【文章內(nèi)容簡介】 （3）應用軟件功能完善，實用性強，操作簡單，系統(tǒng)運行穩(wěn)定。（4）整個系統(tǒng)技術先進，性能可靠，使用方便，能夠實現(xiàn)對音樂噴泉系統(tǒng)的控制和管理。 音樂噴泉控制系統(tǒng)方案選擇本次音樂噴泉控制系統(tǒng)的設計方案主要有兩種可供選擇，方案一： 控制系統(tǒng)是由單片機、延遲放大電路、光電隔離電路及電磁閥和變頻器組成, 該控制方案是通過對音樂信號的處理,將其轉換成匯編程序存入單片機, 使單片機唱歌,而且在改程序之中還 加入其他控制語句。單片機還需噴泉中的電磁閥和變頻器的動作及燈光的變化,其中電磁閥對噴頭控制原理是：預先根據(jù)設計的花形種類和變化方式,通過對電磁閥的開閉進行組合,編制不同的控制字制成表存入單片機,當單片機執(zhí)行程序時,通過查表的方式去取不同的花形,以達到預想的花形變化,這樣花形的變化就隨音樂的節(jié)奏而變化。同樣,單片機對變頻器的控制也與之類似,只不過控制的編制是根據(jù)音樂的頻率進行編制的,而且查表的方式也有所不同,因而變頻器根據(jù)所接受的信號,輸出不同的頻率值,以控制水泵的轉速,進而達到控制噴泉管路中的流量,就可以控制水柱的高度和花形大小了。燈光和音響是由同一個口，經(jīng)過延遲放大電路后,使它們達到同步動作,而燈光之前必須接一個固態(tài)繼電器,以驅動燈具,并使之與單片機隔離[5]。方案二：控制系統(tǒng)是由可編程控制器(PLC)和變頻器構成。音樂分兩路輸出,一路經(jīng)功率放大器送到外部音響,另一路經(jīng)可編程控制器(PLC)送至變頻控制器,再經(jīng)變頻器控制水泵。由于變頻控制器范圍是 5～50Hz,所以變頻器就可以改變水泵的流量,從而改變噴泉的噴水效果，充分發(fā)揮變頻調(diào)速的特點,它既可送入音樂信號形成音樂噴泉,也可在內(nèi)存程序的指揮下做各種規(guī)律的運動,例如；緩慢上升,急速落下；急速上升, 緩慢下降；在半空中跳躍等。該控制器有三路電子開關,可直接驅動固態(tài)繼電器,繼而控制負載設備運行。其擴展功能可以使變頻調(diào)速器控制的水型更具活力,當噴泉高度隨音樂信號或程控信號增大而逐漸升高的同時,投入運行的水下燈和水型越來越多,噴泉則表現(xiàn)得越來越多彩和熱烈；當噴泉高度隨音樂信號或程控信號減弱而逐漸降低的同時,投入運行的水下燈和水型越來越少。這樣,噴泉在音樂或程序的控制下,各色水下燈閃爍、變幻,各種水型起伏呼應,將為音樂噴泉增加觀賞性和藝術的美感[5]。鑒于上述二個方案的分析比較,由于各具優(yōu)缺點。方案一控制系統(tǒng)簡單,軟件程序編制靈活,花形和流量控制也很靈活,只要改變預置的花形表和速度控制表, 無須改變程序就可達到不同設計效果,而且在考慮經(jīng)濟因素時可以撤去電磁閥, 直接改變噴頭下方的球閥來組合成不同的單一花形,音樂噴泉在運行時只在花形大小和高度上發(fā)生變化。而方案二與方案一比較起來, 優(yōu)點在于放音效果好, 能實現(xiàn)真人真唱,一直能唱出樂曲，且控制系統(tǒng)可靠性比方案一要高，因而，通過對比分析，并考慮到音樂噴泉控制系統(tǒng)需要可靠、穩(wěn)定的運行要求，所以本次設計采用方案二作為音樂噴泉的控制方案，采用三菱型號PLC作為噴泉的控制器。 本章小結本章主要是對音樂噴泉控制系統(tǒng)作了整體概述。首先對音樂噴泉的整體結構進行了介紹。然后分析了音樂噴泉的控制要求和現(xiàn)有的控制方式。最后對現(xiàn)有的控制方式進行分析比較，選擇了PLC作為控制核心的控制系統(tǒng)。第3章 音樂噴泉控制系統(tǒng)硬件設計 PLC的選用選擇適當型號的PLC是應用設計中至關重要的一步，在功能滿足要求的前提下，應選擇最佳的性能價格比，具體考慮以下幾點：（1）I/O點數(shù)的選擇。輸入、輸出點數(shù)是衡量PLC規(guī)模大小的重要指標。選擇時應在實際使用點數(shù)的基礎上留出15%～20%的備用量[6]。（2）存儲器容量的選擇。一般小型的PLC存儲容量是固定的，無法隨意擴充和調(diào)整，選購時一定要注意，是否滿足要求。（3）PLC功能的選擇。1）對于開關量控制的應用系統(tǒng)，對控制速度要求不高，選用一般的低檔機就能滿足要求。2）對于以開關量控制為主，帶有部分模擬量控制的應用項目，應選用帶有A/D、D/A轉換，四則運算功能的低檔機。3）對于控制比較復雜，功能要求較高的應用系統(tǒng)，低檔機往往不能滿足要求，這時可選用中型和大型的PLC組成一個分布式控制系統(tǒng)。4）PLC運行速度的選擇。PLC工作時，從輸入信號到輸出控制存在滯后現(xiàn)象，這對于一般的工業(yè)設備是允許的，但有些設備的實時要求較高，不能容忍這種滯后現(xiàn)象。但一般滯后時間應控制在幾十ms之內(nèi)。（4）特殊I/O模塊的選擇。選擇哪一種功能的輸入/輸出模塊和哪一種輸出形式，取決與控制系統(tǒng)中輸入/輸出系統(tǒng)的種類、參數(shù)要求和技術要求。另外，如果控制系統(tǒng)要求進行溫度控制、位置控制、PID控制或波形控制，那么選擇合適的智能模塊會使系統(tǒng)設計變簡單[7]。（5）考慮對PLC通信聯(lián)網(wǎng)功能的要求。如果PLC需要與別的通信設備連接，需要考慮PLC的通信聯(lián)網(wǎng)能力?？紤]到上述因素，結合“體積小、價格實惠”的原則，本文選用三菱型號的PLC。其特點如下[8]：（1）一體式可編程控制器：電源、 CPU、存儲器、輸入輸出組成一個單元的可編程控制器，同時在 AC 電源 DC 輸入型中內(nèi)置傳感器用 DC24V 電源。（2） 輸入輸出最大128點：輸入輸出擴展設備最大可擴展至 128 點，擴展模塊或擴展單元只可以使用系列和系列，另外也可和連接。（3）不用編制復雜的程序，就能捕捉到最小10μs(X0， X1)或50μs(X2～X5)的短信號。（4）功能強大的GX Works2 編程軟件。由三菱公司設計開發(fā)，適用于的編程，具有簡單工程和結構化工程兩種編程方式，支持梯形圖、指令表、SFC、ST及結構化梯形圖等編程語言，可實現(xiàn)程序編輯、參數(shù)設定、網(wǎng)絡設定、程序監(jiān)控、調(diào)試及在線更改、智能功能模塊設置等功能。 變頻器的選用通用變頻器的選擇包括通用變頻器的型號選擇和容量選擇兩個方面，選擇的原則是：首先其功能特性能保證可靠地事項工藝要求，其次是獲得較好的性能價格比。通用變頻器類型的選擇要根據(jù)負載特性進行。對于風機、泵類等平方轉矩，低速轉矩負載，通?？蛇x擇專用或普通功能型通用變頻器。對于恒轉矩類負載或有較高靜態(tài)轉速精度要求的機械應選用具有轉矩控制功能的高功能型通用變頻器，這種通用變頻器低速轉矩、靜態(tài)機械特性硬度大，不怕負載沖擊，具有挖土機特性。為了實現(xiàn)大調(diào)速比的恒轉矩調(diào)速，常采用加大通用變頻器容量的辦法。對于要求精度高、動態(tài)性能好、速度響應快的生產(chǎn)機械（如造紙機械、注塑機、軋鋼機等），應采用矢量控制或直接轉矩控制型通用變頻器[16]。、應用場合： 不同類型變頻器的主要性能、應用場合[9]本次設計的音樂噴泉控制系統(tǒng)中，變頻器所驅動的負載為水泵，即泵類負載，故選擇U/f開環(huán)控制。即選用三菱FRF740系列變頻器，F(xiàn)RF740變頻器是專為風機和水泵負載設計的。其特點如下[10]：（1）功率范圍：～630KW；（2）簡易磁通控制方式，實現(xiàn)3Hz時輸出轉矩達120%；（3）采用最佳勵磁方式，實現(xiàn)更高節(jié)能運行；（4）內(nèi)置PID，變頻器/工頻切換和可以實現(xiàn)多泵循環(huán)運行功能；（5）內(nèi)置獨立的RS485通訊口；（6）使用長壽命元件；（7）內(nèi)置噪聲濾波器（75K以上）；（8）帶有節(jié)能監(jiān)控功能，節(jié)能效果一目了然。 變頻調(diào)速原理當向一臺三相異步電動機的定子繞組中通入對稱的三相交流電時，就產(chǎn)生一個以同步轉速沿定子和轉子內(nèi)圓空間作順時針方向旋轉的旋轉磁場。由于旋轉磁場以轉速順時針旋轉，轉子導體開始是靜止的，故轉子導體將切割定子旋轉磁場而產(chǎn)生感應電動勢，由于轉子導體兩端被短路環(huán)短接，在感應電動勢的作用下，轉子導體中將產(chǎn)生與感應電動勢方向基本一致的感應電流。由于通電導體在磁場中要受電磁力的作用，所以有感應電流的轉子導體在旋轉磁場中也將受到電磁力的作用，作用于轉子導體上的電磁力對轉子的軸，產(chǎn)生電磁轉矩與旋轉磁場的旋轉方向是