第三章花式噴泉系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)

/第三章花式噴泉系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)3.1可編程限制器（PLC）的選擇PLC產(chǎn)品的種類繁多，PLC的型號(hào)不同,對應(yīng)著其結(jié)構(gòu)形式、性能、容量、指令系統(tǒng)、編程方式、價(jià)格等均各不相同,適用的場合也各有側(cè)重。因此，合理選用PLC，對于提高PLC限制系統(tǒng)的技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)有著重要意義。3.1.1PLC概述可編程限制器，英文稱ProgammableController,簡稱PLC，本課題中用PLC作為它的簡稱。PLC是用于工業(yè)現(xiàn)場的電限制器。它源于繼電器限制技術(shù)，但基于電子計(jì)算機(jī)。它通過運(yùn)行存儲(chǔ)在其內(nèi)存中的程序，把經(jīng)輸入電路的物理過程得到的輸入信息，變換為所要求的輸出信息，進(jìn)而再通過輸出電路的物理過程去實(shí)現(xiàn)對負(fù)載的限制?？删幊滔拗破魇腔谖⑿陀?jì)算機(jī)技術(shù)的通用工業(yè)自動(dòng)限制設(shè)備，在其早期主要應(yīng)用于開關(guān)量的邏輯限制。l987年國際電工技術(shù)委員會(huì)（InternationalElectrotechnicalCommission，IEC）頒布的PLC標(biāo)準(zhǔn)草案對PLC做了如下定義：“PLC是一種特地為在工業(yè)環(huán)境下應(yīng)用而設(shè)計(jì)的數(shù)字運(yùn)算操作的電子裝置。它接受可以編制程序的存儲(chǔ)器，用來在其內(nèi)部存儲(chǔ)執(zhí)行邏輯運(yùn)算、依次運(yùn)算、計(jì)時(shí)、計(jì)數(shù)和算術(shù)運(yùn)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，限制各種類型的機(jī)械或生產(chǎn)過程。PLC及其有關(guān)的外圍設(shè)備都應(yīng)當(dāng)按易于和工業(yè)限制系統(tǒng)形成一個(gè)整體，易于擴(kuò)展其功能的原則而設(shè)計(jì)。PLC有豐富的指令系統(tǒng)，有各種各樣的I/O接口、通信接口，有大容量的內(nèi)存，有牢靠的自身監(jiān)控系統(tǒng)，它通過運(yùn)行存儲(chǔ)在其內(nèi)存中的程序，把經(jīng)輸入電路的物理過程得到的輸入信息，變換為所要求的輸出信息，進(jìn)而再通過輸出電路的物理過程去實(shí)現(xiàn)對負(fù)載的限制，因而具有以下基本的功能：邏輯處理功能；數(shù)據(jù)運(yùn)算功能；精確定時(shí)功能；高速計(jì)數(shù)功能；中斷處理（可以實(shí)現(xiàn)各種內(nèi)部中斷）功能；程序和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)功能；聯(lián)網(wǎng)通信功能；自檢測、自診斷功能?？梢哉f，凡一般小型計(jì)算機(jī)能實(shí)現(xiàn)的功能，PLC幾乎也都可以做到。3.1.2PLC的機(jī)型選擇在PLC系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)，首先應(yīng)確定限制方案，下一步工作就是PLC工程設(shè)計(jì)選型。工藝流程的特點(diǎn)和應(yīng)用要求是設(shè)計(jì)選型的主要依據(jù)。因此，工程設(shè)計(jì)選型和估算時(shí)，應(yīng)詳細(xì)分析工藝過程的特點(diǎn)、限制要求，限制任務(wù)和范圍確定所需的操作和動(dòng)作，然后依據(jù)限制要求，估算輸入輸出點(diǎn)數(shù)、所需存儲(chǔ)器容量、確定PLC的功能、外部設(shè)備特性等，最終選擇有較高性能價(jià)格比的PLC和設(shè)計(jì)相應(yīng)的限制系統(tǒng)。如下圖所示為PLC限制系統(tǒng)示意圖。電源指示燈電磁閥限制器電源按鈕限位開關(guān)選擇開關(guān)CPU模塊輸入磨塊可編程限制器輸出模塊編程裝置電源指示燈電磁閥限制器電源按鈕限位開關(guān)選擇開關(guān)CPU模塊輸入磨塊可編程限制器輸出模塊編程裝置圖3-1PLC限制系統(tǒng)示意圖（1）輸入輸出（I/O）點(diǎn)數(shù)的估算I/O點(diǎn)數(shù)估算時(shí)應(yīng)考慮適當(dāng)?shù)挠嗔?，通常依?jù)統(tǒng)計(jì)的輸入輸出點(diǎn)數(shù)，再增加10%~20%的可擴(kuò)展余量后，作為輸入輸出點(diǎn)數(shù)估算數(shù)據(jù)。（2）存儲(chǔ)器容量的估算存儲(chǔ)器容量是可編程序限制器本身能供應(yīng)的硬件存儲(chǔ)單元大小，程序容量是存儲(chǔ)器中用戶應(yīng)用項(xiàng)目運(yùn)用的存儲(chǔ)單元的大小，因此程序容量小于存儲(chǔ)器容量。設(shè)計(jì)階段，由于用戶應(yīng)用程序還未編制，因此，程序容量在設(shè)計(jì)階段是未知的，需在程序調(diào)試之后才知道。為了設(shè)計(jì)選型時(shí)能對程序容量有確定估算，通常接受存儲(chǔ)器容量的估算來代替。（3）限制功能的選擇該選擇包括運(yùn)算功能、限制功能、通信功能、編程功能、診斷功能和處理速度等特性的選擇。依據(jù)本課題所設(shè)計(jì)限制的需求，主要介紹一下幾種功能的選擇。1.限制功能PLC主要用于依次邏輯限制，因此，大多數(shù)場合常接受單回路或多回路限制器解決模擬量的限制，有時(shí)也接受專用的智能輸入輸出單元完成所需的限制功能，提高PLC的處理速度和節(jié)約存儲(chǔ)器容量。2.編程功能離線編程方式：PLC和編程器公用一個(gè)CPU，編程器在編程模式時(shí)，CPU只為編程器供應(yīng)服務(wù)，不對現(xiàn)場設(shè)備進(jìn)行限制。完成編程后，編程器切換到運(yùn)行模式，CPU對現(xiàn)場設(shè)備進(jìn)行限制，不能進(jìn)行編程。離線編程方式降低系統(tǒng)成本，但運(yùn)用和調(diào)試不便利。在離線編程方式：CU和編程器有各自的CPU，主機(jī)CPU負(fù)載現(xiàn)場限制，并在一個(gè)掃描周期內(nèi)和編程器進(jìn)行數(shù)據(jù)交換，編程器把在線編制的程序或數(shù)據(jù)發(fā)送到主機(jī)，下一掃描周期，主機(jī)就依據(jù)新收到的程序運(yùn)行。五種標(biāo)準(zhǔn)化編程語言：依次功能（SFC）、梯形圖（LD）、功能模式圖塊(FBD)三種圖形化語言和語句表（il）、結(jié)構(gòu)體文（ST）兩種文本語言。選用的編程語言應(yīng)遵守其標(biāo)準(zhǔn)（IEC113123），同時(shí)，還應(yīng)當(dāng)支持多種語言編程方式，如C,Basic等，以滿足特殊限制場合的限制要求。3.診斷功能PLC的診斷功能包括硬件和軟件的診斷。硬件診斷通過硬件的邏輯推斷確定硬件的故障位置，軟件診斷分內(nèi)診斷和外診斷。通過軟件對PLC內(nèi)部的性能和功能進(jìn)行診斷是內(nèi)診斷，通過軟件對PLC的CPU和外幣輸入輸出等部件信息交換功能進(jìn)行診斷是外診斷。PLC的診斷功能的強(qiáng)弱，干脆影響對操作和維護(hù)人員技術(shù)實(shí)力的要求，并影響平均修理時(shí)間。選擇合適的機(jī)型是PLC限制系統(tǒng)硬件配置的關(guān)鍵問題，目前，生產(chǎn)PLC的廠家許多，如西門子，三菱，松下，歐姆龍，LG，ABB公司等，不同廠家的PLC產(chǎn)品雖然基本功能相像，但有些特殊功能，價(jià)格及運(yùn)用的編程指令和編程軟件都不想同，而同一廠家生產(chǎn)的PLC產(chǎn)品又不同系列，同一系類中又有不同的CPU型號(hào)，PLC的功能應(yīng)強(qiáng)大，要具有開關(guān)量邏輯運(yùn)算，定時(shí)，計(jì)數(shù)，數(shù)據(jù)處理等基本功能，鑒于本設(shè)計(jì)對限制速度要求不是很高，主要是開關(guān)量限制的應(yīng)用系統(tǒng)。選用小型PLC就可滿足要求。PLC的結(jié)構(gòu)主要有整體性和模塊式，本設(shè)計(jì)屬于單片機(jī)限制系統(tǒng)宜選用整體式PLC結(jié)構(gòu)。小型PLC一般運(yùn)用簡潔編程器，它必需插在PLC上才能進(jìn)行編程操作，其特點(diǎn)是編程器和PLC共用一個(gè)CPU，通過編程器上的方式開關(guān)選擇PLC的編程，監(jiān)控和運(yùn)行工作狀態(tài)，這種方法就是“離線編程”。簡潔編程器結(jié)構(gòu)簡潔，體積小，攜帶便利，很適合在生產(chǎn)現(xiàn)場調(diào)試，修改程序用?，F(xiàn)在許多PLC都有相應(yīng)的編程軟件，和個(gè)人計(jì)算機(jī)或筆記本電腦相協(xié)作，就可以實(shí)現(xiàn)“在線編程”。綜合以上西門子S7-200系類的CPU224型PLC可滿足設(shè)計(jì)要求。運(yùn)用西門子STEP7-Micro/WIN32編程軟件編寫，調(diào)試程序并下載到PLC中，讓PLC完成響應(yīng)的限制任務(wù)。還可以在PLC運(yùn)行的模式下調(diào)試程序，特殊的便利。如下表3-1為PLC選型模塊名稱及工作環(huán)境條件表3-1PLC選型模塊名稱及工作環(huán)境條件模塊名稱及工作環(huán)境條件型號(hào)和說明電源AC200V，允許變更范圍為-15%~+15%，頻率為47~53HZ，瞬間停電保持10ms。開關(guān)量輸入模塊輸入點(diǎn)為12點(diǎn)輸入，工作電壓為24V直流輸入開關(guān)量輸出模塊10點(diǎn)晶體管輸出，工作電壓24V的EM222開關(guān)量I/O輸出模塊CPUCPU224型，水平安裝0~550C，垂直安裝0~450C，5~95%，8K字節(jié)/典型值為2.6K條指令的程序存儲(chǔ)，2.5K字的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)，一個(gè)RS485通信接口濕度工作溫度0~55℃，最高為60℃存儲(chǔ)溫度存儲(chǔ)溫度：-40℃~+85℃濕度相對濕度為5%~95%（無凝合霜）振動(dòng)和沖擊滿足國際電工委員會(huì)標(biāo)準(zhǔn)PLCI/O模塊及內(nèi)存容量的選擇I/O模塊：本設(shè)計(jì)中的現(xiàn)場執(zhí)行設(shè)備為電磁閥，初步確定選用開關(guān)量I/O。依據(jù)要求選擇合適的I/O點(diǎn)數(shù)。①開關(guān)量輸入模塊種類許多，按輸入點(diǎn)：常用的有8點(diǎn)，12點(diǎn)，16點(diǎn)，32點(diǎn)；按工作電壓分：常用的有直流5V，12V，24V，48V幾種。開關(guān)量輸入模塊工作電壓等級(jí)主要依據(jù)現(xiàn)場檢測原件和模塊之間的距離來選擇，該設(shè)計(jì)限制距離要求不是很遠(yuǎn)，可選擇24V即可，為了提高限制系統(tǒng)的牢靠性，必需考慮門檻電平的大小。所謂門檻電平是指輸入點(diǎn)的接通電平和關(guān)斷電平的差值。門檻電平值越大，抗干擾實(shí)力越強(qiáng)，傳輸距離也越遠(yuǎn)。②開關(guān)量輸出模塊的輸出方式的選擇繼電器輸出方式價(jià)格便宜，運(yùn)用電壓范圍廣，導(dǎo)通壓降小，承受瞬時(shí)過電壓和過電流的實(shí)力較強(qiáng)，且有隔離作用。但繼電器有觸點(diǎn)，壽命較短，且響應(yīng)速度較慢，運(yùn)用于動(dòng)作不常見的直流負(fù)載。晶體管輸出方式屬于無觸點(diǎn)開關(guān)輸出，運(yùn)用壽命長，開關(guān)頻率高適用于通斷常見的場合基于以上因素，I/O模塊確定為12點(diǎn)輸入，10點(diǎn)晶體管輸出，工作電壓24V的EM222開關(guān)量I/O模塊。③依據(jù)限制要求和I/O點(diǎn)數(shù)確定I/O支配表如表3-2.所示內(nèi)存容量：每個(gè)I/O點(diǎn)及有關(guān)功能原件占用的內(nèi)存量大致為：開關(guān)量輸入原件：10~20B/點(diǎn)；開關(guān)量輸出原件：5~10B/點(diǎn)；定時(shí)器/計(jì)數(shù)器：2B/個(gè)；通信接口：一個(gè)接口一般須要300B以上。表3-2I/O支配表輸入輸出符號(hào)地址功能描述符號(hào)地址功能描述SB1I0.0啟動(dòng)按鈕HLQ0.0電源指示燈限制SB2I0.1停止按鈕YV1Q0.1限制中心噴水管SB3I0.2電源開關(guān)YV2Q0.2限制內(nèi)環(huán)噴水管SB4I0.3花樣1選擇開關(guān)YV3Q0.3限制次外環(huán)噴水管SB5I0.4花樣2選擇開關(guān)YV4Q0.4限制外環(huán)噴水管SB6I0.5花樣3選擇開關(guān)LRQ0.5紅色調(diào)燈SB7I0.6花樣4選擇開關(guān)LGQ0.6綠色調(diào)燈SB8I0.7單步/連續(xù)選擇開關(guān)LYQ0.7黃色調(diào)燈LBQ1.1藍(lán)色調(diào)燈PLC容量的選擇除滿足限制要求外，還應(yīng)留有適當(dāng)?shù)脑Ａ浚宰鰝溆?。依?jù)閱歷，在選擇存儲(chǔ)容量時(shí)，一般按實(shí)際要求的10%~25%考慮裕量。對于開關(guān)限制系統(tǒng)，存儲(chǔ)字?jǐn)?shù)為開關(guān)量I/O*8。PLC工作原理PLC通電后，須要對硬件和軟件作一些初始化工作。為使PLC的輸出剛好讀取輸入讀取輸入執(zhí)行用戶程序處理信號(hào)請求自診斷檢查改寫輸出讀取輸入自診斷檢查處理信號(hào)請求改寫輸出RUN模式STOP模式圖3-2掃描過程的響應(yīng)各種輸入信號(hào)，初始化后PLC要反復(fù)不停地分階段處理各種不同的任務(wù)（見圖3-2），這種周而復(fù)始的循環(huán)工作方式稱為掃描工作方式。讀取輸入在PLC的存儲(chǔ)器中，設(shè)置了一片區(qū)域來存放輸入信號(hào)和輸出信號(hào)的狀態(tài)，它們分別稱為輸入過程映像寄存器和輸出過程映像寄存器。執(zhí)行用戶程序PLC的用戶程序由若干條指令組成，指令在存儲(chǔ)器中順當(dāng)排列。在RUN模式的程序執(zhí)行階段，假如沒有跳轉(zhuǎn)指令，CPU從第一條指令起先，逐條依次的執(zhí)行用戶程序。信號(hào)處理在處理信號(hào)請求階段，CPU處理從通信接口和智能模塊接收到的信息，例如讀取智能模塊的信息并存放在緩沖區(qū)中，在適當(dāng)?shù)臅r(shí)候?qū)⑿畔鬟f給通信請求方。CPU自診斷測試自診斷測試包括定期檢測CPU模塊的操作和擴(kuò)展模塊的狀態(tài)是否正常，將檢測定期器復(fù)位，以及完成一些別的內(nèi)容工作。改寫輸出CPU執(zhí)行完用戶程序后，將輸出過程映像寄存器的0/1狀態(tài)傳送到輸出模塊并鎖存起來。梯形圖中某一輸出位的線圈“通電”時(shí)，對應(yīng)的輸出過程映像寄存器為1狀態(tài)。信號(hào)經(jīng)輸出模塊隔離和功率放大后，繼電器型輸出模塊中對應(yīng)的硬件繼電器的線圈通電，起常開觸電閉合。使外部負(fù)載通電工作。3.2變頻器的選擇變頻調(diào)速技術(shù)是針對固定工頻而實(shí)行的高效節(jié)能措施，工頻（50Hz）是發(fā)電的最佳頻率，但它并非是全部用電設(shè)備的最佳工作頻率，因而導(dǎo)致許多設(shè)備長期處于低頻率、低功率引述運(yùn)行狀態(tài)。占全國耗電2/3的溝通電動(dòng)機(jī)目前大多數(shù)還在工頻、恒速下運(yùn)動(dòng)，運(yùn)行效率只有60%左右。為了提高效率，所以在本設(shè)計(jì)中用到變頻器。變頻器是利用電力半導(dǎo)體器件的通斷作用將工頻電源變換為另一頻率的電能限制裝置。我們現(xiàn)在運(yùn)用的變頻器主要接受交——直——交方式（VVVF變頻或矢量限制變頻），先把貢品溝通電源通過整流器轉(zhuǎn)換成直流電源，然后再把直流電源轉(zhuǎn)換成頻率、電壓均可限制的溝通電源以供應(yīng)電動(dòng)機(jī)。整流部分為三橋式不行控整流器，逆變比分為IGBT三相橋式逆變器，且輸出為PWM波形，中間直流環(huán)節(jié)為濾波、直流儲(chǔ)能和緩沖無功功率。變頻器選型時(shí)要確定以下幾點(diǎn)：（1）接受變頻的目的：恒壓限制或恒流限制等。（2）變頻器的負(fù)載類型;如葉片泵或容積泵等，特殊留意負(fù)載的性能曲線，性能曲線確定了應(yīng)用時(shí)的方式方法。（3）變頻器和負(fù)載的匹配問題：1.電壓匹配：變頻器的額定電壓和負(fù)載的額定電壓相符。2.電流匹配：一般的離心泵，變頻器的額定電流和電動(dòng)機(jī)的額定電流相符。對于特殊的負(fù)載如深水泵等須要參考電機(jī)的性能參數(shù)，以最大電流確定變頻器電流和過載實(shí)力。3.轉(zhuǎn)矩匹配：這種狀況在恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載或又減速裝置時(shí)有可能發(fā)生。Ⅰ.在運(yùn)用變頻器驅(qū)動(dòng)告知電機(jī)時(shí)，由于高速電機(jī)的電抗小，高次諧波增加導(dǎo)致輸出電流地阿牛值增大。因此用于高速電機(jī)的變頻器的選型，其容量要稍大于一般電機(jī)的選型。Ⅱ.變頻器假如要長電纜運(yùn)行時(shí)，此時(shí)要實(shí)行措施抑制長電纜對地耦合電容的影響，避開變頻器出力不足，所以在這樣的狀況下，變頻器容量要更大一檔或者在變頻器的輸出端安裝輸出電抗器。Ⅲ.對于一些特殊的應(yīng)用場合，如高溫，高海拔，此時(shí)會(huì)引起變頻器的降容，變頻器的容量要放大一檔。本設(shè)計(jì)是通過變頻器蘇調(diào)技術(shù)來限制每環(huán)噴水的高度。我選用的是FR-S520（E）系列變頻調(diào)速器，其實(shí)物圖如圖3-4示。下面簡潔介紹其功能特點(diǎn)：簡潔、易用型

◆功率范圍：0.4~3.7KW(三相200VFR-S520E系列)0.4~1.5kW(單相220VFR-S520SE系列)

◆自動(dòng)轉(zhuǎn)矩提升，實(shí)現(xiàn)5Hz時(shí)150%轉(zhuǎn)矩輸出

◆數(shù)字式撥盤，設(shè)定簡潔快捷

◆柔性PWM，實(shí)現(xiàn)更低噪音運(yùn)行

◆15段速，PID，4~20mA輸入和漏源型轉(zhuǎn)換等多功能

◆內(nèi)置獨(dú)立RS485通訊口

圖3-3FR-S520（E）系列變頻調(diào)速器實(shí)物圖3.3泵的選擇泵是一種面大量廣通用型號(hào)機(jī)械設(shè)備，它廣泛地應(yīng)用于石油、化工、電力、冶金、礦山、選船、輕工、農(nóng)業(yè)、民用和國防各部門，在國民經(jīng)濟(jì)中占有重要的地位。泵的電能消耗起了主動(dòng)作用。但是目前在國民經(jīng)濟(jì)各個(gè)領(lǐng)域中，由于選型不合理，許多的泵處于不合理運(yùn)行狀況，運(yùn)行效率低，奢侈了大量能量。還有的泵由于選型不合理，根本不能運(yùn)用，或者運(yùn)用修理成本增加，經(jīng)濟(jì)效益低。由此可見，合理選泵對節(jié)約能源同樣具有重要意義。所謂合理選泵，就是要綜合考慮泵機(jī)組和泵站的投資和運(yùn)行費(fèi)用等綜合性的技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)，使之符合經(jīng)濟(jì)、平安、適用的原則。詳細(xì)來說，有以下幾個(gè)方面：必需滿足運(yùn)用流量和揚(yáng)程的要求，即要求泵的運(yùn)行工次點(diǎn)經(jīng)常保持在高效間運(yùn)行，這樣既能剩動(dòng)力又不易損壞。所選擇的水泵既要體積小、重量輕、造價(jià)便宜，又要具有良好的特性和較高的效率。具有良好的抗氣蝕性能，這樣既能減小泵房的開挖深度，又不使水泵發(fā)生氣蝕，運(yùn)行平衡、壽命長。3.3.1選擇步驟（1）列出基本數(shù)據(jù)：1.介質(zhì)的特性：介質(zhì)名稱、比重、粘度、腐蝕性、毒性等。2.介質(zhì)中所含固體和顆粒、含量多少。3.所須要的流量，一般工業(yè)用泵在工藝流程中可以忽視管道系統(tǒng)中的泄漏量壓力，吸水池壓力，排水池壓力，管道系統(tǒng)中的壓力降。（2）確定流量揚(yáng)程和流量1.假如生產(chǎn)工藝中已給出最小、正常、最大流量，應(yīng)按最大流量考慮。2.假如生產(chǎn)工藝中只給出正常流量，應(yīng)考慮留有確定的余量。3.假如基本數(shù)據(jù)值只給重量流量，應(yīng)換算成體積流量。3.3.2泵的選型泵是一種面大量廣通用型號(hào)機(jī)械設(shè)備，它廣泛地應(yīng)用于石油、化工、電力、冶金、礦山、選船、輕工、農(nóng)業(yè)、民用和國防各部門，在國民經(jīng)濟(jì)中占有重要的地位。泵的電能消耗起了主動(dòng)作用。由此可見，合理選泵對節(jié)約能源同樣具有重要意義。所謂合理選泵，就是要綜合考慮泵機(jī)組和泵站的投資和運(yùn)行費(fèi)用等綜合性的技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)，使之符合經(jīng)濟(jì)、平安、適用的原則。詳細(xì)來說，有以下幾個(gè)方面：必需滿足運(yùn)用流量和揚(yáng)程的要求，即要求泵的運(yùn)行工次點(diǎn)經(jīng)常保持在高效間運(yùn)行，這樣既能剩動(dòng)力又不易損壞。所選擇的水泵既要體積小、重量輕、造價(jià)便宜，又要具有良好的特性和較高的效率。具有良好的抗氣蝕性能，這樣既能減小泵房的開挖深度，又不使水泵發(fā)生氣蝕，運(yùn)行平衡、壽命長。深井提水的重要設(shè)備。運(yùn)用時(shí)整個(gè)機(jī)組潛入水中工作。把地下水提取到地表，是生活用水、礦山搶險(xiǎn)、工業(yè)冷卻、農(nóng)田澆灌、海水提升、輪船調(diào)載，還可用于噴泉景觀，熱水潛水泵用于溫泉洗浴，還可適用于從深井中提取地下水，也可用于河流、水庫、水渠等提水工程。主要用于農(nóng)田澆灌及高山區(qū)人畜用水，亦可供中心空調(diào)冷卻、熱泵機(jī)組、冷泵機(jī)組、城市、工廠、鐵路、礦山、工地排水運(yùn)用。一般流量可以達(dá)到(10m3~650m3)每小時(shí)、揚(yáng)程可達(dá)到1500米?，F(xiàn)在噴泉常用的潛水泵有QS、QY、QX、、QJ等系列。QS系列潛水泵體積小、性能牢靠，機(jī)泵一體、潛入水中運(yùn)行主要優(yōu)越性是：運(yùn)行牢靠、經(jīng)久耐用、運(yùn)用便利、功率大、故障少，修理費(fèi)用低等。流量：10-250（m3/h）。楊程：5-140（m）。QY系列潛水泵QY型潛水電泵由電動(dòng)機(jī)、水泵和密封三部分組成。電泵的上端，多為離心式水泵；下端為三相鼠籠立式異部電動(dòng)機(jī)。電機(jī)全部接受優(yōu)質(zhì)整圓硅鋼片，效率高，耗電少潛水深度不超過5米水溫不超過+40℃。流量：10-300（m3/h）。楊程：4-110（m）。QX系列潛水泵工程潛水泵泵電一體，結(jié)構(gòu)緊湊，特殊適合于基建及礦山的搬運(yùn)和安裝無需引水，運(yùn)用簡便雙端密封，電器愛惜設(shè)計(jì)合理、性能優(yōu)良、幾無噪音。流量：5-20（m3/h）。楊程：20-60（m）QJ系列潛水泵電機(jī)和水泵直聯(lián)，機(jī)組全部潛入水中工作，具有結(jié)構(gòu)緊湊、安裝、維護(hù)便利、體積小、重量輕、高效節(jié)能等特點(diǎn)。工作條件1、工作介質(zhì)為清水或化學(xué)性質(zhì)類似于清水的液體。額定揚(yáng)程：150米額定流量：10立方米/小時(shí)。從該噴泉所需的揚(yáng)程、流量、水質(zhì)、價(jià)格等方面考慮該噴泉的水泵必需滿足大功率快速精確啟停，我選用QY系列的潛水泵，品牌為DESHB(德士比)的噴泉泵。其實(shí)物圖見其3-4所示：圖3-4QYP噴泉泵的實(shí)物圖3.3.3水泵的參數(shù)及性能（1）水泵的主要參數(shù)水泵參數(shù)是指工作性能的主要技術(shù)數(shù)據(jù)，包括流量、揚(yáng)程、轉(zhuǎn)速、效率和比轉(zhuǎn)數(shù)等。1.流量（Q）泵的流量市直單位時(shí)間所排出的液體的數(shù)量。通常泵的流量用體積計(jì)算，以Q表示，單位為米3/時(shí)（m3/h）、米3/秒（m3/s）、升/秒（1/s），也可用重量計(jì)，以G表示，單位為噸/時(shí)（t/h）、噸/秒（t/S）、千克/秒（kg/s）。G和Q的關(guān)系：G=r*Qr-液體的重量（千克/米3）（1-1）因水的重量近似1000千克/米3，故1升/秒=3.6米3/時(shí)=3.6噸/時(shí)2.揚(yáng)程（H）泵的揚(yáng)程是指單位重量的液體通過泵所增加的能量。以H表示，實(shí)質(zhì)上就是水泵能夠揚(yáng)水的高度，又叫總揚(yáng)程或全揚(yáng)程。單位為米液柱高度，習(xí)慣上省去“液柱”，以米（m）表示。泵的總揚(yáng)程由吸水揚(yáng)程兩部分組成，因此：總揚(yáng)程=吸水揚(yáng)程=出水揚(yáng)程（1-2）但由于水流經(jīng)過管路時(shí)受到各種阻力而削減了泵的吸水揚(yáng)程和出水揚(yáng)程，因此吸水揚(yáng)程=實(shí)際吸水揚(yáng)程+吸水損失揚(yáng)程（1-3）出水揚(yáng)程=實(shí)際出水揚(yáng)程+出水損失揚(yáng)程（1-4）損失揚(yáng)程=吸水損失揚(yáng)程+出水損失揚(yáng)程（1-5）總揚(yáng)程=實(shí)際揚(yáng)程+損失揚(yáng)程（1-6）由于水泵銘牌上表明的揚(yáng)程是上述水泵的總揚(yáng)程，因此不能誤認(rèn)為銘牌上的揚(yáng)程是實(shí)際揚(yáng)程數(shù)值，水泵的實(shí)際揚(yáng)程都比水泵銘牌上的揚(yáng)程數(shù)值小。因此在確定水泵揚(yáng)程時(shí)，這一點(diǎn)要特殊留意，否則，假如只按實(shí)際揚(yáng)程來確定水泵的揚(yáng)程，訂購來的水泵揚(yáng)程就低了，那可能會(huì)降低水泵的效率，甚至打不上水來。損失揚(yáng)程和管路上的水管和旁邊種類（低閥、閘閥、逆止閥、直管、彎管）、數(shù)量、水管內(nèi)徑、管長、水管內(nèi)壁粗糙程度以及水泵流量等都有密切關(guān)系，這一點(diǎn)在管路設(shè)計(jì)和選配水管和附件時(shí)也應(yīng)留意。1.允許吸上真空高度（HS）允許吸上真空高度是指真空表讀數(shù)吸水揚(yáng)程，也就是泵的吸水揚(yáng)程（簡稱泵的吸程），包括實(shí)際吸水揚(yáng)程和吸水損失揚(yáng)程之和。以Hs表示，單位為米（m）。允許吸上真空高度是安裝水泵高度的重要參數(shù)，安裝水泵時(shí)，應(yīng)使水泵的吸水揚(yáng)程小于允許吸上真空高度值，否則安裝過高，就吸不上水或產(chǎn)生氣蝕現(xiàn)象、2.轉(zhuǎn)速（n）轉(zhuǎn)速是指泵葉輪每分鐘的轉(zhuǎn)數(shù)，以n表示，單位為轉(zhuǎn)/分（r/min）。每臺(tái)泵都有確定的轉(zhuǎn)速，不能隨意提高或降低，這個(gè)固定的轉(zhuǎn)速稱為額定轉(zhuǎn)速，水泵銘牌上標(biāo)定的轉(zhuǎn)速即為額定轉(zhuǎn)速。假如遠(yuǎn)大于額定轉(zhuǎn)速，不但會(huì)引起動(dòng)力機(jī)超載或轉(zhuǎn)不動(dòng)，而且泵的零部件也簡潔損壞；轉(zhuǎn)速降低，泵的效率就會(huì)降低，影響水泵的正常工作。3.比轉(zhuǎn)數(shù)（ns）在前述水泵型號(hào)中，有些型號(hào)的組成部分有比轉(zhuǎn)數(shù)這個(gè)參數(shù)。比轉(zhuǎn)數(shù)和轉(zhuǎn)速是兩個(gè)概念，水泵的比轉(zhuǎn)數(shù)，簡稱比速，通常用符號(hào)為ns。水泵的比轉(zhuǎn)數(shù)是指一個(gè)假象的所謂標(biāo)準(zhǔn)水泵葉輪的轉(zhuǎn)數(shù)，這個(gè)假想的水泵和真實(shí)水泵的葉輪各部分都幾乎相像而在消耗功率為0.735千瓦、揚(yáng)程為1米、流量為0.075立方米/秒時(shí)所具有的轉(zhuǎn)數(shù)。葉輪形態(tài)相同或相像的水泵比轉(zhuǎn)數(shù)相同，葉輪形態(tài)不相同或不相像的水泵比轉(zhuǎn)數(shù)不相同。如軸流泵比轉(zhuǎn)數(shù)比混流泵大，混流泵比轉(zhuǎn)數(shù)也是放映水泵特性的綜合性指標(biāo)。此外，要留意比轉(zhuǎn)數(shù)大的水泵，其轉(zhuǎn)速不愿定高；比轉(zhuǎn)數(shù)小的，轉(zhuǎn)速不愿定低。大流量、低揚(yáng)程的水泵，比轉(zhuǎn)數(shù)大，防止則小。一般比轉(zhuǎn)數(shù)較低的離心泵，其流量小、揚(yáng)程高；而比轉(zhuǎn)數(shù)較高的軸流泵，其流量大、揚(yáng)程低。4.功率功率是指機(jī)組在單位時(shí)間內(nèi)作功的大小。水泵功率可分為有效功率、軸功率和配套功率三種。（1）有效功率它是出丟水泵內(nèi)部損失功率后，純用于羊水所消耗的功率，因此又稱為凈功率、輸出功率或水馬力。常用符號(hào)為N效，單位為千瓦（或馬力）。有效功率只可用水泵的流量和揚(yáng)程計(jì)算得出：（1-7）（2）軸功率它是動(dòng)力機(jī)傳給水泵軸上的功率，因此稱為軸功率或輸入功率。要包括泵體內(nèi)軸承的摩擦、水泵軸和填料的摩擦、水和葉輪、泵殼間的摩擦，以及泵內(nèi)高壓水的回漏等所消耗的功率。（3）配套功率它是指水泵應(yīng)選配的動(dòng)力機(jī)的功率，一次又稱有用功率。常用符號(hào)為N配，它比軸功率大。這是因?yàn)閯?dòng)力機(jī)把動(dòng)力傳遞給水泵的過程中，有傳動(dòng)損失；同時(shí)還要考慮水泵工作時(shí)，流量及揚(yáng)程有波動(dòng)而可能出現(xiàn)動(dòng)力機(jī)超載，因此動(dòng)力機(jī)須要比水泵軸功率大的功率儲(chǔ)備。配套功率可按下式求得：（1-8）動(dòng)力平安系數(shù)（或稱備用系數(shù)）可依據(jù)水泵軸功率大小確定，軸功率小時(shí)取大值。傳動(dòng)交率要依據(jù)傳動(dòng)類型和傳動(dòng)方式確定。接受聯(lián)軸器干脆傳動(dòng)時(shí)，取0.99。接受皮帶傳動(dòng)時(shí)，開口式傳動(dòng)取0.98，交叉?zhèn)鲃?dòng)取0.9，半交叉取0.92～0.94；三角帶傳動(dòng)取0.96。5.、效率（n）效率是指有效功率和軸功率的比值，因此他是反映泵對動(dòng)力所賜予的功率利用程度的技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)。常用符號(hào)為n，其大小用百分?jǐn)?shù)來表示?？捎孟率奖磉_(dá)：（1-9）由于有效功率小和軸功率，因此水泵效率恒久小于1。但水泵效率值越大說明有效功率越大，泵內(nèi)損失功率越小。我們選擇水泵時(shí)，應(yīng)盡量選擇效率高的水泵銘牌上的效率是指水泵可能達(dá)到的最高效率，一般農(nóng)用水泵的最高效率為60%～80%，有些大型水泵超過了80%。3.4噴頭的選擇噴泉噴頭也稱噴泉噴嘴全部接受銅或不銹鋼制作，這樣具有黃金的色調(diào)或銀光閃閃，噴頭顯得豪華氣派。其工藝精致美觀，結(jié)構(gòu)合理，性能高效節(jié)能。其中常用的有：可調(diào)直流噴頭、半球形噴頭、樹冰形噴頭、禮花噴頭、涌泉噴頭、加氣噴頭、直上噴頭等產(chǎn)品系列。1號(hào)噴頭：1號(hào)噴頭位于中間位置，須要噴出雄壯并且噴射高度高得水柱，所以1號(hào)噴頭選擇直上噴頭。直上噴頭是在同一個(gè)配水室上安裝多角度直射噴嘴，這些噴嘴規(guī)格相同時(shí)，噴出的水姿雄壯筆直、粗狂美觀；這些噴嘴規(guī)格不完全相同時(shí)，大小噴嘴布設(shè)得當(dāng)，噴出的水姿粗大有力、層次分明、主題突出、是大型噴泉中心必備的主要噴頭。該噴頭也叫中心噴頭。可調(diào)整射流的方向。噴頭材質(zhì)：鑄銅、不銹鋼，如圖3-5所示。圖3-5直上噴頭實(shí)物圖及安裝簡圖2號(hào)噴頭：2號(hào)噴頭位于其次層的位置，所噴出的水柱應(yīng)當(dāng)比1號(hào)所噴出的水柱稍細(xì)比1號(hào)所噴的水柱要低。所以2號(hào)選擇可調(diào)直流噴頭。可調(diào)整直流噴頭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，這種噴頭裝有球形接頭，可沿垂直方向向15度進(jìn)行調(diào)整。可調(diào)直流噴頭可組合各種不同形態(tài)的噴射果，射流的凹凸和角度的變更，可依據(jù)水池形態(tài)大小確定。噴頭材質(zhì)：鑄銅、不銹鋼，如圖3-6所示。圖3-6可調(diào)直流噴頭實(shí)物圖及安裝簡圖3號(hào)噴頭：3號(hào)噴頭噴頭應(yīng)當(dāng)比2號(hào)噴頭噴射高度略低比4號(hào)噴頭噴射高度略高，所噴水柱比2號(hào)水柱略粗大、挺立。所以3號(hào)噴頭選擇樹冰形噴頭。樹冰形噴頭噴水時(shí)外觀效果浩大豐滿，粗大挺立，抗風(fēng)力較強(qiáng)。噴頭安裝在導(dǎo)流筒上端和水面齊平，噴水時(shí)能將池水帶出，形成粗大壯美的水柱。噴頭材質(zhì)：鑄銅、不銹鋼，如圖3-7所示。圖3-7樹冰形噴頭實(shí)物圖及安裝簡圖4號(hào)噴頭：4號(hào)噴頭位于該噴泉的最外側(cè)，水柱所噴高度應(yīng)當(dāng)最低，水量應(yīng)當(dāng)較大，擇所噴水柱比較靈動(dòng)。所以選擇涌泉噴頭。涌泉噴頭也是加氣噴頭的一種，又稱鼓泡噴頭、珍寶噴頭。噴水時(shí)能將氣吸入，使水姿形成充溢空氣的白色水丘，水沫輕濺，古樸靈動(dòng)。加氣噴頭用射流泵的原理，噴水時(shí)將空氣吸入，以少量的水產(chǎn)生豐滿的射流，噴出的水柱呈白色不透亮狀，反光效果好。噴頭材質(zhì)：鑄銅、不銹鋼，如圖3-8圖3-8涌泉噴頭實(shí)物圖及安裝簡圖3.5執(zhí)行器—閥的選擇實(shí)現(xiàn)噴泉噴水管噴和不噴的執(zhí)行器件為電磁閥。電磁閥是用電磁鐵推動(dòng)閥門的開啟和關(guān)閉動(dòng)作的電動(dòng)執(zhí)行器，主要優(yōu)點(diǎn)是：體積小，動(dòng)作牢靠，修理便利，價(jià)格便宜。通常用于口徑在100mm以下的兩位限制中，尤其多用于接通，切斷或轉(zhuǎn)換氣路或是液路等。追溯電磁閥的發(fā)展史，電磁閥從原理上分為三大類：直動(dòng)式、分步直動(dòng)式、先導(dǎo)式。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。本設(shè)計(jì)中噴水管要求限制靈敏，具有確定的工作壓力，使得噴水管有很好的密封、打通特性，以滿足噴水管的限制及要求，運(yùn)用先導(dǎo)式電磁閥比較合適。如圖3-9所示。圖3-9先導(dǎo)式電磁閥先導(dǎo)式電磁閥工作原理：通電時(shí)，電磁力把先導(dǎo)孔打開，上腔室壓力快速下降，在關(guān)閉件四周形成上低下高的壓差，流體壓力推動(dòng)關(guān)閉件向上移動(dòng)，閥門打開；斷電時(shí)，彈簧力把先導(dǎo)孔關(guān)閉，入口壓力通過旁通孔快速腔室在關(guān)閥件四周形成下低上高的壓差，流體壓力推動(dòng)關(guān)閉件向下移動(dòng)，關(guān)閉閥門。動(dòng)作時(shí)間很短頻率較高時(shí)一般選用直動(dòng)式，大口徑選用先導(dǎo)式。流體壓力范圍上限較高，可隨意安裝(需定制)但必需滿足流體壓差條件。先導(dǎo)式電磁閥特性：先導(dǎo)膜片式結(jié)構(gòu)，低功能。愛惜型膜片結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，壽命延長兩倍。配管方式可以隨意角度安裝，為增加壽命最好是水平管接線圈朝上。線圈防護(hù)等級(jí)IP65。先導(dǎo)式電磁閥適用介質(zhì)：液體、水、熱水、氣體、油、瓦斯等3.6燈具的選擇該噴泉用四組彩燈分別為紅，綠，黃，藍(lán)。從里到外分別對應(yīng)1處用藍(lán)色的彩燈，2處為黃色的彩燈，3處為綠色調(diào)燈，4處為紅色調(diào)燈。每一個(gè)噴頭處對應(yīng)一個(gè)相應(yīng)顏色的彩燈。因?yàn)閲娙貌薀舳际前惭b在水下所以對光線的要求高，對平安性能的要求也要很高，同時(shí)對運(yùn)用壽命要求要長。LED水下燈能夠達(dá)到上述的要求，所以本設(shè)計(jì)選擇AC220VLED水下燈，如圖3-10所示圖3-10LED水下燈3.7電源模塊的選擇3.7.1安裝布線的留意事項(xiàng)電源往往是干擾進(jìn)入PLC是主要途徑。PLC系統(tǒng)的電源有兩類：外部電源和內(nèi)部電源。外部電源用來驅(qū)動(dòng)PLC輸出設(shè)備（負(fù)載）和供應(yīng)輸入信號(hào)，又稱用戶電源。同一臺(tái)PLC的外部電源可能有多種。外部電源的容量和性能由輸出負(fù)載和PLC的輸入電路確定。由于PLC的I/O電路都具有濾波，隔離功能，所以外部電源對PLC性能影響不大，因此，對外部電源的要求不高。內(nèi)部電源是PLC的工作電源，即PLC內(nèi)部電路的工作電源。他的性能好壞干脆影響到PLC的牢靠性。因此，為了保證PLC的正常工作，對內(nèi)部電源有較高的要求，一般的PLC的內(nèi)部電源接受開關(guān)式穩(wěn)壓電源或是一次側(cè)帶低通濾波器的穩(wěn)壓電源。在干擾較強(qiáng)或牢靠性要求較高的場合，應(yīng)當(dāng)用帶屏蔽層的隔離變壓器，對PLC系統(tǒng)供電，還可以在隔離變壓器二次側(cè)串聯(lián)LC濾波電路，同時(shí)，在安裝時(shí)要留意以下問題：動(dòng)力部分、PLC以及I/O電源應(yīng)分別配線。隔離變壓器和PLC和I/O電源之間最好接受雙絞線，以限制串模干擾。系統(tǒng)的動(dòng)力線應(yīng)當(dāng)足夠粗，以降低大容量設(shè)備啟動(dòng)時(shí)引起的線路壓降。PLC輸入電路用外線干脆電源時(shí)，最好接受穩(wěn)壓電源，以保證正確的輸入信號(hào)，否則可能使PLC接收到錯(cuò)誤的信號(hào)。I/O線和動(dòng)力線及其它限制線應(yīng)分開走線，并保持確定的距離，盡量不要在同一線槽中布線。溝通線和直流線、輸入線和輸出線最好也分開走線。3.7.2對電源的處理電源模塊的選擇一般只須要考慮輸出電流，電流模塊的額定輸出電流必需大于機(jī)器模塊，I/O模塊等消耗電流的總和。選定的電源模塊的輸出功率必需大于CPU模塊，全部I/O模塊，各種智能模塊總消