【導讀】他個人或集體已經發(fā)表或撰寫的成果作品。對本文的研究做出重要貢獻的個。人和集體，均已在文中以明確方式標明。本人完全意識到本聲明的法律后果。本人授權華南理工大學廣州學院可以將本學位論文的全部或部分。保密□，在年解密后適用本授權書。茲發(fā)給機械工程及自動化專業(yè)2班學生畢業(yè)設計（論文）任務書，提交畢業(yè)設計（論文）答辯委員會進行答辯。音頻采集為基礎的小型音樂噴泉控制系統。S7-200MicroPLC，水泵的控制選用MICROMASTER420變頻器。PLC具有很強的自診斷功能，迅速方便的檢查出故障，縮短檢修時間，因而，確?？刂葡到y的可靠性、穩(wěn)定性。計和變頻器的參數設置。本文主要分為五個部分，第一部分對PLC的原理進行了簡。制核心PLC的編程；第五部分介紹了系統調試的相關情況的內容。

　　

【正文】 D 燈組的變換。 和 用來控制水泵的起停， — 用于控制變頻器的輸出頻率選擇。 PLC 硬件連接圖如圖 24 所示。華南理工大學廣州學院本科畢業(yè)設計（論文）說明書 22 圖 34 PLC 控制端子連接圖 本章小結 通過對 變頻器的工作原理以及控制方式、 變頻器的選型 和 PLC 的工作原理及工作過程的概述，并列出相應的表 格和流程圖加以說明，更清晰地闡述了變頻器和 PLC的工作方式，為音樂噴泉硬件設計做基礎。 S 7 2 0 0P L CC P U 2 2 6D C / D C / D CI 0 . 0I 0 . 1I 0 . 2I 0 . 3I 0 . 4I 0 . 5I 0 . 6I 0 . 7I 1 . 0I 1 . 11 MQ 0 . 2Q 0 . 3Q 0 . 6Q 0 . 7M1 L +2 L +2 MQ 1 . 5Q 1 . 2Q 1 . 1Q 1 . 0K 1K 2開關量信號停 止啟 動K M 1K M 21 水 泵 啟 停 控 制 繼 電 器2 水 泵 啟 停 控 制 繼 電 器1 彩 燈 亮 滅 控 制2 彩 燈 亮 滅 控 制變 頻 器 速 度 1變 頻 器 速 度 2變 頻 器 運 行 A I N +變 頻 器 速 度 3變 頻 器 A I N 第四章 PLC 控制系統軟件設計 23 第 四 章 PLC 控制系統 軟件 設計 音樂噴泉的控制主要 PLC 完成，通過音樂的頻率信號控制 PLC 的輸出，變頻器接受來自經 PLC 的開關量信號，控制變頻器輸出頻率不同的交流電，從而使水泵的噴水狀態(tài)不斷變化，實現了噴泉噴水隨音樂高低呈現不同的形態(tài)。同時 PLC 還控制水泵的啟動停止并控制彩燈，實現彩燈組與音樂節(jié)奏的同步變換 [19]。 PLC 控制流程 PLC 初始化后，首先檢測啟動按鈕是否按下，進而選擇控制電動機的啟動，如果停止按鈕按下則調至電機停止控制程序，停止電機工作。電動機啟動信號作為變頻器啟動的初始條件，如果其中一臺電動機啟動工作即可啟動變頻器。 PLC 對變頻器的控制室根據 — 讀入的開關量數值，控制 — 的輸出，進而達到選擇預置變頻器輸出頻率的目的。變頻器預置了七個不同頻率，分別為： 20Hz、 25Hz、 30Hz、35Hz、 40Hz、 45Hz、 50Hz。通過改變輸出電流的頻率來控制電機的轉速，調節(jié)水柱的高低變換。兩組彩燈與音樂節(jié)奏的強度有關，通過 — 的讀入數值控制彩燈的高低變換，達到 與音樂協同。系統控制流程如圖 41 所示華南理工大學廣州學院本科畢業(yè)設計（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轉速 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，經過 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，如果停止按鈕被按下則程序執(zhí)行電動機停止程序，順序關掉水泵電機。彩燈的控制與啟動按鈕的狀態(tài)無關，程序運行后，彩燈就開始工作。如果 2 臺電動機中的其中一臺工作就可第四章 PLC 控制系統軟件設計 25 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 42 所示 圖 42 變頻器啟動控制 變頻器啟動后，就開始讀取輸入的開關量，對電機進行控制。 變頻器工作流程如圖 43 所示 圖 43 變頻器工作流程 變頻器啟動后，讀入 DIN1— DIN3的數字量信息， 3個數字輸入量控制變頻器的 7種頻率輸出（具體參考“表 44數字輸入與對應頻率”），選擇預先設置的 7種固定頻率。 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啟動變頻器讀取 PL C 輸入參數 I 0 . 0 I 0 .7根據 M 2 .0 M 2 .7的值選擇變頻器輸出頻率輸出預置的頻率控制電機華南理工大學廣州學院本科畢業(yè)設計（論文）說明書 26 后，用來控制變頻器的輸出。以下程序是系統通過 PLC 控制變頻器的具體過程。 圖 44 變頻器 主要控制程序 首先根據 — 的輸入值，控制中間狀態(tài) — 的數值，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，結合 數字輸入與對應頻率選擇表，可知變頻器輸出 20Hz 的交流電控第四章 PLC 控制系統軟件設計 27 制電機轉速。 本章小結 主要介紹了 PLC 軟件控制的內容，并以圖文的方式，對控制程序加以說明，包括PLC 的啟動，電機 的工作狀態(tài)，水泵狀態(tài)，不同音樂條件下的電機狀態(tài)，以及控制變頻器的主要控制程序 [6]。 華南理工大學廣州學院本科畢業(yè)設計（論文）說明書 28 第 五 章 系統調試 PLC 的調試 S200 機有 STOP、 RUN 及 TEMP3 種模式。 STOP 模式可下載程序，但不能運行程序， PLC 沒有輸出。 RUN 模式為運行程序， PLC 產生控制輸出 ,一般不能下載程序，但可設定為允許下載部分程序。 TEMP 模式，是由面板上的控制開關置 TEMP 未知確定的。在此模式下， PLC 處于 RUN 還是 STOP 模式，由編程軟件對其遠程操作進行控制。 面 板上的控制開關置 STOP 位置，則 PLC 處于 STOP 模式。且編程軟件無法用遠程操作使其改變。而面板上的控制開關置 RUN 位置，則 PLC 處于 RUN 模式，但編程軟件可用遠程操作使其改變?yōu)?STOP 模式。改變后還可改為 RUN 模式 [19]。 在將所有設備安裝好的情況下進行實際調試，也就是 PLC 程序的現場調試。 系統整體調試 在系統調試時先將附錄中的系統程序 輸入 PLC 里，然后打軟件監(jiān)控系統的運行情況。 當 PLC 上電后點擊監(jiān)控系統中的開始按鈕，監(jiān)控畫面中的指示燈點亮等待用戶選擇運行模式。如圖 51 所示。 圖 51 點擊開始后指示燈亮監(jiān)控畫面 當指示燈點亮后點擊單周期或者連續(xù)，監(jiān)控畫面中代表 A、 D 兩組噴頭的 A、 D兩長方體填充上藍色， AD 的計時器開始計時，同時紅綠黃藍四盞燈循環(huán)點亮。如圖52 所示。第六章 系統調試 29 圖 52 AD 同時運行監(jiān)控畫面 到 AD 計時器到 6 秒后，監(jiān)控畫面中代表 D 組噴頭的 D 長方體縮回，代表 C 組噴頭的 C 長方體填充上藍色。 AC 計時器開始計時，同時紅綠黃藍四盞燈循環(huán)點亮。如圖 53 所示。 圖 53 AC 同時運行監(jiān)控畫面 當 AC 計時器計時到 7 秒后 A、 C 縮回， B、 D 填充上藍色，計時器 BD 開始計時，紅綠黃藍 四盞燈循環(huán)點亮。如圖 54 所示。 圖 54 BD 同時運行監(jiān)控畫面 當 BD 計時器計時到 10 秒后 D 縮回， A、 C 填充上藍色，計時器 ABC 開始計時，紅綠黃藍四盞燈循環(huán)點亮。如圖 55 所示。華南理工大學廣州學院本科畢業(yè)設計（論文）說明書 30 圖 55 ABC 同時運行監(jiān)控畫面 當 ABC 計時器計時到 5 秒后， A、 B、 C、 D 停止運行，計時器計時 2 秒后如果選擇的是連續(xù)則計數器加 1 后繼續(xù)運行，當計數器計數到 20 次后，報警器報警。如果選擇的是單周期則 ABC 計時器計時到 5 秒后，報警器開始報警。如圖 56 所示。 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。圖中上起依次代表 A 組噴頭的電磁閥， B 組噴頭的電磁閥， C 組噴頭的電磁閥， D 組噴頭的電磁閥，紅色 LED 燈，綠色LED 燈，黃色 LED 燈，藍色 LED 燈，系統開始指示燈，報警器，控制泵的交流接觸器。 將 PLC 置于 STOP 模式，下載 PLC 控制程序到 PLC 中，并根據預先設計的變頻器參數對變頻器進行設置。開啟交流線路總電源和音樂信號控制部分電源，按下 PLC啟動控制開關 K1， PLC 控制啟動水泵 1，開啟音源播放音樂，音樂信號采 集系統上的柱狀顯示器工作，隨音樂節(jié)律的高低顯示不同的高度，經過 10 秒的延時，啟動水泵2。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。 系統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，噴出水柱的高度不斷改變。同時 PLC 隨音樂信號控制彩燈的閃爍。 本章小結 主要介紹了 PLC 的調試和系統整體調試，包括有 S200 在不同模式下區(qū)別和功能，也簡述了音樂噴泉的工作狀態(tài)，和整體工作流程。第六章 系統調試 31 結束語 此 次設計題目是 小型 音樂噴泉控制系統， 從 PLC 控制程序的編寫和變頻器的參數設置。從拿到畢業(yè)設計課題到論文的最后提交，這短短的幾個月，我感覺自己收獲頗多。 畢業(yè)設計的整個過程的完成， 不僅 鞏固了我之前四年學習的內容 ，也提高了 在PLC 程序編寫 ， 功能調試的能力 。 拿到畢業(yè)設計題目后，首先應該先仔細研究題目要求和設計所要實現的功能，確定控制方案， 并查閱一些相關資料，做到 對系統有個總體的理解，無論對系統設計還是調試系統都有很大幫助 ，減少了不必要的工作 ，加快了設計進程 。確定方案后，再對方案簡化分工，分模塊進行設計，最后在對系統 進行調試。 通過對 音樂噴泉控制系統設計要求的 分析， 選擇 S7200 DC/DC/DC 型 PLC 對轉換的音樂數字量信號進行編程處理，完成 MM420 變頻器變速控制和彩燈閃爍 的設計，滿足了 噴泉表演 的要求， 噴泉隨音樂節(jié)律高低實時變化 而做出不同的反應，做到隨音樂而起，給人一種智能的感覺，豐富了噴泉系統。 這 次設計的控制核心采用了 PLC， 因此需要 對 PLC的控制原理 有比較深刻地 認識。由于 PLC 不僅可代替繼電器系統，使硬件軟化，提高系統工作的可靠性以及系統的靈活性，它還具有運算、計數、調節(jié)、通信、聯網等功能， 所以 可以說它是控 制裝置的一個飛躍。它的應用范圍 基本是 介于繼電器控制裝置與過程控制的工業(yè)計算機之間，適用于控制功能要求比較復雜，輸入、輸出點數較多的系統。 通過變頻器來控制水泵，變頻技術是集自動控制、微電子、電力電子、通信等技術于一體的高科技技術。 包括 將工頻交流電的頻率改變，從而改變水泵電機的轉速。變頻器將電力電子器件模塊化，通過良好的屏蔽外部接線，使其具有很高的可靠性。其先進的控制理論思想，使變頻器在電氣傳動系統中應用廣泛。由于這次是第一次接觸變頻器，閱讀查閱了大量相關資料，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設置進行了研究，這也為以后更近一步的學習打下基礎。 此 次設計分為硬件部分和軟件部分，需要 學習相關知識點 ，程序編制 和 參數設置，都要基于硬件， 服務 硬件。這樣就要對系統信號處理過程有一定的了解，做到軟件與硬件良好結合，才能是音樂噴泉系統良好的工作。 這也提高了自己 在硬軟件方面的能力 由于本人的能力有限，該系統中還仍有不足之處， 需 進一步改進。在今后的學習工作 中，我會把在這次設計中應用到的知識更 好地系統 學習，完善自己的知識 面 ，增強自己的綜合能力。華南理工大學廣州學院本科畢業(yè)設計（論文）說明書 32 參考文獻： [1] 陳嬋娟 ..祁廣利 . 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