【正文】 文化生活和環(huán)境美。噴泉走出公園、園林的圍墻和廣場(chǎng)的中心，深入延伸到人們的各個(gè)社會(huì)活動(dòng)場(chǎng)所。專(zhuān)業(yè)技術(shù)人員把計(jì)算機(jī)技術(shù)、信息技術(shù)，以及聲、光、電、霧、火、激光、音樂(lè)、水幕電影等學(xué)科的技術(shù)應(yīng)用到噴泉之中，把噴泉行業(yè)的技術(shù)水平推上了一個(gè)新的層面，開(kāi)拓了廣闊的應(yīng)用空間，噴泉行業(yè)得到了快速發(fā)展。一些大學(xué)和中專(zhuān)的建筑、園林專(zhuān)業(yè)也開(kāi)設(shè)了水景、噴泉課程，為噴泉行業(yè)的今后發(fā)展提供了知識(shí)儲(chǔ)備。 噴泉的種類(lèi) 噴泉可按控制方式和功能分為兩類(lèi)。 (1)人工控制噴泉 人工控制噴泉是最原始的、最簡(jiǎn)單的噴泉，噴泉的噴高、水形、彩色都是事先設(shè)計(jì)安裝好的 ，只要人工開(kāi)啟水泵、閘門(mén)就可以噴射。 (3)音樂(lè)控制噴泉音樂(lè)控制噴泉是目前最先進(jìn)的控制方式，噴泉的水形可以按照音樂(lè)的旋律而噴射，成為有形的音樂(lè)，故也稱(chēng)會(huì)唱歌噴泉。這種定時(shí)器容積很大，一直沿用到清代，現(xiàn)存故宮博物院鐘表館內(nèi)。時(shí)鐘噴泉是我國(guó)對(duì)古人發(fā)明的繼承與延續(xù)。只有在噴頭出口及彩燈處留有足夠的空隙，供水柱噴出。噴泉停止噴射時(shí)，仍然是廣場(chǎng)，可供集會(huì)、休閑或其他集體活動(dòng)。這種噴泉有非常好的娛 樂(lè)性和參與性，而且可維持廣場(chǎng)的多功能性，其主要的缺點(diǎn)是水耗比較大，并易受地面污染，需要定期凈化處理 噴泉涉及領(lǐng)域 河南機(jī)電高等專(zhuān)科學(xué)校 畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū) 8 它是把在壓力作用下的液體（有時(shí)混有氣體）通過(guò)接頭進(jìn)入單個(gè)或多個(gè)噴嘴，然后噴至空中的整體單元裝置?？刹捎煤附?、卡壓、法蘭等接口方式連接。室內(nèi)水景噴泉工程和移動(dòng)式水景噴泉工程在無(wú)抗凍、抗震要求時(shí)，可選用塑料管。 水力部分：采用優(yōu)秀水力模型設(shè)計(jì)，使水泵流量、揚(yáng)程、效率三者更為合理。水下照明一般采用 LED 水下彩燈，其具有高效、節(jié)能和長(zhǎng)壽命等特點(diǎn)，其工作電壓為 12V 安全電壓，安裝方式為固定式安裝。 泉、跳泉等，還經(jīng)常用到水下電磁閥、數(shù)控閥、液壓閥或氣壓閥等。有了這些機(jī)械和設(shè)備，噴泉水形大大提高了藝術(shù)造型的變化，提高了噴泉水景的觀賞效果及藝術(shù)水平。 主要設(shè)備有音箱、功放，調(diào)音臺(tái)、激勵(lì)器等，我公司采用國(guó)內(nèi)外知名品牌，保證音樂(lè)、水型、燈光三者高度同步。但采用 PLC 能有效的解決這一問(wèn)題，同時(shí)，PLC 具有很強(qiáng)的自診斷功能，迅速方便的檢查出故障，縮短檢修時(shí)間，因而，確保控制系統(tǒng)的可靠性、穩(wěn)定性。本文以噴泉控制系統(tǒng)為例，采用 西門(mén)子 300系列 S7300PLC 作為主控制器。 河南機(jī)電高等專(zhuān)科學(xué)校 畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū) 9 第二章 音樂(lè)噴泉設(shè)計(jì)方案 音樂(lè)噴泉示意圖 如圖 2— 1 噴泉布局圖 2— 1 本 課題 布局圖 2— 1所示。圖中 B 組噴水管所處的圓上由 8個(gè)噴水管組成，該組噴水管所噴出的水柱為比 A組的水柱略小，所噴高度比 A組的高度略底，所噴高度為 6（ m）。圖中 D組噴水管所處的圓上組由 30個(gè)噴水管組成，該組所噴水柱為 4組中水柱最小，所噴高度最低的一組。為了在每組噴水管工作時(shí)能夠更好的欣賞，能區(qū)別 4組所噴出的水柱，所以 B組所處的圓的半徑為 R=2(m)， C組所處的圓的半徑為 R=4（ m）， D組所處的圓的半徑為 R=6（ m）。本 課題 的最多時(shí)有 A、 B、 C 三組噴頭同時(shí)噴出水柱，最少時(shí)有兩組噴頭噴出水柱，所以流量為 150230（ m3/h）。 河南機(jī)電高等專(zhuān)科學(xué)校 畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū) 10 音樂(lè)噴泉控制要求 本控制器能充分發(fā)揮變頻調(diào)速器的特點(diǎn)，為噴泉增光添彩。輸出信號(hào)與輸入的音樂(lè)信號(hào)大小成線性關(guān)系，使噴泉的噴高隨音樂(lè)信號(hào)大小變化，音樂(lè)、水花、彩燈融為一體，演出一場(chǎng)交響水詩(shī)。所以該控制器不僅能控制變頻器，而且還能控制固態(tài)繼電器。左邊固態(tài)設(shè)定輸出頻譜，右邊為實(shí)際輸出頻譜 （ 7） 頻譜顯示 顯示輸出頻譜強(qiáng)度和固態(tài)設(shè)定頻譜強(qiáng)度 （ 8） 電源指示燈 有電源就亮 （ 9） 音頻啟動(dòng)指示燈 有音頻信號(hào)輸入 就亮，確認(rèn)音樂(lè)信號(hào)開(kāi)始播放 （ 10） 固態(tài)輸出指示燈 固態(tài)輸出點(diǎn)有輸出就亮 功能及動(dòng)作原理 如表 2— 1 ：調(diào)節(jié)單位音頻的對(duì)應(yīng)輸出電壓。 ：起始電壓是沒(méi)有音頻輸入時(shí)，對(duì)外的輸出電壓。如果沒(méi)有 起始電壓的情況下，當(dāng)剛有音頻信號(hào)輸入時(shí)，變頻器頻率上升，而水泵是來(lái)不及出水的，這樣音控效果就很不明顯。 ：把開(kāi)關(guān)（ 6）選擇到固態(tài)顯示，（ 7）上顯示的頻譜的大小對(duì)應(yīng)固態(tài)驅(qū)動(dòng)設(shè)定電壓大小。用固態(tài)來(lái)實(shí)現(xiàn)音控時(shí)，在輸入的音頻信號(hào)是比較柔和的情況下，那么固態(tài)驅(qū)動(dòng)設(shè)定電壓就要調(diào)小一點(diǎn)，如 果在輸入的音頻信號(hào)比較強(qiáng)烈，那么固態(tài)驅(qū)動(dòng)設(shè)定電壓就要調(diào)大一點(diǎn)。 河南機(jī)電高等專(zhuān)科學(xué)校 畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū) 12 5. 起始電壓開(kāi)關(guān)：當(dāng)為 OFF 的時(shí)，起始電壓就為 0V， ON 時(shí)起始電壓為起始電壓旋鈕選擇的電壓。 ：選擇顯示固態(tài)設(shè)定輸出頻譜和實(shí)時(shí)輸出頻譜。 ：顯示控制器是否通電進(jìn)入待機(jī)工作狀態(tài)。 ：顯示是否有固態(tài)輸出點(diǎn)有輸出。（有 3路輸出） 本控制器可設(shè)定起始電壓，使用人員可調(diào)節(jié)起始電壓來(lái)選擇沒(méi)有音頻輸入時(shí)的輸出電壓，而當(dāng)有音頻信號(hào)輸入的時(shí)候輸出電壓是起始電壓和音頻對(duì)應(yīng)電壓的疊加。 ，用戶可調(diào)節(jié)比較電壓來(lái)控制輸出。（有繼電器輸出和晶體管輸出，其中晶體管輸出電源已提供） 河南機(jī)電高等專(zhuān)科學(xué)校 畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū) 13 如圖 2— 4： 音控噴泉固態(tài)驅(qū)動(dòng)接線圖 2— 4 音控噴泉變頻驅(qū)動(dòng)接線圖 2— 5 說(shuō)明： 1. CD VCD DVD 和 MP3 的左右聲道信號(hào)直接到控制器的 VL和 VR，在輸出信號(hào)不是圓孔的情況下可接端子 VL， VR ， COM。 技術(shù)參數(shù) 表 表 2— 2 可編程序控制器使用說(shuō)明書(shū) ： 1. 數(shù)字化輸入輸出、 LED 數(shù)碼顯示 2. 可同時(shí)控制 40 路各種負(fù)載 3. 一百步程序可任意設(shè)定循環(huán)步數(shù) 、最小時(shí)間 5. 手動(dòng) — 自動(dòng)雙功能，自由選擇 水下燈關(guān)斷 7. 輸入與輸出信號(hào)光電隔離，可靠性高 8 .五位密碼鎖保護(hù)，輸入正確的密碼才能編制或修改程序 9. 音樂(lè)啟動(dòng)程序（輸出）功能，增加音樂(lè)噴泉功能 電源輸入 額定電壓 AC220V 電壓允許范圍 AC220V177。 音頻 控制 系統(tǒng) 主要由音樂(lè)播放器、前置放大器、功率放大器、監(jiān)聽(tīng)音箱及音柱組成，大多 系統(tǒng) 采用多媒體 PC通過(guò)上位機(jī)程序播放音樂(lè)，如圖 3— 1 所示。 音樂(lè)噴泉 控制 系統(tǒng) 集音頻 控制 技術(shù)、程序 控制 技術(shù)和智能 控制 技術(shù)于一體的 控制 系統(tǒng) ，屬于一種工業(yè)現(xiàn)場(chǎng) 控制 系統(tǒng) ，其上位機(jī)大多采用多媒體工業(yè) PC機(jī)組成，可實(shí)現(xiàn)全程實(shí)時(shí)音控，能根據(jù)樂(lè)曲旋律、節(jié)奏和音頻的強(qiáng)弱程度 控制 噴泉 系統(tǒng) ，其電氣 控制 系統(tǒng) 主要有以下三種形式 : (1) 集中式 控制 集中式 控制 系統(tǒng) 采用放射型結(jié)構(gòu)，能滿足 控制 室 離水池較近，規(guī)模較小，花型變化較少的音樂(lè)噴泉。采用數(shù)字通信技術(shù)，抗干擾性強(qiáng)，精度高 。 (3) 網(wǎng)絡(luò)現(xiàn)場(chǎng)總線式 控制 河南機(jī)電高等專(zhuān)科學(xué)校 畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū) 16 網(wǎng)絡(luò)現(xiàn)場(chǎng)總線結(jié)構(gòu)與現(xiàn)場(chǎng)總線相似，性能更優(yōu)越于后者，網(wǎng)絡(luò)現(xiàn)場(chǎng)總線屬于分布式 控制 系統(tǒng) ，電控 系統(tǒng) 運(yùn)行速度更快，達(dá)到音樂(lè)噴泉實(shí)時(shí) 控制 的要求，穩(wěn)定性也更好 。網(wǎng)絡(luò)現(xiàn)場(chǎng)總線與現(xiàn)場(chǎng)總線主要差別是前者采用專(zhuān)用網(wǎng)絡(luò)操作 系統(tǒng) ，實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)上各個(gè)設(shè)備之間的相互操作。 控制方案選擇 本課題設(shè)計(jì)的 音樂(lè) 噴泉要求運(yùn)行速度準(zhǔn)確度高，在 音樂(lè) 噴泉的格層檢測(cè)系統(tǒng)中選用在工業(yè)自動(dòng)控制上大量運(yùn)用的具有檢測(cè)精度高、壽命長(zhǎng)、穩(wěn)定性能好的接近傳感器，運(yùn)用感應(yīng)器的開(kāi)關(guān)量信號(hào)輸入給 plc 來(lái)實(shí)現(xiàn)控制。 主控制器方案分析 ： 方案 1：使用單片機(jī)控制 音樂(lè) 噴泉 方案 2：使用 S7300PLC 控制 音樂(lè) 噴泉 自 20 世紀(jì) 60 年代中期以來(lái) PLC 產(chǎn)品在電力、冶金、化工等行業(yè)發(fā)揮了重大作用 ,尤其近20 年來(lái)計(jì)算機(jī)和信息技術(shù)的飛速發(fā)展 ,不斷成倍擴(kuò)大的功能和成倍降低的價(jià)格 ,使 PLC、通訊聯(lián)網(wǎng)技術(shù)、過(guò)程控制軟件都獲得了長(zhǎng)足 的 進(jìn)步 ,也使 PLC 的廣泛應(yīng)用成為可能。而且 PLC 在各個(gè)工業(yè)部門(mén)的應(yīng)用范圍都得到了擴(kuò)展。 S7300PLC 是 中型 的 PLC，它適用于各行各業(yè)，各種場(chǎng)合中的自動(dòng)檢測(cè)、監(jiān)測(cè)及控制等。 S7300PLC 可提 多 種 CPU 可供選擇使用 ，并且 體積小，功能強(qiáng)、可靠性高，靈活性強(qiáng)和可擴(kuò)展性的特點(diǎn)通過(guò)改變噴泉的控制程序或改變方式選擇開(kāi)關(guān)，就可以改變花式噴泉的噴水規(guī)律， 從而變化出很多花樣，同時(shí)， PLC 具有很強(qiáng)的自診斷功能，迅速方便的檢查出故障，縮短檢修時(shí)間，因而確?？刂葡到y(tǒng)的可靠性，穩(wěn)定性 。 （ 2）工作方式看： PLC 串行工作，不受制約。 （ 4）定時(shí)、計(jì)數(shù)看： PLC 時(shí)鐘脈沖由晶振產(chǎn)生，精度高，定時(shí)范圍寬，有記憶功能。 變頻器選擇 隨著變頻調(diào)速技術(shù)的不斷推廣，風(fēng)機(jī)水泵專(zhuān)用 變頻器 已被廣泛用于水泵及風(fēng)機(jī)負(fù)載，音樂(lè)噴泉 系統(tǒng) 中需要采用大量的 水泵來(lái) 控制 噴泉循環(huán)水，根據(jù)水泵工作特性知道泵的流量與泵轉(zhuǎn)速成比例關(guān)系，通過(guò)調(diào)節(jié)水泵轉(zhuǎn)速可直接 控制 水泵的流量，在音樂(lè)噴泉 系統(tǒng) 需要實(shí)現(xiàn)噴泉水量實(shí)時(shí)調(diào)節(jié)，因而變頻調(diào)速技術(shù)更適合在音樂(lè)噴泉 系統(tǒng) 使用，此外根據(jù)水泵特性知道，采用變頻調(diào)速技術(shù)具有一定的節(jié)能效果，這也是 變頻器 在音樂(lè)噴泉 控制 系統(tǒng) 得推廣應(yīng)用的原因。 音樂(lè)噴泉 控制 系統(tǒng) 示意圖 3— 2 音樂(lè)噴泉專(zhuān)用 變頻器 的應(yīng)用 ， 選用康沃 CVFP24T0370 和 CVFP24T015