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绪论1

第一章喷泉总体设计2

1.1喷泉的布局设计2

1.2控制要求3

第二章系统硬件设计4

2.1PLC的选择4

2.1.1PLC介绍4

2.1.2PLC选型 

4

2.2泵的选择6

2.1.1潜水泵介绍6

2.2.2泵的选型6

2.3喷头的选择7

2.3.1喷头的介绍7

2.3.2各种喷头的选择7

2.4阀的选择8

第三章系统软件设计9

3.1I/O分配9

3.2梯形图设计10

3.2.1控制程序梯形图11

3.2.2PLC程序指令表16

结束语20

致谢21

参考文献22

绪论

喷泉起源很早，公元前6世纪在巴比伦空中花园中已建有喷泉。

古希腊时代就已由饮用水的泉逐渐发展成为装饰性的泉。

有一种说法认为，喷泉起源于伊斯兰国家的斋戒沐浴给水方法。

在伊斯兰园林中，喷泉或沿轴线布置，或作为局部构图的中心。

文艺复兴时期喷泉技术有很大的发展，这一时期的喷泉多与雕像、柱饰、水池等结合造景。

有名的喷泉如意大利伊斯特别墅的著名“百泉步道”和莱恩脱的喷泉水渠。

当时还从事水趣音响设计。

如著名的猫头鹰喷泉，有一群铜鸟啁啾，猫头鹰一声尖叫之后，顿时鸦雀无声，稍停片刻，铜鸟又喧闹起来。

有的喷泉同雕像、叠落的瀑布结合起来造景，如埃斯特别墅中的“水风琴”等。

17-18世纪，喷泉在欧洲城市盛极一时。

著名的如法国凡尔赛宫的太阳神喷泉，俄国彼得宫的带雕像群的大瀑布喷泉。

罗马有3000多个喷泉，被称为喷泉之城。

也有一些寓意很深的喷泉小品，如布鲁塞尔的于廉喷泉。

它刻画了一个正在聚精会神地撒尿的孩子，相传敌军侵占布鲁塞尔后要炸毁城里的珍宝馆，小于廉发现燃烧着的导火线，急中生智，朝导火线撒了一泡尿；

珍宝馆保住了，小英雄却壮烈牺牲。

为了表彰他的功绩，1619年建造了这个喷泉。

到20世纪,喷泉发展成为一种大型水雕塑，用水柱构成各种形态。

如日内瓦莱蒙湖上耸入云表的大喷泉，建于1958年，它用两台1360马力的水泵，将水喷到145米的高空。

夜晚，巨型探照灯照射着银色水柱直划夜空，景色壮观。

第一章喷泉总体设计

1.1喷泉的布局设计

图1-1喷泉布局图

本设计布局如图1-1所示。

图1-1中1环喷水管，有一个喷水管该喷水管所喷出的水柱为5组喷水管最大，喷射高度为8m。

图1-1中2、3环喷水管形状分别6个喷水管组成，其喷水管所喷出的水柱为比1环的水柱略小，所喷高度比1环的高度略底，所喷高度为6m。

图1-1中4、5环喷水管形状分别由6个喷水管组成，所喷出的水柱总体比2、3环的水柱小，所喷高度比2、3环水柱低，所喷高度为4m。

为了在每组喷水管工作时能够更好的欣赏，能区别5组所喷出的水柱，所以2环所处的圆的半径为R=2m，3环所处的圆的半径为R=4m，4环所处的圆的半径为R=6m，5环所处的圆的半径为R=8m。

本设计中1环喷头所喷的水柱最高，本设计中5组喷头所喷的水柱高度为4-8m。

本设计的最多时有5组喷头同时喷出水柱，最少时有一组喷头喷出水柱。

水质为自来水。

1.2控制要求

喷水池的控制器需满足下列要求:

（1）控制器的电源开关接通后，按下启动按讯，喷水装置开始工作；

按下停止按钮，则停止喷水。

工作方式由“选择”开关和“单步/连续”开关来共同决定。

单步时，喷水池只运行一次循环；

连续时，喷水池一直运行。

不论在什么情况下，按下停止按钮，喷水池停止喷水。

（2）方式选择开关用来选择喷水池的喷水花样，1-4号喷水管的工作方式选择。

其具体如下：

喷水花样一

控制要求5，4，3，2，1依次喷水各5S后，全部停止喷水，2S后1，2，3，4，5依次交替喷水，5S后全部停止喷水。

喷水花样二

1喷水2S后，2、3接着同时喷水，8S后4、5接着同时喷水；

8S后4、5同时停止喷水，8S后2、3同时停止喷水，8S后1停止喷水。

此过程重复3次。

喷水花样三

1、2、3、4、5一起喷水10S，5停止喷水，5S后4停止喷水，5S后3停止喷水，5S后，2停止喷水，5S后，1停止喷水，之后2、3、4、5依次交替喷水各1S即停止喷水。

喷水花样四

先从花样一到花样二，再到花样三，接着又到花样一。

此过程不停循环重复直至X小时（可人为设定）后停止。

第二章系统硬件设计

2.1PLC的选择

2.1.1PLC介绍

　编程控制器（ProgrammableController）是计算机家族中的一员，是为工业控制应用而设计制造的。

早期的可编程控制器称作可编程逻辑控制器（ProgrammableLogicController），简称PLC，它主要用来代替继电器实现逻辑控制。

随着技术的发展，这种装置的功能已经大大超过了逻辑控制的范围，因此，今天这种装置称作可编程控制器，简称PC。

但是为了避免与个人计算机（PersonalComputer）的简称混淆，所以将可编程控制器简称PLC，PLC自1966年出现，美国，日本，德国的可编程控制器质量优良，功能强大。

PLC选型依据有如下几点：

1.选用规模合适的PLC 

PLC规模的大小是用输入输出（I/O）点数来衡量的，也就是选择合适I/O点数的PLC。

因此在选用PLC时，首先应对与PLC相连的全部输入，输出装置进行统计，并区分输出的性质及所需电压，电流的大小和种类。

确定全部的I/O点数，再加上10%~15%的备用量，用来输出的扩展。

这样就可以计算出系统需要的总I/O点数，作为输入输出点数估算数据。

本次喷泉系统设计共有输入输出点51个，全部为开关量，其中输入点13个，输出点39个。

2.确定内存容量的大小小 

内存器容量是可编程序控制器本身能提供的硬件存储单元大小，程序容量是存储器中用户应用项目使用的存储单元的大小，因此程序容量小于存储器容量。

一般用户程序区的内存容量与开关量I/O点数以及用户程序的编写质量等有关。

设计阶段，由于用户应用程序还未编制，因此，程序容量在设计阶段是未知的，需在程序调试之后才知道。

为了设计选型时能对程序容量有一定估算，通常采用存储器容量的估算来替代。

估算时，可用经验公式：

总存储字数＝开关量I/O点数*（150~200）

计算后还可以考虑10%~25%的存储余量。

由于科技的飞速发展PLC的内存的大小足够我们设计的喷泉使用，所以可以不考虑在内。

3.控制功能的选择 

简单PLC的运算功能包括逻辑运算、计时和计数功能；

普通PLC的运算功能还包括数据移位、比较等运算功能；

较复杂运算功能有代数运算、数据传送等；

大型PLC中还有模拟量的PID运算和其他高级运算功能。

4.机型的选择 

（1）PLC的类型 

PLC按结构分为整体型和模块型两类，按应用环境分为现场安装和控制室安装两类；

按CPU字长分为1位、4位、8位、16位、32位、64位等。

从应用角度出发，通常可按控制功能或输入输出点数选型。

整体型PLC的I/O点数固定，因此用户选择的余地较小，用于小型控制系统；

模块型PLC提供多种I/O卡件或插卡，因此用户可较合理地选择和配置控制系统的I/O点数，功能扩展方便灵活，一般用于大中型控制系统。

（2）输入输出模块的选择 

输入输出模块的选择应考虑与应用要求的统一。

例如对输入模块，应考虑信号电平、信号传输距离、信号隔离、信号供电方式等应用要求。

对输出模块，应考虑选用的输出模块类型，通常继电器输出模块具有价格低、使用电压范围广、寿命短、响应时间较长等特点；

5.经济性的考虑 

选择PLC时，应考虑性能价格比。

考虑经济性时，应同时考虑应用的可扩展性、可操作性、投入产出比等因素，进行比较和兼顾，最终选出较满意的产品。

输入输出点数对价格有直接影响，所以应该选择合适点数的PLC。

6.品牌功能的考虑

现在应用最广泛的PLC有三菱、西门子、欧姆龙、松下等。

三菱PLC结构灵活、传输质量高、速度快、带宽稳定、范围广、成本低、适用面广但是数据处理比西门子弱。

西门子PLC性能强大、可操作性强、有相配套的伺服系统和组态软件但是价钱太高。

欧姆龙PLC欧姆龙编程软件对符号地址的格式有要求，东欧的老机床器件符号输进去好多都不认，按它的标准老图的标示都要变很不方便。

松下PLC超小型尺寸，轻松扩展，扩展单元可直接连接到控制单元上、不需任何电缆。

从I/O10点到最大I/O128点的选择空间。

本设计需要速度快稳定同时从以上的各个等方面综合考虑，我们决定选择三菱FX-1N型PLC。

2.2泵的选择

2.1.1潜水泵介绍

深井提水的重要设备。

使用时整个机组潜入水中工作。

把地下水提取到地表，是生活用水、矿山抢险、工业冷却、农田灌溉、海水提升、轮船调载，还可用于喷泉景观，热水潜水泵用于温泉洗浴，还可适用于从深井中提取地下水，也可用于河流、水库、水渠等提水工程。

主要用于农田灌溉及高山区人畜用水，亦可供中央空调冷却、热泵机组、冷泵机组、城市、工厂、铁路、矿山、工地排水使用。

一般流量可以达到10m3~650m3每小时、扬程可达到1500m。

2.2.2泵的选型

现在喷泉常用的潜水泵有QS、QY、QX、、QJ等系列。

QS系列潜水泵体积小、性能可靠，机泵一体、潜入水中运行主要优越性是：

运行可靠、经久耐用、使用方便、功率大、故障少，维修费用低等。

流量：

10-250m3/h。

杨程：

5-140m。

QY系列潜水泵QY型潜水电泵由电动机、水泵和密封三部分组成。

电泵的上端，多为离心式水泵；

下端为三相鼠笼立式异部电动机。

电机全部采用优质整圆硅钢片，效率高，耗电少潜水深度不超过5米水温不超过+40℃。

10-300m3/h。

4-110m。

QX系列潜水泵工程潜水泵泵电一体，结构紧凑，非常适合于基建及矿山的搬运和安装无需引水，使用简便双端密封，电器保护设计合理、性能优良、几无噪音。

5-20m3/h。

20-60m。

QJ系列潜水泵电机与水泵直联，机组全部潜入水中工作，具有结构紧凑、安装、维护方便、体积小、重量轻、高效节能等特点。

工作介质为清水或化学性质类似于清水的液体。

额定扬程：

150m额定流量：

10立方米/小时。

从该喷泉所需的扬程、流量、水质、价格等方面考虑该喷泉选择QS系列的潜水泵。

2.3喷头的选择

2.3.1喷头的介绍

喷泉喷头也称喷泉喷嘴全部采用铜或不锈钢制作，这样具有黄金的色彩或银光闪闪，喷头显得豪华气派。

其工艺精巧美观，结构合理，性能高效节能。

其中常用的有：

可调直流喷头、半球形喷头、树冰形喷头、礼花喷头、涌泉喷头、加气喷头、直上喷头等产品系列。

2.3.2各种喷头的选择

1环喷头的选择

1环位于中间位置，需要喷出雄壮并且喷射高度高得水柱，所以1环喷头选择直上喷头。

直上喷头是在同一个配水室上安装多角度直射喷嘴，这些喷嘴规格相同时，喷出的水姿雄壮笔直、粗狂美观；

这些喷嘴规格不完全相同时，大小喷嘴布设得当，喷出的水姿粗壮有力、层次分明、主题突出、是大型喷泉中心必备的主要喷头。

该喷头也叫中心喷头。

可调节射流的方向。

喷头材质：

铸铜、不锈钢。

2、3环喷头的选择

2、3环所喷出的水柱应该比1环所喷出的水柱稍细比1环所喷的水柱要低。

所以我2、3环选择可调直流喷头。

可调节直流喷头在各种场合的喷水池中广泛应用，并是音乐喷泉的必备喷头，这种喷头装有球形接头，可沿垂直方向向15度进行调节。

可调直流喷头可组合各种不同形状的喷射果，射流的高低和角度的变化，可根据水池形状大小决定。

4、5环喷头的选择

4、5环喷头应该比2、3环喷头喷射高度略低，所喷水柱比2、3环水柱略粗壮、挺拔。

所以4、5环喷头选择树冰形喷头。