【導讀】音樂噴泉作為一種人造環(huán)境工程項目，將音樂的美和噴泉有機的結(jié)合在一起，給人以賞心悅目的感受。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)。此論文是制作一個以小型PLC為控制核心，變頻器控制水柱高度，以音頻采。MicroPLC，水泵的控制選用MICROMASTER420變頻器。主要包括控制系統(tǒng)的軟件。系統(tǒng)設(shè)計、硬件系統(tǒng)的設(shè)計以及變頻器參數(shù)設(shè)置。1PLC基礎(chǔ)知識簡介----------------------------------------------------------2. PLC的特點與應(yīng)用--------------------------------------------------------2. PLC的工作原理及工作過程------------------------------------------------3. 變頻器技術(shù)的發(fā)展---------------------------------------------------------5. 變頻器的控制方式------------------------------------------------------6. MM420變頻器的電路結(jié)構(gòu)--------------------------------------------------7. 3系統(tǒng)總體介紹-------------------------------------------------------------10. 音樂噴泉水池設(shè)計-----------------------------------------------------10. 4控制系統(tǒng)的硬件設(shè)計-------------------------------------------------------13. PLC控制系統(tǒng)I/O口的估算------------------------------------------------13. PLC輸入/輸出點分配-----------------------------------------------------15

　　

【正文】 不激活 激活 激活 P1004 FF4 激活 不激活 不激活 P1005 FF5 激活 不激活 激活 P1006 FF6 激活 激活 不激活 P1007 FF7 激活 激活 激活 （ 10） P1002—— P1007 參數(shù)設(shè)置 同 P1001 參數(shù)設(shè)置規(guī)則。 [11] 泰山學院本科畢業(yè) 論文 25 6 控制系統(tǒng) 軟件 設(shè)計 及調(diào)試 音樂噴泉的控制 系統(tǒng) 主要 由 PLC完成， 首先 PLC 的輸出 由 音樂的頻率信號控制 ， 然后 變頻器接受來自 可編程控制器 的開關(guān)量信號， 達到 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 的目的 ，實現(xiàn)噴泉噴水隨音樂高低呈現(xiàn)不同的 狀態(tài) 。同時 PLC還控制水泵的啟動停止并控制彩燈，實現(xiàn)彩燈組與音樂節(jié)奏的同步變換。 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。變頻器啟動的初始條件 為 電動機啟動信號 ， 只要 其中一臺電動機啟動工作即可 使 變頻器 工作 。 PLC 對變頻器的控制 是 根據(jù) — 讀入的開關(guān)量數(shù)值，控制 — 的輸出，進而達到選擇預(yù)置變頻器輸出頻率的目的 。變頻器預(yù)置 的頻率見表 9所示 。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。兩組彩燈與音樂節(jié)奏的強度有關(guān)，通過 — 的讀入數(shù)值控制彩燈的高低變換，達到與音樂協(xié)同。 系統(tǒng)控制流程如圖 11所示 泰山學院本科畢業(yè) 論文 26 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(zhuǎn)速 是否 否否是 圖 11 PLC 控制程序流程圖 泰山學院本科畢業(yè) 論文 27 由流程圖可知， 按下 PLC啟動按鈕， 則 第一臺水泵電機 啟動 ， 延時 10s后檢測停止按鈕的狀態(tài)， 若 停止按鈕 處于原始狀態(tài) ，則第二臺水泵電機 順序啟動 ；若按下 停止按鈕 ， 則程序執(zhí)行電動機停止程序，順序關(guān)掉水泵電機。彩燈的 控制與啟動按鈕的狀態(tài)無關(guān)，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 。 圖 12 變頻器啟動控制 變頻器啟動后，就開始讀取輸入的開關(guān)量，對電 動 機進行控制。 變頻器工作流程如圖 13 所示 。 圖 13 變頻器工作流程 啟動變頻器 讀取 PLC 輸入?yún)?shù) 根據(jù) 的值選擇變頻器輸出頻率 輸出預(yù)置的頻率控制電機 泰山學院本科畢業(yè) 論文 28 變頻器啟動后，讀入 DIN1— DIN3的數(shù)字量信息， 3個數(shù)字輸入量控制變頻器的7種頻率輸出（具體參考“表 7數(shù)字輸入與對應(yīng)頻率”），選擇預(yù)先設(shè)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(shè)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。以下程序 圖 14和圖 15是系統(tǒng)通過 PLC 控制變頻器的具體過程。 圖 14 變頻器工作頻率選擇程序 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 的交流電控制電機轉(zhuǎn)速。 泰山學院本科畢業(yè) 論文 29 圖 15 變頻器工作速度選擇程序 PLC 的調(diào)試 S7200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(chǎn)生控制輸出 ,一般不能下載程序，但可設(shè)定為允許下載部分程序。 TEMP 模式，是由面板上的控制開關(guān)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(guān)置 STOP位置，則 PLC 處于 STOP 模式。且遠程操作 也 不能使其 變化 。而面板上的控制開關(guān)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。 使 PLC 改為 RUN 模式。 在將所有設(shè)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]。 泰山學院本科畢業(yè) 論文 30 系統(tǒng)整體調(diào)試 首先使 PLC 處于 STOP 模式 狀態(tài) ，下載 PLC 控制程序， 與此同時 根據(jù)預(yù)先設(shè) 定的變頻器參數(shù) 設(shè)定 變頻器。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(guān) 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(tǒng)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(jīng)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(guān)。 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。同時 PLC隨音樂信號控制彩燈的閃爍。 泰山學院本科畢業(yè) 論文 31 結(jié) 論 音樂噴泉的設(shè)計 涵蓋 的專業(yè)非常廣泛 , 包括音樂分析、 噴水 、電氣、通訊和自動控制 。所以說音樂噴泉的發(fā)展使人們將科技與精神集于一體的產(chǎn)物 。 本論文是 有關(guān) 音 樂噴泉控制系統(tǒng)的設(shè)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 。 PLC 是一種高可靠性的控制裝置，影響 PLC 控制系統(tǒng)可靠性的主要因素是與 PLC接口的輸入信號元件和輸出執(zhí)行元件，在編程過程中主要是搞清楚各輸入輸出元件的元件號以及它們在系統(tǒng)中的作用，變頻器調(diào)速是一種非常高效的調(diào)速系統(tǒng)，變頻器調(diào)速應(yīng)該注意變頻器的設(shè)置等問題，這些在論文的第 五 章 有非常 詳細 的 紹。 本論文 屬于 應(yīng)用設(shè)計型課題， 本人結(jié)合所學知識，以可編程序控制器為基礎(chǔ)，對音樂噴泉基本流程有 詳細的了解以及對其噴泉控制 系統(tǒng)的自動化控制進行設(shè)計。在整個設(shè)計 過程中， 基于 老師指導、 自我學習、向 同學 學習 ，我深入地了解電氣控制系統(tǒng)各方面的知識，熟練 掌握了 PLC 控制技術(shù)各方 面的理論知識及 應(yīng)用，提高了對電氣控制系統(tǒng)進行設(shè)計的實際 操作 能力，懂得 將 理論知識與實際情況相結(jié)合 的方法 。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。 泰山學院本科畢業(yè) 論文 32 參考文獻 [1] 王兆明 .電氣控制與 PLC 技術(shù) [M].北京：清華大學出版社， [2] 馬丁 .西門子 PLC 常用模塊與工業(yè)系統(tǒng)設(shè)計實 例精講 [M].北京： 電子工業(yè)出版社 ， [3] 廖常初． PLC編程及應(yīng)用 .北京：機械工業(yè)出版社 [M]， 2020， 220235 [4] 何波 .電氣控制及 PLC控制 [M].北京 :中國電力出版社 , [5] 薛曉明 .變頻器技術(shù)與應(yīng)用 [M].北京 :北京理工大學出版社 , [6] 姚錫祿 .變頻器控制技術(shù)入門與應(yīng)用實例 [M].北京： 中國電力出版社 ， [7] 孟曉芳 .西門子系列變頻器及其工程應(yīng)用 [M].北京： 機械工業(yè)出版社 ， [8] 李偉龍 ,張文學 .變頻器技術(shù) 介紹 [J].船電技 術(shù) ， ,30(1) [9] 金儒霖 .人造水景設(shè)計營造與觀賞 [M].北京： 中國建筑工業(yè)出版社 ,2020:13. 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