【正文】 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(lè)預(yù)先進(jìn)行編輯處理，所以對(duì)任何新版音樂(lè)文件甚至現(xiàn)場(chǎng)即興演奏都可響應(yīng)。 利用小型 PLC 結(jié)合變頻器的音樂(lè)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(jiǎn)單的接線和編程即可完成水形燈光完美的伴隨音樂(lè)節(jié)奏和情 感，適合追求時(shí)尚的家居生活和娛樂(lè)場(chǎng)所等場(chǎng)合。 基于 小型 PLC 的音樂(lè)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(jiǎn)便等特點(diǎn)引到了當(dāng)今工業(yè)控制的潮流。 北方民族大學(xué)學(xué)士學(xué)位論 文 基于 PLC 的音樂(lè)噴泉控制系統(tǒng) 軟件設(shè)計(jì) 2 PLC 是一種專(zhuān)門(mén)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(lè)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(lè)噴泉 控制的可靠性較差，并且接線復(fù)雜。 音樂(lè)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(lè)頻率轉(zhuǎn)換的開(kāi)關(guān)量去控制噴泉水柱和彩燈閃爍的變化。 北方民族大學(xué)學(xué)士學(xué)位論 文 基于 PLC 的音樂(lè)噴泉控制系統(tǒng) 軟件設(shè)計(jì) 3 第 1 章 PLC 基礎(chǔ)知識(shí)簡(jiǎn)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(lái)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(xiě)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(guò)數(shù)字量和模擬量的輸入 /輸出（ I/O）來(lái)控制各種生產(chǎn)過(guò)程。 PLC 的產(chǎn)生和發(fā)展 1987 年國(guó)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(zhuān)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)”。 北方民族大學(xué)學(xué)士學(xué)位論 文 基于 PLC 的音樂(lè)噴泉控制系統(tǒng) 軟件設(shè)計(jì) 4 PLC 的特點(diǎn) 、分類(lèi)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)。可以說(shuō)，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(jiǎn)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(lèi) 目前， PLC 的種類(lèi)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(lèi)。 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(lái)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。 北方民族大學(xué)學(xué)士學(xué)位論 文 基于 PLC 的音樂(lè)噴泉控制系統(tǒng) 軟件設(shè)計(jì) 5 PLC 的工作原理及工作過(guò)程 PLC 的工作原理可以簡(jiǎn)單地表述為在系統(tǒng)程序的管理下，通過(guò)運(yùn)行應(yīng)用程序 ，對(duì)控制要求進(jìn)行處理判斷，并通過(guò)執(zhí)行用戶(hù)程序來(lái)實(shí)現(xiàn)控制任務(wù)。 根據(jù) PLC 的結(jié)構(gòu)，可以簡(jiǎn)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(guò)程相當(dāng)于電氣控制的邏輯運(yùn)算過(guò)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(guò)輸出繼電器常開(kāi)觸點(diǎn)的分合來(lái)驅(qū)動(dòng)外部負(fù)載。 PLC 工作時(shí)，總是從第一條指令開(kāi)始按照用戶(hù)程序所固有的順序逐條執(zhí)行，直至用戶(hù)程序結(jié)束，然后再返回到第一條指令，開(kāi)始新一輪的程序執(zhí)行過(guò)程。 PLC 的工作過(guò)程就是這 樣周而復(fù)始的順序掃描過(guò)程，簡(jiǎn)稱(chēng)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(wú)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(chē)、高速鐵路、電動(dòng)汽車(chē)、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(chē)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(zhuān)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(hù)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(lèi) （ 1） 按直流電源的性質(zhì)分類(lèi)： ① 電流型變頻器； ② 電壓型變頻器。 （ 3） 按控制方式分類(lèi)： ① fU/ 控制； ② 轉(zhuǎn)差頻率控制； ③ 矢量控制。 （ 5） 按用途分類(lèi)： ① 通用變頻器； ② 高性能專(zhuān)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(guò)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(guò)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 ， 使頻率在一定范圍內(nèi)可調(diào) .用來(lái)控制電機(jī)的轉(zhuǎn)數(shù) 。 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(guò)程中也曾出現(xiàn)過(guò)多種類(lèi)型的變頻器，但是目前成為市場(chǎng)主 流的變頻器基本上有著圖 21所示的基本結(jié)構(gòu)。開(kāi)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。但是，對(duì)于一個(gè)實(shí)際的交流調(diào)速控制系統(tǒng)來(lái)說(shuō)，事情遠(yuǎn)遠(yuǎn)不是那么簡(jiǎn)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(guò)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 fU/ 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(guò)控制轉(zhuǎn)差頻率來(lái)控制轉(zhuǎn)矩和電流， 與 fU/ 控制相比其加減速特性和限制過(guò)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(guò)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(hù)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(hù)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。 北方民族大學(xué)學(xué)士學(xué)位論 文 基于 PLC 的音樂(lè)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(lè)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(lè)噴泉的控制主要由 PLC 和變頻器完成，通過(guò)音樂(lè)的頻率信號(hào)控制 PLC。變頻器接受來(lái)自經(jīng) PLC 處理的音樂(lè)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(lè)高低呈現(xiàn)不同的形態(tài)。 音樂(lè)噴泉組成 音樂(lè)噴泉水池設(shè)計(jì) 此小型音樂(lè)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(lè)噴泉工作時(shí)噴水層次感明顯，視覺(jué)效果良好。 控制系統(tǒng)組成 音樂(lè)噴泉的控制系統(tǒng)由音樂(lè)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。 北方民族大學(xué)學(xué)士學(xué)位論 文 基于 PLC 的音樂(lè)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(jiǎn)單，本次設(shè)計(jì)選擇 MM420 變頻器來(lái)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(jiǎn)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。 PLC 輸出口 — 連接到變頻器 DIN1—DIN3 端子上，通過(guò) PLC 輸出地開(kāi)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(jiǎn)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)?？刂葡到y(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(lái)自音樂(lè)信號(hào)處理模塊轉(zhuǎn)換的 8 路開(kāi)關(guān)量信號(hào)，經(jīng) PLC 內(nèi)部 CPU 處理，通過(guò)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 北方民族大學(xué)學(xué)士學(xué)位論 文 基于 PLC 的音樂(lè)噴泉控制系統(tǒng) 軟件設(shè)計(jì) 16 序號(hào) 點(diǎn)號(hào) 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(dòng)按鈕接入 PLC 的 端子，停止按鈕接入 端子， — 接收開(kāi)關(guān)量信號(hào)， 和 端子直接控制兩個(gè) LED 燈組的變換。 PLC 硬件連接圖如圖 34 所示。由變頻器控制電機(jī)的轉(zhuǎn)速，