常州信息职业技术学院
学生毕业设计（论文）报告
系别：电子与电气工程学院
专业：楼宇智能化工程技术
班号：00000000
学生姓名：0000
学生学号：0000000000
设计（论文）题目：花式喷泉控制系统设计指导教师：保密
设计地点：常州信息职业技术学院
起迄日期：2014.6~2014.11
毕业设计（论文）任务书
专业楼宇智能化工程技术班级 00000 姓名保密
一、课题名称：花式喷泉控制系统设计
二、主要技术指标（或基本要求）：
1. 喷头喷出水柱的高度为10m
2. 喷泉时间长度为3min
3. 射灯的照射高度为15m
4. 使用各类设备的额定电压为220v
5. 使用六个喷水头围成圆形间距为5m
三、主要工作内容：
1. PLC控制花式喷泉运行要求设计
2. 花式喷泉的位置及运行流程图设计
3. 花式喷泉的运行过程设计
4. 花式喷泉的控制原理设计
5. 花式喷泉PLC接线图设计
6. PLC输入输出口配置设计
四、主要参考文献：
[1] 陈洪清. 基于PLC的喷泉控制系统设计[J]. 黑龙江生态工程职业学院学报. 2011(02) [2］王坚. 可编程控制器原理与应用[M]. 清华大学出版社. 2002年
[3] 张延灿. 喷泉工程发展及其设计问题(上)[J]. 给水排水. 1998(07)
[4] 陈忠华. 可编程控制器与工业自动化[M]. 机械工业出版社2005年
[5] 崔元明. 可编程器件应用导[J]. 清华大学出版社2000年
[6] 袁任光. 可编程控制器选用手册[J]. 机械工业出版社2002年
学生（签名）年月日
指导教师（签名）年月日
教研室主任（签名）年月日
系主任（签名）年月日
毕业设计（论文）开题报告
花式喷泉控制系统设计
目录
摘要
Abstract
第1章前言 (1)
第2章花式喷泉的发展现状及趋势 (2)
2.1 花式喷泉的基本介绍 (2)
2.2 花式喷泉发展的现状及趋势 (2)
2.3 花式喷泉的种类 (4)
2.3.1景区类喷泉 (4)
2.3.2人文类喷泉 (4)
2.4 PLC控制特点 (4)
2.5喷头的分类 (5)
2.5.1半球蒲公英喷头 (5)
2.5.2直流喷头 (5)
2.5.3中心直上喷头 (5)
2.5.4雾状喷头 (5)
2.5.5 花柱喷头 (5)
2.6PLC与单片机控制花式喷泉的优略点对比 (5)
2.6.1单片机对花式喷泉控制 (5)
2.6.2PLC对花式喷泉控制 (5)
第3章花式喷泉设计方案 (7)
3.1 花式喷泉的控制要求 (7)
3.2 花式喷泉的设计方案 (7)
3.3 花式喷泉的继电器控制方案 (8)
第4章花式喷泉硬件设计 (9)
4.1 PLC选型 (9)
4.2 I/O接口分布设计 (9)
4.3 PLC电气接线图 (10)
第5章花式喷泉软件设计 (11)
5.1 花式喷泉的PLC控制系统流程图 (11)
5.2 花式喷泉软件设计 (12)
第6章喷泉的模拟运行调试 (20)
6.1 喷泉的启动控制 (20)
6.2 喷泉的模拟循环 (21)
第7章结束语 (25)
答谢辞
参考文献
摘要
花式喷泉在将来人们的生活中会更加的丰富多样，此次设计的喷泉的主要是共有五种不同的喷头组成的四种循环模式，其中分为单步喷涌和连续循环。硬件上使用了S7-200PLC，采用自动程序控制喷泉喷水，继电器接通五种水泵喷水形成不同的花样，在设计的最后通过软件模拟进行此次程序的验证调试，软件模拟是这次设计成功与否的验证。
关键词：plc；花式喷泉；配方；循环；自动；
Abstract
Germany inventor aotupishite fountain first proposed the concept and theori es. With the advancement of technology in modern society and people's appreci ation, structure is complicated by the fountain. All kinds of fancy public fountai ns appeared in people's daily activities and entertainment. People have enjoyed more attention of everyday life, music fountain was born to cater to most mode rn people's appreciation. In 1953 the first musical fountain in the United States, and during the more than 1.5 million viewers.
Keywords: plc; blended; formula; cycle; automatic
第1章前言
进入现代社会，随着人们生活水平的提高和建立绿色城市的向往，花式喷泉以其独特的魅力和特殊的功能，愈来愈成为休闲娱乐产业中的一项重要产品,花式喷泉的兴建也越来越多。根据目前花式喷泉的发展现状，小型花式喷泉系统硬件结构设计和控制系统设计多种多样。控制系统的原理是利用单片机控制喷泉的功能，分级控制单相电动机，最终达到控制喷头流量的方法。使用程序控制系统或人工按键控制电磁阀来控制喷泉喷水。音频信号还影响灯光色彩和灯光光线明暗的变化。从而使灯光色彩、灯光的闪烁和喷泉随花式而变化。花式喷泉是按照预先编辑的程序变换喷水造型和灯光色彩强弱变化的喷泉。花式喷泉设计和控制系统可以使喷水造型和灯光的变化发生改变，美妙动人。程序可以随时去修改，也可储存多种程序，根据喷水要求来调换。
喷泉作为一项建筑艺术，在国内外均有较悠久的历史。而花式喷泉的构思及萌生则是本世纪30年代开始的，1930年，德国的皮士特首先提出了喷泉与花式相结合的设想，并设计成小型装置应用于酒店及商场，其后则逐步发展到大型化及多样化。皮士特继承父业使花式喷泉变得更为多姿多彩，同时我国行政主管和技术监督部门、学术团体等，也为推动喷泉技术的发展做出了很大的努力。
喷泉是人工环境中最富生命力的设计，它具有分隔空间，增加层次，净化空气美化环境的作用。现代超高的科学技术把美妙的音乐多姿的造型与喷泉融洽的结合在一起，供人们去欣赏。为了进一步改造环境景观，在日常生活环境中添加一个多姿的喷泉造景是非常有必要的。由于喷泉工程中采用的大量高新技术，从而使喷泉效果更加绚丽多彩，婀娜多姿，令人赏心悦目更加流量忘返。
第2章花式喷泉的发展现状及趋势
目前，西方工业发达国家已有制造花式喷泉成套装置的专业工厂、如美国的WALTZING，MIDAS．加拿大的PEM，意大利的NeonALPina．日本的KAWAMURA等公司。随着花式喷泉市场的需求越来越大，国内关于花式喷泉的研究与开发工作也蒸蒸日上。我国在80年代中期相继引进和自行设计建造了多座花式喷泉，为美化环境，活跃人民的文化生活起了良好的作用。据不完全统计，2006年整个喷泉行业年总产值也早已达到几十亿元以上。
2.1 花式喷泉的基本介绍
花式喷泉是一种为了娱乐而创造出来的可以活动的喷泉。它根据美学设计并且经常会产生3维的效果。这种效果是控制水泵的喷水时间和水泵的喷水高度来呈现出不同的效果，从不同的角度对喷泉进行观赏会观察出不同的效果，喷泉的大小根据设计者的实际要求来决定。
2.2 花式喷泉发展的现状及趋势
花式喷泉的构思及萌生是来自于山林间的天然温泉，森林里的鸟语花香加上泉水自下向上翻涌是一件特别美丽的事情，人们就会想到如果将喷泉的上升高度与附近的花式有节奏上的配合那肯定是一件不错的事情。随后喷泉市场的需求越来越大，国内关于喷泉的究与开发工作也蒸蒸日上。我国在80年代中期相继引进和自行设计建造了多座喷泉，为美化环境，活跃人民的文化生活起了良好的作用。据不完全统计，2006年整个喷泉行业年总产值也早已达到几十亿元以上。同时我国行政主管和技术监督部门、学术团体和出版界等，也为推动喷泉技术的发展做了不少工作。
海上世界喷泉，如图2-1，还被称为海上世界水秀，坐标在深圳市南山区蛇口海上世界、明华轮东侧的水景广场，是由房地产公司于2013年投资3000万巨款打造、深圳地区规模最大、效果最炫的开放式全景水秀，是一场结合了音乐、灯光、焰火的的梦幻般的“水之舞”，一场声光电的视听盛宴。如果说经过全面改造升级、脱胎换骨、焕然一新的蛇口海上世界是深圳的一道亮丽的风景线。2007.8.1 19：58，在通化市浑江江面上，100米高的水柱喷涌而起，蔚为大观,长时间观察发现，这是东三省喷涌高度最高的喷泉，没有之一，而且也是通化浑江沿江景观带建设工程的组成部分。当晚工程的竣工仪式上，为其剪彩的是本地市民代表。
图2-1 海上时间喷泉
据介绍，这是东北三省目前喷涌最高的喷泉，总投资高达2000多万元。同时它也作为通化浑江沿江景观带建设工程的内容之一，成为通化市一道新的风景线。据通化市建委一位负责人介绍，通化浑江沿江景观带工程由滨江西路带状公园、喷泉和亮化工程3项子工程组成。滨江西路带状公园工程，全长2.3公里，设计有休闲健身长廊、亲水观景平台、健身活动区。喷泉工程全长202米，采用东北地区一流水准的喷泉系统，喷泉组合高度为18米至100米，配套有先进的声光电控系统，并安装景观灯具3800延长米，如图2-2。
图2-2东北最高喷泉
2.3 花式喷泉的种类
2.3.1 景区类喷泉
景区类喷泉在风景名胜区应用广泛，下面是具体种类。
1. 壁泉：从墙上或者是玻璃板上留下来形成水帘。
2. 涌泉：从地上由下而上的泉水涌出，可以单独设置形图案。
3. 间歇泉：喷水方式大同小异，时间上是有间隔的。
4. 跳泉：从地上喷涌而出，但可以准确的落入固定的积水小孔中。
5. 雾化喷泉：由许多细小的喷头组成，形成像雾水一样的景致。
6. 小品喷泉：从雕塑伤口中的器具和动物口中出水，形象有趣。
7. 组合喷泉：有气势，规模很大，喷涌高度比较高。
8. 旱地泉：放置在地下，喷头和灯光设置在盖板下端，喷水时，水柱通过盖板筚子或花岗岩铺装孔喷出，流回落到广场硬质铺装上，沿地面坡度排出。
2.3.2人文类喷泉
人文类喷泉在住宅区应用广泛，下面是具体种类。
1. 单线喷：由下往上或向侧面单孔直喷，形成一条独立的抛物线，表现“游鱼吐水”。
2. 组合喷：许多个单独的喷头合并在一起喷水。
3. 面壁喷：喷泉直接向壁面喷射，如打壁球般，而壁面或为墙面，或为壁雕，多具特色。
4. 花样喷：喷水直径大小不一，喷水形状也富有多变性。
5. 喷柱：很多个喷水孔合并在一起把总体直径拉大，喷出水柱非常壮观，适合大型喷泉使用。
6. 喷雾：喷头喷水嘴部分被隔成细小的孔，喷泉喷水如雾。
7. 自然风向喷泉：利用风向转动仪，以自然风力来控制喷泉的吹向与高低。2.4 PLC控制特点
系统控制灵活，扩展容易，以开关量控制为其特长。也能进行连续过程的PID 回路控制。并能与上位机构成复杂的控制系统。比如DDC DCS等，实现生产过程的自动化。
使用方便，编程简单采用简明的梯形图，逻辑图或语句表等编程语言，而无需计算机知识，因此系统开发周期短，现场调试容易。另外可在线修改程序，改变控制方案而不拆除硬件。
能适应各种恶劣的运行环境，抗干扰能力强，可靠性强，远高于其他的各种机型。
2.5喷头的分类
2.5.1 半球蒲公英喷头
也称孔雀开屏喷头，但它结构原理与构造形式和开屏(散射)喷头都不相同，而与蒲公英喷头基本相同，其区别仅在于它是半球形，喷出的水姿像半环蒲公英，又像孔雀开屏。对水质的要求与蒲公英喷头相同，可应用于各种喷水池中。
2.5.2 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，这种喷头装有球型接头，可沿垂直方向15度进行调节，万向直流喷头可组合各种不同形状的喷射效果，射流的高低和角度的变化，可根据水池形状大小定。
2.5.3 中心直上喷头
在同一个配水箱上安装许多万向直流喷嘴，当这些喷嘴规格相同时，喷出的水姿雄壮笔直；当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，是喷泉必备的主要喷头。
2.5.4 雾状喷头
它喷出的水滴非常细小，成为雾状，在阳光照射下可形成七色彩虹。因喷嘴构造差异，喷出的水姿也有不同，喷水时噪声小，用水量少，一般安装在雕像周围。
2.5.5花柱喷头
多孔散射喷头的一种，又名层花喷头、花篮喷头等。喷水时，其外观形似一束鲜花，造型美观，安装方便，适用于各种场合的喷水池中。
2.6PLC与单片机控制花式喷泉的优略点对比
2.6.1单片机对花式喷泉控制
较高的性能价格比。目前国内市场上，一些单片机的芯片价格只有十几元人民币，加上少量的外围器件，就可以构成功能丰富的各种钾能仪器仪表及控制装置。
1. 集成度高，体积小，可靠性好。单片机把各种功能部件集成在一块芯片上，内部采用总线结构，减少了各芯片之间的连线，提高了单片机的可靠性与抗干扰能力。
2. 控制功能强。单片机指令系统、硬件资源丰富，能充分满足工业控制的各种要求。
3. 低电压，低功耗，便于生产便捷式产品。开发周期短、易于产品化。可根据需要构成各种规模的应用系统。
2.6.2PLC对花式喷泉控制
SIMATIC S7-200发挥统一而经济的解决方案。整个系统的系列特点：强大的性能，最优模块化和开放式通讯，结构紧凑小巧狭小空间是任何应用的理想选择。在所有CPU型号中的基本和高级功能它都具备。大容量程序和数据存储器，提高
了质量、效率和安全性。使用STEP 7-Micro/WIN工程软件－初学者和专家的理想选择。集成的 R-S 485接口或者作为系统总线使用极其快速和精确的操作顺序和过程控制，通过时间中断完整控制对时间要求严格的流程。
利用控制器控制水泵的喷水的方式，AT80C51系列单片机作为主控制器来控制喷泉的喷水方式。单片机的成本较低，适合用于控制小型的花式喷泉。单片机通过控制步进电机来控制电磁阀,实现对喷头流量的控制, 从而使喷泉水姿、灯光色彩产生变化。但采用单片机控制原理是以可控硅作为功率开关元件，但可控硅承受过电压、过电流的能力较差，不能长时间运行过。根据单片机和PLC对花式喷泉的控制对比，已经明显感觉到PLC对花式喷泉的控制更具有优越性。
第3章花式喷泉设计方案
3.1 花式喷泉的控制要求
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：第一段大水柱喷水，第二段中水柱喷水，第三段大水柱小水柱花式喷头喷水，第四段中水柱旋转喷头喷水，第五段大水柱中水柱喷水，第六段中水柱小水柱花式喷头喷水，第七段中水柱花式喷头喷水，第八段所有喷头喷水。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：第一段大水柱喷水，第二段中水柱喷水，第三段中水柱花式喷头喷水，第四段中水柱旋转喷头水柱，第五段大水柱中水柱，第六段中水柱小水柱花式喷头喷水，第七段大水柱小水柱花式喷头喷水，第八段所有喷头喷水，然后在大水柱循环。花样选择开关置于3时，其喷泉水柱的动作顺序如下：第一段大水柱喷水，第二段中水柱喷水，第三段大水柱小水柱花式水柱喷水，第四段大水柱中水柱喷水，第五段中水柱旋转喷头喷水，第六段中水柱小水柱花式喷头喷水，第七段中水柱花式喷头喷水，第八段所有喷头喷水，回到大喷水柱喷水。花样选择开关置于4时，其喷泉水柱的动作顺序如下：第一段大水柱喷水，第二段中水柱喷水，第三段大水柱小水柱花式水柱喷水，第四段中水柱旋转喷头喷水，第五段大水柱中水柱喷水，第六段中水柱花式喷头喷水，第七段中水柱小水柱花式喷头喷水，第八段所有喷头喷水，回到大水柱。
3.2 花式喷泉的设计方案
花式喷泉由5种不同的水柱组成。如图3-1其中1表示大水柱所在的位置，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。五种水泵采用380V 交流电。1为大水柱喷头2为中水柱喷头3为小水柱喷头4为花朵式喷头5为旋转式喷头。
图3-1喷头分布
3.3 花式喷泉的继电器控制方案
如表3-1继电器M0.0为启动控制总开关，当M0.闭合时喷泉开始启动喷水，M0.2控制单步和连续两种喷水方式的双向开关，选择M0.4-M0.7所表示的四种花样中的某一种则喷泉开始按照程序设定的喷涌顺序喷涌其中一种花样最后结束。
第4章花式喷泉硬件设计
4.1 PLC选型
三菱PLC信号传输质量高，而且传输速率快，传输的范围很广，它具有低成本，大适用面等优点，但是数据处理能力与西门子PLC相比显得就有点弱。西门子PLC功能非常强大，有很强的操作性。欧姆龙PLC的编程软件对符号地址要求很高，尤其是符号地址的格式。松下PLC尺寸超小，可以轻松扩展。扩展的单元不需要任何电缆便可以直接连接到控制单元上。选择空间大，可以选择I/O10点到I/O128点的空间。
在具有相同功能和相同I/O点数据的前提下，整体式的PLC比模块式的PLC 价格偏低。但是模块式PLC具有整体式PLC所不具有的优点，模块式扩展灵活，方便维修，容易查找故障。我们要根据实际的需求和控制的要求来选择PLC的品牌和结构形式。
本设计采用S7-200PLC。该PLC属于中型PLC，功能强大，控制能力好，C PU 224包括CPU224 AC/DC/Relay和CPU 224 DC/DC/DC两种前者是晶体管输出可接直接连接220V交流电，后者是继电器输出需要通过继电器连接220V交流电，这次毕业设计采用CPU 224 DC/DC/DC型的继电器输出控制喷泉。
4.2 I/O接口分布设计
I/O模块分为数字量输入、数字量输出、模拟量输入和模拟量输出4类。CPU 分配给数字量I/O模块的地址以字节为单位，一个字节由8个数字量I/O点组成。扩展模块I/O点的字节地址由I/O的类型和模块在同一类I/O模块链中的位置来决定，如表4-1。
4.3 PLC电气接线图
根据控制要求，PLC控制系统选用西门子公司S7-200系列CPU 224 DC/DC/DC，其中KM1-KM5为五种水柱的接触器线圈是最后的执行器件其I/O端电气接线图如图4-1所示,潜水泵接线如图4-2所示。
图4-1 I/O接线图
图4-2 喷泉潜水泵接线图
第5章花式喷泉软件设计
5.1 花式喷泉的PLC控制系统流程图
如图5-1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。
图5-1 系统控制流程图
5.2 花式喷泉软件设计
如图5-2，该段程序是启动控制。
图5-2启动控制程序
如图5-3，该程序段为6s位移脉冲程序，当总开关M0.0花样方式开关一M0.4的常开触点闭合，定时器T37被接通开始计时。
图5-3启动控制程序
如图5-4此程序段为计时程序，经过3s后，T37开始计时。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。
图5-4位移脉冲控制程序
如图5-5此程序段为扫描程序，常开触点闭合和位存储器M0.1闭合一个扫描周期。将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。
图5-5位移脉冲控制程序
如图5-6，该段程序是循环花样选择程序，控制四种循环模式。以网络6为例，当I0.4按钮被按下且继电器M0.5-0.7即控制另外三种花样循环的继电器处于闭合状态时，继电器M0.4开始工作。
图5-6单步∕连续控制程序
如图5-7循环一配方
图5-7花样选择控制程序
如图5-8循环二配方