【正文】 另外，感謝在這次設(shè)計(jì)的搭檔魯沖同學(xué)，他具有豐富的設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)和良好的動手能力，對此次設(shè)計(jì)有較大的貢獻(xiàn)，并在設(shè)計(jì)過程中給予我很多的幫助。 祝老師對同學(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與方法。 在系統(tǒng)方案確定的過程中，祝老師給予了指導(dǎo)性的意見，使我們明了了 系統(tǒng)設(shè)計(jì)的方向，在整個系統(tǒng) 設(shè)計(jì)過程中，祝老師不斷對我 們 得到的結(jié) 論進(jìn)行總結(jié)，并提出新的問題，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)際上的新問題，使我做了許多有益的思考。 這也提高了自己團(tuán)隊(duì)配合設(shè)計(jì)的能力。其先進(jìn)的控制理論思想，使變頻器在電氣傳動系統(tǒng)中應(yīng)用廣泛。它的應(yīng)用范圍大致介于繼電器控制裝置與過程控制的工業(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)。確定方案后，再對方案簡化分工，分模塊進(jìn)行設(shè)計(jì)，最后在對系統(tǒng)進(jìn)行調(diào)試。從拿到畢業(yè)設(shè)計(jì)課題到論文的最后提交，這短短的幾個月，我感覺自己收獲頗多。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)。 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)場調(diào)試 [14]。 面板上的控制開關(guān)置 STOP 位置，則 PLC 處于 STOP 模式。 STOP 模式可下載程序，但不能運(yùn)行程序， PLC 沒有輸出。 啟動變頻器讀取 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)北方民族大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 基于 PLC 的音樂噴泉控制系統(tǒng) 軟件設(shè)計(jì) 28 主要 控制 程序 對變頻器的控制是軟件設(shè)計(jì)的核心之一，對讀入的處理后的音頻信號進(jìn)行分析后，用來控制變頻器的輸出。 系統(tǒng)控制流程如圖 51 所示 北方民族大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 基于 PLC 的音樂噴泉控制系統(tǒng) 軟件設(shè)計(jì) 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(jī)轉(zhuǎn)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(jī)，經(jīng)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(jī)，如果停止按鈕被按下則程序執(zhí)行電動機(jī)停止程序，順序關(guān)掉水泵電機(jī)。 PLC對變頻器的控制室根據(jù) — 讀入的開關(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。 [11] 北方民族大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 基于 PLC 的音樂噴泉控制系統(tǒng) 軟件設(shè)計(jì) 25 第 5 章 PLC 控制系統(tǒng)設(shè)計(jì) 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(jīng) PLC 的開關(guān)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(shí)現(xiàn)了噴泉噴水隨音樂高低呈現(xiàn)不同的形態(tài)。如果有幾個固定頻率輸入同時被激活，選定的頻率是它們的總和。 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，一個數(shù)字輸入選擇一個固定頻率。在下面給出的可供選擇的設(shè)定值表中，主設(shè)定值由最低一位數(shù)字（個 位數(shù)）來選擇（即 0 到 6），而附加設(shè)定值由最高一位數(shù)字（十位數(shù)）來選擇（ 即 x0 到 x6，其中，x=1－ 6）。 （ 7） P0704 參數(shù)為“ 1” ，用來 選擇 數(shù)字輸入 4 的功能。 （ 6） P0703 參數(shù)為“ 17” ， 用來選擇數(shù)字輸入 3 的功能。 可能的設(shè)定值 ： 0 禁止數(shù)字輸入 1 ON/OFF1（接通正轉(zhuǎn) / 停車命令 1） 2 ON reverse /OFF1（接通反轉(zhuǎn) / 停車命令 1） 北方民族大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 基于 PLC 的音樂噴泉控制系統(tǒng) 軟件設(shè)計(jì) 22 3 OFF2（停車命令 2） 按慣性自由停車 4 OFF3（停車命令 3） 按斜坡函數(shù)曲線快速降速停車 9 故障確認(rèn) 10 正向點(diǎn)動 11 反向點(diǎn)動 12 反轉(zhuǎn) 13 MOP（電動電位計(jì)）升速 （增加頻率） 14 MOP 降速（減少頻率） 15 固定頻率設(shè)定值（直接選擇） 16 固定頻率設(shè)定值（直接選擇 + ON 命令） 17 固定頻率設(shè)定值（二進(jìn)制編碼的十進(jìn)制數(shù)（ BCD 碼）選擇 + ON 命令） 21 機(jī)旁 /遠(yuǎn)程控制 25 直流注入制動 29 由外部信號觸發(fā)跳閘 33 禁止附加頻率設(shè)定值 99 使能 BICO 參數(shù)化 （ 5） P0702 參數(shù)為“ 17” ， 用來選擇數(shù)字輸入 2 的功能。例如：把它的設(shè)定值由 1 改為 2 時，所有的數(shù)字輸入都將復(fù)位為缺省的設(shè)置值。 3 專家級：只供專家使用。每組功能中出現(xiàn)的參數(shù)號取決于 P0003 中設(shè)定的訪問級。變頻器設(shè)置水泵正轉(zhuǎn)啟動。⑤變頻器控制方式 。 表 42 改變過濾功能參數(shù) P0004[13] 北方民族大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 基于 PLC 的音樂噴泉控制系統(tǒng) 軟件設(shè)計(jì) 19 表 43 修改選擇命令 /設(shè)定值源下標(biāo)參數(shù) P0179[13] 變頻器參數(shù)設(shè)置 一般涉及到的參數(shù)有：①電機(jī)參數(shù)，可參考電機(jī)銘牌，如電機(jī)額定的電壓、功率、電流、轉(zhuǎn)速等。 訪問參數(shù) 按此鍵即可訪問參數(shù)。 5. 由 P0005 選定的數(shù)值（如果 P0005 選擇顯示上述參數(shù)中的任何一個（ 3， 4，或 5），這里將不再顯示）。釋放此鍵時，變頻器停車。 改變電動機(jī) 的轉(zhuǎn)動方向 按此鍵可以改變電動機(jī)的轉(zhuǎn)動方向。為了使此鍵的操作有效，應(yīng)設(shè)定 P0700 = 1。 BOP 具有 5 位數(shù)字的7 段現(xiàn)實(shí)，用于顯示參數(shù)的序號和數(shù)值 、報(bào)警和故障信息以及該參數(shù)的設(shè)定值和實(shí)際值， BOP 不能存儲參數(shù)的信息。 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(guān)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(yùn) 行 A I N +變 頻 器 速 度 3變 頻 器 A I N 圖 34 PLC 控制端子連接圖 北方民族大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 基于 PLC 的音樂噴泉控制系統(tǒng) 軟件設(shè)計(jì) 17 第 4 章 變頻器 控制參數(shù) 設(shè)計(jì) 根據(jù)播放的音樂來控 制水柱，達(dá)到 水柱 與音樂同步的效果，而水柱是由水泵來控制的， 水泵是由異步電動 機(jī)組成的， 異步電動機(jī)的轉(zhuǎn)速如果通入工頻電源，轉(zhuǎn)速是不變化的，變頻器是專門針對電機(jī)調(diào)速的裝置?？刂葡到y(tǒng) PLC 的輸入 /輸出點(diǎn)分配如表 32 和表 33。 S7200 PLC 有 5 種 CPU 模塊。 變頻器控制接線圖 硬件連接圖如圖 31 所示， PLC 的輸出口 連接到 MM420 變頻器的 AIN+端子上，用來控制變頻器的起停。其中 PLC 及 變頻控制電路為設(shè)計(jì)重點(diǎn)。兩組彩燈分兩圈，分別安裝在外圈和中圈噴頭下，工作是成交替閃爍。同時通過 PLC 控制彩燈，實(shí)現(xiàn)彩燈組與音樂節(jié)奏的同步變換。 端子 8 和 9 是 24V 直流電源端，為變頻器的控制電路提供 24V 直流電源 [12]。 端子 2 是為用戶提供的 10V 直流電源。 在主電路中，由電源輸入單相或三相恒壓恒頻的交流電，經(jīng)整流電路轉(zhuǎn)換成恒定的直流電，供給逆變電路。 MICROMASTER420 具有缺省的工廠設(shè)置參數(shù)，它是 數(shù)量眾多的簡單的電動機(jī)控制系統(tǒng)供電的理想變頻驅(qū)動裝置。 該變頻器由微處理器控制，并采用具有現(xiàn)代先進(jìn)技術(shù)水平的絕緣柵雙極型晶北方民族大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 基于 PLC 的音樂噴泉控制系統(tǒng) 軟件設(shè)計(jì) 11 體管（ IGBT）作為功率輸出器件。 ⑶ 矢量控制： 矢量控制的基本思想是認(rèn)為異步電動機(jī)和直流電動機(jī)具有相同的轉(zhuǎn)矩產(chǎn)生機(jī)理，即電動機(jī)的轉(zhuǎn)矩為磁場和與其相垂直的電流的積，而異步電動機(jī)的定子電流則可以分為產(chǎn)生磁場的電流分量（磁場電流）和產(chǎn)生轉(zhuǎn)矩的電流分量（轉(zhuǎn)矩電流）。 因?yàn)樵诓捎棉D(zhuǎn)差頻率控制方式時需要檢測電動機(jī)的實(shí)際轉(zhuǎn)速，所以需要在異步電動機(jī)軸上安裝速度傳感器。 ⑵ 轉(zhuǎn)差頻率控制： 轉(zhuǎn)差頻率控制需要檢出電動機(jī)的轉(zhuǎn)速，構(gòu)成速度閉環(huán)，速度調(diào)節(jié)器的輸出為轉(zhuǎn)差頻率，然后以電動機(jī)轉(zhuǎn)速與轉(zhuǎn)差頻率之和作 為變頻器的給定輸出頻率。因此，為了得到理想的轉(zhuǎn)矩速度特性，在改變電源頻率進(jìn)行調(diào)速的同時，必須采取必要的措施來保證電動機(jī)的氣隙磁通處于高效狀態(tài)（即保持磁通不變）。 (1) fU/ 控制 對于異步電動機(jī)，只要改變其供電電源的頻率，即可以改變電動機(jī)的轉(zhuǎn)速，達(dá)到進(jìn)行調(diào)速運(yùn)轉(zhuǎn)的目的。 使轉(zhuǎn)數(shù)在一定的范圍內(nèi)可調(diào) ， 一般分為整流電路、平波電路、控制電路、逆變電路等幾大部分。 由上式可知，異步電動機(jī)的轉(zhuǎn)速 n 與頻率 f 成正比，只要改變頻率 f 即可改變電動機(jī)的轉(zhuǎn)速，當(dāng)頻率 f 在 0～ 50 Hz 的范圍內(nèi)變化時，電動機(jī)轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)范圍非常寬。 [7] 變頻器的工作原理以及控制方式 變頻器的工作原理 變頻器的主要任務(wù)是把工頻電源變換為另一頻率的交流電，以滿足交流電動機(jī)的變頻調(diào)速的需要。 （ 2） 按輸出電壓調(diào)節(jié)方式分類： ① PAM 方式； ② PWM 方式； ③ 高載波變頻率的 PWM 方式。因此，變頻器作為系統(tǒng)的重要功率變換部件，提供可控的高性能變壓變頻交流電源，必然會伴著系統(tǒng)技術(shù)發(fā)展而發(fā)展。變頻技術(shù)是集自動控制、微電子、電力電子、通信等技術(shù)于一體的高科技技術(shù)。 PLC的掃描工作過程可分為如下三個部分：上電處理；掃描過程；故障處理 [4]。 PLC 的用戶程序由 若干條指令組成，依次存放在程序存儲器中。PLC 按照用戶程序規(guī)定的邏輯關(guān)系，對輸入信號和輸出信號的狀態(tài)進(jìn)行檢測、判斷、運(yùn)算和處理，得到相應(yīng)的輸出。但是，在時間上， PLC 執(zhí)行的任務(wù)是按串行方式進(jìn)行的，其具體的運(yùn)行方式與繼電器 接觸器控制系統(tǒng)及計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)都有著一定的差異與不同。 PLC 的主要應(yīng)用領(lǐng)域包括以下幾個方面，開關(guān)邏輯和順序控制；模擬控制；定時控制；數(shù)據(jù)處理；信號連鎖系統(tǒng)；通信 [3]。其特點(diǎn)主要表現(xiàn)在以下幾個方面。 隨著 PLC 迅速發(fā)展，功能越來越強(qiáng)大，應(yīng)用范圍也越來越廣泛，形成了能夠滿足各種需要的 PLC 應(yīng)用系統(tǒng)， PLC 的發(fā)展逐漸體現(xiàn)出來以下趨勢： 1. 向小型化、微型化和、 多功能化兩個方向發(fā)展； 2. 過程控制功能不斷增強(qiáng)； 3. 大力開發(fā)智能 I/O 模塊； 4. 與個人計(jì)算機(jī)日益緊密結(jié)合； 5. 編程語言趨向標(biāo)準(zhǔn)化； 6. 通訊與聯(lián)網(wǎng)能力不斷增強(qiáng) [1] 。 現(xiàn)在廣泛應(yīng)用在機(jī)電控制、電氣控制、數(shù)據(jù)采集、網(wǎng)絡(luò)通信運(yùn)輸?shù)榷鄠€領(lǐng)域?？删幊炭刂破骱喕丝刂凭€路，提高了工作的速度和可 靠性以及系統(tǒng)操作的靈活性，也提升了噴泉工程的智能化性能。 （ 5） 體積小，重量輕，能耗低 。 可編程控制器之所以越來越受到控制界人士的重視，是由于它具有 以下 特點(diǎn)：（ 1） 可靠性高，抗干擾能力強(qiáng) 。 PLC 是一種新型的通用自動控制裝置，它將傳統(tǒng)的繼電器 —— 接觸器控制技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)和通信技術(shù)融為一體，專門為工業(yè)控制 而設(shè)計(jì)，特別是目前在現(xiàn)場總線和工業(yè)控制網(wǎng)絡(luò)方面的發(fā)展為自動化領(lǐng)域開辟了嶄新的空間。 以 PLC 與變頻器為控制核心的音樂噴泉控制系統(tǒng)，將來自媒體設(shè)備的音頻信號通過音頻采集系統(tǒng)的識別，進(jìn)行譯碼和編碼后轉(zhuǎn)換成控制信號，最終將信號輸出到控制系統(tǒng)，使得所設(shè)計(jì)的音樂噴泉水形 的變化能夠伴隨音樂，燈光的閃爍跟隨音樂的節(jié)奏，實(shí)現(xiàn)了水形跟隨音樂的旋律變化，燈光跟隨預(yù)定程序變化，形成了聲、光、水、色交融的美景，燈光、音響、水景統(tǒng)一的立體效果。 目前音樂噴泉最常采用的