【正文】 ble Proportional Integral Derivative (PID) control. With the same 8bit microprocessor technology that gave rise to the DCS, PLCs began replacing conventional relay/solidstate logic in machine control. PLCs dealt with contact input/output (I/O) and started/stopped motors by performing Boolean logic calculations. The big change in DCS over the past 20 years is its move from proprietary hardware to the personal puter (PC) and standard LAN technologies. With each advance in PC power, DCSs have moved up in power. PCs gave us speedy, responsive, multimedia, windowed, operatorprocess interfaces (OPI). Relational databases and spreadsheet software enhance the ability of DCSs to store and manipulate data. Artificial intelligence (AI) technology gives us smart alarming. Today39。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(dòng)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。在指導(dǎo)我們畢業(yè)設(shè)計(jì)的過程中，也教會(huì)了我們很多做人的道理。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。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)取精神對我產(chǎn)生重要影響。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(gè)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。在今后的學(xué)習(xí)中，我會(huì)把在這次設(shè)計(jì)中應(yīng)用到的知識更加系統(tǒng)的學(xué)習(xí)，完善自己的知識庫，增強(qiáng)動(dòng)手設(shè)計(jì)的能力。這也提高了自己團(tuán)隊(duì)配合設(shè)計(jì)的能力。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。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。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。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)。本次設(shè)計(jì)的控制核心采用了PLC，所以必須對PLC的控制原理有進(jìn)一步地認(rèn)識。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。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。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，我感覺自己收獲頗多。同時(shí)PLC隨音樂信號控制彩燈的閃爍。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)。圖61 硬件系統(tǒng)實(shí)物圖將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)對變頻器進(jìn)行設(shè)置。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]。而面板上的控制開關(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)镾TOP模式。面板上的控制開關(guān)置STOP位置，則PLC處于STOP模式。TEMP模式，是由面板上的控制開關(guān)置TEMP未知確定的。STOP模式可下載程序，但不能運(yùn)行程序，PLC沒有輸出。 —，—，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”，“1”，—“0”，“1”，“1”，—，結(jié)合數(shù)字輸入與對應(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。 主要控制程序?qū)ψ冾l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。如果2臺電動(dòng)機(jī)中的其中一臺工作就可以啟動(dòng)變頻器，進(jìn)而通過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，就開始讀取輸入的開關(guān)量，對電機(jī)進(jìn)行控制。系統(tǒng)控制流程如圖51所示圖51 PLC控制程序流程圖如果PLC啟動(dòng)按鈕按下，則PLC控制啟動(dòng)第一臺水泵電機(jī)，經(jīng)過10s延時(shí)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(dòng)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(dòng)機(jī)停止程序，順序關(guān)掉水泵電機(jī)。通過改變輸出電流的頻率來控制電機(jī)的轉(zhuǎn)速，調(diào)節(jié)水柱的高低變換?！?，—，進(jìn)而達(dá)到選擇預(yù)置變頻器輸出頻率的目的。 PLC控制流程PLC初始化后，首先檢測啟動(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。[11]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)。各個(gè)固定頻率的數(shù)值根據(jù)表45所示選擇。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 + FF32． 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。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。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)用來定義固定頻率 1 的設(shè)定值。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(gè)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）。本系統(tǒng)中設(shè)置P0704參數(shù)為“1”，即1 ON/OFF1（接通正轉(zhuǎn) / 停車命令1）。（7）P0704參數(shù)為“1”，用來選擇數(shù)字輸入 4 的功能。本系統(tǒng)中設(shè)置P0703為“17”即固定頻率設(shè)定值（二進(jìn)制編碼的十進(jìn)制數(shù)（BCD 碼）選擇 + ON 命令）。（6）P0703參數(shù)為“17”，用來選擇數(shù)字輸入3的功能。本系統(tǒng)中設(shè)置P0702為“17”即固定頻率設(shè)定值（二進(jìn)制編碼的十進(jìn)制數(shù)（BCD 碼）選擇 + ON 命令）?？赡艿脑O(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）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(dòng)11 反向點(diǎn)動(dòng)12 反轉(zhuǎn)13 MOP（電動(dòng)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(dòng)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。該參數(shù)的最小值為0，最大值為99，缺省值為1。例如：把它的設(shè)定值由1 改為2 時(shí)，所有的數(shù)字輸入都將復(fù)位為缺省的設(shè)置值。（3）P0700參數(shù)為“2”，選擇數(shù)字的命令信號源（最小值：0；缺省值：2；最大值：6）。3 專家級：只供專家使用。0 用戶定義的參數(shù)表1 標(biāo)準(zhǔn)級：可以訪問最經(jīng)常使用的一些參數(shù)。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。訪問的等級由參數(shù)P0003 來選擇。變頻器設(shè)置水泵正轉(zhuǎn)啟動(dòng)。變頻信號由PLC發(fā)出，接入變頻器為用戶提供的3個(gè)完全可編程的數(shù)字輸入端，3個(gè)數(shù)字輸入量控制變頻器的7種頻率輸出，通過參數(shù)設(shè)置7種不同的固定頻率。⑤變頻器控制方式。③選擇變頻器運(yùn)行頻率控制方式，如變頻器面板、電位器（ 需設(shè)置對應(yīng)頻率范圍） 還是若干個(gè)固定頻率（ 通過變頻器端子選擇對應(yīng)頻率） 。表42 改變過濾功能參數(shù)P0004[13] 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。 減少數(shù)值按此鍵即可減少面板上顯示的參數(shù)數(shù)值. 表41 基本操作面板（BOP）上的按鈕及其功能[13] 變頻器參數(shù)設(shè)置方法用BOP可以更改參數(shù)的數(shù)值，下面以更改過濾功能參數(shù)P0004為例介紹數(shù)值的更改步驟，見表42；并以選擇命令/設(shè)定值源P0719為例說明如何修改參數(shù)的數(shù)值，見表43。 訪問參數(shù)按此鍵即可訪問參數(shù)。跳轉(zhuǎn)功能在顯示任何一個(gè)參數(shù)（rXXXX 或PXXXX）時(shí)短時(shí)間按下此鍵，將立即跳轉(zhuǎn)到r0000,如果需要的話，您可以接著修改其它的參數(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(gè)（3，4，或 5），這里將不再顯示）。 功能此鍵用于瀏覽輔助信息。釋放此鍵時(shí)，變頻器停車。缺省值運(yùn)行時(shí)此鍵是被封鎖的，為了使此鍵的操作有效，應(yīng)設(shè)定 P0700 = 1。 改變電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)方向按此鍵可以改變電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)方向。OFF2：按此鍵兩次（或一次，但時(shí)間較長）電動(dòng)機(jī)將在慣性作用下自由停車。為了使此鍵的操作有效，應(yīng)設(shè)定P0700 = 1。 起動(dòng)變頻器按此鍵起動(dòng)變頻器。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(chǔ)參數(shù)的信息。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(dòng)機(jī)的變頻調(diào)速的需要，本系統(tǒng)中變頻器主要用來接受來自經(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)。圖34 PLC控制端子連接圖第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(dòng)機(jī)組成的，異步電動(dòng)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。根據(jù)本設(shè)計(jì)的控制要求，選擇CPU 226 DC/DC/DC型PLC作為控制核心。S7200 PLC有5種CPU模塊。 圖31 變頻器設(shè)計(jì)連接圖 PLC設(shè)計(jì) PLC選型S7200是西門子推出的小型PLC，S7200系列PLC為單體式結(jié)構(gòu)，配有RS485通訊接口、內(nèi)置電源系統(tǒng)和部分I/O接口。 變頻器控制接線圖硬件連接圖如圖31所示，+端子上，用來控制變頻器的起停。MM420是通用變頻器，是用于控制三相交流電動(dòng)機(jī)速度的變頻器，適用于各種變頻驅(qū)動(dòng)裝置。其中PLC及變頻控制電路為設(shè)計(jì)重點(diǎn)。在外圈和中圈噴頭向內(nèi)傾斜的情況下很好的防止了水池噴水造成的向外濺水。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。外圈九個(gè)噴頭，中圈六個(gè)噴頭，中心主噴頭用集流直上噴頭，它比一般直流噴頭噴水流量大，當(dāng)水泵大功率運(yùn)行時(shí)，有壯觀的噴水直徑和高度。同時(shí)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。通過改變水泵電機(jī)的控制頻率可以實(shí)現(xiàn)水泵轉(zhuǎn)速變化，進(jìn)而通過水泵的轉(zhuǎn)速變化來控制音樂噴泉的水柱高度變化，實(shí)現(xiàn)音樂變化對噴泉的控制。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]。模擬輸入4端，為用戶提供了兩對模擬電壓給定輸入端，作為頻率給定信號，經(jīng)變頻器內(nèi)的模/數(shù)轉(zhuǎn)換器，將模擬量轉(zhuǎn)換為數(shù)字量，提供給CPU來控制系統(tǒng)。端子2是為用戶提供的10V直流電源。由圖31可知，MM420變頻器直流換屆是通過電容進(jìn)行濾波的，因此屬于電壓型交直交變頻器。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。MICROMASTER 420 既可用于單機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)，也可集成到‘自動(dòng)化系統(tǒng)’中。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(dòng)機(jī)控制系統(tǒng)供電的理想變頻驅(qū)動(dòng)裝置。其脈沖寬度調(diào)制的開關(guān)頻率是可選的，因而降低了電動(dòng)機(jī)運(yùn)行的噪聲。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體管（IGBT）作為功率輸出器件。 MICROMASTER 420概述MICROMASTER420 是用于控制三相交流電動(dòng)機(jī)速度的變頻器系列。⑶ 矢量控制：矢量控制的基本思想是認(rèn)為異步電動(dòng)機(jī)和直流電動(dòng)機(jī)具有相同的轉(zhuǎn)矩產(chǎn)生機(jī)理，即電動(dòng)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(dòng)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）。控制電路還將通過適當(dāng)?shù)乃惴ǜ鶕?jù)檢測到的