【正文】 column height and the audio collection is the foundation of the system .We choose S7200 Micro PLC as the core of the system and use MICROMASTER 420 to control pumps.This paper mainly introduces the control system software design of musical fountain，focusing on PLC programming and the transducer parameter settings. This paper is divided into six parts, the first part introduces the working principle of PLC briefly。 the third part introduces the overall control system。 the fifth part introduce the control process of the control system and the programming of PLC。音樂噴泉是把現(xiàn)代控制技術(shù)應(yīng)用于人工噴泉，是在程序控制噴泉的基礎(chǔ)上加入了音樂控制系統(tǒng)，通過音樂控制噴泉的水形及燈光的變化，從而達(dá)到噴泉水型、燈光及色彩的變化與音樂情緒的完美結(jié)合，使噴泉表演生動(dòng)且富有內(nèi)涵。這種控制方式不必對(duì)音樂預(yù)先進(jìn)行編輯處理，所以對(duì)任何新版音樂文件甚至現(xiàn)場即興演奏都可響應(yīng)。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(shí)尚的家居生活和娛樂場所等場合?；谛⌒蚉LC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。作為工業(yè)自動(dòng)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。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。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(gè)整體，易于擴(kuò)展其功能的原則而設(shè)計(jì)。（2）配套齊全，功能完善，適用性強(qiáng)。（4）系統(tǒng)的設(shè)計(jì)、建造工作量小，維護(hù)方便，容易改造。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。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(gè)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。第1章 PLC基礎(chǔ)知識(shí)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)。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(shí)、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。 PLC的產(chǎn)生和發(fā)展1987年國際電工委員會(huì)（IEC）頒布的可編程控制器標(biāo)準(zhǔn)草案中對(duì)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)?？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(gè)整體，易于擴(kuò)展其功能的原則設(shè)計(jì)”。 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(dòng)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)?？梢哉f，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。 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?？筛鶕?jù)它的結(jié)構(gòu)形式、容量或功能進(jìn)行分類。3. PLC的應(yīng)用 由于PLC自身的特點(diǎn)和優(yōu)勢(shì)，在工業(yè)控制中得到了廣泛應(yīng)用。 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(dòng)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(dòng)控制裝置，其硬件組成與微型計(jì)算機(jī)相似。 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(duì)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)。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。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。這些輸出同樣對(duì)應(yīng)于PLC的某些內(nèi)部軟元件。輸出端子與同編號(hào)的輸出繼電器相對(duì)應(yīng)，通過輸出繼電器常開觸點(diǎn)的分合來驅(qū)動(dòng)外部負(fù)載。PLC工作時(shí)，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。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的掃描工作流程如圖12所示。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(dòng)機(jī)的變速運(yùn)行的設(shè)備，是運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)中的功率變換器。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(gè)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(chǔ)存、高頻輸電；在運(yùn)輸及產(chǎn)業(yè)行業(yè)中的交流電動(dòng)機(jī)調(diào)速、超導(dǎo)懸磁浮列車、高速鐵路、電動(dòng)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(dòng)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(dòng)等[5]。變頻器是運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)中的功率變換器，當(dāng)今的運(yùn)動(dòng)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(dòng)化技術(shù)的“前沿”，總的發(fā)展趨勢(shì)是：驅(qū)動(dòng)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。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(shì)圖形。[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。（3） 按控制方式分類：①控制； ②轉(zhuǎn)差頻率控制；③矢量控制。（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?，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(dòng)機(jī)。[8]交流電動(dòng)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(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速；f—異步電動(dòng)機(jī)的頻率；s—電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)差率；p—電動(dòng)機(jī)極對(duì)數(shù)。變頻器就是通過改變電動(dòng)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。一般功率較大的變頻器用可控硅，并設(shè)一個(gè)可調(diào)頻率的裝置。 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)。開環(huán)控制有控制方式，閉環(huán)控制有轉(zhuǎn)差頻率控制和矢量控制等方式。但是，對(duì)于一個(gè)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。在勵(lì)磁不足的情況下電動(dòng)機(jī)將難以給出足夠的轉(zhuǎn)矩，而在勵(lì)磁過強(qiáng)時(shí)電動(dòng)機(jī)又將出現(xiàn)磁飽和，造成電動(dòng)機(jī)功率因數(shù)和效率的下降。這就是控制的出發(fā)點(diǎn)。所以采用這種控制方式的變頻器一般是對(duì)控制性能要求不太高的通用變頻器。由于通過控制轉(zhuǎn)差頻率來控制轉(zhuǎn)矩和電流，與控制相比其加減速特性和限制過電流的能力得到提高。轉(zhuǎn)差頻率控制方式通常用于單機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)。而電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速檢測(cè)則由速度傳感器和變頻器控制電路中的運(yùn)算電路完成。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(duì)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(duì)急速的加減速和負(fù)載變動(dòng)有良好的響應(yīng)特性 [10] 。因此，通過控制電動(dòng)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(duì)電動(dòng)機(jī)的勵(lì)磁電流和轉(zhuǎn)矩電流進(jìn)行控制，從而達(dá)到控制電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)矩的目的[9]。本系列有多種型號(hào)，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，它們具有很高的運(yùn)行可靠性和功能的多樣性。全面而完善的保護(hù)功能為變頻器和電動(dòng)機(jī)提供了良好的保護(hù)。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(jí)的電動(dòng)機(jī)控制系統(tǒng)。[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。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(dòng)機(jī)負(fù)載。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。當(dāng)采取模擬電壓信號(hào)輸入方式輸入給定頻率時(shí)，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(gè)高精度的直流電源。數(shù)字輸入端7為用戶提供了3個(gè)完全可編程的數(shù)字輸入端，數(shù)字信號(hào)經(jīng)光電隔離輸入CPU，對(duì)電動(dòng)機(jī)進(jìn)行控制。圖 22 變頻器電路圖[11]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(hào)控制PLC。變頻器接受來自經(jīng)PLC處理的音樂控制信號(hào)，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)。 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。本設(shè)計(jì)采用兩組單相潛水泵，外兩圈噴頭由一個(gè)12W的潛水泵提供壓力，主噴頭由一個(gè)55W的潛水泵提供水壓。這樣音樂噴泉工作時(shí)噴水層次感明顯，視覺效果良好。 控制系統(tǒng)組成音樂噴泉的控制系統(tǒng)由音樂信號(hào)處理電路（包括F/V轉(zhuǎn)換電路、模/數(shù)轉(zhuǎn)換電路、信號(hào)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。 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。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?！狣IN3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。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(jià)格比高，是目前中小規(guī)模控制系統(tǒng)的理想控制設(shè)備。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(gè)擴(kuò)展模塊，根據(jù)PLC數(shù)字量輸出模塊的驅(qū)動(dòng)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。 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(hào)處理模塊轉(zhuǎn)換的8路開關(guān)量信號(hào)，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(duì)變頻器的數(shù)字控制。序號(hào)點(diǎn)號(hào) 符合 意義1 Bit0音頻信號(hào)輸入2 Bit1 音頻信號(hào)輸入3 Bit2 音頻信號(hào)輸入4 Bit3 音頻信號(hào)輸入5 Bit4 音頻信號(hào)輸入6 Bit5 音頻信號(hào)輸入7 Bit6 音頻信號(hào)輸入8 Bit7音頻信號(hào)輸入9 K0 啟動(dòng)按鈕10 K1 停止按鈕表32 PLC輸入點(diǎn)分配表序號(hào)點(diǎn)號(hào)符合意義1KM11水泵工作2KM22水泵工作3KA11彩燈工作4KA22彩燈工作5DIN1變頻器速度一6DIN2變頻器速度二7DIN3變頻器速度三8AIN+變頻器運(yùn)行表33 PLC輸出點(diǎn)分配表 PLC控制接線圖，—。PLC硬件連接圖如圖34所示。由變頻器控制電機(jī)的轉(zhuǎn)速，使水柱發(fā)生變化。 MM420變頻器操作面板利用BOP可以更改MM 420變頻器的各個(gè)設(shè)置參數(shù)。BOP上的按鈕以及功能說明見表41狀態(tài)顯示LCD 顯示變頻器當(dāng)前的設(shè)定值。缺省值運(yùn)行時(shí)此鍵是被封鎖的。停止變頻器OFF1：按此鍵，；為了允許此鍵操作，應(yīng)設(shè)定P0700 = 1。此功能總是“使能”的。電動(dòng)機(jī)的反向用負(fù)號(hào)（－）表示或用閃爍的小數(shù)點(diǎn)表示。 電動(dòng)機(jī)點(diǎn)動(dòng)在變頻器無輸出的情況下按此鍵，將使電動(dòng)機(jī)起動(dòng)，并按預(yù)設(shè)定的點(diǎn)動(dòng)頻率運(yùn)行。如果變頻器/電動(dòng)機(jī)正在運(yùn)行，按此鍵將不起作用。變頻器運(yùn)行過程中，在顯示任何一個(gè)參數(shù)時(shí)按下此鍵并保持不動(dòng)2 秒鐘，將顯示以下參數(shù)值（在變頻器運(yùn)行中，從任何一個(gè)參數(shù)開始）：1. 直流回路電壓（用d 表示 – 單位：V）2. 輸出電流（A）3. 輸出頻率（Hz）4. 輸出電壓（用 o 表示 – 單位：V）。連續(xù)多次按下此鍵，將輪流顯示以上參數(shù)。跳轉(zhuǎn)到 r0000 后，按此鍵將返回原來的顯示點(diǎn)。 增加數(shù)值按此鍵即可增加面板上顯示的參數(shù)數(shù)值。按照表42和表43中說明的類似方法，可以用BOP修改任何一個(gè)參數(shù)。②選擇控制電機(jī)啟動(dòng)、停止方式，如通過變頻器面板還是端子。④變頻器運(yùn)行最小、最大頻率，加、減速時(shí)間等。在本系統(tǒng)中需要是設(shè)置的參數(shù)有：（1） P0010參數(shù)為“30”， P0970參數(shù)設(shè)定為“1”，——變頻器復(fù)位到工廠設(shè)定值（2） P0003參