【導(dǎo)讀】本次設(shè)計(jì)的目的是制作一個(gè)以小型PLC為控制核心，變頻器控制水柱高度，以音頻采集為基礎(chǔ)的小型音樂(lè)噴泉控制系統(tǒng)。S7-200MicroPLC，水泵的控制選用MICROMASTER420變頻器。本文主要分為六個(gè)部分，第一部分對(duì)PLC的原理進(jìn)行。PLC的編程；最后介紹了系統(tǒng)調(diào)試的相關(guān)情況。

　　

【正文】 1－ 6）。只有一位數(shù)字時(shí)，表示只有主設(shè)定值，沒(méi)有附加設(shè)定值。本系統(tǒng)設(shè)置P1000 參數(shù)為“ 3”選擇固定頻率設(shè)定值 （ 9） P1001 參數(shù)為“ 20”，該參數(shù)用來(lái)定義固定頻率 1 的設(shè)定值。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(gè) ON 命令才能使變頻器投入運(yùn)行。 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(gè)數(shù)字輸入選擇一個(gè)固定頻率。如果有幾個(gè)固定 頻率輸入同時(shí)被激活，選定的頻率是它們的總和。 例如： FF1 + FF2 + FF3 27 2． 直接選擇 + ON 命令（ P0701 P0703 = 16） 選擇固定頻率時(shí)，既有選定的固定頻率，又帶有 ON 命令，把它們組合在一起。在這種操作方式下，一個(gè)數(shù)字輸入選擇一個(gè)固定頻率。如果有幾個(gè)固定頻率輸入同時(shí)被激活，選定的頻率是它們的總和。 例如： FF1 + FF2 + FF3 3． 二進(jìn)制編碼的十進(jìn)制數(shù)（ BCD 碼）選擇 + ON 命令（ P0701 P0703 = 17），使用這種方法最多可以選擇 7 個(gè)固定頻率。各個(gè)固定頻率的數(shù)值根據(jù)表 45 所示選擇。 DIN3 DIN2 DIN1 OFF 不激活 不激活 不激活 P1001 FF1 不激活 不激活 激活 P1002 FF2 不激活 激活 不 激活 P1003 FF3 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 表 45 數(shù)字輸入與對(duì)應(yīng)頻率 （ 10） P1002—— P1007 參數(shù)設(shè)置參考 P1001 參數(shù)設(shè)置規(guī)則。 第 5 章 PLC 控制系統(tǒng)設(shè)計(jì) 音樂(lè)噴泉的控制主要 PLC 完成，通過(guò)音樂(lè)的頻率信號(hào)控制 PLC 的輸出，變頻器接受來(lái)自經(jīng) PLC 的開(kāi)關(guān)量信號(hào)，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(shí)現(xiàn)了噴泉噴水隨音樂(lè)高低呈現(xiàn)不同的形態(tài)。同時(shí)PLC 還控制水泵的啟動(dòng)停止并控制彩燈，實(shí)現(xiàn)彩燈組與音樂(lè)節(jié)奏的同步變換。 PLC 控制流程 PLC 初始化后，首先檢測(cè)啟動(dòng)按鈕是否按下，進(jìn)而選擇控制電動(dòng)機(jī)的啟動(dòng)，如果停止按鈕按下則調(diào)至電機(jī)停止控制程序，停止電機(jī)工作。電動(dòng)機(jī)啟動(dòng)信號(hào)作為變頻器啟動(dòng)的初始條件，如果其中一臺(tái)電動(dòng)機(jī)啟動(dòng)工作即可啟動(dòng)變頻器。 PLC 28 對(duì)變頻器的控制室根據(jù) — 讀入的開(kāi)關(guān)量數(shù)值，控制 — 的輸出，進(jìn)而達(dá)到選擇預(yù)置變頻器輸出頻率的目的。變頻器預(yù)置了七個(gè)不同頻率，分別為：20Hz、 25Hz、 30Hz、 35Hz、 40Hz、 45Hz、 50Hz。通過(guò)改變輸出電流的頻率來(lái)控制電機(jī)的轉(zhuǎn)速，調(diào)節(jié)水柱的高低變換。兩組彩燈與音樂(lè)節(jié)奏的強(qiáng)度有關(guān)，通過(guò)— 的讀入數(shù)值控制彩燈的高低變換，達(dá)到與音樂(lè)協(xié)同。系統(tǒng)控制流程如圖 51 所示 29 啟動(dòng)啟動(dòng)按鈕按下啟動(dòng)第一臺(tái)水泵延時(shí) 10 s停止按鈕按下啟動(dòng)第二臺(tái)水泵停止按鈕按下停止第一臺(tái)水泵停止第二臺(tái)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 5— 1 PLC 控制流程圖 如果 PLC 啟動(dòng)按鈕按下，則 PLC 控制啟動(dòng)第一臺(tái)水泵電機(jī)，經(jīng)過(guò) 10s 延時(shí)后檢測(cè)停止按鈕的狀態(tài)，如果停止按鈕沒(méi)有被按下，則順序啟動(dòng)第二臺(tái)水泵電機(jī)，如果停止按鈕被按下則程序執(zhí) 行電動(dòng)機(jī)停止程序，順序關(guān)掉水泵電機(jī)。彩燈的控制與啟動(dòng)按鈕的狀態(tài)無(wú)關(guān)，程序運(yùn)行后，彩燈就開(kāi)始工作。如果 2臺(tái)電動(dòng)機(jī)中的 30 其中一臺(tái)工作就可以啟動(dòng)變頻器，進(jìn)而通過(guò)變頻器控制水泵電機(jī)，控制程序如圖52 所示 圖 52 變頻器啟動(dòng)控制 變頻器啟動(dòng)后，就開(kāi)始讀取輸入的開(kāi)關(guān)量，對(duì)電機(jī)進(jìn)行控制。變頻器工作流程如圖 53 所示 圖 53 變頻器工作流程 變頻器啟動(dòng)后，讀入 DIN1— DIN3的數(shù)字量信息， 3個(gè)數(shù)字輸入量控制變頻器的 7種頻率輸出（具體參考“表 44數(shù)字輸入與對(duì)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(duì)變頻器的控制是軟件設(shè)計(jì)的核心之一，對(duì)讀入的處理后的音頻信號(hào)進(jìn)行分啟動(dòng)變頻器讀取 PL C 輸入?yún)?shù) I 0 . 0 I 0 .7根據(jù) M 2 .0 M 2 .7的值選擇變頻器輸出頻率輸出預(yù)置的頻率控制電機(jī) 31 析后，用來(lái)控制變頻器的輸出。以下程序是系統(tǒng)通過(guò) PLC 控制變頻器的具體過(guò)程。 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”， 32 — 為“ 0”，則 一定均為“ 1”，此時(shí) 的值為“ 1”，則 — 的輸出值為 100，結(jié)合數(shù)字輸入與 對(duì)應(yīng)頻率選擇表，可知變頻器輸出 20Hz的交流電控制電機(jī)轉(zhuǎn)速。 第 6 章 系統(tǒng)調(diào)試 PLC 的調(diào)試 S200 機(jī)有 STOP、 RUN 及 TEMP3 種模式。 STOP 模式可下載程序，但不能運(yùn)行程序， PLC 沒(méi)有輸出。 RUN 模式為運(yùn)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(kāi)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(duì)其遠(yuǎn)程操作進(jìn)行控制。 面板上的控制開(kāi)關(guān)置 STOP 位置，則 PLC 處于 STOP 模式。且編程軟件無(wú)法用 遠(yuǎn)程操作使其改變。而面板上的控制開(kāi)關(guān)置 RUN 位置，則 PLC 處于 RUN模式，但編程軟件可用遠(yuǎn)程操作使其改變?yōu)?STOP 模式。改變后還可改為 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(jìn)行實(shí)際調(diào)試，也就是 PLC程序的現(xiàn)場(chǎng)調(diào)試。 系統(tǒng)整體調(diào)試 將 PLC 置于 STOP 模式，下載 PLC 控制程序到 PLC 中，并根據(jù)預(yù)先設(shè)計(jì)的變頻器參數(shù)對(duì)變頻器進(jìn)行設(shè)置。開(kāi)啟交流線路總電源和音樂(lè)信號(hào)控制部分電源，按下PLC 啟動(dòng)控制開(kāi)關(guān) K1， PLC 控制啟動(dòng)水泵 1，開(kāi)啟音源播放音樂(lè)，音樂(lè)信號(hào)采集系統(tǒng)上的柱狀顯示器工作，隨音樂(lè) 節(jié)律的高低顯示不同的高度，經(jīng)過(guò) 10 秒的延時(shí)，啟動(dòng)水泵 2。此后， 2 號(hào)水泵跟 1 號(hào)水泵一起工作，直至按下停止控制開(kāi)關(guān)。 33 結(jié) 論 此次設(shè)計(jì)題目是基于 PLC 的音樂(lè)噴泉控制系統(tǒng)，我主要負(fù)責(zé)軟件部分，包括PLC 控制程序的編寫(xiě)和變頻器的參數(shù)設(shè)置。從拿到畢業(yè)設(shè)計(jì)課題到論文的最后提交，這短短的幾個(gè)月，我感覺(jué)自己收獲頗多。這個(gè)設(shè)計(jì)內(nèi)容需要制作噴泉實(shí)物，不僅鍛煉了自己的動(dòng)手能力，也提高了自身分析問(wèn)題，設(shè)計(jì)系統(tǒng)的能力。 拿到畢業(yè)設(shè)計(jì)題目后，首先應(yīng)該先仔細(xì)研究題目要求和設(shè)計(jì)所要實(shí)現(xiàn)的功能，確定控制方案，并根據(jù)系統(tǒng)要求選擇硬件設(shè)備，而不 能盲目的查閱資料和確定設(shè)計(jì)方案并結(jié)合題目。這樣可以對(duì)系統(tǒng)有個(gè)總體的理解，無(wú)論對(duì)系統(tǒng)設(shè)計(jì)還是調(diào)試系統(tǒng)都有很大幫助，減少了不必要的工作。確定方案后，再對(duì)方案簡(jiǎn)化分工，分模塊進(jìn)行設(shè)計(jì)，最后在對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行調(diào)試。 通過(guò)對(duì) 音樂(lè)噴泉控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)要求的 分析， 選擇 S7200 DC/DC/DC 型 PLC對(duì)轉(zhuǎn)換的音樂(lè)數(shù)字量信號(hào)進(jìn)行編程處理，完成 MM420 變頻器變速控制和彩燈閃爍的設(shè)計(jì)，滿(mǎn)足了 噴泉表演 的要求， 噴泉隨音樂(lè)節(jié)律高低實(shí)時(shí)變化噴射高度和間歇時(shí)間，加上彩燈隨音樂(lè)的變化， 豐富了 噴泉表演的 效果 。 本次設(shè)計(jì)的控制核心采用了 PLC，所 以必須對(duì) PLC 的控制原理有進(jìn)一步地認(rèn)識(shí)。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(jì)數(shù)、調(diào)節(jié)、通信、聯(lián)網(wǎng)等功能，可以說(shuō)它是控制裝置的一個(gè)飛躍。它的應(yīng)用范圍大致介于繼電器控制裝置與過(guò)程控制的工業(yè)計(jì)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)。 通過(guò)變頻器來(lái)控制水泵，變頻技術(shù)是集自動(dòng)控制、微電子、電力電子、通信等技術(shù)于一體的高科技技術(shù)。它將工頻交流電的頻率改變，從而改變水泵電機(jī)的轉(zhuǎn)速。變頻器將電力電子器件模塊化，通過(guò)良好的屏蔽外部接線，使其 具有很高的可靠性。其先進(jìn)的控制理論思想，使變頻器在電氣傳動(dòng)系統(tǒng)中應(yīng)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(guān)資料，但是由于自身知識(shí)水平有限，不能完全深刻的理解變頻器的控制原理，只對(duì)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)。 這次設(shè)計(jì)分為硬件部分和軟件部分，就更需要和搭檔良好配合，程序編制以及參數(shù)設(shè)置，都要基于硬件，并服務(wù)于硬件。這樣就要對(duì)系統(tǒng)信號(hào)處理過(guò)程有一 34 定的了解，做到軟件與硬件良好結(jié)合，才能是音樂(lè)噴泉系統(tǒng)良好的工作。這也提高了自己團(tuán)隊(duì)配合設(shè)計(jì)的能力。 由于時(shí)間和本人 的能力有限，該系統(tǒng)中還仍有不足之處，有待進(jìn)一步改進(jìn)。在今后的學(xué)習(xí)中，我會(huì)把在這次設(shè)計(jì)中應(yīng)用到的知識(shí)更加系統(tǒng)的學(xué)習(xí)，完善自己的知識(shí)庫(kù)，增強(qiáng)動(dòng)手設(shè)計(jì)的能力。 35 致謝 在祝老師的悉心指導(dǎo)下，我完成了這次畢業(yè)設(shè)計(jì)，首先對(duì)祝老師表示真摯的感謝。 在系統(tǒng)方案確定的過(guò)程中，祝老師給予了指導(dǎo)性的意見(jiàn)，使我們明了了系統(tǒng)設(shè)計(jì)的方向，在整個(gè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)過(guò)程中，祝老師不斷對(duì)我們得到的結(jié)論進(jìn)行總結(jié)，并提出新的問(wèn)題，使得我的畢業(yè)設(shè)計(jì)課題能夠深入地進(jìn)行下去，也使我接觸到了許多理論和實(shí)際上的新問(wèn)題，使我做了許多有益的思考。 在此表示誠(chéng)摯的感謝和由衷的敬意。 祝老師以其嚴(yán)謹(jǐn)求實(shí)的治學(xué)態(tài)度、高度的敬業(yè)精神、兢兢業(yè)業(yè)、孜孜以求的工作作風(fēng)和大膽創(chuàng)新的進(jìn)取精神對(duì)我產(chǎn)生重要影響。她淵博的知識(shí)、開(kāi)闊的視野和敏銳的思維給了我深深的啟迪。祝老師對(duì)同學(xué)們的畢業(yè)設(shè)計(jì)盡心盡力，竭盡所能的傳授我們更多的知識(shí)與方法。同時(shí)，又嚴(yán)格要求我們，不放過(guò)任何一個(gè)錯(cuò)誤。在指導(dǎo)我們畢業(yè)設(shè)計(jì)的過(guò)程中，也教會(huì)了我們很多做人的道理。在本文結(jié)束之際，讓我對(duì)祝老師致以最崇高的敬意，再次感謝她的照顧與幫助，我將銘記與心。 36 參考文獻(xiàn) ： [1] 陳嬋娟 , 祁廣利 《 PLC 電氣控制技術(shù)》 [M] 化學(xué)工業(yè)出版社 [2] 馬丁 《西門(mén)子 PLC 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