【正文】 信，傳輸速率從幾千波特到上萬波特，傳輸距離為 500— 2500m；另一類為高速網(wǎng)絡，采用令牌傳送方式通信，傳輸速率為 1M— 10Mbps，傳輸距離為 500— 1000m，網(wǎng)上結點可達 1024 個。一旦安裝后，其作用立即顯現(xiàn)，其收益也馬上實現(xiàn)，像其他智能設備一樣 ,PLC 的潛在優(yōu)點還取決于應用時的創(chuàng)造性。 （ 2）系統(tǒng)可靠性分析：系統(tǒng)主要靠 PLC 內(nèi)部程序運行，從而達到實時性、準確性得到很大改善，使系統(tǒng)可靠性得到了進一步的保證。 17 第 3 章 系統(tǒng)硬件 部分 本章主要介紹廣場音樂噴泉控制系統(tǒng)的基本組成部分、控制過程、各部分元器件的工作原理、 PLC 控制系統(tǒng) I/O 點數(shù)的估算、元器件參數(shù)選擇、 PLC 外部硬件接線圖以及 控制系統(tǒng)主電路圖 等內(nèi)容 。聲音強度與采樣過來轉換后的數(shù)字量成比例 ,所以 PLC要對采樣后的數(shù)字量進行分段、轉換、比較才能輸出到相對應的變頻器，以達到控制水泵旋轉速度。 系統(tǒng) 數(shù)字量 輸入所需點數(shù)估算 本系統(tǒng)是根據(jù)音樂的旋律、音頻信號的大小來控制噴泉水柱高低的，所以其數(shù)字量輸入只需要滿足系統(tǒng)啟動、停止兩個功能。 S7200PLC 的硬件系統(tǒng)結構 S7200 是模塊化的 PLC，它主要由 CPU模塊、擴展模塊和總線連接電纜構成。S7200 系列的強大功能使其 無論在獨立運行中，或相連成網(wǎng)絡皆能實現(xiàn)復雜的控制功能，尤其在集散自動化系統(tǒng)中更能充分發(fā)揮其強大的功能。 EM223，數(shù)字量混合輸入 /輸出（ DI/DO）擴展模塊，有 6種輸出類型： DC24V輸入 4 點 /輸出 4點； DC24V 輸入 4 點 /繼電器輸出 4 點； DC24V 輸入點 /輸出點；DC24V 輸入 8點 /繼電器輸出 8 點； DC24V 輸入 16點 /輸出 16點； DC24V 輸入 16點 /繼電器輸出 16點。轉換時間一般為 10~100us， A/D 轉換器是在控制的控制下，完成啟動 A/D 轉換，讀取轉換結果等工作過程。 （ 3）最大輸入電壓 30VDC，最大輸入電流 32mA。 （ 4）穩(wěn)定時 間：電壓 100us，電流 2ms。普通功能型 V/F 控制變頻器，具有轉矩控制功能的高功能型 V/F 控制變頻器，以及矢量控制高性能變頻器。 表 多段調(diào)速設定表 高速 RH 中速 RM 低速 RL 1速 ON OFF OFF 2速 OFF ON OFF 3速 OFF OFF ON 4速 OFF ON ON 5速 ON OFF ON 6速 ON ON OFF 7速 ON ON ON 潛水泵 與燈組參數(shù)選擇 整個系統(tǒng)的水泵使用三相潛水泵，功率視水池大小而定，每個水池中各安置1～ 2 根粗水管，每根水管上安裝 2～ 3 臺水泵，被控噴水管上的水泵電機只控制1～ 2 臺 （ 不全控 ） ，不受控的水泵工作保持一定的水柱 （ 花 ） 高度，而受控的水泵工作使水柱 （ 花 ） 在一定基礎上跳動噴射，以避免音樂間歇無噴水現(xiàn)象出現(xiàn)（ 也可調(diào)整變頻器 參數(shù)獲得 ） 。模擬量信號的 傳送應采用屏蔽線，屏蔽層應一端或兩端接地。由于采用的是西 門子 S7200 系列 CPU226 型的 PLC，根據(jù)輸出點數(shù)可知，需加數(shù)字量擴展模塊 EM222。 控制系統(tǒng)基本流程圖 控制系統(tǒng)流程圖的編制是在對控制 33 系統(tǒng)進入深入的了解后，了解各種控制 設備之間的關聯(lián)；然后詳細的了解每個 被控設備的特性。 選擇變頻器 變頻 器 1 變頻器 2 變頻器 3 變頻器 4 VW500=0 VW500=1 VW500=2 VW500=3 N N N N Y Y Y Y 圖 選擇變頻器流程 圖 35 Y 計時 計時 計時 Y VW28=1 VW28=2 計數(shù) 6次 輸出第 2 速 輸出第 1 速 輸出完畢 變頻器 3復位 將表 VW20 中的 數(shù)據(jù) 讀 到 VW26中 將表 VW20 中的 數(shù)據(jù) 讀 到 VW27 中 0 1 2 3 Y N Y N Y N Y N N Y N Y N Y N Y N 子程序開始 表 1 數(shù)據(jù)輸出 變頻器 1 變頻器 2 變頻器 3 變頻器 4 表 1 數(shù)據(jù)輸出 表 1 數(shù)據(jù)輸出 表 1 數(shù)據(jù)輸出 選擇變頻器 VW=？ VW29=1 VW29=2 計數(shù) 6次 輸出第 2 速 輸出第 1 速 輸出完畢 變頻器 4復位 VW27=1 VW27=2 計數(shù) 6次 輸出第 2 速 輸出第 1 速 輸出完畢 變頻器 2復位 將表 VW20 中的 數(shù)據(jù) 讀 到 VW28 中 子程序返回 VW26=1 VW26=2 計數(shù) 6 次 輸出第 2 速 輸出第 1 速 輸出完畢 變頻器 1復位 Y N Y N Y N 計時 將表 VW20 中的 數(shù)據(jù) 讀 到 VW29 中 子程序返回 子程序返回 子程序返回 36 圖 子程序 0流程圖 圖 所示為子程序 0 的流程圖，該圖表示每一組數(shù)據(jù)有對應輸出到 4個變頻器上的可能，本設計將其考慮進去了。 主程序 啟動，將系統(tǒng)參數(shù)初始化，該過程包括內(nèi)部置位、復位輸出繼電器的初始化，另外將內(nèi)部所需或用戶本身設定的參數(shù)讀入。在上述流程圖中可知，每選擇的一組表數(shù)據(jù)，對應的是輸出到四個變頻器，這四個變頻器形成一個循環(huán)過程，四個變頻器之間的動作時間差為 ， 39 這樣就可以實現(xiàn)對音樂旋律的起浮用噴頭噴水高低或變化幅度來具體表達，達到音樂、噴泉和諧一體。音樂噴泉的設計涉及到的專業(yè)非常廣泛 , 包括音樂分析、給排水、電氣、通訊和自動控制 , 所以說音樂噴泉這個行業(yè)是一個綜合性非常強的行業(yè) ,一個音樂噴泉工程的成功實施需要以上方面的專業(yè)人員緊密地配合才能完成。 原理 最后，我再次對所有幫助我 們 、關心我 們 和支持我 們 的老師、家人、同學、朋友致以最崇高的敬意！謝謝大家 。同時，通過學習各方面的知識，不斷地提升了自己；通過實際應用，逐漸地提高了自己的動腦能力和動手能力以及處事能力。 40 結 論 隨著我國國力的不斷增強 , 人民生活水平的不斷提高 , 現(xiàn)在在許多城市的廣場上都能看到音樂噴泉。 調(diào)用 子程序，當比較后若選擇表 1 數(shù)據(jù)時，調(diào)用子程序 0；表 2數(shù)據(jù)對應調(diào)用子程序 1；依次類推。 （ 1）加法指令：整數(shù)加法指令 +I （ 2）除法指令：完全整數(shù)除法指令 DIV 數(shù)據(jù)處理指令 數(shù)據(jù)處理指令包括數(shù)據(jù)傳送、移位、交換、填充指令。 圖 是所示為變頻器選擇流程圖 在主程序部分，有一內(nèi)容為選擇變頻器，由于本設計采用的是 4組變頻器循環(huán)，每個變頻器的動作的時間相差 。具體控制系統(tǒng)主電路圖如圖 所示。因為音頻信號的直接來源于 CD、 VCD、 DVD 等設備，而不是通過功放將音頻信號功率大后再輸入轉換模塊的，所以，當音頻信號以電流 0~20mA 的形式時，可直接接入模擬量轉換模塊 EM231，通過編制程序可直接從模擬量轉換EM231 中的變量寄存器中讀取數(shù)據(jù)。 由于本設計主要考慮的是噴泉的控制系統(tǒng)，具體水泵、燈光等器件將如何選擇、編排、布置問題，在此不作詳細介紹。 根據(jù) 表 數(shù)據(jù)的大小變化按內(nèi)部編程進行電機變頻調(diào)速，控制水泵電機的轉速，獲得相應的噴水壓力和水花高度，獲得與音樂間相吻合的水 花節(jié)奏和動感。隨著科學技術突飛猛進的發(fā)展，變頻調(diào)速器技術正大步走進噴泉控制領域，發(fā)揮著不可替代的作用。 電流： 0～ 20mA。 電流： 0～ 20mA。通常生產(chǎn)現(xiàn)場可能有多路模擬信號需要采集，各模擬量的類型和參數(shù)都可能不同，這就需要在進入模板前，對模擬量信號進行轉換和預處理，把它們變換成輸入模板能統(tǒng)一處理的電信號，經(jīng)多路轉換開關進行多中選一，再將已選中的那 路信號進行 A/D 轉換，轉換結束進行必要處理后，送入數(shù)據(jù)總線供CPU 存取，或存入中間寄存器備用。 EM221，數(shù)字量輸入（ DI）擴展模塊，具有 8 點 DC 輸入，光電耦合器隔離。兩種系統(tǒng)配置方式分別如圖 圖 。 SIMATIC S7200 系列 PLC 的價格便宜，應用比較廣泛，可擴展模塊多，適合很多控制系統(tǒng)選擇，在本設計當中詳細的對 SIMATIC S7200 系列產(chǎn)品進行了結構分析。 PLC控制系統(tǒng) I/O口的估算 本設計是音樂噴泉 PLC控制系統(tǒng)的設計 ,根據(jù) PLC 的 I/O節(jié)點使用原則 ,應留出一定的 I/O點以做擴展時使用。由于人耳聽到的是廣場上播放樂曲的聲音 ,而人眼看到的是噴頭的水流量 ,聲音強度與水流量并不是線性關 系。本文就是基于以上所介紹的PLC 的諸多優(yōu)點而設計的。因此，在此次音樂噴泉控制系統(tǒng)中選用了 PLC 作為控制器的方案。由于幾 乎所有器件都是固態(tài)的，維護時只需更換模塊級插入式部件，故障檢測電路將診斷指示器嵌在每一部件中，就能指示是否正常工作，借助于編程設備可見輸入 /輸出是 ON 還是 OFF，還可寫編程指令來報告故障。 用于連接現(xiàn)場設備的硬件接口實際上是 PLC 的組成部分，模塊化的自診斷接口電路能指出故障，并易于排除故 障與替換故障部件，這樣的軟硬件設計就使現(xiàn)場電氣人員與技術人員易于使用。 編程簡 單，使用方便 用微機實現(xiàn)自動控制，常使用匯編語言編程，難于掌握，要求使用者具有一 14 定水平的計算機硬件和軟件知識。 13 另外，該系統(tǒng)帶負載的能力不夠強，在對負載要求不高 、環(huán)境比較好 的場合，單片機控制系統(tǒng)仍有較廣泛的應用。維修困難是該系統(tǒng)的致命的弱點，由于使用繼電器控制，而繼電器的使用壽命不長，需經(jīng)常更換，而且在眾多繼電器中找故障非常困難。設每次對音頻信號的采樣時間 為 , 系統(tǒng)總的結構組成將在第三章進行詳細的闡述。 10 水型的程序演示 噴泉 潛 水泵電動機是受 控制器內(nèi)部 的程序控制，每一 首 樂曲 可從控制器中相應的找到對應的固定程序數(shù)據(jù)，并可以將其對應輸出 。 顧名思義，音樂噴泉就是要求在音樂的伴隨下噴泉的高度、燈光的強度、色彩以及噴泉的造型隨音樂的音量而變化，通過對各種不同的音樂進行選擇播放，以及對不同音頻信號的采集、轉化等處理后，利用編制程序來實現(xiàn)對音樂噴泉的 9 實時控制。同時，對可編程序控制器在工業(yè)應用中的一些問題也進行了一定的討論。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。通用變頻器主要用于工業(yè)驅動交流電動機；專用變頻器用于特定的控制對象。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。 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。 PLC 在食品、制造和冶金等其他工業(yè)部門相繼得到了應用。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。 1 NANCHANG UNIVERSITY 共青學院?？粕厴I(yè)設計（論文） （ 20202020 年） 中文題目 : PLC 控制音樂噴泉 英文題目： PLC control music fountain 學 院： 南昌大學高等職業(yè)技術學院 系 別： 工程技術系 專業(yè)班級： 10 機電一體化（一）班 學生姓名： 朱超遠 學 號： 8210510051 指