2 I/O模塊的選擇 23 3.3 花式噴泉的I/O分配 23 3.4 西門子MM420變頻器設(shè)置 24 3.5

5、軟件的選用 25 3.6 系統(tǒng)主程序 27 3.7 系統(tǒng)程序的可行性 29 第四章 系統(tǒng)的仿真和調(diào)試 30 4.1 仿真軟件的選用 30 4.2 系統(tǒng)的調(diào)試 30 第五章 WinCC組態(tài)與監(jiān)控 33 5.1 WinCC簡介 33 5.2 WinCC組態(tài) 33 5.2.1 組態(tài)用戶項目 33 5.2.2 WinCC與PLCSIM連接 35 5.2.3 WinCC組態(tài)畫面監(jiān)控 36 結(jié)論 38 致謝 39 參考文獻 40 附錄 41 基于PLC的花樣噴泉控制系統(tǒng)設(shè)計 摘要：花式噴泉是近年來隨著控制系統(tǒng)的發(fā)展，出現(xiàn)的一種控制技術(shù)與花式觀賞

6、相結(jié)合的一種產(chǎn)物。隨著可編程控制器在我國的迅速發(fā)展，對花式噴泉的控制要求也越來越高，使得越來越多的控制部分需要可編程控制器來實現(xiàn)。本文結(jié)合畢業(yè)設(shè)計任務(wù)書的要求，以花式噴泉為研究對象，采用了S7-300系列PLC作為變頻器的控制器，變頻器再控制電機輸出功率。對花式噴泉的控制系統(tǒng)的總體功能進行了分析，闡述了可編程控制器的組成和工作原理。提出了噴泉硬件的各組成模塊及詳細的硬件模塊設(shè)計方案，并對控制方式進行了設(shè)計和程序的編寫。本設(shè)計采用變頻器作為水泵的控制器，改善了噴泉系統(tǒng)的控制品質(zhì)，并真正地達到了節(jié)能和實時控制的要求。 關(guān)鍵詞：PLC；噴泉；控制系統(tǒng)

7、 The design of PLC control system of fancy fountain Abstract：Fancy fountain In recent years, with the development of control systems, control technology and the emergence of a fancy watch combination of a product. With the programmable controller in the rapid development of our cou

8、ntry, the fancy fountain control requirements are also increasing, making more and more control programmable controller. In this paper, the tasks required of graduate design, fancy fountain as the research object, using the S7-300 series PLC as controller of the inverter, and the inverter to control

9、 the motor output power. The overall function of the fancy fountain control system analysis of the composition and working principle of the programmable controller. Fountain hardware building blocks and the hardware module design, the design and procedures for the preparation and control mode. This

10、design uses the controller of the inverter as pumps, improved the fountain system control quality, and truly achieve energy efficiency and real-time control requirements. Key words：PLC;fountain;control system 引 言 所謂花樣噴泉，就是利用控制器控制噴水的花型組合變化、水柱高低、遠近變化和燈光色彩組合、明暗變化的噴泉?；訃娙前熏F(xiàn)代控

11、制技術(shù)應(yīng)用于人工噴泉，在程序控制噴泉的基礎(chǔ)上也可加入了音樂控制系統(tǒng)，通過音樂控制噴泉的水形及燈光的變化，從而達到噴泉水型、燈光及色彩的變化與音樂情緒的完美結(jié)合，使噴泉表演生動且富有內(nèi)涵。 噴泉起源很早，早在公元前6世紀的巴比倫空中花園中就已建有噴泉。古希臘時代開始由飲用水式泉逐漸發(fā)展成為裝飾性泉。還有一種說法認為噴泉起源于伊斯蘭國家的齋戒沐浴給水方法。在伊斯蘭園林中，噴泉沿軸線布置或作為局部構(gòu)圖的中心。文藝復興時期噴泉技術(shù)有很大的發(fā)展，多與雕像、柱飾、水池等結(jié)合造景，如意大利伊斯特別墅的著名“百泉步道”和萊恩脫的噴泉水渠。7到18世紀，噴泉在歐洲城市盛極一時。著名的法國凡爾賽宮的太陽神噴泉，

12、俄國彼得宮的帶雕像群的大瀑布噴泉，而羅馬更有3000多個噴泉，被稱為噴泉之城。中國古典園林崇尚自然，力求清雅素靜、富于野趣，重視對天然水態(tài)的藝術(shù)再現(xiàn)。18世紀，西方式噴泉傳入中國。1747年清乾隆皇帝在圓明園建“諧奇趣”、“海晏堂”、“大水法”三大噴泉。20世紀，噴泉發(fā)展成為一種大型水景，用水柱構(gòu)成各種形態(tài)。如建于1958年的日內(nèi)瓦萊蒙湖大噴泉，它，用兩臺1360馬力的水泵將水噴到145米的高空。夜色下巨型探照燈照射著銀色水柱直劃夜空，頗為景色壯觀。日本的水力噴射動物園在一個直徑10米水池內(nèi)，安裝著6036個旋轉(zhuǎn)的噴頭，能噴射出老虎獅子搏斗、老鷹羚羊廝殺等奇妙的場面。這些噴泉多是利用電腦控制水

13、、光、音、色，使噴泉藝術(shù)進入嶄新的時代?，F(xiàn)代的噴泉，已經(jīng)是一種集聲、光、電、水、力為一體的高科技產(chǎn)物。我國現(xiàn)代意義的噴泉始于上世紀80年代，起步雖晚，發(fā)展卻十分神速，有些技術(shù)在世界上具備領(lǐng)先地位。 國內(nèi)在二十世紀八十年代以前，噴泉只是建筑給排水和園林造景專業(yè)的一個技術(shù)細節(jié)，從設(shè)計到產(chǎn)品制作，工程安裝都沒有形成規(guī)模。只是在展覽館等公共建筑和公園里能見到一些中、小噴泉，產(chǎn)品的水平也是簡單、粗放的。二十世紀八十年以后，隨著國民經(jīng)濟的恢復和發(fā)展，人民生活水平的提高，一些城市的城建、園林主管部門在城市建設(shè)、改造的過程中，以及環(huán)境的美化和文化氛圍的營造上對噴泉提出了求新的要求，一部分建筑、園林、水利的設(shè)

14、計院、研究所及大專院校，綜合了土建結(jié)構(gòu)、給排水、機電控制等傳統(tǒng)的專業(yè)技術(shù)，加上當時先進的單片機，通過電磁閥和直流電機調(diào)速實行變量控制，設(shè)計出一批噴泉、水景。得到了良好的社會反映和社會效益。在這個時期，一些噴泉設(shè)備專業(yè)加工廠和公司開始組建、發(fā)展，為噴泉的專業(yè)化發(fā)展提供了力量，打下了基礎(chǔ)。 二十世紀九十年代以后，社會主義市場經(jīng)濟快速發(fā)展，全國城市建設(shè)速度加快，人們也追求高質(zhì)量的文化生活和環(huán)境美。市場的需求推動了噴泉行業(yè)的發(fā)展。噴泉走出公園、園林的圍墻和廣場的中心，深入延伸到人們的各個社會活動場所。許多噴泉專業(yè)的生產(chǎn)廠商和專業(yè)公司，在這段時間內(nèi)應(yīng)運而生，迅速發(fā)展起來。專業(yè)技術(shù)人員把計算機技術(shù)、信息

15、技術(shù)，以及聲、光、電、霧、火、激光、音樂、水幕電影等學科的技術(shù)應(yīng)用到噴泉之中，把噴泉行業(yè)的技術(shù)水平推上了一個新的層面，開拓了廣闊的應(yīng)用空間，噴泉行業(yè)得到了快速發(fā)展。 人們對噴泉的造景功能、娛樂功能、環(huán)保功能認識的提高，開拓了噴泉的應(yīng)用范圍。噴泉可以濕潤周圍空氣，減少塵埃，降低氣溫。噴泉的細小水珠同空氣分子撞擊，能產(chǎn)生大量的負氧離子。因此，噴泉有益于改善城市面貌和增進居民身心健康。 噴泉景觀概括來說可以分為兩大類：一是因地制宜，根據(jù)現(xiàn)場地形結(jié)構(gòu)，仿照天然水景制作而成，如：壁泉、涌泉、霧泉、管流、溪流、瀑布、水簾、跌水、水濤、漩渦等。二是完全依靠噴泉設(shè)備人工造景。這類水景近年來在建筑領(lǐng)域廣泛應(yīng)

16、用，發(fā)展速度很快，種類繁多，普通噴泉分音樂噴泉、程控噴泉、旱地噴泉、跑動噴泉、光亮噴泉、趣味噴泉、激光水幕電影、超高噴泉等。 漂浮式：整座水景噴泉的管道系統(tǒng)全部安裝在浮箱上，所以噴泉設(shè)備的運行不受季節(jié)性水位高低的影響。漂浮式噴泉制作、安裝工藝技術(shù)性強，但維護方便，易于保養(yǎng)。在大型自然湖泊或各種人工湖中廣泛應(yīng)用。 跑泉：多個噴頭，按時序控制，構(gòu)成各種形態(tài)瞬時變化的水型?？梢孕纬膳軇?、跳動、波動等形狀，又可以成固定造型的噴水形態(tài)，氣勢雄偉，變化多端。 水幕激光：采用特殊的入映機播放，使用的影片也是專門為水幕電影特制的影帶。由于電影的屏幕是透明的水膜，因此在電影播放時會有一種特殊的光學效果，屏

17、幕的視覺穿透性可使畫面具有一種立體感，影片的內(nèi)容可與水面巧妙的結(jié)合，更有一種身臨其境般的奇幻感覺。 隨著時代的發(fā)展，科技水平的提高，城市的噴泉設(shè)備已經(jīng)十分先進，各種音樂噴泉、程控噴泉、激光噴泉已經(jīng)層出不窮，變化多端。規(guī)?？纱罂尚?，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?yōu)閯铀?，使水也有了靈魂，又輔之以各種燈光效果，使水體具有豐富多采的形態(tài)，可以緩沖、軟化城市中“凝固的建筑物”和硬質(zhì)的地面，以增加城市環(huán)境的生機，有益與身心健康并能滿足視覺藝術(shù)的需要。大型城市廣場中的人工動態(tài)噴泉，也多來自自然的種種水態(tài)，如瀑布、疊水、水簾、溢流、溪流、壁泉等，隨著科學技術(shù)的

18、發(fā)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(chuàng)造各種晶瑩剔透、絢麗多姿動態(tài)水景的程度。噴泉在當今時代，已經(jīng)形成了一道獨特的人文景觀。噴泉的專用產(chǎn)品，設(shè)備也在不斷地更新?lián)Q代，新材料、新技術(shù)的采用，環(huán)保型的產(chǎn)品更加安全、可靠，售后服務(wù)周到、及時，這些都為噴泉的良性發(fā)展提供了技術(shù)支撐，使得大多數(shù)的噴泉在美化環(huán)境之外，還發(fā)揮了良好的生態(tài)效應(yīng)社會效益和廣告效應(yīng)等間接的經(jīng)濟效益。 在噴泉得到廣泛應(yīng)用的過程中，也出現(xiàn)了一些問題和不足，有些認識上的誤區(qū)和不良傾向應(yīng)該引起人們的重視。否則將對噴泉行業(yè)的健康發(fā)展產(chǎn)生負面影響。首先，我們政府在審批城市公共廣場噴泉的建設(shè)時，要充分了解其建設(shè)的面積

19、，審查設(shè)計的方案避免跟風的工程。另外，相關(guān)部分應(yīng)組織專家與研究人員設(shè)立行業(yè)的規(guī)范與標準，杜絕低質(zhì)量的工程建設(shè)。其次，各種工程設(shè)計者應(yīng)該充分考慮整體建筑的協(xié)調(diào)性欲藝術(shù)性，使噴泉的水體景觀功能得到比較好的發(fā)揮。同時，讓噴泉景觀充分結(jié)合其他的元素，更好的體現(xiàn)水體景觀的水體美。最后，噴泉水體設(shè)計者應(yīng)該充分結(jié)合實際，考慮環(huán)境對于噴泉景觀的容納性，建設(shè)高質(zhì)量且據(jù)實用性的噴泉，不要出現(xiàn)噴泉水體的建設(shè)不具其利反被其害的現(xiàn)象。 隨著科技的發(fā)展，噴泉水體景觀建設(shè)可以結(jié)合光電技術(shù)和噴水射流的技術(shù)，開發(fā)很多新奇特的高新技術(shù)噴泉設(shè)計。另外，可以通過對于噴泉水池的補水、流動與噴射采用電腦控制，充分節(jié)約水資源。完善噴泉的

20、土建結(jié)構(gòu)，防止地下水的滲入。自動控制噴泉的燈光、供電系統(tǒng)，保證噴泉水體的水質(zhì)，讓噴泉不僅是造景元素更是一種愉悅大眾的環(huán)境藝術(shù)。 本文根據(jù)生活當中出現(xiàn)的一些情況，以花式噴泉為研究對象，結(jié)合了大量資料及文獻，研究花式噴泉的控制問題，整理出一套可行性較高的噴泉控制系統(tǒng)。 本系統(tǒng)的研究內(nèi)容主要包括了噴泉的發(fā)展情況及所存在的一系列問題；噴泉控制系統(tǒng)的組成；花式噴泉的控制任務(wù)和要求；花式噴泉的硬件配置以及軟件的設(shè)計，再通過仿真軟件來實現(xiàn)。 在設(shè)計當中，結(jié)合了音樂噴泉和程控噴泉的優(yōu)點，音樂噴泉主要由音頻開關(guān)信號控制，而程控噴泉則由人為選擇。其中程序噴泉分為手動和自動兩種模式，手動主要是為了調(diào)試，而自動

21、則可連續(xù)運行。當按下電源按鈕，按下自動按鈕，則噴泉按照預(yù)設(shè)的程序循環(huán)運行。如果按下手動按鈕，則自動運行停止，切為手動運行，接著選擇噴水花樣，系統(tǒng)處于連續(xù)運行狀態(tài)，直到按下停止按鈕，系統(tǒng)立即斷開電源，停止運行。 第一章 方案分析 1.1 主控制器方案分析 方案1：使用單片機控制花式噴泉 單片機作為微型計算機的一個重要分支，其應(yīng)用范圍很廣，發(fā)展也很快。1971年Intel公司首次宣布4004的4位微處理器，1974年12月Fairchild(仙童)公司即推出了8位單片機F8，開創(chuàng)了單片機的門戶。 單片機已在各行業(yè)得到廣

22、泛應(yīng)用，如果本設(shè)計采用單片機作為控制系統(tǒng)的核心，由于單片機的輸入輸出電流電壓很小，那么將需要用到大量的輸出繼電器和輸入繼電器，外圍電路將會非常復雜，增加了系統(tǒng)的直觀性和可維護性。而外圍電路的復雜，也會增加系統(tǒng)投入的成本，且其可靠性也大大降低。 方案2：使用S7-300PLC控制花式噴泉 自20世紀60年代中期以來PLC產(chǎn)品在電力、冶金、化工等行業(yè)發(fā)揮了重大作用,尤其近20年來計算機和信息技術(shù)的飛速發(fā)展,不斷成倍擴大的功能和成倍降低的價格,使PLC、通訊聯(lián)網(wǎng)技術(shù)、過程控制軟件都獲得了長足的進步,也使PLC的廣泛應(yīng)用成為可能。 PLC是一種專門為在工業(yè)環(huán)境下應(yīng)用而設(shè)計的數(shù)字運算操作的電子裝置

23、。它采用可以編制程序的存儲器，用來在其內(nèi)部存儲執(zhí)行邏輯運算、順序運算、計時、計數(shù)和算術(shù)運算等操作的指令，并能通過數(shù)字式或模擬式的輸入和輸出，控制各種類型的機械或生產(chǎn)過程。PLC及其有關(guān)的外圍設(shè)備都應(yīng)該按易于與工業(yè)控制系統(tǒng)形成一個整體，易于擴展其功能的原則而設(shè)計。可編程控制器之所以越來越受到控制界人士的重視，是由于它具有以下特點：（1）可靠性高，抗干擾能力強。（2）配套齊全，功能完善，適用性強。（3）易學易用，深受工程技術(shù)人員歡迎。（4）系統(tǒng)的設(shè)計、建造工作量小，維護方便，容易改造。（5）體積小，重量輕，能耗低。 此方案采用西門子S7-300系列PLC作為主控制器。S7-300PLC是中型的P

24、LC，它適用于各行各業(yè)，各種場合中的自動檢測、監(jiān)測及控制等。S7-300PLC的強大功能使其無論單機運行，或連成網(wǎng)絡(luò)都能實現(xiàn)復雜的控制功能。S7-300PLC可提多種CPU可供選擇使用，并且體積小，功能強、可靠性高，靈活性強和可擴展性的特點通過改變噴泉的控制程序或改變方式選擇開關(guān)，就可以改變花式噴泉的噴水規(guī)律，從而變化出很多花樣，同時，PLC具有很強的自診斷功能，迅速方便的檢查出故障，縮短檢修時間，因而確?？刂葡到y(tǒng)的可靠性，穩(wěn)定性。 基于本設(shè)計的控制要求，可采用S7-300系列的PLC來控制MicroMaster420變頻器，變頻器控制水泵的輸出功率，從而達到對水泵流量的控制，產(chǎn)生各種方式的

25、噴水花樣。 采用PLC控制后，由于PLC是采用程序控制，是軟接線，因此可靠性大大提高了。音樂噴泉的核心控制是由可編程控制器實現(xiàn)的，可編程控制器是整個系統(tǒng)的“大腦”，用程序控制變頻器輸出頻率，從而控制水泵輸入功率。其中中央音樂噴泉水泵由程序?qū)崿F(xiàn)用音樂頻率轉(zhuǎn)換的開關(guān)量去控制噴泉水柱的變化。可編程控制器簡化了控制線路，提高了工作的速度和可靠性以及系統(tǒng)操作的靈活性，也提升了噴泉工程的智能化性能。 方案3：使用S7-200PLC控制花式噴泉 假設(shè)設(shè)計采用S7-200PLC作為噴泉的主控制器來控制水泵的運行。S7-200PLC是一種小型的PLC，它有5種CPU模塊，最多可以擴展7個擴展模塊，擴展到2

26、48點數(shù)字量I/O或者38路模擬量I/O，最多有30多KB的程序存儲空間和數(shù)據(jù)存儲空間。集成了6個有12種工作模式的高速計數(shù)器和兩點高速脈沖發(fā)生器、脈沖寬度調(diào)制器。本設(shè)計方案可以選擇S7-200CPU226的PLC作為主控制器，該型號的PLC共14入10出24個I/O點。從I/O點分配方面來說很適合本設(shè)計的控制要求。但是這也限制了它以后的發(fā)展，對于較大的噴泉控制系統(tǒng)，S7-200PLC在沒有實物的情況下，不能仿真，這對于一個較大型的控制系統(tǒng)，在運行前，不仿真是不可靠的。而且S7-200PLC由于I/0點數(shù)的限制，在改變噴水方式的時候很不方便，因此不利于調(diào)整。 1.2 噴泉水柱控制方案分析

27、方案1：采用電磁閥控制 噴泉可以采用電磁閥控制，通過控制電磁閥的通斷，控制噴頭的通斷，從而切換噴頭。水泵的輸出功率不變，所以水泵的流量是固定的，當噴頭切換到粗口徑噴頭時，水柱輸出高度變低；同理，當切換到細口徑噴頭時，由于水壓作用，噴泉水柱高度上升。噴泉常用的閥門有球閥、蝶閥、閘閥、止回閥、水下液壓閥、水下電磁閥、水下數(shù)控閥等。 如果采用電磁閥控制，通過控制電磁閥的通斷，從而切換噴頭，達到改變水柱高度和噴水形態(tài)的效果。在這種控制中，每個水泵的輸出功率是不變的，只能以工頻運行，當噴泉水柱降低時，水泵不需要以工頻運行，造成了能源的浪費。 方案2：采用變頻器控制 變頻器的主要任務(wù)是把工頻電源變

28、換為另一頻率的交流電，以滿足交流電動機的變頻調(diào)速的需要。現(xiàn)在使用的變頻器主要采用交-直-交方式（VVVF，變頻或矢量控制變頻），先把工頻交流電通過整流器轉(zhuǎn)換成直流電，然后再把直流電轉(zhuǎn)換成頻率、電壓均可控制的交流電，以供給電動機。變頻器的電路一般由整流器、中間直流環(huán)節(jié)、逆變器和控制電路4個部分組成。 交流電動機的同步轉(zhuǎn)速表達式為 n = 60 f (1? s) / p 式中：n—異步電動機的轉(zhuǎn)速；f—異步電動機的頻率；s—電動機轉(zhuǎn)差率；p—電動機極對數(shù)。 由上式可知，異步電動機的轉(zhuǎn)速n 與頻率f成正比，只要改變頻率f 即可改變電動機的轉(zhuǎn)速，當頻率f 在0～50 Hz 的范圍內(nèi)變化時，電動機

29、轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)范圍非常寬。變頻器就是通過改變電動機電源頻率實現(xiàn)速度調(diào)節(jié)的，是一種理想的高效率、高性能的調(diào)速手段。 若采用變頻器控制，由于本設(shè)計并不需要連續(xù)調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)速，只要切換若干段固定的轉(zhuǎn)速就可以了。所以只需要用到變頻器的3點數(shù)字量輸入信號，就可以實現(xiàn)八段轉(zhuǎn)速控制(15Hz-50Hz)，而且可以避免使用昂貴的PLC模擬量輸出模塊來連續(xù)調(diào)節(jié)變頻器的輸出頻率。通過PLC輸出的數(shù)字量控制變頻器的輸出頻率，從而改變水泵的輸出功率，達到控制噴泉水柱高地的目的。 采用變頻器控制水泵，較其他控制方法而言，可以改變水泵的輸出功率，當噴泉水柱降低時，電機的輸出功率降低，節(jié)約了電能。對于一個長期運行的噴泉系統(tǒng)而言，其

30、產(chǎn)生的效益是隨時間而積累的。因此，本設(shè)計采用變頻器控制。 1.3 噴泉的控制要求 （1）按下啟動按鈕，中間音樂噴泉無音頻信號輸入時，進入預(yù)置狀態(tài)。當有音頻開關(guān)信號輸入時，噴泉水柱隨音頻信號進行變化。周圍程控噴泉裝置進入預(yù)備狀態(tài)，按下手動按鈕后，按下花樣1按鈕，噴泉按照花樣1循環(huán)運行；斷開花樣1按鈕，按下花樣2按鈕，噴泉按照花樣2循環(huán)運行；斷開花樣2按鈕，按下花樣3按鈕，噴泉按照花樣3循環(huán)運行；按下停止按鈕，噴泉控制裝置停止工作；按下自動運行按鈕，噴泉進入自動工作狀態(tài)。 （2）噴泉噴水方式由花樣選擇開關(guān)決定，現(xiàn)考慮3種噴水花樣。 （3）按下啟動按鈕和手動按鈕后，選擇花樣1后，1s后，變頻

31、1輸出頻率變?yōu)?0Hz；2s后，變頻器2輸出頻率變?yōu)?5Hz；3s后，變頻器輸出頻率變?yōu)?0Hz，依次類推。直到7s后，所有變頻器保持其設(shè)定頻率5s后，變頻器輸出頻率變回基本狀態(tài)，循環(huán)運行。變頻器直接影響水泵的輸出功率，從而影響噴泉水柱高度?；訃娙卜?個水泵，通電后，在PLC的控制下，按1-2-3-4-5-6-7的順序改變噴水高度，最后保持梯形5s,然后恢復0s時的高度，再循環(huán)上次的改變。具體情況見圖1.1所示。 圖1.1 花樣1示意圖 按下啟動按鈕后，按下手動開關(guān)，選擇花樣2后，所有變頻器的輸出頻率變?yōu)?5Hz,此時噴泉的水柱位于最高水柱與最低水柱的中間狀態(tài)。1s后，變頻器輸出頻率變

32、為50Hz，所有水泵的輸出功率變?yōu)樽畲螅藭r噴泉水柱向上沖擊，3s后變?yōu)?5Hz水柱高度。如此循環(huán)，形成升降噴泉的效果，直到按下停止按鈕。具體情況見圖1.2所示。 圖1.2 花樣2示意圖 按下啟動按鈕后，按下手動選擇開關(guān)，按下花樣3選擇開關(guān)，1s后水泵1,3，5，7按照50Hz的頻率運行；水泵2，4，6按照25Hz的頻率運行。2s后，泵2，4,6按照50Hz的頻率運行；水泵1，3，5,7按照25Hz的頻率運行。然后按照上述規(guī)律進行循環(huán)，形成波浪的效果，直到按下停止按鈕。具體情況見圖1.3所示。 圖1.3 花樣3示意圖 按下啟動按鈕后，按下自動開關(guān)，花樣1子程序被調(diào)用，噴泉按照花樣1

33、運行；花樣1運行12s后調(diào)用花樣2子程序，按照花樣2程序運行，同時花樣1停止；花樣2持續(xù)12s后運行花樣3，同時斷開花樣2；花樣3運行12s后，運行花樣1，如此循環(huán)，直到按下I124.1停止按鈕。 對于中間的音樂噴泉，則主要有音頻信號控制。當無音頻信號時，按下啟動按鈕，變頻器控制其輸出功率為50Hz時的最大功率。當有任何音頻開關(guān)信號輸入時，其輸出改為由音頻開關(guān)信號控制，且高位開關(guān)信號優(yōu)先于低位開關(guān)信號，隨音頻信號變化而變化，直到按下停止按鈕，停止運行。 第二章 花式噴泉的硬件設(shè)計 2.1 硬件的選擇 2.1.1

34、PLC的選擇方案 （1）對輸入/輸出點的選擇 盲目選擇點數(shù)多的機型會造成一定浪費。要先弄清除控制系統(tǒng)的I/O總點數(shù)，通常情況下，在得出總數(shù)的基礎(chǔ)上增加10%～15%冗余，如果考慮今后調(diào)整擴充，則留有30%左右的冗余。 （2）對存儲容量的選擇 對用戶存儲容量作粗略的估算。存儲器內(nèi)存容量的估算沒有固定的公式，許多文獻資料中給出了不同公式，大體上都是按數(shù)字量I/O點數(shù)的10～15倍，加上模擬I/O點數(shù)的100倍，以此數(shù)為內(nèi)存的總字數(shù)（16位為一個字），另外再按此數(shù)的25%考慮余量。 （3）對I/O響應(yīng)時間的選擇 PLC的I/O響應(yīng)時間包括輸入電路延遲、輸出電路延遲和掃描工作方式引起的時間

35、延遲（一般在2～3個掃描周期）等。對開關(guān)量控制的系統(tǒng)，PLC和I/O響應(yīng)時間一般都能滿足實際工程的要求，可不必考慮I/O響應(yīng)問題。但對模擬量控制的系統(tǒng)、特別是閉環(huán)系統(tǒng)就要考慮這個問題。 （4）對PLC結(jié)構(gòu)形式的選擇 在相同功能和相同I/O點數(shù)據(jù)的情況下，整體式比模塊式價格低。但模塊式具有功能擴展靈活，維修方便（換模塊），容易判斷故障等優(yōu)點，要按實際需要選擇PLC的結(jié)構(gòu)形式。 本設(shè)計采用S7-300 CPU313-2DP的PLC。該PLC屬于中型PLC，功能強大，控制能力好，性價比高，具體配置見圖2.1所示。 圖2.1 PLC硬件配置 2.1.2 變頻器選擇方案 變頻器用于交流異

36、步電動機調(diào)速，其性能遠遠超過以往任何交、直流調(diào)速方式，而且其結(jié)構(gòu)簡單、調(diào)速范圍寬、調(diào)速精度高、安裝調(diào)試、使用方便、保護功能完善、運行穩(wěn)定可靠、節(jié)能效果顯著，是交流電動機調(diào)速的主流技術(shù)。變頻器是運動控制系統(tǒng)中的功率變換器，當今的運動控制系統(tǒng)是綜合了多種學科的高新技術(shù)領(lǐng)域，是自動化技術(shù)的“前沿”，總的發(fā)展趨勢是：驅(qū)動的交流化，功率交換的高頻化，控制技術(shù)的數(shù)字化、智能化和網(wǎng)絡(luò)化。因此，變頻器作為系統(tǒng)的重要功率變換部件，提供可控的高性能變壓變頻交流電源，必然會伴著系統(tǒng)技術(shù)發(fā)展而發(fā)展。異步電動機調(diào)速轉(zhuǎn)動時,變頻器可以根據(jù)電動機的特性對供電電壓、電流、頻率進行適當?shù)目刂?不同的控制方式所得到的調(diào)速性能、特

37、性以及用途也不同。變頻器的基本原理如圖2.2所示。 圖2.2 變頻器的基本構(gòu)成 異步電動機調(diào)速轉(zhuǎn)動時,變頻器可以根據(jù)電動機的特性對供電電壓、電流、頻率進行適當?shù)目刂?不同的控制方式所得到的調(diào)速性能、特性以及用途也不同. 變頻器控制方式大致大體可分為開環(huán)控制和閉環(huán)控制兩種，后者進行電動機速度反饋。開環(huán)控制有控制方式，閉環(huán)控制有轉(zhuǎn)差頻率控制和矢量控制等方式。 (1) 控制： 對于異步電動機，只要改變其供電電源的頻率，即可以改變電動機的轉(zhuǎn)速，達到進行調(diào)速運轉(zhuǎn)的目的。但是，對于一個實際的交流調(diào)速控制系統(tǒng)來說，事情遠遠不是那么簡單。這是因為當電動機電源的頻率被改變時，電動機的內(nèi)部阻抗

38、也將隨之改變，從而引起勵磁電流的變化，使電動機出現(xiàn)勵磁不足或勵磁過強的情況。在勵磁不足的情況下電動機將難以給出足夠的轉(zhuǎn)矩，而在勵磁過強時電動機又將出現(xiàn)磁飽和，造成電動機功率因數(shù)和效率的下降。因此，為了得到理想的轉(zhuǎn)矩速度特性，在改變電源頻率進行調(diào)速的同時，必須采取必要的措施來保證電動機的氣隙磁通處于高效狀態(tài)（即保持磁通不變）。這就是控制的出發(fā)點。 這種變頻器雖然結(jié)構(gòu)比較簡單，但是，由于這種變頻器采用的是開環(huán)控制方式，其精度和動態(tài)特性并不是十分理想，尤其是在低速區(qū)電壓調(diào)整比較困難，難以得到較大的調(diào)速范圍。所以采用這種控制方式的變頻器一般是對控制性能要求不太高的通用變頻器。 ⑵ 轉(zhuǎn)差頻率控制：

39、 轉(zhuǎn)差頻率控制需要檢出電動機的轉(zhuǎn)速，構(gòu)成速度閉環(huán)，速度調(diào)節(jié)器的輸出為轉(zhuǎn)差頻率，然后以電動機轉(zhuǎn)速與轉(zhuǎn)差頻率之和作為變頻器的給定輸出頻率。由于通過控制轉(zhuǎn)差頻率來控制轉(zhuǎn)矩和電流，與控制相比其加減速特性和限制過電流的能力得到提高。另外它有速度調(diào)節(jié)器，利用速度反饋進行速度閉環(huán)控制，速度的靜差小，適用于自動控制系統(tǒng)。轉(zhuǎn)差頻率控制方式通常用于單機運轉(zhuǎn)。 因為在采用轉(zhuǎn)差頻率控制方式時需要檢測電動機的實際轉(zhuǎn)速，所以需要在異步電動機軸上安裝速度傳感器。而電動機的轉(zhuǎn)速檢測則由速度傳感器和變頻器控制電路中的運算電路完成。控制電路還將通過適當?shù)乃惴ǜ鶕?jù)檢測到的電動機速度產(chǎn)生轉(zhuǎn)差頻率和其他的控制信號。此外，在采用了轉(zhuǎn)差

40、頻率控制方式的變頻器中往往還加有電流負反饋，對頻率和電流進行控制，所以這種變頻器具有良好的穩(wěn)定性，并對急速的加減速和負載變動有良好的響應(yīng)特性 [10] 。 ⑶ 矢量控制： 矢量控制的基本思想是認為異步電動機和直流電動機具有相同的轉(zhuǎn)矩產(chǎn)生機理，即電動機的轉(zhuǎn)矩為磁場和與其相垂直的電流的積，而異步電動機的定子電流則可以分為產(chǎn)生磁場的電流分量（磁場電流）和產(chǎn)生轉(zhuǎn)矩的電流分量（轉(zhuǎn)矩電流）。因此，通過控制電動機定子電流的大小和相位（即定子電流矢量），即可以分別對電動機的勵磁電流和轉(zhuǎn)矩電流進行控制，從而達到控制電動機轉(zhuǎn)矩的目的。 MICROMASTER420 是用于控制三相交流電動機速度的變頻器系列。

41、本系列有多種型號，從單相電源電壓，額定功率120W到三相電源電壓，額定功率11KW可供用戶選用。該變頻器由微處理器控制，并采用具有現(xiàn)代先進技術(shù)水平的絕緣柵雙極型晶體管（IGBT）作為功率輸出器件。因此，它們具有很高的運行可靠性和功能的多樣性。其脈沖寬度調(diào)制的開關(guān)頻率是可選的，因而降低了電動機運行的噪聲。全面而完善的保護功能為變頻器和電動機提供了良好的保護。 MICROMASTER420 具有缺省的工廠設(shè)置參數(shù)，它是數(shù)量眾多的簡單的電動機控制系統(tǒng)供電的理想變頻驅(qū)動裝置。由于MICROMASTER420 具有全面而完善的控制功能，在設(shè)置相關(guān)參數(shù)以后，它也可用于更高級的電動機控制系統(tǒng)。 MICR

42、OMASTER 420 既可用于單機驅(qū)動系統(tǒng)，也可集成到‘自動化系統(tǒng)’中。 MICROMASTER420具有模塊化設(shè)計。操作面板和通訊模塊可以不使用任何工具，非常方便的用手進行更換，MICROMASTER420適合用于各種變速驅(qū)動系統(tǒng)裝置，尤其適合用于水泵，風機和傳送帶系統(tǒng)的驅(qū)動裝置。 MICROMASTER430適合用于工業(yè)部門的水泵和風機。比MICROMASTER420具有更多的輸入輸出端，還具有優(yōu)化的帶有手動，自動切換的操作面板，以及自適應(yīng)功能的軟件。 MICROMASTER440屬于高端變頻器。適合用于各種變速驅(qū)動裝置。尤其適合用于吊車和起重系統(tǒng)，立體倉儲系統(tǒng)，食

43、品，飲料和煙草工業(yè)以及包裝工業(yè)的定位系統(tǒng)。這些應(yīng)用對象要求變頻器具有比常規(guī)應(yīng)用更高的技術(shù)性能和更快的動態(tài)響應(yīng)。 綜上可得，選用MICROMASTER420即可滿足控制要求，因此選用西門子MICROMASTER420變頻器，作為水泵的控制器。 2.1.3 水泵的選擇方案 水泵的種類根據(jù)不同的要求，分類比較多；大致有臥式水泵和潛水泵。但都是根據(jù)各自對水泵的揚程、流量、使用的場合、能耗比、性價比等來選擇合適自己水泵。 根據(jù)本文的要求，采用QSP系列噴泉專用泵。噴泉專用泵其外殼、過流部件及外部零件材質(zhì)均采用鑄鐵或者不銹鋼（304、316、316L）制成的，并且該產(chǎn)品還保留了原來噴泉專用泵性能。

44、樣品見圖2.3所示。 圖2.3 噴泉專用水泵 其優(yōu)越的性能如下：　 1、采用鑄鐵或者不銹鋼材料，提高泵的耐腐蝕性。　 2、葉輪采用專用材料防止葉輪時葉輪松動。 3、漏電保護措施：采用定電位接地裝置?！? 4、在原普通泵的基礎(chǔ)上，根據(jù)噴泉專用泵的要求，公司經(jīng)過多次試驗，在技術(shù)上不斷開發(fā)，加工材料上不斷改進，使噴泉專用泵可以頻繁起動，完全適合音樂噴泉的使用。 5、泵采用不銹鋼濾網(wǎng)護罩，三相四線電纜。 6、不銹鋼噴泉泵為自動注水功能?！? 7、該電機為自循環(huán)充水式冷卻。 噴泉專用水泵的使用條件： 1、電泵應(yīng)完全浸入水中運行,潛水深度不小于0.5米,不大于5米。 2、環(huán)境水溫度

45、應(yīng)不高于40℃。 3、工作介質(zhì)為無腐蝕性清水,含沙量不大于0.1%,PH值為6.5~8.5。 4、電源應(yīng)為三相50赫茲,額定電壓為380伏,供電電壓保證在342~420伏范圍。 5、電泵應(yīng)在額定揚程附近的適用范圍內(nèi)使用。 6、電泵應(yīng)配置相應(yīng)的啟動保護器，可靠接地。 2.1.3 噴頭的選擇方案 噴泉的噴頭分為可調(diào)直流噴頭、涌泉噴頭、集束噴頭、旋轉(zhuǎn)噴頭等等，種類繁多，噴出的水型也各不相同。本設(shè)計采用的是可調(diào)直流噴頭又稱萬向直流在各種場合的噴水池中廣泛應(yīng)用，并是音樂噴泉的必備噴頭，這種噴頭裝有球型接頭，可沿垂直方向15度進行調(diào)節(jié)，萬向直流噴頭可組合各種不同形狀的噴射效果，射流的高低和角度

46、的變化，可根據(jù)水池形狀大小定。見圖2.4所示。 圖2.4 萬向直射噴頭示意圖，實物圖及效果圖 一些型號萬向直射噴頭數(shù)據(jù),見表2.1所示。 表2.1 部分萬向噴頭數(shù)據(jù)示例 噴頭型號 主要性能 連接管 安裝尺寸(mm) 水壓 (kpa) 流量 (m3/h) 噴高 (m) 直徑 DN(mm) 連接形式 A B KTB-117 43-67 0.6-0.8 1.6-3.5 15 內(nèi)螺紋 701 +40 KTB-115 47-77 1.5-2.0 3.4-5.0 20 內(nèi)螺紋 110 +40 KTB-104 49-96 2.5-

47、3.5 4.0-8.0 25 內(nèi)螺紋 130 +40 KTB-216 48-100 3.5-6.5 4.6-9.0 40 內(nèi)螺紋 170 60 KTB-105 50-120 5-7.5 5.0-9.5 50 內(nèi)螺紋 250 +60 KTB-118 90-160 12-15 7-12 65 內(nèi)螺紋 300 +60 2.1.4 控制面板 系統(tǒng)的控制面板圖見圖2.5所示。圖中分別是花樣選擇開關(guān)、啟動、手動、停止和自動運行開關(guān)。 圖2.5 花式噴泉的控制面板 2.1.5 噴泉水泵布局 噴泉水泵放置為圓形，圓的直徑約為6m，水泵1,

48、2,3,4,5,6,7依次排列在圓的一周，兩兩相隔約2.2m，水泵8放置在圓心。其布局圖見圖2.6所示。 圖2.6 噴泉水泵布局 2.1.6 彩燈布局 在本設(shè)計中噴泉要用8個彩燈，每一個水泵對應(yīng)一個彩燈。彩燈選擇混合彩色的品種，例如一個彩燈上的LED集合了紅、黃、藍、綠四種顏色，晚上能形成夢幻效果。 因為噴泉用彩燈都是安裝在水下所以對光線的要求高，對安全性能的要求也要很高，同時對使用壽命要求要長。LED水下燈能夠達到上述的要求，所以本設(shè)計選擇AC 220V LED水下燈。 對于彩燈的接線，由于每個水泵都是380V驅(qū)動，由接觸器控制，則把每個彩燈對應(yīng)接到接觸器引出線的任意兩根線上，

49、彩燈的發(fā)光功率也水泵的功率而變化。由于接線簡單，這里不多做說明。 2.1.7 PLC控制接線圖 啟動按鈕接入PLC的I124.0端子，停止按鈕接入I124.1端子，花樣1按鈕接入124.2端子，花樣2按鈕接入124.3端子，花樣3按鈕接入124.4端子，I125.0—I125.7接收開關(guān)量信號，Q124.0—Q124.4和Q125.0—Q125.2用于控制變頻器的輸出頻率選擇。PLC硬件連接圖如圖2.7和圖2.8所示所示。 圖2.7 PLC控制端子連接圖1 圖2.8 PLC控制端子連接圖2 2.1.8 變頻器控制接線圖 硬件連接見圖2.9所示，在變頻器8上，PLC輸出口Q1

50、25.0—Q125.2連接到變頻器DIN1—DIN3端子上，通過PLC輸出地開關(guān)量控制變頻器輸出預(yù)置的固定頻率，變頻器輸出地預(yù)置頻率由設(shè)置參數(shù)決定。這里只給出變頻器8連接示意圖，其余變頻器接線方法相同。 圖2.9 變頻器端子連接圖 第三章 系統(tǒng)的軟件設(shè)計 3.1 花式噴泉的PLC控制流程圖 花式噴泉的程序控制流程圖見圖3.1所示。 圖3.1 系統(tǒng)控制流程圖 如圖，通電后，進入工作狀態(tài)。如按下啟動按鈕，噴泉裝置進入準備工作狀態(tài)，若不按，則回到初始狀態(tài)。接著選擇噴水花樣，共三種噴水花樣可供選擇。如不選擇噴水花樣，系統(tǒng)則只保持通電狀態(tài)。如

51、按下花樣選擇開關(guān)，噴泉按照設(shè)定的程序開始運行。如果按下停止按鈕，系統(tǒng)則停止運行，如果不按停止按鈕，系統(tǒng)則按照選擇的花樣繼續(xù)運行下去直到按下停止按鈕。 3.2 I/O模塊的選擇 本設(shè)計選擇SM332作為PLC的I/O模塊，其I/O接口都是配對模塊，I為輸入、Q為輸出。用于連接接觸器、燈和變頻器。 3.3 花式噴泉的I/O分配 噴泉的I/O分配見表3.1。 表3.1 花式噴泉的I/O分配表 輸入 啟動按鈕 I124.0 停止按鈕 I124.1 花樣選擇開關(guān)1 I124.2 花樣選擇開關(guān)2 I124.3 花樣選擇開關(guān)3 I124.4 自動運行按鈕 I124.5

52、手動運行按鈕 I124.6 彩燈控制按鈕 I124.7 輸出 變頻器1 Q0.0 Q0.1 Q0.2 變頻器2 Q0.3 Q0.4 Q0.5 變頻器3 Q0.6 Q0.7 Q1.0 變頻器4 Q1.1 Q1.2 Q1.3 變頻器5 Q1.4 Q1.5 Q1.6 變頻器6 Q1.7 Q124.0 Q124.1 變頻器7 Q124.2 Q124.3 Q124.4 變頻器8 Q125.0 Q125.1 Q125.2 接觸器KA1至KA8 Q2.0至Q2.7 接觸器KA9至KA18 Q3.0至Q3.7 3.4 西門子MM

53、420變頻器設(shè)置 一般涉及到的參數(shù)有：①電機參數(shù)，可參考電機銘牌，如電機額定的電壓、功率、電流、轉(zhuǎn)速等。②選擇控制電機啟動、停止方式，如通過變頻器面板還是端子。③選擇變頻器運行頻率控制方式，如變頻器面板、電位器（ 需設(shè)置對應(yīng)頻率范圍） 還是若干個固定頻率（ 通過變頻器端子選擇對應(yīng)頻率） 。④變頻器運行最小、最大頻率，加、減速時間等。⑤變頻器控制方式。 在本系統(tǒng)中需要是設(shè)置的參數(shù)有： （1） P0010參數(shù)為“30”， P0970參數(shù)設(shè)定為“1”，——變頻器復位到工廠設(shè)定值 （2） P0003參數(shù)為“2”——擴展用戶的參數(shù)訪問范圍 （3） P0700參數(shù)為“2”——由模擬端子/數(shù)字輸入

54、控制變頻器 （4） P0701參數(shù)為“17”——BCD碼選擇+ON命令 （5） P0702參數(shù)為“17”——BCD碼選擇+ON命令 （6） P0703參數(shù)為“17”——BCD碼選擇+ON命令 （7） P0704參數(shù)為“1”——正轉(zhuǎn)啟動 （8） P1000參數(shù)為“3”——固定頻率設(shè)定值 （9） P1001參數(shù)為“20”——固定頻率1為20Hz （10） P1002參數(shù)為“25”——固定頻率2為25Hz （11） P1003參數(shù)為“30”——固定頻率3為30Hz （12） P1004參數(shù)為“35”——固定頻率4為35Hz （13） P1005參數(shù)為“40”——固定頻率5為40H

55、z （14） P1006參數(shù)為“45”——固定頻率6為45Hz （15） P1007參數(shù)為“50”——固定頻率7為50Hz 變頻器由數(shù)字信號控制，將P0700參數(shù)設(shè)置為“2”，控制編碼形式為BCD碼，實現(xiàn)變頻器對水泵電機多段調(diào)速控制。變頻信號由PLC發(fā)出，接入變頻器為用戶提供的3個完全可編程的數(shù)字輸入端，3個數(shù)字輸入量控制變頻器的7種頻率輸出，通過參數(shù)設(shè)置7種不同的固定頻率。數(shù)字信號經(jīng)光電隔離輸入CPU，處理后通過逆變器實現(xiàn)對電機的控制。變頻器設(shè)置水泵正轉(zhuǎn)啟動。數(shù)字輸入與對應(yīng)頻率如表3.2所示。 表3.2 數(shù)字輸入與對應(yīng)頻率 DIN1 1 0 1 0 1 0 1 DI

56、N2 0 1 1 0 0 1 1 DIN3 0 0 0 1 1 1 1 頻率值（Hz） 20 25 30 35 40 45 50 3.5 軟件的選用 本設(shè)計采用STEP 7軟件進行編寫系統(tǒng)程序，該軟件主要有組態(tài)硬件；組態(tài)通信連接；使用編程語言編寫用戶程序；下載和調(diào)試用戶程序、啟動、維護、文件建檔、運行和診斷等功能。功能強大，很適合用來編寫噴泉的控制程序。編程軟件界面見圖3.2所示。 圖3.2 軟件編程界面 本設(shè)計采用模塊化化程序，比線性化有更大的靈活性，繼承性。適用于比較復雜，規(guī)模較大的控制工程的程序設(shè)計。在FC1中編寫花樣1子程序，在FC

57、2中編寫花樣2子程序，在FC3中編寫花樣3子程序，在FC4中編寫音樂噴泉子程序，然后在OB1中編寫主程序并調(diào)用子程序。其結(jié)構(gòu)示意圖見圖3.3所示。 圖3.3 模塊化程序示意圖 3.6 系統(tǒng)主程序 圖3.4 系統(tǒng)主程序 I124.0為啟動按鈕，負責啟動。I124.1為停止按鈕，按下后，所有輸出斷電。I124.5為自動運行開關(guān)，當按下I124.5的時候，系統(tǒng)按照花樣1.花樣2.花樣3的順序循環(huán)運行。I124.6和I124.7分別為水泵和彩燈的控制開關(guān)。每個開關(guān)都為點動開關(guān)，按下后自動彈起。子程序FC1為花樣1子程序，F(xiàn)C2為花樣2子程序，F(xiàn)C3為花樣3子程序，F(xiàn)C4為音

58、樂噴泉子程序，F(xiàn)C5為自動運行子程序，F(xiàn)C6為手動運行子程序。 3.7 系統(tǒng)程序的可行性 本系統(tǒng)共有三種花樣可供選擇，因此程序分為七個部分，即一個主程序，六個個個子程序。如果要改變?yōu)槠渌膰娝绞?，只需要改寫子程序，即可達到改變噴水方式的目的。本系統(tǒng)安全可靠，功能強大，安裝方便，因此適合于多種場所。而且噴水花樣豐富，觀賞性較強。 第四章 系統(tǒng)的仿真和調(diào)試 4.1 仿真軟件的選用 仿真PLC具有實際PLC所沒有的功能。首先，仿真PLC可以立即暫時停止執(zhí)行用戶程序，對程序狀態(tài)不會有什么影響；其次，仿真PLC由RUN模式進入STOP模式不會改變輸出的狀態(tài)；再次，在視圖對象中的

59、變動立即使對應(yīng)的存儲區(qū)中的內(nèi)容發(fā)生相應(yīng)改變。實際的CPU要等到掃描結(jié)束時才會修改存儲區(qū)；第四，仿真PLC可以選擇單次掃描或者連續(xù)掃描；第五，可使定時器自動運行或者手動運行，可以手動復位全部定時器或復位制定的定時器；第六，仿真PLC可以對過程影像存儲器與外設(shè)存儲器的處理等。 本設(shè)計采用PLCSIM軟件進行系統(tǒng)的仿真，通過執(zhí)行用戶程序來檢查系統(tǒng)的功能。 4.2 系統(tǒng)的調(diào)試 啟動按鈕按下后，M0.0，M0.4和M0.7得電，所有水泵接觸器閉合，中央音樂噴泉初始化，噴水最高，仿真見圖4.1所示。 圖4.1 啟動仿真圖 當按下I124.0啟動按鈕后，按下手動開關(guān)I124.6和花樣1選擇開關(guān)

60、I124.2時，M0.0得電，M0.1得電，子程序花樣1按照預(yù)定程序運行。按下停止按鈕I0.1時，系統(tǒng)斷電。仿真圖見圖4.2所示。 圖4.2 花樣1仿真圖 花樣2仿真圖見圖4.3所示。 圖4.3 花樣2仿真圖 當按下I0.0啟動按鈕后，按下花樣2選擇開關(guān)I0.3時，M0.0得電，M0.2得電，當M1.5得電的時候，Q1.4得電。按下停止按鈕I0.1時,系統(tǒng)斷電。 花樣3仿真圖見圖4.4所示。 圖4.4 花樣3仿真圖 當按下I124.0啟動按鈕后，按下手動開關(guān)I124.6和花樣3選擇開關(guān)I124.4時，M0.3得電，子程序3運行。按下停止按鈕I124.1時，系統(tǒng)斷電。

61、 自動運行仿真圖見圖4.5所示。 圖4.5 自動運行仿真圖 按下自動開關(guān)I124.5，M5.1得電后，子程序5運行，系統(tǒng)安裝子程序5中的設(shè)定，循環(huán)導通M0.1，M0.2，M0.3，切換子程序循環(huán)運行。按下停止按鈕I124.1時，系統(tǒng)斷電。 通過對本系統(tǒng)的仿真調(diào)試，可以看出，當按下啟動按鈕I124.0后，選擇手動開關(guān)I124.6，手動運行。選擇自動開關(guān)I124.5時，系統(tǒng)進入自動運行狀態(tài)。當按下停止按鈕I0.1時，系統(tǒng)立即停止運行，滿足預(yù)期要求。 第五章 WinCC組態(tài)與監(jiān)控 5.1 WinCC簡介 SIMATIC WinCC是第一個使用最新

62、的32位技術(shù)的過程監(jiān)視系統(tǒng)，具有良好的開放性和靈活性。功能強大，通用的應(yīng)用程序，適合所有工業(yè)領(lǐng)域的解決方案；多語言支持，全球通用 ；可以集成到所有自動化解決方案內(nèi)；內(nèi)置所有操作和管理功能，可簡單、有效地進行組態(tài)；可基于Web持續(xù)延展，采用開放性標準，集成簡便；集成的Historian 系統(tǒng)作為IT 和商務(wù)集成的平臺；可用選件和附加件進行擴展 ；“全集成自動化” 的組成部分，適用于所有工業(yè)和技術(shù)領(lǐng)域的解決方案。WinCC集生產(chǎn)自動化和過程自動化于一體，實現(xiàn)了相互之間的整合，這在大量應(yīng)用和各種工業(yè)領(lǐng)域的應(yīng)用實例中業(yè)已證明，包括：汽車工業(yè)、化工和制藥行業(yè)、印刷行業(yè)、能源供應(yīng)和分配、貿(mào)易和服務(wù)行業(yè)、塑

63、料和橡膠行業(yè)、機械和設(shè)備成套工程、金屬加工業(yè)、食品、飲料和煙草行業(yè)、造紙和紙品加工、鋼鐵行業(yè)、運輸行業(yè)、水處理和污水凈化。 5.2 WinCC組態(tài) 5.2.1 組態(tài)用戶項目 （1） 啟動WinCC WinCC幾乎可以運行在所有Windows平臺下，安裝好WinCC后，桌面會有一個“SIMATIC WinCC Explorer”的快捷方式，雙擊快捷方式進入啟動畫面?；蛘?，在“開始”按扭下，通過“Siemens Automation”→“SIMATIC”→“WinCC”→“WinCC Explorer”啟動WinCC資源管理器。 （2） 創(chuàng)建一個WinCC新項目第一次打開WinCC新項目

64、時候，將出項對話框，有3個選項，如圖默認為選擇單用戶項目，單擊“確定”按扭。在彈出的對話框中定義新項目的名稱和儲存路徑后，進入WinCC資源管理器。 （3） 添加PLC應(yīng)用程序為了使WinCC能夠于PLC通信，需要選擇PLC驅(qū)動程序，在此選擇SIMATIC S7 PLC。 ①右擊WinCC資源管理器的左邊子穿口中的“變量管理器”。 ②在彈出的菜單中，單擊“添加新的驅(qū)動程序”選項。 ③在“添加新的驅(qū)動程序”對話框中，選擇“SIMATIC S7協(xié)議集”，選擇的驅(qū)動程序?qū)⒊霈F(xiàn)在變量管理器的下面。 ④創(chuàng)建一個新的連接，單擊顯示程序前方的圖標，將顯示所有的可以同的通道單元。⑤右擊通道單元MPI

65、。⑥在彈出的菜單中，單擊“新建驅(qū)動程序連接”選象。在輸入新建的名稱，如：S7-300。 (4） 變量在WinCC中，用變量來表示真實值，如灌水的水位，或者表示在WinCC中用來計算或模擬的內(nèi)部值。過程變量位于PLC或類似于驅(qū)動器的存儲器中。內(nèi)部變量位于WinCC內(nèi)，提供于PLC相同的功能存儲單元，可以在計算中修改內(nèi)部變量。步驟是新建變量，然后設(shè)置變量屬性，最后指定在PLC中的地址。 新建的過程變量見圖5.1和圖5.2所示。由于WinCC對于輸入位是只讀的，無法進行“寫“操作，所以在WinCC組態(tài)項目中，為了方便在WinCC界面進行操作，所以要先把所有的輸入改為位寄存器，此次設(shè)計把I124所

66、有為改為M15的位。 圖5.1 WinCC中的過程變量1 圖5.2 WinCC中的過程變量2 （5） 創(chuàng)建過程畫面，默認畫面名稱為“Newpdl.pdl”，顯示在WinCC資源管理器的右邊的窗口中。打開并進行編輯，此次設(shè)計總共創(chuàng)建八個3D棒圖代表八個水泵的噴水高度，八個按鈕進行控制，八個靜態(tài)文本提示。組態(tài)好的畫面見圖5.3所示。然后通過通過設(shè)置屬性或者通過組態(tài)對話框，使畫面中的對象與過程變量連接起來。 圖5.3 WinCC圖形畫面組態(tài) 5.2.2 WinCC與PLCSIM連接 WinCC與PLCSIM可以通過MPI網(wǎng)仿真，TCP/IP網(wǎng)仿真，以及通過PROFIBUS網(wǎng)進行仿真，此次選擇MPI網(wǎng)絡(luò)仿真。遵循以下步驟： （1） PC/PG端口選擇：STEP7選PLCSIM（MPI），WINCC選MPI（WinCC）――＞PLCSIM（MPI）。 （2） 先在STEP7V5.5軟件編好控制程序。打開S7-PLCSIMV5.4軟件，在出來的窗口中勾下面的那個選項，點第二個選項，選擇打開STEP7V5.4程序的項目。 （3） 下載程序并運行。 （4） 打開WINC