【正文】 ， 并能夠?qū)崿F(xiàn)對音樂和噴泉的實時的完美結(jié)合。 第二章 系統(tǒng)總體介紹 5 第 二 章 系統(tǒng)總體介紹 音樂噴泉的控制主要由 PLC 和變頻器完成，通過音樂的頻率信號控制 PLC?，F(xiàn)在應(yīng)用 最廣泛 在機(jī)電控制、電氣控制、 網(wǎng)絡(luò)通信、 數(shù)據(jù)采集、運(yùn)輸?shù)榷鄠€領(lǐng)域。 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(jī)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。本文主要 分為 五 個 部分，第一部分 對 PLC 的原理進(jìn)行了簡單介紹；第二部分主要介紹變頻器原理 和對控制系統(tǒng)進(jìn)行了總體介紹 ；第 三 部分主要介紹了 系統(tǒng)硬件 設(shè)計 ， 變頻器的參數(shù)設(shè)計，包括系統(tǒng)參數(shù)設(shè)置方法、參數(shù)設(shè)置以及參數(shù)設(shè)計說明；第 四 部分主要介紹了 系統(tǒng)軟件設(shè)計包括 控制系統(tǒng)控制流程以及控制核心 PLC 的編程； 第五部分 介紹了系統(tǒng)調(diào)試的相關(guān)情況 的內(nèi)容 。除了文中特別加以標(biāo)注引用的內(nèi)容外，本論文不包含任何其他個人或集體已經(jīng)發(fā)表或撰寫的成果作品。 The second part mainly introduces the principle of frequency converter and control system for the general introduction。 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(kuò)展其功能的原則而設(shè)計?？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(kuò)展其功能的原則設(shè)計”。同時通過 PLC 控制彩燈，實現(xiàn)彩燈組與音樂節(jié)奏的同步變換。 在此控制系統(tǒng)中，利用 A/D 模塊對音樂信號的采樣，根據(jù)控制精度的需要 ,人耳的聽 覺 ,音樂信號的特點(diǎn)。開環(huán)控制有 fU/ 控制方式，閉環(huán)控制有轉(zhuǎn)差頻率控制和矢量控制等方式。此外，在采用了轉(zhuǎn)差頻率控制方式的 變頻器中往往還加有電流負(fù)反饋，對頻率和電流進(jìn)行控制，所以這種變頻器具有良好的穩(wěn)定性，并對急速的加減速和負(fù)載變動有良好的響應(yīng)特性 。華南理工大學(xué)廣州學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計（論文）說明書 10 圖 32 變頻器電路圖 [11]第三章 系統(tǒng)的硬件設(shè)計 11 MM420 變頻器操作面板 利用 BOP 可以更改 MM 420 變頻器的各個設(shè)置參數(shù)。 變頻器運(yùn)行過程中，在顯示任何一個參數(shù)時按下此鍵并保持不動 2 秒鐘，將顯示以下參數(shù)值（在變頻器運(yùn)行中，從任何一個參數(shù)開始）： 1. 直流回路電壓（用 d 表示 – 單位： V） 2. 輸出電流（ A） 3. 輸出 頻率（ Hz） 4. 輸出電壓（用 o 表示 – 單位： V）。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(jī)的控制。本系統(tǒng)中設(shè)置 P0701 為“ 17”即 固定頻率設(shè)定值（二進(jìn)制編碼的十進(jìn)制數(shù)（ BCD 碼）選擇 + ON 命令） 。為了使用固定頻率功能，需要用 P1000 選擇固定頻率的操作方式，在“直接選擇”的操 作方式（ P0701 P0703= 15）下，還需要一個 ON 命令才能使變頻器投入運(yùn)行。輸出部分由 PLC 內(nèi)部輸出繼電器常開觸點(diǎn)、輸出端子和外部驅(qū)動電路組成。 和 用來控制水泵的起停， — 用于控制變頻器的輸出頻率選擇。以下程序是系統(tǒng)通過 PLC 控制變頻器的具體過程。 圖 51 點(diǎn)擊開始后指示燈亮監(jiān)控畫面 當(dāng)指示燈點(diǎn)亮后點(diǎn)擊單周期或者連續(xù)，監(jiān)控畫面中代表 A、 D 兩組噴頭的 A、 D兩長方體填充上藍(lán)色， AD 的計時器開始計時，同時紅綠黃藍(lán)四盞燈循環(huán)點(diǎn)亮。此后， 2 號水泵跟 1 號水泵一起工作，直至按下停止控制開關(guān)。其先進(jìn)的控制理論思想，使變頻器在電氣傳動系統(tǒng)中應(yīng)用廣泛。它的應(yīng)用范圍 基本是 介于繼電器控制裝置與過程控制的工業(yè)計算機(jī)之間，適用于控制功能要求比較復(fù)雜，輸入、輸出點(diǎn)數(shù)較多的系統(tǒng)。 圖 56 報警器報警 做完上面的工作后，用 11 盞燈代表電磁閥、 LED 燈、交流接觸器、報警器等，并按照 PLC 接線圖將它們接到 PLC 上如圖 51 所示。 在將所有設(shè)備安裝好的情況下進(jìn)行實際調(diào)試，也就是 PLC 程序的現(xiàn)場調(diào)試。彩燈的控制與啟動按鈕的狀態(tài)無關(guān)，程序運(yùn)行后，彩燈就開始工作。根據(jù)本設(shè)計的控制要求，選擇 CPU 226 DC/DC/DC 型 PLC 作為控制核心 [15]。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。 可能的設(shè)定值 0 禁止數(shù)字輸入 1 ON/OFF1（接通正轉(zhuǎn) / 停車命令 1） 2 ON reverse /OFF1（接通反轉(zhuǎn) / 停車命令 1） 3 OFF2（停車命令 2） 按慣性自由停車 4 OFF3（停車命令 3） 按斜坡函數(shù)曲線快速降速停車 9 故障確認(rèn) 10 正向點(diǎn)動 11 反向點(diǎn)動 12 反轉(zhuǎn) 13 MOP（電動電位計）升速 （增加頻率） 14 MOP 降速（減少頻率） 21 機(jī)旁 / 遠(yuǎn)程控制 25 直流注入制動 29 由外部信號觸發(fā)跳閘 33 禁止附加頻率設(shè)定值 99 使能 BICO 參數(shù)化第三章 系統(tǒng)的硬件設(shè)計 17 （ 8） P1000 參數(shù)為“ 3” ，該參數(shù)用來 選擇頻率設(shè)定值的信號 源。改變這一參數(shù)時，同時也使所選項目的全部設(shè)置值復(fù)位為工廠的缺省設(shè)置值。④變頻器運(yùn)行最小、最大頻率，加、減速時間等。 電動機(jī)點(diǎn)動 在變頻器無輸出的情況下按此鍵，將使電動機(jī)起動，并按預(yù)設(shè)定的點(diǎn)動頻率運(yùn)行。當(dāng)采取模擬電壓信號輸入方式輸入給定頻率時，為了提高交流變頻調(diào)速系統(tǒng)的控制精度，必須配備一個高精度的直流電源。轉(zhuǎn)差頻率控制方式通常用于單機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)。 使轉(zhuǎn)數(shù)在一定的范圍內(nèi)可調(diào) ， 一般分為整流電路、平波電路、控制電路、逆變電路等幾大部分。 華南理工大學(xué)廣州學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計（論文）說明書 6 控制系統(tǒng) 主要由 PLC、 A/D 轉(zhuǎn)換模塊、變頻器、潛水泵和燈光組成。 本章小結(jié) 通過查找 PLC 相關(guān)資料，整理 PLC 的基本概述和結(jié)構(gòu)，大致了解音樂噴泉的整體規(guī)劃中需要用到的 PLC 知識，并根據(jù)實際確定所使用的 PLC 系統(tǒng)和相 關(guān)軟件， 根據(jù)其功能搜集相關(guān)模塊的資料。 PLC 主要以微處理器為核心， 使 用編寫的程序進(jìn)行邏輯控制、定時、 算術(shù)和計算 運(yùn)算等， 而且 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。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(diǎn)引到了當(dāng)今工業(yè)控制的潮流。 本文主要介紹音樂噴泉控制系統(tǒng)的軟件設(shè)計，著重介紹可編程控制器的程序設(shè)計和 變頻器的 參數(shù)設(shè)置。對本文的研究做出重要貢獻(xiàn)的個人和集體，均已在文中以明確方式標(biāo)明。 The third part mainly introduces the system hardware design, the parameters of the frequency converter is designed, including system parameters setting method, parameter Settings and design specification。 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(diǎn)：（ 1） 可靠性高，抗干擾能力強(qiáng) 。 隨著 PLC 迅速發(fā)展，功能越來越強(qiáng)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(qiáng)； 3. 大力開發(fā)智能 I/O 模塊； 4. 與個人計算機(jī)日益緊密結(jié)合； 5. 編程語言趨向標(biāo)準(zhǔn)化； 6. 通訊與聯(lián)網(wǎng)能力不斷增強(qiáng) [1]。 音樂噴泉組成 此小型音樂噴泉噴頭分三組。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 本章小結(jié) 通過相關(guān)資料，確定方案： 設(shè)計采用 S7200PLC 和 MICROMASTER420 變頻器 作為主控制 硬件， 由于控制系統(tǒng)較簡單 ，本次設(shè)計選擇 MM420 變頻器來控制水泵轉(zhuǎn)速。 (1) fU/ 控制 對于異步電動機(jī)，只要改變其供電電源的頻率，即可以改變電動機(jī)的轉(zhuǎn)速，達(dá)到進(jìn)行調(diào)速運(yùn)轉(zhuǎn)的目的。 ⑶ 矢量控制： 矢量控制的基本思想是認(rèn)為異步電動機(jī)和直流電動機(jī)具有相同的轉(zhuǎn)矩產(chǎn)生機(jī)理，第三章 系統(tǒng)的硬件設(shè)計 9 即電動機(jī)的轉(zhuǎn)矩為磁場和與其相垂直的電流的積，而異步電動機(jī)的定子電流則可以分為產(chǎn)生磁場的電流分量（磁場電流）和產(chǎn)生轉(zhuǎn)矩的電流分量（轉(zhuǎn)矩電流）。 BOP 具有 5 位數(shù)字的 7 段現(xiàn)實，用于顯示參數(shù)的序號和數(shù)值、報警和故障信息以及該參數(shù)的設(shè)定值和實際值，BOP 不能存儲參數(shù)的信息。 5. 由 P0005 選定的數(shù)值（如果 P0005 選擇顯示上述參數(shù)中的任何一個（ 3， 4，或 5），這里將不再顯示）。變頻器設(shè) 置水泵正轉(zhuǎn)啟動。 可能的設(shè)定值 ： 0 禁止數(shù)字輸入 1 ON/OFF1（接通正轉(zhuǎn) / 停車命令 1） 2 ON reverse /OFF1（接通反轉(zhuǎn) / 停車命令 1） 3 OFF2（停車命令 2） 按慣性自由停車 4 OFF3（停車命令 3） 按斜坡函數(shù)曲線快速降速停車 9 故障確認(rèn) 10 正向點(diǎn)動 11 反向點(diǎn)動 12 反轉(zhuǎn) 13 MOP（電動電位計）升速 （增加頻率） 14 MOP 降速（減少頻率） 15 固定頻率設(shè)定值（直接選擇）華南理工大學(xué)廣州學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計（論文）說明書 16 16 固定頻率設(shè)定值（直接選擇 + ON 命令） 17 固定頻率設(shè)定值（二進(jìn)制編碼的十進(jìn)制數(shù)（ BCD 碼）選擇 + ON 命令） 21 機(jī)旁 /遠(yuǎn)程控制 25 直流注入制動 29 由外部信號觸發(fā)跳閘 33 禁止附加頻率設(shè)定值 99 使能 BICO 參數(shù)化 （ 5） P0702 參數(shù)為“ 17” ， 用來選擇數(shù)字輸入 2 的功能。 有三種選擇固定頻率的方法： 1. 直接選擇 2. 直接選擇 + ON 命令 3. 二進(jìn)制編碼選擇 + ON 命令 1． 直接選擇（ P0701 P0703 = 15） 在這種操作方式下，一個數(shù)字輸入選擇一個固定頻率。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(diǎn)的分合來驅(qū)動外部負(fù)載。 PLC 硬件連接圖如圖 24 所示。 圖 44 變頻器 主要控制程序 首先根據(jù) — 的輸入值，控制中間狀態(tài) — 的數(shù)值，由于輸入值是從低到高的一串“ 1”，所以高位為“ 1”低位也一定為“ 1”，如 為“ 1”， — 為“ 0”，則 一定均為“ 1”，此時 的值為“ 1”，則 — 的輸出值為 100，結(jié)合 數(shù)字輸入與對應(yīng)頻率選擇表，可知變頻器輸出 20Hz 的交流電控第四章 PLC 控制系統(tǒng)軟件設(shè)計 27 制電機(jī)轉(zhuǎn)速。如圖52 所示。 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(jī)變速運(yùn)轉(zhuǎn)，噴出水柱的高度不斷改變。由于這次是第一次接觸變頻器，閱讀查閱了大量相關(guān)資料，但是由于自身知識水平 局 限，不能完全深刻的理解變頻 器的控制原理，只對其基本原理和參數(shù)設(shè)置進(jìn)行了研究，這也為以后更近一步的學(xué)習(xí)打下基礎(chǔ)。由于 PLC 不僅可代替繼電器系統(tǒng)，使硬件軟化，提高系統(tǒng)工作的可靠性以及系統(tǒng)的靈活性，它還具有運(yùn)算、計數(shù)、調(diào)節(jié)、通信、聯(lián)網(wǎng)等功能， 所以 可以說它是控 制裝置的一個飛躍。如圖 56 所示。改變后還可改為 RUN 模式 [19]。系統(tǒng)控制流程如圖 41 所示華南理工大學(xué)廣州學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計（論文）說明書 24 啟動啟動按鈕按下啟動第一臺水泵延時 10 s停止按鈕按下啟動第二臺水泵停止按鈕按下停止第一臺水泵停止第二臺水泵控制彩燈隨變頻器輸出頻率閃爍選擇變頻器頻率控制電機(jī)轉(zhuǎn)速 是否 否否是 圖 41 PLC 控制程序流程圖 如果 PLC 啟動按鈕按下，則 PLC 控制啟動第一臺水泵電機(jī)，經(jīng)過 10s 延時后檢測停止按鈕的狀態(tài)，如果停止按鈕沒有被按下，則順序啟動第二臺水泵電機(jī)，如果停止按鈕被按下則程序執(zhí)行電動機(jī)停止程序，順序關(guān)掉水泵電機(jī)。 CPU 226 的本機(jī)數(shù)字量 I/O 為 24 入 /16 出，最多可擴(kuò)展 7 個擴(kuò)展模塊，根據(jù) PLC 數(shù)字量輸出模塊的驅(qū)動方式不同，它又分為晶體管輸出（ DC/DC/DC）方式和繼電器輸出（ AC/DC/繼電器）方式。 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。本系統(tǒng)中設(shè)置 P0704 參數(shù) 為“ 1” ，即 1 ON/OFF1（接通正轉(zhuǎn) / 停車命令 1） [10]。 （ 3） P0700 參數(shù)為“ 2” ， 選擇數(shù)字的命令信號源 （ 最小值： 0；缺省值： 2；最大值： 6） 。③選擇變頻器運(yùn)行頻率控制方式，如變頻器面板、電位器（ 需設(shè)置對應(yīng)頻率范圍