摘要：喷泉是由人工构筑的整形或天然泉池中，以喷射优美的水姿，供人们观赏的水景。喷泉的控制系统基于自动化开发未而来，完善的控制系统设计流程是标准化作业的要求，也是工作质量的保证，同时还能对整体设计方案提供可溯源的控制。
关键词：喷泉；PLC；控制系统；设计流程
四川航天职业技术学院飞天广场喷泉（后简称喷泉）因年久失修废弃多年，于2017年年底启动喷泉维护改造工程，并完工于2018年3月初施工完成，期间进行基于PLC控制系统开发与安装调试，至今已安全无故障运行9个月，现将整体设计思路做出总结。
一、分析被控要求
学院喷泉分为东西两池，由中心向外分别为中心泉、矩阵泉、内抛泉、长城泉和玻晶泉。其中，中心泉、内抛泉和玻晶泉由单台电动机带动潜水泵提供动力来源，长城泉由两台电动机在喷泉管道两端提供动力。
喷泉运行方式为自动、手动和半自动运行三种方式，自动模式下不同电机按照时间原则依次按照不同花式工作，手动为单个按钮实现启动和停止，方便检修和测试，半自动模式下彩灯亮，增加夜间可观赏性。
二、确定控制方式
（一）喷泉电机为单向运行，无需反转，可用交流接触器控制主电路。根据电机额定电流选择合适型号，喷泉电机需频繁启动故电流计算时加乘系数1.5。
（二）交流接触器控制由PLC实现，考虑成本及系统简化要求，取消中间继电器放大控制环节。
（三）由按钮控制启动方式、单台电动机及急停信号。
（四）为方便运行管理，采用时钟控制器控制系统自动运行时间，每天分时运行。
（五）采用短路保护过载保护，过载信号接入PLC，实现故障报警功能，故障线路自动停电，工作指示灯闪烁，指示故障电路。
三、选用PLC
根据上一步控制方式计算出输入输出控制点数，输入点为16点，输出点为14点。输出点为继电器输出，控制交流接触器线圈及工作指示灯。PLC工作电压为220V。PLC满足长时间运行稳定，经济性高，可扩展性强，适当增加点位，方便后续升级或扩展功能。综合上述条件，选用三菱PLC，型号为FX3U48MR。
四、分配I/O地址
根据实际控制需求，科学分配输入输出，其中手动模式输入为7位，过载信号输入为7位，模式选择由两位输入按照二进制模式进行模式控制。具体分配如表1。
表1 I/O地址分配表
五、设计电路图
（一）主电路设计
主电路设计需合理选择保护措施控制需求以及合理布局，兼顾成本与运行稳定性要求。原理图中每根导线都编制合理线号。电路图如图1。
图1 主电路控制原理图
（二）控制电路设计
控制电路设计包括PLC外围电路（图2），时钟控制电路（图2）和彩灯控制电路图3。
彩灯控制电路涉及到水下运行，将原来的彩灯控制电压220V变为24V，增强安全性，防止触电发生。彩灯电源为电动机动力线，电动机工作时彩灯亮。因原电缆芯数固定无法进行一对一控制，特采用PLC集中控制，在控制柜内设置交流接触器控制水池分线盒电源，由水池分线盒内4个交流接触器分别控制10组彩灯。同主电路一样，每根导线编制合理线号。
图2 PLC与时钟控制电路原理图
图3 彩灯控制原理图
（三）设计布局图
根据电气原理图规划布局图（图4），方便施工。
柜体内为独立控制板安装，整体安装完成后嵌入控制柜。柜门为控制指示用，按钮及指示灯安装在柜门上，方便操作及观察工作情况。其中，手动工作按钮为带灯按钮。
柜门 柜体
图4 电气控制柜体布局图
六、设计梯形图
（一）模式设计
梯形图设计按照经验进行，首先进行模式选择（图5）设计，由SB1、SB2两个按钮控制。
图5 模式选择
（二）手动程序设计
手动程序要求较为特殊，需实现单按钮启停控制，特选用ALT交替指令，方便使用且程序简洁明了。图6所示为手动中心泉示例。
图6 中心泉手动
（三）时序控制
喷泉的观赏性来自不断变换的喷泉样式，改变样式及时间由内置定时器完成，可将定时器信号转换成辅助继电器，辅助继电器控制输出点，从而控制电动机工作时序。
（四）PLC程序整体设计
设计PLC整体运行程序，如果控制简单，可按照经验法进行设计，如果程序复杂需提前绘制动作时序表。按照动作实训表编制程序可节约时间，降低出错概率。因本喷泉程序相对简单，故未进行此步骤。基于篇幅，不再将全部程序一一展示。
七、电路安装
电路安装需按照相应国标进行，严格按照电气原理图施工，每根导线按照图纸要求穿线号。以便于维修排故。安装完成后，按照原理图再次检查接线是否正确。
八、电气联调
电气联调逐级通电调试，先由电源进线通电，测量电压是否正常，电路是否正常，再合各支路控制开关，最后运行PLC程序。
运行PLC程序时，先进行点动实验，检测电动机运行情况，是否缺相，是否反转，一一检查。各支路检测完成后，再运行自动程序。首次自动程序应该在循环一个周期后检测电路是否正常，观察电器元件是否正常，检查电机状态，特别关注电机是否发热。确保无误后，正常运行程序。连续运行半小时，一小时，分别检查工作状态。
九、形成技术文件
系统正常运行48小时，检查无误后可将所有技术资料装订成册，应包含以下主要内容：电气原理图（主电路、控制电路），安装布局图，电器元件清单（含具体型号、数量），使用说明书，安全说明书，简单故障说明及排除方法，等基础资料。
十、结束语
PLC使用越来越广泛，基于PLC控制系统的开发越来越普遍，对于开发者而言，遵循标准化的设计流程，可做到事半功倍的效果，特别对于大型复杂控制系统而言更是如此，在教学过程中教会学生按照流程实训，有助于提高学生对系统开发的整体把控，理解各阶段的任务及侧重点，合理规划工程进度。
参考文献：
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作者简介：李鲁；男；出生年月：1984.03；汉；山东省汶上县；高级工；研究方向：自动化，数控维修，维修电工。
论文作者:李鲁
论文发表刊物:《基层建设》2019年第17期
论文发表时间:2019/9/12
标签：喷泉论文; 接触器论文; 彩灯论文; 控制系统论文; 程序论文; 电路论文; 工作论文; 《基层建设》2019年第17期论文;