基于PLC和变频技术的花样喷泉设计

王跃　李娜　高为将

【摘 要】介绍了喷泉的发展，从喷泉的整体设计要求入手，对喷泉控制系统的硬件和软件部分都进行了详细设计。

【关键词】喷泉；编程；设计

【Abstract】This paper Introduced the development of the fountain and designed The hardware and software of the fountain control system in detail from the overall design requirements of the fountain.

【Key words】Fountain； Program； Design

0 绪论

随着城市化进程的加速，花样喷泉在人们生活中随处可见。花样喷泉是人造小气候，在炎热的夏日可以起到增湿和降温的作用，能为水体充氧并增加其自净能力。花样喷泉运行的灵活性是评价花样喷泉优劣的关键，包括花样效果和灯光效果，而这与花样喷泉的控制系统息息相关。

花式喷泉采用了可编程控制器PLC和变频器，实现自动控制，其可靠性大大提高。花式喷泉控制系统结构简单，外部线路简化，拓展性强，并且有自检和报警系统；使用梯形图方法编程，可以使设计清晰，编程简便；变频器调速以其调速性能和起制动性能、高效控制喷泉水位的高度。因此，可编程控制器PLC技术加变频器调速技术已成为现代喷泉行业的一个热点。

本设计采用PLC和变频器的调速技术，喷水的高度可控并伴有灯光显示，喷水的花样可根据需要变换不同类型。具体设计是按照预先设定的排列组合进行设计，通过计算机运行程序发出控制信号，使水型及灯光变化。

1 喷泉的总体设计

1.1 喷泉的布局设计

1.2 控制要求

花样喷泉的核心是PLC，即可编程序控制器，是一种以微处理器为核心、带有输入输出接口和指令存储器、综合了计算机技术、微电子技术、通信技术、自动控制技术的新一代工业控制装置。它能够存储和执行指令，进行逻辑控制、位置控制、顺序控制、技术、定时和算数运算等操作，并通过模拟式和数字式的输入和输出，控制各种类型的机械和生产过程。

1.3 变频器电路的设计

本文选用三菱FR-S520型号的变频器。主电路的连接：本设计变频器为三相380V变频器，为了不产生过大的电流，采用三相电源，380V交流电源从R、S和T三个端子输入，三相电动机与变频器的U、V、W相连。主电路连接见图2所示。

控制电路的连接：变频器采用外部端子的控制方式，通过PLC的输出继电器来控制变频器，使其输出正向频率，控制电动机正转。变频器的输出频率控制是通过在其数字量输入端（端子RH、RM、RL）的组合来控制变频器的输出频率。由于三菱FR-S520的输入方式是源型，因此PLC的输出需要通过中间继电器的常开触点来做开关量来连接变频器的正反转及多段速控制端子。

1.4 PLC电路的设计

根据花样喷泉设计的控制要求和输入、输出等变量的特点，运用三菱FX3U系列继电器输出型的PLC来实现花样喷泉控制。

PLC作为花样喷泉的核心控制设备，在整个控制系统中起主要作用。其控制作用主要是以下几个方面：

（1）控制喷泉灯光的变化。

（2）通过PLC控制变频器来控制水泵的正向运行。

（3）通过数字量输入端采集频率信号。采集后的频率经过处理后送给泵是泵输出不同的转速，从而来实现水柱的高低变化。

（4）控制内外圈电磁阀的通断，从而实现内外圈交替变化。

PLC控制外部器件的接线框图如图3所示。

1.5 系统的软件设计

花式喷泉的I/O分配，喷泉的I/O分配见表1。

2 总结

利用实际生活中的喷泉控制系统入手，融合电气自动化专业的PLC控制和变频器控制技术，对培养技能型学生是一项有益的尝试。利用PLC编写的程序与传统的单片机等控制比较，在实现对喷泉多种花样的控制的同时，具有更高的稳定性。

【参考文献】

[1]袁任光.可编程控制器选用手册[M].北京：机械工业出版社，2002.

[2]王传艳.三菱PLC在花式喷泉控制系统中的应用[J].自动化信息，2007（1）.

[3]赵伟.三位一体化教学设计探析：以“PLC编程与应用技术”课程为例[J].北京教育：高教版，2010（12）.

[责任编辑：汤静]