【正文】 水泵的運行組合和轉(zhuǎn)速變化，或用以控制液壓伺服閥或電動調(diào)節(jié)閥的運行組合和開啟度，同時相應(yīng)控制燈光的組合變化。這種控制方式不必對音樂預先進行編輯處理，所以對任何新版音樂文件甚至現(xiàn)場即興演奏都可響應(yīng)。 隨著科學技術(shù)突飛猛進的發(fā)展，可編程控制器和變頻調(diào)速器技術(shù)正大步走進噴泉控制領(lǐng)域，發(fā)揮著不可替代的作用。 利用小型 PLC 結(jié)合變頻器的音樂噴泉控制系統(tǒng)，可以實現(xiàn)噴泉彩燈、水泵的多點控制，簡單的接線和編程即可完成水形燈光完美的伴隨音樂節(jié)奏和情 感，適合追求時尚的家居生活和娛樂場所等場合。 以 PLC 與變頻器為控制核心的音樂噴泉控制系統(tǒng)，將來自媒體設(shè)備的音頻信號通過音頻采集系統(tǒng)的識別，進行譯碼和編碼后轉(zhuǎn)換成控制信號，最終將信號輸出到控制系統(tǒng)，使得所設(shè)計的音樂噴泉水形的變化能夠伴隨音樂，燈光的閃爍跟隨音樂的節(jié)奏，實現(xiàn)了水形跟隨音樂的旋律變化，燈光跟隨預定程序變化，形成了聲、光、水、色交融的美景，燈光、音響、水景統(tǒng)一的立體效果。 基于 小型 PLC 的音樂噴泉控制系統(tǒng)在實際生活中應(yīng)用前景廣闊，值得推廣使用。 在設(shè)計過程中我們選用 可編程控制器來實現(xiàn) 對音噴泉 的控制。 作為工業(yè)自動化的重要支柱之一的可編程控制器（ PLC）以其高可靠性和操作簡便等特點引到了當今工業(yè)控制的潮流。 PLC 是一種新型的通用自動控制裝置，它將傳統(tǒng)的繼電器 —— 接觸器控制技術(shù)、計算機技術(shù)和通信技術(shù)融為一體，專門為工業(yè)控制而設(shè)計，特別是目前在現(xiàn)場總線和工業(yè)控制網(wǎng)絡(luò)方面的發(fā)展為自動化領(lǐng)域開辟了嶄新的空間。 北方民族大學學士學位論 文 基于 PLC 的音樂噴泉控制系統(tǒng) 軟件設(shè)計 2 PLC 是一種專門為在工業(yè)環(huán)境下應(yīng)用而設(shè)計的數(shù)字運算操作的電子裝置。它采用可以編制程序的存儲器，用來在其內(nèi)部存儲執(zhí)行邏輯運算、順序運算、計時、計數(shù)和算術(shù)運算等操作的指令，并能通過數(shù)字式或模擬式的輸入和輸出，控 制各種類型的機械或生產(chǎn)過程。 PLC 及其有關(guān)的外圍設(shè)備都應(yīng)該按易于與工業(yè)控制系統(tǒng)形成一個整體，易于擴展其功能的原則而設(shè)計。 可編程控制器之所以越來越受到控制界人士的重視，是由于它具有 以下 特點：（ 1） 可靠性高，抗干擾能力強 。（ 2） 配套齊全，功能完善，適用性強 。 （ 3） 易學易用，深受工程技術(shù)人員歡迎 。（ 4） 系統(tǒng)的設(shè)計、建造工作量小，維護方便，容易改造 。 （ 5） 體積小，重量輕，能耗低 。 由于音樂噴泉系統(tǒng) 控制的復雜性，如果采用常規(guī)繼電器控制，音樂噴泉 控制的可靠性較差，并且接線復雜。采用 PLC 控制后，由于 PLC 是采用程序控制 ，是軟接線，因此可靠性大大提高了。 音樂噴泉的核心控制是由可編程控制器實現(xiàn)的，可編程控制器是整個系統(tǒng)的“大腦”，由程序?qū)崿F(xiàn)用音樂頻率轉(zhuǎn)換的開關(guān)量去控制噴泉水柱和彩燈閃爍的變化?？删幊炭刂破骱喕丝刂凭€路，提高了工作的速度和可靠性以及系統(tǒng)操作的靈活性，也提升了噴泉工程的智能化性能。 北方民族大學學士學位論 文 基于 PLC 的音樂噴泉控制系統(tǒng) 軟件設(shè)計 3 第 1 章 PLC 基礎(chǔ)知識簡介 PLC 是在繼電器控制技術(shù)、計算機技術(shù)和現(xiàn)代通信技術(shù)的基礎(chǔ)上逐步發(fā)展起來的一項先進的技術(shù)。 PLC 從誕生至今 ,雖然只有短短的 30 年的歷史 ,但是得到了異常迅猛的發(fā)展 ， 在現(xiàn)代工業(yè)發(fā)展中 PLC 技術(shù)、 CAD/CAM 技術(shù)和機器人技術(shù)并稱為當代 工業(yè)自動化的三大支柱。它主要以微處理器為核心，用編寫的程序進行邏輯控制、定時、計算和算術(shù)運算等，并通過數(shù)字量和模擬量的輸入 /輸出（ I/O）來控制各種生產(chǎn)過程。 現(xiàn)在廣泛應(yīng)用在機電控制、電氣控制、數(shù)據(jù)采集、網(wǎng)絡(luò)通信運輸?shù)榷鄠€領(lǐng)域。 PLC 的產(chǎn)生和發(fā)展 1987 年國際電工委員會（ IEC）頒布的可編程控制器標準草案中對 PLC 作了如下的定義：“可編程控制器是一種數(shù)字運算操作的電子系統(tǒng)， 是專為在工業(yè)環(huán)境下應(yīng)用而設(shè)計。它采用一類可編程序的存儲 器，用于 其內(nèi)部存儲程序、執(zhí)行邏輯運算、順序控制、定時、計數(shù)與算術(shù)操作等 面向用戶的指令 ，并通過數(shù)字式和模擬式的輸入和輸出，控制各種類型的機械或生產(chǎn)過程?？删幊炭刂破骷捌溆嘘P(guān)外圍設(shè)備，都應(yīng)按易于與工業(yè)控制系統(tǒng)連成一個整體，易于擴展其功能的原則設(shè)計”。 隨著 PLC 迅速發(fā)展，功能越來越強大，應(yīng)用范圍也越來越廣泛，形成了能夠滿足各種需要的 PLC 應(yīng)用系統(tǒng)， PLC 的發(fā)展逐漸體現(xiàn)出來以下趨勢： 1. 向小型化、微型化和、 多功能化兩個方向發(fā)展； 2. 過程控制功能不斷增強； 3. 大力開發(fā)智能 I/O 模塊； 4. 與個人計算機日益緊密結(jié)合； 5. 編程語言 趨向標準化； 6. 通訊與聯(lián)網(wǎng)能力不斷增強 [1] 。 北方民族大學學士學位論 文 基于 PLC 的音樂噴泉控制系統(tǒng) 軟件設(shè)計 4 PLC 的特點 、分類與應(yīng)用 1． PLC 的特點 PLC 技術(shù)的高速發(fā)展，除了得益于工業(yè)自動化的客觀需求外，主要是由于它具有許多獨特的優(yōu)點。 可編程控制器本質(zhì)上是具有特殊體系結(jié)構(gòu)的工業(yè)控制計算機，它與一般的計算機相比具有更強的與工業(yè)過程相連的接口，同時具有更適用于控制要求的程序設(shè)計語言?？梢哉f，可編程控制器是將計算機技術(shù)和電器控制技術(shù)有機地結(jié)合在一起。其特點主要表現(xiàn)在以下幾個方面。 1. 可靠性高，抗干擾性強 2. 編程簡單、使用方便 3. 易于安裝、調(diào)試、維修 4. 功能完善，通 用性強 5. 體積小，能耗低 [2] 2． PLC 的分類 目前， PLC 的種類很多，規(guī)格性能不一，通常可根據(jù)它的結(jié)構(gòu)形式、容量或功能進行分類。按照結(jié)構(gòu)形式分類， PLC 可分為整體式 PLC、模塊式 PLC、疊裝式 PLC；按照容量分類， PLC 可分為小型 PLC（ I/O 點數(shù)一般在 256 以下）、中型 PLC（ I/O 點數(shù)一般在 256~1024 點之間）、 大型 PLC（ I/O 點數(shù)在 1024 以上）；按功能分類， PLC 可分為低檔機、中檔機、高檔機。 3. PLC 的應(yīng)用 由于 PLC 自身的特點和優(yōu)勢，在工業(yè)控制中得到了廣泛應(yīng)用。 PLC 的主要應(yīng)用領(lǐng)域包括以下幾個方面，開關(guān)邏輯和順序控制；模擬控制；定時控制；數(shù)據(jù)處理；信號連鎖系統(tǒng)；通信 [3]。 PLC 的基本結(jié)構(gòu) PLC 是以微處理器為基礎(chǔ)，綜合了計算機技術(shù)、自動控制技術(shù)和通信技術(shù)而發(fā)展起來的一種新型、通用的自動控制裝置，其硬件組成與微型計算機相似。一般的， PLC 主要由 CPU、 存儲器、 輸入模塊、輸出模塊和 通信接口等部分 組成 。 北方民族大學學士學位論 文 基于 PLC 的音樂噴泉控制系統(tǒng) 軟件設(shè)計 5 PLC 的工作原理及工作過程 PLC 的工作原理可以簡單地表述為在系統(tǒng)程序的管理下，通過運行應(yīng)用程序 ，對控制要求進行處理判斷，并通過執(zhí)行用戶程序來實現(xiàn)控制任務(wù)。但是，在時間上， PLC 執(zhí)行的任務(wù)是按串行方式進行的，其具體的運行方式與繼電器 接觸器控制系統(tǒng)及計算機控制系統(tǒng)都有著一定的差異與不同。 根據(jù) PLC 的結(jié)構(gòu)，可以簡單地將 PLC 工作電路分為 3 部分，即輸入部分、內(nèi)部程序執(zhí)行部分和輸出部分。輸入部分的主要功能就是檢測各外部輸入信號的狀態(tài)，并將結(jié)果存放到輸入映像寄存器中，供程 序執(zhí)行過程中查詢。 PLC 的程序是電器控制線路的軟件實現(xiàn)，程序的執(zhí)行過程相當于電氣控制的邏輯運算過程。PLC 按照用戶程序規(guī)定的邏輯關(guān)系，對輸 入信號和輸出信號的狀態(tài)進行檢測、判斷、運算和處理，得到相應(yīng)的輸出。這些輸出同樣對應(yīng)于 PLC 的某些內(nèi)部軟元件。輸出部分由 PLC 內(nèi)部輸出繼電器常開觸點、輸出端子和外部驅(qū)動電路組成。輸出端子與同編號的輸出繼電器相對應(yīng)，通過輸出繼電器常開觸點的分合來驅(qū)動外部負載。 PLC 的用戶程序由 若干條指令組成，依次存放在程序存儲器中。 PLC 工作時，總是從第一條指令開始按照用戶程序所固有的順序逐條執(zhí)行，直至用戶程序結(jié)束，然后再返回到第一條指令，開始新一輪的程序執(zhí)行過程。程序的每一次執(zhí)行過程稱為一次掃描過程。 PLC 的工作過程就是這 樣周而復始的順序掃描過程，簡稱為掃描工作方式，這種周期性的順序掃描是 PLC 特有的一種工作方式。 PLC的掃描工作過程可分為如下三個部分：上電處理；掃描過程；故障處理 [4]。 PLC的掃描工作流程 如圖 12 所示 。 北方民族大學學士學位論 文 基于 PLC 的音樂噴泉控制系統(tǒng) 軟件設(shè)計 6 電 源 開 啟內(nèi) 部 處 理輸 入 處 理 （ 輸 入 刷 新 、 遠 程 I / O ）通 信 服 務(wù) （ 外 設(shè) 、 C P U 、 總 線 ）更 新 時 鐘 、 系 統(tǒng) 內(nèi) 部 寄 存 器C P U 運 行 方 式 為 R U N ？執(zhí) 行 用 戶 程 序執(zhí) 行 輸 出 刷 新 過 程執(zhí) 行 自 診 斷 過 程存 放 自 診 斷 錯 誤 結(jié) 果C P U 強 制 為 S T O P 方 式自 診 斷 錯 誤 為 致 命 錯 誤P L C 正 常 ？YNS T O P 圖 11 PLC 的掃描工作流程 [4] 北方民族大學學士學位論 文 基于 PLC 的音樂噴泉控制系統(tǒng) 軟件設(shè)計 7 第 2 章 變頻器基礎(chǔ) 變頻器概述 通常，把電壓和頻率固定不變的交流電變換為電壓或頻率可變的交流電的裝置稱作“變頻器”。變頻器是 利用電力電子器件把工 頻電源變換成各種頻率的交流電源以實現(xiàn)電動機的變速運行的設(shè)備，是運動控制系統(tǒng)中的功率變換器。變頻技術(shù)是集自動控制、微電子、電力電子、通信等技術(shù)于一體的高科技技術(shù)。變頻器以其具有調(diào)速、節(jié)電、節(jié)能、可靠、高效的特性廣泛應(yīng)用于各個領(lǐng)域中：直流輸電、不同頻率電網(wǎng)系統(tǒng)的連接、靜止無功功率補償和諧波吸收、超導電抗器的電力儲存、高頻輸電；在運輸及產(chǎn)業(yè)行業(yè)中的交流電動機調(diào)速、超導懸磁浮列車、高速鐵路、電動汽車、產(chǎn)業(yè)用機器人；在家用電器方面有變頻空調(diào)、變頻洗衣機、變頻電動自行車等；軍事方面有通信、導航、雷達、宇宙設(shè)備的小型輕量 化電源等；石油行業(yè)已實現(xiàn)了采油的調(diào)速、超聲波驅(qū)動等 [5]。 變頻器技術(shù)的發(fā)展 變頻器用于交流異步電動機調(diào)速，其性能遠遠超過以往任何交、直流調(diào)速方式，而且其結(jié)構(gòu)簡單、調(diào)速范圍寬、調(diào)速精度高、安裝調(diào)試、使用方便、保護功能完善、運行穩(wěn)定可靠、節(jié)能效果顯著，是交流電動機調(diào)速的主流技術(shù)。變頻器是運動控制系統(tǒng)中的功率變換器，當今的運動控制系統(tǒng)是綜合了多種學科的高新技術(shù)領(lǐng)域，是自動化技術(shù)的“前沿”，總的發(fā)展趨勢是：驅(qū)動的交流化，功率交換的高頻化，控制技術(shù)的數(shù)字化、智能化和網(wǎng)絡(luò)化。因此，變頻器作為系統(tǒng)的重要功 率變換部件，提供可控的高性能變壓變頻交流電源，必然會伴著系統(tǒng)技術(shù)發(fā)展而發(fā)展。 伴隨著變頻器日益廣泛的應(yīng)用，其性能和技術(shù)也在飛速發(fā)展，主要體現(xiàn)在以下方面：（ 1）模塊化；（ 2）專用化；（ 3）軟件化；（ 4）網(wǎng)絡(luò)化；（ 5）低電磁噪聲、靜音化；（ 6）圖形化用戶界面；（ 7）引導式調(diào)試步驟；（ 8）參數(shù)趨勢圖形。 變頻器未來的發(fā)展方向： (1)進一步提高控制理論，發(fā)展控制策略； 北方民族大學學士學位論 文 基于 PLC 的音樂噴泉控制系統(tǒng) 軟件設(shè)計 8 (2)高速全數(shù)字化控制； (3)新型電力電子器件的應(yīng)用技術(shù)； (4)變頻器的大容量化和小體積化； (5)更符合環(huán)境保護標準，成為真正的“綠色產(chǎn)品” 。 [6] 變頻器的分類 （ 1） 按直流電源的性質(zhì)分類： ① 電流型變頻器； ② 電壓型變頻器。 （ 2） 按輸出電壓調(diào)節(jié)方式分類： ① PAM 方式； ② PWM 方式； ③ 高載波變頻率的 PWM 方式。 （ 3） 按控制方式分類： ① fU/ 控制； ② 轉(zhuǎn)差頻率控制； ③ 矢量控制。 （ 4） 按電壓等級分類： ① 低壓型變頻器； ② 高壓大容量變頻器。 （ 5） 按用途分類： ① 通用變頻器； ② 高性能專用變頻器； ③ 高頻變頻器；④ 小型變頻器。 [7] 變頻器的工作原理以及控制方式 變頻器的工作原理 變頻器的主要任務(wù)是把工頻電源變換為另一頻率的交流電，以滿足交流電動機的變頻調(diào)速的 需要?，F(xiàn)在使用的變頻器主要采用交 直 交方式（ VVVF，變頻或矢量控制變頻），先把工頻交流電通過整流器轉(zhuǎn)換成直流電，然后再把直流電轉(zhuǎn) 換成頻率、電壓均可控制的交流電，以供給電動機。變頻器的電路一般 由整流器、中間直流環(huán)節(jié)、 逆變器和控制電路 4 個部分組成。 [8] 交流電動機的同步轉(zhuǎn)速表達式為 n = 60 f (1? s) / p 式中： n— 異步電動機的轉(zhuǎn)速； f— 異步電動