【正文】 斷和顯示功能，可以通過模塊上的顯示或編程器等很容易地找出故障的模塊，而且由于模塊化設(shè)計，因此只需要對錯誤的模塊進行更換即可。因此，它既可以對開關(guān)量進行控制，又可以對模擬量進行控制。隨著電力電子技術(shù)、微電子技術(shù)及計算機技術(shù)的發(fā)展，變頻器已經(jīng)成為電器調(diào)速的主流，成為現(xiàn)代工業(yè)的組成部分。工業(yè)中使用的變頻器可分為通用變頻器和專用變頻器。隨著變頻器的發(fā)展，采用矢量控制的變頻器開始普及。無速度傳感器矢量控制變頻器可以在各種轉(zhuǎn)速下提供不變的轉(zhuǎn)矩，在整個調(diào)速范圍內(nèi)不但給出160%的過載轉(zhuǎn)矩，同時還可以進行滑差補償。由于變頻器變頻調(diào)速性能好，因而現(xiàn)在以被鋼鐵、石油、紡織、造紙、建材等行業(yè)采用并大力推廣。中間直流電路整流電路逆變電路控 制 電 路交流電交流電商用電源電壓頻率可控變頻器的基本構(gòu)成，從結(jié)構(gòu)上看，變頻器可分為直接變頻和間接變頻兩類。直接變頻器將工頻交流一次變換為可控頻率交流，沒有中間直流環(huán)節(jié)，即所謂的交交變頻器。因此，可以認(rèn)為。主要任務(wù)是在自我學(xué)習(xí)、向人學(xué)習(xí)的前提下，深入地了解電氣控制系統(tǒng)各方面的知識，熟練地掌握PLC控制技術(shù)各方面的理論知識及其應(yīng)用，逐漸提高對電氣控制系統(tǒng)進行設(shè)計的實際工作能力，懂得運用所學(xué)的理論知識與實際情況相結(jié)合。本報告在具體分析基于可編程序控制器的廣場音樂噴泉控制系統(tǒng)設(shè)計，對該控制系統(tǒng)進行了具體的研究和設(shè)計。 項目的組織項目共分為5章：第1章對論文背景進行了綜述，著重介紹了可編程序控制器的有關(guān)基礎(chǔ)知識；第2章對音樂噴泉控制系統(tǒng)的要求、目的、任務(wù)、內(nèi)容、工作過程以及控制器的選擇進行了系統(tǒng)概述，并針對設(shè)計所需要的方案進行了選擇論證；第3章主要分析了系統(tǒng)的組成部分以及各部分器件的工作原理，對音樂噴泉控制系統(tǒng)的各種元件的選擇和參數(shù)確定等控制系統(tǒng)的硬件配置；第4章根據(jù)控制系統(tǒng)流程圖進行軟件設(shè)計；第5章為系統(tǒng)調(diào)試。通過分析該控制系統(tǒng)的各部分的功能要求，以達到音樂噴泉PLC控制系統(tǒng)的最優(yōu)實現(xiàn)方法。目前，采用不同控制器來實現(xiàn)音樂噴泉的方法越來越多，究竟怎么樣實現(xiàn)才能達到最優(yōu)的控制以及給人最美的觀賞效果，本設(shè)計從諸多方面來分析、探討此問題的解決方案。因此，本設(shè)計的重點在于音樂與噴泉的同步實時性，在控制系統(tǒng)中采用了變頻調(diào)速，通過變頻器來控制電動機，從而達到快速反應(yīng)的目的，所以下面所介紹的是本設(shè)計對音樂噴泉控制系統(tǒng)所需要達到的要求、效果。 控制系統(tǒng)目的及任務(wù)本設(shè)計控制系統(tǒng)為廣場音樂噴泉控制系統(tǒng)，該控制系統(tǒng)的目的及任務(wù)如下：分析系統(tǒng)的工作原理和工藝過程；熟悉對PLC的選型以及相關(guān)參數(shù)的選擇；了解系統(tǒng)控制主電路：包括電源、各保護開關(guān)、電機及其外部電路的設(shè)計方法；掌握PLC的I/O地址分配以及PLC外部接線的方法；掌握軟件系統(tǒng)的設(shè)計方法，繪出梯形圖、列出指令表等。 樂曲播放　　音樂噴泉所播放的樂曲可以從電腦播放器播放，通過功率放大器，將所選歌曲分為兩路輸出，一路輸出到音箱設(shè)備，另一路輸出到A/D轉(zhuǎn)換模塊對音頻信號進行采樣。水型與樂曲同步控制當(dāng)樂曲開始播放，水型會同步演示。此音樂噴泉控制系統(tǒng)能提供可調(diào)整的噴泉延時，使水型與樂曲達到同步的效果。彩色燈光的程序演示與水型的演示程序類似，彩色燈光也由控制器系統(tǒng)程序控制。水型的節(jié)奏隨動控制對于不同的音樂，其水型的跳躍和搖擺是與樂曲的節(jié)奏同步的，表演出音樂噴泉的激情和活力。通過變頻器對潛水泵實現(xiàn)加速、減速等控制，以達到對不同音樂信號的不同觀賞感。當(dāng)轉(zhuǎn)速的快慢、音樂音頻信號各頻率對應(yīng)聲音信號的強度, 通過變頻控制系統(tǒng)就可以將音頻信號的變化用噴泉的水柱表現(xiàn)出來, 水柱的高低按線性比例反映音頻信號的幅度。 控制系統(tǒng)方案選擇及論證通過對本課題控制系統(tǒng)各方面知識的收集、整理和不斷地深入學(xué)習(xí)理解，以及對課題控制系統(tǒng)充分地介紹說明的基礎(chǔ)上，根據(jù)課題設(shè)計要求及目前廣場音樂噴泉在人們?nèi)粘Ｉ町?dāng)中應(yīng)用的實際情況，對該系統(tǒng)采用繼電器、單片機以及PLC作為控制系統(tǒng)主要控制器件的優(yōu)缺點進行了比較，并進行方案選擇論證。下面我們就如何能方便、簡單地實現(xiàn)音樂噴泉的以上功能及經(jīng)濟角度等方面，將在音樂噴泉控制系統(tǒng)中常用的各種控制控制器或控制電路的優(yōu)缺點進行簡單地比較。但從應(yīng)用于該大型廣場音樂噴泉系統(tǒng)中來看，該系統(tǒng)有以下幾個缺點：接點易磨損，電接觸不好；在一個噴泉系統(tǒng)中，需要用到的繼電器、接觸器的數(shù)量是相當(dāng)大的，因此，在此控制系統(tǒng)中，如果有一個觸點接觸不良，整個系統(tǒng)就會癱瘓，而且要找出故障元件是很難的，維修也相當(dāng)煩瑣。另外，控制系統(tǒng)的能量消耗大、維修保養(yǎng)工作量大等缺點，從而降低了其經(jīng)濟性。綜上所述，由于該系統(tǒng)有諸多弊病，繼電器接觸器系統(tǒng)僅僅應(yīng)用于反應(yīng)速度、精度、實時性要求不是很高的場合，隨著科技的進步，該型控制系統(tǒng)已逐漸被淘汰。其優(yōu)點有：可以做成專用的控制系統(tǒng)，程序被固化，保密性強，可靠性較高，操作簡單，并且易于維護。適合于一般城市小廣場和普通住宅小區(qū)的小型音樂噴泉，由于其控制要求簡單，使用單片機完全可以滿足要求，而且因其成本低則更易于普及，是未來音樂噴泉的發(fā)展趨勢。但是，如果利用單片機作為控制系統(tǒng)，其性能會受到相應(yīng)的影響，不能很好的適應(yīng)到極其惡劣的工業(yè)環(huán)境中去。不過，隨著人們生活水平的逐漸提高，越來越多的大型音樂噴泉成為了人們觀賞的焦點。方案三：PLC控制系統(tǒng)經(jīng)過數(shù)十年的發(fā)展，PLC技術(shù)已越來越成熟，應(yīng)用的范圍也越來越廣泛，幾乎滲透到了各行各業(yè)。在硬件設(shè)計方面，首先是選用優(yōu)質(zhì)器件，再就是采用合理的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，加固，簡化安裝，使它易于抗振動沖擊，對印制電路板的設(shè)計、加工及焊接都采取了極為嚴(yán)格的工藝措施，而且在電路、結(jié)構(gòu)及工藝上采取了一些獨特的方式。由于PLC本身具有很高的可靠性，所以發(fā)生故障的部位大多集中在輸入/輸出的部件上，以及如傳感器件、限位開關(guān)、光電開關(guān)、電磁電機等外圍裝置上，這樣便易于檢修和維護。PLC采用面向控制過程、面向問題的“自然語言”編程，容易掌握。這種面向控制過程、面向問題的編程方式，與目前微機控制常用的匯編語言相比，雖然在PLC內(nèi)部增加了解釋程序，增加了程序執(zhí)行時間，但對大多數(shù)的機電控制設(shè)備來說，這些時間是可以忽略的。接線簡單、工作最少，省去了傳統(tǒng)的繼電器控制系統(tǒng)接線和拆線的麻煩。這種性能使PLC具有很高的經(jīng)濟效益?？蛇B接為控制網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)PLC可連成功能很強的網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)。這兩類網(wǎng)絡(luò)可以級連，網(wǎng)上可兼容不同類型的可編程控制器和計算機，從而組成控制范圍很大的局部網(wǎng)絡(luò)。在大型安裝中，長距離輸入/輸出站點安放在最優(yōu)地點。從一開始，PLC便以易維護作為設(shè)計目標(biāo)。PLC的這些及其他一些特性使之成為任何一個控制系統(tǒng)的有益部分。 方案論證對音樂噴泉的成敗最重要的是看噴出的水流量是否有音樂感。PLC所具有的準(zhǔn)確、精密、快速、穩(wěn)定的特點和多點控制的功能已使它成為現(xiàn)代高技術(shù)音樂噴泉工程中不可缺少的設(shè)備。綜上所述，對這三種不同形式的控制器的比較，在音樂噴泉的控制系統(tǒng)中，很顯然PLC作為控制器的優(yōu)勢比較明顯、突出。 對選定方案的分析可行性分析（1） 功能可行性分析：由于系統(tǒng)各主要部分所需要滿足的功能步驟及要求大多是開關(guān)量信號，所以選擇可編程序邏輯控制器是完全能夠滿足其功能要求的。（3）系統(tǒng)擴展性分析：系統(tǒng)采用PLC作為控制器，其本身就具有極強的功能擴展性，加之PLC產(chǎn)品的完整性，使得系統(tǒng)功能擴展極其方便。技術(shù)性能（1）PLC選型：PLC的選擇是否能讓功能與任務(wù)相適應(yīng)；PLC的處理速度是否滿足實時控制的要求；（2）擴展模塊的選擇：開關(guān)量輸入模塊工作電壓的選擇；開關(guān)量輸出模塊輸出方式的選擇；模擬量輸入模塊的模擬量值的輸入范圍考慮。而綜合上述方案論證，大型廣場音樂噴泉采用PLC控制系統(tǒng)既能很好地滿足其性能要求，并能很好的實現(xiàn)音樂噴泉的各種功能，又經(jīng)濟、安全、方便實用。同時，在后續(xù)的設(shè)計中將綜合考慮控制系統(tǒng)的技術(shù)性能。 控制系統(tǒng)的組成部分硬件系統(tǒng)主要由PLC、A/D轉(zhuǎn)換模塊、變頻器、潛水泵和燈光組成。…..…..電腦播放器可編程序控制器外部音箱（左）變頻器1SSR變頻器2變頻器4變頻器3SSRSSRMMMM外部音箱（右）DC5V調(diào)速端DC5VDC5V調(diào)速端調(diào)速端調(diào)速端四組潛水泵七組水下燈功率放大器A/D 音樂噴泉控制系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)圖 系統(tǒng)的控制過程在這里，輸入轉(zhuǎn)換電路是指能對樂曲啟停、樂曲節(jié)奏和聲音強弱等進行檢測并將檢到的信號以電平、脈沖或數(shù)字形式送至PLC的電路。由于人耳聽到的是廣場上播放樂曲的聲音,而人眼看到的是噴頭的水流量,聲音強度與水流量并不是線性關(guān)系。聲音強度與采樣過來轉(zhuǎn)換后的數(shù)字量成比例,所以PLC要對采樣后的數(shù)字量進行分段、轉(zhuǎn)換、比較才能輸出到相對應(yīng)的變頻器，以達到控制水泵旋轉(zhuǎn)速度。 PLC的選型 音樂噴泉邏輯控制系統(tǒng)的控制核心是PLC，在建立一個PLC控制系統(tǒng)時，哪些信號需要輸入至PLC，PLC需要驅(qū)動哪些負載,以及采用何種編程方式，都會影響到其內(nèi)部I/O點數(shù)的分配，必須首先把系統(tǒng)需要的輸入，輸出數(shù)量確定下來，然后按需要確定各種控制動作的順序和各個控制裝置彼此之間的相互關(guān)系。因此，I/O點數(shù)的確定，是設(shè)計整個PLC音樂噴泉控制系統(tǒng)首先需要解決的問題，它不僅決定著系統(tǒng)硬件部分的設(shè)計，也是系統(tǒng)軟件編寫的前提。 PLC控制系統(tǒng)I/O口的估算本設(shè)計是音樂噴泉PLC控制系統(tǒng)的設(shè)計,根據(jù)PLC 的I/O節(jié)點使用原則,應(yīng)留出一定的I/O點以做擴展時使用。系統(tǒng)數(shù)字量輸入所需點數(shù)估算本系統(tǒng)是根據(jù)音樂的旋律、音頻信號的大小來控制噴泉水柱高低的，所以其數(shù)字量輸入只需要滿足系統(tǒng)啟動、停止兩個功能。 系統(tǒng)模擬量輸入所需各元器件功能及所占PLC點數(shù)項目名稱模擬量輸入點數(shù)備 注總點數(shù)音頻信號變送模塊1音頻信號大小輸入點數(shù)：1系統(tǒng)數(shù)字量輸出所需點數(shù)估算系統(tǒng)數(shù)字量輸出分為控制變頻器開關(guān)量、控制燈光開關(guān)量兩個部分，其中變頻器有啟動和調(diào)速兩種控制量。同時，考慮到該系統(tǒng)是單機系統(tǒng)，可選擇整體式結(jié)構(gòu)的PLC。SIMATIC S7200 系列 PLC的價格便宜，應(yīng)用比較廣泛，可擴展模塊多，適合很多控制系統(tǒng)選擇，在本設(shè)計當(dāng)中詳細的對SIMATIC S7200系列產(chǎn)品進行了結(jié)構(gòu)分析。S7200PLC的硬件系統(tǒng)結(jié)構(gòu)S7200是模塊化的PLC，它主要由CPU模塊、擴展模塊和總線連接電纜構(gòu)成。CPU主要負責(zé)程序的運行等工作；模塊的電源不僅向CPU供電，還要滿足與CPU模塊相連的其他模塊的用電需求；該模塊本身自帶一定數(shù)量的開關(guān)量I/O點，如果能夠滿足控制要求，則可以不再需要開關(guān)量I/O模塊。（3）總線連接電纜 總線連接電纜用來把I/O模塊和PLC或其他的擴展模塊連接在一起。S7200I/O模塊I/O模塊I/O模塊I/O模塊DIN導(dǎo)軌S7200I/O模塊I/O模塊面板 第1種系統(tǒng)配置圖 第2種系統(tǒng)配置圖SIMATIC S7200 系列 PLC適用于各種場合中的檢測及控制的自動化。因此，可選擇西門子公司的SIMATIC S7200 系列 PLC。綜上所述，本設(shè)計選用了西門子S7200系列 CPU226晶體管輸出型的PLC，其中24輸入/16輸出共40個數(shù)字量I/O點，并可連接7