【正文】 技術(shù)的結(jié)合正是歷史發(fā)展的必然。 控制系統(tǒng)的I/O地址分配PLC控制系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)的關(guān)鍵部分是設(shè)計(jì)PLC的外部電路，即畫(huà)出PLC的外部硬件連線(xiàn)圖。（4）穩(wěn)定時(shí)間：電壓100us，電流2ms。 電流：0～20mA。第三種：EM235，模擬量混合輸入/輸出（AI/AO）模板（1）模擬量輸入4路，模擬量輸出1路。（2）數(shù)據(jù)字格式：電壓32000～+32000，電流0～+32000。（3）最大輸入電壓30VDC，最大輸入電流32mA。 電流：0～20mA。經(jīng)數(shù)據(jù)線(xiàn)驅(qū)動(dòng)的輸出數(shù)據(jù)也可以不經(jīng)中間寄存器而直接進(jìn)入總線(xiàn)驅(qū)動(dòng)，供CPU立即讀取。轉(zhuǎn)換后的數(shù)據(jù)經(jīng)光電隔離，再經(jīng)數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)器，送入中間寄存器。轉(zhuǎn)換時(shí)間一般為10~100us，A/D轉(zhuǎn)換器是在控制的控制下，完成啟動(dòng)A/D轉(zhuǎn)換，讀取轉(zhuǎn)換結(jié)果等工作過(guò)程。通常生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)可能有多路模擬信號(hào)需要采集，各模擬量的類(lèi)型和參數(shù)都可能不同，這就需要在進(jìn)入模板前，對(duì)模擬量信號(hào)進(jìn)行轉(zhuǎn)換和預(yù)處理，把它們變換成輸入模板能統(tǒng)一處理的電信號(hào)，經(jīng)多路轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)進(jìn)行多中選一，再將已選中的那路信號(hào)進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換，轉(zhuǎn)換結(jié)束進(jìn)行必要處理后，送入數(shù)據(jù)總線(xiàn)供CPU存取，或存入中間寄存器備用。在上述章節(jié)中介紹了PLC主控制器的選擇，下面將詳細(xì)介紹音樂(lè)噴泉控制系統(tǒng)A/D轉(zhuǎn)換器模塊的選擇。 模擬量擴(kuò)展單元摸板選擇 對(duì)與整個(gè)音樂(lè)噴泉PLC控制系統(tǒng)來(lái)說(shuō)，硬件的組成及選擇都是關(guān)系到設(shè)計(jì)是否合理的一個(gè)重要依據(jù)。EM223，數(shù)字量混合輸入/輸出（DI/DO）擴(kuò)展模塊，有6種輸出類(lèi)型：DC24V輸入4點(diǎn)/輸出4點(diǎn)；DC24V輸入4點(diǎn)/繼電器輸出4點(diǎn)；DC24V輸入點(diǎn)/輸出點(diǎn)；DC24V輸入8點(diǎn)/繼電器輸出8點(diǎn)；DC24V輸入16點(diǎn)/輸出16點(diǎn)；DC24V輸入16點(diǎn)/繼電器輸出16點(diǎn)。EM221，數(shù)字量輸入（DI）擴(kuò)展模塊，具有8點(diǎn)DC輸入，光電耦合器隔離。 PLC數(shù)字量擴(kuò)展模板的選擇本系統(tǒng)設(shè)計(jì)采用的是西門(mén)子S7200型CPU226的PLC，它有24輸入/16輸出共40個(gè)數(shù)字量I/O點(diǎn)，由于該系統(tǒng)輸出點(diǎn)數(shù)需要24點(diǎn)，所以采用數(shù)字量擴(kuò)展模塊。另外，由于在S7200 系列中，輸出信號(hào)有兩種類(lèi)型：繼電器輸出型和DC輸出（晶體管輸出）型，而在此系統(tǒng)當(dāng)中只有直流電壓信號(hào)輸出，沒(méi)有交流電壓輸出，所以選擇了晶體管輸出型PLC。S7200系列的強(qiáng)大功能使其無(wú)論在獨(dú)立運(yùn)行中，或相連成網(wǎng)絡(luò)皆能實(shí)現(xiàn)復(fù)雜的控制功能，尤其在集散自動(dòng)化系統(tǒng)中更能充分發(fā)揮其強(qiáng)大的功能。S7200PLC的硬件系統(tǒng)配置S7200有兩種系統(tǒng)配置方式，一種是在面板上進(jìn)行配置，另一種是在DIN導(dǎo)軌上進(jìn)行配置。（2）擴(kuò)展模塊由于CPU模塊本身的I/O點(diǎn)非常有限、而且無(wú)模擬量I/O點(diǎn)，所以有時(shí)需要數(shù)字量I/O模塊、模擬量I/O模塊等一些特殊功能模塊。（1）CPU模塊該模塊主要包括CPU、電源和I/O點(diǎn)3部分。SIMATIC S7200 系列 PLC其主要特點(diǎn)是：它有豐富的指令、內(nèi)置集成功能、擴(kuò)展模塊；具有實(shí)時(shí)特性；強(qiáng)勁的通訊能力；可靠性好，適應(yīng)性強(qiáng)以及性能價(jià)格比高。 PLC類(lèi)型的選擇在眾多的PLC種類(lèi)當(dāng)中，有松下FP1系列PLC、西門(mén)子S7200，s7300系列PLC、華光SU6B系列PLC、三菱FX2N系列PLC等產(chǎn)品。 系統(tǒng)數(shù)字量輸出所需各元器件功能及所占PLC點(diǎn)數(shù)項(xiàng)目名稱(chēng)輸入點(diǎn)數(shù)備 注總點(diǎn)數(shù)啟動(dòng)變頻器開(kāi)關(guān)量5控制變頻器運(yùn)行輸出總點(diǎn)數(shù)：24變頻器速度開(kāi)關(guān)量12選擇變頻器頻率水下等光控制輸出7水下燈光的控制 PLC的選型由以上對(duì)音樂(lè)噴泉PLC控制系統(tǒng)的組成、工作過(guò)程、I/O點(diǎn)的估算等分析可知，系統(tǒng)中實(shí)際需要數(shù)字量輸入點(diǎn)2點(diǎn),模擬量輸入模塊1個(gè)，數(shù)字量輸出點(diǎn)24點(diǎn)，輸出擴(kuò)展模塊1個(gè)。 系統(tǒng)數(shù)字量輸入所需各元器件功能及所占PLC點(diǎn)數(shù)項(xiàng)目名稱(chēng)輸入點(diǎn)數(shù)備 注總點(diǎn)數(shù)啟動(dòng)按鈕1噴泉控制系統(tǒng)啟動(dòng)輸入點(diǎn)數(shù)：2停止按鈕1噴泉控制系統(tǒng)停止系統(tǒng)模擬量輸入所需點(diǎn)數(shù)估算為了將音頻信號(hào)轉(zhuǎn)化成PLC能識(shí)別的數(shù)字量信號(hào)，這里需采用一個(gè)模擬量/數(shù)字量轉(zhuǎn)換模塊，所以模擬量輸入點(diǎn)為1個(gè)。在對(duì)系統(tǒng)的控制要求進(jìn)行分析后，可以大概確定系統(tǒng)的輸入輸出點(diǎn)數(shù)。在估算了PLC的輸入輸出點(diǎn)、內(nèi)部輔助繼電器、定時(shí)器、計(jì)數(shù)器之后，就可以對(duì)PLC進(jìn)行選型，并進(jìn)一步進(jìn)行輸入/輸出量的確定。在確定控制系統(tǒng)各環(huán)節(jié)的相互關(guān)系之后，就可以進(jìn)行分配輸入輸出設(shè)備。因?yàn)橛辛怂魳?lè)已不再僅是背景音樂(lè)，音樂(lè)已用來(lái)控制整個(gè)噴池噴頭的動(dòng)作與否，因而已達(dá)到了音樂(lè)噴泉的最基本要求。而與潛水泵的速度成線(xiàn)性關(guān)系,閥門(mén)噴出的水流量高度與潛水泵的旋轉(zhuǎn)速度變化成比例,潛水泵的旋轉(zhuǎn)速度又與給變頻器所設(shè)定的頻率以及頻率變化速度成比例。在此控制系統(tǒng)中，利用A/D模塊對(duì)音樂(lè)信號(hào)的采樣，根據(jù)控制精度的需要,人耳的聽(tīng)覺(jué),音樂(lè)信號(hào)的特點(diǎn)。通過(guò)PLC對(duì)外部音頻信號(hào)的采樣、轉(zhuǎn)換來(lái)控制變頻器和故態(tài)繼電器的動(dòng)作，從而達(dá)到控制系統(tǒng)的要求，并能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)音樂(lè)和噴泉的實(shí)時(shí)的完美結(jié)合。 第3章 系統(tǒng)硬件部分本章主要介紹廣場(chǎng)音樂(lè)噴泉控制系統(tǒng)的基本組成部分、控制過(guò)程、各部分元器件的工作原理、PLC控制系統(tǒng)I/O點(diǎn)數(shù)的估算、元器件參數(shù)選擇、PLC外部硬件接線(xiàn)圖以及控制系統(tǒng)主電路圖等內(nèi)容。本文就是基于以上所介紹的PLC的諸多優(yōu)點(diǎn)而設(shè)計(jì)的。從與其它噴泉控制系統(tǒng)對(duì)比中可以看出，本次設(shè)計(jì)的控制系統(tǒng)中主要控制器必須滿(mǎn)足系統(tǒng)的可行性、可靠性、可擴(kuò)展性、可維護(hù)性等要求。（4）系統(tǒng)可維護(hù)性分析：系統(tǒng)采用先進(jìn)控制方式，大大降低了工程成本，并由于系統(tǒng)組態(tài)及結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，這使得可維護(hù)性增強(qiáng)。（2）系統(tǒng)可靠性分析：系統(tǒng)主要靠PLC內(nèi)部程序運(yùn)行，從而達(dá)到實(shí)時(shí)性、準(zhǔn)確性得到很大改善，使系統(tǒng)可靠性得到了進(jìn)一步的保證。因此，在此次音樂(lè)噴泉控制系統(tǒng)中選用了PLC作為控制器的方案。通過(guò)對(duì)上述方案分析可知，該系統(tǒng)從理論上講，可以采用的控制器有：繼電器接觸器控制；單片機(jī)控制；PLC控制等三種控制器。PLC的主要功能是對(duì)音樂(lè)信號(hào)進(jìn)行處理，再將處理后的信號(hào)傳輸?shù)较乱患?jí)控制設(shè)備，這樣就可以控制所需的水型及燈光按照音樂(lè)的節(jié)奏高低起伏和動(dòng)感變化，使音樂(lè)噴泉真正達(dá)到了水上芭蕾的藝術(shù)效果。一旦安裝后，其作用立即顯現(xiàn)，其收益也馬上實(shí)現(xiàn)，像其他智能設(shè)備一樣,PLC的潛在優(yōu)點(diǎn)還取決于應(yīng)用時(shí)的創(chuàng)造性。由于幾乎所有器件都是固態(tài)的，維護(hù)時(shí)只需更換模塊級(jí)插入式部件，故障檢測(cè)電路將診斷指示器嵌在每一部件中，就能指示是否正常工作，借助于編程設(shè)備可見(jiàn)輸入/輸出是ON還是OFF，還可寫(xiě)編程指令來(lái)報(bào)告故障。長(zhǎng)距離站通過(guò)同軸電纜獲雙扭線(xiàn)連向CPU，這種配置大大減少了物料和勞力，長(zhǎng)距離子系統(tǒng)方法也意味著系統(tǒng)不同部分可在到達(dá)安裝場(chǎng)地前由PLC制造商預(yù)先連好線(xiàn)，這一方法大大減少了電氣技術(shù)人員的現(xiàn)場(chǎng)安裝時(shí)間。易于安裝，便于維護(hù)PLC安裝簡(jiǎn)單而且功能強(qiáng)大，其相對(duì)小的體積使之能安裝在通常繼電器控制箱所需空間的一半的地方，在從繼電器系統(tǒng)改換到PLC系統(tǒng)的情況下，PLC小的模塊結(jié)構(gòu)使之能安裝在繼電器附近，并將連向已有接線(xiàn)端，其改換很方便，只要將輸入/輸出設(shè)備連向接線(xiàn)端即可。網(wǎng)絡(luò)可分為兩類(lèi)：一類(lèi)是低速網(wǎng)絡(luò)，采用主從方式通信，傳輸速率從幾千波特到上萬(wàn)波特，傳輸距離為500—2500m；另一類(lèi)為高速網(wǎng)絡(luò)，采用令牌傳送方式通信，傳輸速率為1M—10Mbps，傳輸距離為500—1000m，網(wǎng)上結(jié)點(diǎn)可達(dá)1024個(gè)。用于連接現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備的硬件接口實(shí)際上是PLC的組成部分，模塊化的自診斷接口電路能指出故障，并易于排除故障與替換故障部件，這樣的軟硬件設(shè)計(jì)就使現(xiàn)場(chǎng)電氣人員與技術(shù)人員易于使用。PLC的編程邏輯提供了能隨要求而改變的“接線(xiàn)網(wǎng)絡(luò)”，這樣生產(chǎn)線(xiàn)的自動(dòng)化過(guò)程就能隨意改變。接線(xiàn)簡(jiǎn)單，通用性好PLC的接線(xiàn)只需將輸入信號(hào)的設(shè)備（按鈕、開(kāi)關(guān)等）與PLC輸入端子連接，將接受輸出信號(hào)執(zhí)行控制任務(wù)的執(zhí)行元件（接觸器、電磁閥等）與PLC輸出端子連接。例如，目前大多數(shù)PLC均采用的梯形圖語(yǔ)言編程方式，既繼承了傳統(tǒng)控制線(xiàn)路的清晰直觀感，又顧及了大多數(shù)電氣技術(shù)人員的讀圖習(xí)慣及應(yīng)用微機(jī)的水平，很容易被電氣技術(shù)人員所接受，易于編程，程序改變時(shí)也容易修改，很靈活方便。編程簡(jiǎn)單，使用方便用微機(jī)實(shí)現(xiàn)自動(dòng)控制，常使用匯編語(yǔ)言編程，難于掌握，要求使用者具有一定水平的計(jì)算機(jī)硬件和軟件知識(shí)。例如，在輸入/輸出電路中都采用了光電隔離措施，做到電浮空，既方便接地，又提高了其抗干擾性能；各個(gè)I/O端口都除采用了常規(guī)模擬器濾波以外，還加上了數(shù)字濾波；內(nèi)部采用了電磁屏蔽措施，防止輻射干擾；采用了較先進(jìn)的電源電路，以防止由電源回路串入的干擾信號(hào)；采用了較合理的電路程序，一旦某模塊出現(xiàn)故障，進(jìn)行在線(xiàn)插拔、調(diào)試時(shí)不會(huì)影響其他各機(jī)的正常運(yùn)行。而在很多的控制應(yīng)用系統(tǒng)中，以PLC為核心的控制系統(tǒng)逐漸成為理想的控制系統(tǒng)，其主要特點(diǎn)主要有：硬件的可靠性PLC是為了在惡劣的工業(yè)環(huán)境條件下應(yīng)用而設(shè)計(jì)的，一個(gè)設(shè)計(jì)良好的PLC能置于有很強(qiáng)的電噪聲、電磁干擾、機(jī)械振動(dòng)、極端溫度和濕度很大的環(huán)境中。而PLC技術(shù)的成熟與完善，能有很強(qiáng)的適應(yīng)工業(yè)控制環(huán)境的能力，作為利用PLC作為音樂(lè)噴泉控制器的控制系統(tǒng)，已經(jīng)漸漸超過(guò)了采用其它控制器來(lái)實(shí)現(xiàn)的音樂(lè)噴泉控制的控制系統(tǒng)。另外，該系統(tǒng)帶負(fù)載的能力不夠強(qiáng)，在對(duì)負(fù)載要求不高、環(huán)境比較好的場(chǎng)合，單片機(jī)控制系統(tǒng)仍有較廣泛的應(yīng)用。在大型廣場(chǎng)音樂(lè)噴泉控制系統(tǒng)中，控制系統(tǒng)各方面性能都需要滿(mǎn)足要求，就是在惡劣的工業(yè)環(huán)境條件下，該系統(tǒng)也能置于有很強(qiáng)的電噪聲、電磁干擾、機(jī)械振動(dòng)、極端溫度和濕度很大的環(huán)境中。在諸多小型音樂(lè)噴泉控制系統(tǒng)中，最適合的應(yīng)是單片機(jī)作為控制核心。方案二：?jiǎn)纹瑱C(jī)控制系統(tǒng)單片機(jī)控制系統(tǒng)比繼電器接觸器系統(tǒng)大大的降低成本。維修困難是該系統(tǒng)的致命的弱點(diǎn)，由于使用繼電器控制，而繼電器的使用壽命不長(zhǎng)，需經(jīng)常更換，而且在眾多繼電器中找故障非常困難。接點(diǎn)閉合緩慢；接觸器動(dòng)作緩慢以及過(guò)度延時(shí)是該系統(tǒng)的缺點(diǎn)之一，因?yàn)樵摽刂葡到y(tǒng)要求與音樂(lè)同步，并能實(shí)時(shí)的表現(xiàn)出音樂(lè)信號(hào)的變化。方案一：繼電器接觸器控制系統(tǒng)該系統(tǒng)與其他系統(tǒng)相比，結(jié)構(gòu)比較簡(jiǎn)單，易于理解和掌握，其設(shè)計(jì)成本也相對(duì)較低。 方案分析廣場(chǎng)音樂(lè)噴泉的控制系統(tǒng)，要求具備如下功能： 廣場(chǎng)樂(lè)曲播放； 水型與樂(lè)曲同步； 水型的演示的控制； 彩色燈光的控制； 強(qiáng)制停止功能。, 系統(tǒng)總的結(jié)構(gòu)組成將在第三章進(jìn)行詳細(xì)的闡述。 控制系統(tǒng)的簡(jiǎn)要工作過(guò)程首先對(duì)音頻信號(hào)進(jìn)行分配，一路直接經(jīng)功率放大器后輸出到外部音箱設(shè)備；另一路則對(duì)音頻信號(hào)進(jìn)行采樣和A/D 轉(zhuǎn)換等預(yù)處理；其次，經(jīng)過(guò)PLC對(duì)數(shù)字量音頻信號(hào)（二進(jìn)制）進(jìn)行轉(zhuǎn)換,將其音頻信號(hào)轉(zhuǎn)換成實(shí)數(shù)，再通過(guò)在PLC內(nèi)部設(shè)定某種固定值或表格數(shù)據(jù)，與之相比較輸出采樣值的范圍；最后，通過(guò)對(duì)變頻器的高、中、低三個(gè)控制端進(jìn)行開(kāi)關(guān)量輸入，即輸入組合（001～111），以達(dá)到調(diào)節(jié)變頻器的7種頻率段，并能很好的控制潛水泵的轉(zhuǎn)速。這種水型的跳躍和搖擺變化也是由A/D對(duì)其音頻信號(hào)采集轉(zhuǎn)換后通過(guò)對(duì)應(yīng)的程序所表現(xiàn)出的。通過(guò)利用噴泉水泵的控制程序，將燈光控制也采用其同樣的方法，隨噴泉的變化相應(yīng)的水下彩色燈光也會(huì)變化、動(dòng)作。水型的程序演示噴泉潛水泵電動(dòng)機(jī)是受控制器內(nèi)部的程序控制，每一首樂(lè)曲可從控制器中相應(yīng)的找到對(duì)應(yīng)的固定程序數(shù)據(jù)，并可以將其對(duì)應(yīng)輸出。在上一首樂(lè)曲結(jié)束和下一首樂(lè)曲開(kāi)始的間歇期間，水型也會(huì)保持同步停止和繼續(xù)演示。當(dāng)操