喷泉的设计要求.docx
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喷泉的设计要求.docx
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喷泉的设计要求
3喷泉的设计要求
3.1喷泉规模的设计
该喷泉占地面积俯视图为正方形,其面积S=100平方米;喷射范围俯视图为圆形,其半径R=4.5m。
喷泉概况平面图如3-1:
图3-1喷泉概况平面图
图3-1中,喷泉由5种不同的水柱组成。
其中1表示大水柱所在的位置,其水柱较大,喷射高度较高;2表示中水柱所在的位置,由六支中水柱均匀分布在2的圆(r=2m)的轨迹上,水量比大水柱的水量小,其喷射高度比大水柱低;3表示小水柱,它由150支小水柱均匀分布在3(r=3m)的圆的轨迹上,其水柱较细,其喷射高度比中水柱略矮;4和5为花朵式和旋转式喷泉,各由19支喷头组成,均匀分布在4和5的圆(r=4m)的轨迹上,其水量压力均较弱。
3.2喷泉水柱的分布
该喷泉的回水池俯视图为圆形,与喷泉喷射范围俯视图为同心圆,且半径相等。
回水池的深度为2m。
该回水池由1个半径为100cm的圆水池和3个有效宽度为50cm的圆环水池组成,且各个水池之间相通,连接池宽度为50cm,3个圆环水池的半径分别为2m、3m、4m。
如图3-2所示:
图3-2回水池的设计
回水池上方由金属栏嵌入式覆盖。
大水柱喷头的内径d=50mm,中水柱喷头的内径d=30mm,小水柱喷头的内径d=20mm,花朵喷泉和旋转喷泉的内径d=30mm。
大水柱高度h=5m,中水柱高度h=3m,小水柱高度h=2m,花朵喷泉和旋转喷泉的喷水高度h=1m。
4PLC控制系统总设计
4.1PLC控制花样喷泉运行要求的设计
1)、要设计一个启动按钮,按下启动按钮,喷泉进入运行等待状态。
2)、要设计一个单步∕连续运行方式按钮,按下喷泉的单步∕连续运行方式按钮,该喷泉默认为连续运行方式。
3)、要设计一个循环方式按钮,按下喷泉喷水花样的循环方式按钮,喷泉开始运行,并设计每一个循环花样有八种,每隔6s改变一次花样。
在连续运行方式下,喷水花样将一直循环下去,在单步运行方式下,喷水花样只运行一个循环。
按下其他任意一个循环方式按钮,喷泉喷水花样的循环方式立刻改变。
4)、要设计一个停止按钮,按下停止按钮,喷泉停止运行。
4.2喷泉的运行流程图的设计
图4-1喷泉的运行流程图
4.3喷泉的运行过程的设计
按下喷泉控制系统的启动按钮,首先大水柱从地而起,直射天空;6s后,大水柱消失,紧接着六支中水柱竞相射向天空;最后所有水柱喷泉一齐迸发。
整个过程分为8段,每段6s,且自动转换,全过程为48s。
当单步∕连续开关置于连续,花样选择开关置于1时,其喷泉水柱的动作顺序如下:
1→2→(1+3+4)→(2+5)→(1+2)→(2+3+4)→(2+4)→(1+2+3+4+5)→1,周而复始,直到按下停止按钮,水柱喷泉才停止工作;当单步∕连续开关置于单步时,喷泉水柱的动作只运行一个循环。
花样选择开关置于2时,其喷泉水柱的动作顺序如下:
1→2→(2+4)→(2+5)→(1+2)→(2+3+4)→(1+3+4)→(1+2+3+4+5)→1。
花样选择开关置于3时,其喷泉水柱的动作顺序如下:
1→2→(1+3+4)→(1+2)→(2+5)→(2+3+4)→(2+4)→(1+2+3+4+5)→1。
花样选择开关置于4时,其喷泉水柱的动作顺序如下:
1→2→(1+3+4)→(2+5)→(1+2)→(2+4)→(2+3+4)→(1+2+3+4+5)→1。
4.4喷泉控制原理
喷泉控制系统由启动控制程序、位移脉冲控制程序、位移及复位控制程序、驱动控制程序组成。
通过位移脉冲控制程序实现子元件中的内容在存储器间的移动,通过复位控制程序实现喷泉花样的循环,通过驱动控制程序实现喷泉的喷射。
4.5花样喷泉PLC控制接线图的设计
图4-2花样喷泉PLC控制接线图
4.6花样喷泉PLC控制输入输出点分配的设计
表4-1花样喷泉PLC控制输入输出点分配
输入信号
输出信号
名称
代号
输入点编号
名称
代号
输出点编号
启动按钮
SB1
I0.0
大水柱接触器
KM1
Q0.0
停止按钮
SB2
I0.1
中水柱接触器
KM2
Q0.1
连续按钮
SB3
I0.2
小水柱接触器
KM3
Q0.2
单步按钮
SB4
I0.3
花朵式喷泉接触器
KM4
Q0.3
花样1按钮
SB5
I0.4
旋转式喷泉接触器
KM5
Q0.4
花样2按钮
SB6
I0.5
-----------------
----
----
花样3按钮
SB7
I0.6
-----------------
----
----
花样4按钮
SB8
I0.7
-----------------
----
----
4.7花样喷泉PLC控制梯形图的设计
图4-3花样喷泉PLC控制梯形图
图4-3中,第1逻辑行为启动控制程序;第2、3、4逻辑行组成6s移位脉冲控制程序;第5逻辑行为单步/连续控制程序;第6、7、8、9逻辑行组成花样选择控制程序;第10、11、12、13逻辑行组成移位及复位控制程序;第14、15、16、17、18逻辑行组成驱动控制程序。
接通PLC电源,第10逻辑行中位存储器M10.0接通,其在第14逻辑行中的常开触点闭合,为喷泉的启动做好了准备。
当按下喷泉控制器的启动按钮SB1后,第1逻辑行中输入继电器I0.0的常开触点闭合,位存储器M0.0接通并自锁。
本程序默认为连续循环喷泉样式的控制程序,按钮SB3为连续按钮,在第5逻辑行中输入继电器I0.2为常闭触点,按钮SB4为单步按钮,第5逻辑行中输入继电器I0.3为常开触点,当按下此按钮,继电器I0.3触点闭合,位存储器M0.2接通并自锁,其在第1逻辑行中的常闭触点断开,喷泉样式进入一次运行状态。
选择默认状态,按下SB5,第6行中输入继电器常开触点闭合,位存储器M0.4接通并自锁,其在第2、14、15、16、17、18逻辑行中的常开触点闭合,进入第一种喷泉样式,输出继电器Q0.0被接通,大水柱控制接触器KM1通电闭合,大水柱“1”射向天空。
同时在第2逻辑行中的M0.0、M0.4的常开触点闭合,定时器T37被接通开始计时,经过3s后,T37动作,第3逻辑行的常开触点闭合,定时器T38被接通并开始计时,又经过3s后,T38动作,第4逻辑行中的常开触点闭合一个扫描周期使得位存储器M0.1闭合一个扫描周期。
M0.1在第11逻辑行中的常开触点闭合一个扫描周期,将字元件MW10中的内容向左移1位,即将M10.0中的“1”的内容移至位存储器M10.1中,M10.1闭合。
由于M10.1接通,其在第14逻辑行中的常开触点闭合,输出继电器Q0.1被接通,中水柱控制接触器KM2通电闭合,中水柱喷出。
又经过6s后,M0.1在第6逻辑行中的常开触点闭合一个扫描周期,将字元件MW10中的内容向左移一位,即将M10.1中“1”的内容移至位存储器M10.2中,M10.2闭合其在第14、16逻辑行中的常开触点闭合,输出继电器Q0.0、Q0.2被接通,喷出大水柱、小水珠。
经过第7个6s后,“1”被移至位存储器M10.7中,M10.7第14、15、16、17、18逻辑行中的常开触点闭合;所有输出继电器全部闭合,所有喷泉一起喷发。
又经过6s后,“1”被移至位存储器M11.0中,M11.0在第12逻辑行中的常开触点闭合,使字元件MW10中M10.0-M11.0的各位复位为“0”,第10逻辑行中的M10.7复位,M10.0接通,M10.0在第14逻辑行中的常开触点闭合;Q0.0被接通,大水柱喷发。
如此不断循环,直到按下SB2。
1.2花样喷泉的动作状态
如图1-4,当通电并闭合开头后,A、B、C三环的喷泉同时喷放,A喷口高度最高,B喷口第二,C喷口最低。
同时与A、B、C相对应的闪灯1、2、3随喷口A、B、C一起闪烁。
10秒过后,C喷口和闪灯3停止动作,剩下A、B喷口及相应闪灯1、2动作。
5秒后,只有A喷口和闪灯1口动作。
3秒后,B喷口和2闪灯和A喷品、1闪灯一起动作。
5秒后,喷口A、B、C和闪灯1、2、3又开始一起动作,如此如此偱环。
图1-4花样喷泉模型
3喷泉设计方案
3.1控制要求分析
如图3-1所示,闪灯1、2、3分别对应电机Ma、Mb、Mc,它们是随电机一起动作的。
即电机动作,则相应的闪灯闪烁,电机停止,则相应的闪灯也停止闪烁。
当接通电源,闭合开关SB0时,Ma、Mb、Mc同时动作并持续;10S后Mc停止,Ma、Mb动作持续;5S后Mb、Mc停止动作,Ma动作;3S后Ma、Mb动作,Mc停止;5S后Ma、Mb、Mc同时动作10S,依次重复上述动作。
只要不按下停止开关SB1,喷泉将如此循环下去。
图3-1花样喷泉的模型
3.2PLC的选型
S7-200PLC具有集成的24V负载电源,它可以直接连接到传感器、变送器和执行器,CPU221、222具有180mA输出,CPU224、224XP、CPU226分别输出280mA或400mA电流,可做负载电源。
该设计中系统开关量输入点只有两个,开关量输出点有6个,如果选用CPU221PLC(6输入/4输出),需要扩展单元,参照西门子S7-200产品目录及市场实际价格,选用主机为CPU222(8输入/6输出)。
CPU222的主要技术数据见表3-1。
表3-1CPU222的主要技术数据
特性
CPU222
外形尺寸/mm×mm×mm
90×80×62
程序存储区
2048字
数据存储区
1024字
掉电保护时间/h
50
本机I/O
8入/6出
扩展模块数量
2
高速计数器,单相,双相
4路30KHz,2路20KHZ
脉冲输出(DC)
2路20KHZ
模拟电位器
1
实时时钟
配时钟卡
通讯口
1RS-485
浮点运算
有
I/O映像区
256(128入/128出)
布尔指令执行速度
0.37üs/指令
3.3电机的选择
QSP型园林喷泉用潜水电泵是由充水式潜水电机与离心式水泵同轴联接组成。
符合JB/T8092-1996标准规定,产品取得全国生产许可证。
经过三十多年来不断的改进和完善,其结构合理、外形美观,十分可靠,适应频繁启动及变频运行要求,且安装方便,对水源无污染符合绿色环保要求,成为广大用户喜爱的产品,广泛应用于农业灌溉、工矿排水、水景喷泉、水产养殖,鱼塘增氧、防洪排涝等领域。
具有以下特点:
泵电一体,结构紧凑;无需引水、使用简便; 双端密封、电器保护; 设计合理、性能优良。
它的使用条件:
电泵出水口流量不得大于额定值(在规定扬程范围内使用); 潜水深度不超过5米;水温不超过+40℃;PH值在5-9之间。
它的系列产品的主要技术参数如表3-2。
因为本设计中主要用到的是小扬程喷泉泵,表中只给出了一些中低扬程的技术参数。
表3-2QSP系列中低扬程产品的主要技术参数
序号
型号
额定流量
(m3/h)
额定扬程
(m)
额定功率
(kW)
额定转速
(r/min)
额定电流
(A)
额定电压
(V)
配管内径
(mm)
1
QSP100-45-2.2
100
4.5
2.2
2860
5.7
380
150
2
QSP65-7-2.2
65
7
2.2
2860
5.7
380
100
3
QSP160-4-3
160
4
3
2860
7.54
380
150
4
QSP100-6-3
100
6
3
2860
7.54
380
150
5
QSP144-5-3
144
5
3
2860
8.5
380
152
6
QSP250-5-5.5
250
5
5.5
2860
13.2
380
152
7
QSP200-9-7.5
200
9
7.5
2860
16.8
380
200
8
QSP500-3.5-7.5
500
3.5
7.5
2860
16.8
380
250
9
QSP400-4.5-7.5
400
4.5
7.5
2860
16.8
380
250
注:
1、表内所列为代表性的规格,未列入本表的详见铭牌技术参数。
2、外装式电动机保护开关由用户自行配制。
根据本次设计的设计要求,MA电机扬程要求最高,MB次之。
MC最低,所以可以选用QSP144-5-3做为MA电机,扬程为5米;相相应的QSP160-4-3做为MB电机,扬程为4.5米;QSP500-3.5-7.5做为MC电机。
扬程为3.5米。
图3-2为QSP型园林喷泉用潜水电泵的图样。
4喷泉PLC控制的总体接线
4.1PLC的I/O分配简介
4.1.1开关量输入模块的选择
开关量输入模块的输入信号的电压等级有:
直流5V、12V、24V、48V、60V等;交流110V、220V等。
选择时主要根据现场输入设备与输入模块之间的距离来考虑。
一般5V、12V、24V用于传输距离较近场合,如5V输入模块最远不得超过10米。
距离较远的应选用输入电压等级较高的模块。
开关量输入模块的选择时应注意以下几点:
1、输入接线方式
开关量输入模块主要有汇点式和分组式两种接线方式:
汇点式的开关量输入模块所有输入点共用一个公共端(COM);而分组式的开关量输入模块是将输入点分成若干组,每一组(几个输入点)有一个公共端,各组之间是分隔的。
分组式的开关量输入模块价格较汇点式的高,如果输入信号之间不需要分隔,一般选用汇点式的。
2、注意同时接通的输入点数量
对于选用高密度的输入模块(如32点、48点等),应考虑该模块同时接通的点数一般不要超过输入点数的60%。
3、输入门槛电平
为了提高系统的可靠性,必须考虑输入门槛电平的大小。
门槛电平越高,抗干扰能力越强,传输距离也越远
4.1.2开关量输出模块的选择
开关量输出模块是将PLC内部低电压信号转换成驱动外部输出设备的开关信号,并实现PLC内外信号的电气隔离。
选择时主要应考虑以下0几个方面:
1、输出方式
开关量输出模块有继电器输出、晶闸管输出和晶体管输出三种方式。
继电器输出的价格便宜,既可以用于驱动交流负载,又可用于直流负载,而且适用的电压大小范围较宽、导通压降小,同时承受瞬时过电压和过电流的能力较强,但其属于有触点元件,动作速度较慢(驱动感性负载时,触点动作频率不得超过1HZ)、寿命较短、可靠性较差,只能适用于不频繁通断的场合。
对于频繁通断的负载,应该选用晶闸管输出或晶体管输出,它们属于无触点元件。
但晶闸管输出只能用于交流负载,而晶体管输出只能用于直流负载。
2、注意同时接通的输出点数量
选择开关量输出模块时,还应考虑能同时接通的输出点数量。
同时接通输出设备的累计电流值必须小于公共端所允许通过的电流值,如一个220V/2A的8点输出模块,每个输出点可承受2A的电流,但输出公共端允许通过的电流并不是16A(8×2A),通常要比此值小得多。
一般来讲,同时接通的点数不要超出同一公共端输出点数的60%。
3、输出的最大电流与负载类型、环境温度等因素有关
开关量输出模块的技术指标,它与不同的负载类型密切相关,特别是输出的最大电流。
另外,晶闸管的最大输出电流随环境温度升高会降低,在实际使用中也应注意。
4.1.3模拟量I/O模块的选择
模拟量I/O模块的主要功能是数据转换,并与PLC内部总线相连,同时为了安全也有电气隔离功能。
模拟量输入(A/D)模块是将现场由传感器检测而产生的连续的模拟量信号转换成PLC内部可接受的数字量;模拟量输出(D/A)模块是将PLC内部的数字量转换为模拟量信号输出。
典型模拟量I/O模块的量程为-10V~+10V、0~+10V、4~20mA等,可根据实际需要选用,同时还应考虑其分辨率和转换精度等因素。
4.2花样喷泉的I/O分配情况
输入信号
启动按钮SB0I0.0
停止按键SB1I0.1
输出信号
1号闪灯Q0.0
2号闪灯Q0.1
3号闪灯Q0.2
A喷头喷水开关接触器Q0.3
B喷头喷水开关接触器Q0.4
C喷头喷水开关接触器Q0.5
4.3花样喷泉的I/O接线图
PLC的输入按钮只有一个SB0,用来控制系统的启动和停止。
由于西门子PLC内部不为其输入点提供电源,需用户自行提供,因而设计中采用PLC自身输出的+24V的电源(M和L+两端)为上述按钮供电。
PLC的输出带负载的能力较低,如果直接带动直流电磁阀或闪灯,容易导致输出触点烧坏,因些采用中间继电器(KA0~KA5)作为驱动元件,间接的控制潜水泵用闪灯的开户和闭合。
各个输出支路的中间继电器均并联一个续流二极管,为感性负载断开瞬间的高压提供了放电回路,熔断器则起到短路保护作用。
PLC的控制接线图如图4-1
图4-1花样喷泉的I/O接线图
4.4花样喷泉的流程图
图4-2花样喷泉的流程图
如图4-2所示,当开头闭合时,触发中间继电器M0.1和时间继电器T38(A、B、C三环的喷泉同时喷放,A喷口高度最高,B喷口第二,C喷口最低。
同时与A、B、C相对应的闪灯1、2、3随喷口A、B、C一起闪烁10S)。
10秒过后,触发中间继电器M0.2和时间继电器T39(C喷口和闪灯3停止动作,剩下A、B喷口及相应闪灯1、2动作5S)。
5秒后,触发中间继电器M0.3和时间继电器T40(只有A喷口和闪灯1口动作3S)。
3秒后,触发中间继电器M0.4和时间继电器T41(B喷口和2闪灯和A喷品、1闪灯一起动作5S)。
5秒后,回到中间继电器M0.1时的运作状态(喷口A、B、C和闪灯1、2、3又开始一起动作)。
如此依次偱环。
4.5花样喷泉的梯形图
当开关闭合时,复位中间继电器M0.1到M0.4。
为下次循环做好准备并接通中间电器M1.0为本次动作做好准备。
接通并自锁了中间继电器M0.1。
并触发了时间继电器T38。
M0.1可以使输出点Q0.0到Q0.5全亮。
这样可以实现电机Ma、Mb、Mc和相对应的闪灯1、2、3同时动作10秒钟。
当时间继电器T38置位时,接通并自锁了中间继电器M0.2,同时触发了时间继电器T39。
M0.2可以实现电机Ma、Mb和相对应的闪灯1、2同时动作5秒钟。
当时间继电器T39置位时,接通并自锁了中间继电器M0.3,同时触发了时间继电器T40。
M0.3可以实现只有电机Ma和其相对应的闪灯1一起动作3秒种的动作要求。
当时间继电器T40置位时,接通并自锁了中间继电器M0.4,同时触发了时间继电器T41。
M0.4可以实现当上一程序的3秒结束后,电机Ma、Mb和相对应的闪灯同时动作5秒种的动作要求。
中间继电器M11.1控制Q0.1(闪灯1)、Q0.2(闪灯2)、Q0.3(闪灯3)、Q0.4(电机MA)、Q0.5(电机MB)、Q0.6(电机MC)
中间继电器M11.2和M11.4都是控制着Q0.1、Q0.2、Q0.4、Q0.5。
中间继电器M11.3控制着Q0.1、Q0.4。
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