【正文】 顯示變頻器當(dāng)前的設(shè)定值。 MM420變頻器操作面板 利用 BOP 可以更改 MM 420 變頻器的各個設(shè)置參數(shù)。由變頻器控制電機(jī)的轉(zhuǎn)速，使水柱發(fā)生變化。 PLC 硬件連接圖如圖 34 所示。 序號 點(diǎn)號 符合 意義 1 Bit0 音頻信號輸入 2 Bit1 音頻信號輸入 3 Bit2 音頻信號輸入 4 Bit3 音頻信號輸入 5 Bit4 音頻信號輸入 6 Bit5 音頻信號輸入 7 Bit6 音頻信號輸入 8 Bit7 音頻信號輸入 9 K0 啟動按鈕 10 K1 停止按鈕 表 32 PLC 輸入點(diǎn)分配表 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) 16 序號 點(diǎn)號 符合 意義 1 KM1 1水泵工作 2 KM2 2水泵工作 3 KA1 1彩燈工作 4 KA2 2彩燈工作 5 DIN1 變頻器速度一 6 DIN2 變頻器速度二 7 DIN3 變頻器速度三 8 AIN+ 變頻器運(yùn)行 表 33 PLC 輸出點(diǎn)分配表 PLC 控制接線圖 啟動按鈕接入 PLC 的 端子，停止按鈕接入 端子， — 接收開關(guān)量信號， 和 端子直接控制兩個 LED 燈組的變換。 PLC 輸入 /輸出點(diǎn)分配 根據(jù)系統(tǒng)控制要求， 使用 PLC 的數(shù)字量輸入模塊接收來自音樂信號處理模塊轉(zhuǎn)換的 8 路開關(guān)量信號，經(jīng) PLC 內(nèi)部 CPU 處理，通過輸出模塊控制彩燈和變頻器 ，實(shí)現(xiàn)對變頻器的數(shù)字控制。 CPU 226 的本機(jī)數(shù)字量 I/O 為 24 入 /16 出，最多可擴(kuò)展 7 個擴(kuò)展模塊，根據(jù) PLC 數(shù)字量輸出模塊的驅(qū)動方式不同，它又分為晶體管輸出（ DC/DC/DC）方式和繼電器輸出（ AC/DC/繼電器）方式。它體積小、運(yùn)算速度塊、可靠性高，具有豐富的指令，系統(tǒng)操作簡便、便于掌握，可方便地實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的 I/O擴(kuò)展，性能價格比高，是目前中小規(guī)?？刂葡到y(tǒng)的 理想控制設(shè)備。 PLC 輸出口 — 連 接到變頻器 DIN1—DIN3 端子上，通過 PLC 輸出地開關(guān)量控制變頻器 輸出 預(yù)置的固定頻率，變頻器輸出地預(yù)置頻率由設(shè)置參數(shù)決定。 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。 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) 14 變頻器設(shè)計(jì) 變頻器選型 由于控制系統(tǒng)較簡單，本次設(shè)計(jì)選擇 MM420 變頻器來控制水泵轉(zhuǎn)速。 控制系統(tǒng)組成 音樂噴泉的控制系統(tǒng)由音樂信號處理電路（包括 F/V 轉(zhuǎn)換電路、模 /數(shù)轉(zhuǎn)換電路、信號隔離電路）， PLC 及變頻控制電路，潛水泵和彩燈控制電路，穩(wěn)壓電源電路和音響設(shè)備組成。這樣音樂噴泉工作時噴水層次感明顯，視覺效果良好。本設(shè)計(jì)采用兩組單相潛 水泵，外兩圈噴頭由一個 12W 的潛水泵提供壓力，主噴頭由一個 55W 的潛水泵提供水壓。 音樂噴泉組成 音樂噴泉水池設(shè)計(jì) 此小型音樂噴泉噴頭分三組。變頻器接受來自經(jīng) PLC 處理的音樂控制信號，輸出頻率不同的交流電，從而水泵的噴水狀態(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)。 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) 12 圖 22 變頻器電路圖 [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) 13 第 3 章 系統(tǒng)總體介紹 音樂噴泉的控制主要由 PLC 和變頻器完成，通過音樂的頻率信號控制 PLC。 數(shù)字輸入端 7 為用戶提供了 3 個完全可編程的數(shù)字輸入端，數(shù)字信號經(jīng)光電隔離輸入 CPU，對電動機(jī)進(jìn)行控制。當(dāng)采取模擬電壓信號輸入方式輸入給定頻率時，為了提高交流變頻調(diào)速系統(tǒng)的控制精度，必須配備一個高精度的直流電源。 MM420 變頻器的控制電路由 CPU、模擬輸入（ AIN+、 AIN— ）、模擬輸出（ AOUT+、AOUT— ）、數(shù)字輸出（ DIN1~DIN3）、輸出繼電器觸頭（ RL1B、 RL1C）、操作板（ BOP）等組成。逆變電路在 CPU 控制下，將恒定的直流電 你變成電壓和頻率均可調(diào)的三相交流電供給電動機(jī)負(fù)載。 [11] MM420變頻器的電路結(jié)構(gòu) MM420 變頻器電路圖如圖 22 所示，包括主電路和控制電路兩部分，主電路完成電能轉(zhuǎn)換（整流和逆變），控制電路處理信息的收集、變換和傳輸。由于 MICROMASTER420 具有全面而完善的控制功能，在設(shè)置相關(guān)參數(shù)以后，它也可用于更高級的電動機(jī)控制系統(tǒng)。全面而完善的保護(hù)功能為變頻器和電動機(jī)提供了良好的保護(hù)。因此，它們具有很高的運(yùn)行可靠性和功能的多樣性。本系列有多種型號，從單相電源電壓，額定功率 120W 到三相電源電壓，額定功率11KW 可供用戶選用。因此，通過控制電動機(jī)定子電流的大小和相位（即定子電流矢量），即可以分別對電動機(jī)的勵磁電流和轉(zhuǎn)矩電流進(jìn)行控制，從而達(dá)到控制電動機(jī)轉(zhuǎn)矩的目的[9]。此外，在采用了轉(zhuǎn)差頻率控制方式的變頻器中往往還加有電流負(fù)反饋，對頻率和電流進(jìn)行控制，所以這種變頻器具有良好的穩(wěn)定性，并對急速的加減速和負(fù)載變動有良好 的響應(yīng)特性 [10] 。而電動機(jī)的轉(zhuǎn)速檢測則由速度傳感器和變頻器控制電路中的運(yùn)算電路完成。轉(zhuǎn)差頻率控制方式通常用于單機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)。由于通過控制轉(zhuǎn)差頻率來控制轉(zhuǎn)矩和電流， 與 fU/ 控制相比其加減速特性和限制過電流的能力得到 提高。所以采用這種控制方式的變頻器一般是對控制性能要求不太高的通用變頻器。這就是 fU/ 控制的出發(fā)點(diǎn)。在勵磁不足的情況下電動機(jī)將難以給出足夠的轉(zhuǎn)矩，而在勵磁過強(qiáng)時電動機(jī)又將出現(xiàn)磁飽和，造成電動機(jī)功率因數(shù)和效率的下降。但是，對于一個實(shí)際的 交流調(diào)速控制系統(tǒng)來說，事情遠(yuǎn)遠(yuǎn)不是那么簡單。開環(huán)控制有 fU/ 控制方式， 閉環(huán)控制有轉(zhuǎn)差頻率控制和 矢量控制等方式。 變頻器的發(fā)展已有數(shù)十年的歷史，在變頻器的發(fā)展過程中也曾出現(xiàn)過多種類型的變頻器，但是目前成為市場主流的變頻器基本上有著圖 21所示的基本結(jié)構(gòu)。 一般功率較大的變頻器用可控硅 ， 并設(shè)一個可調(diào)頻率的裝置 ， 使頻率在一定范圍內(nèi)可調(diào) .用來控制電機(jī)的轉(zhuǎn)數(shù) 。變頻器就是通過改變電動機(jī)電源頻率實(shí)現(xiàn)速度調(diào)節(jié)的，是一種理想的高效率、高性能的調(diào)速手段 。 [8] 交流電動機(jī)的同步轉(zhuǎn)速表達(dá)式為 n = 60 f (1? s) / p 式中： n— 異步電動機(jī)的轉(zhuǎn)速； f— 異步電動機(jī)的頻率； s— 電動機(jī)轉(zhuǎn)差率； p—電動機(jī)極對數(shù)?，F(xiàn)在使用的變頻器主要采用交 直 交方式（ VVVF，變頻或矢量控制變頻），先把工頻交流電通過整流器轉(zhuǎn)換成直流電，然后再把直流電轉(zhuǎn) 換成頻率、電壓均可控制的交流電，以供給電動機(jī)。 （ 5） 按用途分類： ① 通用變頻器； ② 高性能專用變頻器； ③ 高頻變頻器；④ 小型變頻器。 （ 3） 按控制方式分類： ① fU/ 控制； ② 轉(zhuǎn)差頻率控制； ③ 矢量控制。 [6] 變頻器的分類 （ 1） 按直流電源的性質(zhì)分類： ① 電流型變頻器； ② 電壓型變頻器。 伴隨著變頻器日益廣泛的應(yīng)用，其性能和技術(shù)也在飛速發(fā)展，主要體現(xiàn)在以下方面：（ 1）模塊化；（ 2）專用化；（ 3）軟件化；（ 4）網(wǎng)絡(luò)化；（ 5）低電磁噪 聲、靜音化；（ 6）圖形化用戶界面；（ 7）引導(dǎo)式調(diào)試步驟；（ 8）參數(shù)趨勢圖形。變頻器是運(yùn)動控制系統(tǒng)中的功率變換器，當(dāng)今的運(yùn)動控制系統(tǒng)是綜合了多種學(xué)科的高新技術(shù)領(lǐng)域，是自動化技術(shù)的“前沿”，總的發(fā)展趨勢是：驅(qū)動的交流化，功率交換的高頻化，控制技術(shù)的數(shù)字化、智能化和網(wǎng)絡(luò)化。變頻器以其具有調(diào)速、節(jié)電、節(jié)能、可靠、高效的特性廣泛應(yīng)用于各個 領(lǐng)域中：直流輸電、不同頻率電網(wǎng)系統(tǒng)的連接、靜止無功功率補(bǔ)償和諧波吸收、超導(dǎo)電抗器的電力儲存、高頻輸電；在運(yùn)輸及產(chǎn)業(yè)行業(yè)中的交流電動機(jī)調(diào)速、超導(dǎo)懸磁浮列車、高速鐵路、電動汽車、產(chǎn)業(yè)用機(jī)器人；在家用電器方面有變頻空調(diào)、變頻洗衣機(jī)、變頻電動自行車等；軍事方面有通信、導(dǎo)航、雷達(dá)、宇宙設(shè)備的小型輕量化電源等；石油行業(yè)已實(shí)現(xiàn)了采油的調(diào)速、超聲波驅(qū)動等 [5]。變頻器是 利用電力電子器件把工頻電源變換成各種頻率的交流電源以實(shí)現(xiàn)電動機(jī)的變速運(yùn)行的設(shè)備，是運(yùn)動控制系統(tǒng)中的功率變換器。 PLC的掃描工作流程 如圖 12 所示 。 PLC 的工作過程就是這樣周而復(fù)始的順序掃描過程，簡稱為掃描工作方式，這種周期性的順序掃描是 PLC 特有的一種工作方式。 PLC 工作時，總是從第一條指令開始按照用戶程序所固有的順序逐條執(zhí)行，直至用戶程序結(jié)束，然后再返回到第一條指令，開始新一輪的程序執(zhí)行過程。輸出端子與同編號的輸出繼電器相對應(yīng)，通過輸出繼 電器常開觸點(diǎn)的分合來驅(qū)動外部負(fù)載。這些輸出同樣對應(yīng)于 PLC 的某些內(nèi)部軟元件。 PLC 的程序是電器控制線路的軟件實(shí)現(xiàn)，程序的執(zhí)行過程相當(dāng)于電氣控制的邏輯運(yùn)算過程。 根據(jù) PLC 的結(jié)構(gòu)，可以簡單地 將 PLC 工作電路分為 3 部分，即輸入部分、內(nèi)部程序執(zhí)行部分和輸出部分。 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) 5 PLC 的工作原理及工作過程 PLC 的工作原理可以簡單地表述為在系統(tǒng)程序的管理下，通過運(yùn)行應(yīng)用程序，對控制要求進(jìn)行處理判斷，并通過執(zhí)行用戶程序來實(shí)現(xiàn)控制任務(wù)。 PLC 的基本結(jié)構(gòu) PLC 是以微處理器為基礎(chǔ)，綜合了 計(jì)算機(jī)技術(shù)、自動控制技術(shù)和通信技術(shù)而發(fā)展起來的一種新型、通用的自動控制裝置，其硬件組成與微型計(jì)算機(jī)相似。 3. PLC 的應(yīng)用 由于 PLC 自身的特點(diǎn)和優(yōu)勢，在工業(yè)控制中得到了廣泛應(yīng)用。 1. 可靠性高，抗干擾性強(qiáng) 2. 編程簡單、使用方便 3. 易于安裝、調(diào)試、維修 4. 功能完善，通 用性強(qiáng) 5. 體積小，能耗低 [2] 2． PLC 的分類 目前， PLC 的種類很多，規(guī)格性能不一，通常可根據(jù)它的結(jié)構(gòu)形式、容量或功能進(jìn)行分類。可以說，可編程控制器是將計(jì)算機(jī)技術(shù)和電器控制技術(shù)有機(jī)地結(jié)合在一起。 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) 4 PLC 的特點(diǎn) 、分類與應(yīng)用 1． PLC 的特點(diǎn) PLC 技術(shù)的高速發(fā)展，除了得益于工業(yè)自動化的客觀需求外，主要是由于它具有許多獨(dú)特的優(yōu)點(diǎn)?？删幊炭刂破骷捌溆嘘P(guān)外圍設(shè)備，都應(yīng)按易于與工業(yè)控制系統(tǒng)連成一個整體，易于 擴(kuò)展其功能的原則設(shè)計(jì)”。 PLC 的產(chǎn)生和發(fā)展 1987 年國際電工委員會（ IEC）頒布的可編程控制器標(biāo)準(zhǔn)草案中對 PLC 作了如下的定義：“可編程控制器是一種數(shù)字運(yùn)算操作的電子系統(tǒng)， 是專為在工業(yè)環(huán)境下應(yīng)用而設(shè)計(jì)。它主要以微處理器為核心，用編寫的程序進(jìn)行邏輯控制、定時、計(jì)算和算術(shù)運(yùn)算等，并通過數(shù)字量和模擬量的輸入 /輸出（ I/O）來控制各種生產(chǎn) 過程。 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) 3 第 1 章 PLC 基礎(chǔ)知識簡介 PLC 是在繼電器控制技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)和現(xiàn)代通信技術(shù)的基礎(chǔ)上逐步發(fā)展起來的一項(xiàng)先進(jìn)的技術(shù)。 音樂噴泉的核心控制是由可編程控制器實(shí)現(xiàn)的，可編程控制器是整個系統(tǒng)的“大腦”，由程序?qū)崿F(xiàn)用音樂頻率轉(zhuǎn)換的開關(guān)量去控制噴泉水柱和彩燈閃爍的變化。 由于音樂噴泉系統(tǒng) 控制的復(fù)雜性，如果采用常規(guī)繼電器控制，音樂噴泉 控制的可靠性較差，并且接線復(fù)雜。（ 4） 系統(tǒng)的設(shè)計(jì)、建造工作量小，維護(hù)方便，容易改造 。（ 2） 配套齊全，功能完善，適用性強(qiáng) 。 PLC 及其有關(guān)的外圍設(shè)備都應(yīng)該按易于與工業(yè)控制系統(tǒng)形成一個整體，易于擴(kuò)展其功能的原則而設(shè)計(jì)。 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) 2 PLC 是一種專門為在工業(yè)環(huán)境下應(yīng)用而設(shè)計(jì)的數(shù)字運(yùn)算操作的電子裝置。作為工業(yè)自動化的重要支柱之一的可編程控制器（ PLC）以其高可靠性和操作簡便等特點(diǎn)引到了當(dāng)今工業(yè)控制的潮流。 基于 小型 PLC 的音樂噴泉控制系統(tǒng)在實(shí)際生活中應(yīng)用前景廣闊，值得推廣使用。 利用小型 PLC 結(jié)合變頻器的音樂噴泉控制系統(tǒng)，可以實(shí)現(xiàn)噴泉彩燈、水泵的多點(diǎn)控制，簡單的接線和編程即可完成水形燈光完美的伴隨音樂節(jié)奏和情感，適合追求時尚的家居生活和娛樂