CN201638063U - 一种展示用的模拟造浪装置 - Google Patents
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Abstract
一种展示用的模拟造浪装置属于科技展示产品技术领域，其特征在于，含有机械造浪部分和造浪控制部分，其中，机械造浪部分是通过皮带传动的拨浪机构，所述波浪机构含有拨浪板4，轴承座5，传动轴6，带拨浪杆的轴套，皮带轮传动机构，造浪控制部分含有可编程逻辑控制器PLC14，步进电机驱动器15，步进电机12，位置传感器9，以及电源模块20，在驱动控制器11的控制下，对所述拨浪机构的拨浪板4的转速进行分级控制，以达到模拟海浪的效果，其中，拨浪板4的起始位置用位置传感器9定位，步进电机12在驱动控制器11控制下通过皮带传动机构控制拨浪板4，进行拨浪。本实用新型的优点是：能产生不同要求的模拟海浪，结构简单稳定。
Description
技术领域
本实用新型涉及一种展示用的模拟造浪装置，能够产生不同要求的模拟海浪，特别适合作为模拟海洋环境海浪的发生装置。
背景技术
目前，模拟造浪装置一般采用曲柄连杆、偏心凸轮等装置，控制采用普通鼠笼电机，这种类型的装置一旦设计加工，所产生模拟海浪的频率，以及浪花的大小都已基本固定，调节范围小。因此目前这些装置一般造浪效果差，适应范围窄，不能满足多种条件下不同要求的模拟海浪的需要。
实用新型内容
本实用新型的目的在于克服目前模拟造浪装置造浪效果差，以及适应能力范围窄等缺点，提供了一种展示用的模拟造浪装置。本实用新型是一种新型的模拟造浪装置，该装置可根据不同的设计要求，产生不同频率模拟海浪，以及根据不同的拨水位置产生不同大小的模拟海浪，实现集功能性与观赏性于一体的模拟造浪效果。
本实用新型的特征在于其特征在于，除了含有海水池架1、海水池2和海岸3，还有机械造浪部分和造浪控制部分，其中：
机械造浪部分，含有：拨浪板4，轴承座5，传动轴6，带拨杆的轴套7以及皮带轮传动机构，其中所述的传动轴6，轴承座5以及带拨杆的轴套7同轴转动连接，所述的传动轴5沿着所述的海水池2的宽度方向两侧固定连接，所述的拨浪板4和所述的拨杆沿着所述轴套的径向固定相连，所述的皮带传动机构含有：大皮带轮81，小皮带轮82和皮带13，所述的大皮带轮81和所述的传动轴6通过键连接；
造浪控制部分，含有：可编程逻辑控制器PLC14，步进电机驱动器15，步进电机12，位置传感器9，以及电源模块20，其中：位置传感器9的输出端和所述可编程逻辑控制器PLC14中的开关量输入模块18的X0端相连，所述位置传感器9的激励端和所述可编程逻辑控制器PLC14的开关量输入模块18的COM端共地，同时又通过操作按钮10和所述开关量输入模块18的X1端相连，所述位置传感器9的电源端和所述可编程逻辑控制器PLC14中电源16中的电源共同连接到所述电源模块20的+24V输出端，所述电源16的另外一端接地；可编程逻辑控制器PLC14还含有CPU17和开关量输出模块19，其中，所述开关量输入模块18分别向所述CPU17输出位置传感信号和操作按钮控制信号，所述CPU17分别向所述开关量输出模块19输出所述步进电机12的反转控制信号、高速脉冲控制信号和低速脉冲控制信号；步进电机驱动器15，PUL+端和DIR+端共同与所述电源模块20的+24V输出端相连，所述步进电机驱动器15的PUL-输入端和所述开关量输出模块19的第一输出端Y0相连，分别输入高速脉冲信号和低速脉冲信号，DIR-输入端和所述开关量输出模块19的第二输出端Y2相连，输入步进电机12反转脉冲信号，开关量输出模块19接地端COM接地，所述步进电机驱动器15的第一电源输入端AC1与所述电源模块20的第一市电输入端相连，所述步进电机15的第二电源输入端AC2与所述电源模块20的第二市电输入端相连，所述步进电机驱动器15的接地保护端PE和所述电源模块20对应的保护端PE相连；电源模块20的GND端接地，步进电机12的三个电源输入端X，Y，Z分别依次与所述步进电机驱动器15的三个驱动电压输出端U，V，W相连，所述步进电机12和所述皮带轮82同轴键连接，所述位置传感器9放置在所述海水池2边沿上，靠近轴承座5，用以检测所述拨浪板4初始启动位置，所述操作按钮10安装所述位置传感器9的同侧，所述可编程逻辑控制器PLC14，步进电机驱动器15和电源模块20共同构成驱动控制器11，所述驱动控制器11和所述步进电机12共同安装在所述海水池架1内，所述海水池2架设在海水池架1上。
本实用新型能够对模拟海水进行不同需求的造浪，具有结构简单，操作方便，适应范围广，展示效果明显，集功能性与观赏性于一体等特点。
附图说明
图1是本实用新型的结构组成图(俯视图)
图2是本实用新型的结构组成图(主视图)
图3是本实用新型的控制电路接线图
图4是本实用新型的控制初始化运行过程流程图
图5是本实用新型的控制工作运行过程流程图
图6是本实用新型的运行时间图
图中，1、海水池架，2、海水池，3、海岸，4、拨浪板，5、轴承座，6、传动轴，7、带拨杆的轴套，8、皮带轮，9、位置传感器，10、操作按钮，11、驱动控制器，12、步进电机，13、皮带，14、可编程逻辑控制器PLC(包括16、电源，17、CPU，18、开关量输入模块，19、开关量输出模块)，15、步进电机驱动器，20、电源模块
具体实施方式
下面结合图1～6详细说明本实施例。
参见附图1，图2，图3，本实施例包括，海水池架1，海水池2，海岸3，拨浪板4，轴承座5，传动轴6，带拨杆的轴套7，皮带轮8，位置传感器9，操作按钮10，驱动控制器11，步进电机12，皮带13，其中，海水池2架设在海水池架1上；海岸3，面向海水的一侧的岸边呈弧形，模拟海岸线形状，所述海岸3其余各侧均与所述海水池2固定连接；波浪板4，紧固在所述带拨杆的轴套7的拨杆上；带拨杆的轴套7，紧固在所述传动轴6上，所述带拨杆的轴套有两个；传动轴6，与轴承座5转动连接；轴承座5，固定在海水池2上，位于海岸3的对边；皮带轮8，有两个，大皮带轮81固定在传动轴6上，通过皮带13与步进电机12的轴上的小皮带轮82相连；位置传感器9，为电感传感器，固定在靠大皮带轮81的海水池2的边沿处，用于检测皮带轮81的位置信号；操作按钮10，固定在海水池2边沿靠中间位置；驱动控制器11，固定在海水池架1里的控制箱内，靠近步进电机12位置，所述驱动控制器11包含可编程逻辑控制器PLC14、步进电机驱动器15和电源模块20；步进电机12，固定在海水池架1内。
本实用新型的传动过程为：驱动控制器11控制步进电机15进行转动，通过皮带13传动，带动由传动轴6，轴承座5，带拨杆的轴套7以及拨浪板4组成的造浪机构旋转，拨动海水池2中的水，进行模拟造浪。
图3是本实用新型的控制电路接线图，含有，驱动控制器11，位置传感器9，操作开关10，步进电机12，其中，位置传感器9和操作按钮10，与可编程逻辑控制器PLC14相连；步进电机驱动器15，与可编程逻辑控制器PLC14相连；步进电机12，与步进电机驱动器15相连。
本实用新型采用的可编程逻辑控制器PLC14是日本三菱公司的一款小型PLC，型号为FX1S-14MT-D，其由电源16，CPU17，开关量输入模块18，开关量输出模块19等组成；位置传感器9，采用的是欧姆龙公司的电感传感器，其型号为E2E-X5ME1，24V，NPN，常开，检测距离5mm；步进电机12为和利时电机驱动有限公司的森创高性能步进电机，其型号为130BYG350EH-SAKRMA；步进电机驱动器15，是与步进电机相匹配的驱动器，型号为SH-32206；图4中电源模块20为开关电源，采用的是美孚开关电源，型号为HF100W-S-24。
参见图3，位置传感器9，为三线制红线，蓝线，黑线分别为+24V端，GND端，信号端，分别接入PLC的+24V，COM，以及X0；操作按钮10两端分别接入COM，X1，其中可编程逻辑控制器的COM，GND为导通点，共同接地；步进电机驱动器15上的端子为脉冲输入端PUL+，PUL-，方向输入端DIR+，DIR-，电源输入端(AC1，AC2，PE)，输出端U，V，W，其中，PUL+和DIR+与电源模块的输出端+24相连，PUL-与Y0相连，DIR-与Y2相连，U，V，W分别步进电机12的X，Y，Z相连。
本实用新型的控制原理为：可编程逻辑控制器PLC14通过开关量输入模块18采集位置传感器9和操作按钮10的开关量信号，进入可编程控制器PLC14的CPU17进行处理，同时，通过CPU17内部的高速脉冲发生器，内部高速计数器，计时器，对步进电机驱动器15进行控制。步进电机驱动器15的脉冲信号是由CPU17的内部高速脉冲发生经过开关量输出模块19的Y0端得到，内部高速脉冲频率可以通过内部程序进行调整，步进电机驱动器15的输入PUL-采集到不同的频率的高速脉冲，通过放大处理转换成驱动步进电机12的电信号，控制步进电机12的转速快慢，输出脉冲频率的高低决定步进电机12的快慢；步进电机驱动器15的方向信号，是由可编程控制器PLC14的开关量输出模块19的Y2端得以控制，步进电机驱动器接收到Y2的开关信号为1(置位)时，步进电机12反转，接收到Y2的开关信号为0(复位)时，步进电机12正转；可编程逻辑控制器PLC14的CPU17的内部高速计数器对Y0端发出的高速脉冲进行采集，可编程逻辑控制器PLC14的CPU17的内部计数器可进行定时处理。
本实施例的控制工作实现过程，主要分为两个过程，一是初始化运行过程，二是工作运行过程。
参见图4，为本实用新型的控制初始化运行过程流程图，启动该造浪控制装置，可编程逻辑控制PLC14进行初始化，对内部高速计数器，计时器进行清零处理，可编程逻辑控制器PLC14对开关量输入模块18对位置传感器9进行判断，是否有位置传感器9信号，如果是，则可编程逻辑控制器PLC14待机，控制装置等待操作按钮信号；如果否，可编程逻辑控制器PLC14自动将开关量输出模块19的输出点Y2进行置1，步进电机12被设置为反转，设置可编程逻辑控制PLC14开关量输出模块19的高速输出点Y0的输出频率为f0(f0＝1500Hz)步进电机12反转，当采集到位置传感器9信号，停止反转，输出点Y2置0，可编程逻辑控制器PLC14待机，控制装置等待操作按钮10信号。位置传感器9的位置为设定的起始位置。
参见图5，为本实用新型的控制工作运行过程流程图，当该造浪控制装置初始化完毕，且可编程逻辑控制器PLC14有位置传感器9的信号，即可编程逻辑控制器PLC14开关量输入模块18的输入点X0置1，此时启动操作按钮10，即，操作按钮置1，其输入点X1置1，此时可编程逻辑控制PLC14进行计时器清零，重新设置并启动内部计时器，其目标值为T0，可编程逻辑控制器PLC14内部CPU17对计时器进行比较判断，如果可编程逻辑控制PLC14未到达所设定的时间T0，则对内部高速计数器清零，PLC14自动设置Y0的输出频率为f1(f1＝3000Hz)，同时设置并启动内部高速计数器，设定值C0(C0＝30000)，按照初始化的二倍速度进行高速脉冲输出，可编程逻辑控制器PLC14对高速计数器进行比较判断，是否到达设定值C0(C0＝30000)，如果否，则继续以频率f1(f1＝3000H)进行高速脉冲输出，如果是，可编程逻辑控制器PLC14调整脉冲频率为f0(f0＝1500Hz)进行输出，将控制信号传给步进电机驱动器15，控制步进电机12转动输出，当拨浪板4旋转一圈到达位置传感器9的位置，运行将返回到高速脉冲计数器清零位置进行循环，这就形成了以位置传感器9为起止点的一圈。另外，在该周期运行初期，启动操作按钮10，启动了内部计时器，其目标值为T0(T0＝120s)，当计时器时间到了时(在这段时间内传动轴大约能运行20圈)，步进电机12继续运行到拨浪板4到达位置传感器9位置自动停止，可编程逻辑控制器PLC14停止高速脉冲输出，一个运行周期到此结束，控制装置进入待机状态。当再次启动操作按钮10，控制装置将重复以上动作。
综上，该造浪控制特点在于，可编程逻辑控制器PLC14通过控制步进电机12的速度以及转动方向，再通过皮带轮8带动拨浪板4旋转，海浪随之产生，为了实现其零点标定以及减少累计误差，在此装置上安装了一个位置传感器8(电感传感器)，此传感器能准确定位每次拨板加力拨动海水的起点，有利于贴切地模拟海浪波形。参见图6，包括初始化时间t0，高速拨浪时间t1，低速空转时间t2，t1和t2为造浪机构运行一圈的时间，具体为：控制初始化运行过程，可编程逻辑控制器14输出频率为f0(f0＝1500Hz)的脉冲以及Y2置1对造浪装置进行反向复位，所用时间为t0，这个时间是可以变化的，这是根据每次停机位置的不同而不同；当初始化完成后，进行启动操作按钮10，即进入第一个周期的运行时间，一个周期造浪机构大约旋转20圈，拨浪20次，位置传感器9的标定位置为运行一圈的起止点，以计数器C0(C0＝30000)，即30000个脉冲数，为分界点分成两段速度，0-30000个脉冲运行期间是进行加力拨浪过程，所用时间为t1，其余为慢速运行不拨浪阶段，所用时间为t2，这两个时间是固定的。因此，该模拟海浪控制装置的模拟造浪特点是，连续旋转造浪，造浪频率可调，且运行一圈内分成两段不同的速度，因此，此装置能够满足不同要求的模拟海浪的需求。同时，若将本实施例中可编程逻辑控制器PLC14置换成单片机，工控机等也能达到同样的控制效果。
本实施例中的展示装置，当其按比例放大其尺寸时，也可用在其他场合中，如旅游岛、码头以及人工湖等。
Claims (6)
1.一种展示用的模拟造浪装置，其特征在于，除了含有海水池架(1)、海水池(2)和海岸(3)，还有机械造浪部分和造浪控制部分，其中：
机械造浪部分，含有：拨浪板(4)，轴承座(5)，传动轴(6)，带拨杆的轴套(7)以及皮带轮传动机构，其中所述的传动轴(6)，轴承座(5)以及带拨杆的轴套(7)同轴转动连接，所述的传动轴(5)沿着所述的海水池(2)的宽度方向两侧固定连接，所述的拨浪板(4)和所述的拨杆沿着所述轴套的径向固定相连，所述的皮带传动机构含有：大皮带轮(81)，小皮带轮(82)和皮带(13)，所述的大皮带轮(81)和所述的传动轴(6)通过键连接；
造浪控制部分，含有：可编程逻辑控制器PLC(14)，步进电机驱动器(15)，步进电机(12)，位置传感器(9)，以及电源模块(20)，其中：
位置传感器(9)，输出端和所述可编程逻辑控制器PLC(14)中的开关量输入模块(18)的(X0)端相连，所述位置传感器(9)的激励端和所述可编程逻辑控制器PLC(14)的开关量输入模块(18)的COM端共地，同时又通过操作按钮(10)和所述开关量输入模块(18)的(X1)端相连，所述位置传感器(9)的电源端和所述可编程逻辑控制器PLC(14)中电源(16)中的电源共同连接到所述电源模块(20)的+24V输出端，所述电源(16)，另外一端接地；
可编程逻辑控制器PLC(14)还含有CPU(17)和开关量输出模块(19)，其中，所述开关量输入模块(18)分别向所述CPU(17)输出位置传感信号和操作按钮控制信号，所述CPU(17)分别向所述开关量输出模块(19)输出所述步进电机(12)的反转控制信号、高速脉冲控制信号和低速脉冲控制信号；
步进电机驱动器(15)，(PUL+)端和(DIR+)端共同与所述电源模块(20)的(+24V)输出端相连，所述步进电机驱动器(15)的(PUL-)输入端和所述开关量输出模块(19)的第一输出端(Y0)相连，分别输入高速脉冲信号和低速脉冲信号，(DIR-)输入端和所述开关量输出模块(19)的第二输出端(Y2)相连，输入步进电机(12)反转脉冲信号，开关量输出模块(19)接地端(COM)接地，所述步进电机驱动器(15)的第一电源输入端(AC1)与所述电源模块(20)第一市电输入端相连，所述步进电机(15)的第二电源输入端(AC2)与所述电源模块(20)第二市电输入端相连，所述步进电机驱动器(15)的接地保护端(PE)和所述电源模块(20)对应的保护端(PE)；
电源模块(20)的(GND)端接地，
步进电机(12)的三个电源输入端(X，Y，Z)分别依次与所述步进电机驱动器(15)的三个驱动电压输出端(U，V，W)相连，所述步进电机(12)和所述皮带轮(82)同轴通过键连接，
所述位置传感器(9)放置在所述海水池(2)边沿上，靠近轴承座(5)，用以检测所述拨浪板(4)初始启动位置，
所述操作按钮(10)安装在所述位置传感器(9)的同侧，所述可编程逻辑控制器PLC(14)，步进电机驱动器(15)和电源模块(20)共同构成驱动控制器(11)，所述驱动控制器(11)和所述步进电机(12)共同安装在所述海水池架(1)内，所述海水池(2)架设在海水池架(1)上。
2.根据权利要求1所述的一种展示用的模拟造浪装置，其特征在于，所述可编程逻辑控制器PLC(14)的型号为三菱公司的FX1S-14MT-D。
3.根据权利要求1所述的一种展示用的模拟造浪装置，其特征在于，所述位置传感器(9)的型号为欧姆龙公司的E2E-X5ME1。
4.根据权利要求1所述的一种展示用的模拟造浪装置，其特征在于，所述步进电机(12)为和利时集团有限公司的森创高性能步进电机，其型号为130BYG350EH-SAKRMA。
5.根据权利要求1所述的一种展示用的模拟造浪装置，其特征在于，步进电机驱动器(15)为和利时集团有限公司的森创高性能步进电机驱动器，与步进电机(12)相匹配，型号为SH-32206。
6.根据权利要求1所述的一种展示用的模拟造浪装置，其特征在于，电源模块(20)为开关电源，采用的是美孚开关电源，型号为HF100W-S-24。
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