【正文】 音樂噴泉的PLC控制系統(tǒng)的設計（ＰＬＣ控制技術在工業(yè)設備控制中的應用）項 目 報 告選 題： PLC控制音樂噴泉　 目 錄項目計劃進度表…………………………………………………………4學期項目小組任務分工表………………………………………………5第一章 緒論 項目背景……………………………………………………6 可編程序控制器概述………………………………………7 變頻器工作原理……………………………………………9 項目的主要任務與內(nèi)容……………………………………10 項目的組織…………………………………………………10第二章 系統(tǒng)概述及方案論證 系統(tǒng)概述……………………………………………………11 控制系統(tǒng)方案選擇及論證…………………………………13第三章 系統(tǒng)硬件部分 控制系統(tǒng)的組成部分………………………………………19 系統(tǒng)的控制過程……………………………………………19 PLC的選型…………………………………………………20…………………………………26 潛水泵與燈組參數(shù)…………………………………………28 PLC的外部硬件連接圖……………………………………29 控制系統(tǒng)主電路圖…………………………………………30第四章 系統(tǒng)軟件部分…………………………………………31 本次設計所用指令介紹………………………………………34 控制系統(tǒng)梯形圖的編制………………………………………35結論…………………………………………………………………………37參考文獻……………………………………………………………………38致謝…………………………………………………………………………39項目計劃進度表序號日 期主要工作任務完成情況109年10月19~10月26日確定選題、制定項目實施計劃及分工。完成209年10月27~11月8日方案構思、方案選擇完成309年11月9~ 1月8日設計（硬件部分、軟件部分）409年1月9~1月19日實施與運行、項目報告制作509年1月20~1月22日匯報答辯67學期項目小組任務分工表指導教師： 陸雯 電話： Email： 小組組長： 薛飛 聯(lián)系電話/Email： 15106219279/39444556@ 小組秘書： 毛文俊 聯(lián)系電話/Email： 小組成員： 王浩 聯(lián)系電話/Email：13912722406/wanghao199021@ 吳亞鵬 聯(lián)系電話/Email： 15106217806/576580442@ 張開磊 聯(lián)系電話/Email： 15106219336/348045191@ 項目分工表：序號負責人主要工作任務完成日期完成情況1組長整體思路設計，資料收集，選取材料2秘書Word和PPT的制作，內(nèi)容修改3王浩PLC部分設計與規(guī)劃4張開磊機械部分設計5沈一銘6吳亞鵬7第１章 緒論當今噴泉工程和高新技術的結合使噴泉效果更加絢麗多彩、婀娜多姿，令人賞心悅目、流連忘返。當變頻控制技術引入音樂噴泉控制系統(tǒng)，可以使水柱隨著音樂快慢變化，仿佛是在隨著音樂翩翩起舞，引人入勝。本文通過設計一個實用型廣場音樂噴泉的PLC控制系統(tǒng)，介紹PLC在音樂噴泉控制控制系統(tǒng)中的應用。通過這一設計過程，進一步熟悉PLC控制系統(tǒng)的設計步驟和方法，培養(yǎng)理論聯(lián)系實際及知識的綜合運用能力。本章對這一課題的設計背景及控制系統(tǒng)中PLC、變頻器的基本知識進行簡單的介紹。起初的音樂噴泉控制系統(tǒng)就是利用音樂的主要音素(頻率、振幅、音色和節(jié)拍)控制噴水的花型組合變化、水柱高低、遠近變化和燈光色彩組合，其原理是將聲音信號轉(zhuǎn)變?yōu)殡娦盘?，?jīng)過放大及其它一些處理推動繼電器或電子開關，再去控制設在水路上的電磁閥的啟閉，從而達到控制噴頭水路的通斷。音樂噴泉是現(xiàn)代科技與藝術的綜合，利用噴泉來表現(xiàn)音樂的美感，令人賞心悅目。目前，有許多采用各式各樣的控制系統(tǒng)來實現(xiàn)的音樂噴泉， 取得了良好的效果。但縱觀這些音控產(chǎn)品，有的利用音樂的時域變化來控制噴泉，有的將音樂分成幾個頻段來控制噴泉的花型， 且多采用低頻、中頻和高頻三個頻段來控制。缺點是都沒有在頻域上很好地展現(xiàn)音樂，因此不能很好地體現(xiàn)音樂的內(nèi)涵。本項目針對這些問題，提出了一種新的方法來控制噴泉的變化，本設計將通過對音樂音頻信號的實時采樣，再通過變頻器對潛水泵進行變頻調(diào)速，利用各式噴頭的噴射、搖擺、旋轉(zhuǎn)來實現(xiàn)噴泉水柱高低、搖擺幅度、旋轉(zhuǎn)速度來實時地展現(xiàn)音樂的頻譜。 可編程序控制器概述可編程序控制器簡稱PLC，是20世紀60年代以來發(fā)展極為迅速、應用面極廣的自動化控制裝置，是現(xiàn)代工業(yè)自動化的三大支柱之一[1]。可編程序控制器是在計算機技術、通信技術和繼電器控制技術的發(fā)展基礎上開發(fā)起來的，先已廣泛應用于工業(yè)控制的各個領域。他以微處理器為核心，用編寫的程序進行邏輯控制、定時、計數(shù)和算術運算，并通過數(shù)字量和模擬量的輸入/輸出來控制機械設備或生產(chǎn)過程[2]。 PLC的發(fā)展概況20世紀60年代以前，汽車流水線的自動控制系統(tǒng)基本上都采用傳統(tǒng)的繼電器控制。在60年代初，美國汽車制造業(yè)競爭越發(fā)激烈，而汽車的每一次更新的周期越來越短，這樣對汽車流水線的自動控制系統(tǒng)更新就越來越頻繁，原來的繼電器控制就需要經(jīng)常地重新設計和安裝，從而延緩了汽車的更新時間。所以人們就想能有一種通用性和靈活性較強的控制系統(tǒng)來替代原有的繼電器控制系統(tǒng)[3]。PLC在食品、制造和冶金等其他工業(yè)部門相繼得到了應用。1971年，日本引進了這項技術，并開始生產(chǎn)自己的PLC。1973年，歐洲一些國家也研制出了自己的PLC。1974年，我國也開始仿照美國的PLC技術研制自己的PLC，終于在1977年研制出第一臺具有實用價值的PLC[4]。 PLC的特點PLC是傳統(tǒng)的繼電器技術和計算機技術想結合的產(chǎn)物，所以在工業(yè)控制方面，它具有繼電器控制或通過計算機所無法比擬的特點。高可靠性在硬件方面，由于采用性能優(yōu)良的開關電源，并且對采用的器件進行嚴格的篩選，加上合理的系統(tǒng)結構，最后加固、簡化安裝，因此PLC具有很強的抗振動沖擊的性能；無觸點的半導體電路來完成大量的開關動作，就不會出現(xiàn)繼電器控制系統(tǒng)中的器件老化、脫焊、觸點電弧等問題；所有的輸入/輸出（I/O）接口都采用了光電隔離措施，使外部電路和PLC內(nèi)部電路能有效的進行隔離；PLC采用模塊式的結構，可以在其中一個模塊出現(xiàn)故障時迅速地判斷出故障的模塊并進行更換，這樣就能夠盡量縮短系統(tǒng)維修的時間[5]。在軟件方面，PLC的監(jiān)控定時器可用于監(jiān)視執(zhí)行用戶程序的專用運算處理器的延遲，保證在程序出錯和程序調(diào)試時，避免因程序錯誤而出現(xiàn)死循環(huán)；當CPU、電池、I/O口、通信等出現(xiàn)異常時，PLC的自診斷功能可以檢測到這些錯誤，并采取相應的措施，以防止故障擴大；停電時，后備電池和正常工作時一樣，進行對用戶程序及動態(tài)數(shù)據(jù)的保護，確保信息不丟失[6]。由于采用了上述有效措施，保證了PLC的高可靠性，從而使PLC的平均無故障時間已經(jīng)能高達幾十萬小時。應用靈活、使用方便模塊化的PLC設計，使用戶能根據(jù)自己控制系統(tǒng)的大小、工藝流程和控制要求等來選擇自己所需要的PLC的模塊并進行資源配置和PLC編程。這樣，控制系統(tǒng)就不再需要大量硬件裝置，用戶只需根據(jù)控制需要設計PLC的硬件配置和I/O的外部接線即可。而在PLC控制系統(tǒng)中，當控制要求改變時，不改動PLC外部接線，只需修改程序即可。面向控制過程的編程語言，容易掌握PLC的編程語言采用繼電器控制電路的梯形圖語言，清晰直觀。雖然PLC是以微處理器為核心的控制裝置，但是它不需要用戶具有很強的程序設計能力，只要用戶具備一定的計算機軟、硬件知識和電器控制方面的知識即可[7]。易于安裝、調(diào)試、維修在安裝時，由于PLC的輸入/輸出接口已經(jīng)做好，因此可以直接和外部設備相連，而不再需要專用的接口電路。而且PLC的軟件功能取代了原來的繼電器控制中間繼電器、計時器、計數(shù)器等一些器件，所以硬件安裝上的工作量相應減少[8]。PLC的調(diào)試可先在實驗室模擬完成，模擬調(diào)試完成后再現(xiàn)場安裝、調(diào)試。這樣就可以避免可能在現(xiàn)場會出現(xiàn)的一些問題，從而縮短調(diào)試周期。在維修方面，PLC完善的診斷和顯示功能，可以通過模塊上的顯示或編程器等很容易地找出故障的模塊，而且由于模塊化設計，因此只需要對錯誤的模塊進行更換即可。功能完善、模塊功能和網(wǎng)絡功能強大現(xiàn)在PLC不僅具有邏輯運算、定時、計數(shù)、順序控制等功能，而且還具有A/D、D/A轉(zhuǎn)換、數(shù)值運算和數(shù)據(jù)處理等功能。因此，它既可以對開關量進行控制，又可以對模擬量進行控制。由于PLC產(chǎn)品的系列化和模塊化，PLC配備有品種齊全的多種硬件裝置供用戶選用，可以組成能滿足各種控制要求的控制系統(tǒng)[9]。隨著電力電子技術、微電子技術及計算機技術的發(fā)展，變頻器已經(jīng)成為電器調(diào)速的主流，成為現(xiàn)代工業(yè)的組成部分。變頻器不僅可以節(jié)省能源，還可以改善控制性能，提高生產(chǎn)效率。工業(yè)中使用的變頻器可分為通用變頻器和專用變頻器。通用變頻器主要用于工業(yè)驅(qū)動交流電動機；專用變頻器用于特定的控制對象。隨著變頻器的發(fā)展，采用矢量控制的變頻器開始普及。矢量控制的重要性能是使異步電動機具有直流電動機的調(diào)速特性，并且與直流電動機系統(tǒng)比較，有無需維修，不需抑制電流變化率，可以謀求電流控制的快速響應；磁場控制范圍廣等優(yōu)點。無速度傳感器矢量控制變頻器可以在各種轉(zhuǎn)速下提供不變的轉(zhuǎn)矩，在整個調(diào)速范圍內(nèi)不但給出160%的過載轉(zhuǎn)矩，同時還可以進行滑差補償。中小容量的變頻器正向降低噪音，減少諧波對電源的影響、提高低速是的轉(zhuǎn)矩等方向發(fā)展。由于變頻器變頻調(diào)速性能好，因而現(xiàn)在以被鋼鐵、石油、紡織、造紙、建材等行業(yè)采用并大力推廣。并且極其精確地運行，驅(qū)動普通電機能達到最佳的控制效果，操作簡單靈活，具有擴展功能[10]。中間直流電路整流電路逆變電路控 制 電 路交流電交流電商用電源電壓頻率可控變頻器的基本構成，從結構上看，變頻器可分為直接變頻和間接變頻兩類。間接變頻器先將工頻交流電源通過整流器變成直流，然后再經(jīng)過逆變器將直流變換為可控頻率的交流，因此又稱它為有中間直流環(huán)節(jié)的變頻裝置或交直交變頻器。直接變頻器將工頻交流一次變換為可控頻率交流，沒有中間直流環(huán)節(jié)，即所謂的交交變頻器。目前應用較多的是間接變頻器即交直交變頻器。因此，可以認為。 變頻器的基本構成 項目的主要任務與內(nèi)容本報告是本小組的項目報告，需要我們小組成員結合所學知識，以可編程序控制器為基礎，對包裝機組自動控制系統(tǒng)進行自動化控制。主要任務是在自我學習、向人學習的前提下，深入地了解電氣控制系統(tǒng)各方面的知識，熟練地掌握PLC控制技術各方面的理論知識及其應用，逐漸提高對電氣控制系統(tǒng)進行設計的實際工作能力，懂得運用所學的理論知識與實際情況相結合。同時，通過學習各方面的知識，不斷地提升自己，通過實際應用，逐漸地