基于PLC对喷泉及LED灯电气控制系统改造

魏斌

摘要：本次改造采用了触摸屏来进行手动操作，使得选择多样性;采用了变频器调速技术，实现喷泉水柱的高低变化;采用PLC作为控制器，对喷泉和LED潜水灯进行控制，使其能有多彩的变化。

关键词：触摸屏;变频器;PLC;喷泉;LED潜水灯

Abstract： in this transformation， touch screen is used for manual operation， which makes selection diversity; frequency converter speed regulation technology is used to realize the height change of fountain water column; PLC is used as controller to control fountain and led diving lamp， so that it can have colorful changes.

Key words： touch screen; inverter; PLC; fountain; led diving lamp

現今许多喷泉的控制有些单调，且观赏性不足。本次改造的主要目的是让喷泉及灯光的效果更加绚丽多彩、赏心悦目。为达到这一目的，加入了触摸屏，让本系统选择多样性，加入变频器让水柱变化多样，使用PLC让水柱和LED潜水灯灯光变化效果更好。通过改变水柱和灯光的变化规律，从而变化出更多的方案，让观赏性更强。也使系统更稳定可靠。

1 系统的组成

花式喷泉控制系统是由触摸屏来进行手自动控制，并把控制信号传送到PLC，作为输入信号。再由PLC通过编程，输出信号来控制LED潜水灯的变化和喷口的通断以及变频器的频率变化。再由变频器通过改变输出电流的大小来控制水泵，实现水柱的高低变化。系统组成的原理图如图1所示。

2 元器件的选择及相应参数设置

2.1 LED潜水灯的选择

选择的是LS-SD-5007-3W型LED潜水灯（数量：24盏）。因为它的输入电压是AC12V，它的工作场所是在水下，工作温度范围符合现场环境（-40℃～50℃），这一切都满足本次改造的需要以及上述四点（LED潜水灯的选择应考虑的四个方面）。

2.2 喷头选择

本设计选用的第一种喷头就是WX-117型万向直流喷头它将围绕在喷泉的四周。WX-117型喷头在各种场合的喷水池中广泛应用，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。

本设计选用的第二种喷头就是YZ-302型可调玉柱喷头它将设置在喷泉的中央。在本次改造中它是由PLC控制阀的通断，以此来实现水柱的喷出。YZ-302型玉柱喷头喷嘴断面为一环缝隙，当压力水从中直射喷出时，其形似水晶圆柱。该喷头喷出的水势宏伟壮观，抗风性能好。

2.3 水泵的选择

本次设计选择喷泉水泵，因为喷泉水泵是在水下作业，这就不用额外建造泵房，可以减少使用工程的空间面积并降低成本。同时喷泉水泵的安装，使用以及维护简单方便，体系小，结构简单，节约原材料，能耗低，重量轻。最重要的是它满足了本设计中研究对象（喷泉）的所有需求。

2.4 变频器的选择

本次改造的是通过PLC控制变频器，让变频器调节并输出大小不同的输出电流来实现每个喷水口喷出不同高度的水柱变化。进过收集资料以及网络上的信息对比，采用FR-D700型变频器较为合适。本次设计中水泵的功率是0.55KW，电流是2.2A，电压是380V，而本变频器FR-D700的功率范围是0.4KW-7.5KW，且通过内部设置可以实现输出电流为2.2A，电压为380V，这满足了对喷泉水泵的控制要求。变频器参数设置为：

1）按下PU/EXT按键，切换到PU模式;  2） ALLC=1            恢复出厂设置;

3）P160=0     扩展设置范围; 4）P1=50HZ         上限频率;

5）P2=0HZ      下限频率;     6）P3=50HZ            基准频率;

7）P5=40HZ       中速;         8）P6=50HZ            高速;

9）P24=30HZ   低速;        10）P7=1S              加速时间;

11）P8=1S      减速时间;   12）P80=0.55KW         额定容量;

13）P83=380V    额定电压;   14）P84=50HZ    额定频率;

2.5 控制器的选择

因为本次改造用在PLC上用到了3个输入35个输出，经过收集资料以及网络上的信息对比，采用FX2N-80MR比较合适，它的基本单元是内置40输入/40输出（继电器），而且在本次改造中有用到直流输出，而这种继电器型PLC能实现这一功能。它能满足本次改造的一切控制要求并留有一定的未来的扩展空间，而且性价比高，它的输出点数基本用完，这样既不用去而外购买扩展模块又不怕浪费过多输入输出点数。

2.6 触摸屏的选择

本设计采用了GOT1000系列的触摸屏，它结合了传统人机界面的优点，使人机界面能够配合PLC发挥出最佳的效果。触摸屏I/O分配表如表1所示。

3 电路设计

3.1 主电路如图2所示

3.2 控制电路如图3所示

4 PLC程序设计（SFC）

4.1 主程序 （SFC）

（1）停止和预停

当初始化脉冲或按下停止按钮（触摸屏M1/外接X1）时，跳转到S0，并复位启动按M0，按下预停按钮M3后，预停辅助继电器置位。

（2）24小时时间计数

上电后，24小时到了或按下重新定时按钮则重新计数定时24小时是由T50到T117共48个定时器实现的，每个定时器定时半小时（即1800S/K18000），半夜0点开始：[>= T50 K0]。

（3）上午6点以前和上午6点开始

上午6点以前：[<= T63 K18000]

上午6点开始：[>= T64 K0]

（4） 下午6点以前和下午6点开始

下午6点以前：[<=T103 K18000]

下午6点开始：[>= T104 K0]

（5）半夜12点以前

半夜12点以前：[<= T117 K18000]

4.2 控制程序部分流程图（SFC）

其中，S0是对整个系统的一个清零，并且是预停复位处，S10是对整个系统的一个清零，S34是对6：00a.m.-6：00p.m.手动系统的一个清零，S15是对6：00p.m.-12：00p.m.手动系统的一个清零，S11-S14：6：00a.m.-6：00p.m.自動步骤1，S20-S25： 6：00a.m.-6：00p.m.自动步骤2，S40-S43： 6：00a.m.-6：00p.m.手动步骤1，S50-S55： 6：00a.m.-6：00p.m.手动步骤2，S30-S32： 6：00p.m.-12：00p.m.自动步骤3，S33：6：00p.m.-12：00p.m.自动步骤4，S60-S62： 6：00p.m.-12：00p.m.手动步骤3，S70：6：00p.m.-12：00p.m.手动步骤4。

5 结语

本系统改造方案从技术方面来看，该系统所用的设备有很高的技术含量;从可靠性来看，触摸屏、变频器、PLC它们使用寿命都相当长，尤其是PLC，它抗干扰能力强，使用寿命长;从经济性开看，性价比高，功能全面实用，且维修方便工程后期维护方便节约成本。

本设计中的改造将可以解决传统喷泉控制简单，效果单一，观赏性不足等问题，让喷泉及LED的灯光效果更加绚丽多彩、赏心悦目。

参考文献：

[1] 杨清德.LED工程应用技术[M].北京：人民邮电出版社，2010：85-120.

[2] 吕永祥.潜水电泵的使用和维护[M].北京：机械工业出版社，1995：35-64.

[3] 三菱通用变频器FR-D700使用手册.

[4] FX2N系列微型可编程控制器使用手册.

[5] 殷培峰.基于PLC喷泉控制系统的设计与应用[J].兰州石化职业技术学院学报， 2006，6（1）：20-22.

【通联编辑：梁书】