【正文】 業(yè) 論文 2 1 PLC 基礎知識簡介 在繼電器控制技術(shù)的基礎上發(fā)展起來的一種先進的技術(shù) PLC，還借助于計算機技術(shù)和現(xiàn)代通信技術(shù)。 考慮到 音樂噴泉系統(tǒng)的 控制 復雜性， 若 采用繼電器控制， 其 控制可靠性 較 差。 小型 PLC 的音樂噴泉控制系統(tǒng)基于現(xiàn)實生活中的應用前景，值得推廣。音樂噴泉是人工噴泉現(xiàn)代控制技術(shù)的使用，是 融合了 基于程序控制的音樂噴泉控制系統(tǒng)，通過水和輕音樂噴泉控制相結(jié)合的變化而變化，從而實現(xiàn)光與色的組合、音樂的情緒、噴泉的生動豐富的表演內(nèi)涵。 主要包括控制系統(tǒng)的軟件系統(tǒng)設計、硬件系統(tǒng)的設計以及變頻器參數(shù)設置。 隨著可編程控制器在我國的迅速發(fā)展，對音樂噴泉的控制要求也越來越高，使得越來越多的控制部分 由 可編程控 制器來實現(xiàn)。 使用 PLC 控制音樂噴泉，具有使用方便，運行可靠，控制程序設計簡單等優(yōu)點。 關(guān)鍵詞 ： 音樂噴泉，可編程控制器，變頻器 ABSTRACT II ABSTRACT The music fountain as an artificial environment engineering project, will be the beauty of music and fountain are anically bined together, give a person with pleasant feelings. With the programmable controller in China39。 隨著可編程控制技術(shù)的發(fā)展，可編程序控制器和變頻器技術(shù)在噴泉控制領域發(fā)揮著不可替代的作用。在設計過程中，采用可編程控制器實現(xiàn)音樂噴泉的控制。若采取 PLC控制， PLC 是由程序控制，是一種軟連接，大大的提高了可靠性 。 PLC 自產(chǎn)生至今，雖然只有 30年，但今天已在該行業(yè)快速發(fā)展 。 PLC 的產(chǎn)生和發(fā)展 IEC 在二十世紀九十年代 年 頒布 了 可編程控制器 （ PLC）的 含義 ：“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)境下應用而設計。 PLC 的特點與應用 1． PLC的特點 PLC 技 術(shù) 能夠 高速發(fā)展， 除 工業(yè)自動化的客觀 需求 之 外，主要是由于它自身 還有 很多獨特 的 優(yōu)點。 泰山學院本科畢業(yè) 論文 3 2. PLC 的應用 基于 PLC自身 優(yōu)勢 ，在工業(yè)控制中 倍受青睞 。 系統(tǒng)軟件和應用軟件 為 軟件 系統(tǒng)的兩個部分 。 然而事實上， 一系列不斷重復的順序操作 是很多 機械設備的工作過程， 而這與 PLC 的工作 原理類似 。 泰山學院本科畢業(yè) 論文 4 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 （ 外 設 、 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 1 PLC 的掃描工作流程 [4] 泰山學院本科畢業(yè) 論文 5 2 變頻器基礎 變頻器概述 實現(xiàn)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 功能 裝置稱 為 “變頻器”。 變頻器技術(shù)的發(fā)展 有 交流異步電動機調(diào)速 功能的 變頻器 ，其性能遠遠超過交 流 、直流調(diào)速 控制方式， 擁有 結(jié)構(gòu)簡單、 寬 調(diào)速范圍、 高 調(diào)速精度、安裝調(diào)試 簡便 、使用方便、保護功能完善、運行穩(wěn)定可靠、節(jié)能效果顯著 等優(yōu)點 ，是交流電動機調(diào)速的 主導 技術(shù)。 （ 3） 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]。 泰山學院本科畢業(yè) 論文 6 交流電動機 同步轉(zhuǎn)速表達式 為 ： n = 60 f (1? s) / p （ 公式 1） 式中： n— 異步電動機的轉(zhuǎn)速； f— 異步電動機的頻率； s— 電動機轉(zhuǎn)差率； p—電動機 磁 極對數(shù)。 變頻器 一般 用可控硅 組裝成 頻率 可調(diào) 的裝置 ， 使頻率 可調(diào) ， 從而調(diào)控 電機的轉(zhuǎn)數(shù) ， 使轉(zhuǎn)數(shù) 產(chǎn)生 變化。開環(huán)控制有 電壓 /頻率 控制方式，閉環(huán)控制 分為 轉(zhuǎn)差頻率控制和矢量控制。 因此， 一般是對控制性能要求不高的 場合采用這種控制方式的 變頻器。 ⑶ 矢量控制 方式 ： 異步電動機和直流電動機具有相同的轉(zhuǎn)矩產(chǎn)生機理 是矢量控制的基本核心思想 ，即磁場和與其相垂直的電流的積 是電動機的轉(zhuǎn)矩 ， 異步電動機的定子電流 是可以分為產(chǎn)生磁場的電流分量和產(chǎn)生轉(zhuǎn)矩的電流分量 。微處理器控制 此 變頻器 ， 其功率輸出器件 采用絕緣柵雙極型晶體管（ IGBT） 。 MICROMASTER420 具有可調(diào) 的工廠設置參數(shù) ，并且是為 眾多 且 簡單的電動機控制系統(tǒng) 提供動力的較好 驅(qū)動裝置。 其 電路圖如圖 3所示 。 MM420 變頻器的控制電路包括 CPU、模擬輸入、模擬輸出、數(shù)字輸出、輸出繼電器觸頭、操作板 等 組成 了 為用戶提供的 10V 直流電源 的 是端子 2。 24V 直流電源端 是端子 8和 9，為變頻器的控制電路提供 24V直流電源 [12]。 音樂噴泉組成 音樂噴泉水池設計 此 小型音樂噴泉 的設計為： 噴頭分三組 ， 外圈 設有 九個噴頭，中圈 設有 六個噴頭， 這兩圈的 噴水口直徑 ，此 兩圈噴頭由一個 12W 的潛水泵提供 動力 ；內(nèi)圈只有一個 中心主 噴頭 ，采 用集流直上噴頭， 此 噴頭噴水流量 較 大 。噴泉水池直徑約 ，噴頭組最大直徑 ，在外圈和中圈噴頭向內(nèi)傾斜的情況下很好的防止了水池噴水造成的向外濺水。 水型與樂曲同步 的 控制 水型會同 樂曲播放 同時 演示。 彩色燈光 的控制 彩色燈光 由 控制器 系統(tǒng)程序控制。 泰山學院本科畢業(yè) 論文 13 4 控制系統(tǒng)的硬件設計 音樂噴泉邏輯控制系統(tǒng)的控制核心是 PLC， 在建立一個 PLC控制系統(tǒng)時， 哪些信號需要輸入至 PLC， PLC需要驅(qū)動哪些負載 ,以及采用何種編程方式，都會影響到其內(nèi)部 I/O點數(shù)的分配， 首先 需要 把系統(tǒng) 所需 的輸入 /輸出數(shù)量 明確 ， 其次 按需要確定各控制動作的順序和各控制裝置彼此間的關(guān)系。 PLC 控制系統(tǒng) I/O 口的估算 小型 音樂噴泉控制系統(tǒng)的設計 I/O點時 ,依據(jù) PLC 的 I/O節(jié)點使用原則 ,應 預留出一定的 I/O 點 擴展時使用。 如表 2所示 表 2 系統(tǒng)模擬量輸入各元器件功能及所占 PLC 點數(shù) 項目名稱 模擬量輸入點數(shù) 備 注 總點數(shù) 泰山學院本科畢業(yè) 論文 14 音頻信號轉(zhuǎn)換模塊 1 音頻信號大小 輸入點數(shù) ： 1 估算 系統(tǒng) 數(shù)字量 輸出 點數(shù) 系統(tǒng)數(shù)字量輸出 由 變頻器開關(guān)量 控制和 燈光開 關(guān)量 控制 兩個部分，變頻器 包括 啟動和調(diào)速兩種控制量。 S7200 PLC 的硬件系統(tǒng) S7200主要由 CPU模塊、擴展模塊和總線連接電纜 集成的模塊化的 PLC。 泰山學院本科畢業(yè) 論文 15 （ 3）總線連接電纜 總線連接電纜用來把 I/O 模塊和 PLC 或其他的擴展模塊連接在一起。它具有如下配置： 24 輸入 ， 6輸出 共 40 個數(shù)字量 I/O 點， 還可 連接 7個擴展摸 快 單元，包括模擬量擴展摸板， 這 足以 滿足系統(tǒng)所需要的輸入輸出端口要求。水泵的起停 由 和 ，變頻器的輸出頻率選擇 由 — 端子控制 。 根據(jù) 現(xiàn)場 音樂控制水柱， 使 水柱與音樂同步， 但 水泵控制水柱，水泵 又由 異步電動機 控制。MM420 通用變頻器，可以用來控制三相交流電動機速度 ，適用于變頻驅(qū)動裝置。 泰山學院本科畢業(yè) 論文 19 圖 8 變頻器設計連接圖 MM420變頻器操作面板 利用 BOP 可以更改 MM 420 變頻器的各個參數(shù)。 圖 9 改變過濾功能參數(shù) P0004[13] 泰山學院本科畢業(yè) 論文 21 圖 10 修改選擇命令 /設定值源下標參數(shù) P0179[13] 變頻器參數(shù)設置 變頻器一般設置的 參數(shù) 包括 ：①電 動 機參數(shù) 。④變頻器 工作 的 最小 頻率和 最大頻率， 增 加 或減少 減速時間等。數(shù)字信號經(jīng)光電隔離輸入 CPU，處理后通過逆變器實現(xiàn)對電機的控制。 （ 2） P0003 參數(shù)為“ 2”，變頻器的參數(shù)有 4個用戶訪問級 ， 1標準訪問級 、2擴展訪問級 、 3專家訪問級 、 4 維修級。該參數(shù)的 設定范圍為 0— 4，缺省值為 1。 （ 4） P0701 參數(shù)為“ 17”，用來選擇數(shù)字輸入 1的功能。該參數(shù) 設定范圍為 0—— 99，缺省值為 12。本系統(tǒng)中設置 P0703為“ 17”即固定頻率設定值（ 固定頻率值設定方式 3）。 （ 8） P1000 參數(shù)為“ 3” 。本系 統(tǒng)設置 P1000 參數(shù)為“ 3”選擇固定頻率設定值 。 有三種選擇 設定 頻率的方法： （ 1） 直接選擇（ P0701 P0703 = 15） 運用此 操作方式，數(shù)字輸入 與 固定頻率 是一一對應的 。各個固定頻率的數(shù)值根據(jù)表 7所示選擇。 PLC 控制流程 初始化 PLC 后，首先檢測啟動按鈕 的狀態(tài) ， 然后 選擇控制電動機的啟動，如果停止按鈕按下則調(diào)至電機停止控制程序，停止電機工作。通過改變輸出電流的頻率來控制電機的轉(zhuǎn)速，調(diào)節(jié)水柱的高低變換。如果 2臺電動機中的其中一臺工作就可以啟動變頻器，進而通過變頻器控制水泵電機 ，控制程序如圖 12所示 。 主要控制程序 對變頻器 的控制是軟件設計的核心之一，對讀入的處理后的音頻信號進行分析后，用來控制變頻器的輸出。 STOP 模式可下載程序，但不能運行程序， PLC沒有輸出。 面板上的控制開關(guān)置 STOP位置，則 PLC 處于 STOP 模式。 在將所有設備安裝好，所有連線都接好的情況下進行實際調(diào)試，也就是 PLC程序的現(xiàn)場調(diào)試 [1]。 系統(tǒng)采集處理音樂信號后，變頻器開始工作，變頻器接收 PLC 送出的段速控制信號來改變交流電源的頻率，使水泵接收到不同頻率的單相交流電壓，水泵電機變速運轉(zhuǎn)，噴出水柱的高度不斷改變。 本論文是 有關(guān) 音 樂噴泉控制系統(tǒng)的設計， 該 控制系統(tǒng)采用可編程序控制器（ PLC）對整個系統(tǒng)進行控制，用變頻器實現(xiàn)噴泉的調(diào)速 控制 。同時，通過學習各方面的知識，提升了自己；通過 實踐 ，提高了自己的 分析問題、解決問題 及 為人 處事能力。 最后，我再次對所有幫助我，我關(guān)心和支持我的家人，老師，同學，朋友們致以崇高的敬意！謝謝 泰山學院本科畢業(yè) 論文 34 附錄 1 音樂噴泉控制程序 泰山學院本科畢業(yè) 論文 35 泰山學院本科畢業(yè) 論文 36 泰山學院本科畢業(yè) 論文 37 泰山學院本科畢業(yè) 論文 38