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1、 毕业设计说明书 设计题目：基于PLC的音乐喷泉系统设计喷泉软件系统的设计系 部 机电工程系 专 业 机电一体化 班 级 机电 学生姓名 学 号 指导教师 2012年4月23日摘 要在喷泉控制系统中，采用单片机控制原理，以可控硅作为功率开关元件，由于可控硅承受过电压、过电流的能力较差，因而不能长时间运行。但采用PLC能有效的解决这一问题，同时，PLC具有很强的自诊断功能，迅速方便的检查出故障，缩短检修时间，因而，确保控制系统的可靠性、稳定性。但成本较高。本文以喷泉控制系统为例，采用欧姆龙（OMRON）CPM1A系列PLC，详细介绍了系统的硬件配置、设计方案以及软件设计的顺序功能图和梯形图，并且
2、介绍了编程中的关键问题。关键词：可控硅；单片机；自诊断功能；可编程序（逻辑）控制器；顺序功能流程图 Abstract In the fountain control system, using single-chip microcomputer control principle, with silicon controlled as power switch components, due to take over voltage, over current controlled the ability is bad, so it cannot be long time running. B
3、ut adopting PLC can effectively solve the problem, and at the same time, PLC has the very strong since diagnosis function, rapid convenient check a fault, shorten repair time, therefore, to ensure the reliability of the control system, the stability. But cost is higher. This paper to fountain contro
4、l system as an example, the OMRON (OMRON) CPM1A series PLC, a detailed introduction of system hardware configuration and design, and the design of software function chart and order ladder diagram, and introduced the key programming problem. Keywords: silicon controlled; Single chip microcomputer; Si
5、nce the diagnosis function; Programmable controller (logic); Order function flow chart 目 录1 绪论51.1喷泉的发展61.2喷泉的应用状况62 喷泉系统硬件设计72.1 喷水池的设计72.2 喷头和造型方案的选择72.3 配水管网的计算及其附件的选择83 喷泉控制系统硬件设计及器件选择133.1 控制系统硬件设计133.2 导线截面的选择与校验143.3 开关设备的选择174 喷泉软件系统的设计224.1 控制要求224.2 I/O地址分配224.3 时序控制程序22结 论28参考文献29致 谢30 1
6、绪论 喷泉是园林、城市街道广场和公共建筑等的装饰品之一。喷泉对城市环境有多种价值，不仅能湿润周围购空气、清除尘埃，而且由于喷泉喷射U1的细小水珠与空气分子掩击，能产生出大量对人体有益的负氧离子。据对菜喷泉周围lIl定，喷水前空气中负氧离子的浓度为300个毫升，正离子浓度为500个毫九而喷水寸A钟后，负氧离子浓度增加到300000个毫升，正离子浓度增加到50000个毫升。空气离子，尤其是负氧离子对人们的健康有良好的作用，被誉为“空气长寿素”。喷泉阅娜多姿的造型，欢快跳动的水花，还能使人振奋精执陶冶情愫，美化环境。因此，喷泉既有益于提高城市的文化艺术面貌，给人以美的享色又有益于环境保护，增进人的身
7、心健康。随着城市现代化，文明生产及园林、旅游等事业的发展，喷泉越来越受到人们的喜玖喷泉技术也在不断地发展，各式各样的喷泉正在各地竞相出现。它比较适宜于喜庆节日、大型群众集会的广场喷泉和城市主题雕塑喷泉，其水造型往往是简捷、明快、庄重、大方，给予人们团结进取、凝聚向上的感受在商业广场、购物中心以及游泳景点的大型激光彩色音乐喷泉，其动感十足的“水表演”，既欢快、跳跃，又抒情、富有诗意的“水舞蹈”，有些喷泉配之以水幕电影，给人们以变幻无穷，绚丽多姿的视听效果。河、湖自然水面上喷水高度超过百米的高水柱喷泉，其雄伟、壮观的水造型往往成为这个城市或旅游景点的特征之一。喷泉进入了住宅小区，多与建筑小品和雕塑
8、相映、相伴，既有中、老年人们喜爱的幽静、典雅的风格，也有适于儿童嬉水，趣味十足的形式。松驰、舒适的环境氛围给人们愉悦的感受。 水是生命的核心，对于人类生存而言，水是最重要的因素之一，水不仅能够满足人们基本生活的需求，而且还能提高人们身心的舒适度，由于人们对于水的依赖和亲近，从人类活动开始，人们就依水而居，从古代的城镇发展开始，人们就不断地开发水的造景功能、娱乐功能和环保功能，喷泉作为城镇建设和园林造景的一部分，是满足人们文化需求和精神需求的产品和作品。查询古今中外的建筑史，园林史，其中有许多精美的喷泉成为城市或建筑的象征，这些传世佳作保留至今，它们是美化城市的神来之笔，在美化城市、美化环境中起
9、到了画龙点睛的作用。陶冶和启迪着后人，为今天的喷泉的发展奠定了基础。1.1喷泉的发展喷泉起源很早，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
10、来造景，如埃斯特别墅中的“水风琴”等。1.2喷泉的应用状况近年来，水景的应用技术发展很快，许多技术已大量应用于实践中，水艺景观已逐渐形成相对独立的工程分支，但在工程设计实践中系统的指导理论尚不完善。水艺景观概括来说可以分为两大类：一是利用地势或土建结构，仿照天然水景观而成。如溪流、瀑布、人工湖、养鱼池、泉涌、跌水等，这些在我国传统园林中的有较多应用。二是完全依靠喷泉设备造景。各种各样的喷泉如音乐喷泉、程序控制喷泉、旱地喷泉、雾化喷泉等。这类水景是近年来才在建筑领域广泛应用的，但其发展速度很快。各种水景工程，一般由以下几个方面构成：土建池体、管道阀门系统、动力水泵系统、灯光照明系统等。较大的水体
11、或对水质观感要求较高的场所，还必须有水质处理系统。 喷泉是艺术和技术的结合物，建筑艺术、园林艺术、美术以至引伸到人文学、文学艺术、音乐艺术等都能蕴含到喷泉的设计、创作中。随着时代的发展，科技水平的提高，城市的喷泉设备已经十分先进，各种音乐喷泉、程控喷泉、激光喷泉已经层出不穷，变化多端。规模可大可小，射程可高可低，喷出的水，大者如珠，细者如雾，变化万千，引人入胜。喷泉，使静水变为动水，使水也有了灵魂，又辅之以各种灯光效果，使水体具有丰富多采的形态，可以缓冲、软化城市中“凝固的建筑物”和硬质的地面，以增加城市环境的生机，有益与身心健康并能满足视觉艺术的需要。 2喷泉系统硬件设计2.1 喷水池的设计
12、2.1.1喷水 池的组成及其尺寸的确定 喷水池由池底、池壁、喷水供水管、吸水管、溢水管、泄水管、补充给水管等组成。喷水池的大小应与周围环境相配合。位于广场中心的喷水池，其大小必须与广场的体量相称，虽然在已知数据中给出了水池的边缘，但喷水他的大小尺寸还必须在设计风速时，考虑水滴不被风吹出池外。其大小取决于喷头的形式 ,参见表21表21喷头形式与水滴直径表喷 头 形 式水滴直径（mm）螺 旋 式0.250.50碰 撞 式0.250.50直 流 式3.005.00水池尺寸应比计算值大1.0米以上。风力和水池大小的关系，来初拟水池的尺寸。由已知条件可知，当地主导风向为西北风，按微风来计算（微风的风速为
13、3.45.4m/s）,取风速为4m/s。所以水池最外圈水柱的距离为1.5m，既喷泉水池半径为11.5m。2.2 喷头和造型方案的选择2.2.1喷头的选择喷头是喷泉的一个主要组成部分。它的作用是把具有一定压力的水，经过喷嘴的造型，在水面的上空喷射出各种形状的水花。因此，喷头的形式、结构、制造的工艺质量和外观等，部对整个喷泉的艺术效果产生宜接的影响。 喷头受水流(有时是高速水流)的摩擦。因此，一般多用耐磨性好，不易锈蚀，又具有一定强度的黄铜或青铜制成。为了节约铜材，近年来亦使用铸造尼龙(几内酰氨)制造喷头。这种喷头具有耐磨、自润滑性好、加工容易、轻便(它的适量只有铜的七分之一)、成本低等优点。但目
14、前尚存在着易老化、使用寿命短、零件尺寸不易严格控制等问题，因此主要用于低压喷头。当前国内还使用合金铝制作的喷头。这种合金铝喷头虽然耐磨性差，使用寿命短，但成本低、易于加工、材料来源方便，小型喷泉几年更换一次喷头，可以改变喷泉水姿，因此也是可取的。喷头的通径(D)：喷头的通径是指喷头进水口为直径。单位以毫米表示。在选择喷泉喷头的通径时，要与连接管的内径相配合，管径不能有急剧的变化。以保证喷水的花型。喷嘴的出水口面积(w)：喷嘴出水口面积(w )的单位是平方厘米。任一定压力下，喷嘴出水口的面积反映喷头的过水能JJ。喷噶出水口面积大，喷出的水量也大，反各喷嚏出水日面积小，喷出的水量也就少。喷嘴出水口
15、跳内壁及其边缘的光洁度，对喷头的射程和水姿的造型有较大的影响。喷头的水力特性是指各种喷头的压力、喷水量、流量系致、射程等。测定喷头水力特性的目的是为喷泉喷水姿的设计和管路的计算提供基本参数。喷头的压力按喷头的不同部位可以分为工作压力(kpa)和喷嘴压力(h嘴)。 工作压力(kpa):所谓喷头的工作压力是指进入喷头前水的压力。工作压力通常用压力计直接在喷头进水口前的竖管内测出。压力表的最大量测范围应是待测压力的两倍，使待测压力在压力表量程的1/31/2范围内。喷嘴压力是指喷嘴出水口处水流的总压力。即喷嘴的流速水头。喷嘴出水口的平均流速可用实际测得的喷头的流量除以喷嘴出水口的面积得到喷嘴的流速水头
16、。就是说喷嘴的压力等于喷头的工作压力减去喷头内的水头损失。由于喷头内的水头损失很小由此一般计算时可以忽略，而直接使用喷头的工作压力。2.2.2喷泉造型的选择随着喷头设计的不断改造与创新，新的喷水姿不断地丰富。根据所给的喷泉水池平面图，可分成四组喷头，最外圈为一号喷头，从外到内依次类推，最里面为四号喷头。本喷泉采用的造型是：最外圈采用的是圆柱型，既喷头是万向直流喷头，第二圈采用的是多层花型，喷头为花柱喷头，第三圈采用的为水幕型，喷头也是万向直流喷头，最中心的采用的是中心水柱型，采用的喷头为中心水柱喷头。各种喷水型可以单独使用，也可将几种喷水型组合成美丽的图案。2.3 配水管网的计算及其附件的选择
17、2.3.1配水管网的计算配水管网的计算主要是确定管径和水头损失。 （一）管径的计算在管径的计算中，流速的选择是个先决的条件。在一般给水管网中，为了防止产生水锤引起的破坏作用，最高流速选用2.5-3.0m/s。由上式还可以看出，在流量不变的情况下，流速选择越小，管径越大，管的造价也就越高；反之当选择的流量大，则管径小，管于的造价就低，但水头损失也增加，使输水的耗电量加大，从而增加了日常的经营费用。所以在选择流速时，要综合考虑，使管道的建造费和经营费这两个主要经济因素之和最小，这时的流通叫经济流速。但在喷泉的管网计算中，为了获得等高的射流，管内流速低些为好，一般以不超过0.5-0.6m/s为宜。
18、在实际工作中还可以利用图表达择管径，见表23。根据以上计算数据，查资料可得：一号圈总水管管径为DN100,小圈管径为DN80; 二、三、四号圈水管管径也为DN100，给水管管径为DN80，排水管管径为DN50，溢水管管径为DN80，采用的管子为热镀锌管。（二）水头损失的计算在喷泉中使用的管道部是压力管道，水流经管道时产生的能量损失叫水头损失。由于产生水头损失的外部获件的不同，又可以分为沿程水头损失和局部水头损失。 沿程水头损失：在直管段内，水在均匀流情况下，由于水和管壁间摩擦力及水体内的粘滞性所引起的能量消耗，称沿程水头损失。局部水头损失；当水流通过连接件、控制件等时，水流突然变形，由于水流内
19、部摩擦而消耗的能量称局部水头损失。在实际工作中常用查表法来计算沿程水头损失，在实际工作中常用查表法来计算沿程水头损失，如下表23所示 净扬程（吸水高度+扬水高度）水头损失5m以下1m610m12m1115m23m1620m34m2140m48m表23水头损失的估算2.3.2喷泉的管道布置、管材及附件的选择（一）喷泉的管道布置喷泉的管道主要由给水管、排水管、溢水管和泄水管等组成。在本喷泉中，由于喷泉较大，故将主要管道敷设在能通行人的渠道中在喷泉底座下下设检查井。为了使喷水获得等高的射流对于环形配水管网，多采用十字形供水。由于蒸发等等原因，造成喷水池内水量的损失，另外水泵运行前需要充水，因此喷水池
20、需设补充供水管。在管段上应设手阀或浮球阀或液位继电器，随时补充他内水量的损失，以保持水位的稳定。补充供水管如直接与城市自来水管相连接时，应按规范要求设逆止阀，以防污染城市水源。 为了防止因降雨等使喷水池池水上涨造成溢流，在池内应设溢水管，直通城市雨水井或水体，溢水管应有一定的坡度，并在溢水口外应没有拦污栅，为了便于清洗和在不使用的季节把池水全部放空，应在水池底部应设泄水管，直通城市雨水井，亦可结合绿地喷酒。在寒冷地区，为防止冬季冻害，所有管道均应有一定坡度，以便在冬季将管内的水全部排出。连接喷头的水管不能有急剧的变化。如有变化必须使水管管径逐渐由大变小，并且在喷头前必须有一段长度适当的宜铁宜管
21、的长度不小于喷头直径的20一50倍。以保持射流的稳定。对每一个或每组具有相同高度的射流，应有自己的调节设备。一般用阀门来调节流量和水压。喷泉所肖管道的接头应紧密。设在喷泉结构物内的管道安装完毕后，均应进行水压试验。 （二）常用管材管材的类别繁多，本设计喷泉中的管材的选用是根据已知条件中所提供的管材。即采用热镀锌管或不锈钢管制作，因为它尺寸精确，外形美观，防腐可靠，使用寿命长。热镀锌管道是制作喷泉最为常用的管道材料，在水质比较好的地区，可优先使用，它造价比较低，易于加工，制作方式比较简单，故制作加工费用比较便宜。（三）管道附件在喷泉的管道中，除开宜管、喷头外，还有管道的连接件，控制件等附件。现分
22、述如下：1、连接管件：钢管的连接方式有螺纹连接(又叫丝扣连接)，焊接和法兰连接三种。钢管常用的管件宜选用螺纹连接。因为本喷泉所选择的管材的直径小于等于100，所以起连接方式采用的是螺纹连接。2、控制管件：专供管道控制水流通路的启、闭和方向之用的各种阀门。在喷泉管路中常用的阀门主要有闸阀、截止阀、逆止阀、电磁阀等。其驱动方式一般为手动。连接型式有内螺纹和法兰两种。根据喷泉管道布置的要求，本喷泉给水管采用逆止阀，排水管、泄水管和溢水管采用截止阀。（四）管道的防腐与防噪声给水管道除镀锌钢管外必须进行管道的防腐。由于本设计采用的是热镀锌管或不锈钢管，所以不用对管道进行防腐。管网或设备在使用过程中会发生
23、噪声，并沿着建筑结构或管道传播。产生噪声的来源一般情况下有：由于管材损坏，在某些地方(阀门等)产生机械的敲击声；管道中水的流速太快，在通过阀门或由于管径改变流速急变处产生的噪声；水泵工作时发出的噪声。为了防止附件和设备上产生噪民应选用质量良好的配件及器材，安装管道和器材时应采用队噪声的措施。应提高潜水泵装配和安装的推确性，采用减振基础等措施，以达到减弱成防止噪声的传播。2.4 照明灯具及潜水泵的选择2.4.1照明灯具的选择喷泉照明与一般的照明不同，一般照明是要在夜间创造一个明亮的环境，而喷泉照明则是要突出水花的各种风姿。因此，它要求有比周围环境更高的亮路而被照物体又是一种无色透明的水，这就要利
24、用灯具形成各种不同的光分布和构图，造成特有的艺术效果。在喷泉照明中，常用的照明方式一般有固定照明、闪光照明和调光照明。所谓固定照明是除闪光照明和调光照明以外的所有照明的总称。喷泉在局部往往是人们专心观贷的中心，它要求比周围有更高的亮度。在周围明充时，喷水的先端应有100一200个勒克斯的照度，在周围暗的场合，需要50一100个勒克斯的照度。而闪光照朗和调光照明是由几种彩色照明灯组成，通过闪光或使灯光慢慢地变化亮度，以求适应喷泉的色彩变化。彩色照明可以用彩色灯，也可以在普通光源前加一个彩色滤光片。色彩的切换要配合喷水姿的变换。可以用单色或混合色反复投光。随着每一喷水姿的变化改变照明的颜色。色光随
25、着光谱带的不同，其照废有相当大的差别。本设计采用固定照明，并且是把灯具放在水下，因为水下照明，可以欣赏水面波纹，并且由于光是由喷水的下面照射的，因此当水花下落时，可以映出闪烁的光。 为了既能保证喷泉照明取得华丽的艺术效果，又能防止产生眩光，布光是非常重要的。照明灯的位置，一般是在水面下510厘米处，在喷嘴的附近，以喷水前端高度的1/51/4以上的水标作为照射的目标；或以喷水下落到水而稍上的部位为照射的目标。这时如果喷泉周围的建筑物、树从等背景是暗色的，则喷泉水的飞花下落的轮廓就全被照射得清清楚楚。喷嘴群在最外圈呈环状排列。这时在喷嘴内侧配光比在喷防外侧配光效果好。由已知条件可知，本喷泉照明灯具
26、采用的是LED灯, LED多彩水下灯的特性： (一)长寿命：使用寿命长达10万小时以上。(b)低能耗：平均15粒LED为3W，最大功率为15W。(二)高节能：耗电量为传统同功率能灯的1/5，节能达90%。(d)超亮度：亮度可达10.0MCD以上。可直射，散射。(三)低温冷光：为固态冷光源，不发热。(f)健康环保：无紫，红外线辐射，固体发光无污染，无频闪。(四)低压安全：可在6V，12V，24V220V之间随意变换。(h)防腐，防锈：灯体采用全不锈钢或ABS。(五)防水，防潮，防晒：采用硅胶防水，电路板经三层树脂密封，防护等级为IP6级。(六)坚固耐压：灯体为全不锈钢，ABS，采用钢化玻璃，厚度
27、为1.2cm。(七)安装方便:LED水下彩灯系列有：红，黄，兰，绿，白，等多种颜色可供选择。为了安全，本设计的水下灯均使用12伏的低压电源并在灯泡的外面没有不锈钢的保护罩。灯的颜色为：一号圈是黄色；二号圈是绿色；三号圈是兰色；四号圈是白色。2.4.2潜水泵的选择水泵是一种应用广泛的水力机械，是喷泉给水系统的重要组成部分之一。从水源到喷头射流，水的输送是由水泵来完成的。水泵的种类很多，在喷泉系统中使用较多的是离心泵、潜水泵等。潜水泵是一种泵体完全浸于水中工作的水泵，它分为立式和卧式两种(目前国内市场多为立式潜水泵)由于电动机与水泵的运动部件利用水来滑汛所以不会产生过高的升温，效率较高。并且由于泵
28、体育接置于水小，能节约大量管材。因此，在顷泉中亦是广泛使用的一种水泵。潜水电泵具有以下特点；(一)体积小、重量轻，所以移动和安装都很方便；(二)操作简瓦因水泵浸在水中，没有吸水扬程，所以在起动前不需灌水，只要接通电源就能出水；(三)成本低鼠它只需要很短的出水管，没有吸水管和长的轮水管，不装底阀和逆止阀，也不需建泵房。(四)效率高，因为机泵合一，泵又浸在水中，既减少了机械损失又减少了水力损失，提高了水泵效率。在喷泉系统中管道泵可以用于移动式喷泉，将泵体与循环水的管道直接相连。另外，还可以用自来水管路加压，以提高喷水的扬程。管道泵一般由电机、壳体、叶轮、机械密封等零件组成。壳体与电机连接羌相连。电
29、机采用加长轴。叶轮直接装在电机主轴端部。由叶轮罗母固定。泵与电机之间用机械密封档水圈隔开，死以防漏水并保证电机安全运行。表24水泵的型号及规格型号额定流量(m3/h)额定扬程(m)额定功率(kW)效率(n%)额定电流(A)额定电压(V)Q250-3.5-430024718.9380Q250-3.5-42503.54718.9380Q250-3.5-417064718.9380Q250-5-5.530035.57112380Q100-6/2-312053727.54380Q100-4-2.212042.2715.7380Q100-4-2.210032.2715.7380Q65-7-2.28062
30、.2725.7380Q250-5-5.525055.57012380Q160-2-2.217022.2715.7380本设计中采用潜水泵，根据已知条件中所提供的潜水泵的型号如表24所示，其型号从一到四号圈分别为：Q1603.52.2型，两台；Q10042.2型;Q10042.2型;Q2506-4型。 3 喷泉控制系统硬件设计及器件选择3.1导线截面的选择与校验 导线是供电系统中传诵和分配电能的主要设备，需要消耗大量的有色金属，因此 在导线选择时要保证供电系统安全，可靠的运行；充分利用导线的载荷能力。节约有色金属，降低综合投资。3.1.1导线的选择必须满足的条件（一）发热条件 导线通过正常计算电
31、流时，其发热所产生的温升，不应超过正常运行时的最高允许温度，以防止因过热引起的导线绝缘损坏或加速老化。（二）电压损失 导线通过正常计算电流时产生的电压损失，应小于正常运行时的允许电压损失，以保证供电质量（所谓电压损失就是指线路首末端电压的代数差）。（三）经济电流密度 对高电压、长距离输电线路和大电流低压线路，其导线的截面宜按经济电流密度选择，以使线路的年综合运行费用最小，节约电能和有色金属。（四）机械强度 正常工作时，导线应有足够的机械强度，以防断线。通常要求所选截面应不小于改道县在相应敷设方式下的最小允许截面，由于电缆具有高强度的内外护套，机械强度很高，因此不必校验其机械强度，但需要校验其短
32、路热稳定度。此外，对于绝缘导线和电缆，还应满足工作电压的要求，在工程设计中，应根据技术紧急的综合要求选择导线；一般低压动力线路的电流较大，线路较段=短，可先按发热条件选择导线截面，在校验其电压损失和机械强度。综上所述，本设计中380v动力母线的截面按发热条件来选择。3.1.2按发热条件选择导线的截面供电系统中的相线、中性线及保护先对截面的要求不同，在选择时应分别考虑。（一）相线截面的选择电流通过导线时会产生电能损耗，使导线发热。如果通过导线的电流超过其允许值时，会使绝缘导线和电缆的温度升高，加速老化，甚至烧毁。裸导线接头处，因湿度过高而氧化加剧，增大接触电阻，使之进一步氧化甚至烧断。为保证导线
33、发热所产生的温升不超过正常运行时的最高允许值，按发热条件选择导线相线截面。 （二）中性线（N）线截面的选择在三相四线制系统中，正常情况下中性线通过的电流仅为三相不平衡电流、零序电流及三次斜波电流，通常都很小。（三）保护线（PE线）截面的选择正常情况下，保护线不通过负荷电流，但当三相系统发生单相接地时，短路故障电流要通过保护线，因此保护线要考虑单相短路电流通过时的短路热稳定度，按GB500541994低压配电设计规范规定，保护线的截面。（四）保护中性线（PEN）截面的选择 保护中性线兼有保护线和中性线的双重功能，其截面选择应满足上述二者的要求，并取其中较大的截面作为保护中性线截面。3.1.3根据
34、上述条件选择低压动力母线 根据已知条件可知：从一到三号圈的四个潜水泵都为2.2kw，中心的水泵为4kw，即Q1603.52.2型，两台，扬程为2m；Q10042.2型, 扬程为3m;Q10042.2型,扬程为4m;Q2506-4型, 扬程为6m。 （一）电压损失的校验 根据已知条件，母线L=0.5km，。所以可得线路的电压损失为满足电压损失要求。（二）机械强度的校验经查资料可得：380V穿管敷设绝缘导线的最小截面小于所选标准截面。既所选的BLV500型绝缘导线满足机械强度要求。（三）潜水泵的直接启动校验 除了负载因素以外，异步电动机能否全压启动，主要取决于供电电网的容量的大小。一般全压启动只能
35、在几个千瓦以下的小功率电机使用。当功率大时需要进行校验。计算其启动电流倍数是否满足要求。3.2 开关设备的选择3.2.1尖峰电流的计算根据已知条件，一到三号圈的潜水泵额定功率均为2.2kw，额定电流为5.7A；四号圈潜水泵额定功率为4kw，额定电流为8.9A；尖峰电流既启动电流，三相异步电动机直接启动的话，启动电流是额定电流的47倍，选启动电流倍数为7倍。 全部投入时的尖峰电流如下表表3-1：.表3-1参数电动机额定电流5.725.75.78.9启动电流39.9239.939.962.33.2.2开关设备的选择（一）熔断器的选择：选择熔断器的条件：1、熔断器的额定电压不低于线路的额定电压；2、
36、熔断器的额定电流应不小于它所装熔体的额定电流；3、熔断器类型应符合安装条件（户内或户外）及被保护设备.启动时间在三秒以下轻载，启动K0.250.35。熔体电流应躲过线路的尖峰电流，因此，满足躲过尖峰电流的条件为：。对于单台电动机频繁启动时，取K=0.50.6，对于多台电动机的线路，取K=0.51。经过查资料得：FA（14）选RL1-60/25A型；FA5选RL1-60/40A；（二）低压断路器的选择：低压断路器QA是保护消防电动机过电流，短路和欠压电压的保护设备，QA在电机主回路中，额定电压U应为AC380V，其低压断路器过电流脱扣器的额定电流应大于线路的计算电流；其动作电流应整定为躲过线路的
37、尖峰电流。（DZ系列断路器取2-2.5）。QA的额定电流只要大于电机额定电流就可正确动作，所以经过查资料得：QA选DZ5-50/30A型；14QA1选DZ5-20/6A型；QA1-5选DZ5-20/10A型；QA3-1选DZ12-60/60A型；（三）交流接触器的选择：该控制系统中的接触器均选交流接触器。电机所选用的接触器主触头在主电路中，所以主触头通断负载额定电压为被控制线路额定电压AC380V，线圈在控制回路中线圈电压取DC24V。通过计算并查资料选择：14QA2选CJ10-380/6A型； QA2-5选CJ10-380/10A型； （四）热继电器得选择：系统中热继电器14BB，热继电器是
38、保护水泵电机过载和断相保护的元件。一般情况下，可按电动机额定电流选取若继电器，热继电器的整定值为电动机额定电流的0.951.05倍，则一到三号潜水泵额定电流为5.7A，四号潜水泵额定电流为8.9A。取系数为1，则热继电器的整定值分别为7A，10A。经查阅资料， BB14选JR16-6/3A；BB5选JR16-10/3A型；（五）控制按钮的选择： 按钮是短时切换小电流控制电路的开关，依据控制功能，选择按钮的结构形式及颜色，如果急操作选择蘑菇形钮帽的紧急按钮，特殊需要选择带指示灯的按钮，停止按钮用红色，启动按钮用绿色。可根据同时控制的路数，通或断选择触头对数及种类，确定所需型号的按钮。其中：SF2
39、停止按钮，选LAY37型红色按钮；SF1启动按钮，选用LAY37绿色按钮；SF3，SF4为单周期/循环按钮，选LA2511型绿色按钮。（六）其它器件：电流表只需选用读数范围与线路电流相等即可，选用42L6A型电流表；由于供水系统工作在潮湿环境，所以对于导线的选择应选择防水型导线；低压电缆母线选择BLV500，（3*10+PEN10）G32； 彩灯的选择为：LED灯，一到三号喷圈为3W，四号喷圈为15W。元件选型后，按元件所在电控柜分类制成元件明细表如下表32所示：表32 元器件目录表代号名称数量规格型号备注PLC可编程控制器1CPM1A-10CDT晶体管输出型SF1启动按钮1LAY37绿色SF
40、2停止按钮1LAY37红色SF3、SF4单周期/循环按钮各1LAY37绿色14QA1低压断路器5DZ5-20/6脱扣电流值为6AQA1-5低压断路器1DZ5-20/10脱扣电流值为10AQA低压断路器1DZ5-50/30脱扣电流值为30AQA3-1低压断路器1DZ5-60/60脱扣电流值为60A14QA2交流接触器5CJ10-380/6线圈电压24VDCQA2-5交流接触器1CJ10-380/10线圈电压24VDCFA14熔断器5RL1-60/25熔体25AFA5熔断器1RL1-60/40熔体40ABB14热继电器5JR16-6/3整定值为6ABB5热继电器1JR16-10/3整定值为10A1
41、72EA1彩灯72ABS-12VLED显示，12VDC,3W，为黄色130EA2彩灯30ABS-12VLED显示，12VDC,3W，为绿色114EA3彩灯14ABS-12VLED显示，12VDC,3W，为兰色124EA4彩灯24ABS-12VLED显示，12VDC,15W，为白色M1M2潜水泵2QY160-3.5-2.2潜水泵(三相交流异步)M3M4潜水泵2QY100-4-2.2潜水泵(三相交流异步)M5潜水泵1QY250-6-4潜水泵(三相交流异步)1号喷头216KTB-117万向直流喷头2号喷头10HZB-113花柱喷头3号喷头42KTB-115万向直流喷头4号喷头8SZB-310中心水柱
42、喷头A电流表342L6-ATA电流互感器1LZM1-0.66-400/5ABLV三相电缆1BLV-3*10 3.4 PLC控制系统硬件的设计3.4.1 PLC 概况和发展（一）国外PLC发展概况PLC自问世以来，经过40多年的发展，在美、德、日等工业发达国家已成为重要的产业之一。世界总销售额不断上升、生产厂家不断涌现、品种不断翻新。产量产值大幅度上升而价格则不断下降。1968年美国GM(通用汽车)公司提出取代继电器控制装置的要求，第二年美国数字公司研制出了第一代可编程序控制器，满足了GM公司装配线的要求。随着集成电路技术和计算机技术的发展，现在已有第五代PLC产品了。 在以改变几何形状和机械性
43、能为特征的制造工业和以物理变化和化学变化将原料转化成产品为特征的过程工业中，除了以连续量为主的反馈控制外，特别在制造工业中存在了大量的开关量为主的开环的顺序控制，它按照逻辑条件进行顺序动作号按照时序动作;另外还有与顺序、时序无关的按照逻辑关系进行连锁保护动作的控制;以及大量的开关量、脉冲量、计时、计数器、模拟量的越限报警等状态量为主的离散量的数据采集监视。由于这些控制和监视的要求，所以PLC发展成了取代继电器线路和进行顺序控制为主的产品。在多年的生产实践中，逐渐形成了PLC、DCS与IPC三足鼎立之势，还有其它的单回路智能式调节器等在市场上占一定的百分比。 在80年代至90年代中期，是PLC发
44、展最快的时期，年增长率一直保持为3040%。由于PLC机联系处理模拟能力和网络方面功能的进步，挤占了一部分DCS的市场(过程控制)并逐渐垄断了污水处理等行业，但是由于工业PC(IPC)的出现，特别是近年来现场总线技术的发展，IPC和FCS也挤占了一部分PLC市场，所以近年来PLC增长速度，总的说是渐缓。目前全世界有200多厂家生产300多品种PLC产品，主要应用在汽车(23%)、粮食加工(16.4%)、化学/制药(14.6%)、金属/矿山(11.5%)、纸浆/造纸(11.3%)等行业。目前，世界上有200多个厂家生产PLC，较有名的：美国：AB通用电气、莫迪康公司；日本：三菱、富士、欧姆龙、松下电工等；德国：西门子公司；法国：TE 施耐德公司；韩国：三星、LG公司等。（二）国内发展及应用概况 我国的PLC产品的研制和生产经历了三个阶段：顺序控制器（19731979）一位处理器为主的工业控制器（19791985）8位微处理器为主的可编程序控制器（1985以后）。在对外开放政策的推动下，国外PLC产品大量进入我国市场，一部分随成套设备
