【導讀】本次設計的目的是制作一個以小型PLC為控制核心，變頻器控制水柱高度，以音頻采集為基礎的小型音樂噴泉控制系統(tǒng)。的S7-200MicroPLC，水泵的控制選用MICROMASTER420變頻器。本文主要分為六個部分，第一部分對PLC的原理進行。PLC的編程；最后介紹了系統(tǒng)調試的相關情況。

　　

【正文】 擇 + ON 命令（ P0701 P0703 = 17）， 使用這種方法最多可以選擇 7 個固定頻率。各個固定頻率的數值根據表 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 數字輸入與對應頻率 （ 10） P1002—— P1007 參數設置參考 P1001 參數 設置規(guī)則。 [11] 北方民族大學學士學位論文 基于 PLC 的音樂噴泉控制系統(tǒng) 軟件設計 25 第 5 章 PLC 控制系統(tǒng)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。 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(xié)同。 系統(tǒng)控制流程如圖 51 所示 北方民族大學學士學位論文 基于 PLC 的音樂噴泉控制系統(tǒng) 軟件設計 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速 是否 否否是 圖 51 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。彩燈的控北方民族大學學士學位論文 基于 PLC 的音樂噴泉控制系統(tǒng) 軟件設計 27 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52 所示 圖 52 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 53 所 示 圖 53 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。 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北方民族大學學士學位論文 基于 PLC 的音樂噴泉控制系統(tǒng) 軟件設計 28 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后，用來控制變頻器的輸出。 以下程序是系統(tǒng)通過 PLC 控制變頻器的具體過程。 北方民族大學學士學位論文 基于 PLC 的音樂噴泉控制系統(tǒng) 軟件設計 29 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的交流電控制電機轉速。 北方民族大學學士學位論文 基于 PLC 的音樂噴泉控制系統(tǒng) 軟件設計 30 第 6 章 系統(tǒng)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。 在將所有設備安裝好，所有連線都接好的情況下進行實際調試，也就是 PLC程序的現場調試 [14]。 系統(tǒng)整體調試 整個 硬件系統(tǒng)實物圖如圖 61 所示。 圖 61 硬件系統(tǒng)實物圖 北方民族大學學士學位論文 基于 PLC 的音樂噴泉控制系統(tǒng) 軟件設計 31 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(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(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，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。音樂噴泉燈光和噴水效果圖如圖 62 所示 圖 62 音樂噴泉燈光和噴水效果圖 北方民族大學學士學位論文 基于 PLC 的音樂噴泉控制系統(tǒng) 軟件設計 32 結 論 此次設計題目是基于 PLC 的音樂噴泉控制系統(tǒng)，我主要負責軟件部分，包括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。這個設計內容需要制作噴泉實物，不僅鍛煉了自己的動手能力，也提高了自身分析問題，設計系統(tǒng)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，并根據系統(tǒng)要求選擇硬件設備，而不能盲目的查閱資料和確定設計方案并結合題目。這樣 可以對系統(tǒng)有個總體的理解，無論對系統(tǒng)設計還是調試系統(tǒng)都有很大幫助 ，減少了不必要的工作。確定方案后，再對方案簡化分工，分模塊進行設計，最后在對系統(tǒng)進行調試。 通過對 音樂噴泉控制系統(tǒng)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 時變化噴射高度和間歇時間，加上彩燈隨音樂的變化， 豐富了 噴泉表演的 效果 。 本次設計的控制核心采用了 PLC，所以必須對 PLC 的控制原理有進一步地認識。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，它還具有運算、計數、調節(jié)、通信、聯網等功能，可以說它是控制裝置的一個飛躍。它的應用范圍大致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(tǒng)。 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。 它 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(tǒng)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有限，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。 這次設計分為硬件部分和軟件部分，就更需要和搭檔良好配合，程序編制以及參數設置，都要 基于 硬件，并服務于硬件。這樣就要對系統(tǒng)信號處理過程有一北方民族大學學士學位論文 基于 PLC 的音樂噴泉控制系統(tǒng) 軟件設計 33 定的了解， 做到軟件與硬件良好結合，才能是音樂噴泉系統(tǒng)良好的工作。 這也提高了自己團隊配合設計的能力。 由于時間和本人的能力有限，該系統(tǒng)中還仍有不足之處，有待進一步改進。在今后的學習中，我會把在這次設計中應用到的知識更加系統(tǒng)的學習，完善自己的知識庫，增強動手設計的能力。 北方民族大學學士學位論文 基于 PLC 的音樂噴泉控制系統(tǒng) 軟件設計 34 致謝 在祝老師的悉心指導下，我完成了 這次畢業(yè)設計，首先對祝老師表示真摯的感謝。 在系統(tǒng)方案確定的過程中，祝老師給予了指導性的意見，使我們明了了 系統(tǒng)設計的方向，在整個系統(tǒng) 設計過程中，祝老師不斷對我 們 得到的結 論進行總結，并提出新的問題，使得我的畢業(yè)設計課題能夠深入地進行下去，也使我接觸到了許多理論和實際上的新問題，使我做了許多有益的思考。在此表示誠摯的感謝和由衷的敬意。 祝老師以其嚴謹求實的治學態(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和大膽創(chuàng)新的進取精神對我產生重要影響。她淵博的知識、開闊的視野和敏銳的思維給了我深深的啟迪 。 祝老師對同學們的畢業(yè)設計盡心盡力，竭盡所能的傳授我們更多的知識與方法。同時，又嚴格要求我們，不放過任何一個錯誤。在指導我們畢業(yè)設計的過程中，也教會了我們很多做人的道理 。 在本文結束之際，讓我對祝老師致以 最崇高的敬意，再次感謝她的照顧與幫助，我將銘記與心 。 另外，感謝在這次設計的搭檔魯沖同學，他具有豐富的設計經驗和良好的動手能力，對此次設計有較大的貢獻，并在設計過程中給予我很多的幫助。此外也感謝給我的課題設計提供過 見解和信息 的其他老師和同學 。 北方民族大學學士學位論文 基于 PLC 的音樂噴泉控制系統(tǒng) 軟件設計 35 參考文獻 ： [1] 陳嬋娟 , 祁廣利 《 PLC 電氣控制技術》 [M] 化學工業(yè)出版社 [2] 馬丁 《 西門子 PLC 常用模塊與工業(yè)系統(tǒng)設計實例精講 》 [M] 電子工業(yè)出版社 [3] 廖常初 《 S7200 PLC 基礎教程 》 [M] 機械工業(yè)出版社 [4] 何波 《 電氣控制及 PLC 控制 》 [M] 中國電力出版社 [5] 薛曉明《 變頻器技術與應用 》 [M] 北京理工大學出版社 [6] 姚錫祿 《 變頻器控制技術入門與應用實例 》 [M] 中國電力出版社 . 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